La invención se refiere a un electrodo que comprende un óxido conductor transparente (TCO) y una película de metal ultrafina (UTMF) depositada sobre el TCO.

Además, la UTMF se oxida o se cubre mediante una capa de óxido. De este modo, el TCO subyacente está protegido/es compatible con otros materiales y se reduce la pérdida de transparencia.

Electrodo transparente basado en la combinación de óxidos, metales y óxidos conductores transparentes.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a electrodos ópticamente transparentes y eléctricamente conductores para, por ejemplo, aplicaciones optoelectrónicas.

Estado de la técnica

Los electrodos transparentes (TE), es decir, películas que pueden conducir la electricidad y al mismo tiempo transmitir luz, son de importancia crucial para muchos dispositivos ópticos, tales como células fotovoltaicas, diodos emisores de luz orgánicos, moduladores electroópticos integrados, pantallas láser, fotodetectores, etc. Desde un punto de vista de la aplicación, además de una gran transparencia óptica en el intervalo de longitud de onda de interés y una adecuada conductividad eléctrica, los electrodos transparentes deben tener otras características clave, tales como fácil procesamiento (por ejemplo, posibilidad de deposición a gran escala), compatibilidad con otros materiales que forman el mismo dispositivo (por ejemplo capas activas), estabilidad frente a la temperatura, tensión química y mecánica, y bajo coste.

Los TE han sido sujeto de una intensa investigación debido a su importancia crítica en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo LED, células fotovoltaicas, detectores y pantallas [C. G. Granqvist, "Transparent conductors as solar energy materials: A panoramic review", Solar Energy Materials and Solar Cells 91, 1529 (2007); T. Minami, "Transparent conducting oxide semiconductors for transparent electrodes", Semicond. Sci. Technol. 20 No 4 (2005) S35-S44]. Hasta la fecha, los óxidos conductores transparentes (conocidos como TCO, "transparent conductive oxides" en inglés), incluyendo óxido de indio dopado con estaño (ITO) convencional y óxido de cinc dopado con aluminio (AZO) se han usado principalmente en la industria optoelectrónica [A. Kuroyanagi, "Crystallographic characteristics and electrical properties of Al doped ZnO thin films prepared by ionized deposition", J. Appl. Phys. 66, 5492 (1989); Y. Igasaki et al, "The effects ofdeposition rates on the structural and electrical properties of ZnO:Al films deposited on (1120) oriented sapphire substrates", J. Appl. Phys. 70, 3613 (1991)]. Aunque los TCO del estado de la técnica tienen una transmisión óptica excelente y una resistencia laminar baja, padecen varias desventajas, incluyendo la escasez de indio para el ITO, la vulnerabilidad química para el AZO. En particular, la baja estabilidad a la temperatura, atmósfera rica o reducida en oxígeno, humedad o salinidad pueden ser desventajas significativas. Por ejemplo, se ha señalado que, cuando las películas de TCO se someten a temperatura, humedad, oxígeno, agua o su combinación, esto podría ser responsable de la degradación de su rendimiento eléctrico (aumento de la resistencia laminar) [T. Miyata et al., "Stability of nano-thick transparent conducting oxide films for use in a moist environment", Thin Solid Films 516, 1354-1358 (2008)]. En algunos casos, el TCO no es compatible con otro material que forma el dispositivo y está en contacto con él, por ejemplo la migración de indio/oxígeno desde ln203 hacia capas orgánicas y activas. En otros casos, podrían necesitarse capas adicionales para mejorar la funcionalidad de los TCO, por ejemplo la función de trabajo para aplicaciones específicas.

Recientemente, ha habido algún interés en la combinación de la tecnología de TCO con metales para mejorar sus propiedades, en la que una capa de metal muy fina (0,5-1,5 nm), preferiblemente de 0,5 nm, se deposita encima del TCO para mejorar su funcionalidad [J. C. Bernede, "Organic optoelectronic component electrode, comprising at least one layer of a transparent oxide coated with a metallic layer, and corresponding organic optoelectronic component", documento WO2009016092]. Se encuentra que una película de metal ultrafina (conocida como UTMF, en inglés "ultra thin metal film") de este tipo mejora el rendimiento del dispositivo debido a la mejor compatibilización de los niveles de energía entre el electrodo transparente y la capa orgánica que a su vez implica una barrera de inyección inferior. Una película fina de metal de este tipo presentará sin embargo varias desventajas. Normalmente, induce una pérdida en la transparencia del electrodo. Además, no cubre toda la superficie y por tanto formará una estructura de islas diferenciadas, tal como se muestra en publicaciones relacionadas [véase por ejemplo J.C. Bernede, "Improvement of organic solar cell performances using a zinc oxide anode coated by an ultrathin metallic layer", Applied Phys. Lett. 92, 083304 (2008)]. La estructura de metal de tipo islas que expone algo de la capa de TCO subyacente no proporciona ni estabilidad ni protección completa ni compatibilidad con el entorno u otras capas que forman los dispositivos. La estructura de tipo islas también puede dar lugar a dispersión de luz.

