JP2006502535A - 実質的に透明な伝導層構成の製造方法 - Google Patents

実質的に透明な伝導層構成の製造方法 Download PDF

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Abstract

支持体上の実質的に透明な伝導層構成の製造方法であって、層構成がいずれかの順序で場合により式(I)[式中、nは1より大きくそしてRおよびRのぞれぞれは独立して水素または場合により置換されていてもよいC1−4アルキル基を表わすか或いは一緒になって場合により置換されていてもよいC1−4アルキレン基または場合により置換されていてもよいシクロアルキレン基、好ましくはエチレン基、場合によりアルキル−置換されていてもよいメチレン基、場合によりC1−12アルキル−もしくはフェニル−置換されていてもよいエチレン基、1,3−プロピレン基もしくは1,2−シクロヘキシレン基を表わす]により示される構造単位を含有してもよい真性伝導性重合体を含有する第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも含んでなり、この方法が写真処理により第二の層を生成せしめる段階を含んでなる方法、並びにこの方法に従い製造される発光ダイオード、光電池装置、トランジスターおよびエレクトロルミネセント装置。

Description

本発明は実質的に透明な伝導層構成(conductive layer configuration)の製造方法に関する。
多くの用途において安価な透明伝導層に対する要望があるが、(大面積)用途のあるものに関しては母線(busbar)も要求されるであろう。高伝導性(非透明)パターンは、例えば銀またはカーボンブラックペーストの如きスクリーン印刷伝導ペーストにより製造することができる。シャドーマスクを通す金属の真空蒸着が別の方法である。さらに別の方法は、金属腐食剤と組み合わせたホトレジスト技術の使用によりパターン化されうる均一な伝導性の金属処理された表面を使用する。写真フィルムも、ある種の条件下では、電気伝導性の銀「像」の製造用に使用することができる。
特許文献1は、露出時および現像後に伝導性の像を形成する感光性の蒸発したハロゲン化銀フィルムの使用を記述している。特許文献2は、コーティングされたハロゲン化銀乳剤から出発する微小回路用の伝導性行路、抵抗およびコンデンサの写真式製造方法を記述している。特許文献3は、拡散転写技術による電気伝導性パターンの製造を記述している。
透明な重合体をベースにした伝導体および高伝導性(非透明)パターンの組み合わせは幾つかの文献に記述されている。特許文献4は、正孔および/または電子注入層を含有し、重合体状有機伝導体がポリフラン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンおよびポリピリジンの群から選択されるエレクトロルミネセント(electroluminescent)構成を開示している。特許文献4は、例えばITO(酸化錫インジウム)の如き透明な金属電極上での電荷注入層としてのポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)の使用、並びに下記の物質:a)金属酸化物、例えばITO、酸化錫など;b)半透明の金属膜、例えばAu、Pt、Ag、Cuなどが透明で且つ伝導性の物質として適することも開示している。後者は真空技術により適用される。
特許文献5は、陽極、有機正孔注入移送層、有機蛍光層および陰極を順次この順序で有する有機エレクトロルミネセント装置を開示しており、ここで有機正孔注入移送層は芳香族カルボン酸の金属錯体および/または金属塩を含有する。特許文献5はさらに、金属、例えばAl、Au、Ag、Ni、PdもしくはTe、金属酸化物、カーボンブラックまたは伝導性樹脂、例えばポリ(3−メチルチオフェン)、から選択される異なるタイプの伝導性物質を沈着させることによりそのような装置中で使用される伝導層が多層構造を有しうることも開示しているが、具体的な組み合わせは例示されていない。
特許文献6は基質表面上での電気伝導性重合体のパターンの製造方法を開示しており、該方法はa)該基質の表面上に加熱時に該電気伝導性重合体を生成しうる物質、例えば3,4−エチレンジオキシチオフェン、酸化剤および塩基を含有する溶液から液体層を形成し、b)該液体層をパターン化された照射に露出し、そしてc)該層を加熱して、それにより電気伝導性重合体のパターンを形成することを含んでなり、該伝導性重合体は層の露出されなかった領域で形成されそして非伝導性重合体は露出された領域で形成される。金属層、例えば銀、銅、ニッケルまたはクロム、を用いる伝導性重合体パターンのカルバニ設備(galvanic provision)も特許文献6に開示されている。
特許文献7は、第一の層が電磁スペクトルの可視範囲で透明または半透明である有機または有機金属性の電気伝導性重合体、例えばポリチオフェン、ポリチオール、ポリアニリン、ポリアセチレンまたはそれらの場合により置換されていてもよい誘導体、を含有すること並びに第二の層が少なくとも1種の電気伝導性無機化合物もしくは金属または適当にドーピングされた半金属、例えばCu、Ag、Au、Pt、Pd、Fe、Cr、Sn、Alもしくはそれらの合金または伝導性炭素よりなる群から選択される物質、を含有することを特徴とする、特に透明もしくは半透明電極またはエレクトロルミネセント構成用の、伝導層システムを開示している。好ましい態様では、第二の層は好ましくは5−500μmのグリッドを有するオープングリッド構造により形成される伝導性パターンであるため、それは肉眼により識別できない。発明の実施例2は、約2mm幅のレイトシルバー(Leitsilber)(銀粒子分散液)の伝導性トラックが印刷技術により適用された1500Ω/平方の表面抵抗を有するポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)[PEDOT]/ポリ(スルホン酸スチレン)[PSS]層を開示している。
特許文献7の実施例2に開示された層構成は、0.5〜1Ω/平方の表面抵抗を有する層を得るためにはレイトシルバーのグリッドの5〜10μmの厚さを必要とし、これは構成の表面がある程度の粗さを有するためその用途を限定して、薄い、例えば100nmの、機能層の適用を困難にすることを意味する欠点を有する。さらに、水性PEDOT/PSS分散液はそのようなレイトシルバーグリッドを湿らさず、従って使用できる多層伝導性構成は生じないであろう。
さらに、そのようなものの逆の順序、すなわち最初の伝導性金属グリッドそして次の伝導性の透明な重合体層、はLED装置や薄膜光電池装置(thin film photovoltaic devices)では多分より重要であろうし、そこでは透明な重合体電極は正孔注入層として機能する。
米国特許第3,664,837号明細書 独国特許第1,938,373号明細書 米国特許第3,600,185号明細書 独国特許出願公開第196 27 071号明細書 欧州特許出願公開第510 541号明細書 米国特許第5,447,824号明細書 国際公開第98/54767号パンフレット
従って、本発明の一局面は伝導性重合体層または伝導性金属層のいずれかを支持体のより近くで実現することができる伝導性重合体層および伝導性金属層を含んでなる多層電極構成の製造方法を提供することである。
本発明の別の局面は機能層システムを適用することができる伝導性重合体層および伝導性金属層を含んでなる多層電極構成を製造する方法を提供することである。
本発明の別の局面は伝導性電極からのイオン泳動を防止することである。
本発明の別の局面および利点は以下の記述から明らかになるであろう。
発明の要旨
真性伝導性重合体、例えばPEDOT/PSSを含有する第一の層および銀パターンである第二の層を含んでなる多層構成中で写真処理を用いて銀グリッドを製造することにより、PEDOT/PSS層または銀パターンを最外側に有する構成を得ることが可能になって、機能層をその最外側層に容易に適用しうることが驚くべきことに見出された。
本発明の局面は、支持体上の実質的に透明な伝導層構成の製造方法であって、層構成が真性伝導性重合体を含有する第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも任意の順序で含んでなり、この方法が写真処理により第二の層を生成せしめる段階を含んでなる方法により実現される。
本発明の局面は、本発明に従う方法により得られうる層構成であって、層構成がフェニル基が少なくとも1個の電子受容性基で置換された1−フェニル−5−メルカプト−テトラゾール化合物をさらに含有する層構成によっても実現される。
本発明の局面は、上記方法に従い製造される層構成を含んでなる発光ダイオードによっても実現される。
本発明の局面は、上記方法に従い製造される層構成を含んでなる光電池装置によっても実現される。
本発明の局面は、上記方法に従い製造される層構成を含んでなるトランジスターによっても実現される。
本発明の局面は、上記方法に従い製造される層構成を含んでなるエレクトロルミネセント装置によっても実現される。
好ましい態様は従属請求項に開示されている。
発明の詳細な記述
