JP2011515510A - 導電性特徴をスクリーン印刷するための方法および組成物 - Google Patents

Abstract

本開示は、基板上に導電性特徴をスクリーン印刷する方法であって、導電性特徴は、金属異方性ナノ構造と、そのための塗膜溶液とを含む。本発明によると、導電性特徴が基板上に形成され、導電性特徴が金属異方性ナノ構造を含み、導電性特徴が、基板上に金属異方性ナノ構造を含有する塗膜溶液をスクリーン印刷することによって形成される。本発明による導電性特徴をスクリーン印刷するための塗膜溶液は、好ましくは、増粘剤と、金属異方性ナノ構造とを含む。さらに、塗膜溶液は、溶剤と基剤とを含み得る。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／０３１，５２８号（２００８年２月２６日出願）の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の優先権の利益を主張し、この出願の開示は、その全体が本明細書に参考として援用される。

（１．発明の分野）
本開示は、基板上における導電性特徴の形成に関する。

（２．関連技術）
透過性導体とは、高透過率表面または基板上に塗膜される、薄い導電性膜を指す。透過性導体は、表面導電率を有しつつ、適度な光透過性を維持するように製造され得る。そのような表面導電透過性導体は、フラット液晶ディスプレイ、タッチパネル、エレクトロルミネセント素子、および薄膜光電池内の透過性電極として、帯電防止層として、ならびに電磁波遮蔽層として、広く使用されている。

現在、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の真空蒸着金属酸化物は、ガラスおよびポリマー膜等の誘電表面に、光学的透過性および導電性を提供するための業界標準材料である。しかしながら、金属酸化物膜は、曲げまたは他の物理的応力を受ける際に、脆弱かつ損傷しやすい。また、高導電率レベルを達成するために、高蒸着温度および／または高焼鈍温度を必要とする。また、プラスチックおよび有機基板、例えば、ポリカーボネート等、湿気を吸収しやすい基板への金属酸化物膜の接着に関する問題が生じる場合がある。したがって、可撓性基板上における金属酸化物膜の塗布は、大幅に制限される。加えて、真空蒸着は、コストがかかるプロセスであって、特殊機器を必要とする。さらに、真空蒸着のプロセスは、パターンおよび回路を形成することにはつながらない。これは、典型的には、フォトリソグラフィ等の高価なパターニングプロセスの必要性をもたらす。

また、導電性ポリマーは、光学的透過性電導体として使用されている。しかしながら、概して、金属酸化物膜と比較して、より低い導電率値およびより高い光吸収率（特に、可視波長において）を有し、化学的および長期的安定性の欠如を被る。

近年、導電性ナノ構造を使用して形成される透過性導体が開発され、上述の種類の透過性導体に優るいくつかの利点を提供する。特に、導電性ナノ構造を使用して形成される透過性導体は、比較的に可撓性であって、湿潤塗膜プロセスを使用して加工可能であって、望ましい電気的および光学的性質を呈し得る。そのような透過性導体は、例えば、米国特許出願第１１／７６６，５５２号、同第１１／５０４，８２２号、同第１１／８７１，７６７号、および同第１１／８７１，７２１号に開示されており、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。加えて、いくつかの上述の素子用途は、比較的に大きな連続的な導電性面積を有する透過導電性シートを使用することが可能であるが、また、これらの用途の多くは、小規模な面積、パターン、トレース、ライン、または他のそのような特徴のみが導電性である層を必要とする。ナノ構造ベースの透過性導体をパターニングするための方法が開発されているが、そのようなパターニングプロセスは、製造上の非効率性をもたらす場合がある。故に、導電性パターンまたは特徴を有する、ナノ構造ベースの導電性膜の生成を可能にする必要性がある。

本発明によると、導電性特徴が基板上に形成され、導電性特徴が、金属異方性ナノ構造を含み、導電性特徴が、基板上に金属異方性ナノ構造を含有する塗膜溶液をスクリーン印刷することによって形成される。本発明による導電性特徴をスクリーン印刷するための塗膜溶液は、好ましくは、増粘剤と、金属異方性ナノ構造とを含む。さらに、塗膜溶液は、溶剤と、基剤とを含み得る。

図１は、本発明による、浸透閾値を上回る異方性ナノ構造を含む、導電性特徴の図面である。 図２は、浸透閾値を下回る異方性ナノ構造を含む、特徴の図面である。 図３は、一実施形態による、ＴＦＴバックプレーンのスイッチング素子の断面図である。 図４は、本発明による、ナノ構造に基づく透過性電極を備えるディスプレイ素子を示す。 図５は、一実施形態による、上部ゲート型ＴＦＴに基づくＬＣＤの断面図を示す。 図６は、一実施形態による、ＰＤＰの断面図を示す。 図７は、一実施形態による、ホモ接合太陽電池構造を示す。 図８は、別の実施形態による、ヘテロ接合太陽電池構造を示す。 図９は、別の実施形態による、多接合太陽電池構造を示す。 図１０は、本発明による圧力による後処理を導電性特徴に適用した結果を例示するグラフである。

本発明によると、透過導電性の層および特徴は、導電性ナノ構造を含む塗膜溶液のスクリーン印刷によって、基板上に形成可能である。スクリーン印刷は、網目またはスクリーンを使用して、概して、インクがスクリーンを通って基板へと通過することを遮断する１つ以上の特徴を含む、ステンシルを支持する基板に塗膜溶液を塗布する方法である。インクは、ローラ、スキージ、または他のスクリーンの表面を横断するような素子によって、スクリーンを通して送出される。

ステンシルの特徴に正確に整合する基板上の鋭利な特徴を生成するためのスクリーン印刷プロセスの場合、塗膜溶液は、比較的に高粘度を有していなければならない。特に、好ましくは、塗膜溶液が２００ｃＰ超、より好ましくは、約９００ｃＰ超の粘度を有する場合である。しかしながら、後述のように、導電性である基板上に形成される特徴の場合、その中の導電性ナノ構造は、導電ネットワークを形成することが可能であるように、適度に分散していなければならない。そのような適度な分散は、効果的にスクリーン印刷することに対して十分な高粘度の塗膜溶液中において達成することは困難であり得る。本発明によると、金属異方性ナノ構造を有する塗膜溶液を使用して、基板上に透過導電性特徴をスクリーン印刷する。

（導電性ナノ構造）
本発明による塗膜溶液は、好ましくは、導電性ナノ構造を含む。本明細書で使用されるように、「ナノ構造」とは、概して、ナノサイズの構造を指し、その少なくとも１つの寸法は、５００ｎｍ未満、より好ましくは、２５０ｎｍ、１００ｎｍ、または２５ｎｍ未満である。好ましくは、本発明による塗膜溶液中において使用されるナノ構造は、異方性に成形される、すなわち、１に等しくないアスペクト比（長さと直径との比）を有する。透過導電性特徴を生成する際の等方性ナノ構造の使用は、所望のレベルの導電率を達成するために、比較的高い重量パーセント（すなわち、表面装填レベル）のそのようなナノ構造が必要とされる場合があるために、困難であり得る。そのような高装填レベルは、ヘイズ（例えば、概して、高ヘイズをもたらす）および透過性（例えば、概して、低い透過性をもたらす）等の光学的性質に容認不可能な程度の影響を及ぼし得る。しかしながら、スクリーン印刷用途における異方性ナノ構造の使用は、ナノ構造の長さが、好適な粘性塗膜溶液中のナノ構造の分散を困難にし得るので、挑戦的であり得る。本発明によるスクリーン印刷の塗膜溶液および方法は、有利には、これらの困難点を克服する。

ナノ構造は、中実または中空であり得る。中実の異方性ナノ構造は、例えば、ナノワイヤを含む。中空の異方性ナノ構造は、例えば、ナノチューブを含む。典型的には、異方性ナノ構造は、直径５乃至５００ｎｍ、より好ましくは、１０乃至１００ｎｍ、より好ましくは、３０乃至９０ｎｍと、長さ１００ｎｍ乃至１０μｍ、より好ましくは、５００ｎｍ乃至１μｍを有する。

