JP2012164898A - Semiconductor fine particle film, diode, photoelectric conversion element and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a p-type or n-type silicon fine particle layer which has a uniform thickness in particle size level without impairing the original function of silicon fine particles, and can be produced inexpensively while controlling the impurity atom concentration easily, and to provide a diode and a photoelectric conversion element having them, and an inexpensive and simple manufacturing methods therefor.SOLUTION: In the semiconductor fine particle film, two kinds or more of silicon fine particles having different impurity atom concentration are mixed uniformly so that the impurity atoms have an average concentration of 10-10cm, and a multilayer film-like structure is formed. In the production method of a semiconductor fine particle film, a film compound containing a reactive functional group is brought into contact with the silicon fine particle compound to form a bond between the surface functional group of the silicon fine particle. After producing a reactive silicon fine particle compound, a chemical bond is formed by reaction of the reactive functional group, and then the silicon fine particles are bonded each other and fixed.

Description

本発明は、シリコン微粒子を用いた半導体微粒子膜の改良、それを用いたダイオードおよび光電変換素子ならびにそれらの製造方法に関する。 The present invention relates to an improvement of a semiconductor fine particle film using silicon fine particles, a diode and a photoelectric conversion element using the same, and a method for producing them.

従来のシリコン光電変換素子としては、ガラス基板表面にプラズマCVD法を用いて製膜したシリコンアモルファス型光電変換素子や、シリコン結晶やポリシリコン結晶を切断して板状に加工した後、不純物拡散したシリコン結晶型光電変換素子等が知られている(例えば特許文献1参照)。 As a conventional silicon photoelectric conversion element, a silicon amorphous photoelectric conversion element formed on the surface of a glass substrate using a plasma CVD method, a silicon crystal or a polysilicon crystal is cut and processed into a plate shape, and then impurities are diffused. A silicon crystal photoelectric conversion element or the like is known (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、従来のシリコンアモルファス型光電変換素子では、高価な真空装置を用いるため、製造コストが高くなるという欠点があった。また、シリコン結晶型光電変換素子では、高純度なシリコン結晶やポリシリコン結晶を多量に用いるため、製造コストが高くなるという欠点があった。 However, since the conventional silicon amorphous photoelectric conversion element uses an expensive vacuum device, there is a drawback in that the manufacturing cost increases. In addition, the silicon crystal photoelectric conversion element has a drawback in that the manufacturing cost increases because a large amount of high-purity silicon crystal or polysilicon crystal is used.

本発明者は、上記課題に鑑みて、シリコンを用いながら、従来のアモルファス型光電変換素子やシリコン結晶型光電変換素子に比べ、大幅にコストダウンできる大面積光電変換素子とその製造方法の提供を目的として、表面に共有結合した第1の反応性官能基を含む有機膜で被われたn型シリコン微粒子と表面に共有結合した第2の反応性官能基を含む有機膜で被われたn型シリコン微粒子を有機溶媒中で混合しペースト化し、基材表面に塗布する工程と、表面を有機膜で被われたp型シリコン微粒子と表面に共有結合した第2の反応性官能基を含む有機膜で被われたp型シリコン微粒子を有機溶媒中で混合しペースト化する工程と、基材表面に塗布する工程と、硬化させる工程とにより、表面に共有結合した有機薄膜で被われているn型シリコン微粒子層と表面に共有結合した有機薄膜で被われているp型シリコン微粒子層が積層形成されている光電変換素子およびその製造方法を提案した(例えば、特許文献2参照)。 In view of the above problems, the present inventor has provided a large-area photoelectric conversion element and a method for manufacturing the same that can significantly reduce costs compared to conventional amorphous photoelectric conversion elements and silicon crystal photoelectric conversion elements while using silicon. As an object, n-type silicon fine particles covered with an organic film containing a first reactive functional group covalently bonded to the surface and n-type covered with an organic film containing a second reactive functional group covalently bonded to the surface A step of mixing silicon fine particles in an organic solvent to form a paste, and applying the paste to the surface of the substrate; an organic film containing p-type silicon fine particles covered with an organic film; and a second reactive functional group covalently bonded to the surface The n-type covered with the organic thin film covalently bonded to the surface by the step of mixing the p-type silicon fine particles covered with the above in an organic solvent to form a paste, the step of applying to the substrate surface, and the step of curing Shi It proposed a photoelectric conversion device and a manufacturing method thereof p-type silicon fine particle layer is covered with an organic thin film covalently bound to Con particle layer and the surface are laminated (e.g., see Patent Document 2).

特開平10−247629号公報JP-A-10-247629 特開2007−173516号公報JP 2007-173516 A

しかしながら、特許文献2記載の光電変換素子およびその製造方法において、接合特性の優れたダイオードを製作しようとすると、粒径10nmのp型またはn型シリコン微粒子を用いる場合には、微粒子を構成する原子数が約10個程度と少なくなるため、不純物原子濃度の制御が困難になる場合がある。すなわち、p型またはn型シリコン微粒子層中の不純物原子濃度を1012〜1017cm−3程度にするには、シリコン原子10〜1011個あたり1個の割合で不純物原子(ホウ素、リン等)を導入する必要があるが、特に粒径10nm程度のp型またはn型シリコン微粒子を用いる場合、微粒子1個あたりの不純物原子数が1個以下となるため、現実には不純物原子の導入および不純物原子濃度の制御が非常に困難になる。 However, in the photoelectric conversion element described in Patent Document 2 and the method for manufacturing the photoelectric conversion element, when a diode having excellent junction characteristics is to be manufactured, when p-type or n-type silicon fine particles having a particle size of 10 nm are used, the atoms constituting the fine particles as the number is reduced to about 106 or so, there is a case where control of the impurity atom concentration is difficult. That is, in order to reduce the impurity atom concentration in the p-type or n-type silicon fine particle layer to about 10 12 to 10 17 cm −3 , the impurity atoms (boron, phosphorus, and silicon atoms at a ratio of 1 per 10 6 to 10 11 silicon atoms. In particular, when p-type or n-type silicon fine particles having a particle size of about 10 nm are used, the number of impurity atoms per fine particle is 1 or less. Moreover, it becomes very difficult to control the impurity atom concentration.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、シリコン微粒子本来の機能を損なうことなく、粒子サイズレベルで均一な厚みを有し、安価に製造可能で不純物原子濃度の制御が容易なp型またはn型シリコン微粒子層、およびそれらを有するダイオードおよび光電変換素子ならびにそれらの安価かつ簡便な製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and does not impair the original function of silicon fine particles, has a uniform thickness at the particle size level, can be manufactured at low cost, and can easily control the impurity atom concentration. An object of the present invention is to provide an n-type silicon fine particle layer, a diode and a photoelectric conversion element having the same, and a low-cost and simple manufacturing method thereof.

前記目的に沿う本発明の第1の態様は、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合され、積層膜状構造を形成していることを特徴とする半導体微粒子膜を提供することにより上記課題を解決するものである。 According to the first aspect of the present invention that meets the above object, two or more types of silicon fine particles having different impurity atom concentrations are uniformly mixed so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3. The above-described problems are solved by providing a semiconductor fine particle film having a film-like structure.

なお、本発明において、混合された2種類以上のシリコン微粒子全体を指す場合、あるいは不純物原子濃度等に関係なく特定の1つの微粒子を指す場合に、総称としての「シリコン微粒子」という用語を用いる。 In the present invention, the term “silicon fine particles” is used as a general term when referring to two or more kinds of mixed silicon fine particles as a whole or when referring to one specific fine particle regardless of the impurity atom concentration or the like.

本発明の第1の態様に係る半導体微粒子膜において、前記シリコン微粒子が、分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を形成していることが好ましい。 In the semiconductor fine particle film according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the silicon fine particles form a laminated film structure that is chemically bonded to each other through molecular crosslinking.

本発明の第1の態様に係る半導体微粒子膜において、前記2種類以上のシリコン微粒子が、純粋シリコン微粒子と、p型シリコン微粒子またはn型シリコン微粒子との組み合わせであってもよい。 In the semiconductor fine particle film according to the first aspect of the present invention, the two or more types of silicon fine particles may be a combination of pure silicon fine particles and p-type silicon fine particles or n-type silicon fine particles.

本発明の第1の態様に係る半導体微粒子膜において、前記2種類以上のシリコン微粒子の混合物が、粒子径が異なるシリコン微粒子を含んでいてもよい。 In the semiconductor fine particle film according to the first aspect of the present invention, the mixture of the two or more types of silicon fine particles may contain silicon fine particles having different particle diameters.

本発明の第1の態様に係る半導体微粒子膜において、前記シリコン微粒子の粒子径が10〜5μmであることが好ましい。 In the semiconductor fine particle film according to the first aspect of the present invention, the silicon fine particles preferably have a particle diameter of 10 to 5 μm.

本発明の第1の態様に係る半導体微粒子膜において、前記シリコン微粒子の表面には、第1の反応性の官能基を有し、Si−O−結合を介して化学結合し、該表面の少なくとも一部を覆った第1の被膜、または前記第1の官能基と反応して化学結合を形成する第2の反応性の官能基を有し、Si−O−結合を介して化学結合し、該表面の少なくとも一部を覆った第2の被膜が形成されており、それぞれ異なるシリコン微粒子上に存在する前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基とが反応して化学結合することにより、前記分子架橋が形成されていてもよい。 In the semiconductor fine particle film according to the first aspect of the present invention, the surface of the silicon fine particle has a first reactive functional group and is chemically bonded via a Si—O— bond, A first coating covering a part, or a second reactive functional group that reacts with the first functional group to form a chemical bond, and is chemically bonded via a Si-O- bond; A second film covering at least a part of the surface is formed, and the first reactive functional group and the second reactive functional group existing on different silicon fine particles react with each other. The molecular bridge may be formed by chemical bonding.

上記の場合において、前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであってもよい。 In the above case, the chemical bond formed by the reaction between the first reactive functional group and the second reactive functional group was formed by the reaction between an amino group or imino group and an epoxy group. Any of an N—CH 2 CH (OH) bond and an NH—CONH bond formed by a reaction between an amino group or an imino group and an isocyanate group may be used.

本発明の第1の態様に係る半導体微粒子膜において、前記シリコン微粒子の表面には、第4の反応性の官能基を有し、Si−O−結合を介して化学結合し、該表面の少なくとも一部を覆った第4の被膜が形成されており、前記シリコン微粒子の1つと化学結合した前記第4の被膜の有する第4の反応性の官能基と、前記1つのシリコン微粒子以外のシリコン微粒子と化学結合した前記第4の被膜の有する前記第4の反応性の官能基と、前記反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する複数の架橋反応基を有する架橋剤を介して化学結合することにより形成されていてもよい。 In the semiconductor fine particle film according to the first aspect of the present invention, the surface of the silicon fine particle has a fourth reactive functional group, chemically bonded via a Si—O— bond, and at least the surface of the silicon fine particle film. A fourth coating film partially covering the fourth reactive functional group of the fourth coating chemically bonded to one of the silicon microparticles, and silicon microparticles other than the one silicon microparticle Through a cross-linking agent having a plurality of cross-linking reactive groups that form a chemical bond by reacting with the reactive functional group by heat and the fourth reactive functional group of the fourth film chemically bonded to And may be formed by chemical bonding.

上記の場合において、前記第4の反応性の官能基と架橋反応基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであってもよい。 In the above case, the chemical bond formed by the reaction between the fourth reactive functional group and the crosslinking reactive group is an N-CH 2 CH (formed by the reaction between an amino group or imino group and an epoxy group. OH) bond and NH-CONH bond formed by reaction of amino group or imino group with isocyanate group.

本発明の第2の態様は、第1の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第1の膜化合物を、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3(ここで、塗膜の好ましい不純物濃度は、1011〜1018/cm、より好ましくは1012〜1017/cm程度であるが、必要に応じて適宜調整すればよい。)となるように均一に混合したシリコン微粒子混合物と接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第1の膜化合物の形成する第1の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた第1の反応性シリコン微粒子混合物を製造する工程Aと、前記第1の反応性官能基と反応する第3の反応性官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第3の膜化合物を基材表面に接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第3の膜化合物の形成する第3の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた反応性基材を製造する工程Bと、前記反応性基材の表面に前記た第1の反応性シリコン微粒子混合物を接触させ、前記第1の反応性の官能基と前記第3の反応性の官能基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程Cとを含むことを特徴とする半導体微粒子膜の製造方法を提供することにより上記課題を解決するものである。 According to the second aspect of the present invention, the first film compound having the first reactive functional group and the halosilyl group or alkoxysilyl group is formed by using two or more kinds of silicon fine particles having different impurity atom concentrations. Average concentration is 10 10 to 10 20 cm −3 (Here, the preferable impurity concentration of the coating film is about 10 11 to 10 18 / cm 3 , more preferably about 10 12 to 10 17 / cm 3 , And a silicon fine particle mixture uniformly mixed so as to form a Si—O— bond between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the silicon fine particle. And producing a first reactive silicon fine particle mixture in which at least a part of the surface is covered with the first film formed by the first film compound, and A third reactive functional group that reacts with the first reactive functional group and a third film compound each having a halosilyl group or an alkoxysilyl group are brought into contact with the substrate surface, and the halosilyl group or alkoxysilyl group and the A step of producing a reactive base material in which at least a part of the surface is covered with a third film formed by the third film compound by forming a Si—O— bond with a surface functional group of the base material. B is brought into contact with the surface of the reactive base material with the first reactive silicon fine particle mixture, and is chemically bonded by the reaction between the first reactive functional group and the third reactive functional group. Forming a single layer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate, and then washing with a solvent, and forming a semiconductor fine particle comprising: Providing a film manufacturing method It is intended to solve the above problems by.

本発明の第2の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記第1の反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する第2の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第2の膜化合物を前記シリコン微粒子混合物と接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第2の膜化合物の形成する第2の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた第2の反応性シリコン微粒子混合物を製造する工程Dと、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記た第2の反応性シリコン微粒子混合物を接触させ、前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第2の反応性シリコン微粒子混合物が結合固定された積層膜を形成する工程Eをさらに含んでいてもよい。 In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the second aspect of the present invention, a second reactive functional group which reacts with the first reactive functional group by heat to form a chemical bond, and a halosilyl group or alkoxy A second film compound each having a silyl group is brought into contact with the silicon fine particle mixture to form a Si—O— bond between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the silicon fine particles, and the second A step D of producing a second reactive silicon fine particle mixture in which at least a part of the surface is covered with a second film formed by the film compound of the first, and the first bonded and fixed to the surface of the reactive substrate. The second reactive silicon fine particle mixture is brought into contact with the surface of the monolayer film of the reactive silicon fine particle mixture, and the reaction between the first reactive functional group and the second reactive functional group is reversed. Forming a laminated film in which the second reactive silicon fine particle mixture is bonded and fixed to the surface of the single-layer film of the first reactive silicon fine particle mixture by forming a chemical bond by the following step May further be included.

本発明の第2の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記工程CおよびEを交互にそれぞれ所定の回数繰り返して行い、前記積層膜の表面に、前記第1および第2の反応性シリコン微粒子混合物が交互に結合固定された積層膜を形成させてもよい。 In the method for manufacturing a semiconductor fine particle film according to the second aspect of the present invention, the steps C and E are alternately repeated a predetermined number of times, and the first and second reactive silicons are formed on the surface of the laminated film. A laminated film in which the fine particle mixture is alternately bonded and fixed may be formed.

本発明の第2の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記第1、第2および第3の被膜を形成後、前記第1および第2の反応性シリコン微粒子混合物、ならびに反応性基材の表面の表面をそれぞれ溶媒で洗浄し、余分な前記第1、第2および第3の膜化合物を除去する工程をさらに有することが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor fine particle film according to the second aspect of the present invention, the first and second reactive silicon fine particle mixtures and the reactive base material after the first, second and third coatings are formed. It is preferable that the method further includes a step of washing each of the surfaces with a solvent to remove excess first, second and third film compounds.

本発明の第3の態様は、第1の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第1の膜化合物を、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子のそれぞれと接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第1の膜化合物の形成する第1の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた2種類以上の第1の反応性シリコン微粒子を製造後、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるようにそれらを均一に混合し、第1のシリコン微粒子混合物を製造する工程Aと、前記第1の反応性官能基と反応する第3の反応性官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第3の膜化合物を基材表面に接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第3の膜化合物の形成する第3の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた反応性基材を製造する工程Bと、前記反応性基材の表面に前記第1の反応性シリコン微粒子混合物を接触させ、前記第1の反応性の官能基と前記第3の反応性の官能基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程Cとを含むことを特徴とする半導体微粒子膜の製造方法を提供することにより上記課題を解決するものである。 In the third aspect of the present invention, the first film compound having the first reactive functional group and the halosilyl group or alkoxysilyl group is brought into contact with each of two or more types of silicon fine particles having different impurity atom concentrations. Si—O— bonds are formed between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional groups of the silicon fine particles, and at least a part of the surface is covered with the first film formed by the first film compound. After producing two or more kinds of first reactive silicon fine particles, they are uniformly mixed so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 to produce a first silicon fine particle mixture. And a third film compound having a third reactive functional group that reacts with the first reactive functional group and a halosilyl group or an alkoxysilyl group, respectively. A surface is contacted with the substrate surface, a Si—O— bond is formed between the halosilyl group or alkoxysilyl group and a surface functional group of the substrate, and the third film compound forms the surface. Step B for producing a reactive base material covered with at least a part thereof, contacting the surface of the reactive base material with the first reactive silicon fine particle mixture, and the first reactive functional group A single-layer film of the first reactive silicon fine particle mixture formed by chemical reaction by reaction with the third reactive functional group, then washed with a solvent, and bonded and fixed to the surface of the reactive substrate The above-mentioned problem is solved by providing a method for producing a semiconductor fine particle film, which comprises the step C of forming a semiconductor layer.

