JP2014127578A - Semiconductor film, method for manufacturing semiconductor film, solar cell, light emitting diode, thin film transistor and electronic device - Google Patents

Semiconductor film, method for manufacturing semiconductor film, solar cell, light emitting diode, thin film transistor and electronic device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor film capable of achieving high light current value and suppressing film peeling.SOLUTION: A semiconductor film has an aggregate of semiconductor quantum dots containing metal atom; and a ligand coordinated to the semiconductor quantum dot and selected from a group consisting of a tertiary amine having three or more, in total, of one kind or more functional group selected from SH, NHand OH, and its derivative.

Description

本発明は、半導体膜、半導体膜の製造方法、太陽電池、発光ダイオード、薄膜トランジスタおよび電子デバイスに関する。   The present invention relates to a semiconductor film, a semiconductor film manufacturing method, a solar cell, a light emitting diode, a thin film transistor, and an electronic device.

近年、第三世代太陽電池と呼ばれる高効率太陽電池の研究が盛んである。その中でもコロイド量子ドットを用いた太陽電池は、例えば、マルチエキシトン生成効果により量子効率を高められる事が報告されており、注目を集めている(例えば、非特許文献1参照)。しかし、コロイド量子ドットを用いた太陽電池(量子ドット太陽電池とも称される)では、変換効率が最大でも7%程度であり、更なる変換効率の向上が求められている。   In recent years, research on high-efficiency solar cells called third-generation solar cells has been actively conducted. Among them, a solar cell using colloidal quantum dots has been reported to have improved quantum efficiency due to, for example, a multi-exciton generation effect, and has attracted attention (for example, see Non-Patent Document 1). However, in a solar cell using colloidal quantum dots (also referred to as a quantum dot solar cell), the conversion efficiency is about 7% at the maximum, and further improvement in conversion efficiency is required.

このような量子ドット太陽電池では、量子ドットの集合体からなる半導体膜が光電変換層を担っていることから、量子ドットの集合体からなる半導体膜自体の研究も盛んに行われている。
例えば、炭化水素基数が6以上の比較的長い配位子を用いた半導体ナノ粒子が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
量子ドットの集合体からなる半導体膜の特性を改善する手法としては、量子ドット(例えば2nm〜10nm程度)に結合している配位子分子をより短い配位子分子に置換する事で、電気伝導性が向上することが報告されている(例えば、非特許文献2参照)。非特許文献2では、PbSeの量子ドットの周囲のオレイン酸(分子鎖長2nm〜3nm程度)をエタンジチオール(分子鎖長1nm以下)に置換する事によって量子ドット同士が近接化し、電気伝導性が向上することが報告されている。
In such a quantum dot solar cell, since a semiconductor film made of an assembly of quantum dots serves as a photoelectric conversion layer, research on the semiconductor film itself made of an assembly of quantum dots has been actively conducted.
For example, semiconductor nanoparticles using a relatively long ligand having 6 or more hydrocarbon groups are disclosed (for example, see Patent Document 1).
As a technique for improving the characteristics of a semiconductor film made up of an assembly of quantum dots, the ligand molecules bonded to the quantum dots (for example, about 2 nm to 10 nm) are replaced with shorter ligand molecules, and the It has been reported that conductivity is improved (for example, see Non-Patent Document 2). In Non-Patent Document 2, by replacing the oleic acid (molecular chain length of about 2 nm to 3 nm) around the PbSe quantum dots with ethanedithiol (molecular chain length of 1 nm or less), the quantum dots become close to each other and the electrical conductivity is increased. It has been reported to improve.

特許第4425470号Japanese Patent No. 4425470

S.Geyerら著、「Charge transport in mixed CdSe and CdTe colloidal nancrystal films」、Physical Review B(2010)S. Geyer et al., "Charge transport in mixed CdSe and CdTe colloidal nanofilms", Physical Review B (2010). J. M. Lutherら著。「Structural, Optical,and Electrical Properties of Self−Assembled Films of PbSe Nanocrystals Treated with 1,2−Ethanedithiol」、ACS Nano (2008)J. et al. M.M. By Luther et al. “Structural, Optical, and Electrical Properties of Self-Assembled Films of PbSe Nanocyclics Treated with 1, 2-Ethanidiol”, ACS Nano (2008)

しかし、特許文献1に記載される半導体膜は、配位子が大きく、半導体量子ドット同士の近接化が不十分であるため、光電変換特性に優れない。また、非特許文献1で用いられているブチルアミン、または、非特許文献2で用いられているエタンジチオールを配位子として用いた場合でも、例えば、非特許文献1によれば、最大でも数百nA程度の光電流値しか得ることができていない。また、配位子としてエタンジチオールを用いると、半導体膜の膜剥がれが生じ易い。   However, since the semiconductor film described in Patent Document 1 has a large ligand and insufficient proximity between the semiconductor quantum dots, the photoelectric conversion characteristics are not excellent. In addition, even when butylamine used in Non-Patent Document 1 or ethanedithiol used in Non-Patent Document 2 is used as a ligand, for example, according to Non-Patent Document 1, several hundreds at the maximum. Only a photocurrent value of about nA can be obtained. Further, when ethanedithiol is used as a ligand, the semiconductor film is likely to be peeled off.

本発明は、高い光電流値が得られ、かつ、膜剥がれが抑制される半導体膜およびその製造方法を提供することを課題とし、かかる課題を解決することを目的とする。
また、高い光電流値が得られ、かつ膜剥がれが抑制される太陽電池、発光ダイオード、薄膜トランジスタ、及び電子デバイスを提供することを課題とし、かかる課題を解決することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a semiconductor film in which a high photocurrent value is obtained and film peeling is suppressed, and a method for manufacturing the semiconductor film, and an object thereof is to solve the problem.
It is another object of the present invention to provide a solar cell, a light-emitting diode, a thin film transistor, and an electronic device in which high photocurrent values are obtained and film peeling is suppressed.

上記目的を達成するため、以下の発明が提供される。
<1> 金属原子を含む半導体量子ドットの集合体と、
半導体量子ドットに配位し、SH、NH及びOHから選ばれる一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミン並びにその誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種の配位子と、
を有する半導体膜。
<2> 配位子は下記一般式(A)で表される<1>に記載の半導体膜。

(式(A)中、X、X及びXはそれぞれ独立にSH、NH又はOHを表し、p、q及びrはそれぞれ独立に1以上4以下の整数を表す。)
<3> 一般式(A)における(CH)p、(CH)q及び(CH)rの少なくとも一つに、さらに原子数10以下の置換基を有する<2>に記載の半導体膜。
<4> 置換基は、原子数が7以下である<3>に記載の半導体膜。
<5> 一般式(A)における(CH)p、(CH)q及び(CH)rは全て無置換である<2>に記載の半導体膜。
<6> 配位子が、トリス(2−アミノエチル)アミン又はその誘導体である<1>〜<5>に記載の半導体膜。
<7> 配位子は、一般式(A)で表され、半導体量子ドット中の金属原子に対して3脚型配位している<2>〜<6>に記載の半導体膜。
<8> 半導体量子ドットは、PbS、PbSe、InN、InAs、InSb及びInPから選択される少なくとも1つを含む<1>〜<7>のいずれかに記載の半導体膜。
<9> 半導体量子ドットは、平均粒径が2nm以上15nm以下である<1>〜<8>のいずれかに記載の半導体膜。
<10> 半導体量子ドットは、PbSを含む<8>または<9>に記載の半導体膜。
<11> 基板上に、金属原子を含む半導体量子ドット、半導体量子ドットに配位した第1の配位子、及び第1の溶媒を含有する半導体量子ドット分散液を付与して半導体量子ドットの集合体を形成する半導体量子ドット集合体形成工程と、
第1の配位子よりも分子鎖長が短く、かつ、SH、NH及びOHから選択される一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミンまたはその誘導体である第2の配位子、並びに第2の溶媒を含有する配位子溶液を、半導体量子ドットの集合体に付与して半導体量子ドットに配位している第1の配位子を第2の配位子に交換する配位子交換工程と、
を有する半導体膜の製造方法。
<12> 第2の配位子は下記一般式(A)で表される<11>に記載の半導体膜の製造方法。

(式(A)中、X、X及びXはそれぞれ独立にSH、NH又はOHを表し、p、q及びrはそれぞれ独立に1以上4以下の整数を表す。)
<13> 一般式(A)における(CH)p、(CH)q及び(CH)rの少なくとも一つに、さらに原子数10以下の置換基を有する<12>に記載の半導体膜の製造方法。
<14> 置換基は、原子数が7以下である<13>に記載の半導体膜の製造方法。
<15> 一般式(A)における(CH)p、(CH)q及び(CH)rは全て無置換である<12>に記載の半導体膜の製造方法。
<16> 第2の配位子が、トリス(2−アミノエチル)アミン又はその誘導体である<11>〜<15>のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
<17> 第2の配位子は、一般式(A)で表され、半導体量子ドット中の金属原子に対して3脚型配位する配位子である<12>〜<16>のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
<18> 半導体量子ドットは、PbS、PbSe、InN、InAs、InSb、及びInPから選択される少なくとも1つを含む<11>〜<17>のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
<19> 半導体量子ドットは、平均粒径が2nm以上15nm以下である<11>〜<18>のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
<20> 半導体量子ドットは、PbSを含む<18>または<19>に記載の半導体膜の製造方法。
<21> <1>〜<10>のいずれかに記載の半導体膜を備える太陽電池。
<22> <1>〜<10>のいずれかに記載の半導体膜を備える発光ダイオード。
<23> <1>〜<10>のいずれかに記載の半導体膜を備える薄膜トランジスタ。
<24> <1>〜<10>のいずれかに記載の半導体膜を備える電子デバイス。
In order to achieve the above object, the following invention is provided.
<1> an assembly of semiconductor quantum dots containing metal atoms;
At least one ligand selected from the group consisting of tertiary amines coordinated to semiconductor quantum dots and having a total of three or more functional groups selected from SH, NH 2 and OH, and derivatives thereof; ,
A semiconductor film.
<2> The semiconductor film according to <1>, wherein the ligand is represented by the following general formula (A).

(In formula (A), X 1 , X 2 and X 3 each independently represent SH, NH 2 or OH, and p, q and r each independently represent an integer of 1 or more and 4 or less.)
<3> The semiconductor film according to <2>, further including a substituent having 10 or less atoms in at least one of (CH 2 ) p, (CH 2 ) q, and (CH 2 ) r in the general formula (A). .
<4> The semiconductor film according to <3>, wherein the substituent has 7 or less atoms.
<5> The semiconductor film according to <2>, wherein (CH 2 ) p, (CH 2 ) q, and (CH 2 ) r in the general formula (A) are all unsubstituted.
<6> The semiconductor film according to <1> to <5>, wherein the ligand is tris (2-aminoethyl) amine or a derivative thereof.
<7> The semiconductor film according to <2> to <6>, wherein the ligand is represented by the general formula (A) and is tripod-type coordinated to the metal atom in the semiconductor quantum dot.
<8> The semiconductor film according to any one of <1> to <7>, wherein the semiconductor quantum dots include at least one selected from PbS, PbSe, InN, InAs, InSb, and InP.
<9> The semiconductor film according to any one of <1> to <8>, wherein the semiconductor quantum dot has an average particle diameter of 2 nm to 15 nm.
<10> The semiconductor film according to <8> or <9>, wherein the semiconductor quantum dot contains PbS.
<11> A semiconductor quantum dot dispersion containing a semiconductor quantum dot containing a metal atom, a first ligand coordinated to the semiconductor quantum dot, and a first solvent is applied to the substrate. A semiconductor quantum dot assembly forming process for forming the assembly;
A second amine which is a tertiary amine having a molecular chain length shorter than that of the first ligand and having a total of three or more functional groups selected from SH, NH 2 and OH, or a derivative thereof; A ligand solution containing a ligand and a second solvent is applied to an assembly of semiconductor quantum dots, and the first ligand coordinated to the semiconductor quantum dots is defined as the second ligand. A ligand exchange step to exchange with
The manufacturing method of the semiconductor film which has this.
<12> The method for producing a semiconductor film according to <11>, wherein the second ligand is represented by the following general formula (A).

