專利名稱：用于光電子器件的透明導電膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光電子器件的具有導體的透明導電膜。
背景技術(shù)：
透明導電(Transparent conductive, TC)膜廣泛運用于包括光發(fā)射器和/或光接收器的光電子器件，例如液晶顯示器、觸控面板、光電電池和有機或無機電致發(fā)光器件。一般而言，透明導電膜可以分成三種類型。第一種類型為同質(zhì)的透明導電膜，其可以由不同的材料以單層或多層薄膜的形式制成，只要該材料本質(zhì)上透光且具有電傳導特性。由于具有高光學透明性，金屬氧化物(例如氧化銦錫(ITO)、氧化錫銻(ATO)、氧化鋅(ZnO)及其衍生物)、石墨烯和有機材料(例如聚乙撐二氧噻吩)通常用于形成所述透明導電膜。另一種類型的透明導電膜具有組合結(jié)構(gòu)，其包括一個主體結(jié)構(gòu)及一些高導電性的組分，例如亞微米尺寸的顆粒，納米線、納米管及等離子體振子結(jié)構(gòu)，嵌入在所述主體結(jié)構(gòu)內(nèi)而形成一個實質(zhì)上導電且透明的結(jié)構(gòu)層。理想的透明導電膜具有高透光率和低電阻率以節(jié)省能源消耗、有效地傳送及運用能量。基于相同類型的透明導電膜，一旦其厚度減小，則其表面電阻和透光率均會增加。而另一方面，使用的薄膜的厚度越厚，則表面電阻和薄膜的透光率將會越小。此通常被認為是透明導電材料的透明性和導電性之間的自然平衡?；谠撓拗疲瑢τ诿總€光電子應用中的透明導電膜的實際參數(shù)，例如材料和厚度的選擇，均是透明導電材料自然平衡的優(yōu)化結(jié)果。為了改善能量效率，出現(xiàn)了另一種類型的透明導電膜。該類型的透明導電膜具有混合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是通過在主透明導電層的表面上增加額外的導電層(由良好導體制成)而形成的。所述導電層具有匯流排、魚骨或網(wǎng)絡等布局以促進電流的收集。圖I展示了用于光電子器件120的具有匯流排結(jié)構(gòu)111的混合型透明導電膜110。如圖I所示，所述光電子器件120包括基底層121、活性層122和夾設(shè)于所述基底層121和活性層122之間的中間層123。所述活性層122用于光發(fā)射或光吸收，而覆蓋于所述活性層122上的透明導電膜110用于光傳輸和電傳導。所述透明導電膜110的匯流排導體111充當一低電阻路徑以便實現(xiàn)高效率的電流運送，因此，該匯流排導體111可以有效地減少所述透明導電膜110的表面電阻(器件內(nèi)部電阻)。為了最大限度地利用電流收集器(透明導電膜110上的導體111)的優(yōu)點，例如在光電產(chǎn)業(yè)中，只要符合生產(chǎn)原則，通常電流導體會保持具有穩(wěn)定性的寬度。圖2展示了大多數(shù)晶體硅太陽能電池上的匯流排結(jié)構(gòu)111。該電流收集器(匯流排導體111)可以由鋁、鎳或包含有銀微粒的導電粘合劑等具有比主透明導電層112較高導電率的材料制成。因此，流動于透明導電膜110內(nèi)的電流會趨向電流收集器111。換而言之，所述電流收集器111可能收集到原先在主透明導電層112內(nèi)均勻流動的大量電流。一般而言，如此高的電流密度集中在匯流排收集器111內(nèi)會導致某些有害現(xiàn)象，例如電遷移和焦耳加熱。此外，透明導電 膜110表面的長導體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了另一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，也即快速的災難性損害，例如無機光電薄膜的熔化和OLED材料中有機分子的結(jié)晶化所產(chǎn)生的緩慢退化。圖3為展示了所述透明導電膜110的熱量密度的圖表，可見，電流是沿著所述收集器111不斷增強，而熱度最強的區(qū)域位于母線和邊線的接合處。該長收集器結(jié)構(gòu)(母線)還可能在制造過程中產(chǎn)生其他缺陷，例如由于如圖3所示的裂紋130而產(chǎn)生的中斷。而從圖上可見，在所述中斷附近產(chǎn)生的巨大的熱量密度將會很容易地損壞薄膜器件且?guī)碜顕乐氐姆€(wěn)定性隱患。因此，急需提供一種具有高透光率、低內(nèi)電阻及高穩(wěn)定性的透明導電膜以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于光電子器件的透明導電膜，該透明導電膜的表面上設(shè)置有復數(shù)個相互獨立的導體以減小透明導電膜的內(nèi)電阻和/或允許較薄透明導電膜的使用而不削弱器件效率，從而提高光電子器件的性能和能量效率。 