本発明の第3の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記第1の反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する第2の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第2の膜化合物を前記シリコン微粒子混合物と接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第2の膜化合物の形成する第2の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた第2の反応性シリコン微粒子混合物を製造する工程Dと、
前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第2の反応性シリコン微粒子混合物を接触させ、前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第2の反応性シリコン微粒子混合物が結合固定された積層膜を形成する工程Eをさらに含んでいてもよい。
In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the third aspect of the present invention, a second reactive functional group which reacts with the first reactive functional group by heat to form a chemical bond, and a halosilyl group or alkoxy A second film compound each having a silyl group is brought into contact with the silicon fine particle mixture to form a Si—O— bond between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the silicon fine particles, and the second A step D of producing a second reactive silicon fine particle mixture in which at least a part of the surface is covered with a second coating film formed by the film compound;
The second reactive silicon fine particle mixture is brought into contact with the surface of the monolayer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate, and the first reactive functional group And the second reactive functional group to form a chemical bond, and then washed with a solvent, and the second reactive silicon fine particles are formed on the surface of the monolayer film of the first reactive silicon fine particle mixture. A step E of forming a laminated film in which the mixture is bonded and fixed may be further included.

本発明の第3の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記工程CおよびEを交互にそれぞれ所定の回数繰り返して行い、前記積層膜の表面に、前記第1および第2の反応性シリコン微粒子混合物が交互に結合固定された積層膜を形成させてもよい。 In the method of manufacturing a semiconductor fine particle film according to the third aspect of the present invention, the steps C and E are alternately repeated a predetermined number of times, and the first and second reactive silicons are formed on the surface of the laminated film. A laminated film in which the fine particle mixture is alternately bonded and fixed may be formed.

本発明の第3の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記第1、第2および第3の被膜を形成後、前記第1および第2の反応性シリコン微粒子混合物、ならびに反応性基材の表面の表面をそれぞれ溶媒で洗浄し、余分な前記第1、第2および第3の膜化合物を除去する工程をさらに有することが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor fine particle film according to the third aspect of the present invention, the first and second reactive silicon fine particle mixtures and the reactive base material after the first, second and third coatings are formed. It is preferable that the method further includes a step of washing each of the surfaces with a solvent to remove excess first, second and third film compounds.

本発明の第4の態様は、第4の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第4の膜化合物を、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合したシリコン微粒子混合物と接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第4の膜化合物の形成する被膜で表面の少なくとも一部が覆われた第4の反応性シリコン微粒子混合物を製造する工程aと、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物を溶媒に分散して分散液を製造する工程bと、前記第4の膜化合物を基材表面に接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第4の膜化合物の形成する第4の被膜で表面の少なくとも一部を覆い、次いで、前記第4の被膜の表面を前記第4の反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する複数の架橋反応基を有する架橋剤と接触および反応させ、反応性基材を製造する工程cと、前記反応性基材の表面に前記分散液を接触させ、前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程dとを含むことを特徴とする半導体微粒子膜の製造方法を提供することにより上記課題を解決するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fourth film compound having a fourth reactive functional group and a halosilyl group or an alkoxysilyl group. A silicon fine particle mixture uniformly mixed so as to have an average concentration of 10 10 to 10 20 cm −3 is brought into contact, and a Si—O— bond is formed between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the silicon fine particle. Forming a fourth reactive silicon fine particle mixture having at least a part of its surface covered with a coating film formed by the fourth film compound, and the fourth reactive silicon fine particle mixture as a solvent Step b for dispersing in a dispersion to produce a dispersion, bringing the fourth film compound into contact with the substrate surface, and the halosilyl group or alkoxysilyl group and the Si—O— bonds are formed with the surface functional groups of the material, and at least part of the surface is covered with the fourth film formed by the fourth film compound, and then the surface of the fourth film is covered. Contacting and reacting with a cross-linking agent having a plurality of cross-linking reactive groups that react with heat with the fourth reactive functional group to form a chemical bond, and producing a reactive substrate; and the reactive group The dispersion is brought into contact with the surface of the material, a chemical bond is formed by a reaction between the fourth reactive functional group and the cross-linking reactive group, then washed with a solvent, and bonded to the surface of the reactive substrate. The above-mentioned problem is solved by providing a method for producing a semiconductor fine particle film, comprising a step d of forming a single-layer film of the fixed first reactive silicon fine particle mixture.

本発明の第4の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記架橋剤を接触および反応させた後、前記分散液を接触させ、前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第4の反応性シリコン微粒子混合物が結合固定された積層膜を形成する工程eをさらに含んでいてもよい。
また、この場合において、前記工程eを所定の回数繰り返して行ってもよい。
In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the fourth aspect of the present invention, the cross-linking agent is brought into contact with the surface of the monolayer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate. And after the reaction, the dispersion is brought into contact, a chemical bond is formed by a reaction between the fourth reactive functional group and the cross-linking reactive group, and then washed with a solvent, and the fourth reactive silicon The method may further include a step e of forming a laminated film in which the fourth reactive silicon fine particle mixture is bonded and fixed on the surface of the single layer film of the fine particle mixture.
In this case, the step e may be repeated a predetermined number of times.

本発明の第4の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記第4の被膜を形成後、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物および前記反応性基材の表面をそれぞれ溶媒で洗浄し、余分な前記第4の膜化合物を除去する工程をさらに有することが好ましい。 In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the fourth aspect of the present invention, after the formation of the fourth film, the surfaces of the fourth reactive silicon fine particle mixture and the reactive substrate are respectively washed with a solvent, It is preferable to further include a step of removing excess fourth film compound.

本発明の第5の態様は、第4の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第4の膜化合物を、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子のそれぞれと接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第4の膜化合物の形成する被膜で表面の少なくとも一部が覆われた2種類以上の第4の反応性シリコン微粒子を製造後、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるようにそれらを均一に混合し、第4のシリコン微粒子混合物を製造する工程aと、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物を溶媒に分散して分散液を製造する工程bと、前記第4の膜化合物を基材表面に接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第4の膜化合物の形成する第4の被膜で表面の少なくとも一部を覆い、次いで、前記第4の被膜の表面を前記第4の反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する複数の架橋反応基を有する架橋剤と接触および反応させ、反応性基材を製造する工程cと、前記反応性基材の表面に前記分散液を接触させ、前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程dとを含むことを特徴とする半導体微粒子膜の製造方法を提供することにより上記課題を解決するものである。 According to a fifth aspect of the present invention, a fourth film compound having a fourth reactive functional group and a halosilyl group or an alkoxysilyl group is brought into contact with each of two or more types of silicon fine particles having different impurity atom concentrations. A Si—O— bond is formed between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the silicon fine particle, and at least a part of the surface is covered with a film formed by the fourth film compound 2 A step of producing a fourth silicon fine particle mixture by producing four or more types of fourth reactive silicon fine particles and then uniformly mixing them so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3. A step b of dispersing the fourth reactive silicon fine particle mixture in a solvent to produce a dispersion; and contacting the fourth film compound with the surface of the substrate; A Si—O— bond is formed between the group or the alkoxysilyl group and the surface functional group of the substrate, and at least a part of the surface is covered with a fourth film formed by the fourth film compound, And reacting the surface of the fourth film with the cross-linking agent having a plurality of cross-linking reactive groups that react with heat with the fourth reactive functional group to form a chemical bond, thereby producing a reactive substrate. Step c), bringing the dispersion into contact with the surface of the reactive substrate, forming a chemical bond by the reaction of the fourth reactive functional group and the crosslinking reactive group, and then washing with a solvent, And d) forming a single layer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive base material, thereby providing a method for producing a semiconductor fine particle film. It solves the problem.

本発明の第5の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記架橋剤を接触および反応させた後、前記分散液を接触させ、前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第4の反応性シリコン微粒子混合物が結合固定された積層膜を形成する工程eをさらに含んでいてもよい。
また、この場合において、前記工程eを所定の回数繰り返して行ってもよい。
In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the fifth aspect of the present invention, the cross-linking agent is brought into contact with the surface of the monolayer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate. And after the reaction, the dispersion is brought into contact, a chemical bond is formed by a reaction between the fourth reactive functional group and the cross-linking reactive group, and then washed with a solvent, and the fourth reactive silicon The method may further include a step e of forming a laminated film in which the fourth reactive silicon fine particle mixture is bonded and fixed on the surface of the single layer film of the fine particle mixture.
In this case, the step e may be repeated a predetermined number of times.

本発明の第5の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記第4の被膜を形成後、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物および前記反応性基材の表面をそれぞれ溶媒で洗浄し、余分な前記第4の膜化合物を除去する工程をさらに有することが好ましい。 In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the fifth aspect of the present invention, after the formation of the fourth film, the surfaces of the fourth reactive silicon fine particle mixture and the reactive substrate are respectively washed with a solvent, It is preferable to further include a step of removing excess fourth film compound.

本発明の第2および第3の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応、または前記第1の反応性の官能基と前記第3の反応性の官能基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであってもよい。 In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the second and third aspects of the present invention, the reaction between the first reactive functional group and the second reactive functional group, or the first reactivity. A chemical bond formed by the reaction of the functional group of the second reactive functional group with an N-CH 2 CH (OH) bond formed by the reaction of an amino group or imino group with an epoxy group, and It may be any NH—CONH bond formed by the reaction of an amino group or imino group with an isocyanate group.

本発明の第4および第5の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであってもよい。 In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the fourth and fifth aspects of the present invention, the chemical bond formed by the reaction between the fourth reactive functional group and the crosslinking reactive group is an amino group or an imino group. N—CH 2 CH (OH) bond formed by the reaction of the epoxy group with the epoxy group and NH—CONH bond formed by the reaction of the amino group or imino group with the isocyanate group may be used.

本発明の第2から第5の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記2種類以上のシリコン微粒子が、純粋シリコン微粒子と、p型シリコン微粒子またはn型シリコン微粒子との組み合わせ、あるいはp型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子との組み合わせであってもよい。 In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the second to fifth aspects of the present invention, the two or more types of silicon fine particles are a combination of pure silicon fine particles and p-type silicon fine particles or n-type silicon fine particles, or p-type. A combination of silicon fine particles and n-type silicon fine particles may be used.

本発明の第2から第5の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記シリコン微粒子の粒子径が10〜5μmであることが好ましい。 In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the second to fifth aspects of the present invention, the silicon fine particles preferably have a particle diameter of 10 to 5 μm.

本発明の第2から第5の態様に係る半導体微粒子膜の製造方法において、前記2種類以上のシリコン微粒子の混合物が、粒子径が異なるシリコン微粒子を含んでいてもよい。 In the method for producing a semiconductor fine particle film according to the second to fifth aspects of the present invention, the mixture of two or more types of silicon fine particles may contain silicon fine particles having different particle diameters.

本発明の第6の態様は、不純物原子濃度の異なる2種類以上のn型シリコン微粒子、または純粋シリコン微粒子とn型シリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合され、分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を有するn型半導体層と、不純物原子濃度の異なる2種類以上のp型シリコン微粒子、または純粋シリコン微粒子とp型シリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合され、分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を有するp型半導体層とが基材上に積層されていることを特徴とするダイオードを提供することにより上記課題を解決するものである。 In the sixth aspect of the present invention, two or more types of n-type silicon fine particles having different impurity atom concentrations, or pure silicon fine particles and n-type silicon fine particles have an average impurity atom concentration of 10 10 to 10 20 cm −3. N-type semiconductor layer having a laminated film structure that is uniformly mixed and chemically bonded to each other through molecular cross-linking, and two or more types of p-type silicon fine particles having different impurity atom concentrations, or pure silicon fine particles and p-type silicon A p-type semiconductor layer having a laminated film structure in which fine particles are uniformly mixed so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 and chemically bonded to each other through molecular crosslinking is formed on the substrate. The above-described problems are solved by providing a diode characterized in that it is stacked on the substrate.

本発明の第6の態様に係るダイオードにおいて、前記2種類以上のシリコン微粒子の粒子径が10〜5μmであることが好ましい。 In the diode according to the sixth aspect of the present invention, it is preferable that the two or more types of silicon fine particles have a particle diameter of 10 to 5 μm.

本発明の第6の態様に係るダイオードにおいて、前記2種類以上のシリコン微粒子の混合物が、粒子径が異なるシリコン微粒子を含んでいてもよい。 In the diode according to the sixth aspect of the present invention, the mixture of two or more kinds of silicon fine particles may contain silicon fine particles having different particle diameters.

本発明の第6の態様に係るダイオードにおいて、前記分子架橋が、前記シリコン微粒子の1つと化学結合した第1の被膜の有する第1の反応性の官能基と、前記シリコン微粒子以外のシリコン微粒子と化学結合した第2の被膜の有する前記第1の官能基と反応して化学結合を形成する第2の反応性の官能基とが反応して化学結合することにより形成されていてもよい。 In the diode according to the sixth aspect of the present invention, the molecular bridge includes a first reactive functional group of the first coating chemically bonded to one of the silicon fine particles, and silicon fine particles other than the silicon fine particles. It may be formed by reacting and chemically bonding with a second reactive functional group that reacts with the first functional group of the second chemically bonded film to form a chemical bond.

上記の場合において、前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであってもよい。 In the above case, the chemical bond formed by the reaction between the first reactive functional group and the second reactive functional group was formed by the reaction between an amino group or imino group and an epoxy group. Any of an N—CH 2 CH (OH) bond and an NH—CONH bond formed by a reaction between an amino group or an imino group and an isocyanate group may be used.

本発明の第6の態様に係るダイオードにおいて、前記分子架橋が、2種類以上のシリコン微粒子の1つと化学結合した被膜の有する反応性の第3の官能基と、前記1つの2種類以上のシリコン微粒子以外の2種類以上のシリコン微粒子と化学結合した被膜の有する前記反応性の官能基と、前記反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する複数の架橋反応基を有する架橋剤を介して化学結合することにより形成されていてもよい。 In the diode according to the sixth aspect of the present invention, the molecular cross-linking is a reactive third functional group of a coating chemically bonded to one of two or more types of silicon fine particles, and the one or more types of two or more types of silicon. A cross-linking agent having the reactive functional group of the coating chemically bonded to two or more types of silicon fine particles other than the fine particles, and a plurality of cross-linking reactive groups that react with the reactive functional group by heat to form a chemical bond. It may be formed by chemical bonding via.

上記の場合において、前記第3の反応性の官能基と架橋反応基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであってもよい。 In the above case, the chemical bond formed by the reaction between the third reactive functional group and the crosslinking reactive group is an N-CH 2 CH (formed by the reaction between an amino group or imino group and an epoxy group. OH) bond and NH-CONH bond formed by reaction of amino group or imino group with isocyanate group.

本発明の第7の態様は、本発明の第6の態様に係るダイオードを含む光電変換素子を提供することにより上記課題を解決するものである。 A seventh aspect of the present invention solves the above problem by providing a photoelectric conversion element including a diode according to the sixth aspect of the present invention.

本発明の第7の態様に係る光電変換素子において、前記光電変換素子が太陽電池、またはフォトセンサーであってもよい。 In the photoelectric conversion element according to the seventh aspect of the present invention, the photoelectric conversion element may be a solar cell or a photosensor.

本発明の第8の態様は、本発明の第2から第5の態様に係るいずれかの方法により、透明基材上に不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合された複数の純粋シリコン微粒子と複数のn型シリコン微粒子とが分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を有するn型半導体層を形成する工程と、本発明の第2および第3の態様に係るいずれかの方法により、前記n型シリコン微粒子層上に、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合された複数の純粋シリコン微粒子と複数のp型シリコン微粒子とが分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を有するp型半導体層を形成する工程とを有することを特徴とする光電変換素子の製造方法を提供することにより上記課題を解決するものである。 According to an eighth aspect of the present invention, an average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 on a transparent substrate by any one of the methods according to the second to fifth aspects of the present invention. Forming an n-type semiconductor layer having a laminated film structure in which a plurality of homogeneously mixed pure silicon fine particles and a plurality of n-type silicon fine particles are chemically bonded to each other through molecular bridges; A plurality of pure silicon fine particles uniformly mixed on the n-type silicon fine particle layer so as to have an average concentration of impurity atoms of 10 10 to 10 20 cm −3 by any one of the methods according to the third aspect And a step of forming a p-type semiconductor layer having a laminated film structure in which a plurality of p-type silicon fine particles are chemically bonded to each other through molecular cross-linking. The above-mentioned problem is solved.

本発明の第9の態様は、本発明の第8の態様に係るダイオードの製造方法を含む光電変換素子の製造方法を提供することにより上記課題を解決するものである。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a photoelectric conversion element including the method for manufacturing a diode according to the eighth aspect of the present invention.

本発明の第9の態様に係る光電変換素子の製造方法において、前記光電変換素子が太陽電池またはフォトセンサーであってもよい。 In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the ninth aspect of the present invention, the photoelectric conversion element may be a solar cell or a photosensor.

以上説明したとおり、本発明によれば、不純物濃度の異なる複数のシリコン微粒子を組み合わせて用いることにより、不純物原子濃度や膜厚を容易に制御可能な半導体微粒子膜およびそれを用いた接合特性に優れた高性能な光電変換素子、ならびにそれらを安価かつ簡便に製造可能な半導体微粒子膜およびそれを用いた光電変換素子の製造方法が提供される。さらに、本発明の半導体微粒子膜および光電変換素子の製造には、高価な真空機器を必要とせず、湿式法を用いて微細形状を有するものから大面積のものまで容易に製造可能である。 As described above, according to the present invention, by using a combination of a plurality of silicon fine particles having different impurity concentrations, the semiconductor fine particle film capable of easily controlling the impurity atom concentration and film thickness and excellent bonding characteristics using the same. A high-performance photoelectric conversion element, a semiconductor fine particle film that can be manufactured inexpensively and simply, and a method for manufacturing a photoelectric conversion element using the same are provided. Furthermore, the manufacture of the semiconductor fine particle film and the photoelectric conversion element of the present invention does not require expensive vacuum equipment, and can be easily manufactured from a fine shape to a large area using a wet method.

本発明の第一の実施の形態に係る半導体微粒子膜の断面構造を模式的に表した説明図である。It is explanatory drawing which represented typically the cross-sectional structure of the semiconductor fine particle film which concerns on 1st embodiment of this invention. 同半導体微粒子膜の製造方法において、エポキシ化シリコン微粒子を製造する工程を説明するために分子レベルまで拡大した模式図であり、(a)は反応前のシリコン微粒子の断面構造、(b)はエポキシ基を含む単分子膜が形成されたエポキシ化シリコン微粒子の断面構造をそれぞれ表す。In the manufacturing method of the semiconductor fine particle film, in order to explain the process of manufacturing the epoxidized silicon fine particles, it is a schematic view enlarged to the molecular level, (a) is a cross-sectional structure of the silicon fine particles before reaction, (b) is an epoxy Each represents a cross-sectional structure of an epoxidized silicon fine particle on which a monomolecular film containing a group is formed. 本発明の第二の実施の形態に係る半導体微粒子膜の断面構造を模式的に表した説明図である。It is explanatory drawing which represented typically the cross-sectional structure of the semiconductor fine particle film which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三の実施の形態に係る太陽電池の断面構造を模式的に表した説明図である。It is explanatory drawing which represented typically the cross-section of the solar cell which concerns on 3rd embodiment of this invention.

