JP2016190202A - Coating method and coating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、塗布方法および塗布装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a coating method and a coating apparatus.
有機半導体を用いた有機薄膜太陽電池や有機／無機ハイブリッド太陽電池は、活性層の形成に安価な塗布法を適用できることから、低コストの太陽電池として期待されている。太陽電池モジュールを構成するセルは、有機活性層を透明電極と対向電極とで挟持した構造を有している。現在、実用レベルの透明電極は、導電性が十分でないため、セルの面積を大面積化するほど発生電荷を外部に取り出す効率が低下する。そこで、短冊状のセルを複数並べて形成すると共に、これら複数のセル間を直列に接続することが一般的である。 Organic thin-film solar cells and organic / inorganic hybrid solar cells using organic semiconductors are expected as low-cost solar cells because an inexpensive coating method can be applied to the formation of the active layer. A cell constituting the solar cell module has a structure in which an organic active layer is sandwiched between a transparent electrode and a counter electrode. At present, a practical level transparent electrode has insufficient conductivity, and the efficiency of taking out generated charges to the outside decreases as the cell area increases. Therefore, it is common to form a plurality of strip-shaped cells side by side and connect the plurality of cells in series.
上述した有機薄膜太陽電池や有機／無機ハイブリッド太陽電池を低コストで実現するためには、有機活性層を形成する塗布材料をセルパターンに応じて精度よく塗布することが求められる。さらに、有機活性層の膜厚は数１０ｎｍから数１００ｎｍ程度であるため、そのような非常に薄い層を精度よく形成することが求められる。しかしながら、従来の塗布法では有機活性層パターンを低コストで精度よく形成することができない。例えば、低コストで比較的大面積に極薄い層を塗布可能な塗布法としてメニスカス塗布法が知られている。従来のメニスカス塗布法では、塗布開始部位と塗布終了部位との間で塗布幅や塗布厚が変動しやすい。一般的な太陽電池モジュールのように、きれいな短冊状でかつ均一な塗布厚が要求される場合、塗布幅や塗布厚が変動しない塗布技術が求められる。 In order to realize the above-described organic thin film solar cell and organic / inorganic hybrid solar cell at low cost, it is required to apply the coating material for forming the organic active layer with high accuracy according to the cell pattern. Furthermore, since the film thickness of the organic active layer is about several tens nm to several hundreds nm, it is required to form such a very thin layer with high accuracy. However, the conventional coating method cannot accurately form the organic active layer pattern at a low cost. For example, a meniscus coating method is known as a coating method capable of coating an extremely thin layer on a relatively large area at a low cost. In the conventional meniscus coating method, the coating width and coating thickness tend to vary between the coating start site and the coating end site. When a clean strip-like and uniform coating thickness is required as in a general solar cell module, a coating technique that does not change the coating width and coating thickness is required.
一般的な太陽電池モジュールでは、きれいな短冊状でかつ均一な塗布厚が要求される一方で、例えば腕時計向けの太陽電池モジュールでは三角形の塗布膜が要求される。さらに、例えばダイクロイックミラーやダイクロイックフィルタでは、誘電体膜の厚さに意図的に勾配をつけることが要求される場合がある。このようなことから、塗布幅や塗布厚を所望の通りに変動させることが可能な塗布技術が求められている。 A general solar cell module requires a clean strip shape and a uniform coating thickness, while a solar cell module for a wristwatch, for example, requires a triangular coating film. Further, for example, in a dichroic mirror or a dichroic filter, it may be required to intentionally provide a gradient in the thickness of the dielectric film. For these reasons, there is a need for a coating technique that can vary the coating width and coating thickness as desired.
本発明が解決しようとする課題は、塗布材料を塗布パターンに応じて精度よく塗布することを可能にした塗布方法および塗布装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a coating method and a coating apparatus capable of accurately coating a coating material according to a coating pattern.
実施形態の塗布方法は、塗布ヘッドを塗布対象物の塗布面上に所定の間隙を持って配置する工程と、塗布ヘッドと塗布面との間に塗布材料のメニスカス柱を形成する工程と、塗布ヘッドおよび塗布対象物の少なくとも一方を、間隙の距離を連続的にまたは断続的に変化させつつ移動させ、メニスカス柱から塗布材料を塗布面に塗布する工程とを具備する。 The coating method according to the embodiment includes a step of disposing a coating head on a coating surface of a coating object with a predetermined gap, a step of forming a meniscus column of a coating material between the coating head and the coating surface, and coating Moving at least one of the head and the object to be coated while changing the distance of the gap continuously or intermittently, and applying the coating material from the meniscus column to the coating surface.
