透明電極襯底和光電轉換元件的製作方法
2023-09-20 16:15:20 3
專利名稱：透明電極襯底和光電轉換元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有低電阻並且耐腐蝕的透明電極襯底以及包含該透明電極襯底的光電轉換元件。
背景技術：
近年來，一直在開發染料增感太陽能電池作為光電轉換元件。染料增感太陽能電池包括擔載(support)顏料的半導體層、與半導體層接觸的負電極、電解質以及與半導體層相對的正電極，其中，電解質被夾在正電極和半導體層之間。進入半導體的光使得顏料發射電子，所發射的電子經由半導體層被運輸到負電極。負電極和正電極與外部電路連接，並且電解質使得經由外部電路達到正電極的電子返回顏料。通過重複這樣的循環，電能可以被吸取到外部電路中。在染料增感太陽能電池中，通常採用如下的系統在該系統中，負電極由透明導電膜形成，並且使得太陽光從負電極側進入半導體層(參見例如日本專利申請特開 No. 2004-146425 ；此後被稱為專利文件1)。在此情況下，為了高效地吸取從顏料發射的電子，需要與半導體層接觸的負電極具有高透光率和低電阻率。另一方面，為了抑制瞬時轉換效率的降低，需要負電極的構成材料具有對於電解質溶液的耐久性。在此方面，專利文件1公開了一種電極襯底，其包括沿用透明襯底上的溝槽形成的布線圖案形成的金屬布線層和與金屬布線層電連接並具有耐腐蝕性的透明電極層。因此，可以獲得電極襯底的透明性、低電阻特性和耐腐蝕性。
發明內容
但是，因為專利文件1中公開的電極襯底通過直接在透明襯底的表面上加工溝槽並在溝槽中形成金屬層來形成，所以需要選擇適用於溝槽加工的襯底材料，這帶來可用材料受到限制的問題。此外，因為雷射和刻蝕技術被用於溝槽加工，所以還存在生產效率的提高受到限制的問題。考慮到上述問題，需要一種透明電極襯底，其具有低電阻特性和耐腐蝕性，並還能夠提高選擇材料和生產率的自由度。根據本發明的實施方式，提供了一種透明電極襯底，其包括襯底、透光基底層、格子狀金屬布線層、導電氧化物層和無機保護層。襯底具有透光性。透光基底層被層疊在襯底上，並包括形成有格子狀溝槽的表面。格子狀金屬布線層通過將金屬材料包埋到所述溝槽中來形成。 導電氧化物層層疊在所述基底層上，使得所述導電氧化物層與所述金屬布線層電連接，所述導電氧化物層由具有第一電阻率的第一透明導電氧化物形成。
無機保護層層疊在所述導電氧化物層上並由第二透明導電氧化物形成，所述第二透明導電氧化物具有耐酸性和大於所述第一電阻率的第二電阻率。
此外，因為透明電極襯底包括電阻率小於導電氧化物半導體層的金屬布線層，所以可以使得薄層電阻較之單獨的導電氧化物層更低。而且，因為金屬布線層被形成為格子， 所以可以抑制光學透明性的降低。結果，可以獲得具有低電阻和優異光學透明性的透明電極襯底。此外，導電氧化物層被無機保護層覆蓋。結果，可以防止金屬布線層和導電氧化物層被氧化，由此獲得還具有耐腐蝕性透明電極襯底。而且，在透明電極襯底中，具有用於形成金屬布線層的格子狀溝槽的基底層在結構上與襯底不同。因此，因為無需直接對透明襯底直接執行溝槽加工，所以可以利用作為材料來說優異的材料來形成透明襯底，或者利用具有優異光學特性但是具有不利於其將受到的加工的性能的材料來形成襯底。而且，因為基底層只需要具有透光性和成型性能，所以通過使用具有特別高的可加工性的材料使得溝槽加工變得容易，結果可以提高生產率。因此， 可以獲得在選擇用於襯底的材料中具有高自由度和具有優異生產率的透明電極襯底。