本発明の半導体微粒子膜において、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合され、分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を形成している。以下、分子架橋の形成の態様および製造方法がそれぞれ異なる第一から第四の実施の形態に係る半導体微粒子膜について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施の形態において、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子として、純粋シリコン微粒子とn型シリコン微粒子とを組み合わせて用いた場合について説明する。 In the semiconductor fine particle film of the present invention, two or more types of silicon fine particles having different impurity atom concentrations are uniformly mixed so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3. A chemically bonded laminated film structure is formed. Hereinafter, semiconductor fine particle films according to the first to fourth embodiments, which are different in the mode of formation of the molecular bridge and the manufacturing method, will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, a case will be described in which pure silicon fine particles and n-type silicon fine particles are used in combination as two or more types of silicon fine particles having different impurity atom concentrations.

半導体微粒子膜の製造方法は、反応性シリコン微粒子混合物をペースト化し、基材上に塗布後、塗膜を硬化させることにより複数層を一度に積層させる方法と、反応性シリコン微粒子混合物の分散液を基材表面に塗布し結合させ、余分な反応性シリコン微粒子混合物を洗浄除去することにより一層ずつ積層させる方法に大別される。また、分子架橋の形成方法の観点から、対となる2つの反応性の官能基の一方を含む2種類の被膜を用いる方法と、1つの反応性の官能基と2以上の架橋反応基を有する架橋剤とを組み合わせて用いる方法とに大別される。 The method for producing a semiconductor fine particle film includes a method in which a reactive silicon fine particle mixture is pasted, applied onto a substrate, and a coating film is cured to laminate a plurality of layers at once, and a reactive silicon fine particle mixture dispersion It is roughly classified into a method of laminating one layer at a time by applying and bonding to the surface of the substrate and washing away and removing the excess reactive silicon fine particle mixture. Further, from the viewpoint of a method for forming molecular crosslinks, a method using two kinds of coatings including one of two reactive functional groups to be paired, one reactive functional group, and two or more crosslinkable reactive groups It is roughly classified into a method using a combination with a crosslinking agent.

図1、2に示すように、本発明の第一の実施の形態に係るn型シリコン微粒子膜(半導体微粒子膜の一例)10において、シリコン微粒子の表面には、分子の一端にエポキシ基(第1の反応性の官能基の一例)を有し、Si−O−結合を介して化学結合し、その表面の少なくとも一部を覆った、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜(第1の被膜の一例)16、またはエポキシ基と反応して結合を形成するアミノ基(第2の反応性の官能基の一例)を有し、Si−O−結合を介して化学結合し、その表面の少なくとも一部を覆った、図示しないアミノ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜(第2の被膜の一例)が形成されている。これらのシリコン微粒子間では、エポキシ化純粋シリコン微粒子11およびエポキシ化n型シリコン微粒子11a上に存在するエポキシ基と、アミノ化シリコン微粒子12およびアミノ化n型シリコン微粒子12a上に存在するアミノ基とが反応して化学結合することにより、N−CHCH(OH)結合(分子架橋の一例)が形成されており、この結合を介してシリコン微粒子同士が互いに化学結合した積層膜状構造を形成している。n型シリコン微粒子膜10において、エポキシ化純粋シリコン微粒子11およびエポキシ化n型シリコン微粒子11aと、アミノ化シリコン微粒子12およびアミノ化n型シリコン微粒子12aとが交互に積層されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the n-type silicon fine particle film (an example of a semiconductor fine particle film) 10 according to the first embodiment of the present invention, the surface of the silicon fine particle has an epoxy group (first A monomolecular film of an alkoxysilane compound having an epoxy group, which is chemically bonded via an Si—O— bond and covers at least a part of the surface thereof (first example of a reactive functional group). 16), or an amino group (an example of a second reactive functional group) that reacts with an epoxy group to form a bond, and is chemically bonded via a Si—O— bond. A monomolecular film (an example of a second film) of an alkoxysilane compound having an amino group (not shown) is formed so as to cover at least a part of the film. Among these silicon fine particles, there are epoxy groups present on the epoxidized pure silicon fine particles 11 and the epoxidized n-type silicon fine particles 11a and amino groups present on the aminated silicon fine particles 12 and the aminated n-type silicon fine particles 12a. By reacting and chemically bonding, N—CH 2 CH (OH) bond (an example of molecular cross-linking) is formed, and through this bond, silicon fine particles are mutually bonded to form a laminated film structure. ing. In the n-type silicon fine particle film 10, epoxidized pure silicon fine particles 11 and epoxidized n-type silicon fine particles 11a, aminated silicon fine particles 12 and aminated n-type silicon fine particles 12a are alternately laminated.

n型シリコン微粒子膜10が形成された反応性基材13の表面には、アミノ基(第3の反応性の官能基の一例)を有し、Si−O−結合を介して化学結合し、その表面の少なくとも一部を覆った、エポキシ基またはアミノ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜(第3の被膜の一例)が形成されており、エポキシ化純粋シリコン微粒子11およびエポキシ化n型シリコン微粒子11a上に存在するエポキシ基、またはアミノ化シリコン微粒子12およびアミノ化n型シリコン微粒子12a上に存在するアミノ基との間でN−CHCH(OH)結合(分子架橋の一例)を形成し、n型シリコン微粒子膜10と基材とを強固に結びつけている。 The surface of the reactive substrate 13 on which the n-type silicon fine particle film 10 is formed has an amino group (an example of a third reactive functional group), and is chemically bonded via a Si—O— bond. A monomolecular film (an example of a third coating) of an alkoxysilane compound having an epoxy group or an amino group covering at least a part of the surface is formed, and epoxidized pure silicon fine particles 11 and epoxidized n-type silicon are formed. An N—CH 2 CH (OH) bond (an example of molecular crosslinking) is formed between the epoxy group present on the fine particles 11a or the amino group present on the aminated silicon fine particles 12 and the aminated n-type silicon fine particles 12a. In addition, the n-type silicon fine particle film 10 and the base material are firmly bonded.

n型シリコン微粒子膜10は、下記の工程A〜Eを含む方法により製造される。
A.エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物(第1の膜化合物の一例)を、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合した純粋シリコン微粒子とn型シリコン微粒子との混合物(シリコン微粒子混合物の一例:以下、単に「シリコン微粒子混合物」と略称する場合がある。)と接触させ、アルコキシシリル基とシリコン微粒子表面のヒドロキシル基(表面官能基の一例)との間でSi−O−結合を形成させ、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜で表面の少なくとも一部が覆われたエポキシ化純シリコン微粒子11とエポキシ化n型シリコン微粒子11aの混合物(第1の反応性シリコン微粒子混合物の一例:以下「エポキシ化シリコン微粒子混合物」と略称する場合がある。)を製造する工程
B.アミノ基(第3の反応性の官能基の一例)を有するアルコキシシラン化合物(第3の膜化合物の一例)を基材表面に接触させ、アルコキシシリル基と基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜(第3の被膜の一例)で表面の少なくとも一部が覆われた反応性基材13を製造する工程
C.反応性基材13の表面にエポキシ化シリコン微粒子混合物を接触させ、エポキシ基とアミノ基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、反応性基材13の表面に結合固定されたエポキシ化シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程
D.アミノ基(第2の反応性の官能基の一例)を有するアルコキシシラン化合物(第2の膜化合物の一例)をシリコン微粒子混合物と接触させ、アルコキシシリル基とシリコン微粒子表面のヒドロキシル基との間でSi−O−結合を形成させ、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜(第2の被膜の一例)で表面の少なくとも一部が覆われたアミノ化純シリコン微粒子12とアミノ化n型シリコン微粒子12aの混合物(第2の反応性シリコン微粒子混合物の一例:以下「アミノ化シリコン微粒子混合物」と略称する場合がある。)を製造する工程
E.反応性基材13の表面に結合固定されたエポキシ化シリコン微粒子混合物の単層膜の表面にアミノ化シリコン微粒子混合物を接触させ、エポキシ基とアミノ基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、エポキシ化シリコン微粒子混合物の単層膜の表面にアミノ化シリコン微粒子混合物が結合固定された積層膜(n型シリコン微粒子膜10)を形成する工程
The n-type silicon fine particle film 10 is manufactured by a method including the following steps A to E.
A. Pure silicon fine particles and n-type silicon fine particles in which an alkoxysilane compound having an epoxy group (an example of a first film compound) is uniformly mixed so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 A mixture (an example of a silicon fine particle mixture: hereinafter, simply referred to as a “silicon fine particle mixture”) may be brought into contact with Si between an alkoxysilyl group and a hydroxyl group on the silicon fine particle surface (an example of a surface functional group). A mixture of the epoxidized pure silicon fine particles 11 and the epoxidized n-type silicon fine particles 11a in which —O— bonds are formed and at least part of the surface is covered with a monomolecular film of an alkoxysilane compound having an epoxy group (first reaction) An example of a conductive silicon fine particle mixture: hereinafter sometimes referred to as “epoxidized silicon fine particle mixture”) Step B. to An alkoxysilane compound (an example of a third film compound) having an amino group (an example of a third reactive functional group) is brought into contact with the substrate surface, and between the alkoxysilyl group and the surface functional group of the substrate. Step of producing a reactive substrate 13 in which at least part of the surface is covered with a monomolecular film (an example of a third coating film) of an alkoxysilane compound having an amino group by forming a Si—O— bond. The surface of the reactive substrate 13 was brought into contact with the epoxidized silicon fine particle mixture, a chemical bond was formed by a reaction between an epoxy group and an amino group, then washed with a solvent, and bonded and fixed to the surface of the reactive substrate 13. D. forming a monolayer film of the epoxidized silicon fine particle mixture An alkoxysilane compound (an example of the second film compound) having an amino group (an example of the second reactive functional group) is brought into contact with the silicon fine particle mixture, and between the alkoxysilyl group and the hydroxyl group on the surface of the silicon fine particles. Aminated pure silicon fine particles 12 and aminated n-type silicon in which at least a part of the surface is covered with a monomolecular film (an example of a second film) of an alkoxysilane compound having an amino group formed with an Si—O— bond. Step of producing a mixture of fine particles 12a (an example of a second reactive silicon fine particle mixture: hereinafter may be abbreviated as “aminated silicon fine particle mixture”) E. The aminated silicon fine particle mixture is brought into contact with the surface of the monolayer film of the epoxidized silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate 13 to form a chemical bond by reaction between the epoxy group and the amino group, and then the solvent. To form a laminated film (n-type silicon fine particle film 10) in which the aminated silicon fine particle mixture is bonded and fixed to the surface of the single layer film of the epoxidized silicon fine particle mixture

以下、各工程についてより詳細に説明する。
[A]エポキシ化シリコン微粒子混合物の製造
エポキシ化シリコン微粒子混合物は、図2に示すように、エポキシ基を含むアルコキシシラン化合物と、アルコキシシリル基とシリコン微粒子の表面のヒドロキシル基15との縮合反応を促進するための縮合触媒と、非水系の有機溶媒とを含む反応液中で、シリコン微粒子をアルコキシシラン化合物と接触させることにより製造される。
Hereinafter, each process will be described in more detail.
[A] Production of Epoxidized Silicon Fine Particle Mixture As shown in FIG. 2, the epoxidized silicon fine particle mixture comprises a condensation reaction between an alkoxysilane compound containing an epoxy group, an alkoxysilyl group, and a hydroxyl group 15 on the surface of the silicon fine particle. It is produced by bringing silicon fine particles into contact with an alkoxysilane compound in a reaction solution containing a condensation catalyst for promotion and a non-aqueous organic solvent.

エポキシ化シリコン微粒子混合物の製造に用いるシリコン微粒子(純シリコン微粒子およびn型シリコン微粒子)の粒径は、10〜5μmであることが好ましい。シリコン微粒子の粒径が10nmを下回ると、n型シリコン微粒子膜10におけるエポキシ基またはアミノ基を有する単分子膜の体積分率が大きくなりすぎるため、電気的特性が低下するおそれがある。一方、シリコン微粒子の粒径が5μmを超えると、n型シリコン微粒子膜10における空隙率が増大するため、やはり電気的特性が低下するおそれがある。また、印刷でデバイス用の微細なSi微粒子パターンを形成する際、パターンの切れが悪くなる。 The particle size of silicon fine particles (pure silicon fine particles and n-type silicon fine particles) used for the production of the epoxidized silicon fine particle mixture is preferably 10 to 5 μm. When the particle diameter of the silicon fine particles is less than 10 nm, the volume fraction of the monomolecular film having an epoxy group or amino group in the n-type silicon fine particle film 10 becomes too large, and the electrical characteristics may be deteriorated. On the other hand, if the particle size of the silicon fine particles exceeds 5 μm, the porosity in the n-type silicon fine particle film 10 increases, so that there is a possibility that the electrical characteristics also deteriorate. In addition, when a fine Si fine particle pattern for a device is formed by printing, the cut of the pattern becomes worse.

シリコン微粒子の混合物は、粒子径が異なるシリコン微粒子を含んでいてもよい。この場合において、純シリコン微粒子とn型シリコン微粒子との粒径が異なっていてもよく、純シリコン微粒子およびn型シリコン微粒子のそれぞれが異なる粒径のシリコン微粒子の混合物であってもよい。例えば、純シリコン微粒子よりも粒径の小さなn型シリコン微粒子を用いた場合、両者を均一に混合すると、前者の空隙を後者が満たすように分布させることができ、不純物原子の空間分布の均一性を向上させることができる。 The mixture of silicon fine particles may contain silicon fine particles having different particle diameters. In this case, the pure silicon fine particles and the n-type silicon fine particles may have different particle sizes, or the pure silicon fine particles and the n-type silicon fine particles may be a mixture of silicon fine particles having different particle sizes. For example, when n-type silicon fine particles having a particle diameter smaller than that of pure silicon fine particles are used, when the two are uniformly mixed, the former voids can be distributed so as to fill the latter, and the spatial distribution of impurity atoms is uniform. Can be improved.

充填率でいえば、2種類の粒径の微粒子を混合して用いる場合には、粒径の大きな微粒子7に対して粒径の小さな微粒子を3の割合にすれば充填率を最高にできるという論文もあるが、実用上Si微粒子は2種類である必要はないので、この限りではない。 In terms of the filling rate, in the case of using a mixture of two kinds of fine particles, the filling rate can be maximized by setting the ratio of 3 fine particles having a small particle size to fine particles 7 having a large particle size. Although there is a paper, it is not necessary to use two kinds of Si fine particles for practical purposes.

純シリコン微粒子とn型シリコン微粒子の混合比は特に制限されず、所望の不純物原子の平均濃度、シリコン微粒子の粒径等に応じて適宜決定される。純シリコン微粒子とn型シリコン微粒子の混合比は、例えば、100:1〜1,000,000:1であることが好ましい。n型シリコン微粒子の割合が高すぎると、n型シリコン微粒子1個あたりの不純物原子の含有数を低く抑える必要が生じ、不純物原子濃度の制御が困難になる場合がある。一方、n型シリコン微粒子の割合が低すぎると、自由電子の担い手となる不純物原子(リン等)の間隔が大きくなりすぎ、電子の移動特性が低下するおそれがある。 The mixing ratio of the pure silicon fine particles and the n-type silicon fine particles is not particularly limited, and is appropriately determined according to the desired average concentration of impurity atoms, the particle diameter of the silicon fine particles, and the like. The mixing ratio of the pure silicon fine particles and the n-type silicon fine particles is preferably, for example, 100: 1 to 1,000,000: 1. If the ratio of the n-type silicon fine particles is too high, it is necessary to keep the number of impurity atoms per n-type silicon fine particle low, and it may be difficult to control the impurity atom concentration. On the other hand, if the proportion of the n-type silicon fine particles is too low, the distance between impurity atoms (phosphorus, etc.) that play a role in free electrons becomes too large, which may deteriorate the electron transfer characteristics.

なお、塗膜の目標とする好ましい不純物濃度は、1011〜1018/cm、より好ましくは1012〜1017/cm程度である。 In addition, the preferable impurity concentration made into the target of a coating film is about 10 < 11 > -10 < 18 > / cm < 3 >, More preferably, it is about 10 < 12 > -10 < 17 > / cm < 3 >.

エポキシ化シリコン微粒子混合物の製造に用いる反応液は、エポキシ基を含むアルコキシシラン化合物と、アルコキシシリル基とシリコン微粒子の表面のヒドロキシル基15との縮合反応を促進するための縮合触媒と、非水系の有機溶媒とを混合することにより調製される。 The reaction liquid used for the production of the epoxidized silicon fine particle mixture includes an alkoxysilane compound containing an epoxy group, a condensation catalyst for accelerating the condensation reaction between the alkoxysilyl group and the hydroxyl group 15 on the surface of the silicon fine particle, and a non-aqueous system. It is prepared by mixing with an organic solvent.

エポキシ基を含むアルコキシシラン化合物としては、直鎖状アルキレン基の両末端に、エポキシ基(オキシラン環)を含む官能基およびアルコキシシリル基をそれぞれ有し、下記の一般式(化1)で表されるアルコキシシラン化合物が好ましい。 The alkoxysilane compound containing an epoxy group has a functional group containing an epoxy group (oxirane ring) and an alkoxysilyl group at both ends of the linear alkylene group, and is represented by the following general formula (Formula 1). An alkoxysilane compound is preferable.

上式において、Eはエポキシ基を含む官能基を、mは3〜20の整数を、Rは炭素数1〜4のアルキル基をそれぞれ表す。 In the above formula, E represents a functional group containing an epoxy group, m represents an integer of 3 to 20, and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

エポキシ化シリコン微粒子11、11aの製造に用いることができるエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の一例としては、下記(11)〜(22)に示した化合物が挙げられる。 As an example of the alkoxysilane compound which has an epoxy group which can be used for manufacture of the epoxidized silicon fine particles 11 and 11a, the compounds shown in the following (11) to (22) may be mentioned.

