透明导电膜作为一种同时拥有导电性、透光性的薄膜,是太阳能电池、显示器、触摸屏、有机发光二极管以及智能窗户等光电器件的重要构成之一。
一、透明导电膜是什么?
透明导电膜,也称为柔性透明电极,具有导电功能,同时具有透过可见光的功能。基于这种特性,导电膜可以广泛用于触摸屏、显示器、柔性光伏、智能调光模组、电磁屏蔽、透明天线等领域。
导电膜的种类有很多,按构成导电膜的材料分类,主要有金属膜系、金属氧化物膜系、纳米材料膜系、复合膜系等。
二、常见的透明导电膜
主流技术——ITO导电膜
ITO导电膜,即氧化铟锡透明导电膜,由90%的氧化铟和10%的氧化锡组成,是金属氧化物膜系的代表,兼具优异的导电性和透光性。
ITO膜的核心原理在于其晶体结构中存在氧空位和掺杂的锡离子,这些因素使得材料内部拥有大量自由电子,从而实现了良好的导电性。此外,通过退火处理等技术手段,其透过率和导电性能还能得到进一步提升。
然而,ITO导电膜也存在一些局限性。受材料和制备工艺限制,其方阻较高,一般在数十Ω/sq至数百Ω/sq,难以同时做到低方阻与高透光率,若追求低方阻而增加膜层厚度,又会出现透过率降低、黄化等问题。且机械柔韧性差,容易在受力时脆裂。
尽管如此,ITO导电膜在当前市场仍然是主流选择,其技术最成熟,产业链最发达。
新型导电膜
-纳米银线导电膜
近年来,纳米银线导电膜是比较热门的一种材料,它具有透光性好、导电性强、柔韧性优异、制备工艺简单等优点。
相较于传统的ITO导电膜,纳米银线导电膜在触控屏、柔性OLED和太阳能电池等领域展现出巨大潜力。
基于银的特性,纳米银线导电膜的稳定性差,极易发生氧化,为了保护它,多数科研工作者选择增加多层保护层来解决,但这又会增加制备难度和成本。
目前,全球范围内,美国Cambrios公司在纳米银线领域处于领先地位,而中国企业如苏州诺菲纳米和深圳华科创智也在积极推进量产和技术创新。
-金属网格导电膜(Metal Mesh)
金属网格导电膜由金属网格图案和透明基底组成。通常采用蚀刻工艺在铜箔上蚀刻出网格,结合了金属的导电性和透明基材的光学性能,不仅具有良好的导电性,还在可见光范围内保持了高透光率。
其主要优点是极低方阻、高透光率以及优秀的稳定性。这些特性使其在触摸屏、透明天线、透明加热片等领域具有广泛应用。
金属网格导电膜的金属线宽较难控制,容易出现摩尔纹效应。为了降低摩尔纹效应,要尽可能的降低金属网格的线宽,这对制程带来更高要求,也大幅提升了成本。
-超薄金属导电膜
钛翼提供的超薄金属导电膜属于金属膜系。通过独创的镀层结构和靶材配方,解决了金属膜高表面粗糙度的问题,使表面粗糙度小于1nm,形成连续平整且超薄的金属层。
同时实现低方阻、高透光率、低雾度、良好的柔性,采用磁控溅射法制备,可在柔性基底上实现大面积、低缺陷和低成本的沉积。
可适用于新型柔性光伏,如有机光伏(OPV)、柔性钙钛矿光伏(PSCs);电致变色调光玻璃;商显触控;无线导电发光字等领域。
三、常用的导电膜制备方法
磁控溅射法:通过在真空环境中,利用磁场控制带电粒子的运动,将靶材上的物质溅射到基底上形成薄膜。
化学气相沉积法(CVD):将含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气引入反应室,在一定的温度、压力和催化剂等条件下,通过化学反应生成固态物质并沉积在基底表面上形成薄膜。
蒸发镀膜:在真空环境中,加热镀膜材料使其蒸发,蒸发的原子或分子沉积在基底表面形成薄膜。
印刷技术:例如丝网印刷、喷墨印刷等,将含有导电材料的墨水印刷在基底上形成导电膜。
结语
不同类型的导电膜,因其所选择的材料、制备方法以及结构的不同,所呈现出来的光电性能、机械性能、化学性能等都有不同。
随着技术的进步,研究人员正致力于开发更高效、低成本的制备工艺,以进一步提升新型导电膜的光电性能,并扩大其应用范围,为未来智能设备的开发提供了重要支持。