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増加ヘイズを有するナノ構造系透明導電体およびそれを備えるデバイス
説明

増加ヘイズを有するナノ構造系透明導電体およびそれを備えるデバイス

本開示は、ナノ構造系透明導電体への修正に関し、この修正によって、様々な調節可能な散乱度、様々な材料、および様々なマイクロ構造およびナノ構造によって、ヘイズ/光散乱の増加を達成する。種々の実施形態は、様々な構成において、ナノ構造系透明導電体と組み合わせることができる様々な光散乱材料または媒体について説明する。散乱媒体は、多様な材料ならびに形態(マイクロ構造およびナノ構造を含む)であり得、したがって、透明導電体を組み込むデバイスの性能パラメータを満たすように、光散乱のカスタマイズおよび調節が可能である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(関連出願の相互参照)
本願は、米国仮特許出願第61/266,945号(2009年12月4日出願)の米国特許法第119条第(e)項の利益を主張し、この仮出願は、その全体が参照することによって本明細書に援用される。
【0002】
(技術分野)
本開示は、概して、ヘイズまたは光散乱が増加したナノ構造系透明導電体に関する。
【背景技術】
【0003】
透明導電体は、光学的に透明かつ導電性の膜である。これらは、ディスプレイ、タッチパネル、太陽電池(PV)、様々な種類の電子ペーパー、静電遮蔽、耐熱または反射防止コーティング(例えば、窓)等の領域において広く使用されている。種々の技術は、金属ナノ構造、透明導電性酸化物(TCO)、伝導性ポリマー、および/またはカーボンナノチューブ等の1つ以上の伝導性媒体に基づいて、透明導電体を生産している。
【0004】
最終用途に応じて、透明導電体は、例えば、シート抵抗、光透過性、およびヘイズを含む、電気および光学パラメータを充足するように作製され得る。多くの場合、透明導電体の生産は、電気と光学性能との間で均衡しているトレードオフを要求する。
【0005】
ディスプレイおよびタッチパネルは、概して、透明導電体が、低ヘイズ、高光透過、および低シート抵抗を有することを要求するが、高または増加ヘイズが、低シート抵抗、高光透過、低反射率、および低吸収と組み合わされた用途も存在する。主な用途は、薄膜PVであって、透明電極内で増加したヘイズは、半導体PVスタックへの入射光の増加した散乱を介して、薄膜PVスタックへの外部光の連結を増加させる補助をする。増加したヘイズまたは光散乱は、現在、一般に、(より低いヘイズの)蒸着前TCOの化学処理(例えば、ウェット化学エッチング)または高ヘイズTCOの蒸着(例えば、ゾルゲルアプローチ)によって調製される表面加工されたTCOを介して達成される。しかしながら、このアプローチは、達成され得る散乱構造の種類におけるTCOの性質(例えば、その化学および物理的マイクロ構造)によって制限される。
【0006】
金属ナノ構造系透明導電体は、ナノ構造(例えば、ナノワイヤ)の存在によって、ヘイズ性/光散乱を呈し得る。ナノ構造系透明導電体の原則として、より低いシート抵抗は、一般的には、より伝導性のナノ構造と関連付けられ、ひいては、より低い光透過およびより高いヘイズをもたらす。それでもなお、10オーム/スクエア(PV用途の場合の一般的値)でのシート抵抗における一般的なナノ構造系透明導電体において、ヘイズ(写真光学的に測定される)は、5%−8%までの範囲内である。このレベルの光散乱は、一般的には、ディスプレイ、タッチパネル、およびある他の用途に対して高過ぎるが、薄膜PV用途には低過ぎる場合がある。特に、a−Si、またはum−Si、またはa−Si/um−SiタンデムPVセルおよびモジュール等のシリコン系薄膜PVの場合、少なくとも15%のヘイズ値が、一般的には、標的とされる。有機PV、有機−無機ハイブリッドPV、(二)セレン化銅インジウムガリウム(copper indium gallium (di)selenide)(CIGS)、およびCdTe等の他の光起電要素を採用する薄膜光起電デバイスもまた、比較的に高ヘイズである透明導電体から利益を享受し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示は、様々な調節可能な散乱度を有する増加したヘイズ/光散乱を達成するためのナノ構造系透明導電体への修正に関する。これらの修正された透明導電体は、透明電極を採用する任意のデバイスに好適である。これらは、特に、光を電気に(例えば、PV)または電気を光に(例えば、発光ダイオードまたは有機発光ダイオード)変換可能な光電子デバイス内の前面および/または背面電極として好適である。肉眼的に測定されたヘイズ値に加え、ヘイズ/散乱層の微細構造は、例えば、接触および仕事関数の向上を含め、良好なデバイス性能のために重要であり得る。
【0008】
種々の実施形態は、様々な構成において、ナノ構造系透明導電体と組み合わせることができる様々な光散乱材料または媒体について説明する。散乱媒体は、多様な材料ならびに形態(マイクロ構造およびナノ構造を含む)であり得、したがって、透明導電体を組み込むデバイスの性能パラメータを満たすように、光散乱のカスタマイズおよび調節が可能である。
【0009】
一実施形態は、第1の複数の伝導性ナノ構造と、第2の複数の光散乱材料とを備える透明伝導性層を提供する。さらなる実施形態において、透明伝導性層は、5%超のヘイズ値および200オーム/スクエア以下のシート抵抗を有する。
【0010】
種々の他の実施形態は、伝導性ナノ構造および光散乱材料の合成を有する透明伝導性層を提供し、透明伝導性層は、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、または70%超のヘイズ値を有する。他の実施形態において、ヘイズ値は、10−25%、15−30%、20−35%、25−40%、30−45%、35−50%、40−55%、45−60%、または50−65%までの範囲内である。
【0011】
さらなる実施形態は、第1の複数の伝導性ナノ構造と、光散乱材料とを備え、伝導性ナノ構造および光散乱材料は、50:1から1:10までの範囲内の重量比で存在する流体分散体を提供する。
【0012】
種々の付加的実施形態において、流体分散体中の伝導性ナノ構造と散乱粒子の重量比は、25:1から1:2.5までの範囲内、または10:1から1:5までの範囲内、または25:1から5:1までの範囲内、または25:1から1:1までの範囲内であることができる。
【0013】
さらなる実施形態において、透明伝導性層は、150オーム/スクエア以下、または100オーム/スクエア以下、または80オーム/スクエア以下、または50オーム/スクエア以下、または20オーム/スクエア以下、または10オーム/スクエア以下のシート抵抗を有する。
【0014】
代替実施形態において、流体分散体は、第1の複数の伝導性ナノ構造と、光散乱粒子に変換可能な前駆体材料とを備える。
【0015】
さらに別の実施形態は、基板と、複数の伝導性ナノ構造を含む伝導性層と、伝導性層に隣接し、第2の複数の光散乱粒子を含む光散乱層とを備える層状透明導電体を提供する。
【0016】
種々の実施形態において、光散乱層は、伝導性層に重層する保護被膜層、または伝導性層と基板との間の中間層、または相分離によって生じる伝導性層の隣接層であることができる。
【0017】
さらなる実施形態は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に配置される活性層とを備え、第1および第2の電極のうちの少なくとも1つは、本明細書に説明されるように、高ヘイズ透明導電体を備えるデバイスを提供する。
【0018】