基底層可以由可紫外固化的樹脂形成。利用這樣的結構，精細的溝槽結構可以容易地被轉移。此外，還可以容易地應用於使用輥對輥方法的基底層的連續生產。而且，因為可紫外固化樹脂具有優異的光學透明性和對於襯底和金屬布線層的高粘附性，所以可以構造高品質的透明電極襯底。金屬布線層的厚度可以等於或小於所述溝槽的深度。利用這樣的結構，金屬布線層的周邊可以肯定地被溝槽的側壁覆蓋，結果，可以提高金屬布線層的覆蓋性能。透明電極襯底還可以包括有機保護層。有機保護層夾在所述基底層和所述導電氧化物層之間，由具有透光性的樹脂材料形成，並且覆蓋所述金屬布線層。利用這樣的結構，可以提高金屬布線層的抗腐蝕性能，並長時間保持透明電極襯底的低電阻特性。第二透明導電氧化物可以是電阻率為l*106Q*cm或更低的氧化物。利用這樣的結構，可以容易地降低導電氧化物層的電阻，並抑制整個電極的薄層電阻的提高。金屬布線層的薄層電阻可以為0.3 Ω/□或更小。在此情況下，格子包括多個條和多個網格。利用這樣的結構，可以獲得具有低電阻和優異透明性的透明電極襯底。根據本發明的實施方式，提供了一種光電轉換元件，其包括透明電極襯底、氧化物半導體層、對向電極和電解質層。透明電極襯底包括襯底、透光基底層、格子狀金屬布線層、導電氧化物層和無機保護層。襯底具有透光性。透光基底層被層疊在襯底上，並包括形成有格子狀溝槽的表面。 格子狀金屬布線層通過將金屬材料包埋到所述溝槽中來形成。導電氧化物層層疊在所述基底層上，使得所述導電氧化物層與所述金屬布線層電連接，所述導電氧化物層由具有第一電阻率的第一透明導電氧化物形成。無機保護層層疊在所述導電氧化物層上並由第二透明導電氧化物形成，所述第二透明導電氧化物具有耐酸性和大於所述第一電阻率的第二電阻率。氧化物半導體層與所述無機保護層接觸並擔載光敏顏料。電解質層夾在所述氧化物半導體層和所述對向電極之間。在該光電轉換元件中，透明電極襯底包括電阻率小於導電氧化物半導體層的金屬布線層。因此，可以使得薄層電阻較之單獨的導電氧化物層更低。而且，因為金屬布線層被形成為格子，所以可以抑制光學透明性的降低。結果，可以提高入射光子-電流轉換效率。 此外，因為導電氧化物層被無機保護層覆蓋，所以可以防止金屬布線層和導電氧化物層由於與電解質層的接觸狀態而被腐蝕，並提高了耐久性。根據該光電轉換元件，具有用於形成金屬布線層的格子狀溝槽的基底層具有與襯底不同的結構。結果，選擇用於襯底的材料的自由度高，並且可以提高生產率。根據本發明的實施方式，可以提高選擇材料的自由度和生產率，同時還提供了低電阻特性和耐腐蝕性。根據下面對於如在附圖中示出的最佳實施方式的詳細描述，本發明的這些和其他目的、特徵和優點將變得更明顯。
圖1是示出了包含根據本發明的第一實施方式的透明電極襯底的光電轉換元件的示意性剖視圖；圖2是示出了透明電極襯底的主要部分的放大剖視圖；圖3是透明電極襯底中的金屬布線層的示意性透視圖；圖4A-圖4C是用於說明透明電極襯底的製造方法的主要過程的示意性透視圖；圖5是用於說明透明電極襯底的一個操作的主要部分的放大圖；圖6是根據本發明的第二實施方式的透明電極襯底的主要部分的放大圖；圖7是示出了根據本發明的實施方式，有機保護層的最大允許厚度與元件的允許功率損耗之間的關係的實例的視圖；以及圖8是根據本發明的實施方式的透明電極襯底的主要部分的放大圖。