ナノ構造は、任意の導電性材料から形成することが可能である。最も典型的には、導電性材料は金属である。半導性または非導電性ナノ構造は、容認可能な導電率を達成するために、比較的高い割合のそのような材料が使用される必要がある場合があるため、概して、本明細書に開示される基板上に透過導電性特徴を生成するための方法および装置との併用性能が良くない。そして、そのような比較的大きい量は、生成される特徴の光学特性に悪影響を及ぼす場合がある。金属材料は、好ましくは、純金属、金属合金、または２種類以上の金属を備える二元金属材料であり得る。好適な金属は、銀、金、銅、ニッケル、金めっき銀、白金、およびパラジウムを含むが、それらに限定されない。また、金属の大気酸化によって生じる少量の酸化物も存在する場合があると考えられる。

導電性の異方性ナノ構造は、好ましくは、本発明による塗膜溶液中の主要な導電性媒体として使用され得る。好ましい種類の異方性金属ナノ構造は、金属ナノワイヤを含む。金属ナノワイヤは、金属、金属合金、またはめっき金属から形成されるナノワイヤである。好適な金属ナノワイヤは、銀ナノワイヤ、金ナノワイヤ、銅ナノワイヤ、ニッケルナノワイヤ、金めっき銀ナノワイヤ、白金ナノワイヤ、およびパラジウムナノワイヤを含むが、それらに限定されない。同時係属中の同一出願人に所有される米国特許出願第１１／７６６，５５２号、同第１１／５０４，８２２号、同第１１／８７１，７６７号、および同第１１／８７１，７２１号は、金属ナノワイヤ（例えば、銀ナノワイヤ）を調製する方法を記載しており、その記載は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。

主要な導電性媒体中で使用される別の好ましい種類の異方性金属ナノ構造は、金属ナノチューブを含む。２００８年４月１８日出願の同時係属中の同一出願人に所有される米国特許出願第１２／１０６，２４４号は、金属ナノチューブ（例えば、金ナノチューブ）を調製する方法を記載しており、その記載は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。

種々の実施形態では、導電性ナノワイヤは、長さ約５−１００μｍおよび直径５−１００ｎｍ（すなわち、横断面）である。ある実施形態では、ナノワイヤは、長さ約５−３０μｍおよび直径２０−８０ｎｍである。好ましい実施形態では、ナノワイヤ（例えば、銀ナノワイヤ）は、長さ約２０μｍおよび直径５０ｎｍである。好適なナノチューブは、ナノワイヤの場合に記載のものと類似する寸法を有する。ナノチューブの場合、直径とは、ナノチューブの外径を指す。

（導電性特徴）
基板上に形成される導電性特徴では、異方性ナノ構造は、浸透プロセスを介して、導電ネットワークを形成する。浸透導電性は、導電路が相互接続する異方性ナノ構造を介して形成されると、確立され得る。電気的浸透の閾値に到達し、導電性となるために十分なナノ構造が存在しなければならない。したがって、電気的浸透閾値は、ナノ構造の装填密度または濃度と相関する値であって、それを上回ると、長期的な接続性が達成され得る。典型的には、装填密度とは、面積当たりのナノ構造の数を指し、「数／μｍ^２」によって表され得る。

同時係属中の米国特許出願第１１／５０４，８２２号に記載されるように、異方性ナノ構造のアスペクト比が高い程、浸透導電率を達成するためには、より少ないナノ構造が必要とされる。ナノワイヤまたはナノチューブ等の異方性ナノ構造の場合、電気的浸透閾値あるいは装填密度は、ナノワイヤもしくはナノチューブの長さ^２（長さの２乗）に逆相関する。同時係属中の同一出願人に所有される米国特許出願第１１／８７１，０５３号（参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる）は、異方性ナノ構造の大きさ／形状と、浸透閾値における表面装填密度との間における、理論的ならびに経験的関係を詳細に記載している。

図１は、基板（図示せず）の表面上の導電性特徴５を図式的に示しており、導電ネットワークは、電気的浸透閾値以上の導電異方性ナノ構造２０によって形成される。導電路は、相互接続するナノ構造２０によって形成される（例えば、経路は、ナノ構造の連結を通してネットワークの一端から他端までトレース可能である）。したがって、電流は、異方性ナノ構造ネットワークをわたって伝えられることが可能である。

本明細書で使用されるように、「導電ネットワーク」または「ネットワーク」とは、電気的浸透閾値を上回る導電性ナノ構造によって形成される、相互接続しているネットワークを指す。典型的には、導電ネットワークは、１０^８オーム／スクエア（また、「Ω／□」とも称される）以下の表面抵抗率を有する。好ましくは、表面抵抗率は、１０^４Ω／□、３，０００Ω／□、１，０００Ω／□、または１００Ω／□以下である。典型的には、金属ナノワイヤまたはナノチューブによって形成される導電ネットワークの表面抵抗率は、１０Ω／□乃至１０００Ω／□、１００Ω／□乃至７５０Ω／□、５０Ω／□乃至２００Ω／□、１００Ω／□乃至５００Ω／□、１００Ω／□乃至２５０Ω／□、１０Ω／□乃至２００Ω／□、１０Ω／□乃至５０Ω／□、または１Ω／□乃至１０Ω／□の範囲である。そのような抵抗範囲は、導電性特徴の対向端に接触する２点抵抗プローブによって得られるようなものであり、結果として得られた抵抗を、特徴を構成するスクエア数によって除すことによって得られる。例えば、長さ１００μｍおよび幅１μｍの特徴は、１００スクエアから構成されるであろう。

また、図１に示されるように、異方性ナノ構造は、ワイヤ間空間３０を画定する。浸透閾値以上では、ワイヤ間空間のサイズ（また、「網目サイズ」とも称される）は、ネットワークの導電率と相関する。典型的には、より小さい網目サイズは、より密に分布するナノ構造を意味し、言い換えると、より高い導電率に相当する。

また、網目サイズは、ナノ構造表面装填レベルの指標としても使用され得る。例えば、所与の長さの異方性ナノ構造の場合、表面装填が少ない程、より大きな網目サイズをもたらすであろう。網目サイズがある閾値を上回ると、ナノ構造は離間し過ぎており、浸透はもはや不可能となり、事実上、ワイヤ間空間が絶縁体となり得る。図２は、特徴５’を示しており、ナノ構造２０’は、完全なネットワークを形成するには不十分な密度状態にある。ワイヤ間空間３０’は、絶縁状態となる。換言すると、図１と比較して、低密度のナノ構造のため、網目サイズが拡張し、ナノ構造間の導電性がこわされる。

（塗膜溶液）
上述のように、導電性である表面特徴を生成するためには、特徴内に浸透ネットワークを形成するように、異方性ナノ構造装填レベルが十分であることが重要である。故に、塗膜溶液中の異方性ナノ構造の量および分散は、導電性表面特徴を生成することを可能にするために重要である。さらに、塗膜溶液は、基板上に鮮明なラインの正確な特徴を生成するために十分に高い粘度でなければならない。

一実施形態による塗膜溶液は、好ましくは、増粘剤と、金属異方性ナノ構造とを含む。特に、本実施形態による塗膜溶液は、９９．０乃至９９．９重量％の増粘剤と、０．１乃至１．０重量％の金属異方性ナノ構造とを含み得る。好適な異方性ナノ構造は、上述の通りである。増粘剤は、例えば、Ｄｕｐｏｎｔ（登録商標） ３５１７、Ｔｏｙｏｂｏ Ｖｙｌｏｎａｌ（登録商標）、およびＢｏｒｃｈｉ（登録商標） ＰＷ ２５を含み得る。また、これらおよび他のポリエステルならびにポリウレタンが、本明細書に開示される実施形態のいずれかにおいて、増粘剤として使用されることも考えられる。本発明による塗膜溶液の別の実施形態は、９９乃至９９９の重量比の増粘剤の金属ナノ構造に対する比率を有し得る。そのような実施形態では、増粘剤は、例えば、Ｄｕｐｏｎｔ（登録商標） ３５１７、Ｔｏｙｏｂｏ Ｖｙｌｏｎａｌ（登録商標）、およびＢｏｒｃｈｉ（登録商標） ＰＷ ２５であってもよく、金属ナノ構造は、例えば、銀ナノワイヤおよび／または金ナノチューブ、あるいは本明細書に開示される任意の他の金属異方性ナノ構造であってもよい。