為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種用于光電子器件的透明導電膜，該透明導電膜包括主透明導電層和復數(shù)個與所述主透明導電層電性接觸的導體，所述導體相互獨立地設(shè)置于所述主透明導電層的表面上以收集周圍的電流，從而減小透明導電膜的內(nèi)電阻和/或允許較薄透明導電膜的使用而不削弱器件效率。 較佳地，所述導體沿著流入所述透明導電膜內(nèi)的電流的方向延伸。在一優(yōu)選實施例中，所述導體成排分布。較佳地，位于相鄰兩排的所述導體相互交錯。在另一優(yōu)選實施例中，所述導體排列成由一系列同心圓組成的圓形狀。較佳地，位于相鄰兩同心圓的所述導體相互交錯。較佳地，所述導體為導電薄膜，該導電薄膜的表面與所述主透明導電層完全接觸。較佳地，所述導體的形狀為長條形、Y分叉形或H形。較佳地，所述導體為導線，該導線具有至少兩個電觸點以電性地與所述主透明導電層接觸。較佳地，所述導體由與所述主透明導電層相同的材料制成。較佳地，所述主透明導電層具有一個層主體，該層主體內(nèi)含有納米粒、納米線或等離子體振子結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)層。較佳地，所述主透明導電層與所述光電子器件的活性層直接接觸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明透明導電膜上具有多個獨立的導體充當?shù)碗娮杪窂揭允占鲃佑谕该鲗щ娔?nèi)的電流，因此，本發(fā)明可以通過兩種途徑來提高光電子器件的能量效率和使用性能其中一種途徑為通過使用較薄的主透明導電層來增加其透光率并在分布式導體的作用下使得其內(nèi)電阻(電損耗)保持不變；另一種途徑為減小透明導電膜的內(nèi)電阻而保持其透光率(器件的輸入/輸出)不變。此外，本發(fā)明中新的導體布局可以改善透明導電膜上電流和熱量的均勻性，且使透明導電膜避免遭受其他損害，從而獲得較好的穩(wěn)定性。此外，該導體布局可以通過平衡傳輸表面的表面電阻而改善大面積器件的均勻性。通過以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達目的及效果將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明的實施例。


圖I展示了傳統(tǒng)的具有匯流排結(jié)構(gòu)的透明導電膜用于光電子器件。圖2為圖I所示透明導電膜的示意圖。圖3為展示了圖I所示透明導電膜的熱量密度的圖表。圖4展示了本發(fā)明第一實施例的透明導電膜用于圖I所示光電子器件。圖5為圖4所示透明導電膜的其中一個導體的放大圖。圖6展示了本發(fā)明第二實施例的透明導電膜中的一個導體。圖7展示了本發(fā)明第三實施例的透明導電膜中的一個導體。
圖8為一圖表，其展示了具有不同形狀或尺寸的導體的不同特性。圖9展示了本發(fā)明第四實施例的透明導電膜中的一個導體。圖10為展示了第四實施例的透明導電膜作為樣本被測試時的示意圖。圖Ila展示了通過測量樣本的表面電勢而得到的電流分布。圖Ilb展示了通過模擬樣本的表面電勢而得到的電流分布。圖12為圖4所示透明導電膜的頂視圖。圖13a為模擬直接耦合模式的等值線圖表。圖13b為模擬間接耦合模式的等值線圖表。圖14為圖12所示透明導電膜的部分示意圖，其展示了導體的布局和尺寸。圖15和圖16為用于展不本發(fā)明的導體布局的優(yōu)點的兩圖表。圖17為展示本發(fā)明第五實施例的透明導電膜的示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的各個實施例，其中，各個附圖中相同的標記表示相同的元件。如上所述，本發(fā)明提供了用于光電子器件的透明導電膜，其包括主透明導電層和復數(shù)個與所述主透明導電層電性接觸的導體，所述導體相互獨立地設(shè)置于所述主透明導電層的表面上。本發(fā)明透明導電膜上具有多個獨立的導體以收集于周圍流動的電流，從而可減小透明導電膜的內(nèi)電阻和/或允許較薄透明導電膜的使用而不削弱器件效率。圖4展示了本發(fā)明第一實施例的透明導電膜210用于圖I所示光電子器件120。參照圖4，所述透明導電膜210包括主透明導電層211和很多形成于主透明導電層211上的導體212。具體地，所述主透明導電層211具有頂表面和底表面，所述導體212形成于所述頂表面上，所述底表面與所述光電子器件120的活性層122直接接觸。本實施例中，所述主透明導電層211由具有良好導電性的同質(zhì)材料制成，例如金屬氧化物(包括氧化銦錫(ITO)、氧化錫銻(ATO)或氧化鋅(ZnO)及其衍生物)、有機材料或納米材料。