種々の実施形態において、活性層は、光起電要素または発光要素等の多重層スタックであってもよい。種々の他の実施形態において、デバイスはさらに、第1の電極と活性層との間に配置される第1の緩衝層、および/または第2の電極と活性層との間に配置される第2の緩衝層を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】図1は、透明電極として、(加工された)TCO層を採用する、ある種類のa−Si/um−Siタンデム薄膜PVセルを示す。
【図2】図2Aおよび2Bは、本開示の種々の実施形態による、光電子デバイスを示す。
【図3】図3A、3B、および3Cは、本開示のいくつかの実施形態による、多重層透明電極の種々の構成を示す。
【図4】図4は、一実施形態による、選択的に整列させられた異方性伝導性ナノ構造および隣接するストライプに直列に相互接続されたPVセルストライプを有する基板シートを備える、PVデバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
高ヘイズを有するナノ構造系透明導電体について説明する。特に、種々の実施形態は、種々の構成において、伝導性ナノ構造系透明導電体と組み合わせることができる種々の光散乱材料または媒体について説明する。散乱媒体は、多様な材料および形態(マイクロ構造およびナノ構造を含む)であり得、したがって、透明導電体を組み込むデバイスの性能パラメータを満たすように、光散乱のカスタマイズおよび調節を可能にする。
【0021】
少なくとも部分的に(好ましくは、比較的に高度に)透明であるコーティング(例えば、一般的には、光透過が、>70%、>80%、または>85%)とともに、比較的に低いシート抵抗(例えば、20オーム/スクエア未満、または15オーム/スクエア未満、またはより一般的には、10オーム/スクエア未満)および比較的に高いヘイズ/光散乱(一般的には、>10%、より一般的には、>15%、より一般的には、20−50%までの範囲内)を要求する任意の用途は、本明細書に説明される高ヘイズナノ構造系透明導電体を採用し得る。他の好適な用途は、高ヘイズおよび半透明を要求してもよい一方、シート抵抗は、前述のものよりも高い可能性がある。本開示の散乱媒体は、また、必ずしもではないが、好ましくは、それ自体低吸収である。好ましい用途として、限定されないが、PVデバイス、好ましくは、薄膜PV(有機薄膜PV、有機−無機ハイブリッド、CIGS、CdTe、Si系等)、最も好ましくは、a−Si、またはum−Si、またはa−Si/um−Siタンデムスタックが挙げられる。
【0022】
図1は、ガラス基板12と、TCOから成る前面電極20と、オーム性注入のための任意の緩衝層30(例えば、ドープp型SiCまたはZnO)と、p型a−Si層40a、n型a−Si層40b、p型μm層40c、およびn型μm層40dを含む光起電要素の活性層40と、任意の緩衝層50(ZnO)と、背面電極および反射体60(例えば、Ag)、任意の封入/積層層70(例えば、エチル酢酸ビニル)と、さらなる任意の最上封入層80(例えば、ガラスまたはプラスチック)とを含むa−Si/um−Siタンデム薄膜PVセル10の一般的配設を示す。TCO層20は、一般的には、活性層内の光入力結合を改善する目的のために、表面加工され(破線90によって示される)、光散乱を増加させる。多くの他の代替構成が可能である。例えば、限定されないが、ドープされない真性シリコン層は、n型シリコン層およびp型シリコン層のうちの1つ以上の間に含まれてもよい。
【0023】
種々の実施形態において、本開示によるナノ構造系透明導電体は、図1に描写される表面加工されたTCO層(20および90)に取って代わる役割を果たす。したがって、図2Aは、デバイス100(例えば、PV)が、第1の電極110と、第2の電極120と、その間に配置される活性層130とを備え、第1の電極および第2の電極のうちの少なくとも1つは、高ヘイズナノ構造系透明導電体から形成される実施形態を示す。図2Bは、デバイス150がさらに、第1の電極110と活性層130との間に配置される第1の緩衝層160と、第2の電極120と活性層130との間に配置される第2の緩衝層170とを備えるさらなる実施形態を示す。
【0024】
有利には、ナノ構造系透明導電体は、直接液体分散体系アプローチを介して高ヘイズを達成する。
【0025】
したがって、一実施形態は、第1の複数の伝導性ナノ構造と、第2の複数の光散乱材料とを備える透明伝導性層を提供する。種々の実施形態において、透明伝導性層は、5%を超えるヘイズ値および200オーム/スクエア以下のシート抵抗を有する。種々の他の実施形態は、伝導性ナノ構造および光散乱材料の合成を有する透明伝導性層を提供し、透明伝導性層は、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、または70%を超えるヘイズ値を有する。他の実施形態において、ヘイズ値は、10−25%、15−30%、20−35%、25−40%、30−45%、35−50%、40−55%、45−60%、または50−65%までの範囲内である一方、シート抵抗は、150オーム/スクエア以下、または100オーム/スクエア以下、または80オーム/スクエア以下、または50オーム/スクエア以下、または20オーム/スクエア以下、または10オーム/スクエア以下である。
【0026】
種々の構成要素が、以下にさらに詳述される。
【0027】
(伝導性ナノ構造)
概して、本明細書に説明される透明導電体は、伝導性ナノ構造の薄い伝導性膜である。透明導電体において、1つ以上の導電性経路が、ナノ構造間の連続した物理接点を介して確立される。ナノ構造の伝導性ネットワークは、電気的パーコレーション閾値に到達するために十分なナノ構造が存在するときに形成される。したがって、電気的パーコレーション閾値は、重要な値であって、それを超えると、長距離にわたって接続を達成することができる。
【0028】
本明細書で使用されるように、「伝導性ナノ構造」または「ナノ構造」とは、概して、導電性のナノサイズ構造を指し、その少なくとも1つの寸法は、500nm未満、より好ましくは、250nm、100nm、50nm、または25nm未満である。
【0029】
ナノ構造は、任意の形状または幾何学形状であることができる。ある実施形態において、ナノ構造は、等方的に成形される(すなわち、縦横比=1)。一般的な等方性ナノ構造は、ナノ粒子を含む。好ましい実施形態において、ナノ構造は、異方的に成形される(すなわち、縦横比≠1)。本明細書において使用されるように、縦横比は、ナノ構造の長さと幅(または、直径)との間の比率を指す。異方性ナノ構造は、一般的に、その長さに沿って、長手軸を有する。例示的な異方性ナノ構造は、本明細書に定義されるように、ナノワイヤおよびナノチューブを含む。
【0030】
ナノ構造は、中実または中空であることができる。中実ナノ構造は、例えば、ナノ粒子およびナノワイヤを含む。したがって、「ナノワイヤ」とは、中実異方性ナノ構造を指す。一般的には、各ナノワイヤは、10超、好ましくは、50超、およびより好ましくは、100超の縦横比(長さ:直径)を有する。一般的には、ナノワイヤは、500nm超、1μm超、または10μm超の長さである。
【0031】
中空ナノ構造は、例えば、ナノチューブを含む。一般的には、ナノチューブは、10超、好ましくは、50超、およびより好ましくは、100超の縦横比(長さ:直径)を有する。一般的には、ナノチューブは、500nm超、1μm超、または10μm超の長さである。
【0032】
ナノ構造は、任意の導電性材料から形成することができる。最も一般的には、伝導性材料は、金属である。金属材料は、元素金属(例えば、遷移金属)または金属化合物(例えば、金属酸化物)であることができる。金属材料はまた、2種類以上の金属を備える二元金属材料または金属合金であることができる。好適な金属は、銀、金、銅、ニッケル、金めっき銀、白金、およびパラジウムを含むが、それらに限定されない。伝導性材料はまた、炭素または黒鉛(炭素の同素体)等、非金属であることができる。
【0033】