(In formula (A), X 1 , X 2 and X 3 each independently represent SH, NH 2 or OH, and p, q and r each independently represent an integer of 1 or more and 4 or less.)
<13> The semiconductor film according to <12>, further having a substituent having 10 or less atoms in at least one of (CH 2 ) p, (CH 2 ) q, and (CH 2 ) r in the general formula (A). Manufacturing method.
<14> The method for producing a semiconductor film according to <13>, wherein the substituent has 7 or less atoms.
<15> The method for producing a semiconductor film according to <12>, wherein (CH 2 ) p, (CH 2 ) q, and (CH 2 ) r in the general formula (A) are all unsubstituted.
<16> The method for producing a semiconductor film according to any one of <11> to <15>, wherein the second ligand is tris (2-aminoethyl) amine or a derivative thereof.
<17> The second ligand is represented by the general formula (A), and any one of <12> to <16> is a ligand that is tripodically coordinated to a metal atom in the semiconductor quantum dot. A method for producing a semiconductor film according to claim 1.
<18> The semiconductor film manufacturing method according to any one of <11> to <17>, wherein the semiconductor quantum dots include at least one selected from PbS, PbSe, InN, InAs, InSb, and InP.
<19> The method for producing a semiconductor film according to any one of <11> to <18>, wherein the semiconductor quantum dots have an average particle diameter of 2 nm to 15 nm.
<20> The method for producing a semiconductor film according to <18> or <19>, wherein the semiconductor quantum dots contain PbS.
<21> A solar cell comprising the semiconductor film according to any one of <1> to <10>.
<22> A light emitting diode comprising the semiconductor film according to any one of <1> to <10>.
<23> A thin film transistor comprising the semiconductor film according to any one of <1> to <10>.
<24> An electronic device comprising the semiconductor film according to any one of <1> to <10>.

本発明によれば、高い光電流値が得られ、かつ膜剥れが抑制される半導体膜およびその製造方法が提供される。
また、本発明によれば、高い光電流値が得られ、かつ膜剥れが抑制される太陽電池、発光ダイオード、薄膜トランジスタ、及び電子デバイスが提供される。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a high photocurrent value is obtained and the semiconductor film with which film | membrane peeling is suppressed and its manufacturing method are provided.
In addition, according to the present invention, there are provided a solar cell, a light emitting diode, a thin film transistor, and an electronic device that can obtain a high photocurrent value and suppress film peeling.

本発明の半導体膜を適用したpn接合型太陽電池の構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the pn junction type solar cell to which the semiconductor film of this invention is applied. 実施例で用いたくし型電極基板を示す概略図である。It is the schematic which shows the comb-type electrode substrate used in the Example. 実施例で作製した半導体膜(評価用デバイス)にモノクロ光を照射する方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the method of irradiating a monochromatic light to the semiconductor film (device for evaluation) produced in the Example.

以下、本発明について、詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

<半導体膜>
本発明の半導体膜は、金属原子を含む半導体量子ドットの集合体と、半導体量子ドットに配位し、SH、NH及びOHから選ばれる一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミン並びにその誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種の配位子(以下、「特定配位子」と称する場合がある。)と、を有して構成されている。
本発明の半導体膜は、配位性の官能基であるSH、NH、OHが、量子ドットの金属原子と3脚型(3座)以上で配位する事によって、量子ドット表面のダングリングボンド(dangling bond)を強く補償し、且つ量子ドット同士の近接化度を高める事で、膜剥がれが抑制され、且つ電気伝導性が高い半導体膜となると考えられる。
<Semiconductor film>
The semiconductor film of the present invention has an aggregate of semiconductor quantum dots containing metal atoms and a coordinate with the semiconductor quantum dots, and has a total of three or more functional groups selected from SH, NH 2 and OH. And at least one ligand selected from the group consisting of a secondary amine and derivatives thereof (hereinafter sometimes referred to as “specific ligand”).
In the semiconductor film of the present invention, the coordination functional group SH, NH 2 , or OH is coordinated with the metal atom of the quantum dot in a tripod shape (tridentate) or more, thereby dangling on the surface of the quantum dot. By strongly compensating for dangling bonds and increasing the degree of proximity between quantum dots, it is considered that film peeling is suppressed and a semiconductor film having high electrical conductivity is obtained.

半導体量子ドットは、金属原子を含んで構成される半導体粒子であり、粒径が数nm〜数十nmとなるナノサイズの粒子である。   A semiconductor quantum dot is a semiconductor particle including a metal atom, and is a nano-sized particle having a particle size of several nanometers to several tens of nanometers.

本発明の半導体膜の製造方法の詳細は後述するが、本発明の半導体膜は、例えば、第1の配位子が配位している半導体量子ドットの集合体に、特定配位子として、第1の配位子よりも分子鎖長が短く、かつ、SH、NH及びOHから選択される一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミンまたはその誘導体である第2の配位子を付与することにより得ることができる。
以下、本発明の半導体膜を構成する各要素の詳細を説明する。
Although the details of the method for producing a semiconductor film of the present invention will be described later, the semiconductor film of the present invention is, for example, an assembly of semiconductor quantum dots coordinated with a first ligand as a specific ligand. A second amine which is a tertiary amine having a molecular chain length shorter than that of the first ligand and having a total of three or more functional groups selected from SH, NH 2 and OH, or a derivative thereof; It can be obtained by adding a ligand.
Hereinafter, details of each element constituting the semiconductor film of the present invention will be described.

〔特定配位子〕
本発明の半導体膜において半導体量子ドットに配位する特定配位子は、SH、NH及びOHから選ばれる一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミン並びにその誘導体からなる群より選ばれる配位子である。
また、アルコール溶媒との混和性や石英基板との密着性の観点から、特定配位子に含まれるSH、NH及びOHのうち、OHを有することが好ましい。
特定配位子は、具体的には、下記一般式(A)で表される配位子が好ましい。
[Specific ligand]
The specific ligand coordinated to the semiconductor quantum dot in the semiconductor film of the present invention is a group consisting of a tertiary amine having a total of three or more functional groups selected from SH, NH 2 and OH, and derivatives thereof. It is a more selected ligand.
Moreover, it is preferable to have OH among SH, NH 2 and OH contained in the specific ligand from the viewpoint of miscibility with an alcohol solvent and adhesion to a quartz substrate.
Specifically, the specific ligand is preferably a ligand represented by the following general formula (A).

式(A)中、X、X及びXはそれぞれ独立にSH、NH又はOHを表し、p、q及びrはそれぞれ独立に1以上4以下の整数を表す。 In formula (A), X 1 , X 2 and X 3 each independently represent SH, NH 2 or OH, and p, q and r each independently represent an integer of 1 or more and 4 or less.

特定配位子が上記のような分子構造を有する事によって、末端のSH,NH,OH基が量子ドット表面のダングリングボンドを有する金属原子と配位結合し、3脚型の多座配位の金属錯体が形成されやすくなる。そのため配位子と金属原子の錯安定度定数logβが高くなりやすく、金属原子と配位子の結合力が高まるほか、量子ドット同士の間隔も近接化しやすくなり、結果的に高い電気伝導性を得やすくなると考えられる。 When the specific ligand has the molecular structure as described above, the terminal SH, NH 2 , and OH groups coordinate with a metal atom having a dangling bond on the surface of the quantum dot, thereby forming a tripodal multidentate configuration. The metal complex is easily formed. Therefore, the complex stability constant logβ between the ligand and the metal atom is likely to increase, the binding force between the metal atom and the ligand is increased, and the distance between the quantum dots is likely to be close, resulting in high electrical conductivity. It is thought that it becomes easy to obtain.

量子ドット同士の近接化の観点から、(CH)p、(CH)q及び(CH)rで表されるアルキレン基における炭素数は、それぞれ3以下が好ましく、2以下がより好ましい。また、(CH)p、(CH)q及び(CH)rの少なくとも1つに、さらに原子数10以下の置換基を有していてもよく、置換基がある場合は、置換基の原子数は7以下であることが望ましく、(CH)p、(CH)q及び(CH)rは全て置換基が無いことがより望ましい。
特定配位子と金属原子の錯安定度定数logβは8以上であると特に配位力が高まり、ダングリングボンドの低減と量子ドットの近接化による電気伝導特性の向上が期待できる。
From the viewpoint of the proximity of the quantum dots, the number of carbon atoms in the alkylene group represented by (CH 2 ) p, (CH 2 ) q and (CH 2 ) r is preferably 3 or less and more preferably 2 or less. In addition, at least one of (CH 2 ) p, (CH 2 ) q and (CH 2 ) r may further have a substituent having 10 or less atoms, and when there is a substituent, The number of atoms is preferably 7 or less, and (CH 2 ) p, (CH 2 ) q and (CH 2 ) r are more preferably all free of substituents.
When the complex stability constant log β of the specific ligand and the metal atom is 8 or more, the coordination power is particularly enhanced, and it can be expected that the electrical conductivity characteristics are improved by reducing the dangling bonds and the proximity of the quantum dots.

一般式(A)中、(CH)p、(CH)q及び(CH)rで表されるアルキレン基に存在してもよい原子数10以下の置換基としては、炭素数1〜3のアルキル基〔メチル基、エチル基、プロピル基、及びイソプロピル基〕、炭素数2〜3のアルケニル基〔エテニル基およびプロペニル基〕、炭素数2〜4のアルキニル基〔エチニル基、プロピニル基等〕、シクロプロピル基、炭素数1〜2のアルコキシ基〔メトキシ基およびエトキシ基〕、炭素数2〜3のアシル基〔アセチル基、及びプロピオニル基〕、炭素数2〜3のアルコキシカルボニル基〔メトキシカルボニル基およびエトキシカルボニル基〕、炭素数2のアシルオキシ基〔アセチルオキシ基〕、炭素数2のアシルアミノ基〔アセチルアミノ基〕、炭素数1〜3のヒドロキシアルキル基〔ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基〕、アルデヒド基〔−COH〕、ヒドロキシ基〔−OH〕、カルボキシ基〔−COOH〕、スルホ基〔−SOH〕、ホスホ基〔−OPO(OH)〕、アミノ基〔−NH〕、カルバモイル基〔−CONH〕、シアノ基〔−CN〕、イソシアネート基〔−N=C=O〕、チオール基〔−SH〕、ニトロ基〔−NO〕、ニトロキシ基〔−ONO〕、イソチオシアネート基〔−NCS〕、シアネート基〔−OCN〕、チオシアネート基〔−SCN〕、アセトキシ基〔OCOCH〕、アセトアミド基〔NHCOCH〕、ホルミル基〔−CHO〕、ホルミルオキシ基〔−OCHO〕、ホルムアミド基〔−NHCHO〕、スルファミノ基〔−NHSOH〕、スルフィノ基〔−SOH〕、スルファモイル基〔−SONH〕、ホスホノ基〔−PO〕、アセチル基〔−COCH〕、ハロゲン原子〔フッ素原子、塩素原子、臭素原子等〕、アルカリ金属原子〔リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子等〕等が挙げられる。 In the general formula (A), the substituent having 10 or less atoms that may be present in the alkylene group represented by (CH 2 ) p, (CH 2 ) q, and (CH 2 ) r includes 1 to 1 carbon atoms. 3 alkyl groups [methyl group, ethyl group, propyl group, and isopropyl group], alkenyl groups having 2 to 3 carbon atoms [ethenyl group and propenyl group], alkynyl groups having 2 to 4 carbon atoms [ethynyl group, propynyl group, etc. ], A cyclopropyl group, an alkoxy group having 1 to 2 carbon atoms [methoxy group and ethoxy group], an acyl group having 2 to 3 carbon atoms [acetyl group and propionyl group], an alkoxycarbonyl group having 2 to 3 carbon atoms [methoxy group] Carbonyl group and ethoxycarbonyl group], C2-acyloxy group [acetyloxy group], C2-acylamino group [acetylamino group], C1-C3 hydroxy group. Alkyl group [hydroxymethyl group, hydroxyethyl group, hydroxypropyl group], an aldehyde group [-COH], hydroxy group [-OH], a carboxy group [-COOH], a sulfo group [-SO 3 H], phospho group [- OPO (OH) 2], amino [-NH 2], carbamoyl group [-CONH 2], a cyano group [-CN], an isocyanate group [-N = C = O], a thiol group [-SH], a nitro group [—NO 2 ], nitroxy group [—ONO 2 ], isothiocyanate group [—NCS], cyanate group [—OCN], thiocyanate group [—SCN], acetoxy group [OCOCH 3 ], acetamide group [NHCOCH 3 ], Formyl group [—CHO], formyloxy group [—OCHO], formamide group [—NHCHO], sulfamino group [—NH O 3 H], sulfino group [-SO 2 H] sulfamoyl group [-SO 2 NH 2], a phosphono group [-PO 3 H 2], acetyl group [-COCH 3], a halogen atom [fluorine, chlorine , Bromine atoms, etc.], alkali metal atoms [lithium atoms, sodium atoms, potassium atoms, etc.] and the like.