以下、実施形態の塗布方法および塗布装置について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。説明中の上下等の方向を示す用語は、特に明記が無い場合には後述する塗布対象物の塗布面を上とした場合の相対的な方向を示し、重力加速度方向を基準とした現実の方向とは異なる場合がある。 Hereinafter, a coating method and a coating apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In each embodiment, substantially the same constituent parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be partially omitted. The drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each part, and the like may differ from the actual ones. The term indicating the direction such as up and down in the description indicates the relative direction when the coating surface of the coating object to be described later is up unless otherwise specified, and the actual direction based on the gravitational acceleration direction May be different.
［塗布方法および塗布装置］
図１は実施形態の塗布装置の概略構成を示す正面図である。図１に示す塗布装置１は、塗布対象物である基板２の塗布面（表面）２ａに塗布材料３を塗布することによって、基板２上に所望形状の塗膜を形成するための装置である。塗布装置１は、塗布ヘッド４と、塗布対象物である基板２と塗布ヘッド４との間に塗布材料３を供給する供給機構５と、基板２および塗布ヘッド４の少なくとも一方を移動させる移動機構（図１では図示せず）とを具備している。
[Coating method and coating apparatus]
FIG. 1 is a front view illustrating a schematic configuration of a coating apparatus according to an embodiment. A
塗布ヘッド４は、図中ｘ方向に長尺な略円柱形状を有するヘッド本体６を備えている。ヘッド本体６は、塗布材料３の塗布領域となる外周面６ａを有している。ヘッド本体６の外周面６ａには、塗布材料３を多連短冊状のパターンに塗布して塗膜を形成するように、ヘッド本体６の外周面６ａを長尺方向に対して複数に分割する溝７が設けられている。ヘッド本体６の外周面６ａに分割溝７を設けることによって、外周面６ａは複数の塗布領域８に分割されている。複数の塗布領域８は、それぞれ多連短冊状塗膜の各パターンに対応している。分割溝７は、ヘッド本体６の外周面６ａの円周方向の少なくとも一部に沿って設けられていればよい。なお、図１では略円柱形状を有するヘッド本体６を示しているが、ヘッド本体６の形状はこれに限られるものではない。ヘッド本体６は、例えば六角柱状のような多角柱状の形状を有していてもよい。
The coating head 4 includes a
供給機構５は、塗布ヘッド４のヘッド本体６と基板２の塗布面２ａとの間に塗布材料３を供給するシリンジポンプ９を備えている。シリンジポンプ９は、複数の塗布領域８にそれぞれ設置されている。供給機構５は、シリンジポンプ９に限られるものではなく、微量の材料を正確に吐出することが可能な各種の吐出装置を用いることができる。移動機構は、塗布対象物である基板２と塗布ヘッド４の少なくとも一方を、例えば図中ｙ方向に移動させるように構成される。移動機構は、例えば基板２を移動させるように、基板２が載置されるステージと、ステージを駆動する機構とを備える。移動機構は、塗布ヘッドを移動させるように構成してもよい。移動機構については、後に詳述する。
The
次に、実施形態の塗布装置１を用いて基板２の塗布面２ａに塗布材料３を塗布する工程について、図１および図２を参照して説明する。まず、塗布ヘッド４を基板２の塗布面２ａ上に所定の間隙１０（間隙距離Ｇ）を持って配置する。塗布ヘッド４は、分離溝７が塗布面２ａを向くように配置される。この状態で、ヘッド本体６の外周面６ａと基板２の塗布面２ａとの間に供給機構５から塗布材料３を供給する。塗布材料３の供給工程は、シリンジポンプ９からヘッド本体６の外周面６ａ上に供給された塗布材料３を外周面６ａに沿って流動させ、外周面６ａと塗布面２ａとの間の間隙１０に達した後に、ヘッド本体６（塗布領域８）の幅方向（ｘ方向）に濡れ広がらせることにより実施される。
Next, the process of apply | coating the
このようにして、ヘッド本体６の外周面６ａと塗布面２ａとの間隙１０にメニスカス柱１１を形成する。メニスカス柱１１は、円弧状の曲面を有する柱状体であり、ヘッド本体６と基板２との間隙距離Ｇ、塗布材料３の性質（粘度や表面張力等）、塗布材料３の供給量、基板２の傾き等に応じて所望の形状を有する。塗布材料３の塗布工程は、塗布材料３の供給を終了した後に基板２を移動させる場合と、塗布材料３を供給しながら基板２を移動させる場合とがある。塗布材料３を供給しながら基板２を移動させると、メニスカス柱１１の形状が安定せず、塗布材料３の塗布厚にむらが生じやすいため、塗布材料３の供給を終了した後に基板２を移動させることが好ましい。
In this way, the
以下では、塗布材料３を供給する工程と、供給終了後に基板２を移動させる工程とを有する塗布材料３の塗布工程について詳述する。まず、上述した方法にしたがって塗布材料３のメニスカス柱１１を形成する。メニスカス柱１１の形成が終了し、塗布材料３の供給を止めた後、図示を省略した移動機構により基板２をｙ方向に移動させる。基板２の移動に伴って、メニスカス柱１１から塗布材料３が塗布面２ａに塗布される。メニスカス柱１１は、分割溝７で分割された塗布領域８毎に形成されているため、複数の塗布領域８の形状に対応した分割パターン１２Ａを有する塗膜１２が形成される。図２において、ＳＰは塗布材料３の塗布開始位置を、ＥＰは塗布材料３の塗布終了位置を示している。
Below, the application | coating process of the
塗膜１２の各パターン１２Ａには、理想的には短手方向（ｘ）の幅が均一であり、さらには短手方向（ｘ）の厚さおよび長手方向（ｙ）の厚さが均一な形状を有することが求められる。しかしながら、塗布材料３の供給を止めた後に基板２を移動させて塗膜１２を形成する場合、塗布材料３の塗布面２ａへの塗布が進むにしたがって、メニスカス柱１１の塗布材料３が消費されていくため、塗膜１２の塗布後端（塗布終了位置ＥＰに近い部位）ほど、短手方向（ｘ）の幅が狭くなりやすい。さらに、塗膜１２の塗布後端になるにしたがって、長手方向（ｙ）における厚さが薄くなりやすい。これらの現象は、塗布材料３の供給量が消費量に対して少ないほど、塗布材料３の塗布開始当初から生じやすい。
In each
上述したような問題を解消するために、実施形態の塗布装置１は、間隙１０の距離（塗布ギャップ）Ｇを徐々に変化させつつ、基板２と塗布ヘッド４の少なくとも一方を移動させる機構を具備する。間隙距離Ｇを徐々に変化させることによって、所望の幅を有する塗膜１２を得ることができる。例えば、メニスカス柱１１の塗布材料３が消費された際に、ヘッド本体６と基板２との間隙１０を狭めることで、塗膜１２の短手方向（ｘ）の幅が維持される。従って、塗布材料３の塗布が進行するにつれて、ヘッド本体６と基板２との間隙距離Ｇを徐々に減少させることによって、塗膜１２の短手方向（ｘ）の幅を一定に保つことができる。間隙距離Ｇは、塗布材料３の塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰに至るまで、連続的にまたは断続的に減少させることが好ましい。ただし、塗膜１２の短手方向（ｘ）の幅を維持し得る範囲内において、一部の領域（例えば塗布開始当初領域）のみは、間隙１０を一定に保ちつつ、基板２と塗布ヘッド４の少なくとも一方を移動させてもよい。なお、塗膜１２の幅を広げたり、また狭める必要がある場合には、それらの塗布パターンに応じて間隙距離Ｇを徐々に変化させればよい。
In order to solve the above-described problem, the
さらに、実施形態の塗布装置１は、基板２の塗布面２ａの角度を相対的に変化させつつ、あるいは基板２と塗布ヘッド４の少なくとも一方の移動速度を変化させつつ、基板２と塗布ヘッド４の少なくとも一方を移動させる機構を具備する。基板２の塗布面２ａの角度に基づいてメニスカス柱１１に働く重力を変えたり、あるいは基板２と塗布ヘッド４の少なくとも一方の移動速度を変えることによって、メニスカス柱１１の形状が変化する。従って、塗膜１２の長手方向（ｙ）における膜厚を調整することができる。
Furthermore, the
例えば、塗布面２ａの角度を、水平方向に対して塗布面２ａの塗布終了位置ＥＰ側の端部が成す角度と規定したとき、この塗布面２ａの角度が徐々に大きくなるように基板２を傾斜させることによって、メニスカス柱１１の塗布材料３が消費されていく状況下においても、塗膜１２の長手方向（ｙ）における膜厚を一定に保つことができる。同様に、基板２と塗布ヘッド４の少なくとも一方の移動速度を上昇させることによって、塗膜１２の長手方向（ｙ）における膜厚を一定に保つことができる。塗布面２ａの角度や基板２の移動速度等は、塗布材料３の塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰに至るまで、連続的にまたは断続的に変化させることが好ましい。塗膜１２の長手方向（ｙ）における厚さを維持し得る範囲内において、一部の領域のみは角度や速度を一定に保ってもよい。以下に、実施形態の塗布装置１およびそれを用いた塗布材料３の塗布方法について詳述する。
For example, when the angle of the
（第１の実施形態）
