CN102655031A - 用于光电子器件的透明导电膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透明导电膜，其包括主透明导电层和复数个与所述主透明导电层电性接触的导体，所述导体相互独立地设置于所述主透明导电层的表面上。本发明透明导电膜上具有多个独立的导体以收集于透明导电膜内流动的电流，从而可减小透明导电膜的内电阻而保持其光传输率不变。此外，本发明中新的导体布局可以减小透明导电膜遭受高电流密度损害的危险性，从而获得较好的稳定性。

Description

用于光电子器件的透明导电膜
技术领域
本发明涉及一种用于光电子器件的具有导体的透明导电膜。
背景技术
透明导电(Transparent conductive，TC)膜广泛运用于包括光发射器和/或光接收器的光电子器件，例如液晶显示器、触控面板、光电电池和有机或无机电致发光器件。
一般而言，透明导电膜可以分成三种类型。第一种类型为同质的透明导电膜，其可以由不同的材料以单层或多层薄膜的形式制成，只要该材料本质上透光且具有电传导特性。由于具有高光学透明性，金属氧化物(例如氧化铟锡(ITO)、氧化锡锑(ATO)、氧化锌(ZnO)及其衍生物)、石墨烯和有机材料(例如聚乙撑二氧噻吩)通常用于形成所述透明导电膜。
另一种类型的透明导电膜具有组合结构，其包括一个主体结构及一些高导电性的组分，例如亚微米尺寸的颗粒，纳米线、纳米管及等离子体振子结构，嵌入在所述主体结构内而形成一个实质上导电且透明的结构层。
理想的透明导电膜具有高透光率和低电阻率以节省能源消耗、有效地传送及运用能量。基于相同类型的透明导电膜，一旦其厚度减小，则其表面电阻和透光率均会增加。而另一方面，使用的薄膜的厚度越厚，则表面电阻和薄膜的透光率将会越小。此通常被认为是透明导电材料的透明性和导电性之间的自然平衡。基于该限制，对于每个光电子应用中的透明导电膜的实际参数，例如材料和厚度的选择，均是透明导电材料自然平衡的优化结果。
为了改善能量效率，出现了另一种类型的透明导电膜。该类型的透明导电膜具有混合结构，该结构是通过在主透明导电层的表面上增加额外的导电层(由良好导体制成)而形成的。所述导电层具有汇流排、鱼骨或网络等布局以促进电流的收集。图1展示了用于光电子器件120的具有汇流排结构111的混合型透明导电膜110。如图1所示，所述光电子器件120包括基底层121、活性层122和夹设于所述基底层121和活性层122之间的中间层123。所述活性层122用于光发射或光吸收，而覆盖于所述活性层122上的透明导电膜110用于光传输和电传导。所述透明导电膜110的汇流排导体111充当一低电阻路径以便实现高效率的电流运送，因此，该汇流排导体111可以有效地减少所述透明导电膜110的表面电阻(器件内部电阻)。
为了最大限度地利用电流收集器(透明导电膜110上的导体111)的优点，例如在光电产业中，只要符合生产原则，通常电流导体会保持具有稳定性的宽度。图2展示了大多数晶体硅太阳能电池上的汇流排结构111。该电流收集器(汇流排导体111)可以由铝、镍或包含有银微粒的导电粘合剂等具有比主透明导电层112较高导电率的材料制成。因此，流动于透明导电膜110内的电流会趋向电流收集器111。换而言之，所述电流收集器111可能收集到原先在主透明导电层112内均匀流动的大量电流。一般而言，如此高的电流密度集中在汇流排收集器111内会导致某些有害现象，例如电迁移和焦耳加热。此外，透明导电膜110表面的长导体结构，产生了另一种不稳定现象，也即快速的灾难性损害，例如无机光电薄膜的熔化和OLED材料中有机分子的结晶化所产生的缓慢退化。图3为展示了所述透明导电膜110的热量密度的图表，可见，电流是沿着所述收集器111不断增强，而热度最强的区域位于母线和边线的接合处。该长收集器结构(母线)还可能在制造过程中产生其他缺陷，例如由于如图3所示的裂纹130而产生的中断。而从图上可见，在所述中断附近产生的巨大的热量密度将会很容易地损坏薄膜器件且带来最严重的稳定性隐患。