具體實施例方式下面參照附圖描述本發明的實施方式。圖1是示出了包含根據本發明的第一實施方式的透明電極襯底的光電轉換元件的示意性剖視圖。下面將描述本實施方式的光電轉換元件1。本實施方式的光電轉換元件1由染料增感太陽能電池構成。光電轉換元件1包括 包含集電電極(負電極)的透明電極襯底11、包括對向電極(正電極)的對向襯底12、氧化物半導體層13以及電解質層14。透明電極襯底11和對向襯底12與外電路(負載)的負電極和正電極(沒有示出)連接。氧化物半導體層13由形成在透明電極襯底11上的多孔氧化鈦形成。氧化物半導體層13擔載顏料，所述顏料的電子例如由照射在顏料上的可見光激發。電解質層14被夾在氧化物半導體層13和對向襯底12之間，並且由氧化-還原材料形成，所述氧化-還原材料例如由金屬碘化物和碘的組合構成。透明電極襯底11由具有外部光諸如太陽光進入的光入射表面Ila的透明襯底 111(第一襯底)和層疊在光入射表面Ila的另一側上的多個電極層構成。後面將描述透明電極襯底11的結構的細節。
另一方面，對向襯底12包括襯底121(第二襯底)和形成在襯底121上的電極層 122。對向襯底12與透明電極襯底11相對，其中，電極層122面向電解質層14。襯底121 的構成材料沒有特別限制，並且襯底121可以是光學透明襯底或不透明襯底。雖然電極層 122例如由金屬層構成，但是也可以使用金屬以外的其他導電材料。在電極層122中可以形成催化劑層，所述催化劑層使得向電解質層14供應電子更容易。(透明電極襯底)接著，將具體描述透明電極襯底11。圖2是透明電極襯底11的放大剖視圖。透明電極襯底11包括上述的透明襯底111、基底層110、金屬布線層112、導電氧化物層114和無機保護層115。透明襯底111由諸如PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二酸乙二醇酯)和 PC(聚碳酸酯)的具有光學透明性的樹脂膜、玻璃襯底或類似物形成。基底層110被層疊在透明襯底111的表面(光入射表面Ila的另一側的表面)上。 基底層110具有透光性(translucency)，並且具有形成在其表面上的格子狀溝槽110a。格子狀構造包括條和網格，在所述條中，多個線型圖案被沿單軸方向平行形成的條；在所述網格中，多個線型圖案被沿彼此交叉的雙軸方向平行形成。在基底層110上形成溝槽IlOa的方法沒有特別限制，並且使用掩模或樹脂掩模的結構轉移方法是適用。在此實施方式中，可紫外固化的樹脂被塗覆到掩模上，所述掩膜中形成對應於溝槽IlOa的凸起圖案。此後，可紫外固化樹脂被固化並從掩模剝離，結果形成基底層110。因此，可以以高精度形成精細結構的溝槽110a。而且，此方法也可適用於使用輥對輥方法(roll-to-roll method)的基底層的連續生產。此外，可紫外固化樹脂具有優異的光學透明性和對於襯底和金屬布線層的高粘附性。結果，可以構造高品質的透明電極襯底。金屬布線層112由諸如銀(Ag)、銅(Cu)和鋁的金屬材料形成，並且在本實施方式中由Ag形成。金屬布線層112被包埋在基底層110的表面上的溝槽中。因此，金屬布線層 112上的布線圖案基於基底層110的溝槽IlOa的形成圖案來確定。雖然形成成條的金屬布線層112對於光透射性是有利的，但是形成成網格的金屬布線層112具有如下的優點即使當布線局部斷開時也可以保證導電性。在本實施方式中，金屬布線層112被形成成網格，其狀態被示意性地示於圖3中。對於形成金屬布線層112，除了諸如絲網印刷和凹版印刷的各種印刷技術之外，還可以使用銀鹽擴散轉移顯影方法、圖案覆鍍方法、圖案刻蝕方法等等。金屬布線層112的厚度、線寬和間距沒有特別限制，但是因為這些值影響透明電極襯底11的開口率，所以這些值被適當地設定，從而可以獲得期望的光透射率。