本明細書に説明されるように、光散乱材料はまた、伝導性であるナノ構造を含んでもよいが、伝導性経路またはネットワーク層を形成する伝導性ナノ構造と異なる物理的属性を有してもよい。一般的には、これらの光散乱ナノ構造(伝導性または非伝導性)は、増加したヘイズ値に寄与する、より小さい縦横比(例えば、より短いおよびより幅の広いナノワイヤ)を有する。
【0034】
(透明伝導性膜)
一般に、透明伝導性膜またはコーティングは、液体担体と複数の伝導性ナノ構造とを備える液体分散体(または、インク配合)を蒸着し、液体担体を乾燥させることによって形成される。
【0035】
透明伝導性膜は、ランダムに分布し、相互に相互接続されるナノ構造を備える。ナノ構造ネットワーク層は、多くの場合、一般的に、伝導性ナノ構造の直径に匹敵する厚さを有する薄膜の形態をとる。ナノ構造の数が、パーコレーション閾値に到達することに伴って、薄膜は導電性となる。例えば、1つ以上の界面活性剤および粘度調整剤を含むインク組成物の他の不揮発性成分が、伝導性膜の一部を形成してもよい。したがって、別様に指定されない限り、本明細書で使用されるように、「伝導性膜」は、インク組成物の不揮発性成分のいずれかと組み合わされたネットワークおよびパーコレーションナノ構造から形成されるナノ構造ネットワーク層を指し、例えば、粘度調整剤、界面活性剤、および腐食防止剤のうちの1つ以上を含んでもよい。
【0036】
伝導性膜の導電性は、多くの場合、オーム/スクエア(または、「Ω/□」)によって表される「シート抵抗」または「抵抗率」によって測定される。膜抵抗は、少なくとも表面充填密度、ナノ構造のサイズ/形状、およびナノ構造構成要素の真性電気特性の関数である。本明細書で使用されるように、薄膜は、10Ω/□以下のシート抵抗を有する場合、伝導性であると見なされる。好ましくは、シート抵抗は、10Ω/□、3,000Ω/□、1,000Ω/□、350Ω/□、または100Ω/□以下である。一般的には、金属ナノ構造によって形成される伝導性ネットワークのシート抵抗は、10Ω/□から1000Ω/□、100Ω/□から750Ω/□、50Ω/□から200Ω/□、100Ω/□から500Ω/□、100Ω/□から250Ω/□、10Ω/□から200Ω/□、10Ω/□から50Ω/□、または1Ω/□から10Ω/□までの範囲である。本明細書に説明される光電子デバイスの場合、シート抵抗は、一般的には、20未満、または15未満、または10オーム/スクエア未満である。
【0037】
光学的に、ナノ構造系透明導電体は、可視領域(400−700nm)において、高光透過率を有する。一般的には、透明導電体は、可視領域において、光透過率が70%超、またはより一般的には85%超であるとき、光学的にクリアであると見なされる。より好ましくは、光透過率は、90%超、93%超、または95%超である。本明細書で使用されるように、別様に指定されない限り、伝導性膜は、光学的に透明である(例えば、透過率70%超)。したがって、透明導電体、透明伝導性膜、層、またはコーティング、伝導性膜、層、またはコーティング、および透明電極は、互換可能に使用される。
【0038】
ヘイズは、光学的透明度の指数である。概して、ヘイズは、バルクおよび表面粗度効果の両方によって、光散乱および反射/屈折から生じることを認識されたい。本明細書に説明される光電子デバイスの場合、高ヘイズ透明導電体が好ましい。これらの透明導電体は、一般的には、10%超、より一般的には、15%超、またはより一般的には、20−50%までの範囲内のヘイズ値を有する。別様に指定されない限り、本明細書に説明および請求される所与の透明導電体のヘイズ値は、ASTM D1003−07「Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics」に従って、写真光学的に測定される。
【0039】
ある実施形態において、高ヘイズ透明導電体は、散乱材料と組み合わせて、伝導性ナノ構造を含む単一伝導性層を指してもよい。他の実施形態において、高ヘイズ透明導電体は、ナノ構造ネットワーク層および光散乱層(例えば、光散乱材料を含む保護被膜層)等の付加的層を含む、合成膜構造を指してもよい。
【0040】
(光散乱材料)
本明細書において使用されるように、光散乱材料は、光拡散を生じさせる不活性材料を指す。光散乱材料は、例えば、微粒子散乱媒体または散乱促進剤(例えば、前駆体)を含む。
【0041】
ある実施形態において、光散乱材料は、伝導性ナノ構造と組み合わせて、液体分散体中に直接組み込まれることができる「光散乱粒子」とも称される粒子の形態である。したがって、そのような液体分散体から生じる伝導性膜は、相互接続する伝導性ナノ構造と相互に混合された光散乱材料を備える。光散乱粒子はまた、伝導性ナノ構造から独立して、液体分散体中に配合され、透明伝導性層に隣接する光散乱層に形成されてもよい。
【0042】
光散乱粒子は、好ましくは、マイクロサイズの粒子、またはより好ましくは、ナノサイズの粒子である。一般的には、粒子サイズは、1nmから数ミクロンまでの範囲内、好ましくは、10nm−800nm、10nm−600nm、10−400nm、または10−200nmまでの範囲内である。より一般的には、粒子サイズは、1−100nmまでの範囲内である。
【0043】
光散乱粒子は、個々の一次粒子の形態、または「二次粒子」とも称される一次粒子の凝集体の形態であってもよい。凝集体は、液相において、および/またはコーティングおよび乾燥プロセスの際に、自然発生的であってもよい。実施例として、光散乱粒子は、主に、液体分散体中の一次粒子および(存在する場合)少量の二次粒子から開始してもよい。膜生成の際に、より大きな二次粒子が、乾燥伝導性膜内に形成され、光を散乱させ、例えば、PVスタック内の光入力結合を改善することを可能にしてもよい。
【0044】
代替として、液体分散体は、伝導性ナノ構造および既により大きな二次凝集形態にある光散乱粒子を備えてもよく、二次散乱粒子のサイズおよび分布は、分散体処理(例えば、超音波処理、沈殿、温度処理、溶媒処理、分散剤、界面活性剤、および他の表面活性種等の添加剤の添加)を介して操作(好ましくは、縮小)されることができる。
【0045】
光散乱粒子は、伝導性、半伝導性、または非伝導性であり得る無機材料であってもよい。好適な光散乱粒子の実施例として、限定されないが、SiO、AlO、InO、SnO、ZnO、AlドープZnO(AZO)、インジウムスズ酸化物(ITO)、SbドープSnO(ATO)、TiO、SiC、フッ素ドープSnO(FTO)等が挙げられる。より高い屈折率の粒子の実施例として、TiO、AlO、およびZnOが挙げられる。伝導性粒子の実施例として、ITO、AZO、ATO等が挙げられる。特に、3つ以上の元素(例えば、AZO、ATO、ITO)を含む系に対して、異なる酸化率(化学量論的、ひいては、ドーピングレベル)が使用されてもよい。特に、好ましい実施形態において、そのような材料、組成物、およびドーピングレベルは、散乱添加剤のために使用され、また、好適な緩衝層および伝導性ナノ構造ネットワークと隣接する半導体との間の界面層(例えば、PVスタック内のa−Si、um−Si層)として作用してもよい。例えば、限定されないが、AdNano(登録商標)ZnO20およびAdNano(登録商標)Z805ナノ粒子ならびにAdNano(登録商標)ZnO脱イオン水(DW)系分散体は、このように使用することができる。
【0046】
代替として、光散乱粒子は、ナノ構造ネットワークを形成する同一の伝導性ナノ構造である。これらの粒子は、散乱を誘発可能であるが、散乱のレベルは、ナノ構造の形態によって影響される。例えば、銀ナノワイヤ、特に、比較的に大きい直径の銀ナノワイヤの使用は、比較的に高いヘイズ膜を生成し得る。比較的にヘイズ性である伝導性ナノ構造層内のこれらの「太いナノワイヤ」は、光散乱粒子として機能する。
【0047】
光散乱粒子はまた、ポリマー、あるいは概して、有機ナノまたはマイクロ粒子(例えば、ポリスチレンビード)であってもよい。
【0048】
