Cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación que contiene óxido de indio y donde está contenido tungsteno en solución sólida,

de forma que la proporción atómica entre el tungsteno y el indio es de 0,001 a 0,034 y la densidad está entre 4,0 g/cm 3 y 5,9 g/cm 3 , no conteniendo el cuerpo de óxido sinterizado ninguna fase metálica y presentando un tamaño medio de grano cristalino inferior o igual a 10 μm

CAMPO .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una película transparente conductora de óxido para su utilización en baterías solares, elementos de visualización o equivalentes, a un cuerpo de óxido sinterizado para la fabricación de esta película conductora transparente de óxido y a un método para su fabricación.

Las películas transparentes conductoras de óxido tienen una alta conductividad y una alta transmitancia en el rango de luz visible. Por tanto, las películas transparentes conductoras de óxido no sólo se usan para los electrodos de baterías solares, elementos de visualización de cristal líquido y otros tipos de elementos receptores de luz, sino que, aprovechando las características de absorción de reflexión, también se puede utilizar en películas termorreflectoras de las empleadas en cristales para ventanas de automóviles o edificios, diversos tipos de películas antiestáticas o como cuerpos calentador antivaho transparentes para vitrinas refrigeradas.

El óxido de estaño (SnO2) que contiene antimonio o flúor como dopante, el óxido de zinc (ZnO) que contiene aluminio o galio como dopante y el óxido de indio (In2O3) que contiene estaño como dopante son ampliamente utilizados para películas transparentes conductoras de óxido. En concreto, las películas de óxido de indio que contienen estaño como dopante, es decir películas de tipo In2O3-Sn, denominadas películas ITO (óxido de estaño e indio) son de uso frecuente, ya se puede obtener de forma particularmente fácil una película transparente conductora de óxido de baja resistencia.

Como métodos para la fabricación de estos tipos de películas transparentes conductoras de óxido se emplean métodos como la evaporación al vacío, la deposición iónica, el sputtering y la aplicación de revestimientos para formar capas conductoras transparentes de óxido. De estos métodos, la evaporación al vacío, la deposición iónica y sputtering son métodos eficaces cuando se utilizan materiales de baja presión de vapor o cuando es necesario controlar con precisión el grosor de la película y, debido a que el funcionamiento es muy simple, son ampliamente utilizados en la industria.

El método de evaporación al vacío consiste en que un sólido (o fluido) que va a servir como fuente de evaporación se calienta a un vacío de entre aproximadamente 10-3 y 10-2 Pa y, después de descomponerse en moléculas de gas o átomos, se condensa de nuevo sobre la superficie de un sustrato en forma de película delgada. Como método para calentar la fuente de evaporación se suele emplear un método de calentamiento por resistencia (método RH) o con haz de electrones (método EB, método de la evaporación por haz de electrones), sin embargo, también se puede utilizar el calentamiento por rayo láser o por inducción de alta frecuencia. Además, los métodos de evaporación instantánea, evaporación por arco de plasma y evaporación reactiva también se conocen y se incluyen en el método de evaporación al vacío (véase el documento no de patente 1).

En el caso de deposición de una película de óxido, tal como ITO, en el pasado se solía emplear el método de evaporación por haz de electrones. Como fuente de evaporación se utiliza un cuerpo sinterizado ITO (denominado placa ITO o gránulo ITO), gas O2, que se emplea como gas reactante, se introduce en una cámara de formación de película (cámara) y los electrones térmicos que saltan del filamento de generación de electrones térmicos (principalmente un cable en W) se aceleran en un campo eléctrico y se irradian hacia la placa ITO; la zona irradiada se llega a calentar localmente y se evapora, depositándose sobre el sustrato. Además, cuando se activa el material vaporizado o el gas reactante (gas O2, etc.) con un emisor de electrones térmicos o una descarga RF, es posible fabricar una película de baja resistencia incluso sobre un sustrato de baja temperatura. Este método se denomina método de activación-reacción-evaporación (método ARE) y es muy útil para la formación de películas ITO.

es ampliamente utilizado para la formación de películas ITO el método de evaporación asistido con plasma de alta densidad (método HDPE), donde se utiliza una pistola de plasma (véase por ejemplo el documento no de patente 2). En este método, se utiliza una descarga de arco que usa un aparato de generación de plasma (pistola de plasma). Se mantiene una descarga de arco entre el cátodo en el interior de la pistola de plasma y un crisol (ánodo) de la fuente de evaporación. Los electrodos que se descargan desde el cátodo se guían mediante un campo magnético, se concentran e irradian sobre un área local de la placa ITO colocada en el crisol. El material de evaporación se evapora de la zona calentada localmente con este haz de electrones y se deposita sobre el sustrato. El material de evaporización vaporizado y el gas O2 introducido se activan en el interior del plasma, por lo que es posible fabricar una película ITO con buenas características eléctricas.

