JP6782211B2 - 透明電極、それを用いた素子、および素子の製造方法 - Google Patents
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Description
前記透明電極と、
活性層と
対向電極と、
を具備することを特徴とするものである。
(a)対向電極の上に活性層を形成させる工程、
(b)前記活性層の上にアモルファス構造を含有し、導電性を有する金属酸化物層を形成させる工程、および
(c)前記金属酸化物層の上に、金属ナノワイヤ層を形成させる工程
を含み、さらに、
(d)前記工程(c)の前または後に、前記金属ナノワイヤ層または前記金属酸化物層の一部分を被覆し、かつ前記金属ナノワイヤ層に接合する補助金属配線を形成させる工程
を含むことを特徴とするものである。
まず、図1を用いて、第1の実施形態に係る透明電極の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る透明電極100の構成概略図である。この透明電極は、少なくとも、アモルファス構造を含有し、導電性を有する金属酸化物層102と、金属ナノワイヤ層103の積層構造を有している。そして、さらに、補助金属配線104をさらに具備している。この補助金属配線は、この実施形態においては金属ナノワイヤ層に接合されていて、電気的に導通がある。そして、この補助金属配線は、この金属ナノワイヤ層の一部分を被覆している。ここで、金属ナノワイヤ層の一部分というのは、金属ナノワイヤ層の表面に対して一分を被覆していて、残余の部分には補助金属配線が存在しないことを意味する。すなわち、このような構成によって、補助金属配線の存在しない部分においては光が透過可能となり、この電極10が透明電極として機能する。具体的には、補助金属配線の占める面積が金属ナノワイヤ層の面積の1%〜30%であることが好ましく、2%〜10%であることがより好ましい。
図2を用いて、第2の実施形態の一つに係る光電変換素子の構成について説明する。図2は、本実施形態に係る太陽電池セル200(光電変換素子)の構成概略図である。太陽電池セル200は、このセルに入射してきた太陽光hν等の光エネルギーを電力に変換する太陽電池としての機能を有する素子である。太陽電池セル200は、透明電極201の表面に設けられた光電変換層(活性層)202と、光電変換層202の透明電極201の反対側面に設けられた対向電極203とを具備している。
図3を用いて、第二の別の実施形態に係る光電変換素子の構成について説明する。図3は、本実施形態に係る有機EL素子300(光電変換素子)の構成概略図である。有機EL素子300は、この素子に入力された電気エネルギーを光hνに変換する発光素子としての機能を有する素子である。有機EL素子300は、透明電極301の表面に設けられた光電変換層(発光層)302と、光電変換層302の透明電極301の反対側面に設けられた対向電極303とを具備している。
図4を用いて、第二の別の実施形態に係る液晶素子の構成について説明する。図4は、本実施形態に係る液晶素子400の構成概略図である。液晶素子400は、この素子に電圧を印加して液晶分子の配向を制御して光スイッチとしての機能を有する素子である。液晶素子400は、透明電極401の表面に設けられた液晶層402と、液晶層402の透明電極401の反対側面に設けられた対向電極403とを具備している。
図5は、実施形態による素子100の製造方法を説明するための模式図である。
この方法は、
(a)対向電極の上に活性層を形成させる工程、
(b)前記活性層の上にアモルファス構造を含有し、導電性を有する金属酸化物層を形成させる工程、および
(c)前記金属酸化物層の上に、金属ナノワイヤ層を形成させる工程
を含み、さらに、
(d)前記工程(c)の前または後に、前記金属ナノワイヤ層または前記金属酸化物層の一部分を被覆し、かつ前記金属ナノワイヤ層に接合する補助金属配線を形成させる工程
を含む。
まず、対向電極500を準備し、その上に活性層501を形成させる。
対向電極500は、目的に応じて、任意に選択することができる。素子全体を光透過性にすることが望まれる場合には、対向電極として、実施形態による透明電極を用いることができる。このとき、素子活性層側に金属酸化物層が配置することが好ましい。また、対向電極に透明性が要求されない場合には、透明性の低い電極を用いることもできる。
