[发明专利]导电材料

说明书

与相关申请相互引用

本申请基于并要求享有2011年9月30日申请的日本专利申请第2011-218680号的优先权权益，该申请的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明实施方案通常涉及导电材料及使用该导电材料的电气元件。

背景技术

传统上，已经开发了使用诸如碳纤维、碳纳米管或石墨烯的碳材料得到的导电材料，以及使用所述导电材料得到的诸如光电转换装置的电气装置，例如液晶显示器、太阳能电池、有机EL装置或光学传感器。

在使用碳材料得到导电材料的情况下，可以不使用稀有金属等或者稀有金属的用量可以明显减少。已经注意到了所述导电材料，因为其柔韧性(flexibility)高、机械强度大且在化学上稳定。

然而，尽管使用碳材料得到的导电材料具有相对较高的导电性，导电时分子之间的电阻却高。在所述导电材料用作面积大的透明电极的情况下，与氧化铟锡(ITO)薄膜相比，在相同的光透射下的电阻变得更高。在所述导电材料用作长距离电线等的情况下，与诸如铜(Cu)的金属导电材料相比，其电阻也是更高。

相应地，碳材料可与金属或半导体颗粒或线复合，以改善导电性。

诸如液晶显示器、太阳能电池、有机EL装置的电气装置有两个电极和一个夹在其间的功能层。作为透明电极，通常使用氧化铟锡(ITO)薄膜。

作为诸如太阳能电池或有机EL装置的光电转换装置的负极，可使用铝(Al)，其功函数小，或者使用镁(Mg)合金，其功函数比铝更小。已公开了一种光电转换装置，所述光电转换装置使用ITO薄膜作为负极，并使用功函数大的金属作为正极。

作为不使用铟(In)所得到的成本不高、稳定、且柔韧的透明电极，所述铟(In)为用于ITO薄膜的稀有金属，具有未取代的石墨烯结构的碳纳米管或平面石墨烯薄膜已得到了研究。

附图说明

图1所示为第一和第三实施方案的导电材料的示意图；

图2所示为第二实施方案的导电材料的示意图；

图3所示为第四实施方案的光电转换装置的示意图；

图4所示为第五实施方案的太阳能电池装置的示意图；

图5所示为第六实施方案有机EL装置的示意图；

图6所示为第七实施方案的液晶显示器的示意图；

图7所示为第八实施方案的光控装置的示意图；以及

图8所示为实施例11的太阳能电池装置的示意图。

具体实施方式

通常，根据一个实施方案，导电材料包括碳材料和与所述碳材料混合和/或层合的金属材料。碳材料的至少一个维度为200nm或更小。碳材料包括选自单层石墨烯和多层石墨烯的石墨烯，构成石墨烯的一部分碳原子被氮原子取代。金属材料包括金属颗粒和金属线的至少之一。

在下文中，使用附图对实施方案进行说明。

当碳材料用于导电材料时，可得到相对较高的导电性。然而，分子之间导电时的电阻大。

因此，基于碳材料与金属或半导体的颗粒或线的复合，已对导电性的改善进行了开发。

然而，即使在复合的情况下，由于碳材料与金属材料的结合阻力，还是不能得到导电性的明显改善。为了降低结合阻力，要求有大的机械力，如高温处理或压制。当碳材料与金属材料结合不充分时，有形成内电池及容易引起金属材料腐蚀的问题。

在碳材料作为单个体时，容易形成捕集电荷的结构，作为导电材料这并非优选。

在使用碳材料作为导电材料用于电极得到的电气装置中，驱动电压提高了，原因在于电阻高并且容易捕集电荷。进一步，装置的操作变得不稳定或者寿命变短。

为了解决传统问题，本发明的实施方案提供了导电性稳定且高的导电材料，以及使用该导电材料的电气元件。

(第一实施方案)

图1所示为本实施方案的导电材料10实例的示意图。

所述碳材料选自单层石墨烯11和多层石墨烯12。碳材料的至少一个维度为200nm或更小。在单层石墨烯11和多层石墨烯12中，一些碳原子至少被氮原子(N)取代。金属纳米线13作为金属线被层合。

作为碳材料，优选石墨烯为薄膜形状，其也可以有曲面。本说明书中所用术语“至少一个维度为200nm或更小”是指，当碳材料为薄膜形状时，厚度和平面部分的最短宽度的至少之一为200nm或更小。当碳材料不是薄膜形状，例如，而是曲面形状时，本说明书中所用术语“至少一个维度为200nm或更小”是指曲率直径或者长度为200nm或更小。