因此，急需提供一种具有高透光率、低内电阻及高稳定性的透明导电膜以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于光电子器件的透明导电膜，该透明导电膜的表面上设置有复数个相互独立的导体以减小透明导电膜的内电阻和/或允许较薄透明导电膜的使用而不削弱器件效率，从而提高光电子器件的性能和能量效率。
为了达到上述目的，本发明提供一种用于光电子器件的透明导电膜，该透明导电膜包括主透明导电层和复数个与所述主透明导电层电性接触的导体，所述导体相互独立地设置于所述主透明导电层的表面上以收集周围的电流，从而减小透明导电膜的内电阻和/或允许较薄透明导电膜的使用而不削弱器件效率。
较佳地，所述导体沿着流入所述透明导电膜内的电流的方向延伸。
在一优选实施例中，所述导体成排分布。较佳地，位于相邻两排的所述导体相互交错。
在另一优选实施例中，所述导体排列成由一系列同心圆组成的圆形状。较佳地，位于相邻两同心圆的所述导体相互交错。
较佳地，所述导体为导电薄膜，该导电薄膜的表面与所述主透明导电层完全接触。
较佳地，所述导体的形状为长条形、Y分叉形或H形。
较佳地，所述导体为导线，该导线具有至少两个电触点以电性地与所述主透明导电层接触。
较佳地，所述导体由与所述主透明导电层相同的材料制成。
较佳地，所述主透明导电层具有一个层主体，该层主体内含有纳米粒、纳米线或等离子体振子结构或结构层。
较佳地，所述主透明导电层与所述光电子器件的活性层直接接触。
与现有技术相比，本发明透明导电膜上具有多个独立的导体充当低电阻路径以收集流动于透明导电膜内的电流，因此，本发明可以通过两种途径来提高光电子器件的能量效率和使用性能：其中一种途径为通过使用较薄的主透明导电层来增加其透光率并在分布式导体的作用下使得其内电阻(电损耗)保持不变；另一种途径为减小透明导电膜的内电阻而保持其透光率(器件的输入/输出)不变。此外，本发明中新的导体布局可以改善透明导电膜上电流和热量的均匀性，且使透明导电膜避免遭受其他损害，从而获得较好的稳定性。此外，该导体布局可以通过平衡传输表面的表面电阻而改善大面积器件的均匀性。
通过以下的描述并结合附图，本发明的技术内容、构造特征、所达目的及效果将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1展示了传统的具有汇流排结构的透明导电膜用于光电子器件。
图2为图1所示透明导电膜的示意图。
图3为展示了图1所示透明导电膜的热量密度的图表。
图4展示了本发明第一实施例的透明导电膜用于图1所示光电子器件。
图5为图4所示透明导电膜的其中一个导体的放大图。
图6展示了本发明第二实施例的透明导电膜中的一个导体。
图7展示了本发明第三实施例的透明导电膜中的一个导体。
图8为一图表，其展示了具有不同形状或尺寸的导体的不同特性。
图9展示了本发明第四实施例的透明导电膜中的一个导体。
图10为展示了第四实施例的透明导电膜作为样本被测试时的示意图。
图11a展示了通过测量样本的表面电势而得到的电流分布。
图11b展示了通过模拟样本的表面电势而得到的电流分布。
图12为图4所示透明导电膜的顶视图。
图13a为模拟直接耦合模式的等值线图表。
图13b为模拟间接耦合模式的等值线图表。
图14为图12所示透明导电膜的部分示意图，其展示了导体的布局和尺寸。
图15和图16为用于展示本发明的导体布局的优点的两图表。
图17为展示本发明第五实施例的透明导电膜的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图描述本发明的各个实施例，其中，各个附图中相同的标记表示相同的元件。如上所述，本发明提供了用于光电子器件的透明导电膜，其包括主透明导电层和复数个与所述主透明导电层电性接触的导体，所述导体相互独立地设置于所述主透明导电层的表面上。本发明透明导电膜上具有多个独立的导体以收集于周围流动的电流，从而可减小透明导电膜的内电阻和/或允许较薄透明导电膜的使用而不削弱器件效率。
