JP2015501534A - 電気光学装置用の透明導電体としての溶液プロセスによるナノ粒子−ナノワイヤ複合フィルム - Google Patents
電気光学装置用の透明導電体としての溶液プロセスによるナノ粒子−ナノワイヤ複合フィルム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】電気光学装置用の透明導電体としての溶液プロセスによるナノ粒子−ナノワイヤ複合フィルムを提供する。【解決手段】電気光学装置は、下部構造と、ナノワイヤの重なり合う部分において電気的に接続された接合部を有するとともに、前記ナノワイヤがない空間を区画するナノワイヤのネットワークを形成するために、前記下部構造の上に堆積されたナノワイヤの層と、複数の前記空間を少なくとも部分的に充填するように配置され、前記空間を横切る前記ナノワイヤのネットワークに対して更なる電導経路を形成する電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子と、を含む。前記ナノワイヤのネットワーク、並びに、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、前記電気光学装置の光透過性電極の少なくとも一部を形成する。【選択図】図1
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(関連出願の参照)
本出願は、2011年10月13日に出願された米国特許仮出願第61/546,659の優先権を主張し、当該仮出願の全内容は参照によって本出願に組み込まれる。
本出願は、2011年10月13日に出願された米国特許仮出願第61/546,659の優先権を主張し、当該仮出願の全内容は参照によって本出願に組み込まれる。
現在クレームされている本発明の実施の形態に係る技術分野は、電気光学装置及びその製造方法に関し、特に、ナノ粒子−ナノワイヤ複合透明電極を有する電気光学装置及びその製造方法に関する。
現在、液晶ディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイや太陽電池等の電気光学装置用に最も広く用いられている透明導電フィルムは、例えばインジウムスズ酸化物(以下「ITO」と称する。)である。(「電気光学(electro-optic)」及び「光電子工学(opto-electronic)」との用語は同じ意味で使用される。)ITOはその高透明度と低シート抵抗性のため多くの分野で幅広く適用されている。ITOは数十年にわたって使用され続けているが、インジウムの入手がより困難になりそれに伴い価格が上昇しているため、ITOの代替物の開発に大きな関心が向けられている。かかる透明電極の需要の更なる増加とインジウムの限られた供給を背景に、近年新たな透明電極の緊急な需要が発生している。
ITOに代替し得る可能性を有する材料を元にした透明電極には、幾つかの候補が存在する。例えば、カーボンナノチューブ(以下「CNT」と称する。)、グラフェン、あるいは薄い金属フィルムなどを用いたものがある。しかしながら、これら全ての候補には光透過性と電導性を両立していないという短所がある。
近年、銀ナノワイヤ(以下「AgNW」と称する。)ネットワークを用いた透明導電体の形成に向けた取り組みがなされている。しかしながら、AgNWフィルムの量産には幾つかの未解決の課題が残っている。第一に、高導電性を達成するためには、交差したAgNW間の十分な電気的接続が重要な要素となる。しかしながら、AgNW表面へのPVPの表面活性コーティングのため、交差したAgNWを融着するための余分な工程が発生する場合が多い。かかる工程には高温熱アニール(>150℃)、陽極酸化アルミニウム(以下「AAO」と称する。)膜基板への余剰圧力又は減圧濾過の適用、及びHCl蒸気処理などが含まれる。第二に、安定性と堅牢性を備えたAgNW繊維質フィルムを得るためには、AgNWと基板との間に強力な付着力が必要となる。AgNWの基板上への付着性を向上させるために、基板の表面改質の手法が採用されている。圧力をかけることによりポリマーフィルムにAgNWを埋め込む手法によっても、AgNWと基板との間の強い付着力を得ることができる。さらに、ネイルポリッシュやin−situ重合法によっても付着性を改善できることが報告されている。しかしながら、これらの取り組みにおいては、未だITOに十分に取って代わることができる透明電極やその製造方法は得られていない。したがって、改良された透明電極、該電極の製造方法及び該電極を用いた装置への需要は未だ残っている。
本発明の実施の形態に係る電気光学装置は、下部構造と、ナノワイヤの重なり合う部分において電気的に接続された接合部を有するとともに、前記ナノワイヤがない空間を区画するナノワイヤのネットワークを形成するために、前記下部構造の上に堆積されたナノワイヤの層と、複数の前記空間を少なくとも部分的に充填するように配置され、前記空間を横切る前記ナノワイヤのネットワークに対して更なる電導経路を形成する電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子と、を含む。前記ナノワイヤのネットワーク、並びに、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、前記電気光学装置の光透過性電極の少なくとも一部を形成する。
