[发明专利]透明导电氧化锌显示器膜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明关于一种用于产生如权利要求1所述的通用术语的透明导电氧化物显示器涂层的方法、一种如权利要求9所述的通用术语的透明导电氧化物显示器涂层及一种如权利要求11所述的通用术语的透明导电氧化物显示器涂层的用途。

背景技术

透明导电触点尤其为光电应用(诸如太阳能电池及太阳能模块)所需。为此，主要使用透明导电氧化物涂层(TCO层)，迄今为止已主要使用氧化铟锡(ITO)。此外，尤其对于平板显示器，ITO立足于显示器市场达许多年。然而，与此同时，氧化锌(ZnO)正享有工业用途的巨大风行度，此因为对于ZnO而言靶材的价格较低，沉积比ITO更经济。

遗憾地，与ITO相比，ZnO具有较高电阻且已付出很大努力来减小其电阻。在此方面，已知尤其是两部分结构的氧化锌TCO层呈现可与ITO层相比的光学及电特性。由US 5,078,804已知具有高电阻(低电导率)的第一ZnO层及低电阻(高电导率)的第二ZnO层的结构，其中第一ZnO层配置于覆盖铜铟镓硒(CIGS)的吸收剂范围的缓冲层上。两个ZnO层皆在氧-氩氛围或纯氩氛围下经由RF磁控溅射沉积而得。此外，US 2005/0109392 A1揭示CIGS太阳能电池结构，其中缓冲层同样为呈现高电阻的所谓本质所覆盖，亦即，纯ZnO层(i-ZnO)，且随后在该纯ZnO层上涂覆用铝掺杂且呈现低电阻的ZnO层。经由RF磁控溅射来沉积i-ZnO层且经由掺杂铝的ZnO靶材的磁控溅射来沉积高电导率的ZnO层。此掺杂铝的ZnO靶材亦可经直流(DC)溅射，此举实质上增加相对于RF溅射靶材的涂布率。DC溅射在工业用途中用于沉积此等导电ZnO:Al层。此TCO层中的劣势在于其必须予以结构化的事实。500μΩcm至1000μΩcm的电阻可达到350℃且更多的高沉积温度。此外，经掺杂的ZnO的电导率被限制用于较低温度且ZnO的透射率可受掺杂剂不利的影响。

发明内容

因此，本发明的目标为产生一可使用的程序，经由该程序，可制造具有高电导率以及高透明度而无需特殊结构化且尤其是可达到低于350℃的温度的ZnO的TCO显示器层。特定言之，涂层的电阻及透明度应可与ITO的电阻及透明度相比，且透射率应较佳地超过ITO的透射率。

此目标由如权利要求1所述的方法、如权利要求9所述的TCO显示器层及如权利要求11所述的其用途来达成。此等目标的有利实施例为从属权利要求的标的。

本发明方法的特征在于：在具有包括氢的氛围工艺情况下，经由沉积氧化锌及额外铝、铟、镓、硼、氮、磷、氯、氟或锑或其组合而产生透明导电氧化物显示器涂层。镓为最佳掺杂剂。以此方式，将制造用铝、铟、镓、硼、氮、磷、氯、氟或锑或其组合掺杂的ZnO层(ZnO:X层)。

本案发明人已惊人地发现由于工艺氛围中的氢含量，可制造低电阻及高透射率的ZnO:X层且此等性质与ITO的此等性质同等优良且对于透射率而言，其性质可较好。因为ZnO靶材的价格比ITO靶材的价格低得多，所以TCO层的处理成本大量减少，但TCO层性质及层质量几乎保持不变。

可将此等发明的TCO显示器层直接沉积于基板(诸如玻璃、树脂等等)上，或沉积于其它层(诸如太阳能电池或显示器的功能层)上。

在一尤其较佳实施例中，工艺氛围中的氢含量在1体积％至50体积％的范围中，尤其在4体积％至16体积％的范围中且较佳在6体积％至12体积％的范围中。可能与元素氢或与氩-氢混合物一起作用。此举允许作用起来非常清洁，因为在含有(例如)甲烷的氛围的情况下，将沉积不需要的碳。

有利地，在沉积期间基板温度为至多350℃，尤其，在100℃至250℃的范围中且较佳为230℃。在此等温度范围中，例如，可制造包含具有250℃的临界温度且超出该温度将受损的树脂彩色滤光片的显示器。有利地，工艺氛围中的氢含量在低温下产生与在至少350℃的温度下对于掺杂镓的ZnO一样低的电阻。可使用不同的温度状态：经由连续回火的冷沉积或暖沉积，其中预热可能先于暖沉积。对于本发明方法，暖沉积较佳的且尤其在沉积期间使用温度斜坡。

可用沉积方法为化学气相沉积、物理气相沉积(诸如溅射等等)，由于高制造产量、优良层质量及低设备成本，DC溅射最佳的。若经由经脉冲DC溅射的手段产生TCO显示器层，因为可能获得较高功率密度，则工艺稳定性可得到改良且因此沉积速率可有利地进一步增加。亦可经由使用至少两种靶材之中频溅射(MF溅射)来获得工艺稳定性的增加。因此，在本发明的内容中，经由DC溅射意谓DC溅射、经脉冲的DC溅射及MF溅射。