(11) (CHOCH)CH2O(CH2)Si(OCH)3
(12) (CHOCH)CH2O(CH2)Si(OCH)3
(13) (CHOCH)CH2O(CH2)11Si(OCH)3
(14) (CHCHOCH(CH)CH(CH2)Si(OCH)3
(15) (CHCHOCH(CH)CH(CH2)Si(OCH)3
(16) (CHCHOCH(CH)CH(CH2)Si(OCH)3
(17) (CHOCH)CH2O(CH2)Si(OC)3
(18) (CHOCH)CH2O(CH2)Si(OC)3
(19) (CHOCH)CH2O(CH2)11Si(OC)3
(20) (CHCHOCH(CH)CH(CH2)Si(OC)3
(21) (CHCHOCH(CH)CH(CH2)Si(OC)3
(22) (CHCHOCH(CH)CH(CH2)Si(OC)3
(11) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3
(12) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2 ) 7 Si (OCH 3 ) 3
(13) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2 ) 11 Si (OCH 3 ) 3
(14) (CH 2 CHOCH (CH 2 ) 2 ) CH (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3
(15) (CH 2 CHOCH (CH 2 ) 2 ) CH (CH 2 ) 4 Si (OCH 3 ) 3
(16) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 6 Si (OCH 3) 3
(17) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2) 3 Si (OC 2 H 5) 3
(18) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2) 7 Si (OC 2 H 5) 3
(19) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2 ) 11 Si (OC 2 H 5 ) 3
(20) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 2 Si (OC 2 H 5) 3
(21) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 4 Si (OC 2 H 5) 3
(22) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 6 Si (OC 2 H 5) 3

ここで、(CHOCH)CHO−基は、化2で表される官能基(グリシジルオキシ基)を表し、(CHCHOCH(CH)CH−基は、化3で表される官能基(3,4−エポキシシクロヘキシル基)を表す。 Here, the (CH 2 OCH) CH 2 O— group represents a functional group (glycidyloxy group) represented by Chemical Formula 2 , and the (CH 2 CHOCH (CH 2 ) 2 ) CH— group is represented by Chemical Formula 3. Represents a functional group (3,4-epoxycyclohexyl group).

縮合触媒としては、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステルおよびチタン酸エステルキレート等の金属塩が利用可能である。この様な触媒を用いれば、エポキシ基を開環反応させることなく室温でアルコキシシリル基のみを反応させることが可能となる。
縮合触媒の添加量は、好ましくはアルコキシシラン化合物の0.2〜5質量%であり、より好ましくは0.5〜1質量%である。
As the condensation catalyst, metal salts such as carboxylic acid metal salts, carboxylic acid ester metal salts, carboxylic acid metal salt polymers, carboxylic acid metal salt chelates, titanate esters and titanate ester chelates can be used. By using such a catalyst, it is possible to react only an alkoxysilyl group at room temperature without causing a ring-opening reaction of the epoxy group.
The addition amount of the condensation catalyst is preferably 0.2 to 5% by mass of the alkoxysilane compound, and more preferably 0.5 to 1% by mass.

カルボン酸金属塩の具体例としては、酢酸第1スズ、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオクテート、ジブチルスズジアセテート、ジオクチルスズジラウレート、ジオクチルスズジオクテート、ジオクチルスズジアセテート、ジオクタン酸第1スズ、ナフテン酸鉛、ナフテン酸コバルト、2−エチルヘキセン酸鉄が挙げられる。 Specific examples of carboxylic acid metal salts include stannous acetate, dibutyltin dilaurate, dibutyltin dioctate, dibutyltin diacetate, dioctyltin dilaurate, dioctyltin dioctate, dioctyltin diacetate, stannous dioctanoate, naphthenic acid Lead, cobalt naphthenate, and iron 2-ethylhexenoate.

カルボン酸エステル金属塩の具体例としては、ジオクチルスズビスオクチリチオグリコール酸エステル塩、ジオクチルスズマレイン酸エステル塩が挙げられる。
カルボン酸金属塩ポリマーの具体例としては、ジブチルスズマレイン酸塩ポリマー、ジメチルスズメルカプトプロピオン酸塩ポリマーが挙げられる。
カルボン酸金属塩キレートの具体例としては、ジブチルスズビスアセチルアセテート、ジオクチルスズビスアセチルラウレートが挙げられる。
Specific examples of the carboxylic acid ester metal salt include dioctyltin bisoctylthioglycolate ester salt and dioctyltin maleate ester salt.
Specific examples of the carboxylic acid metal salt polymer include dibutyltin maleate polymer and dimethyltin mercaptopropionate polymer.
Specific examples of the carboxylic acid metal salt chelate include dibutyltin bisacetylacetate and dioctyltin bisacetyllaurate.

チタン酸エステルの具体例としては、テトラブチルチタネート、テトラノニルチタネートが挙げられる。
チタン酸エステルキレート類の具体例としては、ビス(アセチルアセトニル)ジ−プロピルチタネートが挙げられる。
Specific examples of the titanate ester include tetrabutyl titanate and tetranonyl titanate.
Specific examples of titanate chelates include bis (acetylacetonyl) dipropyl titanate.

シリコン微粒子混合物を反応液中に浸漬し、室温の空気中で反応させると、アルコキシシリル基とシリコン微粒子の表面のヒドロキシル基15とが縮合反応を起こし、下記の化4で示されるような構造を有するエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜16を生成する。なお、酸素原子から延びた3本の単結合はシリコン微粒子の表面または隣接するシラン化合物のケイ素(Si)原子と結合しており、そのうち少なくとも1本はシリコン微粒子の表面のケイ素原子と結合している。 When the silicon fine particle mixture is immersed in the reaction solution and reacted in air at room temperature, the alkoxysilyl group and the hydroxyl group 15 on the surface of the silicon fine particle undergo a condensation reaction, resulting in a structure as shown in Chemical Formula 4 below. A monomolecular film 16 of an alkoxysilane compound having an epoxy group is generated. The three single bonds extending from the oxygen atom are bonded to the surface of the silicon fine particle or the silicon (Si) atom of the adjacent silane compound, and at least one of them is bonded to the silicon atom on the surface of the silicon fine particle. Yes.

アルコキシシリル基は、水分の存在下で分解するので、反応は相対湿度45%以下の空気中で行うことが好ましい。縮合触媒として上述の金属塩のいずれかを用いた場合、縮合反応の完了までに要する時間は2時間程度である。 Since the alkoxysilyl group decomposes in the presence of moisture, the reaction is preferably performed in air with a relative humidity of 45% or less. When any of the above metal salts is used as the condensation catalyst, the time required for completion of the condensation reaction is about 2 hours.

上述の金属塩の代わりに、ケチミン化合物、有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物からなる群より選択される1または2以上の化合物を縮合触媒として用いた場合、反応時間を1/2〜2/3程度まで短縮できる。 When one or more compounds selected from the group consisting of ketimine compounds, organic acids, aldimine compounds, enamine compounds, oxazolidine compounds, and aminoalkylalkoxysilane compounds are used as the condensation catalyst instead of the above metal salts, Time can be shortened to about 1/2 to 2/3.

あるいは、これらの化合物を助触媒として、上述の金属塩と混合(質量比1:9〜9:1の範囲で使用可能だが、1:1前後が好ましい)して用いると、反応時間をさらに短縮できる。 Alternatively, when these compounds are used as a co-catalyst and mixed with the above-described metal salt (mass ratio 1: 9 to 9: 1 can be used, preferably around 1: 1), the reaction time is further shortened. it can.

例えば、縮合触媒として、ジブチルスズオキサイドの代わりにケチミン化合物であるジャパンエポキシレジン社のH3を用い、その他の条件は同一にしてエポキシ化シリコン微粒子11、11aの製造を行うと、エポキシ化シリコン微粒子11、11aの品質を損なうことなく反応時間を1時間程度にまで短縮できる。 For example, when the epoxidized silicon fine particles 11 and 11a are produced by using H3 of Japan Epoxy Resin Co., which is a ketimine compound instead of dibutyltin oxide as the condensation catalyst, and other conditions are the same, the epoxidized silicon fine particles 11, The reaction time can be shortened to about 1 hour without impairing the quality of 11a.

さらに、縮合触媒として、ジャパンエポキシレジン社のH3とジブチルスズビスアセチルアセトネートとの混合物(混合比は1:1)を用い、その他の条件は同一にしてエポキシ化シリコン微粒子11、11aの製造を行うと、反応時間を20分程度に短縮できる。 Further, as a condensation catalyst, a mixture of H3 and dibutyltin bisacetylacetonate (Japan 1: 1) is used as a condensation catalyst, and the other conditions are the same, and the epoxidized silicon fine particles 11 and 11a are produced. The reaction time can be shortened to about 20 minutes.

なお、ここで用いることができるケチミン化合物は特に限定されるものではないが、例えば、2,5,8−トリアザ−1,8−ノナジエン、3,11−ジメチル−4,7,10−トリアザ−3,10−トリデカジエン、2,10−ジメチル−3,6,9−トリアザ−2,9−ウンデカジエン、2,4,12,14−テトラメチル−5,8,11−トリアザ−4,11−ペンタデカジエン、2,4,15,17−テトラメチル−5,8,11,14−テトラアザ−4,14−オクタデカジエン、2,4,20,22−テトラメチル−5,12,19−トリアザ−4,19−トリエイコサジエン等が挙げられる。 The ketimine compound that can be used here is not particularly limited, and examples thereof include 2,5,8-triaza-1,8-nonadiene, 3,11-dimethyl-4,7,10-triaza- 3,10-tridecadiene, 2,10-dimethyl-3,6,9-triaza-2,9-undecadiene, 2,4,12,14-tetramethyl-5,8,11-triaza-4,11-penta Decadiene, 2,4,15,17-tetramethyl-5,8,11,14-tetraaza-4,14-octadecadiene, 2,4,20,22-tetramethyl-5,12,19-triaza -4,19-trieicosadiene and the like.

また、用いることができる有機酸としても特に限定されるものではないが、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、マロン酸等が挙げられるが、この場合、濃度が高いと室温でもエポキシ基が開環してしまうので、添加量は、アルコキシシラン化合物の0.2〜0.5%が好ましい。 Further, the organic acid that can be used is not particularly limited, and examples thereof include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, malonic acid, and the like. Since the ring is opened, the addition amount is preferably 0.2 to 0.5% of the alkoxysilane compound.

反応液の調製には、有機塩素系溶媒、炭化水素系溶媒、フッ化炭素系溶媒、シリコーン系溶媒、およびこれらの混合溶媒を用いることができる。アルコキシシラン化合物の加水分解を防止するために、乾燥剤または蒸留により使用する溶媒から水分を除去しておくことが好ましい。また、溶媒の沸点は50〜250℃であることが好ましい。 For the preparation of the reaction solution, an organic chlorine solvent, a hydrocarbon solvent, a fluorocarbon solvent, a silicone solvent, and a mixed solvent thereof can be used. In order to prevent hydrolysis of the alkoxysilane compound, it is preferable to remove water from the desiccant or the solvent used by distillation. Moreover, it is preferable that the boiling point of a solvent is 50-250 degreeC.

具体的に使用可能な溶媒としては、非水系の石油ナフサ、ソルベントナフサ、石油エーテル、石油ベンジン、イソパラフィン、ノルマルパラフィン、デカリン、工業ガソリン、ノナン、デカン、灯油、ジメチルシリコーン、フェニルシリコーン、アルキル変性シリコーン、ポリエーテルシリコーン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。
さらに、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶媒、あるいはそれらの混合物を用いることもできる。
Specific usable solvents include non-aqueous petroleum naphtha, solvent naphtha, petroleum ether, petroleum benzine, isoparaffin, normal paraffin, decalin, industrial gasoline, nonane, decane, kerosene, dimethyl silicone, phenyl silicone, and alkyl-modified silicone. , Polyether silicone, dimethylformamide and the like.
Furthermore, alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, or a mixture thereof can also be used.

また、用いることができるフッ化炭素系溶媒としては、フロン系溶媒、フロリナート(米国3M社製)、アフルード(旭硝子株式会社製)等がある。なお、これらは1種単独で用いても良いし、良く混ざるものなら2種以上を組み合わせてもよい。さらに、ジクロロメタン、クロロホルム等の有機塩素系溶媒を添加してもよい。 Fluorocarbon solvents that can be used include fluorocarbon solvents, Fluorinert (manufactured by 3M, USA), Afludo (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and the like. In addition, these may be used individually by 1 type and may mix 2 or more types as long as it mixes well. Furthermore, an organic chlorine solvent such as dichloromethane or chloroform may be added.

反応液におけるアルコキシシラン化合物の好ましい濃度は、0.5〜3質量%である。 The preferable density | concentration of the alkoxysilane compound in a reaction liquid is 0.5-3 mass%.

反応後、溶媒で洗浄し、未反応物として表面に残った過剰なアルコキシシラン化合物および縮合触媒を除去すると、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜16で表面が覆われたエポキシ化シリコン微粒子11、11aが得られる。洗浄には、連続処理およびバッチ処理のいずれの方法を用いてもよい。洗浄溶媒とエポキシ化シリコン微粒子11、11aとの分離は、ろ過、デカンテーション、および遠心分離等の任意の公知の方法を用いて行うことができる。このようにして製造されるエポキシ化シリコン微粒子11、11aの断面構造の模式図を図2(b)に示す。 After the reaction, the surface is covered with a monomolecular film 16 of an alkoxysilane compound having an epoxy group by washing with a solvent and removing excess alkoxysilane compound and condensation catalyst remaining on the surface as unreacted substances. 11 and 11a are obtained. Either continuous processing or batch processing may be used for cleaning. Separation of the cleaning solvent from the epoxidized silicon fine particles 11 and 11a can be performed using any known method such as filtration, decantation, and centrifugation. A schematic view of the cross-sectional structure of the epoxidized silicon fine particles 11 and 11a produced in this way is shown in FIG.

洗浄溶媒としては、アルコキシシラン化合物を溶解できる任意の溶媒を用いることができるが、安価であり、溶解性が高く、風乾により容易に除去することのできるジクロロメタン、クロロホルム、N−メチルピロリドン等が好ましい。 As the cleaning solvent, any solvent that can dissolve the alkoxysilane compound can be used, but dichloromethane, chloroform, N-methylpyrrolidone, etc. that are inexpensive, have high solubility, and can be easily removed by air drying are preferable. .

反応後、生成したエポキシ化シリコン微粒子11、11aを溶媒で洗浄せずに空気中に放置すると、表面に残ったアルコキシシラン化合物の一部が空気中の水分により加水分解を受け、生成したシラノール基がアルコキシシリル基と縮合反応を起こす。その結果、エポキシ化シリコン微粒子11、11aの表面にポリシロキサンよりなる極薄のポリマー膜が形成される。このポリマー膜は、エポキシ化シリコン微粒子11、11aの表面に共有結合により固定されていないが、エポキシ基を含んでいるため、アミノ基に対してエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜16と同様の反応性を有している。そのため、洗浄を行わなくても、以後のn型シリコン微粒子膜10の製造工程に特に支障をきたすことはない。 After the reaction, when the produced epoxidized silicon fine particles 11 and 11a are left in the air without being washed with a solvent, a part of the alkoxysilane compound remaining on the surface is hydrolyzed by moisture in the air, and the produced silanol group Causes a condensation reaction with an alkoxysilyl group. As a result, an ultrathin polymer film made of polysiloxane is formed on the surfaces of the epoxidized silicon fine particles 11 and 11a. Although this polymer film is not fixed to the surface of the epoxidized silicon fine particles 11 and 11a by a covalent bond, it contains an epoxy group. Therefore, the polymer film has a monomolecular film 16 of an alkoxysilane compound having an epoxy group with respect to an amino group. Similar reactivity. For this reason, even if the cleaning is not performed, the subsequent manufacturing process of the n-type silicon fine particle film 10 is not particularly hindered.

[B]反応性基材の製造
アミノ基(第3の反応性の官能基の一例)を有するアルコキシシラン化合物(第3の膜化合物の一例)を基材の表面に接触させ、アルコキシシラン化合物の単分子膜で表面が覆われた反応性基材13を製造する。
[B] Production of Reactive Substrate An alkoxysilane compound (an example of a third film compound) having an amino group (an example of a third reactive functional group) is brought into contact with the surface of the substrate, A reactive substrate 13 whose surface is covered with a monomolecular film is manufactured.

反応性基材13は、下記の一般式(化5)で表されるアルコキシシラン化合物を用いること、反応液を表面に塗布すること以外は、上述のエポキシ化シリコン微粒子混合物と同様に製造することができる。 The reactive substrate 13 is manufactured in the same manner as the above-mentioned epoxidized silicon fine particle mixture except that the alkoxysilane compound represented by the following general formula (Formula 5) is used and the reaction solution is applied to the surface. Can do.

上式において、mは3〜20の整数を、Rは炭素数1〜4のアルキル基をそれぞれ表す。なお、エポキシ基は、アルコキシシリル基との副反応を避けるために、保護基によって保護されていてもよい。保護基は加水分解等により容易に除去できるものが好ましく、ケトンとアミノ基との反応により生成するケチミン誘導体等が挙げられる。
また、アミノ基は、化5に示したような1級アミン以外に2級アミンでもよく、アミノ基の代わりにピロール基、イミダゾール基等のイミノ基を有する官能基を含むアルコキシシラン化合物を用いることができる。
この場合において、用いることができるアミノ基を有するアルコキシシラン化合物の一例としては、下記(31)〜(38)に示した化合物が挙げられる。
In the above formula, m represents an integer of 3 to 20, and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The epoxy group may be protected with a protecting group in order to avoid side reactions with the alkoxysilyl group. The protecting group is preferably one that can be easily removed by hydrolysis or the like, and examples thereof include a ketimine derivative produced by the reaction between a ketone and an amino group.
The amino group may be a secondary amine other than the primary amine shown in Chemical Formula 5, and an alkoxysilane compound containing a functional group having an imino group such as a pyrrole group or an imidazole group may be used instead of the amino group. Can do.
In this case, examples of the alkoxysilane compound having an amino group that can be used include the compounds shown in the following (31) to (38).