例如，金屬布線層112可以被設定為如下厚度為0. 1到50 μ m、線寬為10到100 μ m並且間距為100到1000 μ m。圖4是用於示出形成基底層110和金屬布線層112的步驟的實例的主要部分的示意性透視圖。如圖4A中所示，形成包括對應於凸起圖案IOOa的格子狀溝槽IlOa的基底層 110。接著，通過如圖4B所示利用刮刀S在基底層110的溝槽IlOa中包埋糊型金屬材料 12M，在基底層110上形成圖4C中所示的金屬布線層112。因為金屬布線層112被形成用於減小透明電極襯底11的薄層電阻(sheet resistance)，其電阻率(specific resistance)、厚度、線寬、間距等等被設定為可以獲得期望的薄層電阻。金屬布線層112的薄層電阻本身可以被設為0.3Ω/□或更小。因此，其可以應付光電轉換元件的面積的增加，同時保持預定的轉換效率。在本實施方式中，金屬布線層112的厚度被設為等於或小於溝槽IlOa的深度。利用這樣的結構，金屬布線層的周邊可以肯定地被溝槽IlOa的側壁覆蓋，並且可以防止金屬布線層112從基底層110的表面伸出。結果，可以提高導電氧化物層114對於基底層110 和金屬布線層112的覆蓋性能。導電氧化物層114由透明導電氧化物形成，並且在本實施方式中由ITO形成。除了 ITO以外，可以使用其他透明導電氧化物，諸如SnO和&10。因此，可以容易地實現低電阻的電子捕集層作為集電電極。此外420，620，120，1620等(摻雜有鋁、鎵、銦等)可以被用作ZnO基透明導電氧化物。考慮到光電轉換元件1的入射光子-電流轉換效率，導電氧化物層114的電阻率越小越好。在本實施方式中，導電氧化物層114具有例如5*10_3 Ω *cm或更小的電阻率。導電氧化物層114的厚度沒有特別限制，例如為10到lOOOnm。可以考慮金屬布線層112的線寬和間距、元件的可允許功率損耗等等來設定導電氧化物層114的厚度。換句話說，在金屬布線層112的布線正上方以外的區域中的開口處被捕獲的電子通過導電氧化物層114移動到最近的布線正上方的位置。因此，導電氧化物層 114的大電阻阻止電子的流動，從而導致功率損耗。就此而言，通過確定導電氧化物層114 的電阻率，可以計算導電氧化物層114的所需層厚度。導電氧化物層114通過濺射方法形成。但是，方法不限於此，也可以採用真空氣相沉積方法、CVD方法、溼塗覆方法等等。無機保護層115由透明導電氧化物形成，並且層疊在導電氧化物層114上。無機保護層115具有如下的功能作為保護層用於保護導電氧化物層114免受由於導電氧化物層 114與電解質層14接觸導致的腐蝕。因此，無機保護層115由具有耐酸性的透明導電氧化物形成。在本實施方式中，無機保護層115由包括氧化鈦(TiOx)的透明導電氧化物形成。無機保護層115與氧化物半導體層13電連接。無機保護層115由比氧化物半導體層13更緻密的膜構成。因此，氧化物半導體層13和透明電極襯底11之間的接觸界面由相同類型的半導體材料形成。結果，層之間的電子導帶相近似，促進了從氧化物半導體層13 到透明電極襯底11的電子運輸效率，由此導致入射光子-電流轉換效率的提高。此外，形成無機保護層115的透明導電氧化物可以包括代替氧化鈦的其他金屬氧化物，或除了氧化鈦之外還包括其他金屬氧化物。