別の実施形態による塗膜溶液は、好ましくは、増粘剤と、金属異方性ナノ構造と、溶剤と、基剤とを含む。特に、本実施形態による塗膜溶液は、例えば、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ（登録商標） ＷＢ４０Ｂ−６３またはＷＢ４０Ｂ−６４等の０．１乃至８重量％の増粘剤と、例えば、水酸化アンモニウムまたは任意の他の基剤等の０．０１乃至０．２重量％の基剤と、０．５乃至１重量％の金属異方性ナノ構造と、例えば、水またはアルコール等の任意の他の溶剤等の９０．８乃至９９．４重量％の溶剤とを含み得る。Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ（登録商標） ＷＢ４０Ｂ−６３またはＷＢ４０Ｂ−６４のいずれの場合も、溶液は、基剤と中和されると濃厚化する。したがって、これらの増粘剤のうちのいずれかを使用する際に、好ましくは、基剤の添加に先立って、ナノ構造が添加および分散される。本発明による塗膜溶液の別の実施形態は、０．１乃至１６の増粘剤と金属ナノ構造との重量比と、０．０１乃至０．４の基剤の金属ナノ構造に対する重量比と、９０．８乃至１９８．８の溶剤の金属ナノ構造に対する重量比とを有し得る。そのような実施形態では、増粘剤は、例えば、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ（登録商標） ＷＢ４０Ｂ−６３またはＷＢ４０Ｂ−６４（また、本明細書に開示される任意の他の実施形態において、増粘剤として使用されてもよい）であってもよく、基剤は、例えば、水酸化アンモニウムまたは任意の他の基剤であってもよく、溶剤は、例えば、水またはアルコール等の任意の他の溶剤であってもよく、金属ナノ構造は、例えば、銀ナノワイヤおよび／または金ナノチューブ、あるいは本明細書に開示される任意の他の金属異方性ナノ構造であってもよい。

別の実施形態では、本発明による塗膜溶液は、好ましくは、増粘剤と、金属異方性ナノ構造と、溶剤とを含む。特に、本実施形態による塗膜溶液は、例えば、エチルセルロース（例えば、Ｄｏｗ（登録商標）製のＥｔｈｏｃｅｌ（登録商標）１００、２００、３００）、ヒドロキシプロピルセルロースおよびヒドロキシプロピルメチルセルロース（例えば、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃａｔ＃４２３１７３およびＭｅｔｈｏｃｅｌ（登録商標）３１１）（そのうちのいずれかは、本明細書に開示される任意の他の実施形態において、増粘剤として使用されてもよい）等の１乃至１０重量％の増粘剤と、０．１％乃至１重量％の金属異方性ナノ構造と、例えば、水、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、乳酸エチル、ベンジルアルコール、およびジアセトンアルコール等の８９乃至９８．９重量％の溶剤とを含み得る。セルロース材料のいずれかを増粘剤として使用する際に、溶液中に溶解されると、材料は、粘度を増す。したがって、セルロース増粘剤を使用する際に、水中に増粘剤を溶解することに先立って、ナノ構造中に混合することが好ましい。本発明による塗膜溶液の別の実施形態は、１乃至１００の増粘剤と金属ナノ構造との重量比と、８９乃至９８９の溶剤の金属ナノ構造に対する重量比とを有し得る。そのような実施形態では、増粘剤は、例えば、エチルセルロース（例えば、Ｄｏｗ（登録商標）製のＥｔｈｏｃｅｌ（登録商標）１００、２００、３００）、ヒドロキシプロピルセルロース、およびヒドロキシプロピルメチルセルロース（例えば、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃａｔ＃４２３１７３およびＭｅｔｈｏｃｅｌ（登録商標）３１１）であってもよく、溶剤は、例えば、水、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）、乳酸エチル、ベンジルアルコール、およびジアセトンアルコールであってもよく、金属ナノ構造は、例えば、銀ナノワイヤおよび／または金ナノチューブ、あるいは本明細書に開示される任意の他の金属異方性ナノ構造であってもよい。

（基板）
本明細書で使用されるように、「基板」、すなわち、「選択基板」とは、導電性特徴が塗膜される材料を指す。基板は、剛性または可撓性であり得る。基板は、透明または不透過性であり得る。好適な剛性基板は、例えば、ガラス、ポリカーボネート、アクリル等を含む。好適な可撓性基板は、ポリエステル（例えば、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレート、およびポリカーボネート）、ポリオレフィン（例えば、線状、分岐、および環状ポリオレフィン）、ポリビニル（例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアセタール、ポリスチレン、ポリアクリル酸等）、セルロースエステル基（例えば、三酢酸セルロース、酢酸セルロース）、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、シリコーン等のポリスルホン、ならびに他の従来のポリマー膜を含むが、それらに限定されない。好適な基板の付加的実施例は、例えば、米国特許第６，９７５，０６７号に見出され得る。

（後処理）
場合によっては、本明細書に記載されるように、基板上に特徴をスクリーン印刷後、印刷された特徴は、その意図される使用に十分な導電率でなくてもよい。したがって、本発明によると、いくつかのスクリーン印刷後処理が、特徴および基板上で行なわれ得る。

印刷された特徴の導電率を増加させるために見出された印刷後処理の１つは、特徴を乾燥させた後に、印刷された特徴をアルコールによって洗浄することである。第２のそのような印刷後処理は、基板上に特徴を焼成することである。一実施形態では、焼成後処理は、例えば、熱板上に基板および特徴を載置することによって、行なわれ得る。また、基板および特徴は、オーブンまたは焼成のために他の加熱環境内に載置され得る。

加えて、アルゴンまたは他の不活性ガス雰囲気への印刷された特徴の曝露は、特徴の導電率を増加させ得ることが見出されている。例えば、アルゴンまたは酸素プラズマによる印刷された特徴の表面処理は、特徴の導電率を増加させ得る。例示的実施例として、ＡｒまたはＮ_２プラズマ処理は、以下の動作パラメータ：３００Ｗ、９０秒（または、４５秒）、ＡｒまたはＮ_２ガス流：１２ｓｃｃｍ、圧力〜３００ｍＴｏｒｒを使用して、Ｍａｒｃｈ ＰＸ２５０システム内で行なわれ得る。また、他の周知の表面処理、例えば、コロナ放電またはＵＶ／オゾン処理が、使用されてもよい。例えば、Ｅｎｅｒｃｏｎ製のシステムが、コロナ処理の場合に使用され得る。

後処理の一部として、印刷された特徴は、さらに圧力処理され得る。一実施形態では、特徴が印刷される基板は、ラミネータのローラを通して送出され、圧力がその表面に印加される。また、単一のローラも使用可能であることを理解されたい。

有利なことに、本明細書に記載される方法によって加工される導電性特徴への圧力の印加は、特徴の導電率を増加させ得る。特に、圧力は、１つ以上のローラ（例えば、円筒形バー）の使用によって、本明細書に記載される方法によって加工される導電性特徴の一方または両方の表面に印加され得、それの一方または両方が、導電性層の幅寸法より大きい長さ寸法を有し得るが、そうである必要はない。単一のローラが使用される場合、基板は、剛性表面上に載置され、周知の方法を使用して、単一のローラがその露出表面を横断して転動される間に、圧力がローラに印加され得る。

一実施形態では、５０乃至１０，０００ｐｓｉが、１つ以上のローラによって、透過性導体に印加されてもよい。また、１００乃至１０００ｐｓｉ、２００乃至８００ｐｓｉ、３００乃至５００ｐｓｉ、または最大３０００ｐｓｉが印加されてもよいと考えられる。好ましくは、必ずしもではないが、圧力は、後述の任意の基質または被膜材料の塗布に先立って、導電性特徴に印加される。