(31) H2N(CH2)Si(OCH)3
(32) H2N(CH2)Si(OCH)3
(33) H2N(CH2)Si(OCH)3
(34) H2N(CH2)Si(OCH)3
(35) H2N(CH2)Si(OC)3
(36) H2N(CH2)Si(OC)3
(37) H2N(CH2)Si(OC)3
(38) H2N(CH2)Si(OC)3
(31) H 2 N (CH 2 ) 3 Si (OCH 3 ) 3
(32) H 2 N (CH 2 ) 5 Si (OCH 3 ) 3
(33) H 2 N (CH 2 ) 7 Si (OCH 3 ) 3
(34) H 2 N (CH 2 ) 9 Si (OCH 3 ) 3
(35) H 2 N (CH 2 ) 5 Si (OC 2 H 5 ) 3
(36) H 2 N (CH 2 ) 5 Si (OC 2 H 5 ) 3
(37) H 2 N (CH 2) 7 Si (OC 2 H 5) 3
(38) H 2 N (CH 2 ) 9 Si (OC 2 H 5 ) 3

縮合触媒のうち、スズ(Sn)塩を含む化合物は、アルコキシシラン誘導体に含まれるアミノ基と反応して沈殿を生成するため、縮合触媒として用いることができない。したがって、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物を用いる場合には、カルボン酸スズ塩、カルボン酸エステルスズ塩、カルボン酸スズ塩ポリマー、カルボン酸スズ塩キレートを除き、反応液と同様の化合物を単独でまたは2種類以上を混合して縮合触媒として用いることができる。 Among condensation catalysts, a compound containing a tin (Sn) salt reacts with an amino group contained in an alkoxysilane derivative to generate a precipitate, and thus cannot be used as a condensation catalyst. Therefore, when using an alkoxysilane compound having an amino group, except for a carboxylic acid tin salt, a carboxylic acid ester tin salt, a carboxylic acid tin salt polymer, and a carboxylic acid tin salt chelate, a compound similar to the reaction solution alone or Two or more types can be mixed and used as a condensation catalyst.

用いることのできる助触媒の種類およびそれらの組み合わせ、溶媒の種類、アルコキシシラン化合物、縮合触媒、および助触媒の濃度、反応条件ならびに反応時間についてはエポキシ化シリコン微粒子11、11aの製造の場合と同様であるので、ここでは詳しい説明を省略する。 The types of cocatalysts that can be used and combinations thereof, the types of solvents, alkoxysilane compounds, condensation catalysts, and cocatalyst concentrations, reaction conditions, and reaction times are the same as in the production of epoxidized silicon fine particles 11 and 11a. Therefore, detailed description is omitted here.

基材の大きさ、形状及び厚さには特に制限はなく、表面官能基として、アルコキシシリル基と反応して共有結合を形成しうる官能基を有していれば、任意の材質のものを用いることができる。太陽電池、光センサー等の光電変換素子に使用される基材としては、ガラス等の透光性を有する透明基材であってもよく、透明電極としてITO等の導電性被膜が表面に形成されていてもよい。アルミニウム等の金属、ポリカーボネート等の合成樹脂を用いることもできる。 There are no particular restrictions on the size, shape, and thickness of the substrate, and any surface functional group can be used as long as it has a functional group that can react with an alkoxysilyl group to form a covalent bond. Can be used. As a base material used for photoelectric conversion elements such as solar cells and photosensors, a transparent base material having translucency such as glass may be used, and a conductive film such as ITO is formed on the surface as a transparent electrode. It may be. A metal such as aluminum or a synthetic resin such as polycarbonate can also be used.

基材材料の表面に水酸基、アミノ基等の活性水素基を有する場合には、ガラスの場合と同様に、第2の膜化合物としてアルコキシシラン化合物を用いることができる。この様な基材の具体例としては、アルミニウム等の金属、セラミックス等が挙げられる。
基材材料として合成樹脂を用いる場合には、プラズマ処理等により活性水素基を有する化合物をグラフトする等の処理を行うことにより、アルコキシシラン化合物を用いることができる場合がある。
When the surface of the base material has an active hydrogen group such as a hydroxyl group or an amino group, an alkoxysilane compound can be used as the second film compound as in the case of glass. Specific examples of such a substrate include metals such as aluminum, ceramics, and the like.
When a synthetic resin is used as the base material, an alkoxysilane compound may be used by performing a treatment such as grafting a compound having an active hydrogen group by plasma treatment or the like.

反応性基材13の製造に用いることのできるアルコキシシラン化合物の種類、縮合触媒、助触媒の種類及びそれらの組み合わせ、溶媒の種類、アルコキシシラン化合物、縮合触媒、及び助触媒の濃度、反応条件並びに反応時間についてはエポキシ化シリコン微粒子混合物の製造の場合と同様であるので、説明を省略する。 Types of alkoxysilane compounds, condensation catalysts, types of cocatalysts and combinations thereof that can be used for the production of the reactive substrate 13, types of solvents, concentrations of alkoxysilane compounds, condensation catalysts, and cocatalysts, reaction conditions, and Since the reaction time is the same as in the case of producing the epoxidized silicon fine particle mixture, the description thereof is omitted.

反応後、溶媒で洗浄し、未反応物として表面に残った過剰なアルコキシシラン化合物及び縮合触媒を除去すると、アルコキシシラン化合物の単分子膜で表面が覆われた反応性基材13が得られる。洗浄溶媒としては、エポキシ化シリコン微粒子混合物の製造の場合と同様の洗浄溶媒を用いることができる。 After the reaction, the substrate is washed with a solvent, and the excess alkoxysilane compound and the condensation catalyst remaining on the surface as unreacted substances are removed to obtain the reactive substrate 13 whose surface is covered with a monomolecular film of the alkoxysilane compound. As the cleaning solvent, the same cleaning solvent as in the production of the epoxidized silicon fine particle mixture can be used.

反応後、生成した反応性基材13を溶媒で洗浄せずに空気中に放置すると、表面に残ったアルコキシシラン化合物の一部が空気中の水分により加水分解を受け、生成したシラノール基がアルコキシシリル基と縮合反応を起こす。その結果、反応性基材13の表面にポリシロキサンよりなる極薄のポリマー膜が形成される。このポリマー膜は、反応性基材13の表面に共有結合により固定されていないが、エポキシ基またはアミノ基を含んでいるため、洗浄を行わなくても、以下の製造工程に特に支障をきたすことはない。 After the reaction, when the generated reactive base material 13 is left in the air without washing with a solvent, a part of the alkoxysilane compound remaining on the surface is hydrolyzed by moisture in the air, and the generated silanol group is converted to alkoxy. Causes a condensation reaction with a silyl group. As a result, an ultrathin polymer film made of polysiloxane is formed on the surface of the reactive substrate 13. Although this polymer film is not fixed to the surface of the reactive substrate 13 by a covalent bond, it contains an epoxy group or an amino group, so that the following manufacturing process is particularly hindered without cleaning. There is no.

なお、本実施の形態においては反応性基材13を用いたが、アルコキシシラン化合物の単分子膜を形成しない基材を直接用いてもよい。 Although the reactive base material 13 is used in the present embodiment, a base material that does not form a monomolecular film of an alkoxysilane compound may be used directly.

[C]エポキシ化シリコン微粒子混合物の単層膜の形成
反応性基材13の表面に、エポキシ化シリコン微粒子混合物と溶媒とを混合した分散液を塗布し、加熱してエポキシ基とアミノ基と反応させることにより、反応性基材13の表面に結合固定されたエポキシ化シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する。塗布は、インクジェット法、ドクターブレード法、ディップコート法、スピンコート法、スプレー法、スクリーン印刷法等の任意の方法により行うことができる。
[C] Formation of monolayer film of epoxidized silicon fine particle mixture A dispersion of a mixture of the epoxidized silicon fine particle mixture and a solvent is applied to the surface of the reactive substrate 13 and heated to react with an epoxy group and an amino group. By doing so, a single-layer film of the epoxidized silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate 13 is formed. The coating can be performed by an arbitrary method such as an inkjet method, a doctor blade method, a dip coating method, a spin coating method, a spray method, or a screen printing method.

分散液の調製には、2−メチルイミダゾールが可溶な任意の溶媒を用いることができるが、価格、室温での揮発性、及び毒性等を考慮すると、イソプロピルアルコール、エタノール等の低級アルコール系溶媒が好ましい。エポキシ化シリコン微粒子混合物の添加量、塗布する溶液の濃度、反応温度及び反応時間は、用いる基材及びエポキシ化シリコン微粒子混合物の粒径等に応じて適宜調節される。 For the preparation of the dispersion, any solvent in which 2-methylimidazole is soluble can be used, but considering the price, volatility at room temperature, toxicity, etc., lower alcohol solvents such as isopropyl alcohol and ethanol Is preferred. The addition amount of the epoxidized silicon fine particle mixture, the concentration of the solution to be applied, the reaction temperature and the reaction time are appropriately adjusted according to the substrate used, the particle size of the epoxidized silicon fine particle mixture, and the like.

反応後、溶媒で洗浄し、未反応物として表面に残った余分なエポキシ化シリコン微粒子混合物を除去すると、エポキシ化シリコン微粒子混合物の単層膜が得られる。 After the reaction, the mixture is washed with a solvent and the excess epoxidized silicon fine particle mixture remaining on the surface as an unreacted material is removed to obtain a monolayer film of the epoxidized silicon fine particle mixture.

[D]アミノ化シリコン微粒子混合物の製造
アミノ化シリコン微粒子混合物は、アルコキシシラン化合物として、上記の一般式(化5)で表されるアルコキシシラン化合物を用いること以外は、上述のエポキシ化シリコン微粒子混合物と同様に製造することができる。
[D] Production of Aminated Silicon Fine Particle Mixture The aminated silicon fine particle mixture is the above-mentioned epoxidized silicon fine particle mixture except that the alkoxysilane compound represented by the above general formula (Formula 5) is used as the alkoxysilane compound. Can be produced in the same manner.

用いることのできる縮合触媒および助触媒の種類およびそれらの組み合わせ、溶媒の種類、アルコキシシラン化合物、縮合触媒、および助触媒の濃度、反応条件ならびに反応時間についてはエポキシ化シリコン微粒子11、11aの製造の場合と同様であるので、ここでは詳しい説明を省略する。 Condensation catalyst and cocatalyst types that can be used and combinations thereof, solvent types, alkoxysilane compounds, condensation catalyst, and cocatalyst concentrations, reaction conditions, and reaction time are used in the production of epoxidized silicon fine particles 11 and 11a. Since this is the same as the case, detailed description is omitted here.

[E]アミノ化シリコン微粒子混合物の単層膜の形成
反応性基材13の表面に形成されたエポキシ化シリコン微粒子の単層膜の表面に、アミノ化シリコン微粒子混合物と溶媒とを混合した反応液を塗布し、加熱してエポキシ基とアミノ基と反応させることにより、エポキシ化シリコン微粒子層の表面にアミノ化シリコン微粒子混合物の単層膜が結合固定された二層膜(n型シリコン微粒子膜10)を形成する。分散液の調製や、反応および洗浄条件については、上述の工程Cと同様であるので、詳しい説明を省略する。
[E] Formation of single layer film of aminated silicon fine particle mixture Reaction liquid in which aminated silicon fine particle mixture and solvent are mixed on the surface of single layer film of epoxidized silicon fine particles formed on the surface of reactive substrate 13 The two-layer film (n-type silicon fine particle film 10) in which the single layer film of the aminated silicon fine particle mixture is bonded and fixed to the surface of the epoxidized silicon fine particle layer by applying and heating to react with epoxy groups and amino groups. ). The preparation of the dispersion, the reaction, and the washing conditions are the same as in step C described above, and detailed description thereof is omitted.

さらに、工程CおよびEを交互にそれぞれ所定の回数繰り返して行い、前記積層膜の表面に、エポキシ化シリコン微粒子混合物およびアミノ化シリコン微粒子混合物が交互に結合固定された積層膜を形成させてもよい。この場合において、工程CおよびEのどちらで積層を終えてもよい。 Further, steps C and E may be alternately repeated a predetermined number of times to form a laminated film in which the epoxidized silicon fine particle mixture and the aminated silicon fine particle mixture are alternately bonded and fixed on the surface of the laminated film. . In this case, the lamination may be finished in either step C or E.

次に、本発明の第二の実施の形態に係る半導体微粒子膜について説明する。
図5に示すように、本発明の第二の実施の形態に係るn型シリコン微粒子膜20は、本発明の第二の実施の形態に係るn型シリコン微粒子膜20と同様の構造を有している。
Next, a semiconductor fine particle film according to a second embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 5, the n-type silicon fine particle film 20 according to the second embodiment of the present invention has the same structure as the n-type silicon fine particle film 20 according to the second embodiment of the present invention. ing.

n型シリコン微粒子膜20は、下記の工程a〜eを含む方法により製造される。
a.エポキシ基(第4の反応性の官能基の一例)を有するアルコキシシラン化合物(第4の膜化合物の一例)をシリコン微粒子混合物と接触させ、アルコキシシリル基とシリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜(第4の膜化合物の形成する被膜の一例)で表面の少なくとも一部が覆われたエポキシ化純シリコン微粒子21とエポキシ化n型シリコン微粒子21aの混合物(第4の反応性シリコン微粒子混合物の一例:以下「エポキシ化シリコン微粒子混合物」と略称する場合がある。)を製造する工程
b.エポキシ化シリコン微粒子混合物を溶媒に分散して分散液を製造する工程
c.エポキシ基(第4の反応性の官能基の一例)を有するアルコキシシラン化合物(第4の膜化合物の一例)を基材表面に接触させ、アルコキシシリル基と基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜(第4の被膜の一例)で表面の少なくとも一部を覆い、次いでエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜の表面に2−メチルイミダゾール(架橋剤の一例)を接触および反応させ、反応性基材43を製造する工程
d.反応性基材43の表面に分散液を接触させ、エポキシ基とアミノ基またはイミノ基(架橋反応基の一例)との反応によりN−CHCH(OH)結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、反応性基材43の表面に結合固定されたエポキシ化シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程
e.反応性基材43の表面に結合固定されたエポキシ化シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に2−メチルイミダゾール(架橋剤の一例)を接触および反応させた後、分散液を接触させ、エポキシ基とアミノ基またはイミノ基(架橋反応基の一例)との反応によりN−CHCH(OH)結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、エポキシ化シリコン微粒子混合物が2層積層され、互いに結合固定された積層膜を形成する工程
The n-type silicon fine particle film 20 is manufactured by a method including the following steps a to e.
a. An alkoxysilane compound (an example of a fourth film compound) having an epoxy group (an example of a fourth reactive functional group) is brought into contact with the silicon fine particle mixture, and between the alkoxysilyl group and the surface functional groups of the silicon fine particles. An epoxidized pure silicon fine particle 21 in which at least a part of the surface is covered with a monomolecular film (an example of a film formed by a fourth film compound) of an alkoxysilane compound having an epoxy group formed with an Si—O— bond; A step of producing a mixture of epoxidized n-type silicon fine particles 21a (an example of a fourth reactive silicon fine particle mixture: hereinafter sometimes abbreviated as "epoxidized silicon fine particle mixture") b. Dispersing the epoxidized silicon fine particle mixture in a solvent to produce a dispersion c. An alkoxysilane compound (an example of a fourth film compound) having an epoxy group (an example of a fourth reactive functional group) is brought into contact with the substrate surface, and between the alkoxysilyl group and the surface functional group of the substrate. An Si—O— bond is formed, and at least a part of the surface is covered with an alkoxysilane compound monomolecular film (an example of a fourth film) having an epoxy group, and then an alkoxysilane compound monomolecular film having an epoxy group is formed. Step of producing reactive substrate 43 by contacting and reacting 2-methylimidazole (an example of a crosslinking agent) on the surface d. The dispersion is brought into contact with the surface of the reactive substrate 43, and an N—CH 2 CH (OH) bond is formed by a reaction between an epoxy group and an amino group or imino group (an example of a crosslinking reactive group), and then washed with a solvent. Forming a monolayer film of the epoxidized silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate 43, e. After contacting and reacting the surface of the monolayer film of the epoxidized silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate 43 with 2-methylimidazole (an example of a crosslinking agent), the dispersion is brought into contact with the epoxy group. And an amino group or imino group (an example of a cross-linking reactive group) to form an N—CH 2 CH (OH) bond, followed by washing with a solvent, and two layers of an epoxidized silicon fine particle mixture are laminated and fixed to each other. Forming a laminated film

工程a、bの詳細については、本発明の第一の実施の形態に係るn型シリコン微粒子膜10の製造方法における対応する工程と同様であるので、詳しい説明を省略する。
[c]反応性基材の製造
エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物を基材の表面に接触させることによる、基材表面へのアルコキシシラン化合物の単分子膜の形成については、上述の本発明の第一の実施の形態に係るn型シリコン微粒子膜10の製造における反応性基材13の場合と同様に行うことができる。
The details of the steps a and b are the same as the corresponding steps in the method of manufacturing the n-type silicon fine particle film 10 according to the first embodiment of the present invention, and thus detailed description thereof is omitted.
[C] Production of Reactive Substrate The formation of the monomolecular film of the alkoxysilane compound on the surface of the substrate by bringing the alkoxysilane compound having an epoxy group into contact with the surface of the substrate is described in the first aspect of the present invention. This can be performed in the same manner as in the case of the reactive substrate 13 in the manufacture of the n-type silicon fine particle film 10 according to one embodiment.

基材表面に形成したエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜の表面に、架橋剤の一例である2−メチルイミダゾールの溶液を塗布することにより、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜の表面2-メチルイミダゾールを接触させる。2−メチルイミダゾールはエポキシ基と反応するアミノ基(>NH)およびイミノ基(=N−)を、それぞれ1−位および3−位に有しており、下記の化6に示すような架橋反応により化学結合を形成する。 A monomolecular film of an alkoxysilane compound having an epoxy group by applying a solution of 2-methylimidazole, which is an example of a crosslinking agent, to the surface of the monomolecular film of an alkoxysilane compound having an epoxy group formed on the substrate surface The surface of 2-methylimidazole is contacted. 2-methylimidazole has an amino group (> NH) and an imino group (= N-) which react with an epoxy group at the 1-position and 3-position, respectively, and a crosslinking reaction as shown in the following chemical formula 6 To form a chemical bond.