図1は、4種の銀パターン、すなわち、面積が3×3cmの連続銀層を表わすパターン(a)、平行片が10mm離れており且つ1mmの幅を有する規則的片パターンを表わすパターン(b)、平行な片が5mm離れており且つ150μmの幅を有する規則的片パターンを表わすパターン(c)、および銀現像なしを表わすパターン(d)を示す。
図2は、単一の光電池、2個の直列接続された光電池および3個の直列接続された光電池を有するモジュールを6段階方法を用いて組み立てるための連続的方法の側面(上方)および頂部(下方)図を示し、ここでA=下塗りされた支持体であり、B=ゼラチン層であり、C=硫化パラジウム核生成層であり、D=伝導性銀パターンであり、E=高伝導性PEDOT/PSS−層であり、F=分路抵抗妨害層であり、G=光電池配合物であり、そしてH=弗化リチウム/アルミニウム電極である。段階1では、下塗りされたポリ(エチレンテレフタレート)フィルムA[細い平行線により示された下塗り層]の下塗りされた表面がゼラチン層Bでコーティングされ、段階2では、硫化パラジウム核生成層Cがゼラチン層Bに適用され、段階3では、伝導性銀パターンDが製造される拡散転写法が行われ、段階4では、伝導性銀パターンDが例えばスクリーン印刷により高伝導性PEDOT/PSS−層でそして場合によりより高い表面抵抗を有する分路抵抗妨害層F、例えばPEDOT/PSS層またはPEDOT−S/ポリカチオンもしくはポリアニオン重合体でさらにコーティングされ、段階5では、層EまたはFが例えばカーテンコーティング、スピンコーティングまたはスクリーン印刷により光電池配合物、例えばHDMO−PPV/PCBM Gの配合物でコーティングされ、そして段階6では、層Gが非連続的な弗化リチウム/アルミニウム層でコーティングされて、頂部電極Hを形成せしめる。
定義
アルキルという用語は、アルキル基中の各炭素数に関して可能な全ての変種、すなわち、炭素数3に関してはn−プロピルおよびイソプロピル、炭素数4に関してはn−ブチル、イソブチルおよび第三級−ブチル、炭素数5に関してはn−ペンチル、1,1−ジメチルプロピル、2,2−ジメチルプロピルおよび2−メチル−ブチルなどを意味する。
本発明の目的のための水性という用語は、少なくとも60容量%の水、好ましくは少なくとも80容量%の水の含有、並びに場合により水−混和性有機溶媒、例えばアルコール類、例えばメタノール、エタノール、2−プロパノール、ブタノール、イソ−アミルアルコール、オクタノール、セチルアルコールなど;グリコール類、例えばエチレングリコール;グリセリン;N−メチルピロリドン;メトキシプロパノール;並びにケトン類、例えば2−プロパノンおよび2−ブタノンなどの含有を意味する。
用語「支持体」は「自己−支持性物質」を意味し、支持体上にコーティングされていてもよいがそれ自体は自己−支持性でない「層」と区別する。それは支持体に対する接着のために必要ないずれかの処理またはそれを補助するために適用される層も包含する。
連続層という用語は、単一面が支持体の全領域を被覆し且つ必ずしも支持体と直接接触する必要のない層をさす。
非連続層という用語は、単一面が支持体の全領域を被覆せず且つ必ずしも支持体と直接接触する必要のない層をさす。
コーティングという用語は、連続層を製造するための全ての技術、例えばカーテンコーティング、ドクター−ブレードコーティングなど、並びに非連続層を製造するための全ての技術、例えばスクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、および連続層を製造するための技術を包含する層を適用するための全ての手段を包含する一般用語である。
真性伝導性重合体という用語は、(ポリ)−共役π−電子システム(例えば、二重結合、芳香族もしくはヘテロ芳香族環または三重結合)を有し且つそれらの伝導性質が例えば相対湿度の如き環境因子により影響を受けない有機重合体を意味する。
用語「伝導性」は物質の電気抵抗に関連する。層の電気抵抗は一般に表面抵抗R(単位Ω;しばしばΩ/平方として示される)により表示される。或いは、伝導率は体積抵抗率R=R・d(ここでdは層の厚さである)、体積伝導率k=1/R[単位:S(iemens)/cm]または表面コンダクタンスk=1/R[単位:S(iemens).平方]により示すこともできる。
写真という用語は、いずれかの光化学的方法、特にハロゲン化銀方法をベースとしたものをさす。
銀塩拡散転写法という用語は、A.Rott[英国特許第614,155号明細書およびSci.Photogr.,(2)13,151(1942)]およびE.Weyde[独国特許発明第973,769号明細書]により独立して開発されそしてG.I.P.Levensonにより“The Theory of the Photographic Process Fourth Edition” edited by T.H.James, pages 466 to 480,Eastman Kodak Company, Rochester(1977)に記載されている方法をさす。
実質的に透明なという用語は、可視光線の積分透過(integral transmission)が本発明の層構成に標準的な入射光線の40%より上であり、すなわち、層が0.40より低い全体的光学濃度を有していたが銀パターンの線を通る可視光線の局部的透過が本発明の層構成に標準的な入射光線の10%よりかなり下であってもよい、すなわち1.0の光学濃度よりかなり上であってもよいことを意味する。
略語PEDOTはポリ(3,4−エチレンジオキシ−チオフェン)を表わす。
略語PSSはポリ(スチレンスルホン酸)またはポリ(スチレンスルホネート)を表わす。
略語PEDOT−Sはポリ[4−(2,3−ジヒドロ−チエノ[3,4−b][1,4]ジオキシン−2−イルメトキシ)−ブタン−1−スルホン酸]を表わす。
層構成の製造方法
本発明の局面は、支持体上の実質的に透明な伝導層構成の製造方法であって、層構成が真性伝導性重合体を含有する第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも任意の順序で含んでなり、この方法が写真処理により第二の層を生成せしめる段階を含んでなる方法により実現される。
本発明に従う方法の第一の態様によると、この方法は写真処理により第二の層を製造する前に第一の層をコーティングすることをさらに含んでなる。
本発明に従う方法の第二の態様によると、写真処理は支持体をハロゲン化銀およびゼラチンを0.05〜0.3の範囲内のゼラチン対ハロゲン化銀の重量比で含有する層でコーティングし、ハロゲン化銀−含有層を像通りに露出し、そして露出されたハロゲン化銀−含有層を現像して第二の層を製造する段階を含んでなる。
本発明に従う方法の第三の態様によると、この方法は支持体を第一の層でコーティングし、第一の層をハロゲン化銀およびゼラチンを0.05〜0.3の範囲内のゼラチン対ハロゲン化銀の重量比で含有する層でコーティングし、ハロゲン化銀−含有層を像通りに露出し、そして露出されたハロゲン化銀−含有層を現像して第二の層を製造する段階を含んでなる。
本発明に従う方法の第四の態様によると、この方法は支持体をハロゲン化銀およびゼラチンを0.05〜0.3の範囲内のゼラチン対ハロゲン化銀の重量比で含有する層でコーティングし、ハロゲン化銀−含有層を第一の層でコーティングし、ハロゲン化銀−含有層を像通りに露出し、そして露出されたハロゲン化銀−含有層を現像して第二の層を製造する段階を含んでなる。
本発明に従う方法の第五の態様によると、この方法は支持体をハロゲン化銀およびゼラチンを0.05〜0.3の範囲内のゼラチン対ハロゲン化銀の重量比で含有する層でコーティングし、ハロゲン化銀−含有層を像通りに露出し、露出されたハロゲン化銀−含有層を現像して第二の層を製造し、そして第二の層を第一の層でコーティングする段階を含んでなる。
本発明に従う方法の第六の態様によると、写真処理は支持体を核生成剤の非連続層でコーティングし、銀塩拡散転写を用いて非連続的な核生成層上に第二の層を製造する段階を含んでなる。
本発明に従う方法の第七の態様によると、写真処理は支持体を第一の層でコーティングし、第一の層を核生成剤の層でコーティングし、銀塩拡散転写を用いて核生成層上に非連続的な銀層を製造する段階を含んでなる。
本発明に従う方法の第八の態様によると、写真処理は支持体を核生成剤の非連続層でコーティングし、核生成剤の非連続層を第一の層でコーティングし、そして銀塩拡散転写を用いて非連続的な核生成層上に非連続的な銀層を製造する段階を含んでなる。
本発明に従う方法の第九の態様によると、写真処理は支持体を核生成剤としての硫化パラジウム、例えば硫化パラジウムのナノ粒子の非連続層でコーティングし、銀塩拡散転写を用いて非連続的な核生成層上に非連続的な銀層を製造する段階を含んでなる。
本発明に従う方法の第十の態様によると、この方法は支持体を核生成剤の非連続層でコーティングし、銀塩拡散転写を用いて非連続的な核生成層上に第二の層を製造し、そして第二の層を第一の層でコーティングする段階を含んでなる。
本発明に従う方法の第十一の態様によると、第一の層は印刷方法により適用される。
真性伝導性重合体
