JP2017135379A - Transparent electrode, electronic device, and method of manufacturing the electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、透明電極、電子デバイス、および電子デバイスの製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a transparent electrode, an electronic device, and a method for manufacturing the electronic device.
近年エネルギーの消費量が増加してきており、地球温暖化対策として従来の化石エネルギーに代わる代替エネルギーの需要が高まっている。このような代替エネルギーのソースとして太陽電池に着目が集まっており、その開発が進められている。太陽電池は、種々の用途への応用が検討されているが、多様な設置場所に対応するために太陽電池のフレキシブル化と耐久性が特に重要となっている。最も基本的な単結晶シリコン系太陽電池はコストが高くフレキシブル化が困難であり、昨今注目されているペロブスカイト太陽電池は耐久性の点で改良の余地がある。 In recent years, energy consumption has increased, and demand for alternative energy to replace conventional fossil energy as a countermeasure against global warming is increasing. Attention has been focused on solar cells as a source of such alternative energy, and its development is underway. Solar cells have been studied for application to various uses, but the flexibility and durability of solar cells are particularly important in order to deal with various installation locations. The most basic single crystal silicon-based solar cell is expensive and difficult to be flexible, and the perovskite solar cell that has attracted attention recently has room for improvement in terms of durability.
このような太陽電池の他、有機EL素子、光センサーといった光電変換素子について、フレキシブル化および耐久性改良を目的とした検討が行われている。このような素子には透明陽電極としては通常ITO膜が用いられている。しかしながら、これらの素子に関して、貼りあわせ接着層や陽極バッファとして一般的に用いられるPEDOT・PSSは、強酸であるPSSを放出する。放出されたPSSは拡散して、光電変換層やITOを劣化させることがある。また、透明電極として、低抵抗、かつ高透明性であるITO/Ag/ITOが用いられることがある。このような電極をPEDOT・PSS層を有する素子に用いた検討例はあるが(たとえば特許文献1)、アモルファスITO(以下、a−ITOということがある)や銀は酸やハロゲンによって劣化する傾向が強い。またpH安定性に優れた自己ドープ型透明導電性ポリマーは知られているが(たとえば特許文献2)帯電防止等に用いられる例が示されている。 In addition to such solar cells, studies have been made on photoelectric conversion elements such as organic EL elements and photosensors for the purpose of making them flexible and improving their durability. In such an element, an ITO film is usually used as a transparent positive electrode. However, regarding these elements, PEDOT / PSS generally used as a bonding adhesive layer or an anode buffer releases PSS which is a strong acid. The released PSS may diffuse and deteriorate the photoelectric conversion layer and ITO. Moreover, ITO / Ag / ITO which is low resistance and high transparency may be used as a transparent electrode. Although there is an examination example using such an electrode for an element having a PEDOT / PSS layer (for example, Patent Document 1), amorphous ITO (hereinafter sometimes referred to as a-ITO) and silver tend to be deteriorated by acid or halogen. Is strong. In addition, self-doped transparent conductive polymers having excellent pH stability are known (for example, Patent Document 2), but an example used for antistatics is shown.
本実施形態は、上記のような課題に鑑みて、化学的に安定で低抵抗かつ高透過率の透明電極および電子デバイスおよび電子デバイスの製造方法を提供しようとするものである。 The present embodiment is intended to provide a chemically stable, low-resistance, and high-transparency transparent electrode, an electronic device, and a method for manufacturing the electronic device in view of the above problems.
実施形態による透明電極は、
アモルファス無機酸化物を含有する導電層と、
前記導電層の上に形成された、ブレンステッド酸のアニオンと局在化されたカチオンとを側鎖に有する自己ドープ型導電性ポリマーを含有する膜、窒素原子を含有するグラフェン膜、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される遮蔽層と、
を具備することを特徴とするものである。
The transparent electrode according to the embodiment is
A conductive layer containing an amorphous inorganic oxide;
A film containing a self-doped conductive polymer having a Bronsted acid anion and a localized cation in a side chain, a graphene film containing a nitrogen atom, and a film of these, formed on the conductive layer; A shielding layer selected from the group consisting of combinations;
It is characterized by comprising.
また、実施形態による電子デバイスは、陽極と陰極と光電変換層とを具備し、前記陽極、前記陰極、または前記陽極および前記陰極の両方が、前記の透明電極であることを特徴とするものである。 The electronic device according to the embodiment includes an anode, a cathode, and a photoelectric conversion layer, and the anode, the cathode, or both the anode and the cathode are the transparent electrodes. is there.
さらに実施形態による電子デバイスの製造方法は、
アモルファス無機酸化物を含有する導電層を用意する工程と、
ブレンステッド酸のアニオンと局在化されたカチオンとを側鎖に有する自己ドープ型導電性ポリマーを含有する膜、窒素原子を含有するグラフェン膜、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される遮蔽層を用意する工程と、
光電変換層を用意する工程と、
対向電極を用意する工程と、
前記の各層を接合させる工程と
を含むことを特徴とするものである。
Furthermore, an electronic device manufacturing method according to the embodiment includes:
Preparing a conductive layer containing an amorphous inorganic oxide;
A shielding layer selected from the group consisting of a film containing a self-doped conductive polymer having an anion of Bronsted acid and a localized cation in the side chain, a graphene film containing a nitrogen atom, and a combination thereof A process of preparing
Preparing a photoelectric conversion layer;
Preparing a counter electrode;
And a step of bonding the respective layers.
以下実施形態を詳細に説明する。 Embodiments will be described in detail below.
[実施形態1]
まず、図1を用いて、第1の実施形態に係る透明電極の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る透明電極10の構成概略図である。この透明電極は、導電層12上に遮蔽層13が設置されている。
[Embodiment 1]
First, the configuration of the transparent electrode according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
実施形態にかかる透明電極は、導電層12と遮蔽層13とを具備しているものであるが、さらに透明基板11を具備していてもよい。透明基板を具備することで、透明基板上に導電層12および遮蔽層13を順次形成させることが容易になる。また、透明基板を用いることで、この透明電極を太陽電池などの電子デバイスに用いる場合に、この透明電極が設置されている側の面を受光面とすることができる。このような透明基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート(以下、PETという)、ポリエチレンナフタレート(以下、PENという)などの樹脂材料が挙げられる。
The transparent electrode according to the embodiment includes the
なお、太陽電池などの電子デバイスにおいて、陽極および陰極のいずれか一方に透明電極を用いる場合には、それに対向する対向電極には不透明な樹脂や金属を含む不透明基板を用いることもできる。このときの受光面は、透明基板が設置されている側の面が受光面となる。 Note that, in an electronic device such as a solar cell, when a transparent electrode is used for either the anode or the cathode, an opaque substrate containing an opaque resin or metal can be used as the counter electrode facing the anode. In this case, the light receiving surface is the light receiving surface on the side where the transparent substrate is installed.