2−メチルイミダゾールの添加量は、シリコン微粒子の大きさに依存して制御する必要があるが、エポキシ化シリコン微粒子混合物の0.5〜15重量%が好ましい。2−メチルイミダゾールの添加量がエポキシ化シリコン微粒子混合物の表面のエポキシ基の数に比べて極端に少なくなると、得られるn型シリコン微粒子膜20の機械的強度が低くなり、同等以上になると、架橋反応に必要な2−メチルイミダゾールの必要を超えることとなるので経済的でない。 The addition amount of 2-methylimidazole needs to be controlled depending on the size of the silicon fine particles, but is preferably 0.5 to 15% by weight of the epoxidized silicon fine particle mixture. If the amount of 2-methylimidazole added is extremely small compared to the number of epoxy groups on the surface of the epoxidized silicon fine particle mixture, the mechanical strength of the resulting n-type silicon fine particle film 20 will be low. Since it exceeds the requirement of 2-methylimidazole required for the reaction, it is not economical.

本実施の形態においては、架橋剤として2−メチルイミダゾールを用いたが、下記化7で表される任意のイミダゾール誘導体を用いることができる。あるいは、イミダゾール−金属錯体やトリアゾールを用いてもよい。 In the present embodiment, 2-methylimidazole is used as a crosslinking agent, but any imidazole derivative represented by the following chemical formula 7 can be used. Alternatively, an imidazole-metal complex or triazole may be used.

化7で表されるイミダゾール誘導体の具体例としては、下記(41)〜(48)に示すものが挙げられる。
(41) 2−メチルイミダゾール(R=Me、R=R=H)
(42) 2−ウンデシルイミダゾール(R=C1123、R=R=H)
(43) 2−ペンタデシルイミダゾール(R=C1531、R=R=H)
(44) 2−メチル−4−エチルイミダゾール(R=Me、R=Et、R=H)
(45) 2−フェニルイミダゾール(R=Ph、R=R=H)
(46) 2−フェニル−4−エチルイミダゾール(R=Ph、R=Et、R=H)
(47) 2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(R=Ph、R=Me、R=CHOH)
(48) 2−フェニル−4,5−ビス(ヒドロキシメチル)イミダゾール(R=Ph、R=R=CHOH)
なお、Me、Et、およびPhは、それぞれメチル基、エチル基、およびフェニル基を表す。
Specific examples of the imidazole derivative represented by Chemical formula 7 include those shown in the following (41) to (48).
(41) 2-methylimidazole (R 2 = Me, R 4 = R 5 = H)
(42) 2-undecyl imidazole (R 2 = C 11 H 23 , R 4 = R 5 = H)
(43) 2-pentadecyl-imidazole (R 2 = C 15 H 31 , R 4 = R 5 = H)
(44) 2-methyl-4-ethylimidazole (R 2 = Me, R 4 = Et, R 5 = H)
(45) 2-Phenylimidazole (R 2 = Ph, R 4 = R 5 = H)
(46) 2-phenyl-4-ethylimidazole (R 2 = Ph, R 4 = Et, R 5 = H)
(47) 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole (R 2 = Ph, R 4 = Me, R 5 = CH 2 OH)
(48) 2-Phenyl-4,5-bis (hydroxymethyl) imidazole (R 2 = Ph, R 4 = R 5 = CH 2 OH)
Me, Et, and Ph represent a methyl group, an ethyl group, and a phenyl group, respectively.

イミダゾール誘導体以外では、メラミン、イソシアヌル酸、トリアジン、バルビツール酸、パラバン酸、ウラシル、チミン等の2個以上の窒素を含む複素環化合物を用いることができる。更に、イミダゾール−金属錯体を用いてもよい。 In addition to imidazole derivatives, heterocyclic compounds containing two or more nitrogen such as melamine, isocyanuric acid, triazine, barbituric acid, paravanic acid, uracil, thymine and the like can be used. Furthermore, an imidazole-metal complex may be used.

また、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられる無水フタル酸、無水マレイン酸等の酸無水物、ジシアンジアミド、ノボラック等のフェノール誘導体等の化合物をカップリング剤として用いてもよい。この場合、カップリング反応を促進するためにイミダゾール誘導体を触媒として用いてもよい。 In addition, compounds such as acid anhydrides such as phthalic anhydride and maleic anhydride, and phenol derivatives such as dicyandiamide and novolak, which are used as a curing agent for epoxy resins, may be used as a coupling agent. In this case, an imidazole derivative may be used as a catalyst in order to accelerate the coupling reaction.

なお、本実施の形態においてはエポキシ基を有する膜化合物を用いた場合について説明しているが、アミノ基またはイミノ基を有する膜化合物を用いる場合には、架橋反応基として2もしくは3以上のエポキシ基または2もしくは3以上のイソシアネート基を有するカップリング剤を用いる。イソシアネート基を有する化合物の具体例としては、ヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート、トルエン−2,6−ジイソシアネート、トルエン−2,4−ジイソシアネート等が挙げられる。
これらのジイソシアネート化合物の添加量は、2−メチルイミダゾールの場合と同様、エポキシ化シリコン微粒子の5〜15重量%が好ましい。この場合、膜前駆体の製造に用いることのできる溶媒としては、キシレン等の芳香族有機溶媒が挙げられる。
また、架橋剤としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル等の2または3以上のエポキシ基を有する化合物を用いることもできる。
In this embodiment, the case of using a film compound having an epoxy group is described. However, in the case of using a film compound having an amino group or an imino group, 2 or 3 or more epoxy groups are used as a cross-linking reactive group. Or a coupling agent having two or more isocyanate groups. Specific examples of the compound having an isocyanate group include hexamethylene-1,6-diisocyanate, toluene-2,6-diisocyanate, and toluene-2,4-diisocyanate.
The addition amount of these diisocyanate compounds is preferably 5 to 15% by weight of the epoxidized silicon fine particles as in the case of 2-methylimidazole. In this case, examples of the solvent that can be used for the production of the film precursor include aromatic organic solvents such as xylene.
Moreover, as a crosslinking agent, the compound which has 2 or 3 or more epoxy groups, such as ethylene glycol diglycidyl ether, can also be used.

分子架橋の形成に利用される結合は、共有結合、イオン結合、配位結合、及び分子間力による結合のいずれであってもよいが、形成されるn型シリコン微粒子膜10の強度及びペーストや塗膜の形成の容易さ等を考慮すると、塗膜の形成後に、加熱又は光等のエネルギー線の照射により形成される共有結合が好ましい。
加熱により形成される共有結合の具体例としては、エポキシ基とアミノ基又はイミノ基との反応により形成されるN−CHCH(OH)結合以外に、イソシアネート基とアミノ基との反応により形成されるNH−CONH結合等であってもよい。
The bond used for forming the molecular bridge may be any of a covalent bond, an ionic bond, a coordinate bond, and a bond due to intermolecular force. However, the strength and paste of the formed n-type silicon fine particle film 10 In consideration of the ease of forming the coating film, a covalent bond formed by heating or irradiation with energy rays such as light is preferable after the coating film is formed.
As a specific example of the covalent bond formed by heating, in addition to the N—CH 2 CH (OH) bond formed by a reaction between an epoxy group and an amino group or an imino group, it is formed by a reaction between an isocyanate group and an amino group. NH-CONH bond may be used.

光照射により形成される共有結合の具体例としては、シンナモイル基またはカルコニル基の光二量化反応により形成される共有結合が挙げられる。 Specific examples of the covalent bond formed by light irradiation include a covalent bond formed by a photodimerization reaction of a cinnamoyl group or a chalconyl group.

なお、上述の各実施形態においては、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合した純粋シリコン微粒子とn型シリコン微粒子との混合物を出発物質として、エポキシ化n型シリコン微粒子混合物およびアミノ化n型シリコン微粒子混合物の製造を行ったが、不純物原子濃度の異なる2種類以上のn型シリコン微粒子を均一に混合したものを用いてもよい。 In each of the above-described embodiments, epoxidation is performed using a mixture of pure silicon fine particles and n-type silicon fine particles uniformly mixed so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 as a starting material. Although the n-type silicon fine particle mixture and the aminated n-type silicon fine particle mixture were produced, a mixture of two or more types of n-type silicon fine particles having different impurity atom concentrations may be used.

あるいは、純粋シリコン微粒子とn型シリコン微粒子もしくは不純物原子濃度の異なる2種類以上のn型シリコン微粒子のそれぞれについて、上述の方法と同様の手順を用いてエポキシ化n型シリコン微粒子およびアミノ化n型シリコン微粒子をそれぞれ製造後、不純物原子の平均濃度が、上述の範囲内の所望の値となるような混合比でこれらを混合して分散液を製造してもよい。 Alternatively, for each of pure silicon fine particles and n-type silicon fine particles or two or more types of n-type silicon fine particles having different impurity atom concentrations, epoxidized n-type silicon fine particles and aminated n-type silicon are obtained using the same procedure as described above. After each fine particle is produced, a dispersion may be produced by mixing them at a mixing ratio such that the average concentration of impurity atoms is a desired value within the above range.

本発明の各実施の形態に係るn型シリコン微粒子膜10、20において、表層に位置する反応性シリコン微粒子混合物には、未反応の反応性の官能基(例えば、エポキシ基およびアミノ基)が残っているので、上述の方法と同様の手順を用いて、その上にp型シリコン微粒子膜を積層させ、pn接合を形成することができる。このようにして製造されたpn接合を有する半導体微粒子膜は、整流作用等のダイオードとしての特性を示す。そのため、本発明はダイオードおよびその安価かつ簡便な製造方法も提供する。 In the n-type silicon fine particle films 10 and 20 according to the respective embodiments of the present invention, unreacted reactive functional groups (for example, epoxy groups and amino groups) remain in the reactive silicon fine particle mixture located on the surface layer. Therefore, the p-type silicon fine particle film can be laminated thereon by using the same procedure as the above method, and a pn junction can be formed. The semiconductor fine particle film having a pn junction manufactured in this way exhibits diode characteristics such as rectification. Therefore, the present invention also provides a diode and its inexpensive and simple manufacturing method.

また、n型およびp型シリコン微粒子膜の膜厚は、nm〜μmオーダーで制御可能であるので、光透過性を確保できるため、本発明により提供されるダイオードは各種光電変換素子に応用できる。図6に、光電変換素子の一例である太陽電池50の断面構造の模式図を示す。上記いずれかの方法を用いて形成されたn型シリコン微粒子膜51およびp型シリコン微粒子膜52が、光の入射側となる透明電極であるITO基板53上に積層されている。p型シリコン微粒子膜52の上には、アルミニウム電極54が蒸着されている。なお、n型シリコン微粒子膜51とITO基板53との間あるいはITO基板53上には、図示しない反射防止膜を設けてもよく、n型シリコン微粒子膜51およびp型シリコン微粒子膜52との間に純シリコン微粒子膜を設けたpin接合を有する構造としてもよい。また、n型シリコン微粒子膜51およびp型シリコン微粒子膜52は平面上である必要はなく、ジグザグ型の断面を有するように積層してもよい。 In addition, since the film thickness of the n-type and p-type silicon fine particle films can be controlled in the order of nm to μm, and the light transmittance can be secured, the diode provided by the present invention can be applied to various photoelectric conversion elements. In FIG. 6, the schematic diagram of the cross-section of the solar cell 50 which is an example of a photoelectric conversion element is shown. An n-type silicon fine particle film 51 and a p-type silicon fine particle film 52 formed using any one of the above methods are laminated on an ITO substrate 53 which is a transparent electrode on the light incident side. An aluminum electrode 54 is deposited on the p-type silicon fine particle film 52. An antireflection film (not shown) may be provided between the n-type silicon fine particle film 51 and the ITO substrate 53, or between the n-type silicon fine particle film 51 and the p-type silicon fine particle film 52. Alternatively, a structure having a pin junction provided with a pure silicon fine particle film may be used. Further, the n-type silicon fine particle film 51 and the p-type silicon fine particle film 52 do not have to be flat, and may be laminated so as to have a zigzag type cross section.

以下、実施例を用いて本発明の詳細を説明するが、本願発明は、これら実施例によって何ら限定されるものではない。 Hereinafter, although the detail of this invention is demonstrated using an Example, this invention is not limited at all by these Examples.

実施例1:n型シリコン微粒子膜の製造[1]
(1)エポキシ化シリコン微粒子混合物の製造
(1)エポキシ化シリコン微粒子混合物の製造
平均粒径10nmの純シリコン微粒子と平均粒径10nmのn型シリコン微粒子(不純物原子濃度1019cm−3)を用意し、重量比99.99:0.01となるよう混合した。このようにして得られたシリコン微粒子混合物(不純物原子の平均濃度1016cm−3)をよく乾燥した。
ここで、塗膜の目標とする好ましい不純物濃度は、1011〜1018/cm、より好ましくは1012〜1017/cm程度であるが、必要に応じて適宜混合条件を調整すればよい。
Example 1: Production of n-type silicon fine particle film [1]
(1) Production of epoxidized silicon fine particle mixture (1) Production of epoxidized silicon fine particle mixture Pure silicon fine particles having an average particle diameter of 10 nm and n-type silicon fine particles having an average particle diameter of 10 nm (impurity atom concentration: 10 19 cm −3 ) are prepared. And mixed so that the weight ratio is 99.99: 0.01. The silicon fine particle mixture thus obtained (average concentration of impurity atoms: 10 16 cm −3 ) was thoroughly dried.
Here, the preferable impurity concentration targeted for the coating film is about 10 11 to 10 18 / cm 3 , more preferably about 10 12 to 10 17 / cm 3. However, if the mixing conditions are adjusted as necessary, Good.

3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(化8)0.99重量部、およびジブチルスズビスアセチルアセトナート(縮合触媒)0.01重量部を秤量し、これを100重量部のヘキサメチルジシロキサン溶媒に溶解し、反応液を調製した。 0.99 parts by weight of 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane (Chemical Formula 8) and 0.01 parts by weight of dibutyltin bisacetylacetonate (condensation catalyst) are weighed and dissolved in 100 parts by weight of hexamethyldisiloxane solvent. The reaction solution was prepared.

このようにして得られた反応液中にシリコン微粒子混合物を分散させ、撹拌しながら空気中(相対湿度45%)で2時間程度反応させた。
その後、エタノールで洗浄し、余分なアルコキシシラン化合物およびジブチルスズビスアセチルアセトナートを除去した。
The silicon fine particle mixture was dispersed in the reaction solution thus obtained and reacted in air (relative humidity 45%) for about 2 hours while stirring.
Thereafter, it was washed with ethanol to remove excess alkoxysilane compound and dibutyltin bisacetylacetonate.

(2)アミノ化シリコン微粒子混合物の製造
平均粒径が10nm程度のシリコン微粒子混合物((1)で用いたものと同一。)を用意し、よく乾燥した。
3−アミノプロピルトリメトキシシラン(化9、信越化学工業株式会社製)0.99重量部、および酢酸(縮合触媒)0.01重量部を秤量し、これを100重量部のヘキサメチルジシロキサン溶媒に溶解し、反応液を調製した。
(2) Production of aminated silicon fine particle mixture A silicon fine particle mixture having the average particle diameter of about 10 nm (same as that used in (1)) was prepared and dried well.
0.99 parts by weight of 3-aminopropyltrimethoxysilane (Chemical 9; manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and 0.01 part by weight of acetic acid (condensation catalyst) were weighed and added to 100 parts by weight of a hexamethyldisiloxane solvent. To prepare a reaction solution.

このようにして得られた反応液中にシリコン微粒子を分散させ、撹拌しながら空気中(相対湿度45%)で2時間程度反応させた。
その後、エタノールで洗浄し、余分なアルコキシシラン化合物およびジブチルスズビスアセチルアセトナートを除去した。
Silicon fine particles were dispersed in the reaction solution thus obtained, and reacted in air (relative humidity 45%) for about 2 hours while stirring.
Thereafter, it was washed with ethanol to remove excess alkoxysilane compound and dibutyltin bisacetylacetonate.

(3)エポキシ化ガラス基材の製造
ガラス基材を用意し、よく洗浄して乾燥した。
3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(化8)0.99重量部、及びジブチルスズビスアセチルアセトナート(縮合触媒)0.01重量部を秤量し、これを100重量部のヘキサメチルジシロキサン−ジメチルホルムアミド混合溶媒(1:1 v/v)に溶解し、反応液を調製した。
(3) Production of epoxidized glass substrate A glass substrate was prepared, washed thoroughly and dried.
0.99 parts by weight of 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane (Chemical Formula 8) and 0.01 parts by weight of dibutyltin bisacetylacetonate (condensation catalyst) were weighed, and 100 parts by weight of hexamethyldisiloxane-dimethylformamide was measured. The reaction solution was prepared by dissolving in a mixed solvent (1: 1 v / v).

反応液をガラス基材板の表面に塗布し、空気中(相対湿度45%)で2時間程度反応させた。その後、クロロホルムで洗浄し、過剰なアルコキシシラン化合物及びジブチルスズビスアセチルアセトナートを除去した。 The reaction solution was applied to the surface of the glass substrate and reacted in air (relative humidity 45%) for about 2 hours. Thereafter, the mixture was washed with chloroform to remove excess alkoxysilane compound and dibutyltin bisacetylacetonate.

(4)アミノ化シリコン微粒子混合物およびエポキシ化シリコン微粒子混合物の積層膜の形成
エポキシ化ガラス基材の表面に、上記(2)で製造したアミノ化シリコン微粒子混合物のエタノール分散液を塗布し、100℃で加熱した。反応後、エタノールで洗浄し、余分なアミノ化シリコン微粒子混合物を除去した。このようにして得られた、n型シリコン微粒子層が1層積層したn型シリコン微粒子膜の表面に、上記(1)で製造したエポキシ化シリコン微粒子混合物のエタノール分散液をさらに塗布し、100℃で加熱した。反応後、エタノールで洗浄し、余分なエポキシ化シリコン微粒子混合物を除去すると、2層のn型シリコン微粒子層が積層したn型シリコン微粒子膜が得られた。
(4) Formation of Laminated Film of Aminated Silicon Fine Particle Mixture and Epoxidized Silicon Fine Particle Mixture An ethanol dispersion of the aminated silicon fine particle mixture produced in (2) above was applied to the surface of the epoxidized glass substrate, and 100 ° C. And heated. After the reaction, the mixture was washed with ethanol to remove excess aminated silicon fine particle mixture. An ethanol dispersion of the epoxidized silicon fine particle mixture produced in the above (1) is further applied to the surface of the n-type silicon fine particle film obtained by laminating one layer of the n-type silicon fine particle thus obtained. And heated. After the reaction, the mixture was washed with ethanol to remove the excess epoxidized silicon fine particle mixture, whereby an n-type silicon fine particle film in which two n-type silicon fine particle layers were laminated was obtained.

