常見柔性基底薄膜性能探討

武漢職業(yè)技術(shù)學院 電信學院 張雅娟

常見柔性基底薄膜性能探討

武漢職業(yè)技術(shù)學院 電信學院 張雅娟

柔性基底薄膜是指能夠卷繞的，作為鍍膜基底材料使用的薄膜。通常使用的柔性基底薄膜均為塑料薄膜，包括聚乙烯醇（PVA）薄膜、聚酰亞胺（PD）薄膜、聚酯（PET）薄膜等。柔性基底薄膜是多種重要功能薄膜，如增透膜、隔熱膜、導電薄膜（TCO）等各種高技術(shù)與高性能功能薄膜的基底膜，廣泛用于高性能汽車貼膜、觸摸屏、等離子電視等方面。

隨著科技的迅速發(fā)展，越來越多的光電子產(chǎn)品向著柔性化、超薄化方向發(fā)展。如，柔性基底透明導電薄膜（TCO），這種電子薄膜可用作半導體單片集成電路、混合集成電路和微片電路等，具有良好的光學和電學性能，透光率高，導電性好，是目前業(yè)界研究的熱點之一，并得到了迅速發(fā)展。本文，筆者對幾種柔性基底薄膜的性能特點和應(yīng)用進行了對比分析，以期對同行有所參考。

一、柔性基底ITO薄膜

柔性基底ITO薄膜是以有機材料為襯底制成的透明導電薄膜。該有機材料必須有90%以上的透光率，有一定的耐溫性（耐溫點高于120 ℃），放氣率低、張力強度好，最重要的是要和薄膜有很好的結(jié)合力。一般常用的材料有聚乙烯對苯二甲酯（PET）、聚酰亞胺（PI）。這兩類材料有很大優(yōu)勢，耐溫點超過200 ℃，高溫時性質(zhì)也比較穩(wěn)定；透明度好，耐損傷性、耐刻蝕性、耐堿性好，材料表面形狀好且無針孔；尤其值得一提的是，其與襯底附著能力很好，可完成大面積均勻鍍膜，而且成本不高。

在ITO薄膜中，PET襯底最具優(yōu)勢，其軟化點為235 ℃，放氣速度低，除廣泛用于電線電纜的包繞材料，制作錄音磁帶、錄像磁帶、計算機帶、電影膠片、X光片等傳統(tǒng)領(lǐng)域外，還普遍用作磁控濺射制備汽車貼膜、透明導電薄膜的基膜使用。

用有機材料做襯底鍍膜和用光學玻璃做襯底鍍膜區(qū)別很大。在PET襯底上用射頻磁控濺射法制備柔性ITO薄膜時，射頻功率、氧氣濃度和襯底溫度等參數(shù)對薄膜性能都會產(chǎn)生影響。薄膜與有機襯底的結(jié)合力不像與玻璃襯底的結(jié)合力那么強，當PET表面溫度比較低時，薄膜和襯底的附著力更差，薄膜容易脫落甚至無法成膜；PET襯底在真空環(huán)境下容易出現(xiàn)放氣現(xiàn)象，對襯底表面的薄膜沉積有很大影響，使得柔性基底ITO薄膜的電阻率比玻璃襯底的ITO薄膜電阻率要大。在柔性基底薄膜上直接制備多層膜時，PET襯底薄膜具備很大的價格優(yōu)勢，但PI襯底薄膜綜合性能更好。PI襯底薄膜也具備耐高溫、低溫、耐輻射和優(yōu)良的光學性能和電學性能。其薄膜表面非常光滑，沒有氣泡、針孔和導電雜質(zhì)；耐溫點可達到250 ℃且可長期使用。

二、柔性基底AZO薄膜

雖然具備低發(fā)射率的ITO薄膜應(yīng)用廣泛，但銦屬于稀有金屬，為不可再生資源，直接影響到ITO薄膜的成本，因此摻雜氧化鋅透明導電薄膜（AZO）受到關(guān)注。作為與ITO薄膜抗衡的AZO薄膜，在太陽能電池、平板顯示器、氣敏元件等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用成為近年來的研究重點。實驗證明，用ZnAI合金靶材，利用磁控濺射技術(shù)在PI襯底等柔性基底上制出的柔性AZO薄膜，具有多晶結(jié)構(gòu)，而且AZO薄膜的電阻率隨著氧分壓的變化呈不規(guī)則變化，時而增加時而減小，最后達到穩(wěn)定值；有時會因為氧分壓過大，薄膜電阻率會進一步增大。制備薄膜過程中的摻雜比例也會對柔性AZO薄膜的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生很大影響。而制備的結(jié)晶性能最好的柔性AZO薄膜在紅外光波段具有較低的透光率和較高的反射率，可作為低發(fā)射率薄膜功能材料使用。

三、柔性基底太陽能電池薄膜

太陽能電池是可再生能源領(lǐng)域中最具發(fā)展前景的資源之一，但其制備成本高昂，制備技術(shù)復雜，這成了制約太陽能電池在各領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。因此，在研究提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和運行穩(wěn)定性的同時，還要致力于開發(fā)更經(jīng)濟的太陽能電磁制備技術(shù)與工藝。柔性基底的薄膜太陽能電池由于其高轉(zhuǎn)換效率、低成本潛能和多樣的應(yīng)用性而備受關(guān)注。

銅銦硒薄膜（CuCIS）是多元化合物半導體光伏材料，具備較高的光電轉(zhuǎn)換效率和較高的穩(wěn)定性，不會發(fā)生光誘導衰變。用柔性基底制備CIS具備重量輕、易于大規(guī)模展開等特點，方便運輸、安裝，尤其是有利于用CIS制成的太陽能電池在航空、軍事上的廣泛應(yīng)用。實驗結(jié)果表明，利用電沉積的方法，以檸檬酸鈉為絡(luò)合劑，在不銹鋼薄片這種柔性基底上制備出的CuCIS沒有雜相，比起CIS薄膜，前者表面光滑、沒有明顯紋路，呈多晶狀，顆粒分布也比較均勻。

此外，柔性導電基底的TiO2納晶多孔薄膜也用于太陽能電池。可采用多弧離子鍍的方法在PI基底上制備TiO2或Ti復合多層薄膜。實驗證明，采用多弧離子鍍法可以在PI基底上制備出結(jié)合力較好、具有多種顏色、紅外發(fā)射率和方塊電阻連續(xù)可調(diào)的薄膜，而且在外層TiO2膜工藝不變的情況下，隨著內(nèi)層Ti膜厚度的增加，紅外發(fā)射率和方塊電阻連續(xù)減小；在內(nèi)層Ti膜工藝不變的情況下，隨著外層TiO2膜厚度的增加，紅外發(fā)射率和方塊電阻連續(xù)增大。

四、柔性基底Mo–Al2O3的金屬陶瓷薄膜

Mo–Al2O3薄膜系結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、吸熱效率高，在太陽能應(yīng)用、航天器熱控制、空間攻防衛(wèi)星的紅外隱身技術(shù)以及深空光學儀器等領(lǐng)域里有著廣闊的應(yīng)用前景。它以聚酰亞胺為基底，上面鍍Mo–Al2O3薄膜。柔性金屬陶瓷復合膜具有非常好的空間輻射環(huán)境穩(wěn)定性和良好的耐原子氧性能，與同類吸熱膜產(chǎn)品相比，它的最高太陽吸收率可以達到0.92，而紅外發(fā)射率低于0.07，可以作為一種長壽命、低軌道航天器的高效吸熱型薄膜材料。