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CN104616838B - 一种电子器件的制作方法及电子器件 - Google Patents

一种电子器件的制作方法及电子器件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子器件的制作方法及电子器件，该制作方法包括：在基板上形成碳纳米管电极图形；将形成有所述电极图形的基板置于具有氧化性的第一溶液中，实现对形成所述电极图形的碳纳米管的第一次掺杂；利用具有氧化性的第二溶液对所述电极进行喷淋，实现对形成所述电极图形的碳纳米管的第二次掺杂。本发明提高了利用碳纳米管形成的电极的导电性能。

Description

一种电子器件的制作方法及电子器件
技术领域
本发明涉及电子器件的制作，特别是一种电子器件的制作方法及电子器件，提高电子器件中利用碳纳米管形成的电极的导电性能。
背景技术
透明电极在大量的电子设备中需要使用，如显示装置中的像素电极、使用于显示装置中的太阳能电池的电极等。
在现有技术中，氧化铟锡(ITO)是使用非常广泛的制作透明电极的材料。然而，氧化铟锡由于其柔性不够而使得使用氧化铟锡制作得到的电极在设备弯折时容易破裂，影响产品性能。
碳纳米管是一种一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。
由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以能够实现导电功能。而同时，碳纳米管又具有良好的力学性能，其强度、弹性、抗疲劳性及各向同性等都非常好。因此，越来越多的透明电极开始使用碳纳米管进行制作。
然而，在具有碳纳米管的晶格结构的电极中，然而碳纳米管形成的电极的导电性受制于碳纳米管之间的接触电阻，因此有必要提高碳纳米管形成的电极中碳纳米管之间的导电性来实现导电性能良好的电极。
当然，当碳纳米管用于形成其他非透明应用场景的电子器件的电极(如显示面板中薄膜晶体管的电极)时同样存在上述问题，在此不一一举例说明。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电子器件的制作方法及电子器件，提高电子器件中利用碳纳米管形成的电极的导电性能。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种电子器件的制作方法，包括：
在基板上形成碳纳米管电极图形；
将形成有所述电极图形的基板置于具有氧化性的第一溶液中，实现对形成所述电极图形的碳纳米管的第一次掺杂；
利用具有氧化性的第二溶液对所述电极进行喷淋，实现对形成所述电极图形的碳纳米管的第二次掺杂。
上述的电子器件的制作方法，其中，还包括：
对喷淋后的基板进行清洗处理。
上述的电子器件的制作方法，其中，所述清洗处理过程中采用去离子水进行清洗处理。
上述的电子器件的制作方法，其中，还包括：
对清洗后的基板进行干燥处理。
上述的电子器件的制作方法，其中，所述第一溶液和第二溶液选自如下物质中的至少一种形成的溶液：二氧化氮、溴单质、硝酸、亚硫酰氯、全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物和2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌。
上述的电子器件的制作方法，其中，还包括：
在所述电极图形上形成导电保护图形。
上述的电子器件的制作方法，其中，所述导电保护图形由导电聚合物材料形成。
上述的电子器件的制作方法，其中，所述导电保护图形由掺杂有纳米金球或纳米银线的导电聚合物材料形成。
上述的电子器件的制作方法，其中，所述导电聚合物材料选自如下物质中的至少一种：聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙炔和聚双炔。
上述的电子器件的制作方法，其中，在所述电极图形上形成导电保护图形具体包括：
对所述导电聚合物材料使用室温离子液体进行溶液化处理；
使用溶液化处理后的导电聚合物材料形成所述导电保护图形。
上述的电子器件的制作方法，其中，所述室温离子液体选自如下物质中的至少一种：