導電層12は、アモルファス無機酸化物を含有する導電層である。この層は、一般的に用いられている電極と同様に導電性の高いものである。
The
アモルファス無機酸化物としては、一般的に知られている任意のものから選択することができる。具体的には、インジウムドープスズ酸化物(Indium doped tin Oxide、ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(Fluorine doped tin oxide、FTO)、ZnO等が挙げられる。これらのアモルファス無機酸化物は、膜としたときに透明性の高いものが好ましい。 As an amorphous inorganic oxide, it can select from the generally known arbitrary things. Specific examples include indium doped tin oxide (ITO), fluorine doped tin oxide (FTO), and ZnO. These amorphous inorganic oxides are preferably highly transparent when used as a film.
導電層は、上記のアモルファス無機酸化物のみから構成されるものであってもよいが、必要に応じて、金属などの導電性の高い材料と組み合わせたものであってもよい。組み合わせる方法は特に限定されないが、例えばアモルファス無機酸化物を含有する膜に、金属の薄膜を積層する方法が好ましい。金属としては、銀または銀合金が好ましい。合金の具体例としては、銀−パラジウム、銀−金、銀−スズ等が挙げられる。アモルファス無機酸化物を含有する膜と金属薄膜との積層順序は特に限定されないが、金属薄膜が、無機酸化物膜に挟まれる構造であることが好ましい。具体的には、ITO/銀合金/ITO、FTO/銀合金/FTO、ZnO/銀合金/ZnO等の構造が好ましい。 The conductive layer may be composed of only the above amorphous inorganic oxide, but may be combined with a highly conductive material such as a metal as necessary. The method of combining is not particularly limited, but for example, a method of laminating a metal thin film on a film containing an amorphous inorganic oxide is preferable. As the metal, silver or a silver alloy is preferable. Specific examples of the alloy include silver-palladium, silver-gold, and silver-tin. The order of stacking the amorphous inorganic oxide-containing film and the metal thin film is not particularly limited, but a structure in which the metal thin film is sandwiched between the inorganic oxide films is preferable. Specifically, ITO / silver alloy / ITO, FTO / silver alloy / FTO, ZnO / silver alloy / ZnO, and the like are preferable.
遮蔽層13は、
(i)ブレンステッド酸のアニオンと局在化されたカチオンとを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマーを含有する膜(以下、ポリマー膜という)、
(ii)窒素原子を含有するグラフェン膜(以下、N−グラフェン膜という)、および
(iii)(i)および(ii)の組み合わせ
からなる群から選択される。この遮蔽層は、導電性および透明性を維持しながら、光電変換層やバッファ層から導電層への、酸やハロゲンなどの有害物質の移動を阻害する作用を有する。
The
(I) a film containing a self-doped conductive polymer containing an anion of Bronsted acid and a localized cation in the side chain (hereinafter referred to as a polymer film);
(Ii) selected from the group consisting of a graphene film containing nitrogen atoms (hereinafter referred to as N-graphene film) and a combination of (iii) (i) and (ii). This shielding layer has the effect of inhibiting the transfer of harmful substances such as acids and halogens from the photoelectric conversion layer and the buffer layer to the conductive layer while maintaining conductivity and transparency.
実施形態において、ポリマー膜に含まれる自己ドープ型導電性ポリマーとは、ブレンステッド酸基がπ電子共役系ポリマーに共役結合されており、そのポリマー自体が導電性を示すものである。実施形態においてはこのブレンステッド酸基が、ブレンステッド酸のアニオンと、それにイオン結合しているカチオンとの組み合わせである。このブレンステッド酸基はポリマーの側鎖に結合している。このような自己ドープ型導電性ポリマーの主鎖構造の例としては、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレンが挙げられる。そして、そのポリマーに組み合わされるブレンステッド酸の例としては、スルホン酸、カルボン酸、リン酸、ホウ酸等がある。 In the embodiment, the self-doped conductive polymer contained in the polymer film is one in which a Bronsted acid group is conjugatedly bonded to a π-electron conjugated polymer, and the polymer itself exhibits conductivity. In the embodiment, the Bronsted acid group is a combination of an anion of Bronsted acid and a cation ionically bonded thereto. This Bronsted acid group is bonded to the side chain of the polymer. Examples of the main chain structure of such a self-doped conductive polymer include polythiophene, polyaniline, polypyrrole, polyphenylene, and polyphenylene vinylene. Examples of the Bronsted acid combined with the polymer include sulfonic acid, carboxylic acid, phosphoric acid, and boric acid.
このような主鎖構造とブレンステッド酸との組み合わせは、目的に応じて任意に選択することができるが、例えば、下記式(I)で表されるポリチオフェン、下記式(II)で表されるポリアニリン、下記式(III)で表されるポリピロールが挙げられる。
好ましいポリマーの具体例として、以下の構造を有するものを挙げることができる。ここではすべて酸型の構造として示している。
これらの式中、n、n’、およびmは1以上の数である。 In these formulas, n, n ', and m are numbers of 1 or more.
これらの中では式(I)、特に、(Ia)〜(Id)で表されるポリチオフェンが低抵抗であり、また化学的に安定であることから好ましい。ブレンステッド酸としてはスルホン酸がドーピングの効果が最も高く好ましい。これらのポリマーには、実施形態の効果を損なわない限り、ブレンステッド酸基以外の任意の置換基が結合していてもよい。例えば、アルキル基やエーテル基はポリマーの溶解性を高めることから好ましい。ブレンステッド酸基はポリマーの側鎖であるアルキル基もしくはアリール基に結合してもよいが,アルキル基に結合しているのが安定性の観点から好ましい。 Among these, polythiophene represented by the formula (I), in particular, (Ia) to (Id) is preferable because of its low resistance and chemical stability. As the Bronsted acid, sulfonic acid is preferable because it has the highest doping effect. Any substituent other than the Bronsted acid group may be bonded to these polymers as long as the effects of the embodiments are not impaired. For example, an alkyl group or an ether group is preferable because it increases the solubility of the polymer. The Bronsted acid group may be bonded to an alkyl group or aryl group which is a side chain of the polymer, but it is preferable to bond to the alkyl group from the viewpoint of stability.