「ニップ」または「ピンチ」ローラは、２つ以上のローラが使用され、導電シートに圧力を印加する場合に使用されてもよい。ニップまたはピンチローラは、当技術分野において十分理解されており、例えば、３Ｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ 「Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ ｏｆ Ｌａｍｉｎａｔｉｎｇ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ」（２００４年３月）に論じられており、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。印刷された特徴への圧力の印加は、単一回または複数回行なわれてもよい。例えば、積層によって、圧力が複数回印加される場合、積層は、シートの被転動表面と平行な軸に対して、毎回同一方向に、または異なる方向に、行なわれ得る。

（基質または被膜）
基板上への導電性特徴の蒸着後、ある実施形態では、導電性特徴の上部に被膜または基質を蒸着することが好ましい場合がある。被膜または基質とは、導電性ナノ構造が分散あるいは埋め込まれている中実状態の材料を指す。異方性ナノ構造の一部は、被膜または基質材料から突出し、導電ネットワークへのアクセスを可能にし得る。被膜または基質は、ナノ構造のための宿主として作用し得る。被膜または基質は、浸食および摩耗等の有害環境要因から金属ナノ構造を保護し得る。特に、基質は、微量の酸、酸素、硫黄等の湿潤環境において、浸食要素の浸透を大幅に低減し得る。加えて、被膜または基質は、好ましい物理的および機械的特性を導電性特徴にもたらす。例えば、基板への接着を提供可能である。さらに、金属酸化物膜と異なり、異方性ナノ構造が埋め込まれるポリマーまたは有機基質は、頑強かつ可撓性である。

さらに、導電性層の光学特性は、適切な基質材料を選択することによって、調整することが可能である。例えば、反射損および望ましくないグレアは、望ましい屈折率、組成、および厚さの基質を使用することによって、効果的に軽減され得る。

典型的には、基質は、光学的透明材料である。材料は、材料の光透過率が可視領域の少なくとも８０％（４００ｎｍ−７００ｎｍ）である場合、「光学的に透明」または「光学的に透過性」であると考えられる。特別の定めのない限り、本明細書に記載される透過性導体内の全層（基板および異方性ナノ構造層を含む）が、好ましくは、光学的に透明である。基質の光学的透明度は、典型的には、屈折率（ＲＩ）、厚さ、厚さ全体のＲＩの一貫性、表面（界面を含む）反射、ならびにヘイズ（表面粗度および／または埋入粒子によって生じる散乱損失）を含むが、それらに限定されない、多数の要因によって決定される。

ある実施形態では、基質は、厚さ約１０ｎｍ乃至５μｍ、約２０ｎｍ乃至１μｍ、または約５０ｎｍ乃至２００ｎｍである。他の実施形態では、基質は、約１．３乃至２．５、または約１．３５乃至１．８の屈折率を有する。ある実施形態では、基質は、ポリマーであって、それは、またポリマー基質とも称される。光学的に透明なポリマーは、当技術分野において周知である。好適なポリマー基質の実施例は、ポリメタクリル酸（例えば、ポリ（メタクリル酸メチル））、ポリアクリル酸、およびポリアクリロニトリル等のポリアクリル、ポリビニルアルコール、ポリエステル（例えば、テレフタル酸ポリエチレン（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレート、およびポリカーボネート）、フェノールまたはクレゾールホルムアルデヒド（ノボラックｓ（登録商標））、ポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリビニルキシレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルフィド、ポリサルフォン、ポリフェニレン、およびポリフェニルエーテル等の高芳香族性を伴うポリマー、ポリウレタン（ＰＵ）、エポキシ、ポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、および環状オレフィン）、アクリロニトリルブタジエンスチレンコポリマー（ＡＢＳ）、セルロース誘導体、シリコーンおよび他のシリコン含有ポリマー（例えば、ポリシルセスキオキサンおよびポリシラン）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアセテート、ポリノルボルネン、合成ゴム（例えば、ＥＰＲ、ＳＢＲ、ＥＰＤＭ）、およびフッ素ポリマー（例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、またはポリヘキサフルオロプロピレン）、フルオロオレフィンおよび炭化水素オレフィンのコポリマー（例えば、Ｌｕｍｉｆｌｏｎ（登録商標））、ならびにアモルファスフルオロカーボンポリマーあるいはコポリマー（例えば、Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ Ｃｏ．製のＣＹＴＯＰ（登録商標）またはＤｕ Ｐｏｎｔ製のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ）を含むが、それらに限定されない。

他の実施形態では、本明細書に記載されるポリマー基質は、部分的重合または部分的硬化ポリマーを備える。完全重合または完全硬化の基質と比較して、部分的硬化基質は、より低い架橋結合および／または重合度ならびに低分子量を有する。したがって、部分的重合基質は、ある条件下においてエッチング可能であって、パターニングは、従来のフォトリソグラフィを使用して可能である。適切な重合条件下において、部分的硬化基質は、さらに硬化されてもよく、さらなる架橋結合および重合が行なわれ、部分的硬化基質よりも高分子量の基質を提供する。部分的硬化基質は、エッチングされ、続いて、さらなる硬化ステップが続き、パターン化され、完全硬化透過導電性特徴を提供可能である。好適な部分的硬化ポリマーの実施例は、部分的硬化アクリレート、シリコーンエポキシ、シロキサン、ノボラック、エポキシ、ウレタン、シルセスキオキサン、またはポリイミドを含むが、それらに限定されない。

さらなる実施形態では、基質は、無機材料である。例えば、シリカ、ムライト、アルミナ、ＳｉＣ、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２、Ａｌ２Ｏ_３−ＳｉＯ_２、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ、またはそれらの混合物に基づくゾルゲル基質が、使用可能である。ある実施形態では、基質自体が、導電性である。例えば、基質は、導電性ポリマーであり得る。導電性ポリマーは、当技術分野において周知であって、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリチオフェン、およびポリジアセチレンを含むが、それらに限定されない。

（電気および光学特性）
導電性ナノ構造を有する方法および塗膜溶液を使用して生成される透過導電性特徴は、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、または少なくとも９５％（空気を基準として使用）の光透過率を有し得る。ヘイズは、光散乱指数である。これは、透過の際に入射光から分離し、散乱される光の量の割合を指す（すなわち、透過ヘイズ）。主として媒体の特性である光の透過と異なり、ヘイズは、多くの場合、生産に関係し、典型的には表面粗度および媒体中の埋込み粒子または組成の不均一性によって生じる。種々の実施形態では、透過性導電特徴のヘイズは、１０％以下、８％以下、５％以下、３％以下、または１％以下である。

本明細書に論じられるように、本発明による導電性特徴は、電気的浸透閾値を上回るナノ構造の相互接続ネットワークを含む。典型的には、本発明による導電性特徴は、１０^８オーム／スクエア（また、「Ω／□」とも称される）以下の抵抗率を有する。好ましくは、抵抗率は、１０^４Ω／□、３，０００Ω／□、１，０００Ω／□、または１００Ω／□以下である。典型的には、抵抗率は、１０Ω／□乃至１０００Ω／□、１００Ω／□乃至７５０Ω／□、５０Ω／□乃至２００Ω／□、１００Ω／□乃至５００Ω／□、１００Ω／□乃至２５０Ω／□、１０Ω／□乃至２００Ω／□、１０Ω／□乃至５０Ω／□、または１Ω／□乃至１０Ω／□の範囲である。

上述のように、導電性特徴は、単一の特徴を形成する場合、基板上に塗膜溶液の複数の被膜を層化することによって、基板上に形成され得る。そのような複数の層化は、概して、特徴の抵抗率を低減させるが、また、ヘイズを増加させ、特徴の透過率を低下させ得る。