第１の実施形態による塗布装置について、図３および図４を参照して述べる。図３に示す塗布装置２０は、塗布ヘッド４と、塗布対象物である基板２を移動させる搬送ローラ２１と、塗布材料の塗布時に基板２を支持するバックアップローラ２２と、塗布ヘッド４を移動させる移動機構２３と、塗布ヘッド４の移動を制御する制御機構２４とを具備している。基板２は、搬送ローラ２１に巻き取られることによって、バックアップローラ２２の外周面（円周面）に沿って移動する。搬送ローラ２１およびバックアップローラ２２を具備する塗布装置２０を使用するにあたって、基板２にはフレキシブル基板が用いられる。なお、図３では塗布材料３の供給機構５の図示を省略したが、図３に示す塗布装置２０は図１と同様に、シリンジポンプ９等の供給機構５を具備している。
(First embodiment)
The coating apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The
移動機構２３は、バックアップローラ２２の外周面（円周面）に架け渡された基板２の塗布面２ａに沿って塗布ヘッド４が移動するように、塗布ヘッド４をｙ−ｚ面内を移動させる（図中矢印Ａ方向）。移動機構２３は、塗布ヘッド４の塗布面２ａに沿った移動とは別に、基板２の移動にしたがって塗布ヘッド４と基板２との間隙距離Ｇを減少させるように、塗布ヘッド４をｚ方向に移動させる（図中矢印Ｂ方向）。塗布ヘッド４の移動動作は、制御機構２４により制御される。図３において、ＳＨは塗布材料の塗布開始時における塗布ヘッド４の位置を、ＭＨは塗布材料の塗布中間時における塗布ヘッド４の位置を、ＥＨは塗布材料の塗布終了時における塗布ヘッド４の位置を示している。
The moving
塗布装置２０を用いた塗布材料の塗布工程は、以下のようにして実施される。塗布ヘッド４をスタート位置ＳＨに移動させる。塗布ヘッド４のスタート位置ＳＨは、バックアップローラ２２の最頂点から塗布上流側（図中左方向）に下がった位置（バックアップローラ２２の外周面に沿って最頂点から下がった位置）に設定されている。一方、塗布ヘッド４のエンド位置ＥＨは、バックアップローラ２２の最頂点から塗布下流側（図中右方向）に下がった位置に設定されている。このため、スタート位置ＳＨの塗布ヘッド４の下方には、上述した塗布面２ａの角度がマイナスの値となるように傾斜した基板２、言い換えると塗布開始位置側が塗布終了位置側より上方に位置するように傾斜した基板２が存在している。エンド位置ＥＨの塗布ヘッド４の下方には、上述した塗布面２ａの角度がプラスの値となるように傾斜した基板２、言い換えると塗布開始位置側が塗布終了位置側より下方に位置するように傾斜した基板２が存在している。
The coating material coating process using the
まず、スタート位置ＳＨの塗布ヘッド４と基板２との間に塗布材料を供給してメニスカス柱を形成する。図４（ａ）に示すように、塗布材料３の供給量を増やして塗布距離を延ばすために、スタート位置ＳＨにおける塗布ヘッド４と基板２との間隙距離（Ｇ１）は広く設定することが好ましい。塗布材料３の供給を停止した後、塗布ヘッド４をＡ方向およびＢ方向に移動させつつ、基板２を塗布ヘッド４のＡ方向への移動速度より速い速度でＸ方向に移動させることによって、メニスカス柱１１から塗布材料３を塗布面２ａに塗布して塗膜１２を形成する。基板２は、バックアップローラ２２の外周面（円周面）に沿って移動するため、図４（ａ）に示した状態から水平に近い状態（バックアップローラ２２の外周面の最頂点付近）を経て、図４（ｂ）に示す状態に至る。
First, a meniscus column is formed by supplying a coating material between the coating head 4 and the
塗布材料３の塗布開始当初においては、図４（ａ）に示すように、塗布開始位置ＳＰ側が塗布終了位置ＥＰ側より上方に位置するように基板２が傾斜しているため、メニスカス柱１１には塗布終了位置ＥＰ側を下にした状態で重力が加わる。メニスカス柱１１は、塗布下流側のメニスカスの周長が短くかつ曲率が小さく、ピンニングポイントＰＰから基板２までの長さが短い形状を有する。さらに、塗布材料３は重力に逆らって塗布下流側に引き上げられながら基板２に塗布される。このため、塗布ヘッド４と基板２との間隙距離（Ｇ１）を広く設定しても、塗布材料３を比較的薄く塗布することができる。
At the beginning of application of the
一方、塗布材料３の塗布終了時においては、図４（ｂ）に示すように、塗布開始位置ＳＰ側が塗布終了位置ＥＰ側より下方に位置するように基板２が傾斜しているため、メニスカス柱１１には塗布開始位置ＳＰ側を下にした状態で重力が加わる。塗布材料３には流れ落ちる方向に重力が働く。メニスカス柱１１は重力の影響によって、塗布下流側のメニスカスの周長が長くかつ曲率が大きく、ピンニングポイントＰＰから基板２までの長さが長い形状を有する。このため、図４（ｂ）に示した状態においては、基板２を水平にした場合に比べて、塗布材料３を厚く塗布することができる。
On the other hand, when the coating of the
塗布装置２０を用いた塗布工程においては、基板２のバックアップローラ２２の外周面に沿った移動にしたがって、間隙１０の距離（塗布ギャップ）をＧ１からＧ２まで連続的にまたは断続的に減少させるように塗布ヘッド４が移動する。間隙距離Ｇを徐々に狭めることによって、塗布材料３が徐々に消費されていくメニスカス柱１１から塗布される塗膜１２の幅を維持することができる。従って、塗膜１２の短手方向（ｘ）の幅を塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定に保つことが可能になる。
In the coating process using the
さらに、基板２はバックアップローラ２２の外周面に沿って移動するため、基板２の角度はバックアップローラ２２の外周面の円弧の大きさにしたがって、塗布開始位置ＳＰ側が上方に位置する傾斜状態から水平に近い状態を経て塗布開始位置ＳＰ側が下方に位置する傾斜状態まで連続的に変化する。塗布材料３の塗布開始当初には、塗布材料３を比較的薄く塗布することができるのに対し、塗布材料３の塗布終了時には塗布材料３およびメニスカス柱１１に働く重力により塗布材料３を比較的厚く塗布することができる。このように、メニスカス柱１１からの塗布材料３の消費に対応させて、基板２の角度を当初状態から終了状態まで連続的に変化させることによって、塗膜１２の厚さを維持することができる。従って、塗膜１２の長手方向（ｙ）に対する厚さを塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定に保つことが可能になる。
Further, since the
上述したように、第１の実施形態の塗布装置２０においては、基板２の移動にしたがって間隙距離Ｇを連続的にまたは断続的に減少させているため、短手方向（ｘ）の幅が塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定の塗膜１２を得ることができる。さらに、バックアップローラ２２の外周面の円弧に基づいて、基板２の角度を塗布開始位置ＳＰ側が上方に位置する状態から塗布開始位置ＳＰ側が下方に位置する状態まで連続的に変化させているため、長手方向（ｙ）に対する厚さが一定の塗膜１２を得ることができる。これらによって、多連短冊状のパターンを有する塗膜１２を精度よく得ることが可能になる。
As described above, in the
（第２の実施形態）
第２の実施形態による塗布装置およびそれを用いた塗布材料の塗布工程について、図５を参照して述べる。図５に示す塗布装置３０は、塗布ヘッド４と、塗布ヘッド４を基板２との間隙が減少するようにｚ方向に移動させる移動機構３１と、塗布対象物である基板２が載置されるステージ３２と、回転軸３３を中心にしてステージ３２を円弧状に移動させる駆動機構３４と、塗布ヘッド４の移動とステージ３２の移動を同調して制御する制御機構３５とを具備している。図５では塗布材料３の供給機構５の図示を省略したが、図５に示す塗布装置３０は図１と同様に、シリンジポンプ９等の供給機構５を具備している。
(Second Embodiment)
A coating apparatus according to the second embodiment and a coating material coating process using the coating apparatus will be described with reference to FIG. In the
塗布装置３０を用いた塗布材料の塗布工程は、以下のようにして実施される。ステージ３２をスタート位置に移動させる（図５（ａ））。スタート位置の基板２と塗布ヘッド４との間に塗布材料３を供給してメニスカス柱１１を形成する。ステージ３２のスタート位置における基板２は、第１の実施形態と同様に、塗布開始位置ＳＰ側が塗布終了位置ＥＰ側より上方に位置するように傾斜（塗布面２ａの角度がマイナス）している。従って、図４（ａ）に示したように、メニスカス柱１１には塗布終了位置ＥＰ側を下にした状態で重力が加わっており、メニスカス柱１１は塗布下流側のメニスカスの周長が短くかつ曲率が小さく、ピンニングポイントから基板２までの長さが短い形状を有している。
The coating material coating process using the