ブレンステッド酸アニオンと局在化されたカチオンを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマーの場合、フリーのブレンステッド酸が少ないため、導電層(アモルファス無機酸化物含有膜または金属薄膜)への酸の拡散が少なく、導電層の酸による劣化を防ぐことができる。また自己ドープ型導電性ポリマーのブレンステッド酸アニオンが陰イオンとして存在しており、光電変換層に含まれるハロゲンイオン等の陰イオンが導電層へ拡散することを防ぐことができる。これによって、導電層の劣化が防がれる。また、デバイスの導電層側から、光電変換層へ陰イオン等が進入することを防ぐことも可能となる。そのため有機太陽電池(以下、OPVという)やペロブスカイト太陽電池等の太陽電池、各種光センサーなどの電子デバイスの耐久性を向上することができる。 In the case of a self-doped conductive polymer containing a Bronsted acid anion and a localized cation in the side chain, since there is little free Bronsted acid, the conductive layer (amorphous inorganic oxide-containing film or metal thin film) There is little diffusion of acid, and deterioration of the conductive layer due to acid can be prevented. In addition, the Bronsted acid anion of the self-doped conductive polymer is present as an anion, and an anion such as a halogen ion contained in the photoelectric conversion layer can be prevented from diffusing into the conductive layer. Thereby, deterioration of the conductive layer is prevented. It is also possible to prevent anions and the like from entering the photoelectric conversion layer from the conductive layer side of the device. Therefore, durability of electronic devices such as organic solar cells (hereinafter referred to as OPV), solar cells such as perovskite solar cells, and various optical sensors can be improved.
局在化されたカチオンとしてはアルカリ金属イオン、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオンが好ましい。アンモニウムイオン、ホスホニウムイオンとしては4級アンモニウムイオン、4級ホスホニウムイオンがさらに好ましい。 The localized cation is preferably an alkali metal ion, ammonium ion, or phosphonium ion. As ammonium ions and phosphonium ions, quaternary ammonium ions and quaternary phosphonium ions are more preferred.
このポリマー層には、ポリオール化合物または酸化グラフェンをさらに含んでいることが好ましい。これらの化合物がポリマー層中に存在することで、隣接する層との接着性が改良されるためである。 This polymer layer preferably further contains a polyol compound or graphene oxide. This is because the presence of these compounds in the polymer layer improves the adhesion with adjacent layers.
N−グラフェン膜は、炭素のみからなるグラフェン膜を構成する炭素の一部が窒素原子で置換された、平面状の膜である。N−グラフェン膜は、単層構造であっても、多層構造であってもよい。 The N-graphene film is a planar film in which a part of carbon constituting the graphene film made of only carbon is substituted with nitrogen atoms. The N-graphene film may have a single layer structure or a multilayer structure.
実施形態によるN−グラフェン膜の窒素の含有量(N/C原子比)はX線光電子スペクトル(XPS)で測定することができ、0.1〜30atom%であることが好ましく、1〜10atom%であることがより好ましい。 The nitrogen content (N / C atomic ratio) of the N-graphene film according to the embodiment can be measured by an X-ray photoelectron spectrum (XPS), preferably 0.1 to 30 atom%, and 1 to 10 atom%. It is more preferable that
このようなN−グラフェン膜は遮蔽効果が高く、酸やハロゲンイオンの拡散を防ぐことによりアモルファス酸化物や銀合金を含む電極の劣化を防ぎ、外部からの不純物の光電変換層への侵入をふせぐことができる。さらにN−グラフェン膜は窒素原子を含んでいることから酸に対するトラップ能も高いので、遮蔽効果はより高いものとなっている。 Such an N-graphene film has a high shielding effect, prevents the deterioration of the electrode containing amorphous oxide and silver alloy by preventing the diffusion of acid and halogen ions, and prevents the entry of impurities from the outside into the photoelectric conversion layer. be able to. Furthermore, since the N-graphene film contains nitrogen atoms, it has a high ability to trap acid, so that the shielding effect is higher.
なお、遮蔽膜は、N−グラフェン膜とポリマー膜とを組み合わせた積層構造を有していてもよい。これらを積層することによりさらに電極の劣化を防ぐことができる。この場合にはN−グラフェン膜が透明導電膜12側にあることが好ましい。これは、N−グラフェン層が、ポリマー膜中に残存するフリーのブレンステッド酸が導電層へ拡散することを防ぐことができるからである。
Note that the shielding film may have a stacked structure in which an N-graphene film and a polymer film are combined. By laminating these, electrode deterioration can be further prevented. In this case, the N-graphene film is preferably on the transparent
実施形態による透明電極が基板を具備する場合には、目的に応じて基板の種類が選択される。例えば、透明基板としては、ガラスなどの無機材料、PET、PEN、ポリカーボネート、PMMAなどの有機材料が用いられる。特に、柔軟性のある有機材料を用いると、実施形態による透明電極が柔軟性に富むものになるので好ましい。 When the transparent electrode according to the embodiment includes a substrate, the type of the substrate is selected according to the purpose. For example, as the transparent substrate, an inorganic material such as glass, or an organic material such as PET, PEN, polycarbonate, or PMMA is used. In particular, the use of a flexible organic material is preferable because the transparent electrode according to the embodiment is rich in flexibility.
また、実施形態による透明電極は、バッファ層やブルッカイト酸化チタン層(詳細後述)をさらに具備することもできる。これらの層は、実施形態による透明電極が電子デバイスに組み込まれた際に、光電変換層などから移動してくるハロゲンなどによって導電層が劣化することを防ぐ作用を奏する。 In addition, the transparent electrode according to the embodiment may further include a buffer layer and a brookite titanium oxide layer (described later in detail). These layers have an effect of preventing the conductive layer from being deteriorated by halogen or the like moving from the photoelectric conversion layer or the like when the transparent electrode according to the embodiment is incorporated into an electronic device.