（用途）
本明細書に開示されるスクリーン印刷方法および装置を使用して生成される透過導電性特徴を有する基板は、現在、金属酸化物膜等の透過性導体を利用する任意の素子を含む、種々の素子内の電極として使用可能である。好適な素子の実施例は、ＬＣＤ等のフラットパネルディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、着色フラットパネルディスプレイ用カラーフィルタ、タッチスクリーン、電磁遮蔽、機能ガラス（例えば、電界変色性窓用）、ＥＬランプおよび光電池を含む光電子素子等を含む。加えて、本明細書の透過導電性特徴は、可撓性ディスプレイおよびタッチスクリーン等の可撓性素子内で使用可能である。

（（ａ）液晶ディスプレイ）
ＬＣＤは、外部電場により光の透過率を制御することによって、画像を表示するフラットパネルディスプレイである。典型的には、ＬＣＤは、液晶セルのマトリクス（すなわち、「ピクセル」）と、ピクセルを駆動するための駆動回路とを含む。各液晶セルは、共通電極に対して、液晶セルに電場を印加するためのピクセル電極を備える。ピクセル電極の各々が、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）にともに接続される場合、スイッチング素子として機能し、すなわち、ピクセル電極は、ＴＦＴを介して印加されるデータ信号に従って、液晶セルを駆動する。

ＴＦＴ ＬＣＤパネルは、その間に介在している液晶セルを伴う、２つの基板を備える。ピクセル電極は、各液晶セルのための下方基板上に提供されるが、共通電極は、上方対向基板の表面全体に一体的に形成される。したがって、下方基板（また、ＴＦＴアレイ基板またはＴＦＴバックプレーンとも称される）は、対応するピクセル電極に接続される、薄膜トランジスタのアレイを備える。上方対向基板は、カラーフィルタ（その組み合わせは、カラーフィルタ基板と称される場合もある）上に塗膜され得る、共通電極を備える。

従来、ピクセル電極は、十分な光を透過させるために、高透過性ＩＴＯ膜から成る。上述のように、ＩＴＯ膜は、加工にコストがかかり、可撓性基板上で使用される場合、亀裂を受けやすい場合がある。本明細書に記載される異方性ナノ構造ベースの透過性導体特徴は、ＴＦＴピクセル電極の加工に代替方法をもたらす。

概して、本明細書に記載される薄膜トランジスタは、当技術分野において任意の周知の方法に従って、加工可能である。ナノワイヤベースのピクセル電極は、異方性ナノ構造透過導電性塗膜によって、ＴＦＴバックプレーンの特徴をインクジェットすることによって、形成可能である。

本明細書に開示されるナノ構造ベースの透過導電性特徴は、ＬＣＤ技術において現在使用されているあらゆるＴＦＴ構成と互換性がある。一般に、薄膜トランジスタは、底部ゲート型と上部ゲート型の２つの広義のカテゴリに分類される。底部ゲートＴＦＴでは、ゲート電極は、活性層下に配置されるが、上部ゲート型ＴＦＴでは、ゲート電極は、活性層上に配置される。底部ゲート薄膜トランジスタは、典型的には、上部ゲート型薄膜トランジスタと比較して、優れた信頼性を有する。これらの構造的構成は、例えば、Ｍｏｄｅｒｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ’９９（Ｐｒｅｓｓ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９８，ｐｐ．５３ ｔｏ ５９）およびＦｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ １９９９（Ｎｉｋｋｅｉ ＢＰ，１９９８，ｐｐ．１３２ ｔｏ １３９）により詳細に記載されている。さらに、活性面積を形成する材料の種類に応じて、薄膜トランジスタは、また、非晶形シリコン、多結晶シリコン、および有機半導体に基づき得る。

図３は、一実施形態による、ＴＦＴバックプレーンのスイッチング素子の断面図を示す。示されるように、スイッチング素子３９４は、底部ゲート薄膜トランジスタ３９６と、ナノ構造ベースのピクセル電極３９８とを備える。薄膜トランジスタは、基板４０２上に形成される、ゲート電極４００を含む。ゲート電極は、フォトリソグラフィによって画定される、金属層（例えば、Ｍｏ−Ａｌ−Ｃｄ）であり得る。ゲート絶縁層４０６は、ゲート電極４００上にある。薄膜トランジスタ３９６は、絶縁層４１０と、第１の半導体層４１４（例えば、アモルファスシリコン）と、第２の半導体層４１８（例えば、ｎ＋ドープアモルファスシリコン）とをさらに含み、すべて、島状の構造を形成するように画定される。ソース電極４２２およびドレイン電極４２６は、チャネル４３０を画定し、第１の半導体層４１４（すなわち、活性層）の一部を露出させる。さらなる保護層４３４は、島構造、ソース、およびドレイン電極を被覆する一方、接触正孔４３８を露出させる。保護層４３４は、例えば、シリコン窒化物層である。ナノ構造ベースの透過導電性特徴４４２は、ピクセル電極３９８を形成するパターンで薄膜トランジスタ３９６上に塗膜される。ＴＦＴバックプレーンの他の部分では、同一ナノ構造ベースの透過性導体特徴４４２は、また、信号線範囲４４６を画定するようにパターン化され得る。さらなる実施形態では、上述のスイッチング素子は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）素子内に組み込まれ得る。

図４は、ＴＦＴバックプレーン５０１と、カラーフィルタ基板５０２とを備える、ＬＣＤ素子５００を図式的に示す。バックライト５０４は、偏光子５０８およびガラス基板５１２を通して、光を投影させる。複数の第１の透過性導体細片５２０は、底部ガラス基板５１２と第１の整合層５２２（例えば、ポリイミド層）との間に配置される。各透過性導体細片５２０は、データライン５２４と交互する。スペーサ５３０は、第１の整合層５２２と第２の整合層５３２との間に提供され、整合層は、その間に液晶５３６を挟着する。複数の第２の透過性導体細片５４０は、第２の整合層５３２上に配置され、第２の透過性導体細片５４０は、第１の透過性導体細片５２０から直角に向く。第２の透過性導体細片５４０は、不動態化層５４４と、着色基質のカラーフィルタ５４８と、上部ガラス基板５５０と、偏光子５５４とによって、さらに塗膜される。有利なことに、透過性導体細片５２０および５４０は、それぞれ、底部ガラス基板および整合層上にスクリーン印刷された本明細書に開示される透過導電性特徴を使用して、形成可能である。従来採用されていた金属酸化物細片（ＩＴＯ）と異なり、コストのかかる蒸着またはエッチングプロセスが必要ない。

図５は、別の実施形態による、上部ゲート型ＴＦＴに基づくＬＣＤの断面図を示す。示されるように、ＬＣＤ５４２は、ＴＦＴ基板５４４と、カラーフィルタ基板５４６とを有し、液晶層５４８が、それらの間に介在している。上述のように、ＴＦＴ基板５４４では、薄膜トランジスタ５５０およびピクセル電極５５２は、底部透過性基板５５４上に基質構成として配列される。共通電圧が供給され得る共通電極５５６およびカラーフィルタ５５８は、上部透過性基板５６０上に配置される。ピクセル電極５５２と共通電極５５６との間に印加される電圧は、それらの間に液晶５４８を伴って、互いに対向し、液晶セル（ピクセル）を駆動する。