本発明の実施の形態に係る電気光学装置の製造方法は、下部構造を用意する工程と、ナノワイヤの重なり合う部分において電気的に接続された接合部を有するとともに、前記ナノワイヤがない空間を区画するナノワイヤのネットワークを形成するために、前記下部構造の上にナノワイヤの層を堆積する工程と、前記空間を横切る前記ナノワイヤのネットワークに対して更なる電導経路を形成するために、複数の前記空間を少なくとも部分的に充填するように、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子を前記下部構造及び前記ナノワイヤの層の上に堆積する工程と、を含む。前記ナノワイヤのネットワーク、並びに、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、前記電気光学装置の光透過性電極の少なくとも一部を形成する。
本発明の実施の形態に係る電気光学装置の製造方法は、下部構造を用意する工程と、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子を前記下部構造の上に堆積する工程と、ナノワイヤの重なり合う部分において電気的に接続された接合部を有するとともに、前記ナノワイヤがない空間を区画するナノワイヤのネットワークを形成するために、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子の上にナノワイヤの層を堆積する工程と、を含む。前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子の少なくとも幾つかが、複数の前記空間を少なくとも部分的に充填し、前記空間を横切る前記ナノワイヤのネットワークに対して更なる電導経路を形成する。前記ナノワイヤのネットワーク、並びに、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、前記電気光学装置の光透過性電極の少なくとも一部を形成する。
本発明の更なる目的及び利点は、発明の詳細な説明、図面及び実施例を考慮することにより明らかになる。
以下に本発明の幾つかの実施例を詳細に説明する。本発明の実施の形態を記載するにあたり、明確性を確保するために特定の技術用語が用いられている。しかしながら、本発明は、かかる選択された特定の技術用語に限定することを意図するものではない。関連分野の当業者は、他の同等の部材が適用され得ること、及び本発明の広い概念から逸脱することなく他の方法が展開され得ることを認めるであろう。従来技術、発明の詳細な説明を包含する本明細書で引用した全ての参照文献はそれぞれが独立に組み込まれるように組み込まれる。
本明細書における「光透過性」との用語は、特定用途に関して、動作波長範囲内の十分な量の光が通過できることを意味する。
本明細書における「光」との用語は、電磁スペクトルの可視及び非可視領域の両者を含む広い意味を有するものとする。例えば、赤外光及び紫外光は、「光」との用語の広義に含まれるものとする。
本明細書における「ナノワイヤ」との用語は、断面寸法が200ナノメートル(以下「nm」と称する。)未満であり、かつ、長手方向寸法が少なくとも最大断面寸法の10倍以上である電導性を有するあらゆる構造体を含むものとする。場合により、かかる長手方向寸法は最大断面寸法の100倍以上、1000倍以上、あるいはそれ以上であってもよい。
本明細書における「ナノ粒子」との用語は、全ての外形寸法が200nm未満であるあらゆる形状を含むものとする。
本明細書における「ナノワイヤのネットワーク」との用語は、複数のナノワイヤの配列であって、異なるナノワイヤが重なり合う多数の接合部を有するものを指すとする。ナノワイヤのネットワークを構成するナノワイヤは、ランダムに又は半ランダムに配列されていてよく、長さの分布を有していてもよい。すなわち、ナノワイヤのネットワークを構成するナノワイヤは長さが均一である必要はない。ナノワイヤのネットワークは、体系的に織り合わされあるいは結合されているものではないが、織物と類似していると考えられている。電極としては、ナノワイヤのネットワークのかかる複数のナノワイヤは、該ネットワークの一端と他端を結ぶ多数の電気的経路を形成しており、比較的少数の接合部を破壊しても該ネットワークの一端と他端を結ぶ別の電気的経路が残る。このように、ナノワイヤのネットワークは、耐欠陥性とともに柔軟性をも備えており、例えばインターネットなどのような通信ネットワークとある程度の類似が見られる。
本明細書における「溶液」との用語は、液体中に溶解した成分、及び、液体中に懸濁した成分の両者を含む広い意味を有するものとする。例えば、液体中に懸濁したナノ粒子及び/又はナノワイヤは、本明細書では「溶液」との用語の定義に含まれると考えられる。
図1は、本発明の別の実施の形態に係る電気光学装置100の概略図である。電気光学装置100は、下部構造102と、ナノワイヤの重なり合う部分において電気的に接続された接合部を有するとともに、下部構造102の上に堆積された前記ナノワイヤがない空間を区画するナノワイヤのネットワークを形成するために、下部構造102の上に堆積されたナノワイヤ104の層と、複数の前記空間を少なくとも部分的に充填するように配置され、前記空間を横切る前記ナノワイヤのネットワークに対して更なる電導経路を形成する電導性及び光透過性を有し、ナノワイヤ104のネットワークに付着した複数のナノ粒子106と、を含む。図1は、幾つかのナノワイヤ104及び幾つかの複数のナノ粒子106を例として描画しているに過ぎない。幾つかの実施の形態においては、前記複数のナノ粒子は、重なり合うナノワイヤの接合部、例えば接合部108、を融着して、前記ナノワイヤのネットワークのシート電気抵抗を低減している。ナノワイヤ104の層、並びに、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子106は、電気光学装置100の光透過性電極の少なくとも一部を形成する。