本発明で使用される真性伝導性重合体は、当該技術で既知のいずれかの真性伝導性重合体、例えばポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンなど、でありうる。適する真性伝導性重合体の詳細は、例えば“Advances in Synthetic Metals”, ed. P.Bernier, S.Lefrant, and G.Bidan, Elsevier, 1999; “Intrinsically Conducting Polymers: An Emerging Technology”, Kluwer (1993); “Conducting Polymer Fundamentals and Applications, A Practical Approach”, P.Chandrasekhar, Kluwer, 1999; および“Handbook of Organic Conducting Molecules and Polymers”, Ed. Walwa, Vol.1−4, Marcel Dekker Inc.(1997)の如き教本に見ることができる。
本発明に従う方法の第十二の態様によると、真性伝導性重合体は式(I):
Figure 2006502535
[式中、RおよびRの各々は独立して水素またはC1−4アルキル基を表わすか或いは一緒になって場合により置換されていてもよいC1−4アルキレン基またはシクロアルキレン基を表わす]
により示される構造単位を含有する。
本発明に従う方法の第十三の態様によると、真性伝導性重合体は2個のアルコキシ基が一緒になって場合により置換されていてもよいオキシ−アルキレン−オキシ架橋を表わす3,4−ジアルコキシチオフェンの重合体または共重合体である。
本発明に従う方法の第十四の態様によると、真性伝導性重合体は2個のアルコキシ基が一緒になって場合により置換されていてもよいオキシ−アルキレン−オキシ架橋を表わしそしてポリ(3,4−メチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4−メチレンジオキシチオフェン)誘導体、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、ポリ(3,4−エチレン−ジオキシチオフェン)誘導体、ポリ(3,4−プロピレンジオキシ−チオフェン)、ポリ(3,4−プロピレンジオキシ−チオフェン)誘導体、ポリ(3,4−ブチレン−ジオキシチオフェン)およびポリ(3,4−ブチレンジオキシ−チオフェン)誘導体、並びにそれらの共重合体である3,4−ジアルコキシチオフェンの重合体または共重合体である。
本発明に従う方法の第十五の態様によると、真性伝導性重合体は2個のアルコキシ基が一緒になって場合により置換されていてもよいオキシ−アルキレン−オキシ架橋を表わしそしてオキシ−アルキレン−オキシ架橋に関する置換基がアルキル、アルコキシ、アルキルオキシアルキル、カルボキシ、アルキルスルホナトおよびカルボキシエステル基である3,4−ジアルコキシチオフェンの重合体または共重合体である。
本発明に従う方法の第十六の態様によると、真性伝導性重合体は2個のアルコキシ基が一緒になって場合により置換されていてもよいオキシ−アルキレン−オキシ架橋を表わしそして2個のアルコキシ基が一緒になって1,2−エチレン基、場合によりアルキル−置換されていてもよいメチレン基、場合によりC1−12アルキル−もしくはフェニル−置換されていてもよい1,2−エチレン基、1,3−プロピレン基または1,2−シクロヘキシレン基である場合により置換されていてもよいオキシ−アルキレン−オキシ架橋を表わす3,4−ジアルコキシチオフェンの重合体または共重合体である。
そのような重合体は、Handbook of Oligo− and Polythiophenes Edited by D.Fichou, Wiley−VCH,Weinheim(1999); by L.Groenendaal et al. in Advanced Materials, volume 12, pages 481−494(2000); L.J.Kloeppner et al. in Polymer Preprints, volume 40(2), page 792(1999); P.Schottland et al. in Synthetic Metals, volume 101, pages 7−8(1999);およびD.M.Welsh et al. in Polymer Preprints, volume 38(2), page 320(1997)に開示されている。
式(I)に従う構造単位を含有する有機重合体は化学的にまたは電気化学的に重合されうる。化学的重合は酸化的にまたは還元的に行うことができる。例えばJ.Amer.Chem.Soc., vol.85, pages 454−458(1963)およびJ.Polym.Sci. Part A Polymer Chemistry, vol.26, pages 1287−1294(1988)に記載されているもののようなピロールの酸化的重合用に使用される酸化剤をチオフェン類の酸化的重合用に使用することができる。本発明の第十七の態様によると、安価で且つ容易に入手可能な酸化剤、例えば鉄(III)塩、例えばFeCl、有機酸の鉄(III)塩、例えばFe(OTs)、H、KCr、アルカリおよびアンモニウム過硫酸塩、アルカリ過ホウ酸塩並びに過マンガン酸カリウムが酸化的重合において使用される。
理論的には、チオフェン類の酸化的重合は1モルの式(I)のチオフェン当り2.25当量の酸化剤を必要とする[例えば、J.Polym.Sci. Part A Polym.Chem., vol.26, pages 1287−1294(1988)参照]。実際には、重合可能単位当り0.1〜2当量過剰の酸化剤が使用される。過硫酸塩および鉄(III)塩の使用は、それらが腐食作用をしないという大きな技術的利点を有する。さらに、特定の添加剤の存在下では、式(I)に従うチオフェン化合物の酸化的重合は非常にゆっくり進行するためチオフェン類および酸化剤を溶液またはペースト状で一緒にしそして処理しようとする基質に適用することができる。例えば引用することにより本発明の内容となる米国特許第6,001,281号明細書および国際特許出願公開第00/14139合パンフレットに開示されているように、そのような溶液またはペーストの適用後にコーティングされた基質を加熱することにより酸化的重合を加速させることができる。
還元的重合は、2002年にAppperloo et al.によりChem.Eur.Journal, volume 8, pages 2384−2396に記載されそして2001年にTetrahedron Letters, volume 42, pages 155−157にそして1998年にMacromolecules, volume 31, pages 2047−2056にそれぞれ開示されているStille(有機錫)もしくはSuzuki(有機ホウ素)工程を用いて、または1999年にBull.Chem.Soc.Japan, volume 72, page 621および1998年にAdvanced Materials, volume 10, pages 93−116に開示されているニッケル錯体を用いて行うことができる。
少なくとも1個の電子受容性基で置換された1−フェニル−5−メルカプト−テトラ
ゾール化合物
本発明の局面は、層構成がフェニル基が少なくとも1個の電子受容性基で置換された1−フェニル−5−メルカプト−テトラゾール化合物をさらに含有する本発明に従う方法により得られうる層構成によっても実現される。
本発明に従う方法により得られうる層構成伝導層の第一の態様によると、電子受容性基はクロリド、フルオリド、シアノ、スルホニル、ニトロ、酸アミドおよびアシルアミノ基よりなる群から選択される。
本発明に従う方法により得られうる層構成伝導層の第二の態様によると、フェニル基が少なくとも1個の電子受容性基で置換された1−フェニル−5−メルカプト−テトラゾール化合物は1−(3’,4’−ジクロロフェニル)−5−メルカプト−テトラゾール、
Figure 2006502535
よりなる群から選択される。
本発明に従う置換されたフェニル基を有する適した1−フェニル−5−メルカプト−テトラゾール化合物[PMT]は下記のものを包含する:
Figure 2006502535
Figure 2006502535
Figure 2006502535
真性伝導性重合体を含有する印刷インキ
本発明に従う方法の第十七の態様によると、第一の層は真性伝導性重合体を含有するインキまたはペーストを用いる印刷方法により適用される。
0.08〜3.0重量%の間の2個のアルコキシが同一もしくは相異なることができ或いは一緒になって場合により置換されていてもよいオキシ−アルキレン−オキシ架橋を表わす3,4−ジアルコキシチオフェンの重合体または共重合体、ポリアニオンおよび非水性溶媒を含有する印刷インキまたはペーストは、(3,4−ジアルコキシチオフェン)の重合体または共重合体およびポリアニオンの水中分散液から、i)少なくとも1種の非水性溶媒を(3,4−ジアルコキシチオフェン)の重合体または共重合体およびポリアニオンの水性分散液と混合し、そしてii)段階i)で製造された混合物から水をその中の水の含有量を少なくとも65重量%減少させるまで蒸発させる段階を含んでなる方法により、製造することができる。
界面活性剤
本発明に従う層構成の第三の態様によると、層構成は界面活性剤をさらに含んでなる。