本発明において特定配位子は、トリス(2−アミノエチル)アミン又はトリス(2−アミノエチル)アミン誘導体のいずれかである事が望ましい。上記いずれかの配位子の場合、従来のエタンジチオールをリガンドとした場合と比較して高い光電流が得られる。   In the present invention, the specific ligand is preferably either tris (2-aminoethyl) amine or a tris (2-aminoethyl) amine derivative. In the case of any of the above ligands, a higher photocurrent can be obtained as compared with the case where a conventional ethanedithiol is used as a ligand.

〔金属原子を含む半導体量子ドットの集合体〕
本発明の半導体膜は、半導体量子ドットの集合体を有する。また、半導体量子ドットは、少なくとも1種の金属原子を有する。
半導体量子ドットの集合体とは、多数(例えば、1μm四方当たり100個以上)の半導体量子ドットが互いに近接して配置された形態をいう。
なお、本発明における「半導体」とは、比抵抗値が10−2Ωcm以上10Ωcm以下であることを意味する。
[A collection of semiconductor quantum dots containing metal atoms]
The semiconductor film of the present invention has an aggregate of semiconductor quantum dots. Moreover, the semiconductor quantum dot has at least one kind of metal atom.
The aggregate of semiconductor quantum dots refers to a form in which a large number (for example, 100 or more per 1 μm 2 square) of semiconductor quantum dots are arranged close to each other.
The “semiconductor” in the present invention means that the specific resistance value is 10 −2 Ωcm or more and 10 8 Ωcm or less.

半導体量子ドットは、金属原子を有する半導体粒子である。なお、本発明において、金属原子には、Si原子に代表される半金属原子も含む。
半導体量子ドットを構成する半導体量子ドット材料としては、例えば一般的な半導体結晶〔a)IV族半導体、b)IV−IV族、III−V族、またはII−VI族の化合物半導体、c)II族、III族、IV族、V族、および、VI族元素の内3つ以上の組み合わせからなる化合物半導体〕のナノ粒子(0.5nm以上100nm未満大の粒子)が挙げられる。具体的には、PbS、PbSe、InN、InAs、Ge、InAs、InGaAs、CuInS、CuInSe、CuInGaSe、InSb、Si、InP等の比較的バンドギャップの狭い半導体材料が挙げられる。
半導体量子ドットは、半導体量子ドット材料を少なくとも1種類含んでいればよい。
The semiconductor quantum dot is a semiconductor particle having a metal atom. In the present invention, the metal atom includes a semimetal atom typified by Si atom.
Examples of the semiconductor quantum dot material constituting the semiconductor quantum dot include a general semiconductor crystal [a) a group IV semiconductor, b) a compound semiconductor of group IV-IV, group III-V, or group II-VI, c) II. Compound semiconductor composed of a combination of three or more of Group, Group III, Group IV, Group V, and Group VI elements) (particles of 0.5 nm to less than 100 nm). Specific examples include semiconductor materials having a relatively narrow band gap such as PbS, PbSe, InN, InAs, Ge, InAs, InGaAs, CuInS, CuInSe, CuInGaSe, InSb, Si, and InP.
The semiconductor quantum dot should just contain at least 1 type of semiconductor quantum dot material.

また、半導体量子ドット材料は、バルクとしてのバンドギャップが1.5eV以下であることが望ましい。このような比較的バンドギャップの狭い半導体材料を用いることによって、本発明の半導体膜を、例えば、太陽電池の光電変換層に用いた場合には、高い変換効率を実現することが可能である。   The semiconductor quantum dot material preferably has a bulk band gap of 1.5 eV or less. By using such a semiconductor material having a relatively narrow band gap, high conversion efficiency can be realized when the semiconductor film of the present invention is used, for example, in a photoelectric conversion layer of a solar cell.

半導体量子ドットは、半導体量子ドット材料を核(コア)とし、半導体量子ドット材料を被覆化合物で覆ったコアシェル構造であってもよい。被覆化合物としては、ZnS,ZnSe、ZnTe、ZnCdS等が挙げられる。   The semiconductor quantum dot may have a core-shell structure in which a semiconductor quantum dot material is a nucleus (core) and the semiconductor quantum dot material is covered with a coating compound. Examples of the coating compound include ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnCdS, and the like.

半導体量子ドット材料は、以上の中でも、半導体量子ドットの合成のし易さから、PbS、またはPbSeであることが望ましい。環境負荷が小さいという観点からは、InNを用いることも望ましい。   Among the above, the semiconductor quantum dot material is preferably PbS or PbSe from the viewpoint of easy synthesis of the semiconductor quantum dots. It is also desirable to use InN from the viewpoint that the environmental load is small.

さらに、本発明の半導体膜を太陽電池用途に適用する場合は、半導体量子ドットは、マルチエキシトン生成効果と呼ばれる多励起子生成効果による光電変換効率の増強を見据えて、更にバンドギャップが狭いことが好ましい。具体的には、1.0eV以下であることが望ましい。
バンドギャップをより狭くし、マルチエキシトン生成効果を増強する観点から、半導体量子ドット材料は、PbS、PbSe、またはInSbであることが好ましい。
Furthermore, when the semiconductor film of the present invention is applied to a solar cell application, the semiconductor quantum dot may have a narrower band gap in view of enhancement of photoelectric conversion efficiency due to a multi-exciton generation effect called a multi-exciton generation effect. preferable. Specifically, it is desirable that it is 1.0 eV or less.
From the viewpoint of narrowing the band gap and enhancing the multi-exciton generation effect, the semiconductor quantum dot material is preferably PbS, PbSe, or InSb.

半導体量子ドットの平均粒径は、2nm〜15nmであることが望ましい。なお、半導体量子ドットの平均粒径は、半導体量子ドット10個の平均粒径をいう。半導体量子ドットの粒径の測定には、透過型電子顕微鏡を用いればよい。
一般的に半導体量子ドットは、数nm〜数十nmまでの様々な大きさの粒子を含む。半導体量子ドットでは内在する電子のボーア半径以下の大きさまで量子ドットの平均粒径を小さくすると、量子サイズ効果により半導体量子ドットのバンドギャップが変化する現象が生じる。例えばII−VI族半導体では、比較的ボーア半径が大きく、PbSでは18nm程度であると言われている。またIII−V族半導体であるInPでは、ボーア半径は10nm〜14nm程度であると言われている。
従って、例えば半導体量子ドットの平均粒径が、15nm以下であれば、量子サイズ効果によるバンドギャップの制御が可能となる。
The average particle size of the semiconductor quantum dots is desirably 2 nm to 15 nm. In addition, the average particle diameter of a semiconductor quantum dot means the average particle diameter of ten semiconductor quantum dots. A transmission electron microscope may be used to measure the particle size of the semiconductor quantum dots.
In general, semiconductor quantum dots include particles of various sizes from several nm to several tens of nm. In the semiconductor quantum dot, when the average particle diameter of the quantum dot is reduced to a size equal to or less than the Bohr radius of the underlying electron, a phenomenon occurs in which the band gap of the semiconductor quantum dot changes due to the quantum size effect. For example, it is said that II-VI semiconductors have a relatively large Bohr radius, and PbS has a diameter of about 18 nm. InP, which is a III-V group semiconductor, is said to have a Bohr radius of about 10 nm to 14 nm.
Therefore, for example, if the average particle size of the semiconductor quantum dots is 15 nm or less, the band gap can be controlled by the quantum size effect.

特に、本発明の半導体膜を、太陽電池に応用する場合は、半導体量子ドット材料にかかわらず、量子サイズ効果によって、バンドギャップを最適な値へ調整することが重要となる。しかし、半導体量子ドットの平均粒径が小さくなればなるほどバンドギャップが増大するため、半導体量子ドットの平均粒径は10nm以下であれば、より大きなバンドギャップの変化が期待できる。半導体量子ドットが結果としてナローギャップ半導体であっても、太陽光のスペクトルに最適なバンドギャップに調整することが容易となる事から、量子ドットのサイズは10nm以下であることがより望ましい。また、半導体量子ドットの平均粒径が小さく、量子閉じ込めが顕著な場合は、マルチエキシトン生成効果の増強が期待できるというメリットもある。
一方、半導体量子ドットの平均粒径は、2nm以上であることが好ましい。半導体量子ドットの平均粒径を2nm以上とすることで、量子閉じ込めの効果が強くなりすぎず、バンドギャップを最適値とし易い。また、半導体量子ドットの平均粒径を2nm以上とすることで、半導体量子ドットの合成において、半導体量子ドットの結晶成長を制御し易くすることができる。
In particular, when the semiconductor film of the present invention is applied to a solar cell, it is important to adjust the band gap to an optimum value by the quantum size effect regardless of the semiconductor quantum dot material. However, since the band gap increases as the average particle size of the semiconductor quantum dots decreases, a larger change in the band gap can be expected if the average particle size of the semiconductor quantum dots is 10 nm or less. Even if the semiconductor quantum dot is a narrow gap semiconductor as a result, it is easy to adjust the band gap optimal for the spectrum of sunlight. Therefore, the size of the quantum dot is more preferably 10 nm or less. Further, when the average particle size of the semiconductor quantum dots is small and the quantum confinement is remarkable, there is an advantage that the enhancement of the multi-exciton generation effect can be expected.
On the other hand, the average particle diameter of the semiconductor quantum dots is preferably 2 nm or more. By setting the average particle diameter of the semiconductor quantum dots to 2 nm or more, the effect of quantum confinement does not become too strong, and the band gap can be easily set to the optimum value. Further, by setting the average particle diameter of the semiconductor quantum dots to 2 nm or more, it is possible to easily control the crystal growth of the semiconductor quantum dots in the synthesis of the semiconductor quantum dots.

本発明の半導体膜の厚みは、特に制限されないが、高い電気伝導性を得る観点から、10nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがより好ましい。また、キャリア濃度が過剰になる恐れがある事、製造し易さの観点からは、半導体膜の厚みは、300nm以下であることが好ましい。   The thickness of the semiconductor film of the present invention is not particularly limited, but is preferably 10 nm or more and more preferably 50 nm or more from the viewpoint of obtaining high electrical conductivity. In addition, the thickness of the semiconductor film is preferably 300 nm or less from the viewpoint of excessive carrier concentration and ease of manufacture.

<半導体膜の製造方法>
本発明の半導体膜を製造する方法は特に制限されるものではないが、半導体量子ドット同士の間隔をより短くし、半導体量子ドットを緻密に配置する観点から、以下に説明する本発明の半導体膜の製造方法により製造することが好ましい。
<Semiconductor film manufacturing method>
The method for producing the semiconductor film of the present invention is not particularly limited, but the semiconductor film of the present invention described below is from the viewpoint of reducing the interval between the semiconductor quantum dots and arranging the semiconductor quantum dots densely. It is preferable to manufacture by this manufacturing method.

本発明の半導体膜の製造方法は、基板上に、金属原子を含む半導体量子ドット、半導体量子ドットに配位した第1の配位子、及び第1の溶媒を含有する半導体量子ドット分散液を付与して半導体量子ドットの集合体を形成する半導体量子ドット集合体形成工程と、第1の配位子よりも分子鎖長が短く、かつ、SH、NH及びOHから選択される一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミンまたはその誘導体である第2の配位子、並びに第2の溶媒を含有する配位子溶液を、半導体量子ドットの集合体に付与して半導体量子ドットに配位している第1の配位子を第2の配位子に交換する配位子交換工程と、を有する。 In the method for producing a semiconductor film of the present invention, a semiconductor quantum dot dispersion containing a semiconductor quantum dot containing a metal atom, a first ligand coordinated to the semiconductor quantum dot, and a first solvent is formed on a substrate. A semiconductor quantum dot assembly forming step of forming an assembly of semiconductor quantum dots by applying, and one or more types selected from SH, NH 2 and OH having a molecular chain length shorter than that of the first ligand A semiconductor solution is formed by applying a second ligand, which is a tertiary amine having a total of three or more functional groups, or a derivative thereof, and a ligand solution containing a second solvent to an assembly of semiconductor quantum dots. A ligand exchange step of exchanging the first ligand coordinated to the quantum dot with the second ligand.