幾つかの実施の形態では、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子106は、前記ナノワイヤがない空間を実質的に充填する。幾つかの実施の形態では、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子106の少なくとも幾つかは、重なり合うナノワイヤの接合部、例えば接合部108、を融着して、ナノワイヤ104のネットワークのシート電気抵抗を低減する。
幾つかの実施の形態では、電気光学装置100は、ナノワイヤ104のネットワークの上、複数のナノ粒子106の上、及び、前記下部構造102の上に、更に接着剤材料110の層を備え、接着剤材料110がナノワイヤ104のネットワーク及び複数のナノ粒子106を下部構造102の上で被包している。
幾つかの実施の形態では、下部構造102は、電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層(図1には図示されていない)を更に含むことができ、ナノワイヤ104の層は、下部構造の電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層の上に堆積される。本発明の一般的概念は、電導性及び光透過性を有するナノ粒子及び/又はナノワイヤの任意の組み合わせによる多数の層を含むことができる。ただし、ナノワイヤの各層は、電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層の少なくとも1つに接している必要がある。
幾つかの実施の形態では、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子106は、金属酸化物、導電性ポリマー、又はフッ素ドープ酸化スズのうちの少なくとも1つを含むことができる。幾つかの実施の形態では、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子106は、インジウムスズ酸化物、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウム酸化亜鉛、及び酸化セリウムから成る金属酸化物のグループから選択された少なくとも1つの金属酸化物を含むことができる。幾つかの実施の形態では、ナノワイヤ104のネットワークは、カーボンナノチューブ又は金属ナノワイヤのうちの少なくとも1つを含むことができる。幾つかの実施の形態では、金属ナノワイヤは、銀、金、銅、又はアルミニウムのうちの少なくとも1つを含むことができる。幾つかの実施の形態では、ナノワイヤは、例えば、実質的に純元素物質であってもよく、あるいは、ドープされた合金又は金属合金であってもよい。幾つかの実施の形態では、ナノワイヤ104のネットワークは、実質的に銀ナノワイヤから成ることができ、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子106は、実質的にインジウムスズ酸化物のナノ粒子から成ることができる。幾つかの実施の形態では、下部構造102は活性層を含むことができ、前記電気光学装置は、光起電装置、発光ダイオード、又はフォトダイオードのうちの少なくとも1つである。しかしながら、本発明の一般的概念はこれらの実施例に限定されるものではない。電導性及び少なくとも部分的な光透過性を有する層を備えるあらゆる電気光学(又は光電子工学)装置は、本発明の一般的概念に含まれてもよい。
本発明の実施の形態に係る電気光学装置100の製造方法は、下部構造102を用意する工程と、ナノワイヤの重なり合う部分において電気的に接続された接合部を有するとともに、ナノワイヤ104がない空間を区画するナノワイヤのネットワークを形成するために、下部構造102の上にナノワイヤ104の層を堆積する工程と、前記空間を横切る前記ナノワイヤのネットワークに対して更なる電導経路を形成するために、複数の前記空間を少なくとも部分的に充填するように、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子106を下部構造102及びナノワイヤ104の層の上に堆積する工程と、を含む。ナノワイヤ104のネットワーク、並びに、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子は、前記電気光学装置の光透過性電極の少なくとも一部を形成する。本発明の幾つかの実施の形態に係る製造方法では、上記の様々な材料を用いることができる。
幾つかの実施の形態では、電気光学装置の製造方法は、下部構造102を用意する工程の前に、下部構造102の一部の上に電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層を堆積する工程を更に含むことができ、下部構造102が前記電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層を含む。この実施の形態では、下部構造102の上にナノワイヤ104の層を堆積する工程は、前記電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層の上に前記ナノワイヤの層を堆積するものである。
幾つかの実施の形態では、電気光学装置100の製造方法は、ナノワイヤ104の層を堆積する工程、又は、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子106を堆積する工程のうちの少なくとも1つの後に、アニールする工程を更に含むことができる。幾つかの実施の形態では、前記アニールする工程は、少なくとも25℃以上かつ1000℃未満の温度で実行することができる。