底部透過性基板５５４上のピクセルの各々に対して配置される薄膜トランジスタ５５０は、上部ゲート型ＴＦＴであって、そのゲート電極５６２は、活性層５６４上に位置する。ＴＦＴの活性層５６４は、当技術分野において周知の方法に従って、底部基板５５４上にパターン化される。ゲート絶縁層５６６は、活性層５６４上にあり、それを被覆する。ゲート電極５６２に対向する活性層５６４の一部は、チャネル領域５６４ｃである。不純物ドープを伴うドレイン領域５６４ｄおよびソース領域５６４ｓは、チャネル領域５６４ｃの両側に配置される。活性層５６４のドレイン領域５６４ｄは、また、ゲート電極５６２を被覆する層間絶縁層５６８内に形成される接触正孔を通して、ドレイン電極５６６としても機能するデータラインに接続される。また、絶縁層５７０は、データラインおよびドレイン電極５６６を被覆するように配置される。ピクセル電極５５２を形成するナノ構造ベースの透過導電性特徴は、絶縁層５７０上に配置される。ピクセル電極５５２は、接触正孔を介して、活性層５６４のソース領域５６４ｓに接続される。第１の整合層５７２は、ピクセル電極上に配置されてもよい。図１３は、各ピクセルに対して配置され得る、蓄積容量要素５７４をさらに示す。蓄積容量要素は、ＴＦＴが選択されない場合、液晶容量に印加されるべき表示コンテンツに対応する電荷を維持する。したがって、ピクセル電極５５２の電圧変化が維持され、あるシーケンスの間、表示コンテンツを不変状態にすることが可能である。また、示されるように、活性層５６４のソース領域５６４ｓは、蓄積容量要素５７４の第１の電極５７６としても機能する。蓄積容量要素５７４の第２の電極５７８は、ゲート電極５６２とともに、かつ同一層内に同時に形成可能である。また、ゲート絶縁層５６６は、第１の電極５７６と第２の電極５７８との間の誘電体としても作用する。ゲート電極５６６（すなわち、ゲートライン）と第２の電極５７８（すなわち、蓄積容量ライン）とは、平行に配列される。それらは、ピクセル電極５５２から直角に配向され、ピクセルのマトリクスを画定する。

底部ゲートおよび上部ゲート型ＴＦＴ構成の両方に対して、活性層は、任意の容認可能な半導体材料であり得ることを理解されたい。典型的には、アモルファスシリコンは、蒸着およびパターニングステップの容易性および経済性のため、広く使用されている。また、多結晶シリコンも使用可能である。多結晶シリコンは、アモルファスシリコンよりも優れた電流駆動能力を有するため、スイッチング素子内で使用される場合、優れた性能を提供する。多結晶シリコンの低温蒸着が可能であって、多結晶シリコンベースのＴＦＴ製造の代替方法として報告されており、例えば、米国特許第７，０５２，９４０号を参照されたい。加えて、また、有機半導体材料も使用可能である。ある実施形態では、有機π共役化合物は、有機ＴＦＴの活性層を形成する、有機半導体材料として使用され得る。π共役化合物は、当技術分野において周知であって、ポリピロール、ポリチオフェン（任意に、Ｃ_６０によってドープされてもよい）、ポリピレン、ポリアセチレン、およびポリベンゾチオフェン等を含むが、それらに限定されない。有機ＴＦＴの好適な有機半導体材料のさらなる実施例は、例えば、米国特許第７，０１８，８７２号に記載されている。

本明細書に論じられるように、ＴＦＴバックプレーンは、カラーフィルタ基板に対向して、ＬＣＤ内に配置される（例えば、図２４および２５参照）。カラーフィルタ基板は、典型的には、透過性基板と、黒色基質（すなわち、光遮蔽層）と、着色ピクセルのアレイとを備える。典型的には、着色ピクセルは、あるパターンにおいて、透過性基板上に配列される。黒色基質は、各着色ピクセルの周囲にグリッドを形成する。ある実施形態では、各着色ピクセルは、色と関連付けられる。他の実施形態では、各着色ピクセルは、より小さい色素範囲（サブピクセルと称される）にさらに分割され、各サブピクセルは、色と関連付けられ得る。典型的には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）等の原色が使用される。例えば、ＲＧＢの３色の反復アレイは、種々の色のカラー画像を生成可能である。着色ピクセルまたはサブピクセルは、原色に限定されず、また、白色、黄色、シアン等の他の色も使用可能である。

ＬＣＤのモードに応じて、共通電極と単位カラーフィルタとの相対的位置は、ＴＮ（ねじれネマチック）モードにおけるものとＩＰＳ（面内スイッチング）モードにおけるものとは異なり得る。

（（ｂ）プラズマディスプレイパネル）
プラズマディスプレイパネルは、プラズマ放電によって発生される紫外線光によって蛍光材料（例えば、蛍光体）を励起させることによって、可視光を放出する。プラズマディスプレイパネルは、２つの絶縁基板（例えば、ガラス板）を採用し、各絶縁基板は、電極およびその上に形成されるバリアリブを有し、個々のセル（ピクセル）を画定する。これらのセルは、１つ以上の不活性ガス（例えば、Ｘｅ、Ｎｅ、またはＫｒ）で充填され、電場下、イオン化され、プラズマを生成し得る。より具体的には、アドレス電極は、後面ガラス板に沿って、セルの背面に形成される。透過性ディスプレイ電極は、バス電極とともに、正面ガラス板上のセルの正面に搭載される。アドレス電極および透過性ディスプレイ電極は、互いに直交し、セルにおいて交差する。動作時、制御回路は、電極を充電し、正面と背面板との間に電圧差を生じさせ、不活性ガスをイオン化し、プラズマを形成する。

金属酸化物透過性導体（例えば、ＩＴＯ）は、従来、上方ガラス板上の透過性ディスプレイ電極として使用され、プラズマ発生可視光を通過させる。ナノ構造ベースの透過性トレースは、ＰＤＰ内のディスプレイ電極の好適な電極材料である。それらは、必要な特徴サイズ（例えば、１００−３００μｍ）において、本明細書に開示されるようにスクリーン印刷され得る。

図６は、一実施形態による、ＰＤＰの断面図を示す。ＰＤＰ６０６は、下方透過性基板６０８と、下方透過性基板６０８上に形成される下方絶縁層６１０と、下方絶縁層６０８上に形成されるアドレス電極６１２と、アドレス電極６１２および下方絶縁層６１０上に形成される下方誘電層６１４と、放電セル６１８を画定する絶縁壁６１６と、絶縁壁６１６上に配置される黒色基質層６２０と、黒色基質層６２０および絶縁壁６１６の両側と、下方絶縁層６０８上とに形成される蛍光層６２２と、上方透過性基板６２４と、上方透過性基板６２４上に形成され、アドレス電極６１２に対して直角に配置されるディスプレイ電極６２６と、ディスプレイ電極６２６の一部上に形成されるバス電極６２８と、バス電極６２８、ディスプレイ電極６２６、および上方透過性基板６２４上に形成される上方誘電層６３０と、上方誘電層６３０上に形成される保護層（例えば、ＭｇＯ）６３２とを含む。ディスプレイ電極は、本明細書に記載される方法に従って蒸着される導電性ナノ構造トレースによって形成され得る。

ナノ構造ベースの透過導電性特徴は、光が容認可能な効率性を伴って透過し、ディスプレイパネル上に画像を生成可能なように、透過性電極が、ディスプレイパネル上に配置される、ＰＤＰの任意の他の構成にも好適であることを理解されたい。

（（ｃ）光電池）
太陽放射は、約０．４ｅＶ乃至４ｅＶの光子範囲で使用可能なエネルギーを提供する。光起電（ＰＶ）セル等の光電子素子は、本範囲にある光子エネルギーを採集し、電力に変換する。光電池は、本質的に、照明下の半導体接合部である。光は、半導体接合部（すなわち、ダイオード）によって吸収され、電子−正孔対は、接合部の両側、すなわち、ｎ型エミッタおよびｐ型ベース上に生成される。次いで、これらの電荷担体（ベースからの電子およびエミッタからの正孔）は、接合部に拡散し、電場によって掃引され、したがって、素子全体に電流を生成する。半導体接合部は、単一材料（例えば、結晶シリコン）をドープし、ｐ型およびｎ型側を形成することによって、ホモ接合セル内に形成され得る。ＰＮ構造またはＰ−ｉ−Ｎ構造のいずれかが、使用され得る。

ヘテロ接合は、２つの異なる半導体を接触させることによって、形成可能である。典型的には、２つの半導体は、異なるバンドギャップを有する。より高いバンドギャップを伴う１つは、その透過性のために選択され、上部層または窓層として配置される。より低いバンドギャップを伴う１つは、底部層を形成し、光吸収材料として機能する。窓層は、ほぼあらゆる入射光を底部層に到達させ、直ちに光を吸収させる。