图4展示了本发明第一实施例的透明导电膜210用于图1所示光电子器件120。参照图4，所述透明导电膜210包括主透明导电层211和很多形成于主透明导电层211上的导体212。具体地，所述主透明导电层211具有顶表面和底表面，所述导体212形成于所述顶表面上，所述底表面与所述光电子器件120的活性层122直接接触。本实施例中，所述主透明导电层211由具有良好导电性的同质材料制成，例如金属氧化物(包括氧化铟锡(ITO)、氧化锡锑(ATO)或氧化锌(ZnO)及其衍生物)、有机材料或纳米材料。在另一实施例中，所述主透明导电层211可以具有一个层主体，该层主体内含有纳米粒、纳米线或等离子体振子结构或结构层。
如图4所示，电流在光电子器件中的每个单元包括垂直分量(如箭头V所示)和横向分量(如箭头L所示)。所述垂直分量为垂直于所述透明导电膜210表面流出或流向所述活性层的电流。当每个单元相对于整个透明导电膜210较小时，在整个单元面积上注入或聚集到所述活性层122的电流是均匀的。该种均匀的垂直电流并不受横向电流的流动所影响，且当其涉及的范围足够小时可随着包络模型的缓慢变化而被精确估算出来。而所述横向分量为平行于且流入所述透明导电膜210的电流。不管所述单元的尺寸为多少，所述横向分量，也即在所述透明导电膜210上的导体212的周围流动的电流是不均匀的。
在本实施例中，所述导体212呈长条形，其沿着所述电流的横向分量的方向延伸。具体地，所述导体212为薄膜，其通常由铝、镍或内含有银微粒的导电粘合剂制成以获取良好的导电率。该薄膜导体212可以通过漏印版、接触转印或各种各样的印刷方式，例如油墨喷印、静电印刷、专题印刷或磁电式印刷等等，来形成在主透明导电层211的表面上。较佳地，所述导体212可以由与所述主透明导电层211相同的材料制成，从而简化本发明的制造工艺。
图5为图4所示导体212中其中一个的放大图，其中，箭头展示的是流入所述透明导电膜210内的电流方向。如图5所示，形成于所述主透明导电层211上的导体212用于收集电流。由于所述导体212是用于充当低电阻路径，电流的横向分量均趋向所述导体212流动。由此可见，该工作原理说明了为什么利用导体212可以减小所述透明导电膜210电阻的原因。
图6展示了本发明第二实施例的透明导电膜310中的一个导体312。参照图6，该第二实施例的透明导电膜310包括导体312和主透明导电层311。较佳地，所述导体312为Y分叉形的导电薄膜。而图7展示了本发明第三实施例的透明导电膜410中的一个导体412。如图7所示，类似地，该第三实施例透明导电膜410包括导体412和主透明导电层411。较佳地，所述导体412为H形的导电薄膜。
如图8所示，三个具有不同形状或尺寸的导体样本分别形成在三个氧化铟锡(ITO)载玻片(主透明导电层)上。每个导体样本由100nm厚的喷镀金和2um厚的电镀铜组成从而为载玻片上的电流提供一条短路通道。样本1为具有0.1英寸宽(载玻片宽度的1/10)和0.6英寸长(载玻片长度的2/10)的短铜条。样本2为具有0.1英寸宽(载玻片宽度的1/10)和1.5英寸长(载玻片长度的5/10)的较长铜条。样本3为具有0.1英寸宽和比样本2的长度长的Y分叉导体。从该图表中可得知，单元电阻的变小主要是取决于导体沿着电流方向的长度。
根据本发明的第四实施例，如图9所示，形成在主透明导电层511上的导体512为导线。该导线具有至少两个电触点以电性地与所述主透明导电层511接触而与其一起形成透明导电膜510。具体地，所述主透明导电层511由表面电阻为9Ω/m2的氧化铟锡(ITO)载玻片形成。该ITO载玻片具有两个电阻值为0Ω而尺寸为0.75×0.75×1.5mm的片形电阻器513，其通过含银粘结剂粘接在所述ITO载玻片上。该两片形电阻器513设置在距离所述载玻片511的边缘0.75英寸处且通过所述导线512(1.5英寸长)使用相同的含银粘结剂相互连接起来。现在，以本实施例作为样本来测量所述透明导电膜510的电阻。参照图10，两个压力接点电极514横跨所述透明导电膜510的两端以提供1V的电压。微探针连接到可用于测量样本在X和Y方向0.1英寸范围的表面电势的伏特计。基于表面电势的记录，单元的电流分布和等值电阻可以被推断出来。图11a为通过测量样本的表面电势而得到的电流分布。图11b为通过模拟样本的表面电势而得到的电流分布。该样本测量和建模出来的电阻分别是14Ω和14.2Ω。而在将额外结构(导体512)添加到所述ITO载玻片之前，横跨压力接点电极514之间的被测电阻为28Ω。在阴影(导体表面)占整个透明导电膜510表面的百分比小于1％的情况下该表面电阻减小了大约50％。