[実施形態2]
図2を用いて、第2の実施形態に係る光電変換素子の構成について説明する。図2は、本実施形態に係る太陽電池セル20(光電変換素子)の構成概略図である。太陽電池セル20は、このセルに入射してきた太陽光等の光の光エネルギーを電力に変換する太陽電池としての機能を有する素子である。太陽電池セル20は、透明電極21の表面に設けられた光電変換層22と、光電変換層22の透明電極21の反対側面に設けられた対向電極23とを具備している。
[Embodiment 2]
The configuration of the photoelectric conversion element according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a solar battery cell 20 (photoelectric conversion element) according to the present embodiment. The
ここで透明電極21は実施形態1で示されたものと同様である。すなわち、アモルファス無機酸化物を含有する導電層と、ポリマー膜、N−グラフェン膜、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される遮蔽層とを有している。
Here, the
光電変換層22は、入射してきた光の光エネルギーを電力に変換して電流を発生させる半導体層である。光電変換層22は、一般に、p型の半導体層とn型の半導体層とを具備している。光電変換層としてはp型ポリマーとn型材料との積層体、RNH3PbX3(Xはハロゲンイオン、Rはアルキル基等)、CIGSなどの化合物半導体等がある。
The
また光電変換層22として、シリコン半導体や、InGaAsやGaAsやカルコパイライト系やCdTe系やInP系やSiGe系などの無機化合物半導体、量子ドット含有型、さらには色素増感型の透明半導体を用いてもよい。いずれの場合も効率が高く、より出力の劣化を小さくできる。
As the
遮蔽層の材料として自己ドープ型導電性ポリマーを用い、かつ光電変換層に陽イオンが含まれる場合、ポリマー中に含まれる局在化されたカチオンは、光電変換層に含まれる陽イオンと同じ陽イオンであることが好ましい。例えばCH3NH3PbX3を含む光電変換層であれば局在化されたカチオンはメチルアンモニウムイオンが好ましい。 When a self-doped conductive polymer is used as the material of the shielding layer and the cation is contained in the photoelectric conversion layer, the localized cation contained in the polymer is the same as the cation contained in the photoelectric conversion layer. It is preferable that it is an ion. For example, if the photoelectric conversion layer contains CH 3 NH 3 PbX 3 , the localized cation is preferably a methylammonium ion.
光電変換層22と透明電極21の間には電荷注入を促進もしくはブロックするためにバッファ層24が挿入されていてもよい。
A
対向電極23は通常は金属電極であるが、実施形態による透明電極を用いてもよい。対向電極23と光電変換層22の間には電荷注入を促進もしくはブロックするためにバッファ層25が挿入されていてもよい。
The
遮蔽層として自己ドープ型導電性ポリマー層を用いる場合には、透明電極21が陽極となる構成が好ましい。
When a self-doped conductive polymer layer is used as the shielding layer, a configuration in which the
遮蔽層としてN−グラフェン膜を用いる場合には、透明電極21は陽極および陰極にもすることができる。ただし、陽極となる透明電極に、遮蔽層としてN−グラフェン膜を用いる場合には、N−グラフェン膜と光電変換層22との間にイオン化ポテンシャルを大きくするバッファ層を設置することが好ましい。このようなバッファ層としては例えばバナジウム酸化物、PEDOT/PSS、p型ポリマー、五酸化バナジウム(V2O5)、2,2’,7,7’−Tetrakis[N,N−di(4−methoxyphenyl)amino]−9,9’− spirobifluorene(以下、Spiro−OMeTADという)、酸化ニッケル(NiO)、三酸化タングステン(WO3)、三酸化モリブデン(MoO3)等からなる層を用いることができる。
When an N-graphene film is used as the shielding layer, the
一方、陰極となる透明電極に、遮蔽層としてN−グラフェン膜を用いる場合には、N−グラフェン層と光電変換層22との間に仕事関数を小さくするバッファ層24を設置することが好ましい。このようなバッファ層としてはフッ化リチウム(LiF)、カルシウム(Ca)、6,6’−フェニル−C61−ブチル酸メチルエステル(6,6’−phenyl−C61−butyric acid methyl ester、C60−PCBM)、6,6’−フェニル−C71−ブチル酸メチルエステル(6,6’−phenyl−C71−butyric acid methyl ester、以下C70−PCBMという)、インデン−C60ビス付加体(Indene−C60 bisadduct、以下、ICBAという)、炭酸セシウム(Cs2CO3)、二酸化チタン(TiO2)、poly[(9,9−bis(3’−(N,N−dimethylamino)propyl)−2,7−fluorene)−alt−2,7−(9,9−dioctyl− fluorene)](以下、PFNという)、バソクプロイン(Bathocuproine、以下BCPという)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化亜鉛(ZnO)、ポリエチンイミン等からなる層を用いることができる。
On the other hand, when an N-graphene film is used as the shielding layer for the transparent electrode serving as the cathode, it is preferable to provide a
なお、遮蔽層に代えて、あるいは、遮蔽層と光電変換層との間に、ブルッカイト型酸化チタン層を設けることができる。酸化チタンには、ルチル型、アナターゼ型、およびブルッカイト型の3種類の結晶構造があることが知られている。実施形態においては、このうちブルッカイト型酸化チタンを含む層を用いることが好ましい。このブルッカイト型酸化チタン層は、光電変換層から導電層へのハロゲンの移動、および導電層から光電変換層への金属イオンの移動を抑制する効果を奏する。このため、電極や電子デバイスの長寿命化が可能となる。このようなブルッカイト型酸化チタン層は、ブルッカイト型酸化チタンのナノ粒子、具体的には平均粒子径が5〜30nmの粒子からなるものが好ましい。ここで、平均粒子径は粒度分布測定装置により測定した。このようなブルッカイト型ナノ粒子は、例えば高純度化学研究所などから市販されている。 Note that a brookite-type titanium oxide layer can be provided instead of the shielding layer or between the shielding layer and the photoelectric conversion layer. Titanium oxide is known to have three types of crystal structures: rutile, anatase, and brookite. In the embodiment, it is preferable to use a layer containing brookite type titanium oxide. This brookite-type titanium oxide layer has an effect of suppressing the movement of halogen from the photoelectric conversion layer to the conductive layer and the movement of metal ions from the conductive layer to the photoelectric conversion layer. For this reason, the lifetime of an electrode or an electronic device can be extended. Such a brookite-type titanium oxide layer is preferably composed of brookite-type titanium oxide nanoparticles, specifically, particles having an average particle diameter of 5 to 30 nm. Here, the average particle diameter was measured with a particle size distribution measuring device. Such brookite-type nanoparticles are commercially available from, for example, High-Purity Chemical Laboratory.
対向電極23して、透明電極21と同様の構造を有する電極を用いてもよい。また、対向電極23として、無置換の平面状の単層グラフェンを含有していてもよい。無置換の単層グラフェンは、メタン、水素、アルゴンを反応ガスとして銅箔を下地触媒層としたCVD法により作製することができる。たとえば熱転写フィルムと単層グラフェンを圧着した後、銅を溶解して、単層グラフェンを熱転写フィルム上に転写する。同様の操作を繰り返すことに複数の単層グラフェンを熱転写フィルム上に積層することができ、2〜4層のグラフェン層を作製する。この膜に銀ペースト等を用いて集電用の金属配線を印刷することで対向電極とすることができる。無置換のグラフェンの代わりに、一部の炭素がホウ素で置換されたグラフェンを用いてもよい。ホウ素置換グラフェンはBH3、メタン、水素、アルゴンを反応ガスとして同様に作製できる。これらのグラフェンは熱転写フィルムからPET等の適当な基板上に転写することもできる。
As the
またこれらの単層もしくは多層グラフェンに電子ドナー分子として3級アミンをドーピングしてもよい。このようなグラフェン膜からなる電極も透明電極として機能する。 Further, these single layer or multilayer graphene may be doped with a tertiary amine as an electron donor molecule. An electrode made of such a graphene film also functions as a transparent electrode.