在另一實施例中，所述主透明導電層211可以具有一個層主體，該層主體內(nèi)含有納米粒、納米線或等離子體振子結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)層。如圖4所示，電流在光電子器件中的每個單元包括垂直分量(如箭頭V所示)和橫向分量(如箭頭L所示)。所述垂直分量為垂直于所述透明導電膜210表面流出或流向所述活性層的電流。當每個單元相對于整個透明導電膜210較小時，在整個單元面積上注入或聚集到所述活性層122的電流是均勻的。該種均勻的垂直電流并不受橫向電流的流動所影響，且當其涉及的范圍足夠小時可隨著包絡模型的緩慢變化而被精確估算出來。而所述橫向分量為平行于且流入所述透明導電膜210的電流。不管所述單元的尺寸為多少，所述橫向分量，也即在所述透明導電膜210上的導體212的周圍流動的電流是不均勻的。在本實施例中，所述導體212呈長條形，其沿著所述電流的橫向分量的方向延伸。具體地，所述導體212為薄膜，其通常由鋁、鎳或內(nèi)含有銀微粒的導電粘合劑制成以獲取良好的導電率。該薄膜導體212可以通過漏印版、接觸轉(zhuǎn)印或各種各樣的印刷方式，例如油墨噴印、靜電印刷、專題印刷或磁電式印刷等等，來形成在主透明導電層211的表面上。較佳地，所述導體212可以由與所述主透明導電層211相同的材料制成，從而簡化本發(fā)明的制造工藝。圖5為圖4所示導體212中其中一個的放大圖，其中，箭頭展示的是流入所述透明導電膜210內(nèi)的電流方向。如圖5所示，形成于所述主透明導電層211上的導體212用于收集電流。由于所述導體212是用于充當?shù)碗娮杪窂?，電流的橫向分量均趨向所述導體212流動。由此可見，該工作原理說明了為什么利用導體212可以減小所述透明導電膜210電阻的原因。圖6展示了本發(fā)明第二實施例的透明導電膜310中的一個導體312。參照圖6，該第二實施例的透明導電膜310包括導體312和主透明導電層311。較佳地，所述導體312為Y分叉形的導電薄膜。而圖7展示了本發(fā)明第三實施例的透明導電膜410中的一個導體412。如圖7所示，類似地，該第三實施例透明導電膜410包括導體412和主透明導電層411。較佳地，所述導體412為H形的導電薄膜。如圖8所示，三個具有不同形狀或尺寸的導體樣本分別形成在三個氧化銦錫(ITO)載玻片(主透明導電層)上。每個導體樣本由IOOnm厚的噴鍍金和2um厚的電鍍銅組成從而為載玻片上的電流提供一條短路通道。樣本I為具有0.1英寸寬(載玻片寬度的1/10)和0. 6英寸長(載玻片長度的2/10)的短銅條。樣本2為具有0. I英寸寬(載玻片寬度的1/10)和I. 5英寸長(載玻片長度的5/10)的較長銅條。樣本3為具有0. I英寸寬和比樣本2的長度長的Y分叉導體。從該圖表中可得知，單元電阻的變小主要是取決于導體沿著電流方向的長度。根據(jù)本發(fā)明的第四實施例，如圖9所示，形成在主透明導電層511上的導體512為導線。該導線具有至少兩個電觸點以電性地與所述主透明導電層511接觸而與其一起形成透明導電膜510。具體地，所述主透明導電層511由表面電阻為9 Q/m2的氧化銦錫(ITO)載玻片形成。該ITO載玻片具有兩個電阻值為OQ而尺寸為0.75X0. 75X 1. 5mm的片形電阻器513，其通過含銀粘結(jié)劑粘接在所述ITO載玻片上。該兩片形電阻器513設(shè)置在距離所述載玻片511的邊緣0. 75英寸處且通過所述導線512 (I. 5英寸長)使用相同的含銀粘結(jié)劑相互連接起來?，F(xiàn)在，以本實施例作為樣本來測量所述透明導電膜510的電阻。參照圖10，兩個壓力接點電極514橫跨所述透明導電膜510的兩端以提供IV的電壓。微探針連接到可用于測量樣本在X和Y方向0. I英寸范圍的表面電勢的伏特計?；诒砻骐妱莸挠涗?，單元的電流分布和等值電阻可以被推斷出來。圖Ila為通過測量樣本的表面電勢而得到的電流分布。圖Ilb為通過模擬樣本的表面電勢而得到的電流分布。該樣本測量和建模出來的電阻分別是14 Q和14. 2 Q。而在將額外結(jié)構(gòu)(導體512)添加到所述ITO載玻片之 前，橫跨壓力接點電極514之間的被測電阻為28Q。在陰影(導體表面)占整個透明導電膜510表面的百分比小于1%的情況下該表面電阻減小了大約50%。
