JP2010199101A - 電極構造体材料、電極構造体および電極構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基材2と、基材2上に設けられた、微細な凹凸構造を有する凹凸基層3と、凹凸基層3上に設けられた頂部電極層4と、頂部電極層4上に設けられた光電変換活性層5と、光電変換活性層5上に設けられた負極電極層6とを備えたエネルギー変換素子用の電極構造体1Aであって、凹凸基層3は、硬化前の貯蔵弾性率が1×103〜1×106Paである硬化型樹脂組成物からなる電極構造体材料を硬化してなるものである。
【選択図】 図1
Description
〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電極構造体の断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係る電極構造体1Aは、基材2と、基材2上に形成された、微細な凹凸構造を有する凹凸基層3と、凹凸基層3上に形成された頂部電極層(本発明の導電体層に該当)4と、頂部電極層4上に形成された光電変換活性層(本発明の半導体層に該当)5と、光電変換活性層5上に形成された負極電極層6とから構成される。
<硬化型樹脂組成物の硬化前の貯蔵弾性率の測定方法>
厚さ20μmの硬化型樹脂組成物層を形成し、これを積層して厚さ3mm、直径8mmの円板状の試験片とする。そして、ねじり剪断法により、下記の装置および条件で貯蔵弾性率を測定する。
測定装置:レオメトリック社製,動的粘弾性測定装置「DYNAMIC ANALYZER RDAII」
周波数 :1Hz
昇温速度:3℃/分
<硬化型樹脂組成物の硬化後の貯蔵弾性率の測定方法>
厚さ20μmの硬化型樹脂組成物層を形成し、これを積層して厚さ3mm、直径8mmの円板とし、さらに窒素雰囲気下で紫外線(光量300mJ/cm2)を照射して硬化させ、これを試験片とする。そして、ねじり剪断法により、下記の装置および条件で貯蔵弾性率を測定する。
測定装置:TAインスツルメント社製,Q800DMA
周波数 :11Hz
昇温速度:3℃/分
図2は、本発明の第2の実施形態に係る電極構造体の断面図である。
図2に示すように、本実施形態に係る電極構造体1Bは、下から順に、基材2と、微細な凹凸構造を有する凹凸基層3と、頂部電極層(本発明の導電体層に該当)4と、p型半導体層(本発明の半導体層に該当)7と、真性半導体層(本発明の半導体層に該当)8と、n型半導体層(本発明の半導体層に該当)9と、負極電極層(本発明の導電体層に該当)6と、微細な凹凸構造を有する凹凸基層3’と、基材2’とから構成される。なお、p型半導体層7、真性半導体層8およびn型半導体層9の積層体は、光電変換活性層5に該当する。
ブチルアクリレート62質量部と、メチルメタクリレート10質量部と、2−ヒドロキシエチルアクリレート28質量部とを酢酸エチル中で反応させて、官能基にヒドロキシル基を有するアクリル系共重合体の酢酸エチル溶液(固形分濃度40質量%)を得た。
実施例1と同様にして、基材と凹凸基層とからなる積層体を1つ作製した。その積層体の凹凸基層上に、スズドープ酸化インジウム層を真空蒸着により形成して、厚さ100nmの頂部電極層とした。続いて、[6,6]−フェニル−C61−酪酸メチル(PCBM)とポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)とを質量比1:3で混合した混合物のクロロベンゼン溶液(濃度:2質量%)を、スピンコート法により頂部電極層上に塗布して120℃で10分間加熱し、厚さ100nmの光電変換活性層(真性半導体層)を形成した。この真性半導体層では、P3HTとPCBMとが相分離構造をとっていた。最後に、光電変換活性層上にアルミニウムを蒸着して、厚さ50nmの負極電極層を形成し、これを電極構造体とした。
実施例1と同様にして、基材と凹凸基層とからなる積層体を2つ作製した。一方の積層体の凹凸基層上に、スズドープ酸化インジウム層を真空蒸着により形成して、厚さ100nmの頂部電極層とした。続いて、頂部電極層上に、ポリ(3,4)−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォネート(PEDOT:PSS)水分散液(Bayer社製,BaytronP)をスピンコーティングにより塗布し、150℃で30分間加熱して、膜厚40nmのp型半導体層を形成した。
硬化型樹脂組成物の塗布剤を以下のものに変更した以外は、実施例1と同様にして電極構造体を作製した。