実施例2:n型シリコン微粒子膜の製造[2]
実施例1の(3)と同様に製造したエポキシ化ガラス基材の表面に、2−メチルイミダゾールのエタノール分散液を塗布し、100℃で加熱した。次いで、実施例1の(1)と同様にn型不純物原子の平均濃度1017cm−3になるように調整したn型シリコン微粒子混合物を用いて製造したエポキシ化シリコン微粒子混合物100重量部のエタノール分散液を塗布し、100℃で加熱した。反応後、エタノールで洗浄し、余分なエポキシ化シリコン微粒子混合物および2−メチルイミダゾールを除去した。このようにして得られた、n型シリコン微粒子層が1層積層したn型シリコン微粒子膜の表面に、2−メチルイミダゾールのエタノール分散液を塗布し、100℃で加熱した。次いで、エポキシ化シリコン微粒子混合物100重量部のエタノール分散液ををさらに塗布し、100℃で加熱した。反応後、エタノールで洗浄し、余分なエポキシ化シリコン微粒子混合物および2−メチルイミダゾールを除去すると、2層のn型シリコン微粒子層が積層したn型シリコン微粒子膜が得られた。
ここで、塗膜の目標とする好ましい不純物濃度は、1011〜1018/cm、より好ましくは1012〜1017/cm程度であるが、必要に応じて適宜混合条件を調整すればよい。
Example 2: Production of n-type silicon fine particle film [2]
An ethanol dispersion of 2-methylimidazole was applied to the surface of the epoxidized glass substrate produced in the same manner as (3) of Example 1, and heated at 100 ° C. Next, 100 parts by weight of ethanol of an epoxidized silicon fine particle mixture produced using an n-type silicon fine particle mixture adjusted to have an average concentration of n-type impurity atoms of 10 17 cm −3 in the same manner as in Example 1 (1). The dispersion was applied and heated at 100 ° C. After the reaction, the mixture was washed with ethanol to remove excess epoxidized silicon fine particle mixture and 2-methylimidazole. An ethanol dispersion of 2-methylimidazole was applied to the surface of the n-type silicon fine particle film obtained by laminating one n-type silicon fine particle layer, and heated at 100 ° C. Next, 100 parts by weight of an ethanol dispersion of 100 parts by weight of the epoxidized silicon fine particle mixture was further applied and heated at 100 ° C. After the reaction, it was washed with ethanol to remove the excess epoxidized silicon fine particle mixture and 2-methylimidazole, thereby obtaining an n-type silicon fine particle film in which two n-type silicon fine particle layers were laminated.
Here, the preferable impurity concentration targeted for the coating film is about 10 11 to 10 18 / cm 3 , more preferably about 10 12 to 10 17 / cm 3. However, if the mixing conditions are adjusted as necessary, Good.

実施例3:n型シリコン微粒子膜の製造[3]
平均粒径10nmの純シリコン微粒子と平均粒径10nmのn型シリコン微粒子(不純物原子濃度1019cm−3)を混合することなく、それぞれについて、実施例1の(1)および(2)と同様の手順により、エポキシ化純シリコン微粒子、エポキシ化n型シリコン微粒子、アミノ化純シリコン微粒子およびアミノ化n型シリコン微粒子を製造後、これらを99.9:0.1:99.9:0.1の重量比で混合し、実施例1の(3)と同様の手順を用いてペーストを製造した以外は実施例1と同様の手順により、n型シリコン微粒子膜を製造した。
Example 3: Production of n-type silicon fine particle film [3]
Without mixing pure silicon fine particles having an average particle diameter of 10 nm and n-type silicon fine particles having an average particle diameter of 10 nm (impurity atom concentration of 10 19 cm −3 ), the same as in (1) and (2) of Example 1 After producing epoxidized pure silicon fine particles, epoxidized n-type silicon fine particles, aminated pure silicon fine particles and aminated n-type silicon fine particles, these were prepared 99.9: 0.1: 99.9: 0.1. An n-type silicon fine particle film was produced by the same procedure as in Example 1 except that the paste was produced using the same procedure as in Example 1 (3).

実施例4:太陽電池の調製[1]
実施例1の(3)と同様の手順により、ITOガラス板の表面に、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜を形成した。このようにして製造したエポキシ化ITOガラス板の表面に、実施例1の(2)と同様に製造したアミノ化n型シリコン微粒子混合物のエタノール分散液を塗布し、100℃で加熱した。反応後、メタノールで洗浄し、余分なアミノ化n型シリコン微粒子混合物を除去した。
次いで、n型シリコン微粒子の代わりにp型シリコン微粒子を用いた以外は実施例1の(1)と同様に製造したエポキシ化p型シリコン微粒子混合物のエタノール分散液をさらに塗布し、100℃で加熱した。反応後、メタノールで洗浄し、余分なエポキシ化p型シリコン微粒子混合物を除去し、その上にアルミニウム電極を蒸着すると太陽電池が得られた。
Example 4: Preparation of solar cell [1]
A monomolecular film of an alkoxysilane compound having an epoxy group was formed on the surface of the ITO glass plate by the same procedure as (3) of Example 1. An ethanol dispersion of the aminated n-type silicon fine particle mixture produced in the same manner as in Example 1 (2) was applied to the surface of the epoxidized ITO glass plate thus produced and heated at 100 ° C. After the reaction, the mixture was washed with methanol to remove excess aminated n-type silicon fine particle mixture.
Next, an ethanol dispersion of an epoxidized p-type silicon fine particle mixture produced in the same manner as in Example 1 (1) except that p-type silicon fine particles were used instead of n-type silicon fine particles was further applied and heated at 100 ° C. did. After the reaction, it was washed with methanol to remove the excess epoxidized p-type silicon fine particle mixture, and an aluminum electrode was deposited thereon to obtain a solar cell.

実施例5:太陽電池の調製[2]
実施例1の(4)と同様の手順により、ITOガラス板の表面に、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜を形成した。このようにして製造したエポキシ化ITOガラス板の表面に、実施例2と同様の手順でエポキシ化n型シリコン微粒子の積層膜を形成した。
次いで、n型シリコン微粒子の代わりにp型シリコン微粒子を用いた以外は実施例2と同様の手順でエポキシ化p型シリコン微粒子の積層膜を形成した。その後、その上にアルミニウム電極を蒸着すると太陽電池が得られた。
Example 5: Preparation of solar cell [2]
A monomolecular film of an alkoxysilane compound having an epoxy group was formed on the surface of the ITO glass plate by the same procedure as (4) of Example 1. A laminated film of epoxidized n-type silicon fine particles was formed on the surface of the epoxidized ITO glass plate produced in the same manner as in Example 2.
Next, a laminated film of epoxidized p-type silicon fine particles was formed in the same procedure as in Example 2 except that p-type silicon fine particles were used instead of n-type silicon fine particles. Then, the solar cell was obtained when the aluminum electrode was vapor-deposited on it.

なお、この太陽電池は、容易に小型化が可能であり、上記と同様の製造方法によりフォトセンサーも製造が可能である。 Note that this solar cell can be easily downsized, and a photosensor can also be manufactured by the same manufacturing method as described above.

10、20 n型シリコン微粒子層
11、21 エポキシ化純粋シリコン微粒子
11a、21a エポキシ化n型シリコン微粒子
12 アミノ化純粋シリコン微粒子
12a アミノ化n型シリコン微粒子
13、23 反応性基材
14 純粋シリコン微粒子
15 ヒドロキシル基
16 エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の単分子膜
50 太陽電池
51 n型シリコン微粒子層
52 p型シリコン微粒子層
53 ITO電極
54 アルミニウム電極
10, 20 n-type silicon fine particle layers 11, 21 Epoxidized pure silicon fine particles 11a, 21a Epoxidized n-type silicon fine particles 12 Aminated pure silicon fine particles 12a Aminated n-type silicon fine particles 13, 23 Reactive substrate 14 Pure silicon fine particles 15 Monomolecular film 50 of alkoxysilane compound having hydroxyl group 16 epoxy group Solar cell 51 n-type silicon fine particle layer 52 p-type silicon fine particle layer 53 ITO electrode 54 Aluminum electrode

Claims (42)