通常は溶液中に分散する半導体量子ドットでは、比較的長い分子鎖長の配位子(第1の配位子)を有している事が一般的である。半導体量子ドットの配位子を交換する手法としては、長い分子鎖長のリガンド分子を有するまま基板上に分散液を塗布して膜形成した後、交換したい配位子(第2の配位子)を含む溶液を塗布、あるいは基板を溶液に浸漬する事によって、膜の状態で配位子交換処理を進行させる方法がある。このような手法を用いた場合には、液の状態では非常に長い分子鎖を有しているために、量子ドット同士が凝集することが無い状態で半導体膜の形成が可能となる。   In general, semiconductor quantum dots dispersed in a solution generally have a relatively long molecular chain length ligand (first ligand). As a method of exchanging the ligand of the semiconductor quantum dot, after forming a film by coating a dispersion on a substrate while having a ligand molecule having a long molecular chain length, the ligand to be exchanged (second ligand) There is a method in which the ligand exchange treatment proceeds in a film state by applying a solution containing) or immersing the substrate in the solution. When such a method is used, the semiconductor film can be formed in a state where the quantum dots are not aggregated because the liquid state has a very long molecular chain.

一般的に、結合の強さが高いほうが従来の長分子鎖配位子を置換する上でより効率的であり、より高い電気伝導性を得る事が可能となる。また、上記の特定配位子は、半導体量子ドット材料が変わった場合、量子ドットへのリガンド分子の修飾のしやすさである錯安定度定数logβの値は変動するが、交換用の第2の配位子(特定配位子)として、分子鎖長が比較的短く、且つ、配位しやすいものを用いることで、種々の量子ドット材料に適用可能である。
また原理的に100%全ての配位子を交換することは困難であり、また全ての配位子を交換しなくても十分な特性が得られるため、量子ドットの配位子の内、一部分に上記特定配位子が修飾されていれば良い。
In general, higher bonding strength is more efficient in replacing conventional long molecular chain ligands, and higher electrical conductivity can be obtained. In addition, when the semiconductor quantum dot material is changed, the specific ligand described above may change the value of the complex stability constant logβ, which is the ease of modification of the ligand molecule to the quantum dot. As the ligand (specific ligand), a material having a relatively short molecular chain length and easily coordinated can be applied to various quantum dot materials.
In principle, it is difficult to exchange 100% of all ligands, and sufficient characteristics can be obtained without exchanging all ligands. It is sufficient that the specific ligand is modified.

本発明の半導体膜の製造方法では、半導体量子ドット集合体形成工程および配位子交換工程を繰り返し行ってもよいし、さらに、半導体量子ドット分散液を乾燥する分散液乾燥工程、配位子溶液を乾燥する溶液乾燥工程、基板上の半導体量子ドット集合体を洗浄する洗浄工程等を有していてもよい。半導体量子ドット集合体形成工程と、配位子交換工程を繰り返す事によって、半導体膜が積層される形となり、任意の膜厚の半導体膜を得る事が可能となる。   In the method for producing a semiconductor film of the present invention, the semiconductor quantum dot assembly forming step and the ligand exchange step may be repeated, and further, a dispersion drying step for drying the semiconductor quantum dot dispersion, a ligand solution A solution drying step for drying the substrate, a washing step for washing the semiconductor quantum dot aggregate on the substrate, and the like. By repeating the semiconductor quantum dot assembly forming step and the ligand exchange step, the semiconductor films are stacked, and a semiconductor film having an arbitrary film thickness can be obtained.

本発明の半導体膜の製造方法では、半導体量子ドット集合体形成工程において、半導体量子ドット分散液を基板上に付与することにより、基板上に半導体量子ドットの集合体を形成する。このとき、半導体量子ドットは、第2の配位子よりも分子鎖長が長い第1の配位子により第1の溶媒に分散されているため、半導体量子ドットは、凝集したバルク状となりにくい。従って、半導体量子ドット分散液が基板上に付与されることで、半導体量子ドットの集合体は、半導体量子ドット1つ1つが配列した構成とすることができる。   In the method for producing a semiconductor film of the present invention, a semiconductor quantum dot aggregate is formed on a substrate by applying a semiconductor quantum dot dispersion on the substrate in the semiconductor quantum dot aggregate formation step. At this time, since the semiconductor quantum dots are dispersed in the first solvent by the first ligand having a molecular chain length longer than that of the second ligand, the semiconductor quantum dots are less likely to be in an aggregated bulk shape. . Therefore, by applying the semiconductor quantum dot dispersion liquid onto the substrate, the semiconductor quantum dot aggregate can be configured so that the semiconductor quantum dots are arranged one by one.

次いで、配位子交換工程により、半導体量子ドットの集合体に特定配位子の溶液を付与することで、半導体量子ドットに配位している第1の配位子と、第2の配位子との配位子交換がなされる。ここで、第2の配位子は、第1の配位子よりも分子鎖長が短く、かつ、SH、NH及びOHから選択される一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミンまたはその誘導体であり、既述の特定配位子である。
配位子交換により、特定配位子を構成するSH、NH、OHが半導体量子ドットが有する金属原子に配位する。
Next, the first ligand coordinated to the semiconductor quantum dot and the second coordination by applying a solution of the specific ligand to the aggregate of semiconductor quantum dots by the ligand exchange step Ligand exchange with the child is performed. Here, the second ligand has a molecular chain length shorter than that of the first ligand, and has a total of three or more functional groups selected from SH, NH 2 and OH. It is a tertiary amine or a derivative thereof, and is the specific ligand described above.
By ligand exchange, SH, NH 2 and OH constituting the specific ligand are coordinated to the metal atom of the semiconductor quantum dot.

配位子交換工程により、半導体量子ドットには、第1の配位子に代わって、第1の配位子よりも分子鎖長が短い第2の配位子(特定配位子)を構成するSH、NH、OHが配位し、半導体量子ドットと配位結合を結ぶため、半導体量子ドット同士を近接化し易いと考えられる。半導体量子ドットが近接化することにより、半導体量子ドットの集合体の電気伝導性が高まり、高い光電流値を有する半導体膜とすることができると考えられる。
さらに、3脚型の多座配位の結合様式をとるため、量子ドット同士の近接度が極めて大きくなり、結果として半導体量子ドットの集合体が強固な半導体膜となり、基板上から剥がれ難くなると考えられる。
以下、各工程について具体的に説明する。
By the ligand exchange step, instead of the first ligand, the semiconductor quantum dot is configured with a second ligand (specific ligand) having a molecular chain length shorter than that of the first ligand. Since SH, NH 2 , and OH that are coordinated to form coordinate bonds with the semiconductor quantum dots, it is considered that the semiconductor quantum dots are easily brought close to each other. When the semiconductor quantum dots are brought close to each other, it is considered that the electrical conductivity of the aggregate of semiconductor quantum dots is increased and a semiconductor film having a high photocurrent value can be obtained.
Furthermore, since it takes a tripod-type multidentate bonding mode, the proximity of quantum dots becomes extremely large, and as a result, the aggregate of semiconductor quantum dots becomes a strong semiconductor film and is unlikely to peel off from the substrate. It is done.
Hereinafter, each step will be specifically described.

〔半導体量子ドット集合体形成工程〕
半導体量子ドット集合体形成工程では、半導体量子ドット、半導体量子ドットに配位した第1の配位子、及び第1の溶媒を含有する半導体量子ドット分散液を基板上に付与して半導体量子ドットの集合体を形成する。
半導体量子ドット分散液は、基板表面に塗布してもよいし、基板上に設けられた他の層に塗布してもよい。
基板上に設けられた他の層としては、基板と半導体量子ドットの集合体との密着を向上させるための接着層、透明導電層等が挙げられる。
[Semiconductor quantum dot assembly formation process]
In the semiconductor quantum dot assembly forming step, a semiconductor quantum dot dispersion liquid containing a semiconductor quantum dot, a first ligand coordinated to the semiconductor quantum dot, and a first solvent is applied on the substrate to form the semiconductor quantum dot To form an aggregate.
The semiconductor quantum dot dispersion liquid may be applied to the substrate surface, or may be applied to another layer provided on the substrate.
Examples of other layers provided on the substrate include an adhesive layer and a transparent conductive layer for improving the adhesion between the substrate and the assembly of semiconductor quantum dots.

−半導体量子ドット分散液−
半導体量子ドット分散液は、金属原子を有する半導体量子ドット、第1の配位子、および第1の溶媒を含有する。
半導体量子ドット分散液は、本発明の効果を損なわない限度において、更に他の成分を含有していてもよい。
-Semiconductor quantum dot dispersion-
The semiconductor quantum dot dispersion liquid contains a semiconductor quantum dot having a metal atom, a first ligand, and a first solvent.
The semiconductor quantum dot dispersion liquid may further contain other components as long as the effects of the present invention are not impaired.

(半導体量子ドット)
半導体量子ドット分散液において金属原子を含む半導体量子ドットの詳細は既述のとおりであり、好ましい態様も同様である。
なお、半導体量子ドット分散液中の半導体量子ドットの含有量は、1mg/ml〜100mg/mlであることが好ましく、5mg/ml〜40mg/mlであることがより好ましい。
半導体量子ドット分散液中の半導体量子ドットの含有量が、1mg/ml以上であることで、基板上の半導体量子ドット密度が高くなり、良好な膜が得られ易い。一方、半導体量子ドットの含有量が、100mg/ml以下であることで、半導体量子ドット分散液を一回の付与したときに得られる膜の膜厚が大きくなりにくくなる。そのため、膜中の半導体量子ドットに配位する第1の配位子の配位子交換を十分に行うことができる。
(Semiconductor quantum dots)
The details of the semiconductor quantum dots containing metal atoms in the semiconductor quantum dot dispersion liquid are as described above, and the preferred embodiments are also the same.
In addition, the content of the semiconductor quantum dots in the semiconductor quantum dot dispersion liquid is preferably 1 mg / ml to 100 mg / ml, and more preferably 5 mg / ml to 40 mg / ml.
When the content of the semiconductor quantum dots in the semiconductor quantum dot dispersion liquid is 1 mg / ml or more, the semiconductor quantum dot density on the substrate is increased, and a good film is easily obtained. On the other hand, when the content of the semiconductor quantum dots is 100 mg / ml or less, the film thickness of the film obtained when the semiconductor quantum dot dispersion liquid is applied once is hardly increased. Therefore, the ligand exchange of the 1st ligand coordinated to the semiconductor quantum dot in a film | membrane can fully be performed.

(第1の配位子)
半導体量子ドット分散液が含有する第1の配位子は、半導体量子ドットに配位する配位子として働くと共に、立体障害となり易い分子構造を有しており、第1の溶媒中に半導体量子ドットを分散させる分散剤としての役割も果たす。
第1の配位子は、第2の配位子よりも分子鎖長が長い。分子鎖長の長短は、分子中に枝分かれ構造がある場合は、主鎖の長さで判断する。第2の配位子(特定配位子)は、既述のように、SH、NH及びOHから選択される一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミンまたはその誘導体であり、半導体量子ドットを、有機溶媒系に分散させる配位子としては適さない。ここで分散とは、粒子の沈降や濁りがない状態であることを言う。
(First ligand)
The first ligand contained in the semiconductor quantum dot dispersion liquid functions as a ligand coordinated to the semiconductor quantum dot and has a molecular structure that is likely to cause steric hindrance, and the semiconductor quantum in the first solvent. It also serves as a dispersant for dispersing dots.
The first ligand has a longer molecular chain length than the second ligand. The length of the molecular chain is determined by the length of the main chain when there is a branched structure in the molecule. As described above, the second ligand (specific ligand) is a tertiary amine having at least three kinds of functional groups selected from SH, NH 2 and OH in total or a derivative thereof. Yes, it is not suitable as a ligand for dispersing semiconductor quantum dots in an organic solvent system. Here, “dispersion” refers to a state where there is no sedimentation or turbidity of particles.

第1の配位子は、半導体量子ドットの分散を向上する観点から、主鎖の炭素数が少なくとも6以上の配位子であることが望ましく、主鎖の炭素数が10以上の配位子であることがより望ましい。
第1の配位子は、具体的には、飽和化合物でも、不飽和化合物のいずれでもよく、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、オレイン酸、エルカ酸、オレイルアミン、ドデシルアミン、ドデカンチオール、1,2−ヘキサデカンチオール、トリオクチルホスフィンオキシド、臭化セトリモニウム等が挙げられる。
第1の配位子は、半導体膜形成時に、膜中に残存し難いものが好ましい。
第1の配位子は、半導体量子ドットに分散安定性を持たせつつ、半導体膜に残存し難い観点から、以上の中でも、オレイン酸およびオレイルアミンの少なくとも一方が好ましい。
From the viewpoint of improving the dispersion of the semiconductor quantum dots, the first ligand is preferably a ligand having at least 6 carbon atoms in the main chain, and a ligand having 10 or more carbon atoms in the main chain. Is more desirable.
Specifically, the first ligand may be either a saturated compound or an unsaturated compound. Decanoic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, behenic acid, oleic acid, erucic acid, oleylamine , Dodecylamine, dodecanethiol, 1,2-hexadecanethiol, trioctylphosphine oxide, cetrimonium bromide and the like.
The first ligand is preferably one that hardly remains in the film when the semiconductor film is formed.
Among the above, the first ligand is preferably at least one of oleic acid and oleylamine, from the viewpoint of making the semiconductor quantum dots have dispersion stability and hardly remaining in the semiconductor film.