幾つかの実施の形態では、電気光学装置100の製造方法は、ナノワイヤ104の層を堆積する工程、又は、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子を堆積する工程のうちの少なくとも1つの後に、紫外線照射により硬化する工程を更に含むことができる。
以下に示す実施例は本発明の概念の説明に役立つが、本発明の一般的概念はかかる特定の実施例によって制限されるものではない。
スパッタ堆積されたインジウムスズ酸化物(ITO)、又は、アルミニウムドープ酸化亜鉛は、一般に、ディスプレイや薄膜太陽電池などの薄膜電気光学装置用の透明導電体として使用されている。これは、それらの膜が低抵抗及び高透過率の両者をもたらすためである(C. A. Hoel, T. O. Mason, J.- F. Gaillard, and K. R. Poeppelmeier, Chem. Mater. 2010, 22, 3569)。従来の透明導電体の作製においては真空技術の使用により製造コストが高くなっているため、コストを抑える目的で非真空式プロセス方法(non-vacuum processing methods)が研究されている(R. G. Gordon, MRS bulletin 2000, 25, 52)。溶液プロセスによる銀ナノワイヤ(AgNW)は可能性のある代替物として探求されているが、これらのフィルムは隣接する層への付着不良を示している(S. De, T. M. Higgins, P. E. Lyons, E. M. Doherty, P. N. Nirmalraj, W. J. Blau, J. J. Boland, ACS Nano 2009, 3, 1767)。したがって、電気光学特性のみならず優れた付着特性を提供する新しい構造又は材料の開発が必要である。
本発明の実施の形態によれば、ITOナノ粒子(NP)−AgNWフィルムは、溶液プロセスを用いて作製され、CuIn(Se,S)2(又はCISS)太陽電池における透明導電体として採用される。実施例の結果は、ITO NP−AgNWフィルムが、従来のスパッタ堆積されたITOに匹敵する優れた付着及び電気光学特性を示すことを証明する。加えて、ITO NP−AgNWフィルムは、CISS太陽電池の透明導電体(又は窓層)として適していることが示され、幾つかの実施例についての性能は、従来のCISS装置で使用されているスパッタ堆積されたITOフィルムよりも更に良好である。我々の知る限りでは、これは透明導電体としてのITO NP−AgNW複合フィルムの使用を初めて示すものである。
実験と結果
ITOナノ粒子−AgNW複合透明導電体の製作。
アルコール系AgNW溶液がスピンキャストされ、ガラス基板の上にフィルムが形成された。その後、ITO NP溶液が、アルコール系分散液からAgNW層の上にスピンキャストされた。ITO NP−AgNWフィルムの付着性を向上させるために、脱イオン(DI)水中に溶解したポリビニルアルコールが、ITO粒子溶液に必要に応じて加えられた。基板へのITO NP−AgNWフィルムの付着性を更に向上させるために、ITO NPフィルムが、基板とAgNW層の間に必要に応じて挿入された。ITO NP層及びAgNW層は、回転速度が2000rpmのアルコール系溶液からのスピンコーティングによって堆積され、その後堆積されたフィルムを120℃の温度でアニールした。
ITOナノ粒子−AgNW複合透明導電体の製作。
アルコール系AgNW溶液がスピンキャストされ、ガラス基板の上にフィルムが形成された。その後、ITO NP溶液が、アルコール系分散液からAgNW層の上にスピンキャストされた。ITO NP−AgNWフィルムの付着性を向上させるために、脱イオン(DI)水中に溶解したポリビニルアルコールが、ITO粒子溶液に必要に応じて加えられた。基板へのITO NP−AgNWフィルムの付着性を更に向上させるために、ITO NPフィルムが、基板とAgNW層の間に必要に応じて挿入された。ITO NP層及びAgNW層は、回転速度が2000rpmのアルコール系溶液からのスピンコーティングによって堆積され、その後堆積されたフィルムを120℃の温度でアニールした。
ITO−AgNW複合フィルムの電気特性及び光学特性。
図2は、ガラスの上に堆積されたAgNW/ITO NPとITO NP/AgNW/ITO NPの構造を有するITO NP−AgNW複合フィルムの光透過率を示している。これらのフィルムのシート抵抗は、それぞれ32Ω/□と24Ω/□である。両フィルムとも可視領域における光透過率は約80〜90%である。
図2は、ガラスの上に堆積されたAgNW/ITO NPとITO NP/AgNW/ITO NPの構造を有するITO NP−AgNW複合フィルムの光透過率を示している。これらのフィルムのシート抵抗は、それぞれ32Ω/□と24Ω/□である。両フィルムとも可視領域における光透過率は約80〜90%である。
透明導電体としてのITO NP−AgNW複合フィルムを有するCuIn(Se,S)2装置。