構造上、光散乱粒子はまた、不均一な多重層またはコアシェル化学組成物、例えば、1つの材料(例えば、ATOまたはその他)のコアを有する粒子、あるいは別の材料(例えば、TiO)の表面/シェル層によってコーティングされてもよい。
【0049】
光散乱粒子の形状は、ランダムな、球状の、ロッド状(針状)のワイヤ、単一および/または多重壁のチューブ、ピラミッド状、立方体状の構造、楕円等であることができる。これらは、(または、主に)平滑または鋭利であるか、および/または平滑または鋭利な表面特徴を有することができる。
【0050】
ある実施形態において、光散乱材料は、伝導性ナノ構造とランダムに相互に混合されてもよい。他の実施形態において、光散乱材料は、蒸着後、相変化プロセスを受け、したがって、一方の層が、主にまたは排他的に伝導性ナノ構造を備え、他方の層が、主にまたは排他的に光散乱材料を備える二重層構造を形成してもよい。
【0051】
別の実施形態において、光散乱材料は、膜形成の過程において原位置で形成される。より具体的には、有機前駆体材料は、一般的には、コーティング、硬化、および乾燥後に、液体分散体中に提供され、その条件は、微液滴種類のマイクロ構造を組み込む最終膜の形成を促進し得る。例えば、少量の湿度の存在下、溶媒系UV−前駆体材料を蒸着、処理、および乾燥することによって、正常な連続膜の形成は中断される可能性が高く、代わりに、効果的な散乱中心である微液滴を含有する膜が形成され得る。
【0052】
さらなる実施形態において、光散乱材料は、膜形成の際に、微粒子形態において、原位置で形成される。より具体的には、液体分散体中の微粒子光散乱材料の前駆体が、基板上に蒸着またはコーティングされる。前駆体は、一般的には、膜形成の条件下において、微粒子光散乱材料に変換または分解する化学化合物である。例えば、チタン−イソプロポキシド(TIP)またはZnOAc等の化学前駆体は、適切な溶媒および処理条件と組み合わされ、それぞれTiOおよびZnO粒子に分解し、ヘイズ性光散乱層を形成する。
【0053】
本明細書に論じられるように、光散乱材料は、コーティング溶液中において伝導性ナノ構造分散体と直接混合されてもよい。代替として、光散乱材料は、コーティング溶液中において伝導性ナノ構造分散体とさらに組み合わされ得る粒子分散体、コロイド、または製剤へと事前調製されてもよい。
【0054】
したがって、さらなる実施形態は、第1の複数の伝導性ナノ構造と、光散乱材料とを備え、伝導性ナノ構造および光散乱材料が、50:1から1:10までの範囲内の重量比で存在する流体分散体を提供する。
【0055】
種々の付加的実施形態において、流体分散体中の伝導性ナノ構造と散乱粒子との重量比は、25:1から1:2.5までの範囲内、または10:1から1:5までの範囲内、または25:1から5:1までの範囲内、または25:1から1:1までの範囲内であることができる。
【0056】
伝導性ナノ構造および光散乱材料に加え、コーティング溶液はさらに、液体担体、および任意に粘度調整剤(例えば、HPMC)、および任意に1つ以上の界面活性剤(例えば、Triton)を備える。
【0057】
分散体のための液体担体は、水、アルコール、ケトン、またはそれらの組み合わせであってもよい。例示的アルコールとして、イソプロパノール(IPA)、エタノール、ジアセトンアルコール(DAA)、またはIPAおよびDAAの組み合わせを含んでもよい。例示的ケトンとして、メチルエチルケトン(MEK)およびメチルプロピルケトン(MPK)を含んでもよい。
【0058】
界面活性剤は、ナノ構造および/または光散乱材料の凝集を低減させる役割を果たす。好適な界面活性剤の代表的実施例として、ZONYL(登録商標)FSN、ZONYL(登録商標)FSO、ZONYL(登録商標)FSA、ZONYL(登録商標)FSHを含む、ZONYL(登録商標)界面活性剤(DuPont Chemicals、Wilmington、DE)、およびNOVECTM(3M、St.Paul、MN)等のフルオロ界面活性剤が挙げられる。他の例示的界面活性剤として、アルキルフェノールエトキシラートに基づく、非イオン性界面活性剤が挙げられる。好ましい界面活性剤として、例えば、TRITONa(x100、x114、x45)等のオクチルフェノールエトキシレート、およびTERGITOLa等のノニルフェノールエトキシラート(Dow Chemical Company、MidlandMI)が挙げられる。さらなる例示的非イオン性界面活性剤として、DYNOL(登録商標)(604、607)(Air Products and Chemicals,Inc.、Allentown、PA)およびn−ドデシルβ−D−マルトシド等のアセチレン系界面活性剤が挙げられる。
【0059】
粘度調整剤は、基板上にナノ構造を固定する結合剤としての役割を果たす。好適な粘度調整剤の実施例として、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、メチルセルロース、キサンタンガム、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、およびヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。
【0060】
特定の実施形態において、コーティング溶液中の界面活性剤と粘度調整剤との重量比は、好ましくは、約80:1から約0.01:1までの範囲内であって、粘度調整剤と伝導性ナノ構造との重量比は、好ましくは、約5:1から約0.000625:1までの範囲内であって、伝導性ナノ構造と界面活性剤との重量比は、好ましくは、約560:1から約5:1までの範囲内にある。コーティング溶液の成分比は、使用される基板および塗布の方法に応じて修正されてもよい。コーティング溶液のための好ましい粘度範囲は、約1から100cPまでである。
【0061】
(光散乱層)
伝導性ナノワイヤネットワーク層中に光散乱材料を組み込む(前述のように)代替として、本明細書に説明される光散乱材料(および前駆体材料)のいずれかが、伝導性ナノ構造ネットワーク層から独立している光散乱層中に組み込まれてもよい。そのような光散乱層は、多重層構成において、伝導性ナノワイヤネットワーク層と組み合わされてもよい。
【0062】
光散乱層またはコーティングは、主に、本明細書に定義されるように、光散乱材料を含む。光散乱材料は、同様に伝導性である光散乱粒子を含んでもよいが、光散乱層は、伝導性である必要はなく(但し、そうあることも可能である)、したがって、伝導性経路を形成するために、その光散乱粒子を要求しない。代わりに、光散乱層は、例えば、同時係属の共同所有される米国特許出願第11/504,822号(参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる)に開示されるように、相互接続/ネットワーク状の伝導性ナノ構造から形成される従来の透明伝導性層に隣接して(近傍を含む)配置されることになる。
【0063】
図3Aは、伝導性ナノ構造ネットワーク層220によってコーティングされ、さらに、光散乱層230(例えば、保護被膜として)によってコーティングされる基板210を備える多重層構成200を示す。
【0064】
図3Bは、光散乱層230が、基板210と伝導性ナノ構造ネットワーク層220との間に配置される代替構成を示す。
【0065】
図3Cは、光散乱層230が、伝導性ナノ構造ネットワーク層220から基板210の反対側に配置されるさらに別の代替構成を示す。
【0066】
構成に関わらず、多重層構造は、10%超、またはより一般的には、15%超、またはより一般的には、20−50%の範囲内のヘイズ値を有する透明電極として機能することが可能である。
【0067】