其他金屬氧化物的實例包括鋯(&)、鈮 (Nb)、鈰(Ce)、鎢(W)、矽(Si)、鋁(Al)、錫(Sn)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、鉍(Bi)、錳(Mn)、釔(Y)、 鈦(Ta)、鑭(La)和鍶(Sr)的氧化物中的一種或兩種或更多種。無機保護層115的電阻率(第二電阻率)等於或大於導電氧化物層114的電阻率 (第一電阻率)。如上所述，無機保護層115由電阻高於導電氧化物層114的透明導電氧化物形成。無機保護層115的電阻率為l*106Q*cm或更小。因此，可以抑制透明電極襯底11 的電阻的增大。通常，透明導電氧化物諸如氧化鈦的電阻率根據氧的價態(氧化物程度)變化。因此，通過調節氧的價態，可以控制無機保護層115的電阻率。雖然無機保護層115通過濺射方法形成，但是方法並限於此，也可以採用真空氣相沉積方法、CVD方法、溼塗覆方法等等。無機保護層115的厚度為例如5nm或更大，500nm或更小。在厚度小於5nm的情況下，無機保護層115的耐酸性變得難以保證。此外，在厚度超過500nm的情況下，肯怕透明電極襯底11的光透射率可能降低。考慮到光電轉換元件1的入射光子-電流轉換效率，透明電極襯底11對於可見光的透射率越高越好。在本實施方式中，透明電極襯底11具有70%或更高的可見光透射率。 導電氧化物層114和無機保護層115中的每一個的厚度被適當地設定，從而可以獲得如上所述的高透射率特性。(光電轉換元件的操作)在本實施方式的光電轉換元件1中，諸如太陽光和人造光的光從透明電極襯底11 側進入氧化物半導體層13。當氧化物半導體層13被光照射時，顏料中的電子從基態躍遷至激發態，從而被從顏料發射。氧化物半導體層13將從顏料發射的電子運輸到透明電極襯底 11，從而電子被從透明電極襯底11供應到外部電路。已經經過外部電路的電子被運輸到對向襯底12的電極層122，並經過與電解質層14的氧化-還原反應之後返回到氧化物半導體層13上的顏料。通過重複這樣的循環，電能被吸取到外部電路中。圖5是示意性地示出了電子在透明電極襯底11中流動的狀態的剖視圖。被入射光照射的氧化物半導體層13經由無機保護層115將從顏料發射的電子運輸到較之無機保護層115具有更低電阻的導電氧化物層114。至少部分運輸到導電氧化物層114的電子被另外地從導電氧化物層114運輸到較之導電氧化物層114具有更低電阻的金屬布線層112。 結果，運輸到透明電極襯底11的電子經由導電氧化物層114和金屬布線層112被供應到外部電路。如上所述，因為本實施方式的光電轉換元件1包括較之導電氧化物層114具有更低電阻的金屬布線層112，所以可以使得薄層電阻較之單獨的導電氧化物層更低。而且，因為金屬布線層112被形成為格子，所以可以抑制光學透明性的降低。結果，可以獲得具有低電阻和優異光學透明性的光電轉換元件1。此外，可以提到光電轉換元件1的入射光子-電流轉換效率。在此，無機保護層115由較之導電氧化物層114具有更高電阻的透明導電氧化物形成。通過將無機保護層115的電阻率設為l*106Q*cm或更小，可以抑制整個膜的薄層電阻的增大，並且可以使得薄層電阻與單獨的導電氧化物層114的薄層電阻處於大致相同的水平。因此，以為在保持透明電極襯底11的透明性的同時可以保證低電阻特性，所以可以避免入射光子-電流轉換效率的降低。此外，因為無機保護層115夾在導電氧化物層114和氧化物半導體層13之間，所謂可以有效地阻止所謂反電子反應的發生，在反電子反應中， 電子從透明電極襯底11向回流到氧化物半導體層13，並且還可以防止形成局部電池。結果，無機保護層115對於提高入射光子-電流轉換效率提供了大大的作用。