本発明に従う層構成の第四の態様によると、層構成は非イオン性界面活性剤、例えばエトキシル化された/フルオロ−アルキル界面活性剤、ポリエトキシル化されたシリコーン界面活性剤、ポリシロキサン/ポリエーテル界面活性剤、ペルフルオロ−アルキルカルボン酸のアンモニウム塩、ポリエトキシル化された界面活性剤および弗素−含有界面活性剤、をさらに含んでなる。
適する非イオン性界面活性剤は下記のものを包含する:
界面活性剤番号01=デュポン(DuPont)からのゾニル(ZONYL)TMFSN、イソプロパノールの水中50重量%溶液中のF(CFCF1−9CHCHO(CHCHO)H[式中、x=0〜約25である]の40重量%溶液;
界面活性剤番号02=デュポンからのゾニルTMFSN−100:F(CFCF1−9CHCHO(CHCHO)H[式中、x=0〜約25である];
界面活性剤番号03=デュポンからのゾニルTMFS300、弗素化された界面活性剤の40重量%水溶液;
界面活性剤番号04=デュポンからのゾニルTMFSO、エチレングリコールの水中50重量%溶液中の式F(CFCF1−7CHCHO(CHCHO)H[式中、y=0〜約15である]を有するエトキシル化された非イオン性フルオロ−界面活性剤の混合物の50重量%溶液;
界面活性剤番号05=デュポンからのゾニルTMFSO−100、式F(CFCF1−7CHCHO(CHCHO)H[式中、y=0〜約15である]を有するデュポンからのエトキシル化された非イオン性フルオロ−界面活性剤の混合物;
界面活性剤番号06=ゴールドシュミット(Goldschmidt)からのテゴグリド(Tegoglide)TM410、ポリシロキサン−重合体共重合体界面活性剤;
界面活性剤番号07=ゴールドシュミットからのテゴウェット(Tegowet)TM、ポリシロキサン−ポリエステル共重合体界面活性剤;
界面活性剤番号08=3Mからのフルオラド(FLUORAD)TMFC431:CF(CFSO(C)N−CHCO−(OCHCHOH;
界面活性剤番号09=3MからのフルオラドTMFC126、ペルフルオロカルボン酸のアンモニウム塩の混合物;
界面活性剤番号10=ポリオキシエチレン−10−ラウリルエーテル
界面活性剤番号11=3MからのフルオラドTMFC430、98.5%活性フルオロ脂肪族エステル;
本発明に従う層構成の第五の態様によると、層構成はアニオン性界面活性剤をさらに含有する。
適するアニオン性界面活性剤は下記のものを包含する:
界面活性剤番号12=デュポンからのゾニルTM7950、弗素化された界面活性剤;
界面活性剤番号13=デュポンからのゾニルTMFSA、イソプロパノールの水中50重量%溶液中のF(CFCF1−9CHCHSCHCHCOOLiの25重量%溶液;
界面活性剤番号14=デュポンからのゾニルTMFSE、70重量%水性エチレングリコール溶液中の[F(CFCF1−7CHCHO]P(O)(ONH[式中、x=1または2であり、y=2または1であり、そしてx+y=3である]の14重量%溶液;
界面活性剤番号15=デュポンからのゾニルTMFSJ、イソプロパノールの水中25重量%溶液中のF(CFCF1−7CHCHO]P(O)(ONH[式中、x=1または2であり、y=2または1であり、そしてx+y=3である]と炭化水素界面活性剤との配合物の40重量%溶液;
界面活性剤番号16=デュポンからのゾニルTMFSP、イソプロパノールの水中69.2重量%溶液中の[F(CFCF1−7CHCHO]P(O)(ONH[式中、x=1または2であり、y=2または1であり、そしてx+y=3である]の35重量%溶液;
界面活性剤番号17=デュポンからのゾニルTMUR:[F(CFCF1−7CHCHO]P(O)(OH)[式中、x=1または2であり、y=2または1であり、そしてx+y=3である];
界面活性剤番号18=デュポンからのゾニルTMTBS、酢酸の水中4.5重量%溶液中のF(CFCF3−8CHCHSOHの33重量%溶液;
界面活性剤番号19=3Mからのペルフルオロ−オクタン酸のアンモニウム塩
結合剤
本発明に従う層構成の第六の態様によると、層構成は結合剤をさらに含有する。
架橋結合剤
本発明に従う層構成の第七の態様によると、層構成は架橋結合剤をさらに含有する。
エレクトロルミネセント蛍燐光体
本発明に従う層構成の第八の態様によると、層構成はエレクトロルミネセント蛍燐光体の層をさらに含有する。
本発明に従う層配置の第九の態様によると、層構成はエレクトロルミネセント蛍燐光体の層をさらに含有し、ここでエレクトロルミネセント蛍燐光体はII−VI族の半導体、例えばZnSに属すか、またはII族元素と酸化性アニオンとの組み合わせであり、珪酸塩、燐酸塩、炭酸塩、ゲルマニウム酸塩、錫酸塩、ホウ酸塩、バナジン酸塩、タングステン酸塩およびオキシ硫酸塩が最も普遍的である。代表的なドーパントは金属および全ての希土類、例えばCu、Ag、Mn、Eu、Sm、TbおよびCeである。
本発明に従う層構成の第十の態様によると、層構成はエレクトロルミネセント蛍燐光体の層をさらに含有し、ここでエレクトロルミネセント蛍燐光体は透明な水分遮断層、例えばAlおよびAlN、でカプセル化される。そのような蛍燐光体はシルバニア(Sylvania)、シンエツ・ポリマー(Shinetsu Polymer)KK、デュラル(Dural)、アチェソン(Acheson)およびトウシバ(Toshiba)から入手可能である。そのような蛍燐光体を用いるコーティングの例は、シルバニア/GTEから入手可能な72Xおよび米国特許第4,855,189号明細書に開示されたコーティングである。
本発明に従う層構成の第十一の態様によると、層構成はエレクトロルミネセント蛍燐光体の層をさらに含有し、ここでエレクトロルミネセント蛍燐光体はマンガン、銅もしくはテルビウムがドーピングされたZnSまたはセリウムがドーピングされたCaGa、例えばデュポンにより供給されるエレクトロルミネセント蛍燐光体ペースト:白色蛍燐光体であるルクスプリント(LUXPRINT)TMタイプ7138J;緑青色蛍燐光体であるルクスプリントTMタイプ7151J;および黄緑色蛍燐光体であるルクスプリントTMタイプ7174J;並びにアチェソンにより供給されるエレクトロダグ(ELECTRODAG)TMEL−035Aである。
本発明に従う層配置の第十二の態様によると、層構成はエレクトロルミネセント蛍燐光体の層をさらに含有し、ここでエレクトロルミネセント蛍燐光体はマンガンがドーピングされそしてAlNでカプセル化された硫化亜鉛蛍燐光体である。
誘電層
本発明に従う層構成の第十三の態様によると、層構成は誘電層をさらに含有する。
いずれの誘電材料も誘電層内で使用することができ、チタン酸イットリアおよびバリウム、例えばデュポンにより供給されるチタン酸バリウムペーストであるルクスプリントTMタイプ7153E高K誘電絶縁体およびアチェソンにより供給されるチタン酸バリウムペーストであるエレクトロダグTMEL−040、が好ましい。正イオン交換体を誘電層内に加えて発光層の蛍燐光体から逃げる溶解性イオンを捕獲することができる。誘電層内の交換体の量を最適化して、それが黒点減少において最大の効果を有しながら初期輝度水準を減少しないようにすべきである。従って、誘電層内の樹脂および誘電材料の合計量100重量部に0.5〜50重量部のイオン交換体を加えることが好ましい。イオン交換体は有機性または無機性でありうる。
適する無機イオン交換体は水和五酸化アンチモン粉末、燐酸チタン、燐酸および珪酸の塩、並びにゼオライトである。
支持体
本発明に従う層構成の第十四の態様によると、支持体は透明または半透明である。
本発明に従う層構成の第十五の態様によると、支持体は重合体フィルム、珪素、セラミック、酸化物、ガラス、重合体フィルム強化ガラス、ガラス/プラスチックラミネート、金属/プラスチックラミネート、場合により処理されていてもよい紙および積層紙である。
本発明に従う層構成の第十六の態様によると、支持体には下塗り層または実質的に透明な層構成に対する付着を助けるための他の付着促進手段が付与される。
本発明に従う層構成の第十七の態様によると、支持体は透明または半透明の重合体フィルムである。
本発明に従う電気伝導層または静電防止層と一緒の使用に適する透明または半透明の支持体は硬質または軟質であってよく、そしてガラス、ガラス−重合体ラミネート、重合体ラミネート、熱可塑性重合体またはジュロプラスチック重合体よりなりうる。薄い軟質支持体の例は、場合によりコロナ放電もしくはグロー放電により処理されていてもまたは下塗り層が設けられていてもよい、セルロースエステル、三酢酸セルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネートまたはポリエステル、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(エチレンナフタレン−1,4−ジカルボキシレート)、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリイミド類、三酢酸セルロース、ポリオレフィン類およびポリ(塩化ビニル)から製造されるものである。
エレクトロルミネセント装置
本発明の特徴は、本発明に従い製造される層構成を含んでなる本発明に従うエレクトロルミネセント装置により、実現される。
本発明に従う層構成の第十八の態様によると、層構成はエレクトロルミネセント装置である。
