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邁可諾技術(shù)有限公司

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    薄膜制備的方法有哪些?有什么區(qū)別呢?

    2025-7-10 閱讀(127)

     

    薄膜沉積 | 涂層方法比較

    薄膜可以通過多種涂層方法制備,包括蒸發(fā)技術(shù)和溶液處理法。溶液處理技術(shù)將溶液均勻涂覆在基底上,干燥后形成薄膜。均勻可靠的薄膜沉積對于太陽能電池、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)和其他半導(dǎo)體器件的開發(fā)與制造至關(guān)重要。由于可用的薄膜沉積方法多種多樣,某些工藝更適合特定應(yīng)用。溶液處理法因其可擴(kuò)展性潛力而特別具有吸引力。

     

    選擇適合的涂層方法

    從小規(guī)模研究到大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn),您需要綜合考慮小規(guī)模和大規(guī)模應(yīng)用來比較每種薄膜涂層方法。這有助于您為當(dāng)前需求做出正確選擇,同時了解未來擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的選擇。選擇合適的涂層方法對于生產(chǎn)高質(zhì)量薄膜器件至關(guān)重要。

     

    雖然旋涂適用于小規(guī)模實驗室研究,但成功的薄膜最終需要與卷對卷(R2R)兼容的方法。狹縫擠壓涂布和噴涂可作為中間技術(shù),類似于R2R方法,但適用于實驗室規(guī)模操作。

     

    了解薄膜的干燥過程也很重要??梢酝ㄟ^控制多個因素來優(yōu)化最終干膜的形態(tài)。

     

    薄膜沉積方法

    有許多不同的薄膜沉積技術(shù)用于生產(chǎn)高質(zhì)量薄膜。每種技術(shù)都有其優(yōu)勢、缺點和挑戰(zhàn),以及確保均勻涂層的關(guān)鍵參數(shù)和理想應(yīng)用。了解不同沉積技術(shù)之間的差異對于選擇適合實驗需求的涂層方法至關(guān)重要。同時,考慮所選技術(shù)的可擴(kuò)展性及其與大規(guī)模制造的兼容性也很重要。

     

    旋涂

    在旋涂中,將溶液沉積在基底上,然后高速旋轉(zhuǎn)。離心力、粘性阻力和表面張力的共同作用使溶液均勻分布在基底上。薄膜厚度由旋轉(zhuǎn)速度決定。

    img1 

    優(yōu)點:

     

    方法簡單,幾乎不需要培訓(xùn)

    可創(chuàng)建厚度從納米到微米的均勻薄膜

    干燥時間通常最快

    成本效益的小批量或單個薄膜制備方法

    缺點:

     

    僅限于小基底的批量處理,不適合大規(guī)模生產(chǎn)

    旋轉(zhuǎn)過程導(dǎo)致高浪費率

    難以制備具有彎曲或柔性基底或梯度厚度的復(fù)雜薄膜

     

    浸涂

    在浸涂中,將基底浸入涂層溶液中,當(dāng)取出時,在基底上形成液體層。溶液在浸入時潤濕薄膜,在取出時通過溶劑蒸發(fā)干燥。

    img2 

    優(yōu)點:

     

    經(jīng)濟(jì)實惠、簡單且易于適應(yīng)不同需求

    可涂覆基底的兩面,兼容平面或管狀基底

    可在各種基底上實現(xiàn)納米級表面粗糙度的非常均勻的涂層

    缺點:

     

    溶液使用量大,導(dǎo)致高浪費

    濕膜在干燥階段易受環(huán)境因素影響

    可能需要后沉積熱處理,增加成本并降低可擴(kuò)展性

     

    狹縫涂布

    在狹縫擠壓涂布中,溶液直接涂覆在基底上。溶液以確定的速度通過"頭"流動,同時基底相對于頭移動。

    img3 

    優(yōu)點:

     

    可生產(chǎn)均勻薄膜,溶液浪費少

    適用于剛性和柔性基底

    易于擴(kuò)展,可實現(xiàn)高涂布速度

    可用于卷對卷加工

    缺點:

     

    工藝復(fù)雜,需要優(yōu)化多個參數(shù)

    初始成本高

    缺陷來源難以診斷

    每次使用后需要大量清潔

     

    刮刀涂布

    刮刀涂布(或刀片涂布)涉及在基底上運行刀片以將溶液均勻地鋪展在其表面上。

    img4 

    優(yōu)點:

     

    技術(shù)簡單,設(shè)置成本低

    溶液浪費較少

    適用于各種粘度溶液和剛性和柔性基底

    可擴(kuò)展,適用于工業(yè)規(guī)模薄膜制備

    缺點:

     

    不如旋涂等方法精確

    通常無法創(chuàng)建厚度低于10微米的薄膜

    濕層薄膜厚度重現(xiàn)性差

     

    棒涂

    棒涂與刮刀涂布非常相似;溶液通過纏繞有螺旋線的圓柱棒鋪展在基底上。

    img5 

    優(yōu)點:

     

    經(jīng)濟(jì)實惠且易于使用

    可涂覆大面積剛性和柔性基底

    干燥時間可良好控制

    易于適應(yīng)和優(yōu)化

    缺點:

     

    薄膜厚度受限于線的直徑

    無法實現(xiàn)圖案或梯度

    涂布速度慢

     

    噴涂

    噴涂是研究和工業(yè)中使用的替代沉積技術(shù)。在這種方法中,涂層溶液被加壓氣體流分解,然后以細(xì)小的液滴連續(xù)流動形式分配。

    img6 

    優(yōu)點:

