CN103198873A

CN103198873A - 透明导电薄膜

Info

Publication number: CN103198873A
Application number: CN2012100012442A
Authority: CN
Inventors: 邓建东; 徐伟伦
Original assignee: MKE Tech CO Ltd
Current assignee: MKE Tech CO Ltd
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明公开一种透明导电薄膜，其包含银-锡化三银-氧化锡的至少一叠层、或银-锡化四银-氧化锡的至少一叠层。

Description

透明导电薄膜

技术领域

本发明涉及一种透明导电薄膜。

背景技术

举凡现有半导体光电装置，例如显示装置、触控装置、发光装置或光伏电池，其皆具有一导电基板以协助电子的传递。其中，导电基板包含一透光导电薄膜以及一基板，透光导电薄膜设置于基板上。透光导电薄膜又称为透光导电氧化物(TCO)，这是因为现有的透光导电薄膜的材料主要为金属氧化物，常用的材料有ITO、In₂O₃、SnO₂、ZnO、CdO、AZO、及IZO等。

然而，现有的透光导电薄膜虽然可达到透光目的，但其电阻值却太高，可达到10～100Ω/sq，这也造成信号传递速度以及反应速度下降，因而使产品效能降低。故，现在业界极力发展具有低电阻值的材料来制造透光导电薄膜。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种能够降低电阻值的透明导电薄膜。

为达上述目的，依据本发明的一种透明导电薄膜，其包含银-锡化三银-氧化锡的至少一叠层、或银-锡化四银-氧化锡的至少一叠层。

在一实施例中，银层的厚度介于2nm至15nm之间。

在一实施例中，锡化三银层或该锡化四银层的厚度介于1nm至3nm之间。

在一实施例中，透明导电薄膜可滤除红外光或紫外光。

在一实施例中，透明导电薄膜可应用于一触控面板、一显示面板或一光伏电池。

在一实施例中，透明导电薄膜还包含一结构层，其邻设于该银层或该氧化锡层。在一实施例中，结构层为单一层或一叠层。

在一实施例中，结构层包含金属、金属氧化物、光学材料、陶瓷、或其组合。

在一实施例中，至少一叠层与结构层相互叠设。

在一实施例中，当结构层为复数时，至少一叠层设置于该等结构层之间。

承上所述，通过不断的努力与研究，将透明导电薄膜的材料改成锡化三银或锡化四银，即可大幅增加透明导电薄膜的导电率并使电阻值下降。本发明的透明导电薄膜包含银-锡化三银-氧化锡的至少一叠层、或银-锡化四银-氧化锡的至少一叠层，使得电阻值可例如降低至1Ω/平方，进而大幅提升信号传递与反应速度。此外，含有锡化三银或锡化四银的透光导电薄膜也可达到滤除红外光(IR-Cut)及/或滤除紫外光(UV-Cut)的功效。通过滤除红外光或紫外光，使得应用本发明的半导体光电装置(例如光伏电池、触控面板或显示面板)能够避免红外光或紫外光照射所造成的黄化。

附图说明

图1A至图1E为本发明较佳实施例的一种透明导电薄膜的示意图；

图2为本发明较佳实施例的一种透明导电薄膜设置于一基板的示意图；

图3A及图3B为形成介金属的示意图；

图4及图5为本发明较佳实施例的一种透明导电薄膜应用于光伏电池的示意图；以及

图6为本发明较佳实施例的一种透明导电薄膜应用于一显示面板的示意图。

主要元件符号说明

11、311、321：基板

12、12a～12d：透明导电薄膜

121：结构层

122：银

123：锡化三银

124：氧化锡

2：光伏电池

201：第一导电基板

202：第二导电基板

203：染料层

204：催化层

205：第一导电层

206：第二导电层

207：框胶

208：电解质

209：第一导线

210：第二导线

211：第一导电通孔

212：第二导电通孔

213：连结胶

3：液晶显示面板

31：薄膜晶体管基板

32：彩色滤光基板

33：液晶层

312：薄膜晶体管阵列

322：共同电极

A：银

B：锡

C1、C2：集电部

D：间距

P：染料部

S：绝缘保护层

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的一种导电基板以及光伏电池，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