多接合セルは、太陽のスペクトルの大部分を補足するように開発されている。本構成では、個々のヘテロ接合セルは、太陽光が、最初に、最大バンドギャップを有する材料上に当たるように堆積される。次いで、第１のセル内に吸収されない光子は、残りの太陽放射のより高いエネルギー部分を吸収する一方、より低いエネルギー光子に対しては透過性のままである、第２のセルに透過される。これらの選択的吸収プロセスは、最小バンドギャップを有する最終セルまで続く。

励起子ＰＶセルでは、ｐドープおよびｎドープ領域の代わりに、異なるバンドギャップの材料が、１つの半導体から別の半導体への電荷移動を介して、電荷を分割および励起するために使用される。電荷分離後、電荷は、電荷収集のための接触電極間の仕事関数の差異によって生じる蓄積電位のために掃引される。例えば、有機光電池は、このように作用し、一方の半導体は、ポリチオフェンであって、他方は、Ｃ６０であり得る。ポリチオフェンは、光を吸収し、励起が生じる。電子は、ポリチオフェンからＣ６０（電子のより低いエネルギー状態）に遷移する。正孔は、電子同様に、バッキーボール間のホッピングによって収集されるまで、ポリチオフェン骨格に沿って移動する。

オーム金属−半導体接点は、太陽電池のｎ型側およびｐ型側の両方に提供される。また、多接合セルにおいて、それらは、２つの隣接するセル間に介在している。ｎ型側に生成されるか、または接合部によって「収集され」、ｎ型側に掃引された電子は、ワイヤを通って進行し、負荷に電力を供給し、ｐ型半導体−金属接点に到達するまで、ワイヤを通過し続け得る。透過性導体（例えば、ＩＴＯ）は、窓層を通って、その下の活性光吸収材料へと光を通過させるとともに、光吸収材料から光生成電荷担体を運搬するオーム接点としての役割を果たすので、太陽電池のための接触材料として望ましい。

図７は、ホモ接合太陽電池６６４を示す。太陽電池６４４は、上部接点６６８と、底部接点６７０と、その間に介在している半導体ダイオード６７２とを含む。半導体ダイオードは、例えば、上部のｐドープシリコンと、底部のＮドープシリコンとを伴う、ＰＮ構造であり得る。シリコンは、典型的には、結晶シリコンである。より経済的代替例として、多結晶シリコンが、当技術分野において周知の方法に従って使用可能である。また、半導体ダイオードは、アモルファスシリコンから形成可能であって、その場合、Ｐ−ｉ−Ｎ構造が好ましい。

上部接点は、典型的には光学的に透明であって、光入射表面、すなわち、光が最初に太陽電池内に侵入する表面を備える。任意に、基板６７４は、底部接点６７０下に存在し得る。また、任意に、バスバー６７６が形成されて上部接点を覆い得る。バスバー６７６は、本明細書に記載されるように、ナノ構造ベースの透過導電性ラインをスクリーン印刷することによって、形成されることが可能である。

図８は、別の実施形態による、ヘテロ接合太陽電池を示す。示されるように、ヘテロ接合太陽電池６８０は、上部接点６８２と、底部接点６８４と、その間に介在している半導体ヘテロ接合層６８６とを含む。

ある実施形態では、半導体ヘテロ接合層６８６は、三層構造（例えば、Ｎ−ｉ−Ｐ）を備える。したがって、ドープ上部半導体層６８６ａ、非ドープ中間半導体層６８６ｂと、ドープ底部半導体層６８６ｃとを備えてもよい。ある実施形態では、第１の半導体層６８６ａは、第３の半導体層６８６ｃより高いバンドギャップを有する。

第１、第２、および第３の半導体層は、薄膜層として蒸着され得る。好適な半導体材料は、有機半導体材料（本明細書に論じられるように）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、銅インジウムガリウムセレン化物（ＣＩＧＳ）、銅インジウムセレン化物（ＣＩＳ）等を含むが、それらに限定されない。例えば、典型的なＣｄＴｅセルでは、上部層は、ｐ型硫化カドミウム（ＣｄＳ）であって、中間層は、真性ＣｄＴｅであって、および底部層は、ｎ型テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）である。また、半導体ヘテロ接合層６８６は、ＮＰ構造中に上部半導体層６８６ａおよび底部半導体層６８６ｃのみを含むことも可能である。

薄膜半導体層に基づくヘテロ接合セルは、シリコンベースの太陽電池と比較して、材料コストを節約する。しかしながら、薄膜半導体層の劣った性能のため、そのような素子は、エネルギー変換において、多結晶シリコンベースのセルより低効率である。したがって、一実施形態では、多接合セルが、図９に関連して記載される。示されるように、多接合セル６９０は、上部から底部まで連続的に、上部接点６９２と、第１のセル６９４と、トンネル層６９６と、第２のセル６９８と、底部接点７００とを含み、上部接点６９２および底部接点７００は、本明細書に開示されるように、導電性ナノ構造ベースの透過性膜から成る。簡潔にするため、多接合セル６９０は、２つのセルのみを含むように示される。しかしながら、付加的セルが同様に加工され得ることを理解されたい。

第１のセル６９２および第２のセル６９８は両方とも、図２９Ｂに示される単一の接合太陽電池６８０と類似の三層構造とを有する。第１のセルは、衝突光により近接し、したがって、第２のセルよりも大きなバンドギャップを有するように選択されるべきである。そうすることによって、第１のセルは、第２のセル６９８によって吸収され得るより低いエネルギー光子に対して透過性となる。

第１のセルと第２のセルとは、セル間の電子の流動を可能にするトンネル層６９６によって分離される。トンネル層６９６は、反対にドープされた半導体層を備える、ＰＮダイオードであり得る。

上部接点６９２および底部接点７００は、ナノワイヤベースの透過性導体膜である。それらは、本明細書に記載される方法によって調製され得る。太陽電池６９０は、当業者に認識されるように、基板、バスバー、反射防止膜等の付加的層を含み得る。さらに、本明細書に開示されるナノ構造ベースの透過性膜は、任意の太陽電池構成における１つ以上の接点として好適であることを理解されたい。

（実施例１）
（銀ナノワイヤの合成）
銀ナノワイヤは、ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ）の存在下において、エチレングリコール中で溶解された硝酸銀の還元によって合成した。本方法は、例えば、Ｙ．Ｓｕｎ、Ｂ．Ｇａｔｅｓ、Ｂ．Ｍａｙｅｒｓ、＆ Ｙ．Ｘｉａ、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｖｅｒ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ｂｙ ｓｏｆｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｎａｎｏｌｅｔｔ、（２００２）、２（２）１６５−１６８に記載されている。一様な銀ナノワイヤは、遠心分離または他の周知の方法によって、選択的に分離可能である。

代替として、一様な銀ナノワイヤは、上述の反応混合物への好適なイオン添加剤（例えば、塩化テトラブチルアンモニウム）の添加によって、直接合成可能である。したがって、生成された銀ナノワイヤは、サイズ選択の分離ステップを伴わずに、直接使用可能である。本合成は、本願の譲受人であるＣａｍｂｒｉｏｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの名前に基づく米国仮出願第６０／８１５，６２７号により詳細に記載されており、その出願は、本明細書に全体として組み込まれる。