另一方面，在本實施方式中，導電氧化物層114被無機保護層115覆蓋。因此，可以防止由於電解質材料的腐蝕導致的金屬布線層112和導電氧化物層114的氧化，並且可以獲得還具有耐腐蝕性的透明電極襯底和光電轉換元件。而且，在本實施方式的透明電極襯底11中，具有用於形成金屬布線層112的格子狀溝槽IlOa的基底層110在結構上與透明襯底111不同。因此，因為無需直接對透明襯底111直接執行溝槽加工，所以可以利用作為材料來說優異的材料來形成透明襯底111，或者利用具有優異光學特性但是具有不利於其將受到的加工的性能的材料來形成透明襯底 111。而且，因為基底層110隻需要具有透光性和成型性能，所以通過使用具有特別高的可加工性的材料使得溝槽加工變得容易，結果可以提高生產率。因此，可以獲得在選擇用於透明襯底111的材料中具有高自由度和具有優異生產率的透明電極襯底11。圖6示出了本發明的第二實施方式。應該注意，對應於圖中的上述第一實施方式的那些的部分由相同的標號表示，並且對其的詳細描述將被省略。本實施方式的透明電極襯底21與前述的實施方式的透明電極襯底的不同之處在於包括處於基底層110和導電氧化物層114之間的有機保護層113。因為有機保護層113 防止金屬布線層112由於金屬布線層112與電解質層14接觸而被腐蝕，所以有機保護層 113被形成在透明襯底111上，從而覆蓋金屬布線層112。在本實施方式中，有機保護層113由導電顆粒被混合在透明樹脂中的複合材料形成。作為透明樹脂，使用可耐受構成電解質層14的材料諸如碘和碘化物的樹脂材料。雖然在此實施方式中聚乙烯醇(PVA)被用作此類型的樹脂材料，但是也可以使用具有光學透明性的其他樹脂，諸如聚酯樹脂、環氧樹脂和苯酚樹脂。而且，雖然導電氧化物顆粒諸如ITO 顆粒被用於導電顆粒，但是也可以使用金屬顆粒等。例如，當使用PVA作為透明樹脂並且使用ITO填料作為導電顆粒時，通過將ITO填料與PVA的重量混合比設為30%到70%，可以獲得具有均勻分散的導電顆粒的有機保護層。在重量混合比為30%到50%時電阻率超過100 Ω *cm，而當重量混合比為70%時電阻率為 20 到 100 Ω *cm。有機保護層113的電阻率越小越好。因此，從導電氧化物層114到金屬布線層112 的電子供應變得簡單，並且可以實現低電阻透明電極襯底11。夾在金屬布線層112和導電氧化物層114之間的有機保護層113的厚度D (參見圖6)需要為至少足以防止電解質材料進入金屬布線層112。基於有機保護層113的電阻率的幅值來確定厚度D的最大值，並且隨著有機保護層113的電阻率變得更小，厚度D的最大值可以被設置得更小。有機保護層113的厚度D的最大值基於保護層的電阻率、光電轉換元件的可允許的功率損耗(設計值)等來適當地設定。圖7是示出了對於有機保護層113的各個電阻率，有機保護層113的最大可允許厚度和光電轉換元件的可允許功率損耗之間的關係的模擬結果。如圖7所示，隨著材料的電阻率降低，可以使得最大可允許厚度更大，並且在相同厚度下，可允許的功率損耗可以被減小。例如，當可允許功率損耗為5%時，電阻率為 IOOQ^cm的有機保護層113的厚度例如為50 μ m或更小。厚度D可以例如通過橫截面的 SEM(掃描電子顯微鏡)圖像等來計算。形成有機保護層113的方法沒有具體限制，可以使用各種塗覆方法，諸如模塗、旋塗和噴塗。此外，因為通過形成有機保護層113可以使得在金屬布線層112中圖案之間的空間變得平坦，所以導電氧化物層114可以被穩定地形成在有機保護層113上。