图1A为本发明较佳实施例的一种透明导电薄膜12的示意图。透明导电薄膜12包含锡化三银(Ag₃Sn)或锡化四银(Ag₄Sn)。透明导电薄膜12可例如包含银-锡化三银-氧化锡的至少一叠层(stack layers)、或银-锡化四银-氧化锡的至少一叠层；于此以包含银层122-锡化三银层123-氧化锡层124的一叠层为例。当然，在锡化三银层123中或许也会含有锡化四银。其中，银层123的厚度可例如介于2nm至15nm之间；锡化三银层123或锡化四银层的厚度可例如介于1nm至3nm之间；氧化锡层124可例如为SnO₂或SnO。

图1B为本发明较佳实施例的另一种透明导电薄膜12a的示意图。其中，透明导电薄膜12a还包含一结构层121，其邻设于银层122。结构层121可为单一层或一复合层。结构层121可例如包含金属、金属氧化物、光学材料、陶瓷、或其组合。其中，金属例如银或铜；金属氧化物例如氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO或SnO₂)、氧化铟锡(ITO)、氧化锌镓(GZO)、氧化锡锑(ATO)；光学材料如二氧化钛(TiO₂)；陶瓷例如二氧化硅(SiO₂)。上述仅为举例，并非用以限制本发明。

图1C为本发明较佳实施例的另一种透明导电薄膜12b的示意图。其中，透明导电薄膜12b的一结构层121邻设于氧化锡层123。

图1D为本发明较佳实施例的另一种透明导电薄膜12c的示意图。其中，透明导电薄膜12b包含银层122-锡化三银层123-氧化锡层124的相同的二叠层，且结构层121位于该等叠层之间。

图1E为本发明较佳实施例的另一种透明导电薄膜12d的示意图。其中，透明导电薄膜12b包含银层122-锡化三银层123-氧化锡层124的一叠层以及二结构层121，且叠层设置于二结构层121之间。该等结构层121可相同或不相同。

图1A至图1E仅为举例说明本实施例的透明导电薄膜，其可包含更多种变化态样，例如可有更多叠层、或改变结构层121的位置等等。

图2为本发明较佳实施例的一种透明导电薄膜12设置于一基板11的示意图；于此仅为举例，上述透明导电薄膜12a～12d的态样皆可设置于基板11上。其中，基板11的材质可例如包含玻璃、陶瓷、金属或塑胶，塑胶例如为聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)，而基板11可透光或不透光。

透明导电薄膜12经过热制作工艺才能形成介金属(锡化三银或锡化四银)(Intermetal)。首先，在基板11上依序形成银-锡-氧化锡的叠层，然后进行加热制作工艺。图3A及图3B为热扩散以形成介金属的示意图，其中A代表银、B代表锡，但请注意，图3A的银层与锡层为左右排列仅为清楚说明介金属形成过程，而非用以限制本发明。如图3A至图3B所示，在热制作工艺中，银A与锡B会进行热扩散(thermal diffusion)而形成介金属(锡化三银Ag₃Sn或锡化四银Ag₄Sn)，也就是A与B交错设置之处。

在制作工艺中，若银氧化会严重影响透明导电薄膜12的电性。然而，锡受到高温影响后很容易与银相互结合成介金属Ag₃Sn或Ag₄Sn，由于Ag₃Sn或Ag₄Sn相当稳定，因此也能阻挡银因受热而氧化，并形成Ag-Ag₃Sn-SnO或Ag-Ag₄Sn-SnO的叠层。

据此，透明导电薄膜12的电阻值可降低至1Ω/平方，而大幅提升信号传递与反应速度。此外，含有透明导电薄膜12也可达到滤除红外光(IR-Cut)或滤除紫外光(UV-Cut)的功效。

另外，透明导电薄膜12可依产品设计的需求而为一平坦层或一图案层。例如，当作为液晶面板中的滤光基板的共同电极层时，其为平坦层；而当作为触控装置中的触控电极时，则可形成为图案层。

本实施例不特别限制透明导电薄膜12～12d的应用范围，其可例如应用于半导体光电装置，例如一显示面板、一触控面板、一光伏电池或一发光装置。以下以光伏电池来说明，特别是光伏电池中的染料敏化太阳能电池(dyesensitized solar cell，DSSC)。

图4为本发明较佳实施例的一种染料敏化太阳能电池2的示意图，染料敏化太阳能电池2包含一第一导电基板201、一染料层203、一第一导电层205以及一第二导电基板202。

本实施例的第一导电基板201及/或第二导电基板202可具有透明导电薄膜12～12d，而成为导电基板。由于透明导电薄膜12～12d已于上详述，故于此不再赘述。于此，太阳光线由第一导电基板201入射，故第一导电基板201的基板为可透光，而第二导电基板202的基板则可为透光或不透光。