対向電極23上に正孔注入層25として例えばポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)・ポリ(スチレンスルホン酸)複合体(PEDOT・PSS)膜を形成してもよい。この膜は、例えば50nmの厚さとすることができる。
For example, a poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (styrenesulfonic acid) composite (PEDOT / PSS) film may be formed on the
実施形態による太陽電池セルは、両面を透明電極に挟まれた構造とすることができる。
このような構造を有する太陽電池は、両面からの光を効率よく利用することができる。エネルギー変換効率は一般に5%以上であり、長期間安定でフレキシブルであるという特徴を有する。
The solar battery cell according to the embodiment can have a structure in which both surfaces are sandwiched between transparent electrodes.
The solar cell having such a structure can efficiently use light from both sides. The energy conversion efficiency is generally 5% or more, and is characterized by long-term stability and flexibility.
また、対向電極23としてグラフェン膜の代わりに、ITOガラス透明電極を用いることができる。この場合には、太陽電池のフレキシビリティは犠牲になるが高効率で光エネルギーを利用することができる。また、金属電極としてステンレスや銅、チタン、ニッケル、クロム、タングステン、金、銀、モリブデン、すず、亜鉛等を用いてもよい。この場合には、透明性が低下する傾向にある。
Moreover, an ITO glass transparent electrode can be used as the
なお、本実施形態の太陽電池セルは光センサーとしても使用できる。グラフェン薄膜は可視光から赤外領域が透明であるので、赤外領域に感度を有する光電変化層を用いると赤外線センサーとしても利用できる。 In addition, the photovoltaic cell of this embodiment can be used also as an optical sensor. Since the graphene thin film is transparent from visible light to the infrared region, it can be used as an infrared sensor by using a photoelectric change layer having sensitivity in the infrared region.
[実施形態3]
まず、図3を用いて、第3の実施形態に係る光電変換素子の構成について説明する。図3は、本実施形態に係る有機EL素子30(光電変換素子)の構成概略図である。有機EL素子30は、この素子に入力された電気エネルギーを光に変換する発光素子としての機能を有する素子である。有機EL素子30は、透明電極31の表面に設けられた光電変換層(発光層)32と、光電変換層32の透明電極31の反対側面に設けられた対向電極33とを具備している。
[Embodiment 3]
First, the configuration of the photoelectric conversion element according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the organic EL element 30 (photoelectric conversion element) according to the present embodiment. The
ここで透明電極21は実施形態1で示されたものと同様である。
Here, the
光電変換層32は、透明電極31から注入された電荷と対向電極33から注入された電荷を再結合させ電気エネルギーを光に変換させる有機薄膜層である。光電変換層32は通常p型の半導体層とn型の半導体層からなっている。光電変換層32と対向電極33の間には電荷注入を促進もしくはブロックするためバッファ層35が設けられ、光電変換層32と透明電極31の間にもバッファ層34が設けられていてもよい。
The photoelectric conversion layer 32 is an organic thin film layer that recombines the charge injected from the
対向電極33は、通常は金属電極であるが透明電極を用いてもよい。対向電極33と光電変換層(発光層)32の間には電荷注入を促進もしくはブロックするためにバッファ層35が挿入されていてもよい。
The counter electrode 33 is usually a metal electrode, but a transparent electrode may be used. A
遮蔽層として自己ドープ型導電性ポリマー層を用いる場合には、透明電極31が陽極となる構成が好ましい。
When a self-doped conductive polymer layer is used as the shielding layer, a configuration in which the
遮蔽層としてN−グラフェン膜を用いる場合には、透明電極31は陽極および陰極にもすることができる。ただし、陽極となる透明電極に、遮蔽層としてN−グラフェン膜を用いる場合には、N−グラフェン膜と光電変換層32との間にイオン化ポテンシャルを大きくするバッファ層を設置することが好ましい。このようなバッファ層としては例えばバナジウム酸化物、PEDOT/PSS、p型ポリマー、五酸化バナジウム、Spiro−OMeTAD、酸化ニッケル、三酸化タングステン、三酸化モリブデン等からなる層を用いることができる。
When an N-graphene film is used as the shielding layer, the
一方、陰極となる透明電極に、遮蔽層としてN−グラフェン膜を用いる場合には、N−グラフェン層と光電変換層22との間に仕事関数を小さくするバッファ層24を設置することが好ましい。このようなバッファ層としては亜鉛酸化物、チタン酸化物、フッ化リチウム、炭酸セシウム、ポリエチレンイミン類、等がある。
On the other hand, when an N-graphene film is used as the shielding layer for the transparent electrode serving as the cathode, it is preferable to provide a
なお、実施形態2と同様に、遮蔽層に代えて、あるいは、遮蔽層と光電変換層との間に、ブルッカイト型酸化チタン層を設けることができる。 Note that as in Embodiment 2, a brookite-type titanium oxide layer can be provided instead of the shielding layer or between the shielding layer and the photoelectric conversion layer.
対向電極33として、透明電極31と同様の透明電極を用いてもよい。また透明電極として、実施形態2において説明したグラフェン膜を用いてもよい。
A transparent electrode similar to the
実施形態による有機EL素子は、両面を透明電極に挟まれた構造とすることができる。
このような構造を有する有機EL素子は、両面発光が可能であり、長期間安定でフレキシブルである。
The organic EL device according to the embodiment can have a structure in which both surfaces are sandwiched between transparent electrodes.
The organic EL element having such a structure can emit light on both sides, is stable and flexible for a long period of time.
[実施形態4]
第4の実施形態に係る電子デバイスの製造方法を、図4を参照しながら説明すると以下の通りである。
実施形態による電子デバイス40の製造方法は、導電層41、遮蔽層42、光電変換層43、対抗電極44を接合させることにより製造することができる。これらの各層および電極は、それぞれ独立に形成させてから接合しても、各層を順次積層形成させてもよい。
各層の形成方法について説明すると以下の通りである。
[Embodiment 4]
A method for manufacturing an electronic device according to the fourth embodiment will be described below with reference to FIG.
The manufacturing method of the
The method for forming each layer will be described as follows.