塗布材料３の供給を停止した後、塗布ヘッド４を間隙距離が減少するようにｚ方向に移動させつつ、基板２が配置されたステージ３２を円弧状に移動させることによって、メニスカス柱１１から塗布材料３を塗布面２ａに塗布して塗膜１２を形成する。塗布ヘッド４の移動は、円弧状に移動するステージ３２に合わせて、間隙距離が減少するように制御される。基板２の角度は、円弧状に移動するステージ３２によって、塗布開始位置ＳＰ側が上方に位置する傾斜状態（図５（ａ））から水平状態（図５（ｂ））を経て、塗布開始位置ＳＰ側が塗布終了位置ＥＰ側より下方に位置するように傾斜（塗布面２ａの角度がプラス）した状態（図５（ｃ））まで変化する。ステージ３２のエンド位置の基板２上に存在するメニスカス柱１１には、塗布開始位置ＳＰ側を下にした状態で重力が加わっている。従って、図４（ｂ）に示したように、メニスカス柱１１の形状は第１の実施形態と同様に、塗布下流側のメニスカスの周長が長くかつ曲率が大きく、ピンニングポイントから基板２までの長さが長い形状に変化する。
After the supply of the
上述したように、基板２の移動にしたがって、間隙距離を連続的にまたは断続的に減少させるように塗布ヘッド４を移動させることによって、塗膜１２の短手方向（ｘ）の幅を塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定に保つことができる。さらに、ステージ３２を円弧状に移動させて、基板２の塗布面２ａの角度を塗布開始位置ＳＰ側が上方に位置する状態から塗布開始位置ＳＰ側が下方に位置する状態まで連続的にまたは断続的に変化させることによって、塗膜１２の長手方向（ｙ）に対する厚さを塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定に保つことができる。これらの作用は第１の実施形態と同様である。従って、短手方向（ｘ）の幅が塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定で、かつ長手方向（ｙ）に対する厚さが一定の塗膜１２を得ることが可能になる。なお、塗布面２ａの角度は、マイナスの値からプラスの値に変化させる場合に限らず、マイナスの値内またはプラスの値内で大きくなるように変化させてもよい。
As described above, the width of the
（第３の実施形態）
第３の実施形態による塗布装置およびそれを用いた塗布材料の塗布工程について、図６を参照して述べる。図６に示す塗布装置４０は、塗布ヘッド４と、塗布ヘッド４を基板２との間隙が減少するようにｚ方向に移動させる移動機構４１と、塗布対象物である基板２が載置されるステージ４２と、ステージ４２を傾斜させる傾斜駆動機構４３と、ステージ４２を傾斜駆動機構４３と共にｙ方向に移動させる移動機構４４と、塗布ヘッド４の移動とステージ４２の傾斜および移動を同調して制御する制御機構４５とを具備している。図６では塗布材料３の供給機構５の図示を省略したが、図６に示す塗布装置４０は図１と同様に、シリンジポンプ９等の供給機構５を具備している。
(Third embodiment)
A coating apparatus and a coating material coating process using the coating apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In the
塗布装置４０を用いた塗布材料の塗布工程は、以下のようにして実施される。ステージ４２をスタート位置に移動させる（図６（ａ））。スタート位置の基板２と塗布ヘッド４との間に塗布材料３を供給してメニスカス柱１１を形成する。ステージ４２のスタート位置における基板２は、第１および第２の実施形態と同様に、塗布開始位置ＳＰ側が塗布終了位置ＥＰ側より上方に位置するように傾斜（塗布面２ａの角度がマイナス）している。従って、図４（ａ）に示したように、メニスカス柱１１には塗布終了位置ＥＰ側を下にした状態で重力が加わっており、メニスカス柱１１は塗布下流側のメニスカスの周長が短くかつ曲率が小さく、ピンニングポイントから基板２までの長さが短い形状を有している。
The coating material coating process using the
塗布材料３の供給を停止した後、塗布ヘッド４を間隙距離が減少するようにｚ方向に移動させると共に、基板２が配置されたステージ４２を傾斜させつつ移動させることによって、メニスカス柱１１から塗布材料３を塗布面２ａに塗布して塗膜１２を形成する。塗布ヘッド４の移動は、ステージ４２の傾斜に合わせて、間隙距離が減少するように制御される。基板２の角度は、塗布開始位置ＳＰ側が塗布終了位置ＥＰ側より上方に位置する傾斜状態（図６（ａ））から水平状態（図６（ｂ））を経て、塗布開始位置ＳＰ側が塗布終了位置ＥＰ側より下方に位置するように傾斜（塗布面２ａの角度がプラス）した状態（図６（ｃ））まで変化する。ステージ４２のエンド位置の基板２上に存在するメニスカス柱１１には、塗布開始位置ＳＰ側を下にした状態で重力が加わっている。従って、図４（ｂ）に示したように、メニスカス柱１１の形状は第１および第２の実施形態と同様に、塗布下流側のメニスカスの周長が長くかつ曲率が大きく、ピンニングポイントから基板２までの長さが長い形状に変化する。
After the supply of the
上述したように、基板２の移動にしたがって、間隙距離を連続的にまたは断続的に減少させるように塗布ヘッド４を移動させることによって、塗膜１２の短手方向（ｘ）の幅を塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定に保つことができる。さらに、基板２の塗布面２ａの角度を塗布開始位置ＳＰ側が上方に位置する状態から塗布開始位置ＳＰ側が下方に位置する状態まで連続的にまたは断続的に変化させつつ、基板２をｙ方向に移動させることによって、塗膜１２の長手方向（ｙ）に対する厚さを塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定に保つことができる。これらの作用は第１の実施形態と同様である。従って、短手方向（ｘ）の幅が塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定で、かつ長手方向（ｙ）に対する厚さが一定の塗膜１２を得ることが可能になる。なお、塗布面２ａの角度は、マイナスの値からプラスの値に変化させる場合に限らず、マイナスの値内またはプラスの値内で大きくなるように変化させてもよい。
As described above, the width of the
（第４の実施形態）
第４の実施形態による塗布装置およびそれを用いた塗布材料の塗布工程について、図７および図８を参照して述べる。図７に示す塗布装置５０は、塗布ヘッド４と、塗布ヘッド４を基板２との間隙が減少するようにｚ方向に移動させる移動機構５１と、塗布対象物である基板２が載置されるステージ５２と、ステージ５２をｙ方向に移動させる移動機構５３と、塗布ヘッド４の移動とステージ５２の移動を同調して制御する制御機構５４とを具備している。図７では塗布材料３の供給機構５の図示を省略したが、図７に示す塗布装置５０は図１と同様に、シリンジポンプ９等の供給機構５を具備している。
(Fourth embodiment)
A coating apparatus according to the fourth embodiment and a coating material coating process using the coating apparatus will be described with reference to FIGS. In the
塗布装置５０を用いた塗布材料の塗布工程は、以下のようにして実施される。ステージ５２をスタート位置に移動させる。スタート位置の基板２と塗布ヘッド４との間に塗布材料３を供給してメニスカス柱１１を形成する。塗布材料３の供給を停止した後、塗布ヘッド４を間隙距離Ｇが減少するようにｚ方向に移動させつつ、基板２が配置されたステージ５２をｙ方向に移動させることによって、メニスカス柱１１から塗布材料３を塗布面２ａに塗布して塗膜１２を形成する。間隙距離を連続的にまたは断続的に減少させるように塗布ヘッド４を移動させることによって、塗膜１２の短手方向（ｘ）の幅を塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定に保つことができる。
The coating material coating step using the
ステージ５２の移動は、基板２の移動速度が連続的にまたは断続的に上昇するように制御される。ステージ５２の移動は、塗布ヘッド４の移動と同調させて制御される。基板２の移動速度を徐々に上昇させることによって、塗膜１２の長手方向（ｙ）に対する厚さを塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定に保つことができる。すなわち、基板２の移動速度が遅い場合、図８（ａ）に示すように、メニスカス柱１１は塗布下流側のメニスカスの周長が短くかつ曲率が小さい形状を有する。このため、塗布ヘッド４と基板２との間隙距離（Ｇ１）を広く設定しても、塗布材料３を比較的薄く塗布することができる。基板２の移動速度が速い場合、図８（ｂ）に示すように、メニスカス柱１１は塗布下流側のメニスカスの周長が長くかつ曲率が大きい形状となる。このため、塗布ヘッド４と基板２との間隙距離（Ｇ２）が狭くても、塗布材料３を比較的厚く塗布することができる。
The movement of the
従って、基板２と塗布ヘッド４との間隙距離Ｇを徐々に減少させ、かつ基板２の移動速度を徐々に上昇させるように、塗布ヘッド４の移動とステージ５２の移動を同調して制御することによって、短手方向（ｘ）の幅が塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定で、かつ長手方向（ｙ）に対する厚さが一定の塗膜１２を得ることができる。塗布ヘッド４の移動による間隙距離Ｇおよびステージ５２の移動速度は、それぞれ連続的に変化させてもよいし、断続的（間欠的）に変化させてもよい。間隙距離Ｇおよびステージ５２の移動速度を連続的に変化させる場合の制御例を図９ないし図１１に示す。