我々のCISS装置は、文献(I. Repins, M. A. Contreras, B. Egaas, C. DeHart, J. Scharf, C. L. Perkins, B. To, R. Noufi, Prog. Photovolt. Res. Appl. 2008, 16, 235)で報告された一般的な高効率構造に従って製造された。制御装置のアーキテクチャは、CuInSe2、硫化カドミウム、スパッタ真性酸化亜鉛、及びスパッタ堆積されたITOフィルムの層が続いて上に堆積されたソーダライムガラス基板に基づいている。本発明の実施の形態による我々の装置では、スパッタ堆積されたi−ZnO及びITOが、溶液プロセスによるITO NP−AgNW複合フィルムに置き換えられる。装置構造の各バージョンは図3に示されている。
我々のCISS装置は、文献(I. Repins, M. A. Contreras, B. Egaas, C. DeHart, J. Scharf, C. L. Perkins, B. To, R. Noufi, Prog. Photovolt. Res. Appl. 2008, 16, 235)で報告された一般的な高効率構造に従って製造された。制御装置のアーキテクチャは、CuInSe2、硫化カドミウム、スパッタ真性酸化亜鉛、及びスパッタ堆積されたITOフィルムの層が続いて上に堆積されたソーダライムガラス基板に基づいている。本発明の実施の形態による我々の装置では、スパッタ堆積されたi−ZnO及びITOが、溶液プロセスによるITO NP−AgNW複合フィルムに置き換えられる。装置構造の各バージョンは図3に示されている。
図4は、ITO NP/AgNW/ITO NPを透明導電体として有するCISS装置の2つの断面走査型電子顕微鏡像を示している。画像に見られるように、フィルムはCdS層にわたって連続的であり、直径がおおよそ50nmの多数の緻密なナノ粒子(NP)から構成される。
作業装置は、図2に示されたものと同様の、溶液プロセスによるITO NP−AgNW複合層を用いて製造された。これらの装置は、スパッタ堆積されたi−ZnO/ITOを透明導電体層として有する制御装置よりも高い効率を示した。図5は、溶液プロセスによるITO NP−AgNW層を有する典型的な装置の電流密度−電圧特性を示している。
本発明の幾つかの実施の形態による溶液プロセスによるITO NP−AgNW複合層の利点は、例えば、非真空式製作製造(non-vacuum fabrication production)、高スループットの堆積方法、及び低いプロセス温度に由来し得る。スパッタリング又は化学蒸着によって堆積された一般的な窓層に比べて、溶液プロセスによるITO NP−AgNWフィルムは、加工コストの著しい削減をもたらすことができるため、透明導電体の付着及び電気光学特性を犠牲にすることなく、対費用効果の高い装置製造の可能性を高めることができる。CuInSe2太陽電池に特有であるが、吸収材料、又は、装置内の窓層の直前に配置される熱的に不安定な硫化カドミウムのバッファ層のいずれかの損傷を回避することを試みる場合には、この種の透明導電体及び堆積技術に伴う低いプロセス温度及び良好な化学条件は極めて有用である。
本発明の幾つかの態様は以下の事項を含むことができるが、それに限定されない。
1.これらに限定されないがCu(In,Ga)(Se,S)2、Cu2ZnSn(Se,S)4、CdTe、シリコン太陽電池、有機太陽電池、有機発光ダイオード、及び無機発光ダイオードを含む、ディスプレイや太陽電池などの電気光学装置における透明導電体及び/又は金属格子の一部又は全てとして、溶液プロセスによるITO NP−AgNWフィルムを使用すること。
2.複合フィルムがITO NP/AgNW/ITO NPの多層膜から成る項目1(上記)の特徴。
3.複合フィルムがAgNW/ITO NPの多層膜から成る項目1(上記)の特徴。
4.複合フィルムがITO NP/AgNWの多層膜から成る項目1(上記)の特徴。
5.複合フィルムが、混合ITO NP−AgNW溶液により作製されたITO NP−AgNWのネットワークから成る項目1(上記)の特徴。
6.ITO NP−AgNWフィルムが、スピンコーティング(spin-coating)、ドクターブレード(doctor blading)、ロッドコーティング(rod-coating)、スリットコーティング(slit-coating)、及びスプレーコーティング(spray coating)などの非真空法の様々な方法によって作製される項目1(上記)の特徴。
7.ITO粒子の大きさが1nmから1000nmの間にある項目1(上記)の特徴。
8.ITO NP−AgNW複合フィルムを形成するために用いられる、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、及びポリビニルブチラールなどのポリマー材料が、ITO NP溶液及び/又はAgNW溶液に加えられる項目1(上記)の特徴。
9.AgNWの長さが100nmから1000umの間にある項目1(上記)の特徴。
10.これらに限定されないが酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウム酸化亜鉛、酸化セリウム、及びフッ素ドープ酸化スズを含む他の金属酸化物、並びに、これに限定されないがPEDOT:PSSを含む導電性ポリマーも、ITO NPと同様の機能を果たす候補である項目1(上記)の特徴。
11.これらに限定されないが銅、金、及びアルミニウム、並びに/又はそれらの合金ナノワイヤを含むカーボンナノチューブ及び金属ナノワイヤを含む他の1次元ナノ構造体も、AgNWと同様の機能を果たす候補である項目1(上記)の特徴。
12.フィルムが25〜1000℃の範囲の温度でアニールされる項目1(上記)の特徴。
13.フィルムが紫外線照射によって硬化される項目1(上記)の特徴。