保護被膜として作用する光散乱層のさらなる代替として、その上に伝導性ナノ構造層がコーティングされる基板表面は、それ自体がヘイズ性であることができる(例えば、化学エッチングで粗面化されるか、砂で研磨されるか、またはヘイズ性層で事前コーティングされる)。代替として、基板は、ナノ/マイクロ構造を有するか、または相分離された材料を有するエンボス加工されたヘイズ性コーティングを有してもよい。基板は、プラスチックシートまたはプラスチック膜、あるいはガラス、もしくは金属であってもよく、その詳細は、例えば、米国特許出願第11/504,822号(前述)に説明されている。
【0068】
光散乱層は、本明細書に説明されるように、光散乱材料の液体分散体を蒸着することによって形成されてもよい。代替として、光散乱層は、前駆体材料の液体分散体を蒸着することによって形成されてもよく、前駆体材料は、前述のように、膜形成の際に原位置で光散乱材料を形成する。
【0069】
前述の光散乱材料の原位置での形成に類似するある実施形態において、ナノ構造系伝導性層上に蒸着されるいくつかの材料は、裸ガラス上にコーティングされると、そうならない場合があるが、ヘイズ性となり得る。これは、適切に処理されると、伝導性ナノ構造分散体(または、コーティングされた層)内の結合材料(例えば、HPMC)が、例えば、添加された粒子および重畳された二次表面構造を介して、既存の伝導性ナノ構造または保護被膜層上に蒸着される層内に高ヘイズを誘発し得ると考えられる。
【0070】
本開示による伝導性層または保護被膜層の表面形態は、概して、均一(周期的に規則的という意味においてではない)構造を有するか、または、例えば、二次構造を随伴する(または、それで被覆された)一次表面構造を有する二相性性質(例えば、一方が、ミクロンサイズ寸法であって、他方が、遥かに小さい寸法である)であってもよい。これは、具体的には、薄膜PVスタック内への光入力結合を補助することができる。好ましい実施形態は、より微細な二次構造とともに、数100nmのオーダーの側方および垂直方向の寸法のひとつの構造を有する散乱層となるであろう。
【0071】
別の代替として、比較的にヘイズ性である伝導性ナノ構造膜(保護被膜の有無を問わず)は、顕微鏡的に先鋭、粗面、鋭利な構造を有してもよく、そのような構造は、潜在的に望ましくない鋭利な表面特徴を平滑化するように作用する材料によってコーティングされるその中に浸漬される、それによって浸透され得る。これは、例えば、薄い保護被膜層またはゾルゲル層あるいは別のナノ粒子分散体層、好ましくは、ゾルゲル層、または代替として、伝導性ポリマーまたは同様に有機伝導性層であり得る。
【0072】
(添加剤および他の任意の層)
一般に、(一次および/または凝集を介した二次の)散乱粒子を使用する前述のアプローチは、別個の分散体において、または付加的添加剤を利用して、伝導性ナノ構造または保護被膜分散体中において混合されてもよい。これらの添加剤は、分散安定性を促進する(例えば、分散剤)、湿潤性およびコーティング特性を支援する(例えば、界面活性剤、溶媒添加剤等)、二次粒子形成または崩壊を補助する膜形成に応じて相分離構造の形成を支援する、乾燥を促進する、および/またはヘイズに付加的増加を生じさせる、平坦でない(波形等の)表面特徴の形成を支援してもよい。
【0073】
ある状況において、伝導性ナノ構造層内のヘイズを増加させるために行われるステップは、シート抵抗の増加によって判断されるように、下層の伝導性ナノ構造ネットワークを損なう場合がある。しかしながら、この劣化は、光学特性における利得によって補償され得る(改良されたヘイズおよび透過性等)。そのような場合、本開示のさらなる実施形態において、光散乱層をコーティングする前に、ナノ構造ネットワーク層(例えば、そのシート抵抗)を保護するための中間結合層として作用する比較的に薄い付加的層(一般的には、<300nm、より好ましくは、<200nm、最も好ましくは、約50−150nmの厚さの)によって、伝導性ナノ構造層をコーティングしてもよい。
【0074】
代替として、光散乱材料の組み込みは、より優れた伝導性ナノ構造ネットワークの形成および/または抵抗増加効果(例えば、高温および湿度)からのネットワークの保護のいずれかを介して、結果として生じた膜シート抵抗をさらに低下させ得る可能性がまたある。特に、散乱粒子もまた、伝導性であるとき、または前駆体の場合におけるように伝導性マトリクスを形成するとき、これらは、付加的伝導性ナノ構造の接触をもたらし、伝導性ナノ構造間の空隙を充填し得る。
【0075】
本開示のさらなる実施形態において、増加したヘイズの伝導性ナノ構造層は、伝導性層内に異方性伝導性ナノ構造の選択的整列(配向)を有することによって達成されてもよい。これは、例えば、伝導性ナノ構造層を光散乱層によってコーティングすることによって、または異方性伝導性ナノ構造を(例えば、好ましくは、組み込み(蒸着の際)伝導性ナノ構造配向がランダム化されないように、高い剪断力によって、または好ましくは、高速の蒸発溶媒によって)整列させることによって独立して達成され得る。そのような整列を達成するための技術は、例えば、同時係属の米国特許出願第11/871,721号(参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる)に開示されている。そのような整列は、ランダムなネットワークのために要求されるものより少ないナノワイヤによって、整列方向に比較的に低いシート抵抗を達成することを補助し、したがって、透過率を増加させること、および/または反射および吸収を低減させることを支援することができる。また、光透過率を犠牲にすることなく、より高いレベルの散乱媒体を可能にまたは許容する。具体的実施形態(図4)では、薄膜PVモジュール300は、透明電極として選択的に整列されたナノワイヤネットワーク層310を採用し、それによって、PCセルの直列相互接続320(すなわち、モジュールの直列に相互接続されたPCセルストライプ)は、好ましいナノワイヤ整列に垂直に配設される。ナノワイヤが図式的に描写され、好ましい整列方向を例示することが意図されていることに留意されたい。ナノワイヤは、実際は、伝導性経路を形成するために、相互に平行ではなく、相互接続している。
【0076】
(光電子デバイス)
前述のように、本明細書において説明される高ヘイズ透明導電体は、特に、光電子デバイスにおける一方または両方の電極として好適である(例えば、図2A、2B、および図1、TCOは、本開示の透明導電体と置換される)。図1、図2A、および2Bの多くの他の変形例が採用されてもよく、本開示による高ヘイズ透明導電体を使用することができる。例えば(図1のスタックを参照すると)、高ヘイズ透明導電体は、緩衝層50(ZnO)と金属電極−反射体60との間に配置されてもよいが、後者は、高ヘイズ透明導電体によって完全に置換されてもよい。
【0077】
ある実施形態において、本開示による高ヘイズ透明導電体は、適切な状況(材料、ドーピングレベル、仕事関数)下において、光散乱材料または前駆体は、加えて、緩衝層として機能し得るので、それ自体と隣接する半導体PV層(例えば、活性層)との間に、従来の緩衝層(SiC、ZnO)を要求してもよく、またはそうでなくてもよい。言い換えると、本開示による透明導電体はさらに、ある仕事関数、伝導性、表面マイクロ構造、表面結晶、形態構造(または、それらの組み合わせ)を有する媒体を含むか、またはそれから構成され、PVスタック内に従来使用される緩衝層の必要性を低減または排除してもよい。他の実施形態において、従来の緩衝層は、それでもなお、本明細書に説明される高ヘイズ透明導電体と組み合わせて使用することができる。
【0078】
付加的電極および/または反射体層は、本開示による透明導電体と併用されてもよく、またはそうでなくてもよい。
【0079】
本開示による高ヘイズ透明導電体はまた、CIGS、CdTe、有機PV、有機−無機ハイブリッドPVデバイス内において、最上および/または底面電極として使用され得る。
【0080】