図1に示す構造の透明電極100を作成する。親水性ガラス基板上に厚さ2μmのPMMAフィルムをスピンコート法で作製する。その上に室温スパッタ法でアモルファス構造を有するITO層102(以下a−ITOという)(厚さ300nm)を作製する。X線回折では(400)のピークは見られない。表面抵抗を四探針プローブ法で測定すると100〜150Ω/□である。次に平均直径50nmで平均長さ20μmの銀ナノワイヤの水分散液をスピンコートで塗布、乾燥し銀ナノワイヤ層103を作製する。表面抵抗は10〜12Ω/□である。次にマスクを介して透明電極の20%の面積に金をスパッタして金属電極層104を作製する。全体を熱硬化性のシリコーン樹脂でコートした後加熱して厚さ40μmの絶縁層(図示せず)を作製する。全体を水中でガラス基板から剥離する。次にアセトン中でPMMAを溶解除去する。絶縁層の上に紫外線カットインクをスクリーン印刷して紫外線カット層(図示せず)を作製する。紫外線カット層の上にCVDでシリカ層を製膜しガスバリア層(図示せず)を作製し透明電極100を得る。
図6に示す構造の透明電極600を作成する。まず、a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有するITO層602をスパッタ法でPMMA/ガラス基板(図示せず)上に形成する。表面抵抗は15〜20Ω/□である。その上に平面状の、炭素原子の一部が窒素原子に置換された、平均4層のN−グラフェンが積層された遮蔽層603を形成する。
親水性ガラス基板上に厚さ2μmのPMMAフィルムをスピンコート法で作製する。その上に結晶性ITO粉末の水分散液を塗布、乾燥してITO(厚さ300nm)を有する金属酸化物層102を作製する。表面抵抗を四探針プローブ法で測定すると30〜50Ω/□である。次に平均直径50nmで平均長さ20μmの銀ナノワイヤの水分散液をスピンコートで塗布、乾燥し銀ナノワイヤ層103を作製する。表面抵抗は10〜12Ω/□である。次にマスクを介して透明電極の1/4の面積に金をスパッタして補助金属電極層104を作製する。全体を熱硬化性のシリコーン樹脂でコートした後加熱して厚さ40μmの絶縁層を作製する。全体を水中でガラス基板から剥離する。次にアセトン中でPMMAを溶解除去する。絶縁層の上に紫外線カットインクをスクリーン印刷して紫外線カット層を作製する。紫外線カット層の上にCVDでシリカ層を製膜しガスバリア層を作製し透明電極100を得る。
図7に示す太陽電池セル700を作成する。
絶縁性セラミックス層が反対面に形成されたステンレス箔701の表面を、希塩酸で処理して表面酸化膜を除去してから酸化グラフェンの水溶液をバーコーターで塗布して酸化グラフェン層を形成させる。次いで、90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンの炭素原子の一部が窒素原子に置換された平均で2層のN−グラフェン層からなる遮蔽層702に変化させる。
補助金属配線709を作製しないことを除いては実施例3と同様にして太陽電池セルを作製する。
図8に示す有機EL素子800を以下の方法で作成する。
実施例1の透明電極801のITO面にPEDOT・PSSの水溶液をバーコーターで塗布し、100℃で30分乾燥してPEDOT・PSSを含むバッファ層802(50nm厚)を形成させる。
図9に示す液晶セル900を作成する。
PET上ITO電極901上に液晶マイクロカプセルの水分散液を塗布乾燥させて液晶マイクロカプセル層902を作製する。次にソルビトールが混合されたPEDOT・PSS水分散液を塗布乾燥して導電性の接着層903を作製する。次に実施例1で得られる透明電極904をITO面で張り合わせ、さらの周りを封止することにより液晶セルを作製する。この素子は電圧印加することにより白濁から透明へと変化して光スイッチになる。
図10に示す太陽電池セル1000を作成する。
絶縁性ポリマー層が裏面に形成されたアルミ箔1001の表面にチタン電極層1002をスパッタで作製する。酸化グラフェンの水溶液をバーコーターで塗布して酸化グラフェン層を形成させる。次いで、90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンの炭素原子の一部が窒素原子に置換された2層N−グラフェン層からなる遮蔽層1003に変化させる。
図11に示す構造の透明電極1100を作成する。親水性ガラス基板上に厚さ2μmのPMMAフィルムをスピンコート法で作製する。その上に室温スパッタ法でアモルファス構造を有するAZO層1101(厚さ300nm)を作製する。表面抵抗を四探針プローブ法で測定すると120〜160Ω/□である。次にマスクを介して透明電極の25%の面積に金をスパッタして補助金属配線層1102を作製する。次に平均直径100nmで平均長さ10μmの銅ナノワイヤの水分散液をスピンコートで塗布、乾燥し銅ナノワイヤ層1103を作製する。表面抵抗は12〜15Ω/□である。全体を熱硬化性のシリコーン樹脂でコートした後加熱して厚さ40μmの絶縁層1104を作製する。全体を水中でガラス基板から剥離する。次にアセトン中でPMMAを溶解除去する。絶縁層の上に紫外線カットインクをスクリーン印刷して紫外線カット層1105を作製する。紫外線カット層の上にCVDでシリカ層を製膜しガスバリア層1106を作製し透明電極1100を得る。