導電層41は基板を有しない単独の膜であってもよいが、基板の表面に形成されていてもよい。一般的には、製造を容易にするために、基板の表面に導電層を形成させることが好ましい。
The
実施形態において、導電層41はアモルファス無機酸化物を含有する層である。アモルファス無機酸化物としては、ITOやFTOが好ましく用いられる。これらのアモルファス無機酸化物の膜は、一般的にはスパッタリング法により形成される。また、印刷法により形成されてもよい。
In the embodiment, the
導電層41は、金属薄膜を有していてもよい。導電層が金属薄膜を有する場合には、無機酸化物を含む膜の上に直接形成させても、無機酸化物を含む膜に金属薄膜を貼り付けてもよい。
The
導電層41に接合する遮蔽層42は、(i)ポリマー膜、(ii)N−グラフェン膜、および(iii)ポリマー膜とN−グラフェン膜との組み合わせのいずれかである。
遮蔽層としてポリマー膜を用いる場合には、前記した自己ドープ型導電性ポリマーを含む水溶液を調製し、その水溶液を塗布乾燥することによって形成させることができる。ポリマー水溶液のpHは、3以上とすることが好ましい。このようなpHとすることで、自己ドープ型導電性ポリマーのブレンステッド酸の共役塩基が陰イオンとして存在することが可能となり、光電変換層に含まれるハロゲンイオン等の陰イオンの電極への拡散を防ぐことができる。この結果、電極の劣化を防いだり、デバイス外部から光電変換層への陰イオン等の拡散を防ぐことが可能となり、電子デバイスの耐久性を向上することができる。
なお、ポリマー水溶液のpHは11以下であることが好ましい。ポリマーとして非自己ドープ型導電性ポリマーを用いた場合には、強酸性であるpH2以下であることが必要となり、実施形態の効果を達成することが困難となる。なお、ポリマー水溶液には、ポリオール化合物もしくは酸化グラフェンを添加することができる。これらの添加物を用いることで、隣接層との接着性を高めることから好ましい。なお、ポリマー膜は、導電層の上に直接形成させても、ほかの基板上に形成させたポリマー膜を、前記した導電層の上に転写などにより設置することもできる。
The
When a polymer film is used as the shielding layer, it can be formed by preparing an aqueous solution containing the above self-doped conductive polymer and applying and drying the aqueous solution. The pH of the polymer aqueous solution is preferably 3 or more. By setting such a pH, it is possible for the conjugate base of the Bronsted acid of the self-doped conductive polymer to exist as an anion, and diffusion of anions such as halogen ions contained in the photoelectric conversion layer to the electrode Can be prevented. As a result, it is possible to prevent electrode deterioration and to prevent diffusion of anions and the like from the outside of the device to the photoelectric conversion layer, thereby improving the durability of the electronic device.
In addition, it is preferable that pH of polymer aqueous solution is 11 or less. When a non-self-doped conductive polymer is used as the polymer, it needs to be strongly acidic pH 2 or less, and it becomes difficult to achieve the effects of the embodiment. A polyol compound or graphene oxide can be added to the polymer aqueous solution. Use of these additives is preferable because it improves the adhesion to the adjacent layer. The polymer film can be formed directly on the conductive layer, or the polymer film formed on another substrate can be placed on the conductive layer by transfer or the like.
遮蔽層としてN−グラフェン膜用いる場合には、N−グラフェン膜を例えば以下の方法によって形成させる。 When an N-graphene film is used as the shielding layer, the N-graphene film is formed by the following method, for example.
まず、下地触媒として銅箔を準備し、その表面をレーザー照射によってアニール処理し、結晶粒を大きくする。次いで、その銅箔の表面に、アンモニア、メタン、水素、およびアルゴン(15:60:65:200ccm)を反応ガスとして、1000℃/5分の条件下、化学気相蒸着法(以下、CVDという)により膜を作製する。得られた膜を、アンモニア、アルゴン気流下1000℃で5分間、さらに処理した後、アルゴン下で冷却することによって、単層のN−グラフェン膜を得ることができる。 First, a copper foil is prepared as a base catalyst, and its surface is annealed by laser irradiation to enlarge the crystal grains. Next, on the surface of the copper foil, ammonia, methane, hydrogen, and argon (15: 60: 65: 200 ccm) are used as reaction gases under a condition of 1000 ° C./5 minutes, hereinafter referred to as CVD. ) To produce a film. The obtained film is further treated at 1000 ° C. for 5 minutes under a stream of ammonia and argon, and then cooled under argon, whereby a single-layer N-graphene film can be obtained.
単層N−グラフェン膜の表面に熱転写フィルムを圧着した後、アンモニアアルカリ性の塩化第二銅エッチャントに漬けて、銅箔を溶解し、単層グラフェンを熱転写フィルム上に転写する。同様の操作を繰り返すことにより、熱転写フィルム上に単層グラフェンが2〜4層積層された多層N−グラフェン膜を得ることができる。 After the thermal transfer film is pressure-bonded to the surface of the single layer N-graphene film, it is dipped in an ammonia-alkali cupric chloride etchant to dissolve the copper foil, and the single layer graphene is transferred onto the thermal transfer film. By repeating the same operation, a multilayer N-graphene film in which 2 to 4 layers of single-layer graphene are laminated on the thermal transfer film can be obtained.
上記したN−グラフェン膜の製造法において、CVD法の原料としてアンモニアガスの代わりにピリジンやメチルアミン、エチレンジアミン、尿素などの低分子窒素化合物やメタンの代わりにエチレンやアセチレン、メタノール、エタノール等を用いてもよい。 In the above-described N-graphene film production method, low molecular nitrogen compounds such as pyridine, methylamine, ethylenediamine, urea, and the like, ethylene, acetylene, methanol, ethanol, etc. are used instead of ammonia gas as the raw material for the CVD method. May be.
N−グラフェン膜はその他の方法でも形成することができる。例えば、酸化グラフェンの水分散液を石英ガラス上や金属上(例えばCu)にスピンコートして薄膜状にした後、アンモニア、水素、アルゴンの混合雰囲気下で熱処理して窒素置換して製造することができる。または酸化グラフェン薄膜をヒドラジンで加熱処理して乾燥させて製造することができる。または、無置換グラフェン薄膜を窒素プラズマ中で処理して製造することもできる。
さらには、ポリアクリロニトリル、ポリイミドなどの含窒素ポリマー化合物を石英ガラス上や金属上に塗布して薄膜を形成し、それを真空中やアルゴン下で加熱することによりグラファイト化することによっても製造できる。また窒素置換グラフェンの分散液を作製し、その分散液を石英ガラスなどに塗布する方法や、グラフェン分散液をフィルターでろ過してフィルター上にN−グラフェンを堆積させることにより膜を作製し、フィルターから剥離して膜を作製できる。
The N-graphene film can be formed by other methods. For example, a graphene oxide aqueous dispersion is spin-coated on quartz glass or metal (for example, Cu) to form a thin film, and then heat-treated in a mixed atmosphere of ammonia, hydrogen, and argon to replace nitrogen. Can do. Alternatively, the graphene oxide thin film can be manufactured by heat treatment with hydrazine and drying. Alternatively, an unsubstituted graphene thin film can be produced by processing in a nitrogen plasma.