     

    快速沉積薄膜的方法

    易于實現(xiàn)多層涂布

    可涂覆大面積基底和具有不平或彎曲表面的基底

    缺點:

     

    難以圖案化

    無法實現(xiàn)與其他技術(shù)相同的薄膜均勻性

    更難控制薄膜厚度

    系統(tǒng)安裝成本高

     

    旋涂與狹縫涂布比較

    旋涂和狹縫擠壓涂布都是常見且流行的技術(shù),但它們有不同的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。

     

    生產(chǎn)均勻薄膜:

     

    使用旋涂機(jī)更容易生產(chǎn)均勻薄膜

    狹縫擠壓涂布需要優(yōu)化多個參數(shù),通常是一個漫長的過程

    涂布區(qū)域大小和可擴(kuò)展性:

     

    旋涂適用于研發(fā)應(yīng)用以生產(chǎn)小型單個薄膜

    狹縫擠壓涂布可涂覆大面積,兼容連續(xù)涂布方法

    浪費:

     

    旋涂中約90%的溶液被丟棄

    狹縫擠壓涂布中溶液浪費極少

    干燥薄膜

    涂層過程中的一個重要方面是干燥階段。干燥方式會顯著影響涂層的形態(tài)和后續(xù)性能,特別是在OLED、鈣鈦礦太陽能電池或有機(jī)太陽能電池等器件中。

     

    蒸發(fā)理論

    薄膜形成過程受蒸發(fā)影響很大。蒸發(fā)發(fā)生在液體-蒸汽邊界,當(dāng)蒸汽壓力低于液體壓力時。對于濕膜處理,是溶劑蒸發(fā)。隨著溶劑蒸發(fā),濕涂層中的固體材料變得更加濃縮,直到形成最終的干膜。

     

    旋涂中的蒸發(fā)

    在旋涂中,蒸發(fā)和干燥是涂層過程的關(guān)鍵部分。它直接受溶劑性質(zhì)和旋轉(zhuǎn)速度的影響。一般來說,旋涂濕膜的蒸發(fā)速率高于狹縫擠壓涂布濕膜。

     

    狹縫擠壓涂布薄膜的蒸發(fā)

    在狹縫擠壓涂布過程中,干燥階段與涂布階段分開進(jìn)行。蒸發(fā)在濕膜形成后開始。這既帶來了復(fù)雜性,也為影響獲得的干涂層提供了優(yōu)勢。

     

    大規(guī)模沉積

    薄膜生產(chǎn)的規(guī)?;蛭磥淼目蓴U(kuò)展性是選擇技術(shù)時需要考慮的關(guān)鍵因素。

     

    擴(kuò)大不同技術(shù)

    旋涂適用于需要明確定義薄膜厚度的小規(guī)模程序。然而,很難將旋涂應(yīng)用于大規(guī)模制造過程,并且會浪費大量材料。

     

    狹縫擠壓涂布比旋涂具有更多優(yōu)勢,可實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的更大靈活性。如果需要在大面積上印刷溶液,狹縫擠壓涂布可能是好選擇。

     

    卷對卷工藝

    連續(xù)工藝和減少浪費對于薄膜器件的大規(guī)模制造是有利的。這是因為它們可以納入卷對卷(R2R)系統(tǒng)。R2R處理是一種制造技術(shù),其中柔性基底在大型輥之間傳遞,并在后續(xù)步驟中涂覆層。

     

    R2R狹縫擠壓涂布被視為大規(guī)模處理的理想方法,因為它可以非??焖俚赝扛泊竺娣e,并且可以結(jié)合幾種不同的印刷或涂布技術(shù)。

     

    擴(kuò)大規(guī)模的挑戰(zhàn)

    R2R狹縫擠壓涂布具有與小規(guī)模狹縫擠壓涂布類似的挑戰(zhàn),包括尋找穩(wěn)定的涂布窗口。此外,增加的操作時間可能導(dǎo)致溶液在過程中發(fā)生變化。

     

    印刷薄膜

    除了狹縫擠壓涂布外,印刷技術(shù)通常是可擴(kuò)展制造的下一步。它們在制造大規(guī)模圖案化薄膜時特別有用。

     

    印刷技術(shù)包括絲網(wǎng)印刷、柔性版印刷、凹版印刷和噴墨印刷。

     

    絲網(wǎng)印刷

    絲網(wǎng)印刷使用壓在基底上的絲網(wǎng)來產(chǎn)生圖案。這需要高粘度、低揮發(fā)性的溶液,這可能會限制在OPV中的應(yīng)用。

     

    柔性版印刷

    電極也可以通過柔性版印刷來印刷。這也可以通過使用組合雕刻輥輕松生產(chǎn)圖案化薄膜。

     

    凹版印刷

    凹版印刷是一個類似的過程,使用組合雕刻輥,能夠生產(chǎn)非常薄的層。

     

    噴墨印刷

    應(yīng)用于OPV制造的噴墨印刷具有高分辨率、易于圖案化、快速印刷和最小浪費的特點。然而,與噴嘴堵塞、溶液添加劑、干燥條件和循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)的顯著復(fù)雜性限制了容易優(yōu)化。

     

    結(jié)論

    選擇合適的薄膜處理方法是一個關(guān)鍵步驟,可能對項目的成功產(chǎn)生重大影響??捎眯畔?yīng)幫助您為項目選擇最合適的方法,并為您在擴(kuò)大薄膜生產(chǎn)規(guī)模時出現(xiàn)的挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。

     



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