（実施例２）
（スクリーン印刷導電性塗膜溶液；電気特性）
次いで、本明細書に記載されるように調製し、沈殿および溶剤交換を介して精製した銀ナノワイヤを１週間、水中に沈殿させた。ナノワイヤは、約１１．５μｍ乃至１５．５μｍの長さ、および約３５ｎｍ乃至４５ｎｍの直径を有していた。水を他へ移し、沈殿ナノワイヤを完全に乾燥させた。次いで、ＰＧＭＥをナノワイヤに添加し、混合した。次いで、ナノワイヤをさらに１週間沈殿させ、ＰＧＭＥを他へ移した。次いで、得られたナノワイヤの一部を、２つの異なる増粘剤（Ｄｕｐｏｎｔ（登録商標） ３６１７およびＢｏｒｃｈｉ（登録商標）ＰＷ ２５）に別々に添加し、混合した（各溶液は、約９９重量％の増粘剤および約１重量％のナノワイヤを有していた）。また、約１％乃至１０重量％のＥｔｈｏｃｅｌ（登録商標） ３００と、各々別個に、約８９％乃至９８％のＰＧＭＥ、乳酸エチル、ベンジルアルコール、およびジアセトンアルコールを使用して、さらに４つの塗膜溶液を調製し、それぞれ、約１重量％のナノワイヤと混合した。

塗膜溶液を各々、ＡＭＩ−Ｐｒｅｓｃｏ ＭＳＰ−４８５スクリーンプリンタを使用して、透過性ＰＥＴ基板上にスクリーン印刷した。基板とスクリーンとの間の空隙を、０．０１０インチ乃至０．０３５インチに設定した。デュロメータ９０スキージを２５０の網目ステンレス鋼のスクリーンと併用した。印刷されたパターンは、幅約０．６ｃｍおよび長さ５．６ｃｍのバスバーであった。乳剤厚は、０．０００５インチであった。次いで、バスバー特徴を乾燥させた。次いで、各バスバーの抵抗を、Ｋｅｉｔｈｌｙ（登録商標） Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製の二点オーム計を使用して測定し、各特徴を１分間、アルコールで洗浄し、再度、抵抗を測定した。最後に、各バスバーを最大５分間、１２０℃で加熱し、再度、アルコールで洗浄し、抵抗を測定した。得られた抵抗測定値を以下の表１に示す。

Ｅｔｈｏｃｅｌ（登録商標） ３００およびＢｏｒｃｈｉ ＰＷ ２５の抵抗測定値の範囲は、バスバーの両端に沿って異なる点で得られた測定値の結果である。抵抗測定値は、第１のアルコール洗浄後、約１０％減少し、焼成および第２のアルコール洗浄後、さらに約１０％減少した。示されるように、基板上の導電性特徴は、導電異方性ナノ構造を含有する塗膜溶液をスクリーン印刷することによって生成することが可能である。

（実施例３）
（スクリーン印刷導電性塗膜溶液；電気および光学特性）
本明細書に記載されるように調製し、沈殿および溶剤交換を介して精製した銀ナノワイヤを１週間、水中に沈殿させた。ナノワイヤは、約１１．５μｍ乃至１５．５μｍの長さ、および約３５ｎｍ乃至４５ｎｍの直径を有していた。水を他へ移した。次いで、得られたナノワイヤの一部を異なる重量パーセント（以下の表２および表３に示されるように）のＰｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ（登録商標） ＷＢ４０Ｂ−６３（表２）およびＷＢ４０Ｂ−６４（表３）に別々に添加し、０．７重量％の銀ナノワイヤ、以下に示される重量パーセントの増粘剤、残留溶液水を有する溶液を生成した。各混合物は、スクリーン印刷され、透過性ＰＥＴ上に約３×４インチの矩形の導電性特徴を生成した。次いで、各特徴の抵抗率、透過性、およびヘイズを測定した。抵抗率は、Ｄｅｌｃｏｍ抵抗測定装置および四点接触抵抗測定プローブの両方を使用して測定した。各混合物の抵抗率測定値の結果を以下の表２および表３に示す。

示されるように、増粘剤ＷＢ４０Ｂ−６３（表２）または増粘剤ＷＢ４０Ｂ−６４（表３）のいずれの場合も、特徴の抵抗は、約０．５％の増粘剤使用後に比較的に非常に高くなる。

加えて、１．２５％のＷＢ４０Ｂ−６３増粘剤を使用して印刷した特徴を、Ｐｅｐｅｔｏｏｌｓ Ｍｏｄｅｌ ＰＥＰＥ １８９．００ラミネータに６回通過させた。各積層後、抵抗を測定した。加えて、ラミネータを６回通過後、特徴をアルゴン雰囲気に曝露させ、再度、抵抗を測定した。積層およびアルゴン処理の結果を図１０に示す。抵抗率は、縦軸に示され、ラミネータ通過回数は横軸に示される。「アルゴン」と標識されたバーは、アルゴン処理後の抵抗測定値である。最終バーは、対照バーであって、積層またはアルゴン処置がされていない。示されるように、積層は、６回の積層後、少なくとも１０，０００ｋΩ乃至約１ｋΩ、特徴の抵抗を低減させた。加えて、アルゴン処理は、１ｋΩを下回るまでさらに抵抗を低減させた。

本明細書に参照される、および／または出願データシートに列挙される、上述の米国特許、米国特許出願刊行物、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および非特許刊行物はすべて参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。

上述から、本発明の具体的実施形態が、例示のために本明細書に記載されたが、種々の修正が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく成されてもよいことが理解されるであろう。故に、本発明は、添付の請求項による場合を除いて限定されるものではない。

Claims (19)

1. スクリーン印刷のための塗膜組成物であって、
   増粘剤と、
   金属異方性ナノ構造と
   を含む、塗膜組成物。
2. 異方性ナノ構造に対する増粘剤の比率は、９９乃至９９９である、請求項１に記載の塗膜組成物。
3. 前記増粘剤は、Ｄｕｐｏｎｔ（登録商標） ３５１７、Ｔｏｙｏｂｏ Ｖｙｌｏｎａｌ（登録商標）、およびＢｏｒｃｈｉ（登録商標） ＰＷ ２５のうちの１つである、請求項２に記載の塗膜組成物。
4. 溶剤をさらに含む、請求項１に記載の塗膜組成物。
5. 増粘剤の異方性ナノ構造に対する比率は、１乃至１００であり、
   溶剤の異方性ナノ構造に対する比率は、８９乃至９８９である、
   請求項４に記載の塗膜組成物。
6. 前記増粘剤は、エチルセルロース、ヒドロプロピルセルロース、およびヒドロキシルプロピルセルロースのうちの１つであって、前記溶剤は、水、ＰＧＭＥ、乳酸エチル、ベンジルアルコール、およびジアセトンアルコールのうちの１つである、請求項５に記載の塗膜組成物。
7. 基剤をさらに含む、請求項１に記載の塗膜組成物。
8. 増粘剤の異方性ナノ構造に対する比率は、０．１乃至１６であり、
   溶剤の異方性ナノ構造に対する比率は、９０．８乃至１９８．８であり、
   基剤の異方性ナノ構造に対する比率は、０．０１乃至０．４である、
   請求項７に記載の塗膜組成物。
9. 前記増粘剤は、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ（登録商標） ＷＢ４０Ｂ−６３およびＷＢ４０Ｂ−６４のうちの１つである、請求項８に記載の塗膜組成物。
10. 前記金属異方性ナノ構造は、金属ナノワイヤおよび金属ナノチューブのうちの１つである、請求項１に記載の塗膜組成物。
11. 前記金属異方性ナノ構造は、銀ナノワイヤおよび金ナノチューブのうちの１つである、請求項１に記載の塗膜組成物。
12. 基板上に形成される導電性特徴であって、
    該導電性特徴は、金属異方性ナノ構造を含み、
    該導電性特徴は、該金属異方性ナノ構造を含有する塗膜溶液を該基板上にスクリーン印刷することによって形成される、導電性特徴。
13. 請求項１２に記載の導電性特徴を含む、液晶ディスプレイ。
14. 請求項１３に記載の導電性特徴を有する、プラズマディスプレイパネル。
15. 請求項１２に記載の導電性特徴を有する、光電池。
16. ８５％超の光透過性を有する、請求項１２に記載の導電性特徴。
17. ３％未満の光学ヘイズを有する、請求項１２に記載の導電性特徴。
18. ２００オーム／スクエア未満の抵抗率を有する、請求項１２に記載の導電性特徴。
19. 前記導電性特徴を覆う基質層を有する、請求項１２に記載の導電性特徴。

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