1.これらに限定されないがCu(In,Ga)(Se,S)2、Cu2ZnSn(Se,S)4、CdTe、シリコン太陽電池、有機太陽電池、有機発光ダイオード、及び無機発光ダイオードを含む、ディスプレイや太陽電池などの電気光学装置における透明導電体及び/又は金属格子の一部又は全てとして、溶液プロセスによるITO NP−AgNWフィルムを使用すること。
2.複合フィルムがITO NP/AgNW/ITO NPの多層膜から成る項目1(上記)の特徴。
3.複合フィルムがAgNW/ITO NPの多層膜から成る項目1(上記)の特徴。
4.複合フィルムがITO NP/AgNWの多層膜から成る項目1(上記)の特徴。
5.複合フィルムが、混合ITO NP−AgNW溶液により作製されたITO NP−AgNWのネットワークから成る項目1(上記)の特徴。
6.ITO NP−AgNWフィルムが、スピンコーティング(spin-coating)、ドクターブレード(doctor blading)、ロッドコーティング(rod-coating)、スリットコーティング(slit-coating)、及びスプレーコーティング(spray coating)などの非真空法の様々な方法によって作製される項目1(上記)の特徴。
7.ITO粒子の大きさが1nmから1000nmの間にある項目1(上記)の特徴。
8.ITO NP−AgNW複合フィルムを形成するために用いられる、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、及びポリビニルブチラールなどのポリマー材料が、ITO NP溶液及び/又はAgNW溶液に加えられる項目1(上記)の特徴。
9.AgNWの長さが100nmから1000umの間にある項目1(上記)の特徴。
10.これらに限定されないが酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウム酸化亜鉛、酸化セリウム、及びフッ素ドープ酸化スズを含む他の金属酸化物、並びに、これに限定されないがPEDOT:PSSを含む導電性ポリマーも、ITO NPと同様の機能を果たす候補である項目1(上記)の特徴。
11.これらに限定されないが銅、金、及びアルミニウム、並びに/又はそれらの合金ナノワイヤを含むカーボンナノチューブ及び金属ナノワイヤを含む他の1次元ナノ構造体も、AgNWと同様の機能を果たす候補である項目1(上記)の特徴。
12.フィルムが25〜1000℃の範囲の温度でアニールされる項目1(上記)の特徴。
13.フィルムが紫外線照射によって硬化される項目1(上記)の特徴。
当明細書において説明され議論された実施の形態は、当業者に本発明に係るものを製造し使用する方法を教示することのみを意図したものである。本発明の実施の形態を記載するにあたり、明確性を確保するために特定の技術用語が用いられている。しかしながら、本発明は、かかる選択された特定の技術用語に限定することを意図するものではない。上記の本発明の実施の形態は、上記技術を考慮することにより当業者によって認識されるように、本発明から逸脱することなく変形・変更されてもよい。したがって、特許請求の範囲及びその同等範囲内において、本発明は特に説明された以外の方法でも実施されてもよい。
100 電気光学装置
102 下部構造
104 ナノワイヤ
106 ナノ粒子
108 接合部
110 接着剤材料
102 下部構造
104 ナノワイヤ
106 ナノ粒子
108 接合部
110 接着剤材料
Claims (35)
- 下部構造と、
ナノワイヤの重なり合う部分において電気的に接続された接合部を有するとともに、前記ナノワイヤがない空間を区画するナノワイヤのネットワークを形成するために、前記下部構造の上に堆積されたナノワイヤの層と、
複数の前記空間を少なくとも部分的に充填するように配置され、前記空間を横切る前記ナノワイヤのネットワークに対して更なる電導経路を形成する電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子と、を備える電気光学装置であって、
前記ナノワイヤのネットワーク、並びに、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、前記電気光学装置の光透過性電極の少なくとも一部を形成することを特徴とする電気光学装置。 - 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子は、前記ナノワイヤがない前記空間を実質的に充填することを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子の少なくとも幾つかは、重なり合うナノワイヤの接合部を融着して、前記ナノワイヤのネットワークのシート電気抵抗を低減することを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記下部構造は、電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層を更に備え、前記ナノワイヤの層は、前記電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層の上に堆積されることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記ナノワイヤの層並びに前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子のうちの少なくとも1つを被包するか、あるいは、前記ナノワイヤの層並びに前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子のうちの少なくとも1つが混合されたポリマー層を更に備えることにより、複合ポリマー−ナノワイヤ−ナノ粒子層を形成することを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、金属酸化物、導電性ポリマー、又はフッ素ドープ酸化スズのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、インジウムスズ酸化物、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウム酸化亜鉛、及び酸化セリウムから成る金属酸化物のグループから選択された少なくとも1つの金属酸化物を備えることを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置。