本発明に従う層構成の第十九の態様によると、層構成は発光ダイオードである。
薄膜エレクトロルミネセント装置(ELD)は全て2つの電極の間に挟まれた1つ(もしくはそれ以上の)エレクトロルミネセント活性層により特徴づけられる。場合により、誘電層はサンドイッチの一部であってもよい。
薄膜ELDは有機および無機ベースのELDに細分されうる。有機ベース薄膜ELDはオリゴマーを包含する低分子量有機装置(有機発光ダイオード(OLED))および高分子量有機装置(重合体発光ダイオード(PLED))に細分されうる。他方で、無機ELDは高電圧交流(HV−AC)ELDおよび低電圧直流(LV−DC)ELDにさらに細分されうる。LV−DC ELDは粉末ELD(DC−PEL装置またはDC−PELD)および以下で無機発光ダイオード(ILED)と称する薄膜DCC−ELDを包含する。
有機ELD(PLEDおよびOLED)の基本的構造は下記の層配置を含んでなる:透明な基質(ガラスまたは軟質プラスチック)、透明な伝導体、例えば酸化錫インジウム(ITO)、正孔移送層、蛍光層、および第二電極、例えばCa、Mg/AgまたはAl/Li電極。OLEDに関しては正孔移送および蛍光層は10−50nm厚さでありそして真空蒸着により適用されるが、PLEDに関しては正孔移送層は一般に約40nm厚さでありそして蛍光層は一般に約100nm厚さでありそしてスピンコーティングまたは他の非真空コーティング技術により適用される。5−10Vの直流電圧が電極の間に適用されそして発光が孔から生じそして電子がそれぞれ正および負の電極から注入されて蛍光層の中で結合し、それにより蛍光種を励起するためのエネルギーを発生させて発光する。
OLEDでは、正孔移送層およびエレクトロルミネセント層は低分子量有機化合物よりなり、例えばN,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミンを正孔移送体として使用することができそしてアルミニウム(III)8−ヒドロキシキノリン錯体、ポリ芳香族(アントラセン、ペリレンおよびスチルベン誘導体)並びにポリへテロ芳香族(オキサゾール、オキサジアゾール、チアゾールなど)をエレクトロルミネセント装置として使用することができる。PLEDでは、使用できるエレクトロルミネセント化合物は非共役ポリ(N−ビニルカルバゾール)誘導体(PVK)のような重合体またはポリ(p−フェニレンビニレン)(PPV)、ポリフルオレン、ポリ(3−アルキルチオフェン)およびポリ(p−フェニレンエチニレン)のような共役重合体である。
低電圧DC PEL装置は一般に、透明な基質、透明な伝導体(ITO)、ドーピングされたZnS蛍燐光体層(20μm)、および蒸発アルミニウムの頂部電極を含んでなる。蛍燐光体層はドクターブレード技術またはスクリーン印刷技術によりITO伝導層上に蒸発により適用される。数ボルトの直流電圧(ITO陽性)を適用すると、正孔はアルミニウム電極に向かって移動し、それにより約1分間以内にITO層の隣の絶縁領域(厚さ約1μm)を生ずる。これが電流低下をもたらし、それが発光の開始と関連する。この方法はフォーミングプロセス(forming process)と称された。それにより形成される薄い高抵抗性蛍燐光体層では、高い電場が発生しそしてエレクトロルミネセンスが低電圧(典型的には10〜30Vの間)ですでに起こりうる。
ハイブリッドLEDでは、無機発光性のいわゆる量子短点が、電荷移送性質およびある場合には発光性質を有する有機重合体と組み合わされて使用される。CdSeナノ粒子を有するハイブリッドLEDは、引用することにより本発明の内容となるColvin et al.[Nature, volume 370, pages 354−357,(1994)参照]、Dabbousi et al.[Appl.Phys.Lett., volume 66, pages 1316−1318(1995)参照]、およびGao et al.[J.Phys.Chem.B, volume 102, pages 4096−4103(1998)参照]により報告された。
5Vより低い電圧で作動するZnS:Cuナノ結晶および非半導性重合体を有する発光装置は、引用することにより本発明の内容となるHuang et al.[Appl.Phys.Lett., volume 70, pages 2335−2337(1997)参照]およびQue et al.Appl.Phys.Lett., volume 73,pages 2727−2729〔1998〕]により報告されている。
光電池装置
本発明の局面は、本発明に従い製造される層構成を含んでなる本発明に従う光電池装置により実現される。
本発明に従う層構成の第二十の態様によると、層構成は光電池装置である。
本発明に従う層構成の第二十一の態様によると、層構成は少なくとも1つの光電池層をさらに含んでなる。光電池層は有機層、ハイブリッド無機および有機層または無機層でありうる。
本発明に従う層構成の第二十二の態様によると、層構成は太陽電池である。
本発明に従う層構成を組み入れた光電池装置は2つのタイプ:光を電力に転換させて実質的な化学変化を残さずに電流担持電子が陽極に移送されそして外部回路および正孔が陰極に移送されそれらが外部回路からの電子により酸化される再生タイプ、並びに1つが半導体電極の表面で正孔と反応しそして1つが逆電極に入る電子と反応し、例えば、水が半導体光陽極で酸化されそして陰極で水素に還元されるような2つのレドックスシステムがある光合成タイプでありうる。グラエッツエル電池により例示される光電池の再生タイプの場合には、電子移送媒体は2.9eVより大きいバンドギャップ(band−gap)を有するナノ多孔性金属酸化物半導体、例えば二酸化チタン、酸化二オブ(V)、酸化タンタル(V)および酸化亜鉛であることができ、正孔移送媒体はレドックス反応を助ける液体電解質、レドックス反応を助けるゲル電解質、低分子量物質、例えば2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メトキシフェニル−アミン)9,9’−スピロビフルオレン(OMeTAD)もしくはトリフェニルアミン化合物または重合体、例えばPPV−誘導体、ポリ(N−ビニルカルバゾール)などでありうる有機正孔移送物質、または無機半導体、例えばCuI、CuSCNなどであることができる。電荷移送方法は液体電解質もしくはゲル電解質の場合のようにイオン性であることができ、または有機もしくは無機正孔移送物質の場合のように電子性であることもできる。
そのような再生光電池装置は最終用途に従い種々の内部構造を有することができる。考えられる形態は大よそ2つのタイプ:光を両面から受ける構造および光を一面から受けるもの、に分類される。前者の例は、透明な伝導層、例えばITO−層もしくはPEDOT/PSS−含有層および透明な逆電極電気伝導性層、例えば間に挟まれた感光層および電荷移送層を有するITO−層もしくはPEDOT/PSS−含有層から製造される構造である。そのような装置は好ましくは、内部物質の劣化または揮発を防止するために重合体、接着剤などで封着されたそれらの側面を有する。電気伝導性基質および逆電極とそれぞれの導線により連結された外部回路は既知である。
或いは、本発明に従う分光増感されたナノ−多孔質金属酸化物を1991年にGraetzel et al.によりNature, volume 353, pages 737−740に、1998年にU.Bach et al.により[Nature, volume 395, pages 83−585(1998)参照]、そして2002年にW.U.Huynh et al.により[Science, volume 295, pages 2425−2427(2002)参照]記載されたようなハイブリッド光電池組成物の中に組み込むことができる。全てのこれらの場合に、成分(光吸収剤、電子移送剤または正孔移送剤)の少なくとも1種は無機性(例えば、電子移送剤としてのナノ−TiO、光吸収剤および電子移送剤としてのCdSe)でありそして成分の少なくとも1種は有機性(例えば、正孔移送剤としてのトリフェニルアミンまたは正孔移送剤としてのポリ(3−ヘキシルチオフェン))である。
トランジスター
本発明の局面は、本発明に従い製造される層構成を含んでなる本発明に従うトランジスターにより実現される。
本発明に従う層構成の第二十三の態様によると、層構成は上記の電子移送または正孔移送成分の1つもしくはそれ以上を有する層をさらに含んでなるが、それをトランジスターとして使用できる構成内に含んでなる。半導体はn−タイプ、p−タイプまたは両方(アンバイポラー(ambipolar)トランジスター)であることができそして有機性または無機性のいずれかであることができる。
工業用途
真性伝導性重合体を含んでなる第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも含んでなる層構成は、広範囲の電子装置、例えば光電池装置、太陽電池、電池、コンデンサ、発光ダイオード、有機および無機エレクトロルミネセント装置、スマート・ウィンドー、エレクトロクロミック装置、有機および生物有機物質用のセンサー並びに電界効果トランジスターにおいて使用することができる[Handbook of Oligo− and Polythiophenes, Edited by D.Fichou, Wiley−VCH, Heinheim(1999)の10章も参照のこと]。