Therefore, the movement of the coating head 4 and the movement of the
図９は間隙距離Ｇが連続的にかつ一定の割合で減少するように塗布ヘッド４を移動させると共に、基板２の移動速度をほぼ連続的にかつ一定の割合で減少させる制御例を示している。基板２の移動速度は、図１０に示すように上昇割合が増加するように制御してもよいし、図１１に示すように上昇割合が減少するように制御してもよい。図１２に間隙距離Ｇおよびステージ５２の移動速度を断続的に変化させる場合の制御例を示す。間隙距離Ｇおよび基板２の移動速度を断続的（階段状）に変化させる場合には、間隙距離Ｇの変化率および基板２の移動速度の変化率が小さくなるように制御することが好ましい。
FIG. 9 shows a control example in which the coating head 4 is moved so that the gap distance G continuously decreases at a constant rate, and the moving speed of the
間隙距離Ｇや基板２の移動速度の変化率が大きいと、塗膜１２に筋状のむらが生じるおそれがある。ある塗布位置における基板２の移動速度をＶｎ、次のステップの塗布位置における基板２の移動速度をＶｎ＋１としたとき、Ｖｎ＋１／Ｖｎを１．２以下に設定することが好ましい。筋状のむらの発生しやすさは、塗布材料のいわゆるレベリング現象のしやすさと反比例の関係にあり、レベリング現象は塗布材料の粘度や溶媒の乾燥速度等に依存する。Ｖｎ＋１／Ｖｎの値が１．２以下であれば、おおよその塗布材料で筋状のむらの発生を抑制することができる。同様に、間隙距離Ｇの変化率も１．２以下にすることが好ましく、これにより筋状のむらの発生を抑制することができる。変化率を小さくするためには、塗布位置のステップ間隔を小さくすればよい。なお、第１ないし第３の実施形態で間隙距離Ｇや移動速度を断続的に変化させる場合も同様である。
If the change rate of the gap distance G or the moving speed of the
（第５の実施形態）
第５の実施形態による塗布装置およびそれを用いた塗布材料の塗布工程について、図１３を参照して述べる。図１３に示す塗布装置６０は、塗布ヘッド４と、塗布対象物である基板２を移動させる搬送ローラ６１と、塗布材料の塗布時に基板２を支持すると共に、基板２と塗布ヘッド４との間隙距離を調整するバックアップローラ６２と、基板２のテンションを調整するテンション調整ローラ６３と、各ローラ６１、６２、６３の動作を制御する制御機構６４とを具備している。なお、図１３では塗布材料３の供給機構５の図示を省略したが、図１３に示す塗布装置６０は図１と同様に、シリンジポンプ９等の供給機構５を具備している。
(Fifth embodiment)
A coating apparatus according to the fifth embodiment and a coating material coating process using the coating apparatus will be described with reference to FIG. A
基板２は、搬送ローラ６１に巻き取られることによって、塗布ヘッド４とバックアップローラ６２との間を移動する。搬送ローラ６１の動作は、基板２の移動速度が連続的にまたは断続的に上昇するように制御される。バックアップローラ６２は、回転軸６２ａをｚ方向に移動させる偏心カム６２ｂを備えている。偏心カム６２ｂを回転させて回転軸６２ａをｚ方向に移動させることによって、基板２と塗布ヘッド４との間隙距離を連続的にまたは断続的に減少させる。バックアップローラ６２の移動により変動する基板２のテンションは、テンション調整ローラ６３により調整される。テンション調整ローラ６３は、回転軸６２ａの移動とは反対方向に回転軸６３ａを移動させるカウンター偏心カム６３ｂを備えている。テンション調整ローラ６３は、必要に応じて設置される。
The
第５の実施形態の塗布装置６０は、第４の実施形態の塗布装置５０と同様に、基板２と塗布ヘッド４との間隙距離を徐々に減少させ、かつ基板２の移動速度を徐々に上昇させるように、搬送ローラ６１およびバックアップローラ６２の動作が制御される。従って、第５の実施形態の塗布装置６０によれば、第４の実施形態の塗布装置５０と同様に、短手方向（ｘ）の幅が塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定で、かつ長手方向（ｙ）に対する厚さが一定の塗膜１２を得ることができる。
The
［太陽電池］
実施形態の塗布装置１およびそれを用いた塗布方法は、例えば太陽電池モジュールの製造方法における有機活性層の形成工程に好適に用いられる。図１４および図１５は、実施形態の塗布方法が有機活性層の形成工程に適用される有機薄膜太陽電池モジュール１００の一例を示している。なお、図１５は対向電極の図示を省略している。図１４および図１５に示す有機薄膜太陽電池モジュール１００は、直列接続された複数のセル部１０２Ａ、１０２Ｂを有している。支持基板１０１上には、分離された複数の第１電極層１０３Ａ、１０３Ｂが形成されている。第１電極層１０３Ａ、１０３Ｂ上には、それぞれ光電変換層１０４Ａ、１０４Ｂが形成されている。光電変換層１０４Ａ、１０４Ｂ上には、それぞれ第２電極層１０５Ａ、１０５Ｂが形成されている。セル部１０２Ａの第２電極層１０５Ａは、セル部１０２Ｂの第１電極層１０３Ｂと電気的に接続されている。
[Solar cell]
The
図１４に示す有機薄膜太陽電池モジュール１００において、光電変換層１０４（１０４Ａ、１０４Ｂ）には、例えば支持基板１０１側から太陽光や照明光等の光が照射される。光電変換層１０４は、例えばｐ型半導体とｎ型半導体とを含む有機活性層と、場合によって、第１電極層１０３と有機活性層との間に配置された、図示しない第１中間層（例えば電子輸送層）、および有機活性層と第２電極層１０５との間に配置された、図示しない第２中間層（例えば正孔輸送層）とを有している。光電変換層１０４に照射された光を有機活性層が吸収すると、ｐ型半導体とｎ型半導体との相界面で電荷分離が生じることによって、電子とそれと対になる正孔とが生成される。有機活性層で生成された電子と正孔のうち、例えば電子は第１電極層１０３で捕集され、正孔は第２電極層１０５で捕集される。
In the organic thin-film
支持基板１０１は、絶縁性を有する材料により構成される。支持基板１０１側からの光を利用する場合、支持基板１０１は光透過性をも有する材料により構成される。支持基板１０１の構成材料には、無アルカリガラス、石英ガラス、サファイア等の無機材料や、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー等の有機材料が用いられる。支持基板１０１は、無機材料や有機材料からなるリジッドな基板であってもよいし、有機材料や極薄の無機材料からなるフレキシブルな基板であってもよい。
The
第１電極層１０３は、支持基板１０１側からの光を利用する場合、光透過性と導電性とを有する材料により構成される。第１電極層１０３の構成材料としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素がドープされた酸化錫（ＦＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）等の導電性金属酸化物、金、白金、銀、銅、チタン、ジルコニウム、コバルト、ニッケル、インジウム、アルミニウム等の金属やそれら金属を含む合金、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）のような導電性高分子等が挙げられる。第１電極層１０３は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等により形成される。
The first electrode layer 103 is made of a material having optical transparency and conductivity when using light from the
有機活性層は、照射された光により電荷分離を行う機能を有し、ｐ型半導体とｎ型半導体とを含んでいる。ｐ型半導体には、電子供与性を有する材料が用いられる。ｎ型半導体には、電子受容性を有する材料が用いられる。有機活性層を構成するｐ型半導体およびｎ型半導体は、それらが共に有機材料であってもよいし、一方が有機材料であってもよい。 The organic active layer has a function of performing charge separation by irradiated light and includes a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. For the p-type semiconductor, a material having an electron donating property is used. For the n-type semiconductor, an electron-accepting material is used. Both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor constituting the organic active layer may be an organic material, or one of them may be an organic material.