- 前記ナノワイヤのネットワークが、カーボンナノチューブ又は金属ナノワイヤのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 前記金属ナノワイヤが、銀、金、銅、又はアルミニウムのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項8に記載の電気光学装置。
- 前記ナノワイヤのネットワークが、カーボンナノチューブ又は金属ナノワイヤのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項6に記載の電気光学装置。
- 前記金属ナノワイヤが、銀、金、銅、又はアルミニウムのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項10に記載の電気光学装置。
- 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、インジウムスズ酸化物、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウム酸化亜鉛、及び酸化セリウムから成る金属酸化物のグループから選択された少なくとも1つの金属酸化物を備えることを特徴とする請求項11に記載の電気光学装置。
- 前記ナノワイヤのネットワークが実質的に銀ナノワイヤから成り、
前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が実質的にインジウムスズ酸化物のナノ粒子から成ることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。 - 前記下部構造は活性層を備え、前記電気光学装置は、光起電装置、発光ダイオード、又はフォトダイオードのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置。
- 下部構造を用意する工程と、
ナノワイヤの重なり合う部分において電気的に接続された接合部を有するとともに、前記ナノワイヤがない空間を区画するナノワイヤのネットワークを形成するために、前記下部構造の上にナノワイヤの層を堆積する工程と、
前記空間を横切る前記ナノワイヤのネットワークに対して更なる電導経路を形成するために、複数の前記空間を少なくとも部分的に充填するように、電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子を前記下部構造及び前記ナノワイヤの層の上に堆積する工程と、を備える電気光学装置の製造方法であって、
前記ナノワイヤのネットワーク、並びに、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、前記電気光学装置の光透過性電極の少なくとも一部を形成することを特徴とする電気光学装置の製造方法。 - 前記下部構造を用意する前記工程の前に、前記下部構造の一部の上に電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層を堆積する工程を更に備えることにより、前記下部構造が前記電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層を備え、
前記下部構造の上に前記ナノワイヤの層を堆積する前記工程は、前記電導性及び光透過性を有するナノ粒子の層の上に前記ナノワイヤの層を堆積するものであることを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。 - 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子は、前記ナノワイヤがない前記空間を実質的に充填することを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子の少なくとも幾つかは、重なり合うナノワイヤの接合部を融着して、前記ナノワイヤのネットワークのシート電気抵抗を低減することを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。
- 複数のナノワイヤを液体に加える工程を更に備えることにより、前記ナノワイヤの層の溶液堆積のためのナノワイヤ溶液を形成することを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。
- 電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子を液体に加える工程を更に備えることにより、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子の溶液堆積のためのナノ粒子溶液を形成することを特徴とする請求項19に記載の電気光学装置の製造方法。