Resumen de la invención

La presente invención tiene como objetivo dotar a los electrodos de más transparencia, estabilidad, protección y compatibilidad con el entorno. Para este fin, la invención propone depositar una UTMF sobre el TCO. Además, la UTMF se oxida o se cubre mediante una capa de óxido. De este modo, el TCO subyacente está protegido/es compatible con otros materiales y la pérdida de transparencia se reduce debido al efecto antirreflectante asociado con la capa de óxido. La capa de óxido puede estar en contacto con el sustrato o, en una realización con la geometría opuesta, estar el óxido conductor transparente en contacto con el sustrato. Preferiblemente, el óxido conductor transparente se selecciona de óxido de indio dopado con Sn, óxido de cinc dopado con Al o Ga, óxido de titanio dopado con Ta o Nb, óxido de estaño dopado con F, y sus mezclas. La película de metal ultrafina se selecciona preferiblemente de Cu, Ni, Cr, Ti, Pt, Ag, Au, Al y sus mezclas. La capa de óxido puede formarse oxidando directamente la capa de metal ultrafina o depositando un óxido de, por ejemplo, Sn o Si. Una capa de metal ultrafina en el sentido de la invención tiene un espesor inferior a 10 nm. El electrodo de la invención puede comprender adicionalmente una malla conductora con aberturas sobre la capa de óxido o sobre el óxido conductor transparente, comprendiendo la malla Ni, Cr, Ti, Al, Cu, Ag, Au, ZnO dopado, SnO₂ dopado, TiO₂ dopado, nanotubos de carbono o nanohilos de Ag o una mezcla de los mismos. La invención también contempla procedimientos de fabricación de tales electrodos transparentes.

Breve descripción de los dibujos

Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos ilustran una realización preferida de la invención, que no debe interpretarse como que restringe el alcance de la invención, sino sólo como un ejemplo de cómo puede realizarse la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:

La figura 1 muestra la estructura, en su forma más sencilla, del electrodo transparente (TE) propuesto por esta invención.

La figura 2 es una gráfica de la transparencia óptica del TE con una estructura de AZO220 nm+Ni2 nm (TCO+UTMF) antes y tras la oxidación usando plasma de oxígeno.

La figura 3 muestra la resistencia laminar y la transparencia óptica como función de la temperatura de tratamiento de AZO220 nm (TCO) y AZO220 nm+Ti5 nm tratado con plasma de oxígeno (AZO+UTMF+óxido).

La figura 4 es una gráfica de la resistencia laminar y la transparencia óptica de AZO220 nm (TCO) y AZO220 nm+Ti5 nm (TCO+UTMF) como función de la temperatura de tratamiento.

La figura 5 muestra una comparación de la transparencia óptica de AZO220 nm (TCO) y AZO220 nm+Ti5 nm tratados o bien térmicamente o bien con plasma de oxígeno (TCO+UTMF+óxido) en atmósfera ambiente.

Descripción de una realización preferida de la invención

El electrodo de la invención comprende un TCO cubierto por una UTMF y una capa de óxido que cubre la UTMF. Una UTMF en el sentido de la invención es una película de metal de espesor inferior a 10 nm. El óxido podría mejorar la eficacia del dispositivo dado que favorece la inyección y la recogida de cargas en y desde la región activa de los dispositivos. En resumen, a través de la capa de óxido, puede obtenerse al menos uno de los siguientes efectos beneficiosos:

- Recuperación de la transparencia que se redujo inicialmente mediante la aplicación de la UTMF

- Protección y estabilización...

1. Electrodo transparente, en particular para aplicaciones optoelectrónicas, que comprende un sustrato, un óxido conductor transparente y una película de metal ultrafina sobre el óxido conductor transparente, caracterizado porque el electrodo comprende además una capa de óxido sobre la película de metal ultrafina.

2. Electrodo transparente según la reivindicación 1, en el que la capa de óxido está en contacto con el sustrato.

3. Electrodo transparente según la reivindicación 1, en el que el óxido conductor transparente está en contacto con el sustrato.

4. Electrodo transparente según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el óxido conductor transparente se selecciona de óxido de indio dopado con Sn, óxido de cinc dopado con Al o Ga, óxido de titanio dopado con Ta o Nb, óxido de estaño dopado con F, y sus mezclas.

5. Electrodo transparente según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la película de metal ultrafina se selecciona entre Cu, Ni, Cr, Ti, Pt, Ag, Au, Al y sus mezclas.

6. Electrodo transparente según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la capa de óxido es un óxido del material de película de metal ultrafina, Sn o Si.

7. Electrodo transparente según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la película de metal ultrafina tiene un espesor inferior a 10 nm.

8. Electrodo transparente según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una malla conductora con aberturas sobre la capa de óxido o sobre el óxido conductor transparente.

9. Electrodo transparente según la reivindicación 8, en el que la malla comprende Ni, Cr, Ti, Al, Cu, Ag, Au, ZnO dopado, SnO₂ dopado, TiO₂ dopado, nanotubos de carbono o nanohilos de Ag o una mezcla de los mismos.

10. Procedimiento de fabricación de un electrodo transparente, en particular para aplicaciones optoelectrónicas, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la etapa b se realiza oxidando directamente la película de metal ultrafina.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la etapa b se realiza depositando la capa de óxido mediante pulverización.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en el que la estructura en capas se coloca sobre el sustrato de manera que la capa de óxido está sobre el sustrato.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en el que la estructura en capas se coloca sobre el sustrato de manera que el óxido conductor transparente está sobre el sustrato.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-14, que comprende además una etapa de proporcionar una malla conductora con aberturas sobre la estructura en capas.