本開示による高ヘイズ透明導電体は、好適な基板(ガラスシート、プラスチックガラスシート、プラスチック膜、可能性として、また、金属ガラスシートまたは箔等)上に直接蒸着するか、またはそのような基板にトランスファ/積層することができる。最上電極として、PVスタック(または、任意の緩衝層)上に直接蒸着するか、またはそのようなデバイスにトランスファ、積層等することができる。全体にわたって蒸着するか、またはパターン化されるように、印刷するか、トランスファするか、積層することができる。非パターン化または非印刷の場合、例えば、リソグラフィ、好ましくは、レーザスクライビングまたはレーザアブレーションを介して事後パターン化することができる。本開示による透明伝導性膜をパターン化する方法は、同時係属かつ共同所有される米国特許出願第11/871,767号(参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる)に開示されている。
【0081】
さらなる実施形態において、本開示による透明導電体は、制御された調節可能な屈折率を有する伝導性ナノ構造に加え、媒体を組み込むことができる。このアプローチは、半導体スタック(例えば、光起電要素)と隣接する層との間の屈折率を一致させ、反射損を低減させる役割を果たす。代替として、および特に、本開示の透明導電体が、非吸収光をPVスタックに後方反射する背面電極として作用する場合、添加された媒体は、PVスタックへの後方反射の増加を促進する、屈折率を有し得る。特に、背面電極の屈折率は、ナノ構造の添加によって、PVスタック内の隣接する層の屈折率と異なるように作製され得る。
【0082】
本開示による透明導電体層は、(底面電極が、PV半導体の前にある場合)半導体成長および蒸着の改良を促進し得る。
【実施例】
【0083】
(実施例1)
(銀ナノワイヤの合成)
銀ナノワイヤは、Y.Sun,B.Gates,B.Mayers,&Y.Xia,「Crystalline silver nanowires by soft solution processing」,Nanoletters,(2002),2(2)165−168,2002に説明される「ポリオール」方法に従って、ポリ(ビニルピロリドン)(PVP)の存在下、エチレングリコール中に溶解された硝酸銀の還元によって合成した。同時係属かつ共同所有される米国特許出願第11/766,552号に説明される、修正されたポリオール方法は、従来の「ポリオール」方法より高い収率において、より均一な銀ナノワイヤを生産する。本願は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。一次的に結果として生じたナノワイヤは、長さ約13μmから約17μmおよび直径約34nmから約44nmを有していた。
【0084】
(実施例2)
(伝導性ナノ構造のインク組成物の標準的調製)
金属ナノワイヤを蒸着するための一般的インク組成物は、重量比0.0025%から0.1%界面活性剤(例えば、好ましい範囲は、ZONYL(登録商標)FSO−100の場合、0.0025%から0.05%である)、0.02%から4%粘度調整剤(例えば、好ましい範囲は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)の場合、0.02%から0.5%である)、94.5%から99.0%溶媒、および0.05%から1.4%金属ナノワイヤを備える。好適な界面活性剤の代表的実施例として、ZONYL(登録商標)FSN、ZONYL(登録商標)FSO、ZONYL(登録商標)FSA、ZONYL(登録商標)FSH、Triton(x100、x114、x45)、TERGITOL(登録商標)、DYNOL(登録商標)(604、607)、n−ドデシルβ−D−マルトシド、およびNOVEC(登録商標)が挙げられる。好適な粘度調整剤の実施例として、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、メチルセルロース、キサンタンガム、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、およびヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。好適な溶媒の実施例として、水およびイソプロパノールが挙げられる。
【0085】
インク組成物は、基板上に形成される最終伝導性膜の充填密度の指数であるナノワイヤの所望の濃度に基づいて、調製することができる。
【0086】
基板は、その上にナノワイヤが蒸着される、任意の材料であることができる。基板は、剛性または可撓性であることができる。好ましくは、基板もまた、光学的にクリアである、すなわち、材料の光透過率が、可視領域の少なくとも80%(400nm−700nm)である。
【0087】
剛性基板の実施例として、ガラス、ポリカーボネート、アクリル等が挙げられる。特に、無アルカリガラス(例えば、ホウケイ酸塩)、低アルカリガラス、およびゼロ膨張ガラス−セラミック等の特殊ガラスを使用することができる。特殊ガラスは、特に、液晶ディスプレイ(LCD)を含む、薄いパネルディスプレイシステムに好適である。
【0088】
可撓性基板の実施例として、ポリエステル(例えば、テレフタル酸ポリエチレン(PET)、ポリエステルナフタレート、およびポリカーボネート)、ポリオレフィン(例えば、線状、分岐、および環状ポリオレフィン)、ポリビニル(例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアセタール、ポリスチレン、ポリアクリル酸等)、セルロースエステル基(例えば、三酢酸セルロース、酢酸セルロース)、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、シリコーン等のポリスルホン、ならびに他の従来のポリマー膜が挙げられるが、それらに制限されない。
【0089】
インク組成物は、例えば、同時係属の米国特許出願第11/504,822号に説明される方法に従って、基板上に蒸着することができる。
【0090】
当業者によって理解されるように、例えば、狭小チャネルによって計量される沈降流動、ダイ流動、傾斜上の流動、スリットコーティング、グラビアコーティング、マイクログラビアコーティング、ビードコーティング、浸漬コーティング、スロットダイコーティング等、他の蒸着技術も使用することができる。印刷技術もまた、パターンの有無を問わず、基板上にインク組成物を直接印刷するために使用することができる。例えば、インクジェット、フレキソ印刷、およびスクリーン印刷を採用することができる。さらに、流体の粘度および剪断挙動ならびにナノワイヤ間の相互作用は、蒸着されるナノワイヤの分布および相互接続性に影響を及ぼし得ることを理解されたい。
【0091】
分散された実施例1において加工された銀ナノワイヤ、界面活性剤(例えば、Triton)、粘度調整剤(例えば、低分子量HPMC)、および水から成る、試料伝導性ナノ構造分散体を調製した。最終分散体は、約0.4%銀および0.4%HPMC(重量比)を含んでいた。この分散体は、光散乱材料(例えば、微粒子形態において)と直接組み合わせて使用し(未希釈または希釈され)、コーティング溶液を形成することができる。代替として、分散体は、光散乱材料の分散体と組み合わせ、コーティング溶液を形成することができる。
【0092】
(実施例3)
コーティング溶液は、実施例2の50%銀ナノワイヤ分散体とともに、イソプロピルアルコール(IPA)中でITOナノ粒子(Aldrich、Milwaukee、WI)の50%分散体を激しく震盪することによって調製した。結果として生じたコーティング溶液は、1000rpmで30秒間、2x2インチのEagleガラス基板上にスピンコーティングした。次いで、コーティングされた基板を、50℃で90秒間、乾燥させ、180℃で90秒間、焼成した。コーティングおよび乾燥の間、この混合物は、2つの層(良好な/低シート抵抗を伴う下層ナノワイヤ層および増加したヘイズを提供するITOナノ粒子から形成される隣接する層)に相分離した。結果として生じた伝導性膜は、77%の透過率、67%のヘイズ、および25Ω/□のシート抵抗を有していた。