Furthermore, it can also be produced by applying a nitrogen-containing polymer compound such as polyacrylonitrile or polyimide onto quartz glass or metal to form a thin film and then graphitizing it by heating it in vacuum or under argon. Also, a dispersion of nitrogen-substituted graphene is prepared, and the dispersion is applied to quartz glass, or a film is prepared by filtering the graphene dispersion through a filter and depositing N-graphene on the filter. The film can be prepared by peeling off the film.
実施形態による透明電極において、このように形成されたN−グラフェン層は、導電層の上に直接、または前記したポリマー膜を介して導電層の上に間接的に、設置されている。この設置は後述するように、熱転写フィルムから転写されることによって行われるのが一般的である。このとき、あらかじめ導電層に集電用の金属配線を形成させておいてもよい。 In the transparent electrode according to the embodiment, the N-graphene layer formed in this way is disposed directly on the conductive layer or indirectly on the conductive layer via the polymer film. This installation is generally performed by transferring from a thermal transfer film, as will be described later. At this time, metal wiring for current collection may be formed in the conductive layer in advance.
遮蔽膜として、ポリマー膜とN−グラフェン膜との組み合わせを用いる場合には、導電層の直上にN−グラフェン膜を設置し、その上にポリマー膜を形成または設置することが好ましい。 In the case where a combination of a polymer film and an N-graphene film is used as the shielding film, it is preferable that an N-graphene film is provided immediately above the conductive layer and a polymer film is formed or installed thereon.
光電変換層43の形成方法は、用いられる材料に応じて適切に選択され、特に限定されない。たとえばペロブスカイト太陽電池ではペロブスカイト化合物前駆体溶液を塗布し、乾燥することにより光電変換層を形成することができる。また、半導体結晶からなる半導体膜を張り付けることにより光電変換層とすることもできる。
The formation method of the photoelectric converting
対抗電極44は、その構成に応じて任意の方法で製造することができる。金属薄膜を光電変換層に接合することや、光電変換層の表面にスパッタ法などにより金属層を積層することもできる。また、実施形態による透明電極を接合したり、単層または多層グラフェン膜を電極として接合することもできる。
The
これら、導電層41、遮蔽層42、光電変換層43、および対抗電極44を接合することで電子デバイス40を形成させる。これらの接合の順序は特に限定されず、任意の順序で、または同時に行うことができる。
The
必要に応じて、導電層または対抗電極に基板を接合したり、遮蔽層42と光電変換層43との間、および/または光電変換層43と対抗電極44との間にバッファ層を挿入して接合することもできる。
If necessary, a substrate is bonded to the conductive layer or the counter electrode, or a buffer layer is inserted between the shielding
さらには、バッファ層と光電変換層の間にブルッカイト型酸化チタン層を設けたり、バッファ層に代えてブルッカイト型酸化チタン層を設けたりしてから接合することもできる。このブルッカイト型酸化チタン層は、グラフェン膜を含む遮蔽層と組み合わせることが特に好ましい。ブルッカイト型酸化チタン層は、ブルッカイト型酸化チタンのナノ粒子を極性溶媒中に分散させた分散液を、遮蔽層、バッファ層、または光電変換層の表面に塗布し、乾燥させることで形成させることができる。分散液の濃度は、目的とする層の厚さや電子デバイスの性能などに応じて調整される。ナノ粒子の分散安定性を維持するために、分散液のpHは1〜3であることが好ましい。塗布方法は、スピンコート、バーコート、スプレーコートなど、任意の方法を採用することができる。塗布後、高温、例えば100〜150℃に加熱することで乾燥が好ましい。なお、分散液の濃度が低い場合、塗布後に直ちに加熱を行うと、ナノ粒子の凝集が起こる場合がある。このため、加熱に先立って、溶媒の大部分を一般に35℃以下、例えば室温において除去した後、加熱して高温に付することが好ましい。 Further, a brookite-type titanium oxide layer may be provided between the buffer layer and the photoelectric conversion layer, or a brookite-type titanium oxide layer may be provided instead of the buffer layer before bonding. This brookite-type titanium oxide layer is particularly preferably combined with a shielding layer including a graphene film. The brookite-type titanium oxide layer can be formed by applying a dispersion liquid in which nanoparticles of brookite-type titanium oxide are dispersed in a polar solvent to the surface of the shielding layer, the buffer layer, or the photoelectric conversion layer, and drying. it can. The concentration of the dispersion is adjusted according to the thickness of the target layer and the performance of the electronic device. In order to maintain the dispersion stability of the nanoparticles, the pH of the dispersion is preferably 1 to 3. As a coating method, any method such as spin coating, bar coating, spray coating and the like can be adopted. After application, drying is preferable by heating to a high temperature, for example, 100 to 150 ° C. In addition, when the concentration of the dispersion is low, aggregation may occur when heating is performed immediately after coating. For this reason, prior to heating, it is preferred that most of the solvent is generally removed at 35 ° C. or less, for example at room temperature, and then heated to high temperature.
接合は塗布等のウエットプロセス、貼り合わせや転写等のドライプロセス、スパッタや蒸着等の真空プロセス等で作製することができる。この中で貼り合わせや転写は溶媒等の制約がなく、また低温でできるため素子ダメージが少ないために好ましい。貼り合わせ面としては真空貼り合わせ等を用いればすべて面で接合が可能である。素子耐久性の面で接着性があるバッファ層面が好ましく、自己ドープ型導電性ポリマー面が特に好ましい。なお、ここで「接合」とは、いずれかの層の上に直接別の層を形成させることも包含するものとする。 Bonding can be performed by a wet process such as coating, a dry process such as bonding or transfer, or a vacuum process such as sputtering or vapor deposition. Among these, bonding and transfer are preferable because there is no restriction of a solvent and the like, and since it can be performed at a low temperature, there is little element damage. As the bonding surfaces, all surfaces can be bonded by using vacuum bonding or the like. A buffer layer surface having adhesiveness is preferable in terms of device durability, and a self-doped conductive polymer surface is particularly preferable. Here, “joining” includes forming another layer directly on one of the layers.
