常见柔性基底薄膜性能探讨

武汉职业技术学院 电信学院 张雅娟

常见柔性基底薄膜性能探讨

武汉职业技术学院 电信学院 张雅娟

柔性基底薄膜是指能够卷绕的，作为镀膜基底材料使用的薄膜。通常使用的柔性基底薄膜均为塑料薄膜，包括聚乙烯醇（PVA）薄膜、聚酰亚胺（PD）薄膜、聚酯（PET）薄膜等。柔性基底薄膜是多种重要功能薄膜，如增透膜、隔热膜、导电薄膜（TCO）等各种高技术与高性能功能薄膜的基底膜，广泛用于高性能汽车贴膜、触摸屏、等离子电视等方面。

随着科技的迅速发展，越来越多的光电子产品向着柔性化、超薄化方向发展。如，柔性基底透明导电薄膜（TCO），这种电子薄膜可用作半导体单片集成电路、混合集成电路和微片电路等，具有良好的光学和电学性能，透光率高，导电性好，是目前业界研究的热点之一，并得到了迅速发展。本文，笔者对几种柔性基底薄膜的性能特点和应用进行了对比分析，以期对同行有所参考。

一、柔性基底ITO薄膜

柔性基底ITO薄膜是以有机材料为衬底制成的透明导电薄膜。该有机材料必须有90%以上的透光率，有一定的耐温性（耐温点高于120 ℃），放气率低、张力强度好，最重要的是要和薄膜有很好的结合力。一般常用的材料有聚乙烯对苯二甲酯（PET）、聚酰亚胺（PI）。这两类材料有很大优势，耐温点超过200 ℃，高温时性质也比较稳定；透明度好，耐损伤性、耐刻蚀性、耐碱性好，材料表面形状好且无针孔；尤其值得一提的是，其与衬底附着能力很好，可完成大面积均匀镀膜，而且成本不高。

在ITO薄膜中，PET衬底最具优势，其软化点为235 ℃，放气速度低，除广泛用于电线电缆的包绕材料，制作录音磁带、录像磁带、计算机带、电影胶片、X光片等传统领域外，还普遍用作磁控溅射制备汽车贴膜、透明导电薄膜的基膜使用。

用有机材料做衬底镀膜和用光学玻璃做衬底镀膜区别很大。在PET衬底上用射频磁控溅射法制备柔性ITO薄膜时，射频功率、氧气浓度和衬底温度等参数对薄膜性能都会产生影响。薄膜与有机衬底的结合力不像与玻璃衬底的结合力那么强，当PET表面温度比较低时，薄膜和衬底的附着力更差，薄膜容易脱落甚至无法成膜；PET衬底在真空环境下容易出现放气现象，对衬底表面的薄膜沉积有很大影响，使得柔性基底ITO薄膜的电阻率比玻璃衬底的ITO薄膜电阻率要大。在柔性基底薄膜上直接制备多层膜时，PET衬底薄膜具备很大的价格优势，但PI衬底薄膜综合性能更好。PI衬底薄膜也具备耐高温、低温、耐辐射和优良的光学性能和电学性能。其薄膜表面非常光滑，没有气泡、针孔和导电杂质；耐温点可达到250 ℃且可长期使用。

二、柔性基底AZO薄膜

虽然具备低发射率的ITO薄膜应用广泛，但铟属于稀有金属，为不可再生资源，直接影响到ITO薄膜的成本，因此掺杂氧化锌透明导电薄膜（AZO）受到关注。作为与ITO薄膜抗衡的AZO薄膜，在太阳能电池、平板显示器、气敏元件等相关领域的应用成为近年来的研究重点。实验证明，用ZnAI合金靶材，利用磁控溅射技术在PI衬底等柔性基底上制出的柔性AZO薄膜，具有多晶结构，而且AZO薄膜的电阻率随着氧分压的变化呈不规则变化，时而增加时而减小，最后达到稳定值；有时会因为氧分压过大，薄膜电阻率会进一步增大。制备薄膜过程中的掺杂比例也会对柔性AZO薄膜的结构和性能产生很大影响。而制备的结晶性能最好的柔性AZO薄膜在红外光波段具有较低的透光率和较高的反射率，可作为低发射率薄膜功能材料使用。

三、柔性基底太阳能电池薄膜

太阳能电池是可再生能源领域中最具发展前景的资源之一，但其制备成本高昂，制备技术复杂，这成了制约太阳能电池在各领域大规模应用的瓶颈。因此，在研究提高太阳能电池的光电转换效率和运行稳定性的同时，还要致力于开发更经济的太阳能电磁制备技术与工艺。柔性基底的薄膜太阳能电池由于其高转换效率、低成本潜能和多样的应用性而备受关注。

铜铟硒薄膜（CuCIS）是多元化合物半导体光伏材料，具备较高的光电转换效率和较高的稳定性，不会发生光诱导衰变。用柔性基底制备CIS具备重量轻、易于大规模展开等特点，方便运输、安装，尤其是有利于用CIS制成的太阳能电池在航空、军事上的广泛应用。实验结果表明，利用电沉积的方法，以柠檬酸钠为络合剂，在不锈钢薄片这种柔性基底上制备出的CuCIS没有杂相，比起CIS薄膜，前者表面光滑、没有明显纹路，呈多晶状，颗粒分布也比较均匀。

此外，柔性导电基底的TiO2纳晶多孔薄膜也用于太阳能电池。可采用多弧离子镀的方法在PI基底上制备TiO2或Ti复合多层薄膜。实验证明，采用多弧离子镀法可以在PI基底上制备出结合力较好、具有多种颜色、红外发射率和方块电阻连续可调的薄膜，而且在外层TiO2膜工艺不变的情况下，随着内层Ti膜厚度的增加，红外发射率和方块电阻连续减小；在内层Ti膜工艺不变的情况下，随着外层TiO2膜厚度的增加，红外发射率和方块电阻连续增大。

四、柔性基底Mo–Al2O3的金属陶瓷薄膜

Mo–Al2O3薄膜系结构简单、重量轻、吸热效率高，在太阳能应用、航天器热控制、空间攻防卫星的红外隐身技术以及深空光学仪器等领域里有着广阔的应用前景。它以聚酰亚胺为基底，上面镀Mo–Al2O3薄膜。柔性金属陶瓷复合膜具有非常好的空间辐射环境稳定性和良好的耐原子氧性能，与同类吸热膜产品相比，它的最高太阳吸收率可以达到0.92，而红外发射率低于0.07，可以作为一种长寿命、低轨道航天器的高效吸热型薄膜材料。