圖12為本發(fā)明第一實施例的透明導電膜210的頂視圖。如圖12所示，所述導體212成排分布。較佳地，位于相鄰兩排的導體212相互交錯，也即，在每一排上的導體212相對于其前一排上的導體212是偏移的，從而在排與排的導體212之間形成間接電流耦合。當電流通過所述透明導電膜210時，該間接耦合模式可以有效地減少熱量的產(chǎn)生。然而，如果相鄰兩排的導體212之間的偏移量為零，位于相鄰兩排的導體212將會直接首尾相朝，從而形成直接耦合模式。圖13a和圖13b為模擬直接耦合模式和間接耦合模式的的等值線圖表。如圖13a和圖13b所示，通過建模獲得的間接耦合模式的熱量密度與直接耦合模式相比較低。圖14-16用于展示本發(fā)明導體布局的優(yōu)點。如圖14所示，在導體的寬度方向上，相鄰兩導體之間的距離定義為“W”;在導體的長度方向上，相鄰兩導體之間的距離定義為“S”；位于相鄰兩排的導體之間的偏移量定義為“d”。圖15展示了電阻壓降隨著參數(shù)W/Wc的變化而改變(其中，Wc指導體的寬度)。從該圖表可以推斷出透明導電膜的電阻壓降是隨著距離W的增大而增大。圖16展示了偏移量d的值等于O和O. 5W時的兩種狀態(tài)。如圖16所示，在所述偏移量d的值等于O的情況下，當S/Lc(其中，Lc指導體的長度)的值小于O. 2時，熱量密度大大地增加。而在所述偏移量d的值等于O. 5W的情況下，當S/L的值等于O. I 時，熱量密度比d = O時的情況小五倍。該仿真結(jié)果證實了本發(fā)明的導體布局可以有效減少導體本身帶來的焦耳加熱。圖17展示了本發(fā)明第五實施例的透明導電膜610。如圖17所示，該透明導電膜610包括主透明導電層611和復數(shù)個形成在所述透明導電層611上的導體612。本實施例中，所述主透明導電層611為一圓形膜，每個導體612均呈長條形，該長條形沿著電流的橫向分量的方向延伸。由于所述透明導電膜610內(nèi)的電流分布是呈放射狀的，所述導體612排列成由一系列同心圓組成的圓形狀。較佳地，位于相鄰兩同心圓的所述導體612相互交錯。以上結(jié)合最佳實施例對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實施例，而應當涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進行的修改、等效組合。
權(quán)利要求
1.一種用于光電子器件的透明導電膜，其特征在于，包括 主透明導電層； 復數(shù)個與所述主透明導電層電性接觸的導體； 其中，所述導體相互獨立地設(shè)置于所述主透明導電層的表面上。
2.如權(quán)利要求I所述的透明導電膜，其特征在于所述導體沿著流入所述透明導電膜內(nèi)的電流的方向延伸。
3.如權(quán)利要求2所述的透明導電膜，其特征在于所述導體成排分布。
4.如權(quán)利要求3所述的透明導電膜，其特征在于位于相鄰兩排的所述導體相互交錯。
5.如權(quán)利要求2所述的透明導電膜，其特征在于所述導體排列成由一系列同心圓組成的圓形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的透明導電膜，其特征在于位于相鄰兩同心圓的所述導體相互交錯。
7.如權(quán)利要求I所述的透明導電膜，其特征在于所述導體為導電薄膜，該導電薄膜的表面與所述主透明導電層完全接觸。
8.如權(quán)利要求7所述的透明導電膜，其特征在于所述導體的形狀為長條形、Y分叉形或H形。
9.如權(quán)利要求I所述的透明導電膜，其特征在于所述導體為導線，該導線具有至少兩個電觸點以電性地與所述主透明導電層接觸。
10.如權(quán)利要求I所述的透明導電膜，其特征在于所述導體由與所述主透明導電層相同的材料制成。
11.如權(quán)利要求I所述的透明導電膜，其特征在于所述主透明導電層具有一個層主體，該層主體內(nèi)含有納米粒、納米線或等離子體振子結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)層。
12.如權(quán)利要求I所述的透明導電膜，其特征在于所述主透明導電層與所述光電子器件的活性層直接接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種透明導電膜，其包括主透明導電層和復數(shù)個與所述主透明導電層電性接觸的導體，所述導體相互獨立地設(shè)置于所述主透明導電層的表面上。本發(fā)明透明導電膜上具有多個獨立的導體以收集于透明導電膜內(nèi)流動的電流，從而可減小透明導電膜的內(nèi)電阻而保持其光傳輸率不變。此外，本發(fā)明中新的導體布局可以減小透明導電膜遭受高電流密度損害的危險性，從而獲得較好的穩(wěn)定性。
文檔編號H01B5/14GK102655031SQ20111004820
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者李河堂, 麥永強 申請人:新科實業(yè)有限公司