1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐。
上述的电子器件的制作方法，其中，所述电极图形为太阳能电池的电极。
上述的电子器件的制作方法，其中，所述电子器件为设置有太阳能电池的显示面板，所述电极图形为所述太阳能电池的电极。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种利用上述制作方法制作得到的电子器件。
本发明具体实施例的电子器件的制作方法中，在制作透明电极之后，利用具有氧化性的第二溶液对透明电极进行浸泡和喷淋处理，对碳纳米管进行掺杂，得到改性的碳纳米管，提高了利用碳纳米管形成的电极的导电性能。同时本发明具体实施例的电子器件的制作方法中，首先通过浸泡方式以较高的效率将形成电极的碳纳米管掺杂到一定浓度，然后利用喷淋方式来来实现剩余浓度的精确掺杂，既充分利用了浸泡方式的高效率的特点，又通过喷淋方式保证了碳纳米管膜层掺杂的精度，保证了产品性能的稳定性和一致性。
同时，由于采用P-Doping掺杂过的碳纳米管、其电性能的改善源自于掺杂材料与碳纳米管之间的反应及结构重构，但是掺杂后的碳纳米管其电性能的会受到环境条件以及后续工艺的影响、从而造成由于其稳定性下降而引起电性能下降、如：方块电阻变大、甚至局部电阻发生大幅度变化、从而造成由于电极结构电性能均一性降低而引起的产品不良，因此本发明采用了在形成碳纳米管透明电极之后进行掺杂的工艺。
为使掺杂后碳纳米管电极获得稳定及优良的耐候性以及信赖性，本发明还在掺杂后的电极结构上设计了保护层结构。
附图说明
图1表示本发明实施例的一种电子器件的制作方法的流程示意图；
图2表示本发明实施例的一种电子器件的制作方法的详细制作过程示意图；
图3表示利用本发明实施例的制作方法形成的电极的结构示意图；
图4所示为利用本发明实施例的制作方法形成的电极为太阳能电池的电极时，包括该太阳能电池的显示模组的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例的一种电子器件的制作方法及电子器件中，使用两次浸泡掺杂和喷淋掺杂两次掺杂处理来对碳纳米管形成的电极进行P掺杂，提高利用碳纳米管形成的电极的导电性能的同时，综合考虑了掺杂过程的稳定性和效率。
在对本发明实施例的电子器件的制作方法及电子器件进行详细说明之前，先对本发明实施例涉及到的几个问题进行简要说明如下，以便于更好的理解本发明实施例。
在对碳纳米管形成的电极进行P掺杂时可以通过两种方式进行，即：浸泡方式和喷淋方式。
所谓浸泡方式指的是将整个由碳纳米管形成的图形浸泡到P掺杂溶液中，其能够较为快速的实现对由碳纳米管形成的图形的掺杂。然而，在生产过程中，随着掺杂过程的持续过程，溶液浓度会发生变化，而浓度的变化将会导致单位时间内对由碳纳米管形成的图形的掺杂程度不一致。
而在生产过程的不同阶段保持溶液浓度的一致性几乎难以做到，因此使用浸泡方式来对碳纳米管形成的图形进行掺杂时，掺杂的精度不易控制。
所谓喷淋方式指的是向碳纳米管形成的图形喷淋P掺杂溶液，实现对碳纳米管形成的图形的掺杂。这种方式下可以通过控制喷淋设备的流量以及压力等实现对碳纳米管形成的图形的掺杂精度，但喷淋方式的掺杂效率比浸泡方式的掺杂效率要低。
本发明实施例的电子器件的制作方法，如图1所示，包括：
步骤101，在基板上形成碳纳米管电极图形；
步骤102，将形成有所述电极图形的基板置于具有氧化性的第一溶液中，实现对形成所述电极图形的碳纳米管的第一次掺杂；
步骤103，利用具有氧化性的第二溶液对所述电极进行喷淋，实现对形成所述电极图形的碳纳米管的第二次掺杂。
本发明具体实施例的电子器件的制作方法中，在制作透明电极之后，利用具有氧化性的第二溶液对透明电极进行浸泡和喷淋处理，对碳纳米管进行掺杂，得到改性的碳纳米管，提高了利用碳纳米管形成的电极的导电性能，这将在后续提供实验数据来验证。
本发明具体实施例的电子器件的制作方法中，首先通过浸泡方式以较高的效率将形成电极的碳纳米管掺杂到一定浓度，然后利用喷淋方式来来实现剩余浓度的精确掺杂，既充分了利用了浸泡方式的高效率的特点，又通过喷淋方式保证了碳纳米管膜层掺杂的精度，保证了产品性能的稳定性和一致性。