半導体量子ドット分散液中の第1の配位子の含有量は、半導体量子ドット分散液の全体積に対し、10mmol/l〜200mmol/lであることが望ましい。   The content of the first ligand in the semiconductor quantum dot dispersion is desirably 10 mmol / l to 200 mmol / l with respect to the total volume of the semiconductor quantum dot dispersion.

(第1の溶媒)
半導体量子ドット分散液が含有する第1の溶媒は、特に制限されないが、半導体量子ドットを溶解し難く、第1の配位子を溶解し易い溶媒であることが好ましい。第1の溶媒は、有機溶剤が好ましく、具体的には、アルカン〔n−ヘキサン、n−オクタン等〕、ベンゼン、トルエン等が挙げられる。
第1の溶媒は、1種のみであってもよいし、2種以上を混合した混合溶媒であってもよい。
(First solvent)
The first solvent contained in the semiconductor quantum dot dispersion liquid is not particularly limited, but is preferably a solvent that hardly dissolves the semiconductor quantum dots and easily dissolves the first ligand. The first solvent is preferably an organic solvent, and specific examples include alkanes [n-hexane, n-octane, etc.], benzene, toluene and the like.
Only 1 type may be sufficient as a 1st solvent and the mixed solvent which mixed 2 or more types may be sufficient as it.

第1の溶媒は、以上の中でも、形成される半導体膜中に残存し難い溶媒が好ましい。比較的沸点が低い溶媒であれば、最終的に半導体膜を得たときに、残留有機物の含有量を抑えることができる。
さらに、基板への濡れ性が良いものが当然好ましい。たとえば、ガラス基板上へ塗布する場合には、ヘキサン、オクタン等のアルカンがより好ましい。
Among the above, the first solvent is preferably a solvent that hardly remains in the formed semiconductor film. If the solvent has a relatively low boiling point, the content of residual organic substances can be suppressed when the semiconductor film is finally obtained.
Furthermore, those with good wettability to the substrate are naturally preferable. For example, when coating on a glass substrate, alkanes such as hexane and octane are more preferable.

半導体量子ドット分散液中の第1の溶媒の含有量は、半導体量子ドット分散液全質量に対し、90質量%〜98質量%であることが好ましい。   The content of the first solvent in the semiconductor quantum dot dispersion is preferably 90% by mass to 98% by mass with respect to the total mass of the semiconductor quantum dot dispersion.

−基板−
半導体量子ドット分散液は、基板上に付与される。
基板の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基板の構造は単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。基板としては、例えば、ガラス、YSZ(Yttria−Stabilized Zirconia;イットリウム安定化ジルコニウム)等の無機材料、樹脂、樹脂複合材料等からなる基板を用いることができる。中でも軽量である点、可撓性を有する点から、樹脂または樹脂複合材料からなる基板が好ましい。
-Board-
The semiconductor quantum dot dispersion is applied on the substrate.
There is no restriction | limiting in particular about the shape of a board | substrate, a structure, a magnitude | size, It can select suitably according to the objective. The structure of the substrate may be a single layer structure or a laminated structure. As the substrate, for example, a substrate made of glass, an inorganic material such as YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia), a resin, a resin composite material, or the like can be used. Among these, a substrate made of a resin or a resin composite material is preferable from the viewpoint of light weight and flexibility.

樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンズアゾール、ポリフェニレンサルファイド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、液晶ポリマー、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、シアネート樹脂、架橋フマル酸ジエステル、環状ポリオレフィン、芳香族エーテル、マレイミドーオレフィン、セルロース、エピスルフィド化合物等の合成樹脂が挙げられる。   The resins include polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polystyrene, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyarylate, allyl diglycol carbonate, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, poly Fluorine resins such as benzazole, polyphenylene sulfide, polycycloolefin, norbornene resin, polychlorotrifluoroethylene, liquid crystal polymer, acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, ionomer resin, cyanate resin, crosslinked fumaric acid diester, cyclic polyolefin, aromatic Synthetic resins such as aromatic ethers, maleimide-olefins, cellulose, episulfide compounds, etc.

無機材料および樹脂の複合材料としては、樹脂と、次の無機材料との複合プラスチック材料が挙げられる。すなわち、樹脂と酸化珪素粒子との複合プラスチック材料、樹脂と金属ナノ粒子との複合プラスチック材料、樹脂と無機酸化物ナノ粒子との複合プラスチック材料、樹脂と無機窒化物ナノ粒子との複合プラスチック材料、樹脂とカーボン繊維との複合プラスチック材料、樹脂とカーボンナノチューブとの複合プラスチック材料、樹脂とガラスフェレークとの複合プラスチック材料、樹脂とガラスファイバーとの複合プラスチック材料、樹脂とガラスビーズとの複合プラスチック材料、樹脂と粘土鉱物との複合プラスチック材料、樹脂と雲母派生結晶構造を有する粒子との複合プラスチック材料、樹脂と薄いガラスとの間に少なくとも1回の接合界面を有する積層プラスチック材料、無機層と有機層を交互に積層することで、少なくとも1回以上の接合界面を有するバリア性能を有する複合材料等が挙げられる。   As a composite material of an inorganic material and a resin, a composite plastic material of a resin and the following inorganic material can be given. That is, composite plastic material of resin and silicon oxide particles, composite plastic material of resin and metal nanoparticles, composite plastic material of resin and inorganic oxide nanoparticles, composite plastic material of resin and inorganic nitride nanoparticles, Composite plastic material of resin and carbon fiber, Composite plastic material of resin and carbon nanotube, Composite plastic material of resin and glass ferrule, Composite plastic material of resin and glass fiber, Composite plastic material of resin and glass bead , Composite plastic material of resin and clay mineral, composite plastic material of resin and particles having mica derivative crystal structure, laminated plastic material having at least one bonding interface between resin and thin glass, inorganic layer and organic By laminating layers alternately, at least once Like composite materials having a barrier property having a bonding interface is.

ステンレス基板またはステンレスと異種金属とを積層した金属多層基板、アルミニウム基板または表面に酸化処理(例えば陽極酸化処理)を施すことで表面の絶縁性を向上させた酸化皮膜付きのアルミニウム基板等を用いてもよい。   Using a stainless steel substrate or a metal multilayer substrate in which stainless steel and a dissimilar metal are laminated, an aluminum substrate, or an aluminum substrate with an oxide film whose surface insulation is improved by subjecting the surface to oxidation treatment (for example, anodization treatment). Also good.

なお、樹脂または樹脂複合材料からなる基板(樹脂基板または樹脂複合材料基板)は、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、および低吸湿性等に優れていることが好ましい。樹脂基板および樹脂複合材料基板は、水分、酸素等の透過を防止するためのガスバリア層や、樹脂基板の平坦性や下部電極との密着性を向上するためのアンダーコート層等を備えていてもよい。
また基板上に、下部電極、絶縁膜等を備えていてもよく、その場合には基板上の下部電極や絶縁膜上に半導体量子ドット分散液が付与される。
A substrate made of resin or resin composite material (resin substrate or resin composite material substrate) is excellent in heat resistance, dimensional stability, solvent resistance, electrical insulation, workability, low air permeability, low moisture absorption, etc. It is preferable. The resin substrate and the resin composite material substrate may include a gas barrier layer for preventing permeation of moisture, oxygen, etc., an undercoat layer for improving the flatness of the resin substrate and the adhesion to the lower electrode, and the like. Good.
In addition, a lower electrode, an insulating film, or the like may be provided on the substrate. In that case, a semiconductor quantum dot dispersion liquid is applied to the lower electrode or the insulating film on the substrate.

基板の厚みに特に制限はないが、50μm〜1000μmが好ましく、50μm〜500μmであることがより好ましい。基板の厚みが50μm以上であると、基板自体の平坦性が向上し、基板の厚みが1000μm以下であると、基板自体の可撓性が向上し、半導体膜をフレキシブル半導体デバイスとして使用することがより容易となる。   Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of a board | substrate, 50 micrometers-1000 micrometers are preferable, and it is more preferable that they are 50 micrometers-500 micrometers. When the thickness of the substrate is 50 μm or more, the flatness of the substrate itself is improved, and when the thickness of the substrate is 1000 μm or less, the flexibility of the substrate itself is improved and the semiconductor film can be used as a flexible semiconductor device. It becomes easier.

半導体量子ドット分散液を基板上に付与する手法は、特に限定はなく、半導体量子ドット分散液を基板上に塗布する方法、基板を半導体量子ドット分散液に浸漬する方法等が挙げられる。
半導体量子ドット分散液を基板上に塗布する方法としては、より具体的には、スピンコート法、ディップ法、インクジェット法、ディスペンサー法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、スプレーコート法等の液相法を用いることができる。
特に、インクジェット法、ディスペンサー法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、及び、凹版印刷法は、基板上の任意の位置に塗布膜を形成することができ、且つ、成膜後のパターンニング工程が不要なことから、プロセスコストを低減することができる。
The method for applying the semiconductor quantum dot dispersion on the substrate is not particularly limited, and examples thereof include a method of applying the semiconductor quantum dot dispersion on the substrate, a method of immersing the substrate in the semiconductor quantum dot dispersion, and the like.
More specifically, as a method of applying the semiconductor quantum dot dispersion liquid on the substrate, spin coating method, dipping method, ink jet method, dispenser method, screen printing method, letterpress printing method, intaglio printing method, spray coating method, etc. The liquid phase method can be used.
In particular, the inkjet method, the dispenser method, the screen printing method, the relief printing method, and the intaglio printing method can form a coating film at an arbitrary position on the substrate and do not require a patterning step after the film formation. Therefore, the process cost can be reduced.

〔配位子交換工程〕
配位子交換工程では、半導体量子ドット集合体形成工程によって基板上に形成された半導体量子ドットの集合体に、第1の配位子よりも分子鎖長が短く、かつ、SH、NH及びOHから選択される一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミンまたはその誘導体である第2の配位子、並びに第2の溶媒を含有する配位子溶液を付与して、半導体量子ドットに配位している第1の配位子を第2の配位子(特定配位子)に交換する。
第1の配位子が、特定配位子に交換されると、特定配位子を構成するSH、NH、OHの3つ以上の官能基が、半導体量子ドットが有する金属原子に配位する。
[Ligand exchange step]
In the ligand exchange step, the assembly of semiconductor quantum dots formed on the substrate by the semiconductor quantum dot assembly formation step has a molecular chain length shorter than that of the first ligand, and SH, NH 2 and A secondary amine which is a tertiary amine having a total of three or more functional groups selected from OH or a derivative thereof, and a ligand solution containing a second solvent; The first ligand coordinated to the semiconductor quantum dot is exchanged for a second ligand (specific ligand).
When the first ligand is exchanged for a specific ligand, three or more functional groups of SH, NH 2 and OH constituting the specific ligand are coordinated to the metal atom of the semiconductor quantum dot. To do.

−配位子溶液−
配位子溶液は、第2の配位子(特定配位子)と、第2の溶媒とを、少なくとも含有する。
配位子溶液は、本発明の効果を損なわない限度において、更に他の成分を含有していてもよい。
-Ligand solution-
The ligand solution contains at least a second ligand (specific ligand) and a second solvent.
The ligand solution may further contain other components as long as the effects of the present invention are not impaired.

(第2の配位子)
第2の配位子は、既述の特定配位子であり、第1の配位子よりも分子鎖長が短いものを用いる。配位子の分子鎖長の長短の判断手法は、第1の配位子の説明において記載したとおりである。
また、特定配位子の詳細も、既述のとおりである。
(Second ligand)
The second ligand is the specific ligand described above, and one having a molecular chain length shorter than that of the first ligand is used. The method for determining the length of the molecular chain length of the ligand is as described in the description of the first ligand.
The details of the specific ligand are also as described above.

配位子溶液が含有する第2の溶媒としてアルコールを用いる場合は、第2の配位子は分子中にヒドロキシ基(OH)を有することが好ましい。第2の配位子が分子構造内にヒドロキシ基を有することで、アルコールとの混和性を高めることができ、配位子交換を効率的に行うことができる。   When alcohol is used as the second solvent contained in the ligand solution, the second ligand preferably has a hydroxy group (OH) in the molecule. When the second ligand has a hydroxy group in the molecular structure, miscibility with the alcohol can be increased, and ligand exchange can be performed efficiently.