- ポリマーを前記ナノワイヤ溶液又は前記ナノ粒子溶液のうちの少なくとも1つと混合する工程を更に備えることにより、前記ポリマーを含む複合層を形成することを特徴とする請求項20に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、金属酸化物、導電性ポリマー、又はフッ素ドープ酸化スズのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、インジウムスズ酸化物、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウム酸化亜鉛、及び酸化セリウムから成る金属酸化物のグループから選択された少なくとも1つの金属酸化物を備えることを特徴とする請求項22に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記ナノワイヤのネットワークが、カーボンナノチューブ又は金属ナノワイヤのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記金属ナノワイヤが、銀、金、銅、又はアルミニウムのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項24に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記ナノワイヤのネットワークが、カーボンナノチューブ又は金属ナノワイヤのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項22に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記金属ナノワイヤが、銀、金、銅、又はアルミニウムのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項26に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、インジウムスズ酸化物、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウム酸化亜鉛、及び酸化セリウムから成る金属酸化物のグループから選択された少なくとも1つの金属酸化物を備えることを特徴とする請求項27に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記ナノワイヤのネットワークが実質的に銀ナノワイヤから成り、
前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が実質的にインジウムスズ酸化物のナノ粒子から成ることを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。 - 前記下部構造は活性層を備え、前記電気光学装置は、光起電装置、発光ダイオード、又はフォトダイオードのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記ナノワイヤの層を堆積する前記工程、又は、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子を堆積する前記工程のうちの少なくとも1つの後に、アニールする工程を更に備えることを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記アニールする工程が、少なくとも25℃以上かつ1000℃未満の温度で実行されることを特徴とする請求項31に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記ナノワイヤの層を堆積する前記工程、又は、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子を堆積する前記工程のうちの少なくとも1つの後に、紫外線照射により硬化する工程を更に備えることを特徴とする請求項15に記載の電気光学装置の製造方法。
- 前記ナノワイヤの層を堆積する前記工程、又は、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子を堆積する前記工程のうちの少なくとも1つの後に、紫外線照射により硬化する工程を更に備えることを特徴とする請求項32に記載の電気光学装置の製造方法。
- 下部構造を用意する工程と、
電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子を前記下部構造の上に堆積する工程と、
ナノワイヤの重なり合う部分において電気的に接続された接合部を有するとともに、前記ナノワイヤがない空間を区画するナノワイヤのネットワークを形成するために、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子の上にナノワイヤの層を堆積する工程と、を備える電気光学装置の製造方法であって、
前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子の少なくとも幾つかが、複数の前記空間を少なくとも部分的に充填し、前記空間を横切る前記ナノワイヤのネットワークに対して更なる電導経路を形成し、
前記ナノワイヤのネットワーク、並びに、前記電導性及び光透過性を有する複数のナノ粒子が、前記電気光学装置の光透過性電極の少なくとも一部を形成することを特徴とする電気光学装置の製造方法。
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