同时，与常规的掺杂方式的不同的是，本发明实施例的电子器件的制作方法中，不是对制作电极的材料进行掺杂，而是对制作形成的电极进行掺杂，其能够制作得到掺杂精度更高的碳纳米管电极，对此说明如下。
通常情况下从碳纳米管粉末到碳纳米管图形需要经过众多的工艺过程，如涂布、曝光、显影、蚀刻等。而P掺杂的碳纳米管的电性能改善源自于掺杂材料与碳纳米管之间的反应及结构重构，但是如果对原始的用于制作碳纳米管层的碳纳米管粉末进行掺杂后再制作碳纳米管图案，则掺杂后的碳纳米管粉末在形成图形的过程中，其性能的会受到环境条件以及各种工艺的影响，导致其稳定性下降而引起电性能下降，如：方块电阻变大、局部电阻发生大幅度变化等，最终导致产品不良。
而本发明实施例中，在碳纳米管透明电极图形形成之后再进行掺杂，其避免了从碳纳米管粉末到碳纳米管图形的转变过程中的众多工艺对掺杂材料与碳纳米管之间形成的结构的影响，能够提高掺杂精度更高的碳纳米管电极，制作得到的碳纳米管电极图形也更加稳定，具有更好的耐候性以及信赖性。
在本发明具体实施例中，利用碳纳米管形成电极图形可以通过多种方式实现，对此举例说明如下。
<方式一：直接在基板上成膜后刻蚀>
在方式一中，直接在基板上形成碳纳米管薄膜，然后通过一次蚀刻过程，利用碳纳米管薄膜形成电极图案。
<方式二：预先制成图形后贴附>
而在方式二中，可以通过其他方式预先利用碳纳米管形成电极图案，然后将该电极图案贴附到基板的对应位置即可。
当然，在基板上形成碳纳米管电极图形并不是本发明实施例的发明点，本领域技术人员可以利用现有技术中任意现有的技术来实现，在此不再详细说明。
本发明具体实施例的电子器件在对电极图形的碳纳米管进行掺杂之后，后续还需要制作其他的功能层(如该电子器件是太阳能电池时，后续还需要制作光电转换模组，又如该电子器件是薄膜晶体管，而该电极为栅电极时，后续还需要制作栅绝缘层、源漏电极等，再如该电子器件是显示面板，而该电极为像素电极时，后续还需要制作平坦层等)，为了避免掺杂溶液对后续过程的影响，本发明具体实施例的电子器件的制作方法，还包括：对喷淋后的基板进行清洗处理。
为提高清洗效果，而该清洗处理可以利用去离子水进行清洗处理。
当然，在清洗之后还可以对清洗后的基板进行干燥处理，以降低清洗液对后续制作过程的影响。
在本发明的具体实施例中，通过具有氧化性的溶液来对碳纳米管进行P掺杂以提高其导电性能，其中该具有氧化性的溶液(所述第一溶液和第二溶液)选自如下物质中的至少一种形成的溶液：二氧化氮、溴单质、硝酸、亚硫酰氯、全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物和2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌。
在本发明的具体实施例中，为了在使用过程中保持改性后的碳纳米管薄膜的稳定性，在本发明的具体实施例中，还包括：
在所述电极图形上形成导电保护图形。
利用该所述电极图形上形成的导电保护图形能够对被覆盖的电极图形形成保护，保证了碳纳米管形成的图形在使用过程中电性能的稳定性，提高了产品性能。
自从具有导电性能的聚乙炔被发现以后，有机聚合物不能作为导电材料的观念被彻底地改变了，导电性成为聚合物的重要性质之一。而聚合物相对于金属材料，其稳定性更好，因此，考虑到导电保护图形的稳定性，在本发明的具体实施例中，所述导电保护图形由导电聚合物材料形成。
同时，由于导电聚合物材料的导电性能相对于改性后的碳纳米管而言稍差，为了在保护碳纳米管形成的图形的同时提高导电性能，在本发明具体实施例中，所述导电保护图形由掺杂有纳米金球或纳米银线的导电聚合物材料形成。
上述的掺杂到导电聚合物材料的纳米金球或纳米银线能够大大提高保护层的导电性能。
所述导电聚合物材料选自如下物质中的至少一种：聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙炔和聚双炔。
在本发明的具体实施例中，在所述电极图形上形成导电保护图形具体包括：
对所述导电聚合物材料使用室温离子液体进行溶液化处理；
使用溶液化处理后的导电聚合物材料形成所述导电保护图形。
室温离子液体，又称为室温熔融盐、有机室温离子液体等，是指仅由离子组成在室温或低温下为液体的盐。
室温离子液体主要作为化学反应的溶剂，具有许多优良性质：
不挥发，可减少因挥发而产生的环境污染问题；