配位子溶液中の第2の配位子の含有量は、配位子溶液全体積に対し、5mmol/l〜200mmol/lであることが好ましく、10mmol〜100mmol/lであることがより好ましい。   The content of the second ligand in the ligand solution is preferably 5 mmol / l to 200 mmol / l, more preferably 10 mmol to 100 mmol / l, based on the total volume of the ligand solution. .

(第2の溶媒)
配位子溶液が含有する第2の溶媒は特に制限されないが、第2の配位子を溶解し易い溶媒であることが好ましい。
このような溶媒としては、誘電率が高い有機溶媒が好ましく、エタノール、アセトン、メタノール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ブタノール、プロパノール等が挙げられる。
第2の溶媒は、1種のみであってもよいし、2種以上を混合した混合溶媒であってもよい。
(Second solvent)
The second solvent contained in the ligand solution is not particularly limited, but is preferably a solvent that easily dissolves the second ligand.
Such a solvent is preferably an organic solvent having a high dielectric constant, and examples thereof include ethanol, acetone, methanol, acetonitrile, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, butanol, and propanol.
Only 1 type may be sufficient as a 2nd solvent, and the mixed solvent which mixed 2 or more types may be sufficient as it.

第2の溶媒は、以上の中でも、形成される半導体膜中に残存し難い溶媒が好ましい。乾燥し易く、洗浄により除去し易いとの観点から、低沸点のアルコール、または、アルカンが好ましく、メタノール、エタノール、n−ヘキサン、またはn−オクタンがより好ましい。
また、第2の溶媒は、第1の溶媒とは交じり合わないことが好ましく、例えば、第1の溶媒として、ヘキサン、オクタン等のアルカンを用いた場合は、第2の溶媒は、メタノール、アセトン等の極性溶媒を用いることが好ましい。
なお、配位子溶液中の第2の溶媒の含有量は、配位子溶液全質量から特定配位子の含有量を差し引いた残部である。
Among the above, the second solvent is preferably a solvent that hardly remains in the formed semiconductor film. From the viewpoint of easy drying and easy removal by washing, alcohol or alkane having a low boiling point is preferable, and methanol, ethanol, n-hexane, or n-octane is more preferable.
In addition, the second solvent is preferably not mixed with the first solvent. For example, when an alkane such as hexane or octane is used as the first solvent, the second solvent is methanol or acetone. It is preferable to use a polar solvent such as
In addition, content of the 2nd solvent in a ligand solution is the remainder which deducted content of the specific ligand from the ligand solution total mass.

配位子溶液を、半導体量子ドットの集合体に付与する方法は、半導体量子ドット分散液を基板上に付与する手法と同様であり、好ましい態様も同様である。   The method for applying the ligand solution to the aggregate of semiconductor quantum dots is the same as the method for applying the semiconductor quantum dot dispersion on the substrate, and the preferred embodiment is also the same.

半導体量子ドット集合体形成工程と、配位子交換工程とは、繰り返し行ってもよい。半導体量子ドット集合体形成工程と、配位子交換工程とを繰り返し行うことで、特定配位子が配位した半導体量子ドットの集合体を有する半導体膜の電気伝導度を高め、半導体膜の厚みを厚くすることができる。
半導体量子ドット集合体形成工程、および、配位子交換工程の繰り返しは、それぞれの工程を別途独立に繰り返してもよいが、半導体量子ドット集合体形成工程を行ってから配位子交換工程を行うサイクルを繰り返すことが好ましい。半導体量子ドット集合体形成工程と配位子交換工程とのセットで繰り返すことで、配位子交換のムラを抑制し易くなる。
なお、半導体量子ドット集合体形成工程および配位子交換工程を繰り返して行う場合は、1サイクルごとに十分に膜乾燥を行うことが好ましい。
The semiconductor quantum dot assembly forming step and the ligand exchange step may be repeated. By repeating the semiconductor quantum dot assembly formation step and the ligand exchange step, the electrical conductivity of the semiconductor film having an assembly of semiconductor quantum dots coordinated with a specific ligand is increased, and the thickness of the semiconductor film is increased. Can be thickened.
The semiconductor quantum dot assembly formation step and the ligand exchange step may be repeated separately, but the ligand exchange step is performed after the semiconductor quantum dot assembly formation step is performed. It is preferable to repeat the cycle. By repeating the set of the semiconductor quantum dot assembly forming step and the ligand exchange step, unevenness of ligand exchange can be easily suppressed.
In addition, when performing a semiconductor quantum dot aggregate formation process and a ligand exchange process repeatedly, it is preferable to fully dry a film | membrane for every cycle.

半導体量子ドット集合体の配位子交換における第2の配位子への交換率が高いほど、半導体膜の光電流値が大きくなることが期待される。
なお、半導体量子ドットの、第1の配位子と第2の配位子(特定配位子)との配位子交換は、半導体量子ドット集合体の少なくとも一部において行われていれば足り、100%(個数)が特定配位子に取って代わっていなくてもよい。
It is expected that the photocurrent value of the semiconductor film increases as the exchange rate of the semiconductor quantum dot aggregate to the second ligand in the ligand exchange increases.
In addition, it is sufficient that the ligand exchange between the first ligand and the second ligand (specific ligand) of the semiconductor quantum dot is performed in at least a part of the semiconductor quantum dot assembly. , 100% (number) may not replace the specific ligand.

〔洗浄工程〕
さらに、本発明の半導体膜の製造方法は、基板上の半導体量子ドット集合体を洗浄する洗浄工程を有していてもよい。
洗浄工程を有することで、過剰な配位子および半導体量子ドットから脱離した配位子を除去することができる。また、残存した溶媒、その他不純物を除去することができる。半導体量子ドット集合体の洗浄は、半導体量子ドットの集合体上に、第1の溶媒および第2の溶媒の少なくとも一方を注いだり、半導体量子ドット集合体または半導体膜が形成された基板を、第1の溶媒および第2の溶媒の少なくとも一方に浸漬すればよい。
洗浄工程による洗浄は、半導体量子ドット集合体形成工程の後に行ってもよいし、配位子交換工程の後に行ってもよい。また、半導体量子ドット集合体形成工程と配位子交換工程とのセットの繰り返しの後に行ってもよい。
[Washing process]
Furthermore, the manufacturing method of the semiconductor film of this invention may have the washing | cleaning process of wash | cleaning the semiconductor quantum dot aggregate | assembly on a board | substrate.
By having the washing step, excess ligands and ligands desorbed from the semiconductor quantum dots can be removed. Further, the remaining solvent and other impurities can be removed. The cleaning of the semiconductor quantum dot aggregate is performed by pouring at least one of the first solvent and the second solvent on the semiconductor quantum dot aggregate, or by removing the substrate on which the semiconductor quantum dot aggregate or the semiconductor film is formed. What is necessary is just to immerse in at least one of 1 solvent and 2nd solvent.
The cleaning by the cleaning process may be performed after the semiconductor quantum dot assembly forming process or may be performed after the ligand exchange process. Moreover, you may carry out after the repetition of the set of a semiconductor quantum dot aggregate formation process and a ligand exchange process.

〔乾燥工程〕
本発明の半導体膜の製造方法は、乾燥工程を有していてもよい。
乾燥工程は、半導体量子ドット集合体形成工程の後に、半導体量子ドット集合体に残存する溶媒を乾燥する分散液乾燥工程であってもよいし、配位子交換工程の後に、配位子溶液を乾燥する溶液乾燥工程であってもよい。また、半導体量子ドット集合体形成工程と配位子交換工程とのセットの繰り返しの後に行う総合的な工程であってもよい。
[Drying process]
The manufacturing method of the semiconductor film of this invention may have a drying process.
The drying step may be a dispersion drying step for drying the solvent remaining in the semiconductor quantum dot assembly after the semiconductor quantum dot assembly forming step, or the ligand solution may be replaced with a ligand solution after the ligand exchange step. It may be a solution drying step for drying. Moreover, the comprehensive process performed after the repetition of the set of a semiconductor quantum dot aggregate formation process and a ligand exchange process may be sufficient.

以上説明した各工程を経ることによって、基板上に半導体膜が製造される。
得られた半導体膜は、半導体量子ドット同士の近接度が極めて高く、電気伝導性が高く、高い光電流値が得られる。また、特定配位子は、錯安定度定数が高いため半導体量子ドットと特定配位子とによって構成される本発明の半導体膜は配位結合が安定しており、膜強度にも優れ、膜剥がれも抑制される。
A semiconductor film is manufactured on the substrate through the steps described above.
The obtained semiconductor film has extremely high proximity between semiconductor quantum dots, high electrical conductivity, and a high photocurrent value. In addition, since the specific ligand has a high complex stability constant, the semiconductor film of the present invention composed of the semiconductor quantum dots and the specific ligand has stable coordination bonds, excellent film strength, Peeling is also suppressed.

<電子デバイス>
本発明の半導体膜の用途は限定されないが、本発明の半導体膜は光電変換特性を有し、剥離が生じ難いため、半導体膜又は光電変換膜を有する各種電子デバイスに好適に適用することができる。
具体的には、本発明の半導体膜は、太陽電池の光電変換膜、発光ダイオード(LED)、薄膜トランジスタの半導体層(活性層)、間接型放射線撮像装置の光電変膜、可視〜赤外領域の光検出器等に好適に適用することができる。
<Electronic device>
Although the use of the semiconductor film of the present invention is not limited, the semiconductor film of the present invention has photoelectric conversion characteristics and hardly peels off, and thus can be suitably applied to various electronic devices having a semiconductor film or a photoelectric conversion film. .
Specifically, the semiconductor film of the present invention includes a photoelectric conversion film of a solar cell, a light emitting diode (LED), a semiconductor layer (active layer) of a thin film transistor, a photoelectric conversion film of an indirect radiation imaging apparatus, and a visible to infrared region. It can be suitably applied to a photodetector or the like.

<太陽電池>
本発明の半導体膜、または、本発明の半導体膜の製造方法により製造された半導体膜を備えた電子デバイスの一例として、太陽電池について説明する。
例えば、本発明の半導体膜を含むp型半導体層と、n型半導体層とを備えるpn接合を有する半導体膜デバイスを用いて、pn接合型太陽電池とすることができる。
pn接合型太陽電池のより具体的な実施形態としては、例えば、透明基板上に形成された透明導電膜上にp型半導体層およびn型半導体層が隣接して設けられ、p型半導体層およびn型半導体層の上に金属電極を形成する形態が挙げられる。
<Solar cell>
A solar cell will be described as an example of an electronic device including the semiconductor film of the present invention or the semiconductor film manufactured by the method of manufacturing a semiconductor film of the present invention.
For example, a pn junction solar cell can be obtained by using a semiconductor film device having a pn junction including a p-type semiconductor layer including the semiconductor film of the present invention and an n-type semiconductor layer.
As a more specific embodiment of the pn junction solar cell, for example, a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are provided adjacent to each other on a transparent conductive film formed on a transparent substrate. A form in which a metal electrode is formed on the n-type semiconductor layer can be mentioned.

pn接合型太陽電池の一例を、図1を用いて説明する。
図1に、本発明の実施形態に係るpn接合型太陽電池100の模式断面図を示す。pn接合型太陽電池100は、透明基板10と、透明基板10上に設けられた透明導電膜12と、透明導電膜12上に本発明の半導体膜で構成されたp型半導体層14と、p型半導体層14上に、n型半導体層16と、n型半導体層16上に設けられた金属電極18とが積層されて構成される。
p型半導体層14とn型半導体層16とが隣接して積層されることで、pn接合型の太陽電池とすることができる。
An example of a pn junction solar cell will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a pn junction solar cell 100 according to an embodiment of the present invention. A pn junction solar cell 100 includes a transparent substrate 10, a transparent conductive film 12 provided on the transparent substrate 10, a p-type semiconductor layer 14 formed of the semiconductor film of the present invention on the transparent conductive film 12, and p An n-type semiconductor layer 16 and a metal electrode 18 provided on the n-type semiconductor layer 16 are stacked on the type semiconductor layer 14.
When the p-type semiconductor layer 14 and the n-type semiconductor layer 16 are laminated adjacent to each other, a pn junction solar cell can be obtained.