有機活性層に含まれるｐ型半導体には、例えば、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、側鎖または主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体等を使用することができ、これらを併用してもよい。また、これらの共重合体を使用してもよく、例えばチオフェン−フルオレン共重合体やフェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体等が挙げられる。 Examples of the p-type semiconductor contained in the organic active layer include polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triphenyldiamine derivatives, oligothiophene and derivatives thereof, and polyvinylcarbazole and derivatives thereof. , Polysilane and derivatives thereof, polysiloxane derivatives having aromatic amines in the side chain or main chain, polyaniline and derivatives thereof, phthalocyanine derivatives, porphyrin and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof, etc. These may be used in combination. These copolymers may be used, and examples thereof include a thiophene-fluorene copolymer and a phenylene ethynylene-phenylene vinylene copolymer.
ｐ型の有機半導体としては、π共役を有する導電性高分子であるポリチオフェンおよびその誘導体を用いることが好ましい。ポリチオフェンおよびその誘導体は、優れた立体規則性を確保することができ、溶媒への溶解性が比較的高い。ポリチオフェンおよびその誘導体は、チオフェン骨格を有する化合物であれば特に限定されない。ポリチオフェンおよびその誘導体の具体例としては、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリ（３−ブチルチオフェン）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（３−デシルチオフェン）、ポリ（３−ドデシルチオフェン）等のポリアルキルチオフェン、ポリ（３−フェニルチオフェン）、ポリ（３−（ｐ−アルキルフェニルチオフェン））等のポリアリールチオフェン、ポリ（３−ブチルイソチオナフテン）、ポリ（３−ヘキシルイソチオナフテン）、ポリ（３−オクチルイソチオナフテン）、ポリ（３−デシルイソチオナフテン）等のポリアルキルイソチオナフテン、ポリエチレンジオキシチオフェン等が挙げられる。また、カルバゾール、ベンゾチアジアゾール、およびチオフェンからなる共重合体（例えば、ポリ［Ｎ−９’−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−アルト−５，５−（４，７−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール）］／ＰＣＤＴＢＴ）が、優れた光電変換効率を有する化合物として知られている。 As the p-type organic semiconductor, it is preferable to use polythiophene which is a conductive polymer having π conjugation and a derivative thereof. Polythiophene and its derivatives can ensure excellent stereoregularity and have relatively high solubility in a solvent. Polythiophene and derivatives thereof are not particularly limited as long as they are compounds having a thiophene skeleton. Specific examples of polythiophene and derivatives thereof include poly (3-methylthiophene), poly (3-butylthiophene), poly (3-hexylthiophene), poly (3-octylthiophene), poly (3-decylthiophene), Polyalkylthiophene such as poly (3-dodecylthiophene), polyarylthiophene such as poly (3-phenylthiophene), poly (3- (p-alkylphenylthiophene)), poly (3-butylisothionaphthene), poly Polyalkylisothionaphthenes such as (3-hexylisothionaphthene), poly (3-octylisothionaphthene), poly (3-decylisothionaphthene), and polyethylenedioxythiophene. In addition, a copolymer of carbazole, benzothiadiazole, and thiophene (for example, poly [N-9′-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4,7-di-2-thienyl-2) ', 1', 3'-benzothiadiazole)] / PCDTBT) is known as a compound having excellent photoelectric conversion efficiency.
有機活性層に含まれるｎ型半導体には、フラーレンおよびフラーレン誘導体等が用いられる。フラーレン誘導体は、フラーレン骨格を有するものであればよい。フラーレンおよびフラーレン誘導体としては、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４等のフラーレン、これらフラーレンの炭素原子の少なくとも一部が酸化された酸化フラーレン、フラーレン骨格の一部の炭素原子を任意の官能基で修飾した化合物、これら官能基同士が互いに結合して環を形成した化合物等が挙げられる。 For the n-type semiconductor contained in the organic active layer, fullerene, fullerene derivatives and the like are used. The fullerene derivative should just have a fullerene skeleton. Fullerenes and fullerene derivatives include fullerenes such as C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 84 , fullerene oxides in which at least some of the carbon atoms of these fullerenes are oxidized, and some carbon atoms of the fullerene skeleton. Examples thereof include a compound modified with an arbitrary functional group, a compound in which these functional groups are bonded to each other to form a ring, and the like.
フラーレン誘導体に用いられる官能基としては、水素原子、水酸基、フッ素原子や塩素原子のようなハロゲン原子、メチル基やエチル基のようなアルキル基、ビニル基のようなアルケニル基、シアノ基、メトキシ基やエトキシ基のようなアルコキシ基、フェニル基やナフチル基のような芳香族炭化水素基、チエニル基やピリジル基のような芳香族複素環基等が挙げられる。フラーレン誘導体の具体例としては、Ｃ６０Ｈ３６やＣ７０Ｈ３６のような水素化フラーレン、Ｃ６０やＣ７０を酸化した酸化フラーレン、フラーレン金属錯体等が挙げられる。フラーレン誘導体としては、［６，６］フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（６０ＰＣＢＭ）、［６，６］フェニルＣ７１酪酸メチルエステル（７０ＰＣＢＭ）、ビスインデンＣ６０（６０ＩＣＢＡ）等を用いることが好ましい。 Functional groups used in fullerene derivatives include hydrogen atoms, hydroxyl groups, halogen atoms such as fluorine atoms and chlorine atoms, alkyl groups such as methyl groups and ethyl groups, alkenyl groups such as vinyl groups, cyano groups, and methoxy groups. And an alkoxy group such as ethoxy group, an aromatic hydrocarbon group such as phenyl group and naphthyl group, and an aromatic heterocyclic group such as thienyl group and pyridyl group. Specific examples of fullerene derivatives include hydrogenated fullerenes such as C 60 H 36 and C 70 H 36 , fullerene oxides obtained by oxidizing C 60 and C 70 , fullerene metal complexes, and the like. As the fullerene derivative, it is preferable to use [6,6] phenyl C 61 butyric acid methyl ester (60PCBM), [6,6] phenyl C 71 butyric acid methyl ester (70PCBM), bisindene C 60 (60ICBA) or the like.
有機活性層は、例えばｐ型半導体材料とｎ型半導体材料との混合物を含むバルクヘテロ接合構造を有する。バルクヘテロ接合型の有機活性層は、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料とのミクロ相分離構造を有する。有機活性層内において、ｐ型半導体相とｎ型半導体相とは互いに相分離しており、ナノオーダーのｐｎ接合を形成している。有機活性層が光を吸収すると、これらの相界面で負電荷（電子）と正電荷（正孔）とが分離され、各半導体を通って電極１０３、１０５に輸送される。 The organic active layer has a bulk heterojunction structure including, for example, a mixture of a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material. The bulk heterojunction organic active layer has a microphase separation structure of a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material. In the organic active layer, the p-type semiconductor phase and the n-type semiconductor phase are phase-separated from each other to form a nano-order pn junction. When the organic active layer absorbs light, negative charges (electrons) and positive charges (holes) are separated at these phase interfaces, and are transported to the electrodes 103 and 105 through each semiconductor.