通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性。
在本发明具体实施例中，通过室温离子液体来溶解导电聚合物材料，进而利用溶解后的导电聚合物材料来形成导电保护图形，使得形成的导电保护图形非常均匀，提高了产品的性能。
所述室温离子液体选自如下物质中的至少一种：1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐。
本发明具体实施例中的电极图形可以是太阳能电池的电极。而本发明实施例的电子设备可以是设置有太阳能电池的显示面板，所述电极图形为所述太阳能电池的电极。
本发明实施例同时还提供了一种利用上述制作方法制作得到的电子器件。
下面对本发明实施例的制作方法以制作显示面板中的太阳能电池的电极为例进一步详细说明如下。
如图2所示，本发明实施例的制作方法包括：
步骤201，将离子液体加入导电聚合物中溶解导电聚合物；
步骤202，将纳米金球或纳米银线加入上述溶液中并混合均匀；
步骤203，将碳纳米管分散液涂布于基板上、制备碳纳米管电极。
步骤204，在室温条件下，将涂覆有碳纳米管电极的基板置于硝酸溶液中5～30分钟，进行碳纳米管电极的第一次掺杂改性；
在本发明的具体实施例中，当浸泡时间较短时，可能无法充分的利用浸泡方式掺杂效率高的特性，而浸泡时间较长时，留给喷淋方式进行掺杂浓度调节的余地较小，无法充分利用喷淋方式掺杂精度高的特性，因此在本发明的具体实施例中，浸泡方式的时间为5-30分钟之间。
步骤205，利用硝酸溶液喷淋碳纳米管电极，进行碳纳米管电极的第二次掺杂改性；
步骤206，对喷淋后的基板采用去离子水进行清洗处理，并做采用风刀进行干燥处理。
步骤207，利用预先制备好将制备好的导电聚合物溶液在改性后的碳纳米管电极上形成保护层。
如图3所示，为利用本发明实施例的制作方法形成的电极的结构示意图。如图3所示，利用本发明实施例的制作方法形成的电极包括两个部分：
改性的碳纳米管膜层；以及
导电聚合物保护层。
其中导电聚合物保护层覆盖改性的碳纳米管膜层，对齐进行保护。
如图4所示，为利用本发明实施例的制作方法形成的电极为太阳能电池的电极时，包括该太阳能电池的显示模组的结构示意图。如图4所示，显示模组包括两个大的部分：
显示部分；和
太阳能电池部分。
其中为了太阳能电池能够充分吸收外界光来产生电能，太阳能电池部分应该设置于显示面板的上方。
而太阳能电池部分包括：
上电极；
下电极；以及
上下电极之间的光电转换层，一般为成对设置的PN结。
而其中电极包括图3所示的结构。
以下为本发明实施例的实验数据表格。
通过测试得到碳纳米管电极掺杂前的方块电阻为112Ω。通过上表可以发现，只要使用上述的具有氧化性的溶液进行浸泡和喷淋即可降低碳纳米管电极的方块电阻。
本发明实施例中，喷淋时间在2-10分钟之间。
对于不同的溶质，取不同的浓度进行实验，可以发现，在本发明的具体实施例中，采用同一种溶质，当浸泡时间和喷淋时间相同时，当溶液的浓度小于5％时，碳纳米管电极的电阻降低较小，如：
使用3％浓度的硝酸溶液，浸泡18分钟，喷淋2分钟，碳纳米管电极的方块电阻能够从112欧姆降低到111.2欧姆；
使用3％浓度的亚硫酰氯，浸泡30分钟，喷淋10分钟，碳纳米管电极的方块电阻能够从112欧姆降低到111.6欧姆；
使用3％浓度的全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物，浸泡30分钟，喷淋10分钟，碳纳米管电极的方块电阻能够从112欧姆降低到110欧姆。
而当使用20％和35％浓度的硝酸溶液时，基于相同的浸泡时间和喷淋分钟，碳纳米管电极的方块电阻都能够降低到5.8欧姆(可能在百分位之后有不同)，即当硝酸溶液的浓度超过20％时，对碳纳米管电极的方块电阻降低极为有限；
而当使用25％和35％浓度的亚硫酰氯溶液时，基于相同的浸泡时间和喷淋分钟，碳纳米管电极的方块电阻都能够降低到5.8欧姆，即当亚硫酰氯溶液的浓度超过25％时，对碳纳米管电极的方块电阻降低极为有限；
而当使用30％和35％浓度的全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物时，基于相同的浸泡时间和喷淋分钟，碳纳米管电极的方块电阻都能够降低到8.7欧姆，即当亚硫酰氯的浓度超过30％时，对碳纳米管电极的方块电阻降低极为有限。