图12为本发明第一实施例的透明导电膜210的顶视图。如图12所示，所述导体212成排分布。较佳地，位于相邻两排的导体212相互交错，也即，在每一排上的导体212相对于其前一排上的导体212是偏移的，从而在排与排的导体212之间形成间接电流耦合。当电流通过所述透明导电膜210时，该间接耦合模式可以有效地减少热量的产生。然而，如果相邻两排的导体212之间的偏移量为零，位于相邻两排的导体212将会直接首尾相朝，从而形成直接耦合模式。图13a和图13b为模拟直接耦合模式和间接耦合模式的的等值线图表。如图13a和图13b所示，通过建模获得的间接耦合模式的热量密度与直接耦合模式相比较低。
图14-16用于展示本发明导体布局的优点。如图14所示，在导体的宽度方向上，相邻两导体之间的距离定义为“W”；在导体的长度方向上，相邻两导体之间的距离定义为“S”；位于相邻两排的导体之间的偏移量定义为“d”。图15展示了电阻压降随着参数W/Wc的变化而改变(其中，Wc指导体的宽度)。从该图表可以推断出透明导电膜的电阻压降是随着距离W的增大而增大。图16展示了偏移量d的值等于0和0.5W时的两种状态。如图16所示，在所述偏移量d的值等于0的情况下，当S/Lc(其中，Lc指导体的长度)的值小于0.2时，热量密度大大地增加。而在所述偏移量d的值等于0.5W的情况下，当S/L的值等于0.1时，热量密度比d＝0时的情况小五倍。该仿真结果证实了本发明的导体布局可以有效减少导体本身带来的焦耳加热。
图17展示了本发明第五实施例的透明导电膜610。如图17所示，该透明导电膜610包括主透明导电层611和复数个形成在所述透明导电层611上的导体612。本实施例中，所述主透明导电层611为一圆形膜，每个导体612均呈长条形，该长条形沿着电流的横向分量的方向延伸。由于所述透明导电膜610内的电流分布是呈放射状的，所述导体612排列成由一系列同心圆组成的圆形状。较佳地，位于相邻两同心圆的所述导体612相互交错。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (12)

1.一种用于光电子器件的透明导电膜，其特征在于，包括：
主透明导电层；
复数个与所述主透明导电层电性接触的导体；
其中，所述导体相互独立地设置于所述主透明导电层的表面上。
2.如权利要求1所述的透明导电膜，其特征在于：所述导体沿着流入所述透明导电膜内的电流的方向延伸。
3.如权利要求2所述的透明导电膜，其特征在于：所述导体成排分布。
4.如权利要求3所述的透明导电膜，其特征在于：位于相邻两排的所述导体相互交错。
5.如权利要求2所述的透明导电膜，其特征在于：所述导体排列成由一系列同心圆组成的圆形状。
6.如权利要求5所述的透明导电膜，其特征在于：位于相邻两同心圆的所述导体相互交错。
7.如权利要求1所述的透明导电膜，其特征在于：所述导体为导电薄膜，该导电薄膜的表面与所述主透明导电层完全接触。
8.如权利要求7所述的透明导电膜，其特征在于：所述导体的形状为长条形、Y分叉形或H形。
9.如权利要求1所述的透明导电膜，其特征在于：所述导体为导线，该导线具有至少两个电触点以电性地与所述主透明导电层接触。
10.如权利要求1所述的透明导电膜，其特征在于：所述导体由与所述主透明导电层相同的材料制成。
11.如权利要求1所述的透明导电膜，其特征在于：所述主透明导电层具有一个层主体，该层主体内含有纳米粒、纳米线或等离子体振子结构或结构层。
12.如权利要求1所述的透明导电膜，其特征在于：所述主透明导电层与所述光电子器件的活性层直接接触。
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