【0093】
(実施例4)
コーティング溶液は、実施例2の95%銀ナノワイヤ分散体とともに、脱イオン水(Aldrich)中で30%Ludox(登録商標)SiOナノ粒子の5%分散体を激しく震盪することによって調製した。結果として生じたコーティング溶液は、700rpmで30秒間、2x2インチのEagleガラス基板上にスピンコーティングした。次いで、コーティングされた基板を、50℃で90秒間、乾燥させ、および180℃で90秒間、焼成した。結果として生じた伝導性膜は、約87%の透過率、約18%のヘイズ、および約20.5Ω/□のシート抵抗を有していた。
【0094】
(実施例5)
コーティング溶液は、実施例2の92.5%銀ナノワイヤ分散体とともに、脱イオン水中で7.5%Ishihara SN−100DATOナノ粒子の10%分散体を激しく震盪することによって調製した。結果として生じたコーティング溶液は、700rpmで30秒間、2x2インチのEagleガラス基板上にスピンコーティングした。次いで、コーティングされた基板を、50℃で90秒間、乾燥させ、180℃で90秒間、焼成した。結果として生じた伝導性膜は、約83%の透過率、約32%のヘイズ、および約16.2Ω/□のシート抵抗を有していた。
【0095】
(実施例6)
コーティング溶液は、実施例2の95%銀ナノワイヤ分散体とともに、脱イオン水中で5%Ishihara TTO−W−5 TiOナノ粒子の10%分散体を激しく震盪することによって調製した。結果として生じたコーティング溶液は、700rpmで30秒間、2x2インチのEagleガラス基板上にスピンコーティングした。次いで、コーティングされた基板を、50℃で90秒間、乾燥させ、180℃で90秒間、焼成した。結果として生じた伝導性膜は、約86.3%の透過率、約48%のヘイズ、および約20.5Ω/□のシート抵抗を有していた。第2の伝導性膜試料は、実施例2の98%銀ナノワイヤ分散体とともに、脱イオン水中で2%Ishihara TTO−W−5 TiOナノ粒子を使用して、同様に調製した。結果として生じた伝導性膜は、約86%の透過率、約13.8%のヘイズ、および約11.3Ω/□のシート抵抗を有していた。
【0096】
(実施例7)
TritonX−100の1%溶液の3%を伴う、水中74%Tipaque FS−10DATOナノ粒子分散体(Ishihara製)を、700rpmで30秒間、2つの事前コーティングされたナノワイヤ層の最上部にスピンコーティングした。結果として生じた膜は、50℃で90秒間、乾燥させ、次いで、180°Cで90秒間、焼成した。ナノワイヤ層は、1000rpmで30秒間、実施例2のナノワイヤ分散体を2つのガラス基板上にスピンコーティングすることによって調製した。結果として生じた膜は、50℃で90秒間、乾燥させ、次いで、180℃で90秒間、焼成した。2つの多重層膜のうちの1つ目は、脱イオン水で漱洗し、2つ目は、漱洗しなかった。第1の多重層膜は、約82.5%の透過率、約10%のヘイズ、および約12.5Ω/□のシート抵抗を有していた。第2の多重層膜は、約81.5%の透過率、約66%のヘイズ、および約12.4Ω/□のシート抵抗を有していた。
【0097】
(実施例8)
銀ナノワイヤ分散体は、0.4%銀ナノワイヤ、0.4%低分子HPMC、250ppm Triton、および脱イオン水を含むように調製した。使用された銀ナノワイヤは、平均長さ18ミクロンおよび平均直径192nmを有していた。分散体を、500RPMで、ガラススライド上にスピンコーティングし、50℃で90秒間、乾燥させ、次いで、180℃で90秒間、焼成した。結果として生じた膜は、83%の透過率、約10オーム/スクエアのシート抵抗、および約19%のヘイズを有していた。
【0098】
光散乱材料またはその前駆体を備える光散乱層は、光散乱材料の分散体を伝導性ナノ構造膜の最上部にコーティングし、比較的に高ヘイズを伴う合成伝導性膜を形成することによって、形成することができる。そのような分散体の実施例として、限定されないが、イソプロピルアルコール中にチタンイソプロポキシド(「TIP」)前駆体を含有する分散体、Evonik製AdNano LUV(ITO粒子)を含む分散体、ATO(Ishiharaから市販)によってコーティングされたTiOナノ粒子、または水とHPMCおよびAZOナノ粒子中の前駆体材料(ZnOAc)が挙げられる。IPA中のTIP前駆体の場合、スピンコーティングの際、あるレベルの湿度を含有する、空気中のこの溶液は、空気中の湿度が、TIP前駆体をTiOナノ粒子に変換する。同様に、ZnOAc前駆体は、HPMCと反応し、光を散乱させるZnO様ナノ粒子を形成することができる。
【0099】
中間結合層は、伝導性層を保護するために、ナノ構造ネットワークの伝導性層と光散乱層との間に配置することができる。中間結合層は、例えば、限定されないが、ジアセトンアルコールおよび/またはイソプロピルアルコール中に3%Addison Clear Waveを含み得る。中間結合層はまた、米国特許出願第11/504,822号(参照することによって、前述で組み込まれている)に開示される結合材料のいずれかから成り得る。この結合層にわたって、光散乱材料(例えば、ナノ構造)を含有する第3の分散体を最終伝導性膜のヘイズを増加させるためにコーティングすることができる。
【0100】
(実施例9)
(透明導電体の光学および電気特性の評価)
本明細書に説明される方法に従って調製された透明伝導性膜を評価し、その光学および電気特性を確立した。
【0101】
光透過データをASTM D1003における方法論に従って取得した。ヘイズは、BYK Gardner Haze−gard Plusを使用して、測定された。シート抵抗は、Fluke175 True RMS Multimeter、または非接触型抵抗メータである、Delcom model 717B伝導性モニタを使用して、測定された。より一般的デバイスは、(例えば、Keithley Instrumentsによって)抵抗を測定するための4点プローブシステムである。
【0102】
裸基板のヘイズおよび透過率(例えば、ガラスの場合、0.04%のヘイズおよび93.4%の透過率)が、一般的には、測定に含まれた。
【0103】
前述の種々の実施形態は、組み合わされ、さらなる実施形態を提供することができる。本明細書に参照される、および/または出願データシートに列挙される、前述の米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および非特許刊行物はすべて、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。実施形態の側面は、必要に応じて修正され、種々の特許、出願、および刊行物の概念を採用し、なおもさらなる実施形態を提供することができる。
【0104】
前述の発明を実施するための形態に照らして、実施形態にこれらおよび他の変更を行うことができる。一般に、以下の請求項では、使用される用語は、請求項が明細書および請求項に開示される具体的実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、あらゆる可能な実施形態とともに、そのような請求項の権利が付与される均等物の全範囲を含むものと解釈されるべきである。故に、請求項は、本開示によって限定されない。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
透明伝導性層であって、
第1の複数の伝導性ナノ構造と、
第2の複数の光散乱材料と
を備え、
透明伝導性層は、5%超のヘイズ値および200オーム/スクエア以下のシート抵抗を有する、透明伝導性層。
【請求項2】
前記ヘイズ値は、10%超または15%超である、請求項1に記載の透明伝導性層。
【請求項3】
前記ヘイズ値は、20−50%の範囲内にある、請求項1に記載の透明伝導性層。
【請求項4】