因此，本发明具体实施例中，当所述第一溶液和第二溶液选自为：硝酸溶液、亚硫酰氯溶液或全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物溶液时，其对应的浓度区间为5％-20％、5％-25％、5％-30％。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种电子器件的制作方法，其特征在于，包括：
在基板上形成碳纳米管电极图形；
将形成有所述电极图形的基板置于具有氧化性的第一溶液中，实现对形成所述电极图形的碳纳米管的第一次掺杂；
利用具有氧化性的第二溶液对所述电极图形进行喷淋，实现对形成所述电极图形的碳纳米管的第二次掺杂；
其中，所述第一溶液和第二溶液为硝酸溶液，硝酸浓度范围为5％～20％，且掺杂过程中硝酸溶液的浸泡时长范围为18～30分钟，喷淋时长范围为2～10分钟；或者，所述第一溶液和第二溶液为亚硫酰氯溶液，亚硫酰氯浓度范围为5％～25％，且掺杂过程中亚硫酰氯溶液的浸泡时长范围为15～30分钟，喷淋时长范围为2～10分钟；或者，所述第一溶液和第二溶液为全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物溶液，全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物浓度范围为5％～30％，且掺杂过程中全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物溶液的浸泡时长范围为10～30分钟，喷淋时长范围为5～10分钟。
2.根据权利要求1所述的电子器件的制作方法，其特征在于，还包括：
对喷淋后的基板进行清洗处理。
3.根据权利要求2所述的电子器件的制作方法，其特征在于，所述清洗处理过程中采用去离子水进行清洗处理。
4.根据权利要求2所述的电子器件的制作方法，其特征在于，还包括：
对清洗后的基板进行干燥处理。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电子器件的制作方法，其特征在于，所述第一溶液和第二溶液选自如下物质中的至少一种形成的溶液：二氧化氮、溴单质、硝酸、亚硫酰氯、全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物和2,3,5,6-四氟-7,7',8,8'-四氰二甲基对苯醌。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的电子器件的制作方法，其特征在于，还包括：
在所述电极图形上形成导电保护图形。
7.根据权利要求6所述的电子器件的制作方法，其特征在于，所述导电保护图形由导电聚合物材料形成。
8.根据权利要求6所述的电子器件的制作方法，其特征在于，所述导电保护图形由掺杂有纳米金球或纳米银线的导电聚合物材料形成。
9.根据权利要求7所述的电子器件的制作方法，其特征在于，所述导电聚合物材料选自如下物质中的至少一种：聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙炔和聚双炔。
10.根据权利要求7所述的电子器件的制作方法，其特征在于，在所述电极图形上形成导电保护图形具体包括：
对所述导电聚合物材料使用室温离子液体进行溶液化处理；
使用溶液化处理后的导电聚合物材料形成所述导电保护图形。
11.根据权利要求10所述的电子器件的制作方法，其特征在于，所述室温离子液体选自如下物质中的至少一种：
1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐。
12.根据权利要求1-4中任意一项所述的电子器件的制作方法，其特征在于，所述电极图形为太阳能电池的电极。
13.根据权利要求1-4中任意一项所述的电子器件的制作方法，其特征在于，所述电子器件为设置有太阳能电池的显示面板，所述电极图形为所述太阳能电池的电极。
14.一种利用权利要求1-13中任意一项所述的制作方法制作得到的电子器件。
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