染料层203设置于第一导电基板201上。染料层203构成本实施例的光电转换材料的一部分。染料层203具有多个染料部P。在形成染料层203时，可先将一染料吸附层(例如二氧化钛)涂布于第一导电基板201上，再设置染料，以让二氧化钛吸附染料而形成染料层203。当吸收光时，染料层203会产生电子，而电子会传递至导电基板201、202上的透明导电薄膜(图未显示)。于此，染料层203中的染料可例如包含钌(Ru)等金属错合物色素、或是甲基、酞菁等有机色素。

第一导电层205设置于第一导电基板201上并位于染料部P的周围。第一导电层205的材质以银胶为例，其可为其他材质的导电胶，例如铝胶或铜胶。形成第一导电层205的方式可为印刷、涂布或点胶，通过第一导电层205的设置，能够协助染料部P电子的传递。于此，染料部P所产生的电子，会先传递至第一导电基板201上的透明导电薄膜，再由透明导电薄膜传递至第一导电层205。

第一导电层205位于染料层203的周围。于此，第一导电层205与染料层203的一间距D介于0.5mm至50mm，较佳者介于1mm至10mm。据验证，这样的特征使得本实施例的发电效能得到较佳的效果；当然，随着不同的实施态样，间距D可被调整。

另外，染料敏化太阳能电池2可还包含一绝缘保护层S，其设置于第一导电层205上。绝缘保护层S的材质例如包含玻璃胶(glass paste)，其可为含铋氧化物，用以减少一部分的第一导电层205的氧化，并形成电性的绝缘。

另外，在第一导电层205最外围的一侧，通常有一集电部C1(于此以长条状为例)，用以汇集染料敏化太阳能电池2的电流，并作为电池的正极或负极，以与相邻的染料敏化太阳能电池或外部的控制电路电性串连或并联。

另外，第一导电基板201还设置有一第一导电通孔211，并且一第一导线209经由第一导电通孔211与第一导电基板201电性连结。第一导线209可为一印刷导线或一实体导线，于此以实体的导线为例，且于第一导电通孔211内填设导电焊料，并分别焊接使得第一导电通孔211能与第一导线209电性连结。此外，第一导电通孔211通过第一导电层205与第一导电基板201电连接。第一导电层205的一部分(集电部C1)直接与第一导电通孔211相连结。当然，让光伏电池2与相邻电池电性连结，也可利用导线直接连结集电部C1，而与相邻的电池连接。

第二导电基板202与第一导电基板201相对设置。一催化层204设置于第二导电基板202上，催化层204例如铂(Pt)或碳(C)，可促进电解质208的氧化还原。

请参照图5所示，染料敏化太阳能电池2还可包含一第二导电层206，其设置于第二导电基板202上。一第二导电通孔212通过第二导电层206与第二导电基板202电连接。第二导电层206的一部分(集电部C2)直接与第二导电通孔212相连，其另一部分分别于催化层204周围形成框部。第一导电层205或第二导电层206的线宽以介于0.1mm至30mm为例，较佳者介于0.3mm至15mm，其中第一导电层205及第二导电层206的线宽可以相同或不相同。

第二导电层206能够协助电子的传递，并与第一导电层205一同形成电性回路。其中，在第二导电层206最外围的一侧，通常有一集电部C2(于此以长条状为例，且实质上与第一导电层205的集电部C1平行)，用以汇集染料敏化太阳能电池2的电流，并作为染料敏化太阳能电池2的正极或负极，以与相邻的染料敏化太阳能电池或外部的控制电路电性串连或并联。于此，第二导电层206以银胶为例，其可为其他材质的导电胶，例如铝胶或铜胶。需补充的是，在第二导电层206构成框部的部分，还可以设置一绝缘保护层于其上，其材质可例如为玻璃胶，例如为含铋氧化物，用以减少第二导电层206的框部部分的氧化，并避免和第一导电基板201上的第一导电层205电性短路。

另外，染料敏化太阳能电池2还可包含一第二导线210，第二导线210经由第二导电通孔212与第二导电基板202电性连结。第二导线210可为一印刷导线或一实体导线，于此以实体的导线为例，且于第二导电通孔212内填设导电焊料，并分别焊接使得第二导电通孔212能与第二导线210电性连结。此外，第二导电通孔212通过第二导电层206与第二导电基板202电连接。第二导电层206的一部分(集电部C2)直接与第二导电通孔212相连结。

