基于印刷电子的透明导电薄膜研究进展 .pdfVIP

基于印刷电子的透明导电薄膜研究进展

赵文秀;周奕华;钱俊

【摘要】透明导电薄膜是一种在可见光范围内透光率较高、导电性优良的薄膜材

料.近年来随着智能手机、平板电脑等电子产品日益普及,透明导电薄膜受到越来越

多的关注.本文分析了目前占据市场统治地位的掺锡氧化铟透明导电薄膜的缺点以

及近年来国内外对透明导电薄膜开展的研究工作,总结了目前在印刷电子领域透明

导电薄膜的主要研究方向,一方面是在传统金属氧化物薄膜基础上的改进;另一方面

是寻找新型透明导电薄膜材料,并分别综述了各个研究方向的必威体育精装版进展.

【期刊名称】《影像科学与光化学》

【年(卷),期】2015(033)003

【总页数】13页(P251-263)

【关键词】透明导电薄膜;印刷电子;喷墨打印;图案化;透明电极

【作者】赵文秀;周奕华;钱俊

【作者单位】武汉大学印刷与包装系,湖北武汉430079;武汉大学印刷与包装系,湖

北武汉430079;武汉大学印刷与包装系,湖北武汉430079

【正文语种】中文

近年来，电子科学技术不断发展，各类电子产品日益普及，市场需求不断扩大。作

为许多电子器件（如液晶显示器、触屏等）的关键部分，透明导电薄膜受到越来越

多的关注。透明导电薄膜（transparentconductivefilm，简称TCF），是一种

在可见光范围内（波长380nm～780nm）透光率较高、导电性优良的薄膜材料。

透明导电薄膜广泛应用于液晶显示屏、触屏、薄膜太阳能电池、发光器件和电磁屏

蔽装置等［1，2］。尽管目前市场上基于金属氧化物的透明导电薄膜已经较为成

熟，但是还是存在很多缺点。国内外针对透明导电薄膜的研究逐渐成为热点，人们

期望开发出一些新的生产工艺，或者开发出一些新型的透明导电薄膜材料，以克服

这些缺点。

1主流商业化透明导电薄膜的缺点

目前商业化的透明导电薄膜中占统治地位的是掺锡氧化铟（tindoped

indiumoxide，简称ITO），占据了超过97%的透明导电薄膜市场［1］。ITO

透明导电薄膜具有优良的光电性能，具有可低至10Ω／sq的方阻，并且在可见光

范围内有90%左右的透明度［3］。然而，ITO透明导电薄膜也有很明显的缺点，

主要体现在两个方面。第一是生产成本较高。传统的工业化ITO薄膜生产通常采

用昂贵且工艺复杂的基于真空的沉积技术，而且需要特殊的蚀刻加工过程图案化，

增加了生产成本；另外它需要用到稀有元素铟，在透明导电薄膜市场高速增长的今

天，这种稀有元素的供应制约着其生产。第二是ITO薄膜本身固有的脆性［4］。

ITO薄膜在经过反复弯折后会产生微裂隙，这些微裂隙会严重地降低薄膜的导电性，

因此它不适合生产柔性、可延展性和可弯曲的器件。

许多研究组正努力寻找克服这些缺点的方法。一方面是开发新的生产工艺以降低生

产成本。在传统的生产中，电子器件主要通过光刻、真空沉积、化学镀等方法制造，

所有的这些方法都需要多个步骤和高成本设备，并且要用到一些对环境有害的化学

原料。然而，随着电子器件的市场越来越大，市场需要成本更低、生产更快、环境

更友好的生产工艺来取代传统的生产工艺。另一方面是希望找到能够取代ITO的

新型材料。由于ITO薄膜的脆性是其固有的性质，很难改变，只能用新型的柔性

较好的材料来替代。新型材料需要满足低成本要求，能够直接打印到基底上并图案

化，并具有一定的柔性以满足制造柔性器件的要求。目前这类新型材料包括金属纳

米颗粒、金属纳米线、碳纳米管、石墨烯等。

以下将分别介绍目前基于传统金属氧化物改进的研究和新型透明导电薄膜材料的研

究进展。

2基于传统金属氧化物材料的改进

2．1喷墨打印ITO透明导电薄膜

一些研究从改进生产工艺入手，引入喷墨打印从而降低生产成本。打印技术，特别

是喷墨打印作为一种数字化的非打击式点阵图案化技术，是一种非常有吸引力的技

术。喷墨打印适合于自动化和高分辨率图案化，而且可以利用多个墨盒同时沉积多

种不同的材料，各材料的含量也可以做到精确控制。由于可以直接在基底上成膜和

图案化，可以极大的降低生产成本、缩短生产时间。另外，利用卷对卷技术，喷墨

打印很适合生产大面积的塑料电子器件。因此利用喷墨打印技术制备透明导电薄膜

是一个很有吸引力的选择，将喷墨打印引入到透明导电薄膜的生产是未来的一种趋

势［5］。本文将侧重于阐述基于打印技术特别是喷墨打印制造透明导电薄膜的研

究。传统的ITO薄膜是基于溶液沉积制造，为了获得较好的导电性能，往往需要