基材としてのポリエチレンテレフタレートフィルム(東洋紡績社製,A4100,厚さ:100μm)上に、スズドープ酸化インジウム層を真空蒸着により形成して、厚さ100nmの頂部電極とした。続いて、頂部電極上に、PCBMとP3HTとを質量比1:3で混合した混合物のクロロベンゼン溶液(P3HTおよびPCBMの合計で4質量%)を、スピンコーティングにより塗布して120℃で10分間加熱し、厚さ100nmの光電変換活性層(真性半導体層;バルクヘテロ構造)を形成した。この真性半導体層では、P3HTとPCBMとが相分離構造をとっていた。最後に、光電変換活性層上にアルミニウムを蒸着して、厚さ50nmの負極電極とし、これを電極構造体とした。
硬化型樹脂組成物として、エネルギー線硬化性の多官能モノマーとオリゴマーとからなる組成物(大日精化工業社製,セイカビーム14−29B(NPI))の固形分40質量部に対し、ビス(ヒドロキシメチル)トリシクロデカンジメタクリレート(新中村化学工業社製,DCP,固形分100質量%)30質量部、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(新中村化学工業社製,A−TMMT,固形分100質量%)30質量部、および光重合開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製,イルガキュア184)1質量部を混合し、液状の硬化型樹脂組成物を得た。
実施例および比較例で得られた凹凸基層の表面を、走査型電子顕微鏡を用いて6万倍で観察した。その結果、均一な高さ(300nm)と直径(200nm)を有するナノピラー構造が見られたものを○、ナノピラー構造に欠点が見られたものを×で表す。結果を表1に示す。なお、比較例1はナノピラー構造を形成する操作を行っていないので、評価の対象としなかった。
実施例および比較例で得られた電極構造体に対し、AM1.5G、擬似太陽光(100mw/cm2)を照射光源として照射し、ソースメジャーユニット(ワコム電創社製)を用いて電流電圧特性を測定することにより、光電変換効率(%)を求めた。結果を表1に示す。
10a…第1の電極構造体
10b…第2の電極構造体
2…基材
3…凹凸基層
4…頂部電極層
5…光電変換活性層
6…負極電極層
7…p型半導体層
8…真性半導体層
9…n型半導体層
Claims (10)
- 微細な凹凸構造を有する、エネルギー変換素子用の電極構造体を製造するための材料であって、
硬化前の貯蔵弾性率が1×103〜1×106Paである硬化型樹脂組成物からなることを特徴とする電極構造体材料。 - 前記硬化型樹脂組成物は、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と、エネルギー線硬化型のモノマーおよび/またはオリゴマーとを含有することを特徴とする請求項1に記載の電極構造体材料。
- 前記硬化型樹脂組成物は、側鎖に重合性基を有する(メタ)アクリル酸エステル共重合体を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の電極構造体材料。
- 微細な凹凸構造を有する、エネルギー変換素子用の電極構造体であって、
請求項1〜3のいずれかに記載の電極構造体材料を硬化してなり、微細な凹凸構造を有する凹凸基層と、
前記凹凸基層上に設けられた導電体層と
を備えたことを特徴とする電極構造体。 - 前記導電体層上に、さらに半導体からなる半導体層が積層されてなることを特徴とする請求項4に記載の電極構造体。
- 前記半導体が有機半導体であることを特徴とする請求項5に記載の電極構造体。
- 前記微細な凹凸構造がナノピラー構造であることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の電極構造体。
- 微細な凹凸構造を有する、エネルギー変換素子用の電極構造体を製造する方法であって、
基材上に請求項1〜3のいずれかに記載の電極構造体材料からなる凹凸形成用層を形成し、
前記凹凸形成用層に対して、表面に微細な凹凸構造を有するスタンパーを圧着し、
その状態で前記電極構造体材料を硬化させて、微細な凹凸構造を有する凹凸基層を形成し、
前記スタンパーと前記凹凸基層とを分離し、
前記凹凸基層上に導電体層を形成する
ことを特徴とする電極構造体の製造方法。 - 前記導電体層上に、さらに半導体からなる半導体層を形成することを特徴とする請求項8に記載の電極構造体の製造方法。
- 請求項6〜9のいずれかに記載の電極構造体を備えたことを特徴とする太陽電池。
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