De los métodos de evaporación al vacío, aquellos de ionización de material de evaporación y gas reactivo se conocen en conjunto como "métodos de deposición iónica" (método IP) y, debido a que se obtiene una película ITO con baja resistencia y alta transmitancia, este método es ampliamente utilizado en la industria (véase por ejemplo el documento no de patente 3).

Por otra parte, considerando las baterías solares en las que se utilizan películas transparentes conductoras de óxido, tales baterías solares comprenden capas de semiconductores de tipo P y tipo N en capas y se clasifican según el tipo de semiconductor. Las baterías solares más utilizadas utilizan silicio, que es estable y un recurso abundante. El silicio utilizado para las baterías solares se puede dividir en tres tipos: silicio monocristalino, silicio policristalino y silicio amorfo. Además, se están desarrollando baterías solares, denominadas baterías solares de película delgada compuestas, que utilizan semiconductores compuestos tales como CuInSe2, GaAs, CdTe, etc.

Sin embargo, en cada tipo de batería solar, la película transparente conductora de óxido es esencial para los electrodos que se usan en la parte delantera donde brilla la luz y, convencionalmente, se emplean películas ITO

o películas de óxido de zinc (ZnO) dopadas con aluminio o galio. Características tales como una baja resistencia y una alta transmitancia de la luz solar son necesarias para estas películas transparentes conductoras de óxido.

Además, como los inventores dan a conocer en el documento 1 (publicación de solicitud de patente japonesa 2004-43851), recientemente se ha puesto de manifiesto que las películas transparentes conductoras de óxido cristalinas que comprenden principalmente indio e incluyen tungsteno (In-W-O cristalinas) son útiles para su utilización en los electrodos transparentes de una batería solar. Estas películas transparentes conductoras de óxido no sólo tienen una baja resistencia y una excelente transmisión de luz en el rango visible, sino que, en comparación con las películas ITO o de tipo óxido de zinc antes mencionadas que han sido tradicionalmente utilizadas, tienen excelentes características de transmisión de la luz en el rango infrarrojo cercano. Por tanto, empleando este tipo de películas transparentes conductoras de óxido en los electrodos, en la parte delantera de las baterías solares, es posible utilizar con eficacia también energía luminosa del infrarrojo cercano.

A continuación, se explican los elementos EL (electroluminiscentes).

Los elementos EL utilizan la electroluminiscencia y, debido a que son autoluminosos, la visibilidad es alta y se diferencian de los elementos de visualización de las pantallas de cristal líquido o de plasma en que son elementos completamente sólidos. Por tanto, los elementos EL tienen la ventaja de una excelente resistencia a los golpes y están recibiendo mucha atención para su uso como elementos emisores de luz en diversos tipos de dispositivos de visualización.

Entre los elementos EL, existen elementos El inorgánicos que utilizan compuestos inorgánicos como material emisor de luz y elementos orgánicos EL que utilizan compuestos orgánicos.

De éstos, con elementos orgánicos EL es posible obtener una emisión de luz brillante, incluso cuando el voltaje es extremadamente bajo (por ejemplo voltaje DC de 10 V o inferior), por lo que la miniaturización es fácil, y se está investigando activamente... [Seguir leyendo]

1. Cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación que contiene óxido de indio y donde está contenido tungsteno en solución sólida, de forma que la proporción atómica entre el tungsteno y el indio es de 0,001 a 0,034 y la densidad está entre 4,0 g/cm3 y 5,9 g/cm3, no conteniendo el cuerpo de óxido sinterizado ninguna fase metálica y presentando un tamaño medio de grano cristalino inferior o igual a 10 μm.

2. Cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación que contiene óxido de indio y donde están contenidos tungsteno y zinc en solución sólida, de forma que la proporción atómica entre el tungsteno y el indio es de 0,001 a 0,034, la proporción atómica entre el zinc y el indio es de 0,00018 a 0,017 y la densidad está entre 4,0 g/cm3 y 6,0 g/cm3, no conteniendo el cuerpo de óxido sinterizado ninguna fase metálica y presentando un tamaño medio de grano cristalino inferior o igual a 10 μm.

3. Cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la resistividad específica es inferior o igual a 1 kΩ·cm.

4. Método de fabricación de un cuerpo de óxido sinterizado que comprende: un primer paso de preparación y mezcla de polvo de óxido de indio y polvo de óxido de tungsteno donde la proporción atómica entre el tungsteno y el indio es de 0,001 a 0,034; y un segundo paso de llevar a cabo una sinterización a presión en caliente del compuesto obtenido en el proceso del primer paso, a una temperatura entre 700ºC y 900ºC, durante un tiempo igual o superior a 1 hora e inferior a 3 horas, y a una presión de entre 2,45 MPa y 29,40 MPa, para obtener un cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación que contiene óxido de indio, donde el tungsteno se encuentra en solución sólida, siendo la proporción atómica entre el tungsteno y el indio de 0,001 a 0,034 y la densidad de entre 4,0 g/cm3 y 5,9 g/cm3, no conteniendo el cuerpo de óxido sinterizado ninguna fase metálica y presentando un tamaño medio de grano cristalino inferior o igual a 10 μm.