同樣在本實施方式的透明電極襯底21中，有機保護層113可以用作光電轉換元件 (染料增感太陽能電池)的負電極。參考圖6，被入射光照射的氧化物半導體層13經由無機保護層115將從顏料發射的電子運輸到電阻比無機保護層115更低的導電氧化物層114。至少部分運輸到導電氧化物層114的電子被從導電氧化物層114經由有機保護層113額外地運輸到電阻比導電氧化物層114更低的金屬布線層112。結果，運輸到透明電極襯底11 的電子經由導電氧化物層114和金屬布線層112被供應到外部電路。如上所述，根據本實施方式，可以獲得與第一實施方式相同的操作效果。具體地， 根據本實施方式，因為有機保護層113具有導電性，所以電子可以容易地被從導電氧化物層114供應到金屬布線層112。相應地，即使當有機保護層113對於金屬布線層112的覆蓋厚度變大並且提高了金屬布線層112的耐腐蝕性時，也可以保持低的襯底電阻。此外，在本實施方式中，金屬布線層112由有機保護層113覆蓋，並且導電氧化物層114由無機保護層115覆蓋。因此，可以防止金屬布線層112和導電氧化物層114由於電解質材料的腐蝕導致的氧化，並且可以獲得還具有耐腐蝕性的透明電極襯底和光電轉換元件。此外，通過在基底層110的溝槽IlOa中形成金屬布線層112，金屬布線層112的周邊被襯底111包圍。因此，有機保護層113對於金屬布線層112的覆蓋性能被提高，並且可以防止金屬布線層112由於有機保護層113的覆蓋缺陷而被電解質材料腐蝕。而且，金屬布線層112的厚度可以被設定為等於或小於溝槽IlOa的深度。因此， 金屬布線層112的周邊可以肯定地被溝槽IlOa的側壁覆蓋。結果，有機保護層113對於金屬布線層112的覆蓋性能可以被提高。圖8是根據本發明的第三實施方式的透明電極襯底的主要部分的局部剖視圖。應該注意，對應於圖中的上述第一實施方式的那些的部分由相同的標號表示，並且對其的詳細描述將被省略。本實施方式的透明電極襯底31與前述的第一實施方式的透明電極襯底的不同之處在於包括處於金屬布線層112和導電氧化物層114之間並且覆蓋金屬布線層112的覆蓋層116。覆蓋層116具有充當抗腐蝕層的功能，所述抗腐蝕層用於保護金屬布線層112免受電解質材料的影響。覆蓋層116由耐腐蝕性或耐酸性水平比構成金屬布線層112的材料更高的材料形成。對於該材料沒有具體限制，並且材料的實例包括金屬，諸如鎳、鉻和鎢，及其氧化物。例如，覆蓋層116的電阻率被設定為等於或大於金屬布線層112的電阻率，並且小於導電氧化物層114的電阻率。形成覆蓋層116的方法沒有具體限制，可以使得覆鍍方法、真空氣相沉積方法、濺射方法、CVD方法等等。根據本實施方式，因為金屬布線層112被覆蓋層116覆蓋，金屬布線層112可以肯定地被保護免受由於金屬布線層112與電解質材料接觸導致的劣化。應該注意，覆蓋層116不僅可以被形成在金屬布線層112的表面上，而且可以形成在金屬布線層112和溝槽IlOa之間的邊界部分處。利用該結構，可以額外地提高金屬布線層112的抗腐蝕效果。而且，覆蓋層116可類似地應用於上述的第二實施方式的透明電極襯底21。在此情況下，覆蓋層116被形成在金屬布線層112和有機保護層113之間。至此，已經描述了本發明的實施方式。但是，本發明不限於這些實施方式，並且可以基於本發明的技術構思進行各種修改。例如，雖然上述實施方式已經描述了本發明被應用於染料增感太陽能電池(光電