本発明を以下で実施例により説明する。これらの実施例に示された百分率および比は断らない限り重量による。
実施例2の比較実験で使用された成分:
Figure 2006502535
実施例1
最外側のPEDOT/PSS層を有するハロゲン化銀乳剤の現像により製造される伝導性Ag−パターン
写真乳剤層の製造:
ゼラチン中の写真AgCl(63.29%)Br(36.31%)I(0.40%)乳剤を二重噴射沈殿技術を用いて製造した。平均ハロゲン化銀粒子寸法は300nmであった。沈殿段階後に、乳剤を洗浄しそして種々の量のゼラチンを加えて表1に挙げられたゼラチン対AgNO(g/g)比を生じた。この乳剤を化学的に熟成しそして分光増感して乳剤をHe/Neレーザー露出に感受性にした。乳剤を下塗りされた100μm厚さのポリエチレンテレフタレート支持体の上に1平方メートル当り5gのAgNOに相当する被覆率までコーティングした。これが写真材料Aである。
表面抵抗測定:
表面抵抗測定は以下の通りにして行われた:層電極構成を幅が3.5cmの片に切断して電極材料の完全な配置を確実にし、線接触を生成可能でありそしてテフロン(TEFLON)TM絶縁体上に設置されているそれぞれ長さが35mm、幅が3mmであり且つ35mm離れた平行な銅電極を片の最外側伝導層と接触させて3.5×3.5cmの接触面積を与え、テフロンTM台の上に4kgの重りを置くことにより一定の接触力を確保し、そして表面抵抗を次にフルケ(Fluke)−77IIIマルチメーターを用いて直接測定した。
アグファ−ゲベルト(AGFA−GEVAERT)TMアバントラ(AVANTRA)記録計を用いる全領域露出並びにその後のアグファ−ゲベルトTMIPDプラス(IPDplus)現像剤中での現像、アグファ−ゲベルトTMG333定着剤中での定着および最後の水中でのすすぎ後に種々のゼラチン対AgNO比に関して測定された表面抵抗を表1に示す。
Figure 2006502535
表1は、ゼラチン含有量が低ければ低いほど表面抵抗が低くなることを示す。これは、低いゼラチン含有量において互いに接触しそしてその結果として伝導経路を作成する現像された銀粒子により説明することができる。材料A5が最も高い表面コンダクタンスを生ずるが、簡便さの理由のために材料A4をその後の実施例で使用した。
PEDOT/PSS分散液の製造
欧州特許出願公開第686662号明細書(米国特許第5,766,515号明細書)は実施例の中で1.2%PEDOT/PSS水中分散液の製造を開示している。15mLのゾニルTMFSO100の2%水溶液、1.25gのダウ・コーニング(DOW CORNING)からのシランであるZ6040および25gのジエチレングリコールを106gのこの分散液に加えて以下の実施例で使用するPEDOT/PSS分散液を与えた。
材料Bの二重層電極構成の製造:
露出されていない材料A4をPEDOT/PSS分散液で50μmの湿潤厚さまでコーティングしそして次に20分間にわたり120℃で乾燥した。PEDOT/PSS層の表面抵抗は約500Ω/平方であった。生じた層構成を次に図1に示されたパターンを有するアグファ−ゲベルトTMアバントラ記録計で露出しそして上記の通りにして現像した。
材料Cの二重層電極構成の製造:
PEDOT/PSS−分散液を処理された材料A4の上に50μmの湿潤厚さまでコーティングしそして次に20分間にわたり120℃で乾燥し、それにより材料Cを製造した。PEDOT/PSS層の表面抵抗は露出されなかった領域材料A4では約500Ω/平方であった。
材料A4(露出されそして現像された)、BおよびCの評価:
材料BおよびCのPEDOT/PSS最外側層でコーティングされた現像された銀パターンを有する二重層電極構成に関して上記の通りにして測定した表面抵抗を、対照材料としてのPEDOT/PSS最外側層を有していない露出されそして現像された材料A4に関するものと一緒に、表2に示す。
層構成の光学濃度は、写真処理なしの層構成に関しては、銀が現像されなかったパターンタイプ(d)および支持体の濃度を差し引かずに銀が3cm×3cm面積全体にわたり現像されたパターンタイプ(a)で、可視フィルターを有するマクベス(MacBeth)TMTD924濃度計を用いて透過率で測定した。次にこれらの測定値を使用してパターン(b)および(c)に関する合計光学濃度を計算した。光学濃度結果も表2に示されている。
表2から、(1)表面伝導率における少量の損失だけを伴いPEDOT/PSS層をIPDプラス現像剤およびG333定着剤に露呈可能であること、並びに(2)Ag−線が「見かけ」表面伝導率を増加させることが結論できる。測定設定によって、PEDOT/PSSだけが接触する(頂部層)。高い表面伝導率値から、PEDOT/PSS−Ag接触は抵抗性であるようである。
PEDOT/PSSコーティングが露出および現像前に適用される場合には、それは保護コーティングとして機能しそしてその結果として材料Bはほとんどの場合にはに材料Cより好ましく、その理由はそれにより材料損傷の危険性なしに自動処理(露出および現像)が可能になるからである。
Figure 2006502535
実施例2
頂部に伝導性PEDOT/PSSを有するDTRにより製造される伝導性Ag−パターン
対照材料である材料Dの製造:
物理的現像核(PdS)の製造は欧州特許出願公開第0769723号明細書の実施例に記載されている。この実施例から、溶液A1、B1およびC1を使用して核を製造した。1000mLのこのPdS分散液に、10gのアメリカン・シアナミド(American Cyanamid)からのアエロゾル(Aerosol)TMOTの10g/L水溶液および5gのペルフルオルカプリルアミド−ポリグリコールの50g/L水溶液を加えた。次にこの分散液を4μm厚さのゼラチン下塗り層を有するポリ(エチレンテレフタレート)支持体の上に13.5μmの湿潤層厚さまでコーティングしそして次に60分間にわたり25℃で乾燥した。これが材料Dである。
材料Eの製造:
上記のPEDOT/PSS分散液を使用して材料Dを40μmの湿潤厚さまでコーティングしそして次に15分間にわたり100℃で乾燥し、それにより材料Eを製造した。
転写乳剤層の製造:
クロロ臭化銀乳剤の製造および転写乳剤層の製造は、適用されるハロゲン化銀の被覆率が2g/mの代わりに1.25g/mのAgNOに相当したこと以外は、欧州特許出願公開第769723号明細書に開示された通りであった。
材料DおよびEの露出および現像:
転写乳剤層を図1に示されているように像通りに露出しそして受容体(材料Dおよび材料E)と接触させて25℃で10秒間にわたりアグファ−ゲベルトTMCP297現像剤溶液を用いて処理した。
二重層電極構成の製造:
処理した材料Dを上記のPEDOT/PSS−分散液で50μmの湿潤層厚さまでコーティングしそして次に20分間にわたり120℃で乾燥した。PEDOT/PSS層の表面抵抗は材料Dの露出されなかった領域では約500オーム/平方であった。材料Fがそれにより製造された。
材料D、EおよびFの評価:
図1に示されたパターンに従う露出および現像後の表面抵抗および光学濃度(完成材料)を表3に示す。
Figure 2006502535
表3から、(1)Ag−塩をPEDOT/PSS層を通して転写させること、(2)光学透明度に影響を与えずに表面伝導率における少量の損失だけを伴ってPEDOT/PSS層をアグファ−ゲベルトTMCP297現像剤に露出すること、並びに(3)Ag−線が「見かけ」表面伝導率を有意に増加させることが可能であると結論できる。
最外側のPEDOT/PSS層だけを表面抵抗測定中に接触させる。高い表面伝導率値から、PEDOT/PSS−Ag接触は抵抗性であるようである。PEDOT/PSSコーティングが露出および現像前に適用される場合には、それは保護コーティングとして機能しそしてその結果としてほとんどの場合に材料Eが材料Fより好ましく、その理由はそれにより材料損傷の危険性なしに自動処理(露出および現像)が可能になるからである。
ハライドイオンの存在下における腐食および化学現像後のAg−像の表面コンダクタンスの改良
DTR法は物理的現像であるという事実によって、生ずるAg−粒子は滑らかであり且つ丸い。より危険性である化学現像がより高い粒子重複度および粒子接触を生じそしてその結果としてより高い伝導率を有するパターンを生ずるであろう。しかしながら、このタイプの現像はDTR法においては生じない。DTR法により得られるAg−像の表面コンダクタンスを改良するためには、DTR法により得られる伝導性Ag−パターンを最初にそれを酸化剤およびハライドイオンを含有する腐食溶液で処理し(それにより使用するハライドによってAgをAgCl、AgBrまたはAgBrClとして存在するAgに部分的に酸化され)、次に新たに形成されたハロゲン化銀の危険なすなわち化学的な現像をもたらすグラフィック現像剤(Graphic developer)を用いて現像し、そして最後に定着しそして洗浄することによりさらに処理される。この方法をアグファ−ゲベルトTMIPDプラス現像剤およびアグファ−ゲベルトTMG333定着剤を用いて「a」パターンを有する新たに製造された処理された材料Dに適用した場合には、表面抵抗における18%までの減少(=表面コンダクタンスにおける18%の増加)が得られた。腐食浴組成および腐食時間を表4に示す。