5. Método de fabricación de un cuerpo de óxido sinterizado que comprende: un primer paso de preparación y mezcla de polvo de óxido de indio, polvo de óxido de tungsteno y polvo de óxido de zinc, siendo la proporción atómica entre el tungsteno y el indio de 0,001 a 0,034 y la proporción atómica entre el zinc y el indio de 0,00018 a 0,017; y un segundo paso de llevar a cabo una sinterización a presión en caliente del compuesto obtenido en el primer paso, a una temperatura entre 700ºC y 900ºC, durante un tiempo igual o superior a 1 hora e inferior a 3 horas, y a una presión de entre 2,45 MPa y 29,40 MPa, para obtener un cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación que contiene óxido de indio, donde el tungsteno y el zinc se encuentran en solución sólida, siendo la proporción atómica entre el tungsteno y el indio de 0,001 a 0,034, la proporción atómica entre el zinc y el indio de 0,00018 a 0,017, y la densidad entre 4,0 g/cm3 y 6,0 g/cm3, no conteniendo el cuerpo de óxido sinterizado ninguna fase metálica y presentando un tamaño medio de grano cristalino inferior o igual a 10 μm.

6. Método de fabricación de un cuerpo de óxido sinterizado que comprende: un primer paso de preparación y mezcla de polvo de óxido de indio y polvo de óxido de tungsteno, siendo la proporción atómica entre el tungsteno y el indio de 0,001 a 0,034; un segundo paso de realizar una presión isostática en frío del compuesto obtenido en el primer paso a una presión entre 9,8 MPa a 294 MPa para formar un elemento compacto; y un tercer paso de llevar a cabo una sinterización del elemento compacto obtenido en el segundo paso en un horno de sinterización a presión atmosférica, a una temperatura de 1300ºC o superior, durante un período de 5 horas o más, para obtener un cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación que contiene óxido de indio, donde el tungsteno se encuentra en solución sólida, siendo la proporción atómica entre el tungsteno y el indio de 0,001 a 0,034 y la densidad de entre 4,0 g/cm3 y 5,9 g/cm3, no conteniendo el cuerpo de óxido sinterizado ninguna fase metálica y presentando un tamaño medio de grano cristalino inferior o igual a 10 μm.

7. Método de fabricación de un cuerpo de óxido sinterizado que comprende: un primer paso de preparación y mezcla de polvo de óxido de indio, polvo de óxido de tungsteno y polvo de óxido de zinc, siendo las proporción atómica entre el tungsteno y el indio de 0,001 a 0,034 y la proporción atómica entre el zinc y el indio de 0,00018 a 0,017; un segundo paso de realización de una presión isostática en frío del compuesto obtenido en el primer paso a una presión de entre 9,8 MPa a 294 MPa para formar un elemento compacto; y un tercer paso de llevar a cabo una sinterización del elemento compacto obtenido en el segundo paso en un horno de sinterización a presión atmosférica, a una temperatura entre 1.000ºC y 1.300ºC, durante un período de entre 1 hora y 5 horas, para obtener un cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación que contiene óxido de indio, donde el tungsteno y el zinc se encuentran en solución sólida, siendo la proporción atómica entre el tungsteno y el indio de 0,001 a 0,034, la proporción atómica entre el zinc y el indio de 0,00018 a 0,017 y la densidad de entre 4,0 g/cm3 y 6,0 g/cm3, no conteniendo el cuerpo de óxido sinterizado ninguna fase metálica y presentando un tamaño medio de grano cristalino inferior o igual a 10 μm.

8. Método de fabricación de un cuerpo de óxido sinterizado según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el proceso de sinterización se realiza bajo una atmósfera en la que se introduce oxígeno en el horno de sinterización en una proporción de entre 3 y 8 l/min para 0,1 m3 de volumen de horno.

9. Método de fabricación de un cuerpo de óxido sinterizado según la reivindicación 8, caracterizado porque 5 cuando se enfría el horno después del proceso de sinterización, se detiene la introducción de oxígeno.

10. Película de óxido conductora transparente fabricada mediante un método de evaporación al vacío utilizando una placa que se obtiene procesando el cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, siendo la película cristalina y presentando una resistividad específica inferior o igual a 9·104 Ω·cm, un factor de transmitancia medio de la propia película superior o igual al 82% para una luz de una longitud de onda de entre 400 y 800 nm y superior o igual al 80% para una luz de una longitud de onda de entre 900 y 1.100 nm.

11. Método de fabricación de una película de óxido conductora transparente donde se utiliza una placa que se obtiene procesando el cuerpo de óxido sinterizado para una placa de fuente de evaporación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, y donde después de fabricar una película mediante evaporación al vacío en un sustrato de vidrio a una temperatura inferior a 130ºC o menor, la película fabricada se somete a un tratamiento térmico bajo gas inerte o a un vacío a una temperatura de entre 200 y 400ºC.