不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合され、積層膜状構造を形成していることを特徴とする半導体微粒子膜。 Two or more types of silicon fine particles having different impurity atom concentrations are uniformly mixed so that an average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 to form a laminated film structure. Semiconductor fine particle film. 前記シリコン微粒子が、分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を形成していることを特徴とする請求項1記載の半導体微粒子膜。 2. The semiconductor fine particle film according to claim 1, wherein the silicon fine particles form a laminated film-like structure chemically bonded to each other through molecular cross-linking. 前記2種類以上のシリコン微粒子が、純粋シリコン微粒子と、p型シリコン微粒子またはn型シリコン微粒子との組み合わせであることを特徴とする請求項1または2記載の半導体微粒子膜。 3. The semiconductor fine particle film according to claim 1, wherein the two or more types of silicon fine particles are a combination of pure silicon fine particles and p-type silicon fine particles or n-type silicon fine particles. 前記2種類以上のシリコン微粒子の混合物が、粒子径が異なるシリコン微粒子を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の半導体微粒子膜。 4. The semiconductor fine particle film according to claim 1, wherein the mixture of two or more types of silicon fine particles includes silicon fine particles having different particle diameters. 5. 前記シリコン微粒子の粒子径が10nm〜5μmであることを特徴とする請求項1または2記載の半導体微粒子膜。 3. The semiconductor fine particle film according to claim 1, wherein the silicon fine particles have a particle diameter of 10 nm to 5 μm. 前記シリコン微粒子の表面には、第1の反応性の官能基を有し、Si−O−結合を介して化学結合し、該表面の少なくとも一部を覆った第1の被膜、または前記第1の官能基と反応して化学結合を形成する第2の反応性の官能基を有し、Si−O−結合を介して化学結合し、該表面の少なくとも一部を覆った第2の被膜が形成されており、
それぞれ異なるシリコン微粒子上に存在する前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基とが反応して化学結合することにより、前記分子架橋が形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の半導体微粒子膜。
A first film having a first reactive functional group on the surface of the silicon fine particle, chemically bonded via a Si—O— bond, and covering at least a part of the surface, or the first A second coating that has a second reactive functional group that reacts with the functional group of the first reactive functional group to form a chemical bond, is chemically bonded via a Si-O- bond, and covers at least a portion of the surface. Formed,
The first cross-linking functional group and the second reactive functional group present on different silicon fine particles react and chemically bond to form the molecular bridge. The semiconductor fine particle film according to any one of claims 1 to 5.
前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであることを特徴とする請求項6記載の半導体微粒子膜。 N—CH 2 CH formed by a reaction between an amino group or imino group and an epoxy group is formed by a chemical bond formed by the reaction between the first reactive functional group and the second reactive functional group. 7. The semiconductor fine particle film according to claim 6, wherein the semiconductor fine particle film is any one of an (OH) bond and an NH—CONH bond formed by a reaction between an amino group or imino group and an isocyanate group. 前記シリコン微粒子の表面には、第4の反応性の官能基を有し、Si−O−結合を介して化学結合し、該表面の少なくとも一部を覆った第4の被膜が形成されており、
前記シリコン微粒子の1つと化学結合した前記第4の被膜の有する第4の反応性の官能基と、前記1つのシリコン微粒子以外のシリコン微粒子と化学結合した前記第4の被膜の有する前記第4の反応性の官能基と、前記反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する複数の架橋反応基を有する架橋剤を介して化学結合することにより形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の半導体微粒子膜。
The surface of the silicon fine particle has a fourth reactive functional group, chemically bonded via a Si—O— bond, and a fourth film covering at least a part of the surface is formed. ,
The fourth reactive functional group of the fourth film chemically bonded to one of the silicon fine particles, and the fourth reactive layer of the fourth film chemically bonded to silicon fine particles other than the one silicon fine particle. It is formed by chemically bonding via a cross-linking agent having a reactive functional group and a plurality of cross-linking reactive groups that react with the reactive functional group by heat to form a chemical bond. The semiconductor fine particle film according to claim 1.
前記第4の反応性の官能基と架橋反応基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであることを特徴とする請求項8記載の半導体微粒子膜。 The fourth chemical bonds formed by reaction with a reactive functional group and the crosslinking reactive group, the reaction is formed by an N-CH 2 CH (OH) bond with an amino group or imino group and an epoxy group, and 9. The semiconductor fine particle film according to claim 8, wherein the semiconductor fine particle film is any one of NH—CONH bonds formed by a reaction between an amino group or an imino group and an isocyanate group. 第1の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第1の膜化合物を、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合したシリコン微粒子混合物と接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第1の膜化合物の形成する第1の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた第1の反応性シリコン微粒子混合物を製造する工程Aと、
前記第1の反応性官能基と反応する第3の反応性官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第3の膜化合物を基材表面に接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第3の膜化合物の形成する第3の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた反応性基材を製造する工程Bと、
前記反応性基材の表面に前記第1の反応性シリコン微粒子混合物を接触させ、前記第1の反応性の官能基と前記第3の反応性の官能基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程Cとを含むことを特徴とする半導体微粒子膜の製造方法。
The first reactive functional group and the first film compound each having a halosilyl group or an alkoxysilyl group are formed by using two or more types of silicon fine particles having different impurity atom concentrations, and having an average impurity atom concentration of 10 10 to 10 20 cm. And a silicon fine particle mixture uniformly mixed so as to be −3, and a Si—O— bond is formed between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the silicon fine particles, and the first film Producing a first reactive silicon fine particle mixture in which at least a part of the surface is covered with a first film formed by the compound; and
A third reactive functional group that reacts with the first reactive functional group and a third film compound each having a halosilyl group or an alkoxysilyl group are brought into contact with the substrate surface, and the halosilyl group or alkoxysilyl group and the A step of producing a reactive base material in which at least a part of the surface is covered with a third film formed by the third film compound by forming a Si—O— bond with a surface functional group of the base material. B and
Bringing the first reactive silicon fine particle mixture into contact with the surface of the reactive substrate to form a chemical bond by a reaction between the first reactive functional group and the third reactive functional group; And a step C of forming a single-layer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate. .
前記第1の反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する第2の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第2の膜化合物を前記シリコン微粒子混合物と接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第2の膜化合物の形成する第2の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた第2の反応性シリコン微粒子混合物を製造する工程Dと、
前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第2の反応性シリコン微粒子混合物を接触させ、前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第2の反応性シリコン微粒子混合物が結合固定された積層膜を形成する工程Eをさらに含むことを特徴とする請求項10記載の半導体微粒子膜の製造方法。
A second reactive functional group that reacts with the first reactive functional group by heat to form a chemical bond and a second film compound each having a halosilyl group or an alkoxysilyl group are brought into contact with the silicon fine particle mixture. And forming a Si—O— bond between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the silicon fine particle, and at least a part of the surface of the second film formed by the second film compound is formed. Producing a covered second reactive silicon particulate mixture, step D;
The second reactive silicon fine particle mixture is brought into contact with the surface of the monolayer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate, and the first reactive functional group And the second reactive functional group to form a chemical bond, and then washed with a solvent, and the second reactive silicon fine particles are formed on the surface of the monolayer film of the first reactive silicon fine particle mixture. The method of manufacturing a semiconductor fine particle film according to claim 10, further comprising a step E of forming a laminated film in which the mixture is bonded and fixed.
前記工程CおよびEを交互にそれぞれ所定の回数繰り返して行い、前記積層膜の表面に、前記第1および第2の反応性シリコン微粒子混合物が交互に結合固定された積層膜を形成させることを特徴とする請求項11記載の半導体微粒子膜の製造方法。 Steps C and E are alternately repeated a predetermined number of times to form a laminated film in which the first and second reactive silicon fine particle mixtures are alternately bonded and fixed on the surface of the laminated film. The method for producing a semiconductor fine particle film according to claim 11. 前記第1、第2および第3の被膜を形成後、前記第1および第2の反応性シリコン微粒子混合物、ならびに反応性基材の表面の表面をそれぞれ溶媒で洗浄し、余分な前記第1、第2および第3の膜化合物を除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項10から12のいずれか1項記載の半導体微粒子膜の製造方法。 After forming the first, second and third films, the surfaces of the first and second reactive silicon fine particle mixtures and the surface of the reactive substrate are respectively washed with a solvent, and the first, second, The method for producing a semiconductor fine particle film according to any one of claims 10 to 12, further comprising a step of removing the second and third film compounds. 第1の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第1の膜化合物を、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子のそれぞれと接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第1の膜化合物の形成する第1の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた2種類以上の第1の反応性シリコン微粒子を製造後、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるようにそれらを均一に混合し、第1のシリコン微粒子混合物を製造する工程Aと、
前記第1の反応性官能基と反応する第3の反応性官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第3の膜化合物を基材表面に接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第3の膜化合物の形成する第3の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた反応性基材を製造する工程Bと、
前記反応性基材の表面に前記第1の反応性シリコン微粒子混合物を接触させ、前記第1の反応性の官能基と前記第3の反応性の官能基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程Cとを含むことを特徴とする半導体微粒子膜の製造方法。
The first reactive functional group and the first film compound each having a halosilyl group or an alkoxysilyl group are brought into contact with two or more types of silicon fine particles having different impurity atom concentrations, and the halosilyl group or alkoxysilyl group Si—O— bonds are formed with the surface functional groups of the silicon fine particles, and at least a part of the surface is covered with a first film formed by the first film compound. After producing reactive silicon fine particles, step A for producing a first silicon fine particle mixture by uniformly mixing them so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 ;
A third reactive functional group that reacts with the first reactive functional group and a third film compound each having a halosilyl group or an alkoxysilyl group are brought into contact with the substrate surface, and the halosilyl group or alkoxysilyl group and the A step of producing a reactive base material in which at least a part of the surface is covered with a third film formed by the third film compound by forming a Si—O— bond with a surface functional group of the base material. B and
Bringing the first reactive silicon fine particle mixture into contact with the surface of the reactive substrate to form a chemical bond by a reaction between the first reactive functional group and the third reactive functional group; And a step C of forming a single-layer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate. .
前記第1の反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する第2の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第2の膜化合物を前記シリコン微粒子混合物と接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第2の膜化合物の形成する第2の被膜で表面の少なくとも一部が覆われた第2の反応性シリコン微粒子混合物を製造する工程Dと、
前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第2の反応性シリコン微粒子混合物を接触させ、前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第2の反応性シリコン微粒子混合物が結合固定された積層膜を形成する工程Eをさらに含むことを特徴とする請求項14記載の半導体微粒子膜の製造方法。
A second reactive functional group that reacts with the first reactive functional group by heat to form a chemical bond and a second film compound each having a halosilyl group or an alkoxysilyl group are brought into contact with the silicon fine particle mixture. And forming a Si—O— bond between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the silicon fine particle, and at least a part of the surface of the second film formed by the second film compound is formed. Producing a covered second reactive silicon particulate mixture, step D;
The second reactive silicon fine particle mixture is brought into contact with the surface of the monolayer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive substrate, and the first reactive functional group And the second reactive functional group to form a chemical bond, and then washed with a solvent, and the second reactive silicon fine particles are formed on the surface of the monolayer film of the first reactive silicon fine particle mixture. 15. The method for producing a semiconductor fine particle film according to claim 14, further comprising a step E of forming a laminated film in which the mixture is bonded and fixed.
前記工程CおよびEを交互にそれぞれ所定の回数繰り返して行い、前記積層膜の表面に、前記第1および第2の反応性シリコン微粒子混合物が交互に結合固定された積層膜を形成させることを特徴とする請求項15記載の半導体微粒子膜の製造方法。 Steps C and E are alternately repeated a predetermined number of times to form a laminated film in which the first and second reactive silicon fine particle mixtures are alternately bonded and fixed on the surface of the laminated film. The method for producing a semiconductor fine particle film according to claim 15. 前記第1、第2および第3の被膜を形成後、前記第1および第2の反応性シリコン微粒子混合物、ならびに反応性基材の表面の表面をそれぞれ溶媒で洗浄し、余分な前記第1、第2および第3の膜化合物を除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項14から16のいずれか1項記載の半導体微粒子膜の製造方法。 After forming the first, second and third films, the surfaces of the first and second reactive silicon fine particle mixtures and the surface of the reactive substrate are respectively washed with a solvent, and the first, second, 17. The method for producing a semiconductor fine particle film according to claim 14, further comprising a step of removing the second and third film compounds. 第4の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第4の膜化合物を、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合したシリコン微粒子混合物と接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第4の膜化合物の形成する被膜で表面の少なくとも一部が覆われた第4の反応性シリコン微粒子混合物を製造する工程aと、
前記第4の反応性シリコン微粒子混合物を溶媒に分散して分散液を製造する工程bと、
前記第4の膜化合物を基材表面に接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第4の膜化合物の形成する第4の被膜で表面の少なくとも一部を覆い、次いで、前記第4の被膜の表面を前記第4の反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する複数の架橋反応基を有する架橋剤と接触および反応させ、反応性基材を製造する工程cと、
前記反応性基材の表面に前記分散液を接触させ、前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程dとを含むことを特徴とする半導体微粒子膜の製造方法。
The fourth film compound having the fourth reactive functional group and the halosilyl group or alkoxysilyl group, respectively, is composed of two or more types of silicon fine particles having different impurity atom concentrations, and the average impurity atom concentration is 10 10 to 10 20 cm. And a silicon fine particle mixture uniformly mixed so as to be −3, and a Si—O— bond is formed between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the silicon fine particles, and the fourth film. Producing a fourth reactive silicon fine particle mixture in which at least a part of the surface is covered with a film formed by the compound; and
A step b of producing a dispersion by dispersing the fourth reactive silicon fine particle mixture in a solvent;
Forming the fourth film compound by bringing the fourth film compound into contact with the surface of the substrate and forming a Si-O- bond between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the substrate. Covering at least a part of the surface with a fourth coating, and then reacting the surface of the fourth coating with the fourth reactive functional group with heat to form a plurality of cross-linking reactive groups. Contacting and reacting with a crosslinking agent having a step c for producing a reactive substrate;
The dispersion is brought into contact with the surface of the reactive substrate, a chemical bond is formed by a reaction between the fourth reactive functional group and the crosslinking reactive group, and then washed with a solvent. Forming a single-layer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the semiconductor fine particle film.
前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記架橋剤を接触および反応させた後、前記分散液を接触させ、前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第4の反応性シリコン微粒子混合物が結合固定された積層膜を形成する工程eをさらに含むことを特徴とする請求項18記載の半導体微粒子膜の製造方法。 The cross-linking agent is brought into contact with and reacted with the surface of the single-layer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive base material, and then the dispersion is brought into contact with each other. A chemical bond is formed by a reaction between a reactive functional group and the cross-linking reactive group, followed by washing with a solvent, and the fourth reactive silicon fine particle is formed on the surface of a single layer film of the fourth reactive silicon fine particle mixture. 19. The method for producing a semiconductor fine particle film according to claim 18, further comprising a step e of forming a laminated film in which the mixture is bonded and fixed. 前記工程eを所定の回数繰り返して行うことを特徴とする請求項19記載の半導体微粒子膜の製造方法。 20. The method of manufacturing a semiconductor fine particle film according to claim 19, wherein the step e is repeated a predetermined number of times. 前記第4の被膜を形成後、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物および前記反応性基材の表面をそれぞれ溶媒で洗浄し、余分な前記第4の膜化合物を除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項18から20のいずれか1項記載の半導体微粒子膜の製造方法。 After the formation of the fourth film, the method further includes the step of washing the surfaces of the fourth reactive silicon fine particle mixture and the reactive substrate with a solvent to remove excess fourth film compound. 21. The method for producing a semiconductor fine particle film according to claim 18, wherein the semiconductor fine particle film is produced. 第4の反応性の官能基およびハロシリル基またはアルコキシシリル基をそれぞれ有する第4の膜化合物を、不純物原子濃度の異なる2種類以上のシリコン微粒子のそれぞれと接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記シリコン微粒子の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第4の膜化合物の形成する被膜で表面の少なくとも一部が覆われた2種類以上の第4の反応性シリコン微粒子を製造後、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるようにそれらを均一に混合し、第4のシリコン微粒子混合物を製造する工程aと、
前記第4の反応性シリコン微粒子混合物を溶媒に分散して分散液を製造する工程bと、
前記第4の膜化合物を基材表面に接触させ、前記ハロシリル基またはアルコキシシリル基と前記基材の表面官能基との間でSi−O−結合を形成させ、前記第4の膜化合物の形成する第4の被膜で表面の少なくとも一部を覆い、次いで、前記第4の被膜の表面を前記第4の反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する複数の架橋反応基を有する架橋剤と接触および反応させ、反応性基材を製造する工程cと、
前記反応性基材の表面に前記分散液を接触させ、前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜を形成する工程dとを含むことを特徴とする半導体微粒子膜の製造方法。
A fourth film compound having a fourth reactive functional group and a halosilyl group or an alkoxysilyl group, respectively, is brought into contact with two or more kinds of silicon fine particles having different impurity atom concentrations, and the halosilyl group or alkoxysilyl group Two or more types of fourth reactive silicon in which Si—O— bonds are formed with the surface functional groups of the silicon fine particles, and at least a part of the surface is covered with a film formed by the fourth film compound. A step of producing a fourth silicon fine particle mixture by uniformly mixing them so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 after producing the fine particles;
A step b of producing a dispersion by dispersing the fourth reactive silicon fine particle mixture in a solvent;
Forming the fourth film compound by bringing the fourth film compound into contact with the surface of the substrate and forming a Si-O- bond between the halosilyl group or alkoxysilyl group and the surface functional group of the substrate. Covering at least a part of the surface with a fourth coating, and then reacting the surface of the fourth coating with the fourth reactive functional group with heat to form a plurality of cross-linking reactive groups. Contacting and reacting with a crosslinking agent having a step c for producing a reactive substrate;
The dispersion is brought into contact with the surface of the reactive substrate, a chemical bond is formed by a reaction between the fourth reactive functional group and the crosslinking reactive group, and then washed with a solvent. Forming a single-layer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the semiconductor fine particle film.
前記反応性基材の表面に結合固定された前記第1の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記架橋剤を接触および反応させた後、前記分散液を接触させ、前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により化学結合を形成させ、次いで溶媒で洗浄し、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物の単層膜の表面に前記第4の反応性シリコン微粒子混合物が結合固定された積層膜を形成する工程eをさらに含むことを特徴とする請求項22記載の半導体微粒子膜の製造方法。 The cross-linking agent is brought into contact with and reacted with the surface of the single-layer film of the first reactive silicon fine particle mixture bonded and fixed to the surface of the reactive base material, and then the dispersion is brought into contact with each other. A chemical bond is formed by a reaction between a reactive functional group and the cross-linking reactive group, followed by washing with a solvent, and the fourth reactive silicon fine particle is formed on the surface of a single layer film of the fourth reactive silicon fine particle mixture. 23. The method for producing a semiconductor fine particle film according to claim 22, further comprising a step e of forming a laminated film in which the mixture is bonded and fixed. 前記工程eを所定の回数繰り返して行うことを特徴とする請求項23記載の半導体微粒子膜の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor fine particle film according to claim 23, wherein the step e is repeated a predetermined number of times. 前記第4の被膜を形成後、前記第4の反応性シリコン微粒子混合物および前記反応性基材の表面をそれぞれ溶媒で洗浄し、余分な前記第4の膜化合物を除去する工程をさらに有することを特徴とする請求項22から24のいずれか1項記載の半導体微粒子膜の製造方法。 After the formation of the fourth film, the method further includes the step of washing the surfaces of the fourth reactive silicon fine particle mixture and the reactive substrate with a solvent to remove excess fourth film compound. 25. The method for producing a semiconductor fine particle film according to any one of claims 22 to 24, wherein: 前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応、または前記第1の反応性の官能基と前記第3の反応性の官能基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであることを特徴とする請求項10から17のいずれか1項記載の半導体微粒子膜の製造方法。 Formed by a reaction between the first reactive functional group and the second reactive functional group, or a reaction between the first reactive functional group and the third reactive functional group. N—CH 2 CH (OH) bond formed by reaction of an amino group or imino group with an epoxy group, and NH—CONH bond formed by reaction of an amino group or imino group with an isocyanate group. The method for producing a semiconductor fine particle film according to claim 10, wherein the method is any one of the above. 前記第4の反応性の官能基と前記架橋反応基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであることを特徴とする請求項18から25のいずれか1項記載の半導体微粒子膜の製造方法。 A chemical bond formed by the reaction between the fourth reactive functional group and the cross-linking reactive group is an N-CH 2 CH (OH) bond formed by a reaction between an amino group or an imino group and an epoxy group; The method for producing a semiconductor fine particle film according to any one of claims 18 to 25, which is any one of NH-CONH bonds formed by a reaction between an amino group or an imino group and an isocyanate group. 前記2種類以上のシリコン微粒子が、純粋シリコン微粒子と、p型シリコン微粒子またはn型シリコン微粒子との組み合わせであることを特徴とする請求項10から27のいずれか1項記載の半導体微粒子膜の製造方法。 28. The production of a semiconductor fine particle film according to claim 10, wherein the two or more types of silicon fine particles are a combination of pure silicon fine particles and p-type silicon fine particles or n-type silicon fine particles. Method. 前記シリコン微粒子の粒子径が10〜5μmであることを特徴とする請求項10から28のいずれか1項記載の半導体微粒子膜の製造方法。 The method for producing a semiconductor fine particle film according to any one of claims 10 to 28, wherein a particle diameter of the silicon fine particles is 10 to 5 µm. 前記2種類以上のシリコン微粒子の混合物が、粒子径が異なるシリコン微粒子を含むことを特徴とする請求項10から29のいずれか1項記載の半導体微粒子膜の製造方法。 30. The method of manufacturing a semiconductor fine particle film according to claim 10, wherein the mixture of two or more types of silicon fine particles includes silicon fine particles having different particle diameters. 不純物原子濃度の異なる2種類以上のn型シリコン微粒子、または純粋シリコン微粒子とn型シリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合され、分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を有するn型半導体層と、
不純物原子濃度の異なる2種類以上のp型シリコン微粒子、または純粋シリコン微粒子とp型シリコン微粒子が、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合され、分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を有するp型半導体層とが基材上に積層されていることを特徴とするダイオード。
Two or more types of n-type silicon fine particles having different impurity atom concentrations, or pure silicon fine particles and n-type silicon fine particles are uniformly mixed so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3. An n-type semiconductor layer having a laminated film structure chemically bonded to each other via
Two or more types of p-type silicon fine particles having different impurity atom concentrations, or pure silicon fine particles and p-type silicon fine particles are uniformly mixed so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3, and molecular crosslinking is performed. A p-type semiconductor layer having a laminated film structure that is chemically bonded to each other via a substrate is laminated on a substrate.
前記2種類以上のシリコン微粒子の粒子径が10〜5μmであることを特徴とする請求項31記載のダイオード。 32. The diode according to claim 31, wherein the two or more types of silicon fine particles have a particle diameter of 10 to 5 [mu] m. 前記2種類以上のシリコン微粒子の混合物が、粒子径が異なるシリコン微粒子を含むことを特徴とする請求項31または32記載のダイオード。 The diode according to claim 31 or 32, wherein the mixture of two or more types of silicon fine particles includes silicon fine particles having different particle diameters. 前記分子架橋が、前記シリコン微粒子の1つと化学結合した第1の被膜の有する第1の反応性の官能基と、
前記シリコン微粒子以外のシリコン微粒子と化学結合した第2の被膜の有する前記第1の官能基と反応して化学結合を形成する第2の反応性の官能基とが反応して化学結合することにより形成されていることを特徴とする請求項31から33のいずれか1項記載のダイオード。
A first reactive functional group of a first coating chemically bonded to one of the silicon microparticles, the molecular crosslinking;
By reacting and chemically bonding with a second reactive functional group that forms a chemical bond by reacting with the first functional group of the second film chemically bonded to silicon fine particles other than the silicon fine particles. The diode according to any one of claims 31 to 33, wherein the diode is formed.
前記第1の反応性の官能基と前記第2の反応性の官能基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであることを特徴とする請求項34記載のダイオード。 N—CH 2 CH formed by a reaction between an amino group or imino group and an epoxy group is formed by a chemical bond formed by the reaction between the first reactive functional group and the second reactive functional group. 35. The diode according to claim 34, wherein the diode is any one of an (OH) bond and an NH-CONH bond formed by a reaction between an amino group or an imino group and an isocyanate group. 前記分子架橋が、2種類以上のシリコン微粒子の1つと化学結合した被膜の有する反応性の第3の官能基と、前記1つの2種類以上のシリコン微粒子以外の2種類以上のシリコン微粒子と化学結合した被膜の有する前記反応性の官能基と、前記反応性の官能基と熱で反応して化学結合を形成する複数の架橋反応基を有する架橋剤を介して化学結合することにより形成されていることを特徴とする請求項31から33のいずれか1項記載のダイオード。 A reactive third functional group of the coating chemically bonded to one of two or more types of silicon fine particles and a chemical bond to two or more types of silicon fine particles other than the one or more types of silicon fine particles. The reactive functional group of the coated film is formed by chemical bonding via a crosslinking agent having a plurality of crosslinking reactive groups that react with the reactive functional group by heat to form a chemical bond. 34. A diode according to any one of claims 31 to 33. 前記第3の反応性の官能基と前記第架橋反応基との反応により形成された化学結合が、アミノ基またはイミノ基とエポキシ基との反応により形成されたN−CHCH(OH)結合、およびアミノ基またはイミノ基とイソシアネート基との反応により形成されたNH−CONH結合のいずれかであることを特徴とする請求項36記載のダイオード。 An N—CH 2 CH (OH) bond formed by a reaction between an amino group or an imino group and an epoxy group is formed as a chemical bond formed by the reaction between the third reactive functional group and the third crosslinking reactive group. 37. The diode according to claim 36, which is any one of NH-CONH bonds formed by a reaction between an amino group or an imino group and an isocyanate group. 請求項31から37のいずれか1項記載のダイオードを含む光電変換素子。 A photoelectric conversion element comprising the diode according to any one of claims 31 to 37. 前記光電変換素子が太陽電池、またはフォトセンサーである請求項38記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 38, wherein the photoelectric conversion element is a solar cell or a photosensor. 請求項10から22のいずれか1項記載の方法により、透明基材上に不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合された複数の純粋シリコン微粒子と複数のn型シリコン微粒子とが分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を有するn型半導体層を形成する工程と、
請求項10から22のいずれか1項記載の方法により、前記n型シリコン微粒子層上に、不純物原子の平均濃度が1010〜1020cm−3となるように均一に混合された複数の純粋シリコン微粒子と複数のp型シリコン微粒子とが分子架橋を介して互いに化学結合した積層膜状構造を有するp型半導体層を形成する工程とを有することを特徴とするダイオードの製造方法。
23. A plurality of pure silicon fine particles and a plurality of fine silicon particles uniformly mixed so that the average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 on a transparent substrate by the method according to claim 10. Forming an n-type semiconductor layer having a laminated film structure in which the n-type silicon fine particles are chemically bonded to each other through molecular crosslinking;
23. A plurality of pure particles uniformly mixed so that an average concentration of impurity atoms is 10 10 to 10 20 cm −3 on the n-type silicon fine particle layer by the method according to claim 10. And a step of forming a p-type semiconductor layer having a laminated film structure in which silicon fine particles and a plurality of p-type silicon fine particles are chemically bonded to each other via molecular cross-linking.
請求項40記載のダイオードの製造方法を含む光電変換素子の製造方法。 The manufacturing method of the photoelectric conversion element containing the manufacturing method of the diode of Claim 40. 前記光電変換素子が太陽電池、またはフォトセンサーである請求項41記載の光電変換素子の製造方法。 The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 41, wherein the photoelectric conversion element is a solar cell or a photosensor.
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