バルクヘテロ接合型の有機活性層は、ｐ型半導体とｎ型半導体を溶媒に分散させた分散液を塗布材料として使用し、この塗布材料を第１電極層（透明電極）１０３等を有する支持基板（透明基板）１０１上に塗布することにより形成される。有機活性層を構成する塗布材料は、実施形態の塗布装置およびそれを用いた塗布方法を適用して支持基板（透明基板）１０１上に塗布される。これによって、図１５に示すような多連短冊状のパターンを有する光電変換層１０４Ａ、１０４Ｂを、高精度にかつ低コストで形成することが可能になる。有機活性層の厚さは特に限定されないが、１０ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましい。
The bulk heterojunction type organic active layer uses a dispersion liquid in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are dispersed in a solvent as a coating material. It is formed by coating on a
電子輸送層は、有機活性層で生成された正孔をブロックし、電子を選択的にかつ効率的に第１電極層１０３に輸送する機能等を有する。電子輸送層は、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ガリウムのような金属酸化物、ポリエチレンイミンのような有機材料等により形成される。正孔輸送層は、有機活性層で生成された電子をブロックし、正孔を選択的にかつ効率的に第２電極層１０５に輸送する機能等を有する。正孔輸送層は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミンポリピロール、ポリアニリンのような有機導電性ポリマー、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化バナジウムのような金属酸化物等により形成される。電子輸送層および正孔輸送層は、例えば真空蒸着法やスパッタ法のような真空成膜法、ゾルゲル法、塗布法等により形成される。 The electron transport layer has a function of blocking holes generated in the organic active layer and transporting electrons to the first electrode layer 103 selectively and efficiently. The electron transport layer is formed of a metal oxide such as zinc oxide, titanium oxide, or gallium oxide, an organic material such as polyethyleneimine, or the like. The hole transport layer has a function of blocking electrons generated in the organic active layer and transporting holes to the second electrode layer 105 selectively and efficiently. The hole transport layer is formed of PEDOT / PSS, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine polypyrrole, an organic conductive polymer such as polyaniline, a metal oxide such as tungsten oxide, molybdenum oxide, or vanadium oxide. The electron transport layer and the hole transport layer are formed by, for example, a vacuum film formation method such as a vacuum deposition method or a sputtering method, a sol-gel method, a coating method, or the like.
第２電極層１０５は、導電性を有し、場合によっては光透過性を有する材料により構成される。第２電極層１０５の構成材料としては、例えば白金、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、タングステン、チタン、ジルコニウム、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、サマリウム、テルビウムのような金属、それらを含む合金、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）のような導電性金属酸化物、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳのような導電性高分子、あるいはグラフェン、カーボンナノチューブのような炭素材料等が挙げられる。第２電極層１０５は、例えば真空蒸着法やスパッタ法のような真空成膜法、ゾルゲル法、塗布法等により形成される。 The second electrode layer 105 is made of a material having conductivity and, in some cases, light transmission. As the constituent material of the second electrode layer 105, for example, platinum, gold, silver, copper, nickel, cobalt, iron, manganese, tungsten, titanium, zirconium, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, Metals such as rubidium, cesium, calcium, magnesium, barium, samarium and terbium, alloys containing them, conductive metal oxides such as indium-zinc oxide (IZO), conductive polymers such as PEDOT / PSS Or carbon materials such as graphene and carbon nanotubes. The second electrode layer 105 is formed by, for example, a vacuum film formation method such as a vacuum deposition method or a sputtering method, a sol-gel method, a coating method, or the like.
実施形態の塗布装置およびそれを用いた塗布方法を適用することによって、多連短冊状の光電変換層１０４Ａ、１０４Ｂを備える有機薄膜太陽電池１００を高精度にかつ低コストで作製することが可能になる。実施形態の塗布装置およびそれを用いた塗布方法は、上述した有機薄膜太陽電池モジュールの有機活性層の形成工程に限らず、電子輸送層や正孔輸送層の形成工程、第１電極層や第２電極層の形成工程等、塗布法を適用する形成工程に適用可能である。さらに、有機薄膜太陽電池モジュールの製造工程に限らす、活性層に有機−無機ハイブリット構造を有するペロブスカイト半導体薄膜を用いたペロブスカイト太陽電池、ペロブスカイト半導体薄膜と有機半導体薄膜とを組み合わせた太陽電池等の製造工程に適用することができる。例えば、活性層に用いられるペロブスカイト半導体としては、（ＣＨ３ＮＨ３）ＢＸ３（ＢはＰｂやＳｎ等の金属原子、ＸはＩ、Ｂｒ、Ｃｌ等のハロゲン元素である）が知られている。
By applying the coating apparatus of the embodiment and the coating method using the coating apparatus, the organic thin film
実施形態の塗布装置および塗布方法は、太陽電池の製造工程に限らず、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）方式の照明やディスプレイのように、図１５に示したような多連短冊状のパターン塗布が有用となる技術全般に適用することができる。多連でなく、１本の短冊状のパターン塗布が有用となる技術全般に対しても適用することができる。さらに、塗膜の短手方向（ｘ）の幅や長手方向（ｙ）に対する厚さを塗布開始位置ＳＰから塗布終了位置ＥＰまで一定に保つのではなく、むしろ連続的または断続的に変化させる場合にも、実施形態の塗布装置および塗布方法を適用することができる。例えば、基板と塗布ヘッドとの間隙距離が徐々に広くなるように制御することで、短手方向（ｘ）の幅が徐々に狭くなる形、すなわち三角形の塗膜を得ることができる。 The coating apparatus and the coating method of the embodiment are not limited to the manufacturing process of the solar cell, and for example, multiple strip-like pattern coating as shown in FIG. 15 is used like an organic EL (electroluminescence) type illumination or display. It can be applied to all useful technologies. The present invention can be applied not only to multiples but also to all technologies that make it useful to apply a single strip pattern. Furthermore, the width of the coating film in the short direction (x) and the thickness in the longitudinal direction (y) are not kept constant from the coating start position SP to the coating end position EP, but rather are changed continuously or intermittently. In addition, the coating apparatus and the coating method of the embodiment can be applied. For example, by controlling the gap distance between the substrate and the coating head to be gradually increased, a shape in which the width in the short direction (x) is gradually reduced, that is, a triangular coating film can be obtained.
次に、実施例およびその評価結果について述べる。 Next, examples and evaluation results thereof will be described.
（実施例１）
実施例１では、図３に示した塗布装置２０を用いて、以下のようにして塗布材料の塗布工程を実施した。まず、直径が１６ｍｍ、長さが３０２．４ｍｍのＳＵＳ３０３製の円柱体の外周面に、幅が１．２ｍｍの溝を均等間隔に２２個形成することによって、２３個の塗布領域（幅：１２ｍｍ）を有する塗布ヘッドを製作した。
Example 1
In Example 1, the coating material coating step was performed as follows using the
モノクロロベンゼン１ｍＬに、８ｍｇのＰＴＢ７（［ポリ｛４，８−ビス［（２−エチルヘキシル）オキシ］ベンゾ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ジチオフェン−２，６−ジイル−１ｔ−ａｌｔ−３−フルオロ−２−［（２−エチルヘキシル）カルボニル］チエノ［３，４−ｂ］チオフェン−４，６−ジイル｝］／ｐ型半導体）と、１２ｍｇのＰＣ７０ＢＭ（［６，６］フェニルＣ７１ブチル酸メチルエスター／ｎ型半導体）とを分散させることによって、有機活性層の形成材料である塗布液を調製した。 To 1 mL of monochlorobenzene, 8 mg of PTB7 ([poly {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene-2,6-diyl-1t- alt-3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophene-4,6-diyl}] / p-type semiconductor) and 12 mg of PC70BM ([6,6] phenyl) (C71 methyl butyrate ester / n-type semiconductor) was dispersed to prepare a coating solution as a material for forming the organic active layer.