1轉換元件)的透明電極襯底的實施例，本發明不限於此，並且也可應用於電阻膜式觸摸板中的電極襯底。此外，雖然在上述實施方式中氧化鈦被用於構造染料增感太陽能電池的氧化物半導體層13，但是也可以獨立地或兩種或更多種組合地使用氧化錫、氧化鎢、氧化鋅、氧化鈮等等。本申請包含與2010年4月23日遞交給日本專利局的日本在先專利申請JP 2010-099407中公開的主題，所述日本在先專利申請JP 2010-099407的全部內容通過引用被包含於此。本領域技術人員應該理解，根據設計要求和其他因素可以進行各種修改、組合、子組合和替換，只要其落入所附權利要求或其等同物的範圍。
權利要求
1.一種透明電極襯底，包括 具有透光性的襯底；透光基底層，其層疊在襯底上，並包括表面，所述表面上形成有格子狀溝槽； 格子狀金屬布線層，其通過將金屬材料包埋到所述溝槽中來形成； 導電氧化物層，其層疊在所述基底層上，使得所述導電氧化物層與所述金屬布線層電連接，所述導電氧化物層由具有第一電阻率的第一透明導電氧化物形成；以及無機保護層，其層疊在所述導電氧化物層上並由第二透明導電氧化物形成，所述第二透明導電氧化物具有耐酸性和大於所述第一電阻率的第二電阻率。
2.如權利要求1所述的透明電極襯底，其中，所述基底層由可紫外固化的樹脂形成。
3.如權利要求1所述的透明電極襯底，其中，所述金屬布線層的厚度等於或小於所述溝槽的深度。
4.如權利要求1所述的透明電極襯底，還包括有機保護層，所述有機保護層夾在所述基底層和所述導電氧化物層之間，由具有透光性的樹脂材料形成，並且覆蓋所述金屬布線層。
5.如權利要求1所述的透明電極襯底，其中，所述第二透明導電氧化物是電阻率為l*106Q*cm或更低的氧化物。
6.如權利要求1所述的透明電極襯底，其中，所述金屬布線層的薄層電阻為0. 3Ω/ □或更小， 其中，所述格子包括多個條和多個網格。
7.如權利要求1所述的透明電極襯底，還包括覆蓋層，所述覆蓋層夾在所述金屬布線層和所述導電氧化物層之間，由耐酸性比所述金屬布線層更強的材料形成，並且覆蓋所述金屬布線層。
8.一種光電轉換元件，包括 透明電極襯底，包括 具有透光性的襯底，透光基底層，其層疊在襯底上，並包括表面，所述表面上形成有格子狀溝槽， 格子狀金屬布線層，其通過將金屬材料包埋到所述溝槽中來形成， 導電氧化物層，其層疊在所述基底層上，使得所述導電氧化物層與所述金屬布線層電連接，所述導電氧化物層由具有第一電阻率的第一透明導電氧化物形成，以及無機保護層，其層疊在所述導電氧化物層上並由第二透明導電氧化物形成，所述第二透明導電氧化物具有耐酸性和大於所述第一電阻率的第二電阻率； 氧化物半導體層，其與所述無機保護層接觸並擔載光敏顏料； 對向電極；以及電解質層，其夾在所述氧化物半導體層和所述對向電極之間。
全文摘要
本發明公開了一種透明電極襯底和光電轉換元件。透明電極襯底包括具有透光性的襯底；基底層，其層疊在襯底上，並且包括形成有格子狀溝槽的表面；格子狀金屬布線層，其通過將金屬材料包埋到溝槽中來形成；導電氧化物層，其層疊在基底層上，使得導電氧化物層與金屬布線層電連接，導電氧化物層由具有第一電阻率的第一透明導電氧化物形成；以及無機保護層，其層疊在導電氧化物層上並由第二透明導電氧化物形成，第二透明導電氧化物具有耐酸性和大於第一電阻率的第二電阻。
文檔編號H01L51/44GK102290247SQ20111010332
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月18日 優先權日2010年4月23日
發明者關根昌章, 永田佳秀, 高木裕登 申請人:索尼公司