透明电极衬底和光电转换元件制造技术

本发明专利技术公开了一种透明电极衬底和光电转换元件。透明电极衬底包括：具有透光性的衬底；基底层，其层叠在衬底上，并且包括形成有格子状沟槽的表面；格子状金属布线层，其通过将金属材料包埋到沟槽中来形成；导电氧化物层，其层叠在基底层上，使得导电氧化物层与金属布线层电连接，导电氧化物层由具有第一电阻率的第一透明导电氧化物形成；以及无机保护层，其层叠在导电氧化物层上并由第二透明导电氧化物形成，第二透明导电氧化物具有耐酸性和大于第一电阻率的第二电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有低电阻并且耐腐蚀的透明电极衬底以及包含该透明电极衬底的光电转换元件。
技术介绍
近年来，一直在开发染料增感太阳能电池作为光电转换元件。染料增感太阳能电池包括担载(support)颜料的半导体层、与半导体层接触的负电极、电解质以及与半导体层相对的正电极，其中，电解质被夹在正电极和半导体层之间。进入半导体的光使得颜料发射电子，所发射的电子经由半导体层被运输到负电极。负电极和正电极与外部电路连接，并且电解质使得经由外部电路达到正电极的电子返回颜料。通过重复这样的循环，电能可以被吸取到外部电路中。在染料增感太阳能电池中，通常采用如下的系统在该系统中，负电极由透明导电膜形成，并且使得太阳光从负电极侧进入半导体层(参见例如日本专利申请特开 No. 2004-146425 ；此后被称为专利文件1)。在此情况下，为了高效地吸取从颜料发射的电子，需要与半导体层接触的负电极具有高透光率和低电阻率。另一方面，为了抑制瞬时转换效率的降低，需要负电极的构成材料具有对于电解质溶液的耐久性。在此方面，专利文件1公开了一种电极衬底，其包括沿用透明衬底上的沟槽形成的布线图案形成的金属布线层和与金属布线层电连接并具有耐腐蚀性的透明电极层。因此，可以获得电极衬底的透明性、低电阻特性和耐腐蚀性。
技术实现思路
但是，因为专利文件1中公开的电极衬底通过直接在透明衬底的表面上加工沟槽并在沟槽中形成金属层来形成，所以需要选择适用于沟槽加工的衬底材料，这带来可用材料受到限制的问题。此外，因为激光和刻蚀技术被用于沟槽加工，所以还存在生产效率的提高受到限制的问题。考虑到上述问题，需要一种透明电极衬底，其具有低电阻特性和耐腐蚀性，并还能够提高选择材料和生产率的自由度。根据本专利技术的实施方式，提供了一种透明电极衬底，其包括衬底、透光基底层、格子状金属布线层、导电氧化物层和无机保护层。衬底具有透光性。透光基底层被层叠在衬底上，并包括形成有格子状沟槽的表面。格子状金属布线层通过将金属材料包埋到所述沟槽中来形成。 导电氧化物层层叠在所述基底层上，使得所述导电氧化物层与所述金属布线层电连接，所述导电氧化物层由具有第一电阻率的第一透明导电氧化物形成。 无机保护层层叠在所述导电氧化物层上并由第二透明导电氧化物形成，所述第二透明导电氧化物具有耐酸性和大于所述第一电阻率的第二电阻率。此外，因为透明电极衬底包括电阻率小于导电氧化物半导体层的金属布线层，所以可以使得薄层电阻较之单独的导电氧化物层更低。而且，因为金属布线层被形成为格子， 所以可以抑制光学透明性的降低。结果，可以获得具有低电阻和优异光学透明性的透明电极衬底。此外，导电氧化物层被无机保护层覆盖。结果，可以防止金属布线层和导电氧化物层被氧化，由此获得还具有耐腐蚀性透明电极衬底。而且，在透明电极衬底中，具有用于形成金属布线层的格子状沟槽的基底层在结构上与衬底不同。因此，因为无需直接对透明衬底直接执行沟槽加工，所以可以利用作为材料来说优异的材料来形成透明衬底，或者利用具有优异光学特性但是具有不利于其将受到的加工的性能的材料来形成衬底。而且，因为基底层只需要具有透光性和成型性能，所以通过使用具有特别高的可加工性的材料使得沟槽加工变得容易，结果可以提高生产率。因此， 可以获得在选择用于衬底的材料中具有高自由度和具有优异生产率的透明电极衬底。基底层可以由可紫外固化的树脂形成。利用这样的结构，精细的沟槽结构可以容易地被转移。此外，还可以容易地应用于使用辊对辊方法的基底层的连续生产。而且，因为可紫外固化树脂具有优异的光学透明性和对于衬底和金属布线层的高粘附性，所以可以构造高品质的透明电极衬底。金属布线层的厚度可以等于或小于所述沟槽的深度。