[发明专利]透明的导电层,制备该层的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明导电层，制备该层的方法及其应用。

背景技术

具有较高电阻导电性的透明层具有至高1000Ω/□的面阻抗和超过70％的透射率，并且在所有现代显示器中，例如在LCD、等离子显示器、OLED显示器中，并且也例如在有机太阳能电池中都需要它们，以能够几无损失地利用由光电效应所激发的电流。

所谓机械性能稳定的层以下应理解为是一种具有耐受由刮刻的边缘锋利的物件或材料所引起的负荷力的抵抗性的层，其可例如通过铅笔硬度根据DIN EN 13523-4：2001来表征。

所谓面阻抗以下应理解为是欧姆电阻，该值是在涂层上以平均层厚度得到的，条件是将任意大小的矩形区域接触在两个相对的边缘上并且根据(直流)电压来测量电流。面阻抗值以Ω来测量并且用Ω/□来表征。也可以根据其他方法，例如四点测量法来确定面阻抗。

所谓电阻率以下应理解为是由面电阻与层厚度[以cm表示]相乘得到的欧姆电阻值，并且其本身即是导电材料电阻性能的量度。电阻率以Ω·cm表示。

所谓透射率以下应理解为是透明体对波长为550nm的光的透过率。经涂覆的玻璃的透射率与未涂覆玻璃本身的透射率有关，其以百分比值来表示。

所谓透明导电物质以下应理解为是可以由其制得透明导电层——缩写为“TCF”表示“透明导电膜”——的化合物。

长久以来即致力于找寻到一种方法，其能允许以成本低廉的涂覆或压制过程将TCF覆盖于玻璃或塑料表面上，以期能够弃用那些技术成本昂贵的真空方法，例如溅射法、CVD或PVD，来制备透明导电层。

在一系列专利申请中记载了利用涂覆或压制技术，使用溶解的金属化合物来制备具有导电能力的透明层的用途。WO98/49112记载了特别优选使用铟和锡化合物，以及还有锑和锡化合物，它们可以通过高温分解或水解而转变为铟-锡氧化物，以下缩写为“ITO”。前体化合物的高温分解可以通过WO95/29501中所记载的在炉中加热到超过500℃或者通过激光辐射来实现。作为前体化合物使用铟和锡的辛酸盐(JP54009792)、甲酸盐(EP192009)、氯化物(EP148608)、乙酰丙酮化物(JP61009467)、硝酸盐(JP02126511)和金属有机化合物，如二丁基锡二辛酸酯(JP02192616)和三甲基或三乙基铟以及四甲基或四乙基锡(JP6175144)。在JP6175144中是利用UV辐射将前体化合物分解并转化为ITO。

利用水解这一技术方案——经常也称作是溶胶-凝胶涂覆法——可以得到厚度为100nm至500nm且面电阻为200至1500Ω/□的导电透明层。然而在EP0192009中构造了一个特例，其中记载了通过锻烧热解甲酸铟和二丁基氧化锡的混合物而得到一种ITO层，其面电阻为7.5Ω/□至35Ω/□之间并且层厚度在90nm至300nm。但是该方法的缺点是层的透射率很小不甚令人满意，其值在79％至82％之间。由该方法得到的层的电阻率一般在几个10^-3Ω·cm，并且对于很薄的层甚至可以降低到2·10^-4Ω·cm，参见如EP0192009。因此，这些层所表现出来的导电性一般与溅射的ITO层一样。试验表明，如果将若干层重叠压制在一起，则可以获得更大的值、部分超过90％的透射率同时面电阻低于100Ω/□。但是这在技术上是更为昂贵的并且对于商业应用来说是过于昂贵的。

在涂覆或印刷过程中，另一获得面电阻低于1000Ω/□的高导电透明层的方法是使用诸如ITO-或ATO-(锑-氧化锡-)纳米颗粒，且其平均粒度小于100nm并因此而明显小于可见光的波长。利用这些纳米颗粒可以得到在550nm光波长条件下测得的至少90％的高透射率(JP2001279137，US5662962)。

根据US6511614的记载，也可以采用细小的针状颗粒来代替球形的纳米颗粒。在合适的制备过程中，颗粒内的电阻率只有几个10^-4Ω·cm。宏观的面电阻取决于颗粒相互的接触，即所谓的浸透或者是颗粒间介质的导电性。因为在US6511614中使用了非传导性的、能使层实现某种非特定的机械稳定性的有机粘结剂，所以电阻率超过0.1Ω·cm就明显过高了，从而能得到高导电能力的层。