図12に示す太陽電池セル1200を作成する。
絶縁性ポリマー層が反対面に形成されたアルミ箔1201の表面にチタン電極膜1202をスパッタで作製する。酸化グラフェンの水溶液をバーコーターで塗布して酸化グラフェン層を形成させる。次いで、90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンの炭素原子の一部が窒素原子に置換された平均で3層のN−グラフェン層からなる遮蔽層1203に変化させる。
金属ナノワイヤ層1211を作製しないことを除いては実施例8と同様にして太陽電池セルを作製する。
図13に示す透明な太陽電池セル1300を作成する。
実施例2で得られる透明電極1301上にチタンプロポキシドのプロパノール溶液をバーコーターで塗布し、100℃で30分乾燥して酸化チタンを含むバッファ層1302(20nm厚)を形成させる。
Claims (13)
- アモルファス構造を含有し、導電性を有する金属酸化物層と、金属ナノワイヤ層との積層構造を有し、前記金属ナノワイヤ層または前記金属酸化物層の一部分を被覆し、かつ前記金属ナノワイヤ層に接合された補助金属配線をさらに具備し、前記補助金属配線の一部が金属酸化物層とも接合されていることを特徴とする透明電極。
- アモルファス構造を含有し、導電性を有する金属酸化物層と、金属ナノワイヤ層との積層構造を有し、前記金属ナノワイヤ層または前記金属酸化物層の一部分を被覆し、かつ前記金属ナノワイヤ層に接合された補助金属配線をさらに具備し、前記金属酸化物層と前記金属ナノワイヤ層との間に、グラフェン層をさらに具備することを特徴とする透明電極。
- 前記金属酸化物層が連続性を有するものである、請求項1または2に記載の透明電極。
- 前記金属ナノワイヤ層および前記補助金属配線が、ポリマーまたは絶縁性金属酸化物からなる絶縁層によって被覆された、請求項1〜3のいずれか1項に記載の透明電極。
- 前記金属酸化物層の表面抵抗が前記金属ナノワイヤ層の表面抵抗より大きい、請求項1〜4のいずれか1項に記載の透明電極。
- 前記金属酸化物層が、インジウム−スズ複合酸化物またはアルミニウム−亜鉛複合酸化物からなるものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の透明電極。
- 前記金属ナノワイヤ層が、銀または銀合金からなるものである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の透明電極。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の透明電極と、
活性層と
対向電極と、
を具備することを特徴とする素子。 - (a)対向電極の上に活性層を形成させる工程、
(b)前記活性層の上にアモルファス構造を含有し、導電性を有する金属酸化物層を形成させる工程、および
(c)前記金属酸化物層の上に、金属ナノワイヤ層を形成させる工程
を含み、さらに、
(d)前記工程(c)の前または後に、前記金属ナノワイヤ層または前記金属酸化物層の一部分を被覆し、かつ前記金属ナノワイヤ層に接合し、一部が前記金属酸化物層にも接合する補助金属配線を形成させる工程を含むことを特徴とする、素子の製造方法。 - (a)対向電極の上に活性層を形成させる工程、
(b)前記活性層の上にアモルファス構造を含有し、導電性を有する金属酸化物層を形成させる工程、
(b’)前記金属酸化物層の上にグラフェン層を形成させる工程、および
(c)前記金属酸化物層の上に、金属ナノワイヤ層を形成させる工程
を含み、さらに、
(d)前記工程(c)の前または後に、前記金属ナノワイヤ層または前記金属酸化物層の一部分を被覆し、かつ前記金属ナノワイヤ層に接合する補助金属配線を形成させる工程を含むことを特徴とする、素子の製造方法。 - 前記金属ナノワイヤ層を転写法または塗布法で形成させる、請求項9または10に記載の方法。
- 前記金属酸化物層をスパッタ法で形成させる、請求項9〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記スパッタ法が、150℃以下の温度雰囲気で行われる、請求項12に記載の方法。
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