Figure 2006502535
光学濃度を可視フィルターを有するマクベスTM濃度計を用いて測定した。得られた表面抵抗および光学濃度を表5に示す。
表5から、使用する酸化剤の種類および量が非常に重要であり、強すぎたりまたは濃すぎたりする酸化剤は伝導性パターンを急速に破壊するであろうことが明らかになる。酸化剤が弱すぎるかまたは希釈されすぎると、ほとんど何も起こらないであろう。また、表5からわかるようにハライドイオンの量および種類は重要である。
Figure 2006502535
PEDOT/PSS層の再酸化によるIPDプラス処理後のPEDOT/PSS伝導率の回復
材料B中の最外側のPEDOT/PSS層の表面抵抗はアグファ−ゲベルトIPDプラス現像剤との30秒間の接触で実質的に増加しなかったが、アグファ−ゲベルトTMオルガコン(ORGACON)フィルムのPEDOT/PSS層の表面抵抗は30秒間のそれとの接触で500Ω/平方から〜3000Ω/平方に増加した。しかしながら、元の表面抵抗は特定の酸化剤の溶液を用いる30秒間にわたる25℃における処理により大きく改良されうることが見出された。使用される酸化剤の溶液の組成、並びにIPDプラス現像剤との接触前、IPDプラス現像剤との接触後、およびその後の特定酸化剤との接触後に得られた表面抵抗結果は表6に示されている。
Figure 2006502535
NaおよびFeClの水溶液を用いると最良の結果が得られ、それらではIPDプラス現像剤との接触後の表面抵抗は2から〜1500Ω/平方の因数だけ減少するが、これはそれでもIPDプラス現像剤との接触前のオルガコンフィルムの表面抵抗より3の因数だけ高かった。
実施例3
パターン化された伝導性PEDOT/PSSを頂部に有する拡散転写反応により製造される伝導性Ag−パターン
時々、高伝導性金属パターンの頂部にパターン化された透明な伝導層を有することが必要である(例えば、実施例5)。これは、パターン化されたPEDOT/PSSを露出および現像前に乳剤層の頂部に(実施例1に記載されたように)適用するかまたはパターン化されたPEDOT/PSSを露出および現像前に核層の頂部に(実施例2に記載されたように)適用することにより、行うことができる。同様に、実施例1および2(比較例)に記載されているように、パターン化されたPEDOT/PSSをAg−パターンの生成後に適用することもできる。PEDOT/PSSのパターン化はその伝導性を破壊することにより減少させるか(例えば、欧州特許出願公開第1054414号明細書、欧州特許出願公開第1079397号明細書)またはフレキソ印刷、スクリーン印刷、タンポン印刷、オフセット印刷およびインキジェット印刷のような印刷技術を使用することにより増加させることができる。
対照材料である材料Gの製造:
1000mLの上記のPdS分散液に10mLのGAFからのアンタロックス(Antarox)CO630の50g/L水溶液を加えた。この分散液を次に2μm厚さのゼラチン下塗り層を有するPET基質上に13.5μmの湿潤層厚さまでコーティングしそして次に60分間にわたり25℃で乾燥して材料Gを与えた。
PEDOT/PSSのスクリーン印刷ペーストの製造
反応器中で3.47kgの1,2−プロパンジオールおよび0.38kgのジエチレングリコールを2.56kgの1:2.4のPEDOT対PSSの重量比を有するPEDOT/PSSの1.2重量%分散液に加え、次に62℃の油浴を用いて攪拌下で31〜55ミリバールの間で変動する減圧下で234分間の期間にわたり加熱することにより1.5Lの水を蒸留除去し、生じた混合物を20℃に冷却しそして次に60.5℃の油浴を用いて攪拌しながら24〜16ミリバールの間で変動する減圧下で287分間の期間にわたり加熱することによりさらに0.49Lの水を蒸留除去することにより、スクリーン印刷ペーストを製造した。3.8kgの製造されたペースト中の水含有量は、カール・フィッシャー(Karl Fischer)法により測定すると、3.9重量%であった。
297gの得られたペーストに1.5gの2−グリシドキシプロピル−トリメトキシシラン、0.75gのゾニルTMFSO(ゾニルTMFSOは50重量%の水および50重量%のエチレングリコールの混合物であるゾニルTMFSO100の50重量%溶液である)並びに0.75gのシリコーン発泡防止剤X50860Aを加えてスクリーン印刷ペーストを与えた。
材料Hの製造:
スクリーン印刷ペーストを手動印刷機およびP120スクリーンを用いて材料G上にシルクスクリーン印刷して図1に示された最終像を被覆し、それにより材料Hを与えた。
材料GおよびHの露出および現像:
転写乳剤層を図1に示されているようにして像通りに露出しそして受容体(材料Gおよび材料H)と接触させて25℃で10秒間にわたりアグファ−ゲベルトTMCP297現像剤溶液を用いて処理した。
材料Iの二重層電極構成の製造:
スクリーン印刷ペーストを手動印刷機およびP120スクリーンを用いて処理した材料G上にシルクスクリーン印刷して図1に示された最終像を被覆し、それにより材料Iを製造した。
材料G、HおよびIの評価:
図1のパターンに従う露出および現像後の表面抵抗および光学濃度(完成材料)を表7に示す。
Figure 2006502535
表7の結果は、この方法により二重層電極を構成することは実行可能であるが、PEDOT/PSSスクリーン印刷ペーストの表面抵抗はアグファ−ゲベルトTMCP297現像溶液により悪影響を受け、表面抵抗は1500Ω/平方から18000Ω/平方に増加したことを示している。
実施例4
頂部に拡散転写反応により製造される伝導性Ag−パターンを有する伝導性PEDOT/PSS
対照材料としての材料Jの製造:
上記のPEDOT/PSS分散液を使用して4μmのゼラチン下塗り層を有するポリエチレンテレフタレート支持体を40μmの湿潤厚さまでコーティングしそして次に15分間にわたり100℃で乾燥し、それにより材料Jを製造した。
材料Kの製造:
1000mLの上記のPdS分散液に10gのアメリカン・シアナミドからのアエロゾルOTの10g/L水溶液および5gのペルフルオロカプリルアミドポリグリコールの50g/L溶液を加えた。この分散液を次に材料J上に13.5μmの湿潤層厚さでコーティングしそして次に60分間にわたり25℃で乾燥した。この材料は材料Kである。
材料Kの露出および現像:
転写乳剤層を図1に示されているようにして像通りに露出しそして受容体(材料K)と接触させて25℃で10秒間にわたりアグファ−ゲベルトTMCP297現像剤溶液を用いて処理した。図1のパターンに従う露出および現像後の表面抵抗および光学濃度(完成材料)を表8に示す。
表8は、伝導性PEDOT/PSS−層の頂部にAg−伝導性パターンを有する二重層電極構成の実現可能性を示す。未処理材料Kの表面抵抗の測定値は500Ω/平方の代わりに5000Ω/平方である。それは>20MΩ/平方でもない。これは、PdS−層内のわずかな層の混合および/または不均一性を示す。以上の記述から、核層をパターン化された方法でも適用しうることは明らかである。
Figure 2006502535
実施例5
薄膜太陽電池の製造におけるパターン化された伝導性PEDOT/PSSでコーティングされた伝導性Ag−パターンの適用
図2は、単一の光電池、2個の直列接続された光電池および3個の直列接続された光電池を有するモジュールを6段階方法を用いて組み立てるための連続的方法の側面(上方)および頂部(下方)図を示し、ここで
A=下塗りされた支持体であり、
B=ゼラチン層であり、
C=硫化パラジウム核生成層であり、
D=伝導性銀パターンであり、
E=高伝導性PEDOT/PSS−層であり、
F=分路抵抗妨害層であり、
G=光電池配合物であり、
H=弗化リチウム/アルミニウム電極である。
段階1では下塗りされたポリ(エチレンテレフタレート)フィルムA[細い平行線により示された下塗り層]の下塗りされた表面がゼラチン層Bでコーティングされ、段階2では硫化パラジウム核生成層Cがゼラチン層Bに適用され、段階3では伝導性銀パターンDが製造される拡散転写法が行われ、段階4では伝導性銀パターンDが例えばスクリーン印刷により高伝導性PEDOT/PSS−層でそして場合によりより高い表面抵抗を有する分路抵抗妨害層F、例えばPEDOT/PSS層またはPEDOT−S/ポリカチオンもしくはポリアニオン重合体、でさらにコーティングされ、段階5では層EまたはFが例えばカーテンコーティング、スピンコーティングまたはスクリーン印刷により光電池配合物、例えばHDMO−PPV/PCBM Gの配合物、でコーティングされ、そして段階6では層Gが非連続的な弗化リチウム/アルミニウム層でコーティングされて、頂部電極Hを製造する。
この図面は、薄膜太陽電池モジュール、例えばバルクヘテロ接合原理に基づく太陽電池、の構造体内の多層構成の使用方法を示す。実施例2に記載された方法を用いることにより二重層電極(Ag−パターン−PEDOT/PSS)を構成することができる。これにより、電荷は伝導性Ag−網目構造の中で集められるため、より大きい面積を有する電池の構成が実現可能である。
実施例6
0.014のゼラチン対銀比を有する記録計フィルムを用いて概念実験を行った。40μmの離隔距離を有する電極としての1×3cmの露出された領域は、従来のグラフィック処理による処理で伝導性銀パターンを与えた。生じた電極パターンは50〜100オーム/平方の表面抵抗を有していた。