利用这样的结构，金属布线层的周边可以肯定地被沟槽的侧壁覆盖，结果，可以提高金属布线层的覆盖性能。透明电极衬底还可以包括有机保护层。有机保护层夹在所述基底层和所述导电氧化物层之间，由具有透光性的树脂材料形成，并且覆盖所述金属布线层。利用这样的结构，可以提高金属布线层的抗腐蚀性能，并长时间保持透明电极衬底的低电阻特性。第二透明导电氧化物可以是电阻率为l*106Q*cm或更低的氧化物。利用这样的结构，可以容易地降低导电氧化物层的电阻，并抑制整个电极的薄层电阻的提高。金属布线层的薄层电阻可以为0.3 Ω/□或更小。在此情况下，格子包括多个条和多个网格。利用这样的结构，可以获得具有低电阻和优异透明性的透明电极衬底。根据本专利技术的实施方式，提供了一种光电转换元件，其包括透明电极衬底、氧化物半导体层、对向电极和电解质层。透明电极衬底包括衬底、透光基底层、格子状金属布线层、导电氧化物层和无机保护层。衬底具有透光性。透光基底层被层叠在衬底上，并包括形成有格子状沟槽的表面。 格子状金属布线层通过将金属材料包埋到所述沟槽中来形成。导电氧化物层层叠在所述基底层上，使得所述导电氧化物层与所述金属布线层电连接，所述导电氧化物层由具有第一电阻率的第一透明导电氧化物形成。无机保护层层叠在所述导电氧化物层上并由第二透明导电氧化物形成，所述第二透明导电氧化物具有耐酸性和大于所述第一电阻率的第二电阻率。氧化物半导体层与所述无机保护层接触并担载光敏颜料。电解质层夹在所述氧化物半导体层和所述对向电极之间。在该光电转换元件中，透明电极衬底包括电阻率小于导电氧化物半导体层的金属布线层。因此，可以使得薄层电阻较之单独的导电氧化物层更低。而且，因为金属布线层被形成为格子，所以可以抑制光学透明性的降低。结果，可以提高入射光子-电流转换效率。 此外，因为导电氧化物层被无机保护层覆盖，所以可以防止金属布线层和导电氧化物层由于与电解质层的接触状态而被腐蚀，并提高了耐久性。根据该光电转换元件，具有用于形成金属布线层的格子状沟槽的基底层具有与衬底不同的结构。结果，选择用于衬底的材料的自由度高，并且可以提高生产率。根据本专利技术的实施方式，可以提高选择材料的自由度和生产率，同时还提供了低电阻特性和耐腐蚀性。根据下面对于如在附图中示出的最佳实施方式的详细描述，本专利技术的这些和其他目的、特征和优点将变得更明显。附图说明图1是示出了包含根据本专利技术的第一实施方式的透明电极衬底的光电转换元件的示意性剖视图；图2是示出了透明电极衬底的主要部分的放大剖视图；图3是透明电极衬底中的金属布线层的示意性透视图；图4A-图4C是用于说明透明电极衬底的制造方法的主要过程的示意性透视图；图5是用于说明透明电极衬底的一个操作的主要部分的放大图；图6是根据本专利技术的第二实施方式的透明电极衬底的主要部分的放大图；图7是示出了根据本专利技术的实施方式，有机保护层的最大允许厚度与元件的允许功率损耗之间的关系的实例的视图；以及图8是根据本专利技术的实施方式的透明电极衬底的主要部分的放大图。 具体实施例方式下面参照附图描述本专利技术的实施方式。<第一实施方式>图1是示出了包含根据本专利技术的第一实施方式的透明电极衬底的光电转换元件的示意性剖视图。下面将描述本实施方式的光电转换元件1。本实施方式的光电转换元件1由染料增感太阳能电池构成。光电转换元件1包括 包含集电电极(负电极)的透明电极衬底11、包括对向电极(正电极)的对向衬底12、氧化物半导体层13以及电解质层14。透明电极衬底11和对本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种透明电极衬底，包括：具有透光性的衬底；透光基底层，其层叠在衬底上，并包括表面，所述表面上形成有格子状沟槽；格子状金属布线层，其通过将金属材料包埋到所述沟槽中来形成；导电氧化物层，其层叠在所述基底层上，使得所述导电氧化物层与所述金属布线层电连接，所述导电氧化物层由具有第一电阻率的第一透明导电氧化物形成；以及无机保护层，其层叠在所述导电氧化物层上并由第二透明导电氧化物形成，所述第二透明导电氧化物具有耐酸性和大于所述第一电阻率的第二电阻率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：永田佳秀，关根昌章，高木裕登，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP