[发明专利]透明电导体

说明书

本发明涉及透明电导体和包含这样的透明电导体的电极和装置。本发明还涉及制造透明电导体的方法。

归因于对于装置例如光伏装置、平板显示装置或者发光装置的日益增加的需求，透明导电氧化物(TCO)的工业用途经历了大的扩充。特别地，铝掺杂的氧化锌(AZO)是公知的TCO材料，具有低的电阻率和高的可见光透光率，被广泛用作光伏装置的电极。但是，AZO具有折射率相对较低的缺点，因此当它位于光伏装置中的某些位置上时，它趋向于将大量的入射光反射远离活性半导体材料，由此降低了光伏装置的效率。

铌(Nb)或钽(Ta)掺杂的氧化钛是另一种TCO材料，其优点在于它具有相对低的电阻率和相对高的折射率。但是，归因于掺杂剂的存在，铌或钽掺杂的氧化钛具有相对高的可见光吸收以及在可见光范围内在透光率上的大变化，这限制了它在装置例如光伏装置中的应用。就此而言，APPLIED PHYSICS LETTERS 86，252101 (2005)，Y. Furubayashi，T. Hitosugi，Y. Yamamoto，K. Inaba，Go Kinoda，Y. Hirose，T. Shimada和T. Hasegawa，“A transparentmetal：Nb-doped anatase TiO₂”显示随着Nb在TiO₂中的浓度的增加，用铌Nb掺杂的氧化钛TiO₂的透光率谱的斜度变得更陡峭。

本发明意图通过提出一种透明电导体来特别修正这些缺点，该导体同时表现出低的电阻率、低的可见光吸收、在可见光范围上相对平坦的光吸收特性和高折射率。

为此目的，本发明的一个主题是一种透明电导体(或者TCO)，其包含用铝和至少一种其他掺杂剂掺杂的氧化钛：

-或者为Ti_1-a-bAl_aX_bO_y的形式，其中X是选自以下的掺杂剂或掺杂剂混合物：Nb、Ta、W、Mo、V、Cr、Fe、Zr、Co、Sn、Mn、Er、Ni、Cu、Zn和Sc，a是0.01-0.50，且b是0.01-0.15；

-或者为Ti_1-aAl_aF_cO_y-c的形式，其中a是0.01-0.50，且c是0.01-0.10。

根据一个有利的特征，该透明电导体的组成式Ti_1-a-bAl_aX_bO_y或组成式Ti_1-aAl_aF_cO_y-c中的a值是0.02-0.15，优选0.03-0.12。

优选在该透明电导体的组成式Ti_1-a-bAl_aX_bO_y中，X是Nb、Ta、W或Mo。

根据一种有利的特征，在该透明电导体的组成式Ti_1-a-bAl_aX_bO_y中，X是Nb、Ta、W或Mo，a是0.01-0.50，优选0.02-0.15，甚至更优选0.03-0.12，且b是0.01-0.15，优选0.03-0.12，甚至更优选0.05-0.12。

根据一种有利的特征，在该透明电导体的组成式Ti_1-a-bAl_aX_bO_y中，X是Nb，并且a是0.02-0.12，优选0.04-0.08，且b是0.03-0.12，优选0.05-0.12。

当然，预见了上面段落中所列出的a和b值的初始的、优选的和更优选的范围的所有可能的组合，并且应当视为描述在本发明的上下文中。

该包含Ti_1-a-bAl_aX_bO_y或Ti_1-aAl_aF_cO_y-c的透明电导体可以进一步包含Si或Ge或Sn作为Al的替代原子。

根据一种有利的特征，该透明电导体的电阻率是至多10^-2Ωcm，优选至多3x10^-3Ωcm。