これらの電極を3日間にわたり35℃および80%の相対湿度でコンディショニングした。近接する電極の間に100Vの電位を適用する前に電極を処理するために使用された水溶液を表9に挙げる。
Figure 2006502535
Figure 2006502535
溶液中に1分間にわたり25℃で浸漬することによる電極の処理後に、100Vの電位を近接する電極の間に20分間にわたり適用した。結果は顕微鏡下で観察されそして写真記録された。予備処理なしおよび電位を適用する前の電極間の間隙は43.0±0.7μmであると測定された。表10および11は、それぞれSTAB01〜STAB09を用いる比較実験およびPMT01〜PMT14を用いる本発明の実験に関する、最終的な間隙幅並びに特定の予備処理およびその後の20分間にわたる100Vの電位適用後の銀樹脂状結晶生成に関する一般的観察を記録している。
Figure 2006502535
Figure 2006502535
これらの結果は、3日間にわたる35℃および80%相対湿度におけるコンディショニング並びにその後の予備処理なしでの20分間にわたる100V DCの電位適用時の銀イオンの泳動を示す(比較実験2および3)。比較実験1および2に関する結果の比較は、実際の装置中で観察されたようにコンディショニングが銀樹脂状結晶成長を明らかに促進したことを示している。
酒石酸ナトリウム(STAB02)の水溶液を用いる予備処理は、銀樹脂状結晶前面の成長減少により示されているように限定された抑制を与えた。高濃度の硫化ナトリウム(STAB04)を用いる予備処理は、銀樹脂状結晶前面を電極から剥離するようであった。低濃度の5−メチル−s−トリアゾロ[1,5−a]ピリミジン−7−オール(STAB05)も銀樹脂状結晶前面の銀樹脂状群への分解により証明されるように銀樹脂状結晶成長を抑制したが、これは特定の領域に限定された。
未置換の1−フェニル−5−メルカプト−テトラゾール[STAB01]の顕著な例外を除いて全ての試験した5−メルカプト−テトラゾール類は、少なくとも銀樹脂状結晶群により形成される破壊された前面の出現によりわかるように、銀樹脂状結晶形成工程に対して少なくとも限定された抑制も与えた。1−フェニル−5−メルカプト−テトラゾール自体は、非イオン性界面活性剤である界面活性剤アンタロックス(Antarox)TMCO630の存在下でこの性能を示した。しかしながら、化合物PMT01〜PMT14により示されるような少なくとも1個の電子受容性基、例えばハライド、アシルアミノ−またはアミド−基、で置換されたフェニル基を有する1−フェニル−5−メルカプト−テトラゾール化合物では実質的な抑制だけが観察された。溶液29、30、31、39、43、44、46、51、54および60を用いる予備処理ではほぼ完全な抑制が観察され、すなわちPMT1、PMT05、PMT06、PMT08、PMT09およびPMT12を用いる予備処理で電子受容性基で置換されたフェニル基を有する1−フェニル−5−メルカプト−テトラゾールの0.005%もしくはそれより低い濃度においてほぼ完全な抑制が観察された。
銀グリッド層内にPMT−1を含むおよび含まないポリ(エチレンテレフタレート)支持体/銀グリッド/スクリーン印刷されたPEDOT−PSS−含有ペースト/ポリ{[2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキソキシ)−p−フェニレン]ビニレン}:1−(3−メトキシカルボニル)−プロピル−1−1−フェニル−(6,6)C61層/アルミニウムよりなる光電池装置中での実験は、ハロゲンランプを用いる露出時に表12に示された結果を与えた。
Figure 2006502535
表12の結果は、銀グリッドの存在が短路電流を0.7mA/cmから3.8mA/cmに増加させそして開路電圧を830から740Vに減少させたことを示している。さらに、銀グリッド層内へのPMT−1の導入が短路電流(ISC)をさらに5.2mA/cmに増加させた。
本発明は、ここにそれとなくまたは明瞭に開示されたいずれかの特徴もしくは特徴の組み合わせまたはそれがここで特許請求されている発明に関連するかどうかに無関係のいずれかの一般的事項を包括しうる。以上の記述に鑑みて、種々の改変を発明の範囲内で行い得ることは当業者に明らかであろう。
図1は、4種の銀パターン、すなわち、面積が3×3cm2の連続銀層を表わすパターン(a)、平行片が10mm離れており且つ1mmの幅を有する規則的片パターンを表わすパターン(b)、平行な片が5mm離れており且つ150μmの幅を有する規則的片パターンを表わすパターン(c)、および銀現像なしを表わすパターン(d)、を示す。 図2は、単一の光電池、2個の直列接続された光電池および3個の直列接続された光電池を有するモジュールを6段階方法を用いて組み立てるための連続的方法の側面(上方)および頂部(下方)図を示す。

Claims (12)

  1. 支持体上の実質的に透明な伝導層構成の製造方法であって、該層構成が真性伝導性重合体を含有する第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも任意の順序で含んでなり、該方法が写真処理により該第二の層を製造する段階を含んでなる方法。
  2. 該写真処理が、ハロゲン化銀およびゼラチンを0.05〜0.3の範囲内のゼラチン対ハロゲン化銀の重量比で含有する層をコーティングし、該ハロゲン化銀−含有層を像通りに露出し、そして該露出されたハロゲン化銀−含有層を現像して該第二の層を生成せしめる段階を含んでなる、請求項1に記載の方法。
  3. 該写真処理が、支持体を核生成剤の層でコーティングし、銀塩拡散転写を用いて該核生成層上に非連続的な銀層を生成せしめる段階を含んでなる請求項1に記載の方法。
  4. 該核生成剤が硫化パラジウムである請求項3に記載の方法。
  5. 該真性伝導性重合体が式(I):
    Figure 2006502535
    [式中、nは1より大きくそしてRおよびRの各々は独立して水素または場合により置換されていてもよいC1−4アルキル基を表わすか或いは一緒になって場合により置換されていてもよいC1−4アルキレン基または場合により置換されていてもよいシクロアルキレン基、好ましくはエチレン基、場合によりアルキル−置換されていてもよいメチレン基、場合によりC1−12アルキル−もしくはフェニル−置換されていてもよいエチレン基、1,3−プロピレン基もしくは1,2−シクロヘキシレン基を表わす]
    により示される構造単位を含有する請求項1に記載の方法。
  6. 該方法が写真処理により該第二の層を生成せしめる前に該第一の層をコーティングすることをさらに含んでなる請求項1に記載の方法。
  7. 該方法が銀パターンを含んでなる該第二の層の上に該第一の層をコーティングすることをさらに含んでなる請求項1に記載の方法。
  8. 支持体上の実質的に透明な伝導層構成の製造方法により得ることができる層構成であって、該層構成が真性伝導性重合体を含有する第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも任意の順序で含んでなり、該方法が写真処理により該第二の層を生成せしめる段階を含んでなり、ここで該層構成がフェニル基が少なくとも1個の電子受容性基で置換された1−フェニル−5−メルカプト−テトラゾール化合物をさらに含有する層構成。
  9. 支持体上の実質的に透明な伝導層構成の製造方法により製造される層構成を含んでなる発光ダイオードであって、該層構成が真性伝導性重合体を含有する第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも任意の順序で含んでなり、該方法が写真処理により該第二の層を生成せしめる段階を含んでなる発光ダイオード。
  10. 支持体上の実質的に透明な伝導層構成の製造方法により製造される層構成を含んでなる光電池装置(photovoltaic device)であって、該層構成が真性伝導性重合体を含有する第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも任意の順序で含んでなり、該方法が写真処理により該第二の層を生成せしめる段階を含んでなる光電池装置。
  11. 支持体上の実質的に透明な伝導層構成の製造方法により製造される層構成を含んでなるトランジスターであって、該層構成が真性伝導性重合体を含有する第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも任意の順序で含んでなり、該方法が写真処理により該第二の層を生成せしめる段階を含んでなるトランジスター。
  12. 支持体上の実質的に透明な伝導層構成の製造方法により製造される層構成を含んでなるエレクトロルミネセント装置(electroluminescent device)であって、該層構成が真性伝導性重合体を含有する第一の層および伝導性銀の非連続層よりなる第二の層を少なくとも任意の順序で含んでなり、該方法が写真処理により該第二の層を生成せしめる段階を含んでなるエレクトロルミネセント装置。
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