前記シート抵抗は、100オーム/スクエア未満である、請求項1〜3のいずれかに記載の透明伝導性層。
【請求項5】
前記シート抵抗は、50オーム/スクエア未満である、請求項1〜3のいずれかに記載の透明伝導性層。
【請求項6】
前記光散乱材料は、光散乱粒子を備える、請求項1〜5のいずれかに記載の透明伝導性層。
【請求項7】
前記光散乱粒子は、SiO、AlO、InO、SnO、ZnO、AlドープZnO(AZO)、インジウムスズ酸化物(ITO)、SbドープSnO(ATO)、TiO、SiC、フッ素ドープSnO(FTO)、またはそれらの組み合わせである、請求項6に記載の透明伝導性層。
【請求項8】
前記光散乱材料は、微液滴を含む、請求項1に記載の透明伝導性層。
【請求項9】
流体分散体であって、
液体担体と、
複数の伝導性ナノ構造と、
光散乱材料と
を備え、
該伝導性ナノ構造および該光散乱材料は、50:1から1:10までの範囲内の重量比で存在する、流体分散体。
【請求項10】
前記光散乱材料は、光散乱粒子を備える、請求項9に記載の流体分散体。
【請求項11】
前記光散乱粒子は、SiO、AlO、InO、SnO、ZnO、AlドープZnO(AZO)、インジウムスズ酸化物(ITO)、SbドープSnO(ATO)、TiO、SiC、フッ素ドープSnO(FTO)、またはそれらの組み合わせである、請求項10に記載の流体分散体。
【請求項12】
粘度調整剤および界面活性剤をさらに備える、請求項9〜11のいずれかに記載の流体分散体。
【請求項13】
前記界面活性剤対前記粘度調整剤の重量比は、約80:1から約0.01:1までの範囲内にある、請求項12に記載の流体分散体。
【請求項14】
前記粘度調整剤対前記伝導性ナノ構造の重量比は、約5:1から約0.000625:1までの範囲内にある、請求項12に記載の流体分散体。
【請求項15】
前記伝導性ナノ構造対前記界面活性剤の重量比は、約560:1から約5:1までの範囲内にある、請求項12に記載の流体分散体。
【請求項16】
流体分散体であって、
複数の伝導性ナノ構造と、
光散乱粒子に変換可能な前駆体材料と
を備える、流体分散体。
【請求項17】
前記前駆体材料は、チタン−イソプロポキシドまたはZnOAcである、請求項16に記載の流体分散体。
【請求項18】
粘度調整剤および界面活性剤をさらに備える、請求項16〜17のいずれかに記載の流体分散体。
【請求項19】
前記界面活性剤対前記粘度調整剤の重量比は、約80:1から約0.01:1までの範囲内にある、請求項18に記載の流体分散体。
【請求項20】
前記粘度調整剤対前記伝導性ナノ構造の重量比は、約5:1から約0.000625:1までの範囲内にある、請求項18に記載の流体分散体。
【請求項21】
前記伝導性ナノ構造対前記界面活性剤の重量比は、約560:1から約5:1までの範囲内にある、請求項18に記載の流体分散体。
【請求項22】
前記前駆体材料は、ZnOAcであり、前記粘度調整剤は、HPMCである、請求項18に記載の流体分散体。
【請求項23】
層状透明導電体であって、
基板と、
複数の伝導性ナノ構造を含む伝導性層と、
該伝導性層に隣接する光散乱層であって、第2の複数の光散乱粒子を含む光散乱層と
を備える、層状透明導電体。
【請求項24】
前記光散乱層は、前記伝導性層に重層し、該伝導性層は、前記基板上にコーティングされる、請求項23に記載の層状透明導電体。
【請求項25】
前記光散乱層は、前記伝導性層と基板との間に配置される、請求項23に記載の層状透明導電体。
【請求項26】
前記光散乱層は、前記基板の一方の側に配置され、前記伝導性層は、該基板の反対側に配置される、請求項23に記載の層状透明導電体。
【請求項27】
光電子デバイスであって、
第1の電極と、
第2の電極と、
該第1の電極と該第2の電極との間に配置される活性層と
を備え、
該第1および第2の電極のうちの少なくとも1つは、請求項1〜8に記載のいずれかの高ヘイズ透明導電体を備える、光電子デバイス。
【請求項28】
前記活性層は、a−Si、またはum−Si、またはa−Si/um−SiタンデムPVスタックを含む、請求項27に記載の光電子デバイス。
【請求項29】
前記活性層は、有機−無機ハイブリッド光起電スタック、(二)セレン化銅インジウムガリウム(CIGS)、またはCdTeである、請求項27に記載の光電子デバイス。
【請求項30】
前記第1の電極と前記活性層との間に配置される第1の緩衝層、または前記第2の電極と該活性層との間に配置される第2の緩衝層、または該第1の緩衝層および該第2の緩衝層の両方をさらに備える、請求項22に記載の光電子デバイス。
【請求項31】
光電子デバイスであって、
第1の電極と、
第2の電極と、
該第1の電極と該第2の電極との間に配置される活性層と
を備え、
該第1および第2の電極のうちの少なくとも1つは、層状透明導電体を含む高ヘイズ透明導電体を備え、該層状透明導電体は、複数の伝導性ナノ構造を含む伝導性層と、該伝導性層に隣接する光散乱層とを備え、該光散乱層は、第2の複数の光散乱粒子を含み、該高ヘイズ透明導電体は、5%超のヘイズ値および200オーム/スクエア以下のシート抵抗を有する、光電子デバイス。
【請求項32】
前記高ヘイズ透明導電体は、10%超のヘイズ値および50オーム/スクエア以下のシート抵抗を有する、請求項31に記載の光電子デバイス。
【請求項33】
前記高ヘイズ透明導電体は、20%超のヘイズ値および10オーム/スクエア以下のシート抵抗を有する、請求項31に記載の光電子デバイス。
【請求項34】
前記活性層は、a−Si、またはum−Si、またはa−Si/um−SiタンデムPVスタックを含む、請求項31〜33のいずれかに記載の光電子デバイス。
【請求項35】
前記活性層は、有機−無機ハイブリッド光起電スタック、(二)セレン化銅インジウムガリウム(CIGS)、またはCdTeである、請求項31〜33のいずれかに記載の光電子デバイス。
【請求項36】
前記第1の電極と前記活性層との間に配置される第1の緩衝層、または前記第2の電極と該活性層との間に配置される第2の緩衝層、または該第1の緩衝層および該第2の緩衝層の両方をさらに備える、請求項31〜35のいずれかに記載の光電子デバイス。
【請求項37】
前記伝導性層と前記光散乱層との間に配置される中間結合層をさらに備え、該中間結合層は、光散乱材料を有していない、請求項31〜36のいずれかに記載の光電子デバイス。

【図1】
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【図2A】
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【図2B】
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【図3A】
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【図3B】
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【図3C】
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【図4】
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【公表番号】特表2013−513223(P2013−513223A)
【公表日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−557029(P2012−557029)
【出願日】平成22年12月3日(2010.12.3)
【国際出願番号】PCT/US2010/058967
【国際公開番号】WO2012/108853
【国際公開日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【出願人】(510230746)カンブリオス テクノロジーズ コーポレイション (9)
【Fターム(参考)】