塗布液供給機構には、シリンジポンプを用いた。シリンジポンプは、２３個の塗布領域のそれぞれに設置した。バレルはガラス製で、ニードルはステンレス製である。塗布対象物としては、ＰＥＴ基板の塗布面側にＩＴＯを設けた基板を使用した。ロール状のＰＥＴ基板のうち、２７０ｍｍを塗布対象領域とした。塗布ヘッドをＰＥＴ基板との間隙距離が０．９５０ｍｍとなるように、塗布ヘッドを配置した。塗布ヘッドの各塗布領域に、それぞれ５５μＬの塗布液を供給してメニスカス柱を形成した。ＰＥＴ基板の角度と間隙距離を図１６に示したように制御しながら、ＰＥＴ基板上に塗布液を塗布することによって、多連短冊状パターンを有する塗膜を得た。ＰＥＴ基板の移動速度は８．２０ｍｍ／ｓで一定とした。得られた塗膜の塗布幅は１２．８０±０．０５ｍｍで、塗布厚は１０５±１２ｎｍであり、多連短冊状の塗膜を高精度に形成できることが確認された。 A syringe pump was used for the coating liquid supply mechanism. The syringe pump was installed in each of the 23 application areas. The barrel is made of glass and the needle is made of stainless steel. As the coating object, a substrate provided with ITO on the coated surface side of the PET substrate was used. Of the roll-shaped PET substrate, 270 mm was set as the application target region. The coating head was arranged so that the gap distance between the coating head and the PET substrate was 0.950 mm. A meniscus column was formed by supplying 55 μL of the coating solution to each coating region of the coating head. While controlling the angle and gap distance of the PET substrate as shown in FIG. 16, the coating liquid was applied onto the PET substrate to obtain a coating film having a multiple strip pattern. The moving speed of the PET substrate was constant at 8.20 mm / s. The coating width of the obtained coating film was 12.80 ± 0.05 mm and the coating thickness was 105 ± 12 nm, and it was confirmed that a multiple strip-shaped coating film can be formed with high accuracy.
（実施例２）
実施例２では、図７に示した塗布装置５０を用いて塗布材料の塗布工程を実施した。実施例２においては、ＩＴＯ付きＰＥＴ基板の移動速度と間隙距離を図１７に示したように制御しながら、実施例１と同様にＰＥＴ基板上に塗布液を塗布した。得られた塗膜の塗布幅は１２．８０±０．０３ｍｍで、塗布厚は９８±３ｎｍであり、多連短冊状パターンを有する塗膜を高精度に形成できることが確認された。
(Example 2)
In Example 2, the coating material coating step was performed using the
（比較例１）
塗布開始時から塗布終了時まで、間隙距離を０．９５０ｍｍで一定とし、かつＩＴＯ付きＰＥＴ基板の移動速度は８．２０ｍｍ／ｓで一定とする以外は、実施例２と同様にしてＰＥＴ基板上に塗布液を塗布した。得られた塗膜は、塗布開始位置から約１００ｍｍのあたりから肉眼で確認できる程度に塗布幅が細り始め、また同時に塗布厚が薄くなり始めた。塗布対象領域の終了位置では、塗膜はまったく形成されていなかった。
(Comparative Example 1)
From the start of application to the end of application, the gap distance is constant at 0.950 mm, and the moving speed of the ITO-attached PET substrate is constant at 8.20 mm / s. The coating solution was applied to The obtained coating film started to become thin enough to be confirmed with the naked eye from about 100 mm from the application start position, and at the same time, the application thickness started to become thin. No coating film was formed at the end position of the application target area.
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１，２０，３０，４０，５０，６０…塗布装置、２…基板、３…塗布材料、４…塗布ヘッド、５…供給機構、６…ヘッド本体、８…塗布領域、９…シリンジポンプ、１０…間隙、１１…メニスカス柱、１２…塗膜、２１，６１…搬送ローラ、２２，６２…バックアップローラ、２３，３１，４１，５１…塗布ヘッド移動機構、２４，３５，４５，５４…制御機構、３２，４２，５３…ステージ、３４…ステージ駆動機構、４３…ステージ傾斜駆動機構、４４，５３…ステージ移動機構。
DESCRIPTION OF
実施形態の塗布方法は、塗布ヘッドを塗布対象物の塗布面上に所定の間隙を持って配置する工程と、塗布ヘッドと塗布面との間に塗布材料のメニスカス柱を形成する工程と、塗布ヘッドおよび前記塗布対象物の少なくとも一方を、間隙の距離を連続的にまたは断続的に減少させつつ移動させ、メニスカス柱から前記塗布材料を前記塗布面に塗布する工程とを具備する。 The coating method according to the embodiment includes a step of disposing a coating head on a coating surface of a coating object with a predetermined gap, a step of forming a meniscus column of a coating material between the coating head and the coating surface, and coating Moving at least one of the head and the object to be coated while continuously or intermittently decreasing the distance of the gap, and applying the coating material from the meniscus column to the coating surface.
Claims (12)
前記塗布ヘッドと前記塗布面との間に塗布材料のメニスカス柱を形成する工程と、
前記塗布ヘッドおよび前記塗布対象物の少なくとも一方を、前記間隙の距離を連続的にまたは断続的に変化させつつ移動させ、前記メニスカス柱から前記塗布材料を前記塗布面に塗布する工程と
を具備する塗布方法。 Arranging the application head on the application surface of the application object with a predetermined gap;
Forming a meniscus column of a coating material between the coating head and the coating surface;
Moving at least one of the coating head and the coating object while changing the distance of the gap continuously or intermittently, and coating the coating material onto the coating surface from the meniscus column. Application method.
前記塗布ヘッドと前記塗布面との間に塗布材料のメニスカス柱を形成するように、前記塗布材料を供給する供給機構と、
前記メニスカス柱から前記塗布材料を前記塗布面に塗布するように、前記塗布ヘッドおよび前記塗布対象物の少なくとも一方を移動させる第１の移動機構と、
前記塗布ヘッドと前記塗布面との間隙を変化させるように、前記塗布ヘッドおよび前記塗布対象物の少なくとも一方を移動させる第２の移動機構と、
前記塗布ヘッドおよび前記塗布対象物の少なくとも一方の移動時に、前記間隙が連続的にまたは断続的に変化するように、少なくとも前記第２の移動機構の動作を制御する制御機構と
を具備する塗布装置。 An application head arranged with a predetermined gap on the application surface of the application object;
A supply mechanism for supplying the coating material so as to form a meniscus column of the coating material between the coating head and the coating surface;
A first moving mechanism that moves at least one of the application head and the application object so as to apply the application material from the meniscus column to the application surface;
A second moving mechanism for moving at least one of the coating head and the coating object so as to change a gap between the coating head and the coating surface;
And a control mechanism that controls at least the operation of the second moving mechanism so that the gap changes continuously or intermittently when at least one of the coating head and the coating object moves. .
前記制御機構は、前記間隙の減少に同調させて、前記塗布面の角度が相対的に変化するように、少なくとも前記第２の移動機構および前記傾斜機構の動作を制御する、請求項８に記載の塗布装置。 Furthermore, it comprises a tilting mechanism for tilting the application object,
The control mechanism controls at least the operations of the second moving mechanism and the tilt mechanism so that the angle of the application surface changes relatively in synchronization with the decrease in the gap. Coating device.
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