另外，染料敏化太阳能电池2可还包含一框胶207，其连结第一导电基板201与第二导电基板202。第一导电基板201、第二导电基板202以及框胶207形成一密闭空间。其中，框胶207可包含具有防水性、耐热性的树脂材料以延长产品的使用寿命。

另外，为增加第一导电基板201与第二导电基板202的连结强度，第一导电基板201与第二导电基板202之间还设有一连结胶213。于此，以连结胶213设置于第一导电层205与第二导电层206之间，以连结第一导电基板201与第二导电基板202，连结胶213为绝缘胶。另外，框胶207与连结胶213的材质可为相同，例如均为热熔胶或是UV胶或环氧树脂。

另外，染料敏化太阳能电池2可还包含一电解质208，其充填于密闭空间内。电解质208可构成本实施例的光电转换材料的一部分。经照光后，染料层203中的染料分子形成激发态，并迅速向第一导电基板201或第一导电层205注入电子，同时自身转化为染料氧化态，处于氧化态的染料分子则由电解质208溶液取得电子而回到基态，而使得染料分子再生。另外，电解质溶液中的电解质208提供电子以后，则扩散到第二导电基板202或第二导电层206，重新得到电子而还原。从而，完成一个光电化学反应循环。

另外，透明导电薄膜12～12d也可应用于其他光伏电池，例如硅基光伏电池、半导体化合物光伏电池、有机光伏电池等。随着光伏电池的种类不同，其所包含的光电转换材料也不同，例如为硅基材料、半导体化合物或有机材料。

另外，图6为透明导电薄膜12～12d应用于一显示面板的示意图，于此以液晶显示面板为例。如图6所示，一液晶显示面板3包含一薄膜晶体管基板(TFT substrate)31、一彩色滤光基板(CF substrate)32以及一液晶层33，液晶层33设置于两基板31、32之间。薄膜晶体管基板31包含一基板311以及一薄膜晶体管阵列312，薄膜晶体管阵列312设置于基板311上并具有多个像素电极(图未显示)对应各像素。彩色滤光基板32包含一基板321以及一共同电极322。通过各像素电极与共同电极322的电压差可驱动各像素的液晶偏转，进而形成画面。其中，共同电极322及/或像素电极可应用本发明的透明导电薄膜12～12d，以得到降低电阻值与高可见光穿透率的功效。

综上所述，通过不断的努力与研究，将透明导电薄膜的材料改成锡化三银或锡化四银，即可大幅增加透明导电薄膜的导电率并使电阻值下降。本发明的透明导电薄膜包含银-锡化三银-氧化锡的至少一叠层、或银-锡化四银-氧化锡的至少一叠层，使得电阻值可例如降低至1Ω/平方，进而大幅提升信号传递与反应速度。此外，含有锡化三银或锡化四银的透光导电薄膜也可达到滤除红外光(IR-Cut)及/或滤除紫外光(UV-Cut)的功效。通过滤除红外光或紫外光，使得应用本发明的半导体光电装置(例如光伏电池、触控面板或显示面板)能够避免红外光或紫外光照射所造成的黄化。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附的权利要求中。

Claims

1.一种透明导电薄膜，其包含银-锡化三银-氧化锡的至少一叠层、或银-锡化四银-氧化锡的至少一叠层。

2.如权利要求1所述的透明导电薄膜，其中该银层的厚度介于2nm至15nm之间。

3.如权利要求1所述的透明导电薄膜，其中该锡化三银层或该锡化四银层的厚度介于1nm至3nm之间。

4.如权利要求1所述的透明导电薄膜，其滤除红外光或紫外光。

5.如权利要求1所述的透明导电薄膜，其应用于一触控面板、一显示面板、或一发光装置、或一光伏电池。

6.如权利要求1所述的透明导电薄膜，还包含：

结构层，邻设于该银层或该氧化锡层。

7.如权利要求6所述的透明导电薄膜，其中该结构层为单一层或一叠层。

8.如权利要求6所述的透明导电薄膜，其中该结构层包含金属、金属氧化物、光学材料、陶瓷、或其组合。

9.如权利要求6所述的透明导电薄膜，其中至少一叠层与该结构层相互叠设。

10.如权利要求6所述的透明导电薄膜，其中当该结构层为复数时，至少一叠层设置于该多个结构层之间。