透明基板10としては、透明であれば、本発明の半導体膜の製造方法で用いる基板と同じ材料を用いることができる。具体的には、ガラス基板、樹脂基板等が挙げられる。
透明導電膜12としては、In:Sn(ITO)、SnO:Sb、SnO:F、ZnO:Al、ZnO:F、CdSnO等により構成される膜が挙げられる。
As the transparent substrate 10, the same material as the substrate used in the method for producing a semiconductor film of the present invention can be used as long as it is transparent. Specifically, a glass substrate, a resin substrate, etc. are mentioned.
Examples of the transparent conductive film 12 include films made of In 2 O 3 : Sn (ITO), SnO 2 : Sb, SnO 2 : F, ZnO: Al, ZnO: F, CdSnO 4, and the like.

p型半導体層14は、既述のように、本発明の半導体膜を用いる。
n型半導体層16としては金属酸化物が好ましい。具体的には、Ti、Zn、Sn、Inの少なくとも一つを含む金属の酸化物が挙げられ、より具体的には、TiO、ZnO、SnO、IGZO等が挙げられる。n型半導体層は、製造コストの観点から、p型半導体層と同様に、湿式法(液相法ともいう)で形成されることが好ましい。
金属電極18としては、Pt、Al、Cu、Ti、Ni等を使用することができる。
As described above, the semiconductor film of the present invention is used for the p-type semiconductor layer 14.
The n-type semiconductor layer 16 is preferably a metal oxide. Specific examples include metal oxides containing at least one of Ti, Zn, Sn, and In, and more specific examples include TiO 2 , ZnO, SnO 2 , and IGZO. The n-type semiconductor layer is preferably formed by a wet method (also referred to as a liquid phase method) in the same manner as the p-type semiconductor layer from the viewpoint of manufacturing cost.
As the metal electrode 18, Pt, Al, Cu, Ti, Ni, or the like can be used.

以下に実施例を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。   Examples will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

<半導体膜デバイスの作製>
〔半導体量子ドット分散液1の調製〕
まず、PbS粒子をトルエンに分散したPbS粒子分散液を用意した。PbS粒子分散液は、Evident technology社製のPbSコアエヴィドット(公称粒径3.3nm、20mg/ml、溶媒トルエン)を用いた。
次いで、遠沈管に、PbS粒子分散液2mlを取り、38μlのオレイン酸を添加した後、さらに20mlのトルエンを加えて分散液の濃度を薄めた。その後、PbS粒子分散液について超音波分散を行い、PbS粒子分散液をよく攪拌させた。次に、PbS粒子分散液にエタノール40mlを加えて、更に超音波分散を行い、10000rpm、10分、3℃の条件で遠心分離を行った。遠沈管中の上澄みを廃棄した後、遠沈管にオクタンを20ml加えて超音波分散を行い、沈殿した量子ドットをオクタンによく分散させた。得られた分散物について、ロータリーエバポレーター(35hpa、40℃)を用いて、溶液の濃縮を行い、結果としておよそ10mg/ml濃度の半導体量子ドット分散液1(オクタン溶媒)を4ml程度得た。
半導体量子ドット分散液1に含まれるPbS粒子の粒径をSTEM(Scanning Transmission Electron Microscope;走査透過型電子顕微鏡)で測定し、画像確認ソフトで解析したところ、平均粒径は3.2nmであった。
<Fabrication of semiconductor film device>
[Preparation of Semiconductor Quantum Dot Dispersion 1]
First, a PbS particle dispersion in which PbS particles were dispersed in toluene was prepared. As the PbS particle dispersion, PbS core Evidot (nominal particle size 3.3 nm, 20 mg / ml, solvent toluene) manufactured by Evident Technology was used.
Next, 2 ml of the PbS particle dispersion was taken into the centrifuge tube, 38 μl of oleic acid was added, and then 20 ml of toluene was added to dilute the concentration of the dispersion. Thereafter, ultrasonic dispersion was performed on the PbS particle dispersion, and the PbS particle dispersion was thoroughly stirred. Next, 40 ml of ethanol was added to the PbS particle dispersion, followed by ultrasonic dispersion, and centrifugation was performed at 10,000 rpm, 10 minutes, and 3 ° C. After discarding the supernatant in the centrifuge tube, 20 ml of octane was added to the centrifuge tube and subjected to ultrasonic dispersion to disperse the precipitated quantum dots well in octane. The obtained dispersion was concentrated using a rotary evaporator (35 hpa, 40 ° C.), and as a result, about 4 ml of semiconductor quantum dot dispersion 1 (octane solvent) having a concentration of about 10 mg / ml was obtained.
When the particle size of the PbS particles contained in the semiconductor quantum dot dispersion 1 was measured with a STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) and analyzed with image confirmation software, the average particle size was 3.2 nm. .

〔半導体量子ドット分散液2の調製〕
まず、InP粒子を合成し、オレイルアミンが配位したInP粒子のオクタン分散液を調製した。
[Preparation of Semiconductor Quantum Dot Dispersion 2]
First, InP particles were synthesized, and an octane dispersion of InP particles coordinated with oleylamine was prepared.

−オレイルアミン修飾InP粒子のオクタン分散液の調製−
グローブボックス中、Nガス雰囲気下で、三つ口丸底フラスコに、1−オクタデセン30ml、オレイルアミン1.81ml、無水塩化インジウム0.60g、トリスジメチルアミノホスフィン0.49ml、およびマグネット撹拌子を入れた。次いで、三つ口丸底フラスコを三方弁付きの栓で密閉した状態でグローブボックスから取り出し、マグネットスターラー付きアルミブロック恒温槽にセットした。その後、三方弁を操作してフラスコ内にNガスを通気し、マグネット撹拌子で混合物を激しく撹拌しながら、アルミブロック恒温槽の加熱を開始した。アルミブロック恒温槽の温度は、約30分で150℃まで昇温し、そのまま5時間保持した。その後、加熱を停止して、三つ口丸底フラスコを、送風ファンを用いて室温まで冷却した。
-Preparation of octane dispersion of oleylamine modified InP particles-
In a glove box under a N 2 gas atmosphere, put 30 ml of 1-octadecene, 1.81 ml of oleylamine, 0.60 g of anhydrous indium chloride, 0.49 ml of trisdimethylaminophosphine, and a magnetic stirring bar in a three-necked round bottom flask. It was. Next, the three-necked round bottom flask was taken out from the glove box in a state of being sealed with a stopper with a three-way valve, and set in an aluminum block thermostat with a magnetic stirrer. Thereafter, the three-way valve was operated, N 2 gas was passed through the flask, and heating of the aluminum block thermostatic bath was started while the mixture was vigorously stirred with a magnetic stirring bar. The temperature of the aluminum block thermostat was raised to 150 ° C. in about 30 minutes and held there for 5 hours. Thereafter, the heating was stopped, and the three-necked round bottom flask was cooled to room temperature using a blower fan.

三つ口丸底フラスコ内から生成物を取り出し、遠心分離機を用いた遠心分離により未反応物と副生成物を除去した。良溶媒として超脱水トルエンを用い、貧溶媒として脱水エタノールを用いて、生成物(InP粒子)を精製した。具体的には、生成物を良溶媒に溶解し、InP粒子溶解物を貧溶媒に再分散し、得られたInP粒子分散液を遠心分離する処理を繰り返した。なお、再分散には超音波洗浄機を用いた。InP粒子分散液の遠心分離を繰り返した後、InP粒子分散液中に残った脱水エタノールは、ロータリーエバポレーターを用いて減圧蒸留して取り除いた。最後にオクタンに、抽出したInP粒子を分散させたオレイルアミン修飾InP粒子濃度が1mg/mlのオクタン分散液(半導体量子ドット分散液2)を得た。
得られたInP粒子をSTEMで観察したところ、平均粒径が約4nmの粒子であった。
The product was taken out from the three-necked round bottom flask, and unreacted products and by-products were removed by centrifugation using a centrifuge. The product (InP particles) was purified using ultra-dehydrated toluene as a good solvent and dehydrated ethanol as a poor solvent. Specifically, the process of dissolving the product in a good solvent, redispersing the dissolved InP particles in a poor solvent, and centrifuging the resulting InP particle dispersion was repeated. An ultrasonic cleaner was used for redispersion. After repeated centrifugation of the InP particle dispersion, dehydrated ethanol remaining in the InP particle dispersion was removed by distillation under reduced pressure using a rotary evaporator. Finally, an octane dispersion (semiconductor quantum dot dispersion 2) having an oleylamine-modified InP particle concentration of 1 mg / ml in which the extracted InP particles were dispersed in octane was obtained.
When the obtained InP particles were observed with a STEM, the average particle diameter was about 4 nm.

〔配位子溶液の調製〕
表1の「交換用配位子」欄に示す化合物を1mmol取り分け、10mlのメタノールに溶かし、0.1mol/l濃度の配位子溶液を調製した。配位子溶液中の配位子の溶解を促進するため、超音波照射し、可能な限り配位子の溶け残りがないようにした。
(Preparation of ligand solution)
1 mmol of the compound shown in the “exchange ligand” column of Table 1 was separated and dissolved in 10 ml of methanol to prepare a ligand solution having a concentration of 0.1 mol / l. In order to promote the dissolution of the ligand in the ligand solution, ultrasonic irradiation was performed so that the ligand remained as little as possible.

〔基板〕
基板は、石英ガラス上に、図2に示す65対のくし型白金電極を有する基板を準備した。くし型白金電極は、BAS社製のくし型電極(型番012126、電極間隔5μm)を用いた。
〔substrate〕
As the substrate, a substrate having 65 pairs of comb-shaped platinum electrodes shown in FIG. 2 on a quartz glass was prepared. As the comb-type platinum electrode, a comb-type electrode (model number 012126, electrode interval 5 μm) manufactured by BAS was used.

〔半導体膜の製造〕
(1)半導体量子ドット集合体形成工程
調製した半導体量子ドット分散液1を基板に滴下後、2500rpmでスピンコートし、半導体量子ドット集合体膜を得た。
[Manufacture of semiconductor films]
(1) Semiconductor quantum dot aggregate formation process The prepared semiconductor quantum dot dispersion liquid 1 was dropped on a substrate and spin-coated at 2500 rpm to obtain a semiconductor quantum dot aggregate film.

(2)配位子交換工程
さらに、半導体量子ドット集合体膜の上に、表1に示す配位子のメタノール溶液〔配位子溶液〕を滴下した後、2500rpmでスピンコートし、半導体膜を得た。
(2) Ligand exchange step Further, a methanol solution [ligand solution] of the ligands shown in Table 1 is dropped on the semiconductor quantum dot assembly film, and then spin-coated at 2500 rpm to form the semiconductor film. Obtained.

(3)洗浄工程1
次いで、配位子溶液の溶媒であるメタノールだけを半導体膜上に滴下し、スピンコートした。
(3) Cleaning process 1
Next, only methanol, which is a solvent for the ligand solution, was dropped on the semiconductor film and spin-coated.

(4)洗浄工程2
さらに、洗浄工程1による洗浄後の半導体膜に、オクタン溶媒だけを滴下し、スピンコートした。
(4) Cleaning process 2
Furthermore, only the octane solvent was dropped on the semiconductor film after the cleaning in the cleaning step 1 and spin-coated.

(1)〜(4)の一連の工程を15サイクル繰り返すことで、PbS量子ドットの集合体からなり、配位子交換が施された厚み100nmの半導体膜を得た。
以上のようにして、基板上に半導体膜を有する半導体膜デバイスを作製した。
By repeating the series of steps (1) to (4) for 15 cycles, a semiconductor film having a thickness of 100 nm made of an assembly of PbS quantum dots and subjected to ligand exchange was obtained.
As described above, a semiconductor film device having a semiconductor film on a substrate was produced.

実施例および比較例で用いた配位子溶液に含まれる交換用配位子は、表1に示すとおりである。表1の「p,q,r」の欄において、数値が1つ記載されている場合は、前記一般式(A)において、p、q、rが全て同じ数であることを意味する。   The exchange ligands contained in the ligand solutions used in Examples and Comparative Examples are as shown in Table 1. In the column of “p, q, r” in Table 1, when one numerical value is described, it means that p, q, and r are all the same number in the general formula (A).

半導体量子ドット集合体形成工程において上記量子ドット分散液1(PbS)だけを、前記量子ドット分散液2(InP)に変更し、InP量子ドットからなる半導体量子ドット集合体膜を得た。   In the semiconductor quantum dot assembly forming step, only the quantum dot dispersion liquid 1 (PbS) was changed to the quantum dot dispersion liquid 2 (InP) to obtain a semiconductor quantum dot assembly film made of InP quantum dots.

<半導体膜の評価>
得られた半導体膜デバイスの半導体膜について、種々の評価を行った。
<Evaluation of semiconductor film>
Various evaluation was performed about the semiconductor film of the obtained semiconductor film device.

1.電気伝導性
作製した半導体膜デバイスについて半導体パラメータアナライザーを用いることで、半導体膜の電気伝導性の評価を行った。
まず、半導体膜デバイスに光を照射しない状態で電極への印加電圧を−5〜5Vの間で掃引し、暗状態でのI−V特性を取得した。+5Vのバイアスを印加した状態での電流値を暗電流の値Idとして採用した。
次に、半導体膜デバイスにモノクロ光(照射強度1013フォトン)を照射した状態での光電流値を評価した。なお、半導体膜デバイスへのモノクロ光の照射には、図3に示す装置を用いて行った。モノクロ光の波長は280nm〜700nmの間で系統的に変化させた。280nmの波長の光を照射した場合の暗電流からの電流の増加分を光電流値Ipとした。
評価結果を、表1および表2に示す。
1. Electrical conductivity The electrical conductivity of the semiconductor film was evaluated by using a semiconductor parameter analyzer for the produced semiconductor film device.
First, the voltage applied to the electrode was swept between −5 to 5 V without irradiating the semiconductor film device with light, and the IV characteristics in the dark state were obtained. The current value with a +5 V bias applied was adopted as the dark current value Id.
Next, to evaluate the photocurrent values while irradiating monochromatic light (irradiation intensity 10 13 photons) to the semiconductor film device. Note that the apparatus shown in FIG. 3 was used to irradiate the semiconductor film device with monochromatic light. The wavelength of the monochromatic light was systematically changed between 280 nm and 700 nm. The increase in current from the dark current when irradiating light with a wavelength of 280 nm was taken as the photocurrent value Ip.
The evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

2.基板からの膜剥がれ
実施例および比較例の半導体膜デバイスについて、目視により、半導体膜の膜剥がれを評価した。膜剥がれの有無を表1および表2に示す。
2. Film peeling from substrate For the semiconductor film devices of Examples and Comparative Examples, the film peeling of the semiconductor film was evaluated by visual observation. Tables 1 and 2 show the presence or absence of film peeling.

表1に示すように、配位子交換によりPbSに一般式(A)で表されるリガンド分子を修飾させる事によって、エタンジチオール修飾の半導体膜(比較例4)に対して高い光電流値・暗電流が得られる事が分かった。また、エタンジチオール修飾の半導体膜については肉眼で顕著な膜剥がれが生じているのに対し、実施例のリガンド分子の場合には膜剥がれが認められず高いラフネスが実現された。
また同じくアミン系であるエチレンジアミンの場合(比較例5)には、光電流値、暗電流、ともに著しく低くなる事が分かった。従ってこの結果は、同じくアミン基を複数個有するジアミンの場合には良好な電気伝導特性が得られない事を示唆している。要因としてlogβがあまり高くなく、リガンドの配位があまり進行していないことが可能性として考えられる。そのためオレイン酸がリガンド分子として残り、量子ドット間のキャリアの輸送を阻害していると思われる。
また4級アンモニウムであるCTAB(セチルトリメチルアンモニウムブロミド)を用いた場合(比較例6)にも高い電気伝導性が得られなかった。
上記のように半導体量子ドットに特定のリガンドを修飾させた半導体膜を作製することによって高い光電流と電気伝導性が実現できる事が示された。
As shown in Table 1, by modifying the ligand molecule represented by the general formula (A) to PbS by ligand exchange, a high photocurrent value is obtained for the ethanedithiol-modified semiconductor film (Comparative Example 4). It was found that dark current can be obtained. In addition, the ethanedithiol-modified semiconductor film showed remarkable film peeling with the naked eye, whereas the ligand molecules of the examples did not show film peeling and achieved high roughness.
Also, in the case of ethylenediamine, which is also an amine type (Comparative Example 5), it was found that both the photocurrent value and the dark current are significantly reduced. Therefore, this result suggests that good electrical conductivity characteristics cannot be obtained in the case of a diamine having a plurality of amine groups. It is considered that logβ is not so high as a factor, and ligand coordination is not progressing much. Therefore, it seems that oleic acid remains as a ligand molecule and inhibits carrier transport between quantum dots.
Further, when CTAB (cetyltrimethylammonium bromide) which is quaternary ammonium was used (Comparative Example 6), high electrical conductivity was not obtained.
It has been shown that high photocurrent and electrical conductivity can be realized by producing a semiconductor film in which a specific ligand is modified on a semiconductor quantum dot as described above.

また、表2に示す、量子ドット材料をInPとした場合の実施例から、InP系においても本発明の特定配位子を配位させた量子ドット膜では比較例に対して高い電気伝導性が得られる事が明らかとなり、本発明で得られた知見は量子ドット材料が変わっていても適用できる事が分かる。   In addition, from the example in which the quantum dot material shown in Table 2 is InP, the quantum dot film in which the specific ligand of the present invention is coordinated also in the InP system has higher electrical conductivity than the comparative example. It can be seen that the knowledge obtained in the present invention can be applied even if the quantum dot material is changed.

14 p型半導体層
16 n型半導体層
100 pn接合型太陽電池
14 p-type semiconductor layer 16 n-type semiconductor layer 100 pn junction solar cell

Claims (24)

金属原子を含む半導体量子ドットの集合体と、
前記半導体量子ドットに配位し、SH、NH及びOHから選ばれる一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミン並びにその誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種の配位子と、
を有する半導体膜。
An assembly of semiconductor quantum dots containing metal atoms;
At least one ligand selected from the group consisting of tertiary amines coordinated to the semiconductor quantum dots and having a total of three or more functional groups selected from SH, NH 2 and OH, and derivatives thereof When,
A semiconductor film.
前記配位子は下記一般式(A)で表される請求項1に記載の半導体膜。

(式(A)中、X、X及びXはそれぞれ独立にSH、NH又はOHを表し、p、q及びrはそれぞれ独立に1以上4以下の整数を表す。)
The semiconductor film according to claim 1, wherein the ligand is represented by the following general formula (A).

(In formula (A), X 1 , X 2 and X 3 each independently represent SH, NH 2 or OH, and p, q and r each independently represent an integer of 1 or more and 4 or less.)
前記一般式(A)における(CH)p、(CH)q及び(CH)rの少なくとも一つに、さらに原子数10以下の置換基を有する請求項2に記載の半導体膜。 The semiconductor film according to claim 2, further comprising a substituent having 10 or less atoms in at least one of (CH 2 ) p, (CH 2 ) q, and (CH 2 ) r in the general formula (A). 前記置換基は、原子数が7以下である請求項3に記載の半導体膜。   The semiconductor film according to claim 3, wherein the substituent has 7 or less atoms. 前記一般式(A)における(CH)p、(CH)q及び(CH)rは全て無置換である請求項2に記載の半導体膜。 The semiconductor film according to claim 2, wherein (CH 2 ) p, (CH 2 ) q, and (CH 2 ) r in the general formula (A) are all unsubstituted. 前記配位子が、トリス(2−アミノエチル)アミン又はその誘導体である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の半導体膜。   The semiconductor film according to claim 1, wherein the ligand is tris (2-aminoethyl) amine or a derivative thereof. 前記配位子は、前記一般式(A)で表され、前記半導体量子ドット中の金属原子に対して3脚型配位している請求項2〜請求項6のいずれか一項に記載の半導体膜。   The said ligand is represented by the said general formula (A), The tripod type coordination is carried out with respect to the metal atom in the said semiconductor quantum dot. Semiconductor film. 前記半導体量子ドットは、PbS、PbSe、InN、InAs、InSb及びInPから選択される少なくとも1つを含む請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の半導体膜。   The semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor quantum dot includes at least one selected from PbS, PbSe, InN, InAs, InSb, and InP. 前記半導体量子ドットは、平均粒径が2nm以上15nm以下である請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の半導体膜。   The semiconductor film according to claim 1, wherein the semiconductor quantum dots have an average particle size of 2 nm or more and 15 nm or less. 前記半導体量子ドットは、PbSを含む請求項8または請求項9に記載の半導体膜。   The semiconductor film according to claim 8, wherein the semiconductor quantum dot includes PbS. 基板上に、金属原子を含む半導体量子ドット、前記半導体量子ドットに配位した第1の配位子、及び第1の溶媒を含有する半導体量子ドット分散液を付与して半導体量子ドットの集合体を形成する半導体量子ドット集合体形成工程と、
前記第1の配位子よりも分子鎖長が短く、かつ、SH、NH及びOHから選択される一種類以上の官能基を合計で3つ以上有する3級アミンまたはその誘導体である第2の配位子、並びに第2の溶媒を含有する配位子溶液を、前記半導体量子ドットの集合体に付与して前記半導体量子ドットに配位している前記第1の配位子を前記第2の配位子に交換する配位子交換工程と、
を有する半導体膜の製造方法。
An assembly of semiconductor quantum dots by applying a semiconductor quantum dot dispersion containing a semiconductor quantum dot containing a metal atom, a first ligand coordinated to the semiconductor quantum dot, and a first solvent on a substrate Forming a semiconductor quantum dot assembly to form
A tertiary amine having a molecular chain length shorter than that of the first ligand and having a total of three or more functional groups selected from SH, NH 2 and OH, or a derivative thereof; And the first ligand that is coordinated to the semiconductor quantum dot by applying the ligand solution containing the ligand and the second solvent to the assembly of the semiconductor quantum dots. A ligand exchange step for exchanging the two ligands;
The manufacturing method of the semiconductor film which has this.
前記第2の配位子は下記一般式(A)で表される請求項11に記載の半導体膜の製造方法。

(式(A)中、X、X及びXはそれぞれ独立にSH、NH又はOHを表し、p、q及びrはそれぞれ独立に1以上4以下の整数を表す。)
The method for producing a semiconductor film according to claim 11, wherein the second ligand is represented by the following general formula (A).

(In formula (A), X 1 , X 2 and X 3 each independently represent SH, NH 2 or OH, and p, q and r each independently represent an integer of 1 or more and 4 or less.)
前記一般式(A)における(CH)p、(CH)q及び(CH)rの少なくとも一つに、さらに原子数10以下の置換基を有する請求項12に記載の半導体膜の製造方法。 Formula in (A) (CH 2) p, (CH 2) production of q and (CH 2) at least one of r, the semiconductor film of claim 12 further comprising the atomic number 10 following substituents Method. 前記置換基は、原子数が7以下である請求項13に記載の半導体膜の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor film according to claim 13, wherein the substituent has 7 or less atoms. 前記一般式(A)における(CH)p、(CH)q及び(CH)rは全て無置換である請求項12に記載の半導体膜の製造方法。 The method for producing a semiconductor film according to claim 12, wherein (CH 2 ) p, (CH 2 ) q, and (CH 2 ) r in the general formula (A) are all unsubstituted. 前記第2の配位子が、トリス(2−アミノエチル)アミン又はその誘導体である請求項11〜請求項15のいずれか一項に記載の半導体膜の製造方法。   The method for producing a semiconductor film according to any one of claims 11 to 15, wherein the second ligand is tris (2-aminoethyl) amine or a derivative thereof. 前記第2の配位子は、前記一般式(A)で表され、前記半導体量子ドット中の金属原子に対して3脚型配位する配位子である請求項12〜請求項16のいずれか一項に記載の半導体膜の製造方法。   The said 2nd ligand is a ligand which is represented by the said general formula (A), and is a tripod type coordination with respect to the metal atom in the said semiconductor quantum dot. A method for producing a semiconductor film according to claim 1. 前記半導体量子ドットは、PbS、PbSe、InN、InAs、InSb、及びInPから選択される少なくとも1つを含む請求項11〜請求項17のいずれか1項に記載の半導体膜の製造方法。   18. The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 11, wherein the semiconductor quantum dots include at least one selected from PbS, PbSe, InN, InAs, InSb, and InP. 前記半導体量子ドットは、平均粒径が2nm以上15nm以下である請求項11〜請求項18のいずれか1項に記載の半導体膜の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 11, wherein the semiconductor quantum dots have an average particle diameter of 2 nm or more and 15 nm or less. 前記半導体量子ドットは、PbSを含む請求項18または請求項19に記載の半導体膜の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor film according to claim 18, wherein the semiconductor quantum dots contain PbS. 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の半導体膜を備える太陽電池。   A solar cell provided with the semiconductor film of any one of Claims 1-10. 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の半導体膜を備える発光ダイオード。   A light emitting diode provided with the semiconductor film of any one of Claims 1-10. 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の半導体膜を備える薄膜トランジスタ。   A thin-film transistor provided with the semiconductor film of any one of Claims 1-10. 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の半導体膜を備える電子デバイス。   An electronic device provided with the semiconductor film of any one of Claims 1-10.
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