(実施例1)
図1に示す構造の透明電極10を作成した。この電極は、a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層が厚さ150μmのPETフィルム上に形成され、その上にブレンステッド酸アニオンと局在化されたカチオンを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマー膜である遮蔽層が積層されている。
Example 1
A
自己ドープ型導電性ポリマーとして下記式(Ia−x)で示されるスルホン酸基を有するポリチオフェンの10%水溶液に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を添加してpH6に調整する。この水溶液をa−ITO/銀合金/a−ITOを有する導電層にバーコーターを用いて塗布した後90℃で1時間乾燥して透明電極を作製する。
この透明電極は15%塩水中での3日間浸漬では電極の導電性や形状に変化は見られない。 When this transparent electrode is immersed in 15% salt water for 3 days, no change is observed in the conductivity or shape of the electrode.
(実施例2)
図1に示す構造の透明電極10を作成した。この電極は、a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層が厚さ150μmのPETフィルム上に形成され、その上に平面状の、炭素原子の一部が窒素原子に置換された、平均4層のN−グラフェン膜が積層された遮蔽層が形成されている。
(Example 2)
A
遮蔽層は以下の通り作成する。まず、Cu箔の表面をレーザー照射によって加熱処理し、アニールにより結晶粒を大きくする。このCu箔を下地触媒層とし、アンモニア、メタン、水素、アルゴン(15:60:65:200ccm)を混合反応ガスとして1000℃、5分間の条件下、CVD法により平面状の単層N−グラフェン膜を製造する。この時、ほとんどは単層のグラフェン膜が形成されるが、条件により一部に2層以上のN−グラフェン膜も生成する。さらにアンモニア、アルゴン混合気流下1000℃で5分処理した後、アルゴン気流下で冷却する。熱転写フィルム(150μm厚)と単層N−グラフェンを圧着した後、Cuを溶解するため、アンモニアアルカリ性の塩化第二銅エッチャントに漬けて、単層N−グラフェン膜を熱転写フィルム上に転写する。同様の操作を繰り返すことに単層グラフェン膜を熱転写フィルム上に4層積層して多層N−グラフェン膜を得る。
熱転写フィルムをa−ITO/銀合金/a−ITO/PETフィルムの上にラミネートした後、加熱してN−グラフェン膜をa−ITO/銀合金/a−ITO/PETフィルム上に転写して透明電極を作製する。
The shielding layer is prepared as follows. First, the surface of the Cu foil is heat-treated by laser irradiation, and crystal grains are enlarged by annealing. This Cu foil is used as a base catalyst layer, and a planar single layer N-graphene is formed by a CVD method at 1000 ° C. for 5 minutes using ammonia, methane, hydrogen, and argon (15: 60: 65: 200 ccm) as a mixed reaction gas. A membrane is manufactured. At this time, a single-layer graphene film is mostly formed, but two or more N-graphene films are also formed in part depending on conditions. Further, after treatment at 1000 ° C. for 5 minutes under a mixed ammonia / argon stream, cooling is performed under an argon stream. After the thermal transfer film (150 μm thick) and the single layer N-graphene are pressure-bonded, in order to dissolve Cu, the single layer N-graphene film is transferred onto the thermal transfer film by soaking in an ammoniacal cupric chloride etchant. By repeating the same operation, four single layer graphene films are laminated on the thermal transfer film to obtain a multilayer N-graphene film.
After laminating the thermal transfer film on the a-ITO / silver alloy / a-ITO / PET film, it is heated to transfer the N-graphene film onto the a-ITO / silver alloy / a-ITO / PET film and transparent An electrode is produced.
XPSで測定された窒素の含有量は、この条件では1〜2atm%である。XPSから測定したカーボン材料の炭素原子と酸素原子の比率は100〜200である。
この透明電極は15%塩水中での3日間浸漬では導電性や形状に変化は見られない。
The nitrogen content measured by XPS is 1 to 2 atm% under these conditions. The ratio of carbon atoms to oxygen atoms of the carbon material measured from XPS is 100 to 200.
When this transparent electrode is immersed in 15% salt water for 3 days, there is no change in conductivity or shape.
(実施例3)
図1に示す構造の透明電極10を作成した。この電極は、a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層が厚さ150μmのPETフィルム上に形成され、その上に平面状の、炭素原子の一部が窒素原子に置換された、平均2層のN−グラフェン膜が積層された遮蔽層が形成されている。
(Example 3)
A
遮蔽層は以下の通り作成した。まず、a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造を有する導電層を準備する。この導電層のITO表面をUVオゾン処理して親水性にしておく。次いで、酸化グラフェンの水溶液をUVオゾン処理した導電層上にバーコーターで塗布する。グラフェン膜の膜厚は酸化グラフェンの濃度とバーコーターのバーと導電層との距離で調整することができる。塗布後、90℃で20分乾燥し、さらに110℃の水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して、酸化グラフェン膜の炭素の一部が窒素原子に置換された2層グラフェン膜を具備した透明電極を作製する。 The shielding layer was prepared as follows. First, a conductive layer having a laminated structure of a-ITO / silver alloy / a-ITO is prepared. The ITO surface of this conductive layer is made hydrophilic by UV ozone treatment. Next, an aqueous solution of graphene oxide is applied onto the conductive layer that has been subjected to UV ozone treatment with a bar coater. The thickness of the graphene film can be adjusted by the concentration of graphene oxide and the distance between the bar coater bar and the conductive layer. A transparent electrode comprising a two-layer graphene film in which a portion of carbon in the graphene oxide film is replaced with nitrogen atoms after being applied and dried at 90 ° C. for 20 minutes and further treated with hydrated hydrazine vapor at 110 ° C. for 1 hour Is made.
この透明電極は15%塩水中での3日間浸漬では導電性や形状に変化は見られない。 When this transparent electrode is immersed in 15% salt water for 3 days, there is no change in conductivity or shape.
(実施例4)
図1に示す構造の透明電極10を作成する。この電極は、a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層が厚さ150μmのPETフィルム上に形成され、その上に平面状の、炭素原子の一部が窒素原子に置換され、平均2層のN−グラフェン膜と、ブレンステッド酸アニオンと局在化されたカチオンを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマー膜が積層された遮蔽層が形成されている。
Example 4
A
この透明電極は、実施例3で得られる透明電極上に、実施例1と同様の方法でポリマー積層することにより作製する。
この透明電極は20%塩水中での3日間浸漬では導電性や形状に変化は見られない。
This transparent electrode is prepared by polymer lamination on the transparent electrode obtained in Example 3 in the same manner as in Example 1.
When this transparent electrode is immersed in 20% salt water for 3 days, no change in conductivity or shape is observed.
(実施例5)
図1に示す構造の透明電極10を作成する。この電極は、a−ITO(厚さ400nm)を有する導電層が厚さ150μmのPETフィルム上に形成され、その上に平面状の、炭素原子の一部が窒素原子に置換され、平均2層のN−グラフェン膜が積層された遮蔽層が形成されている。
(Example 5)
A
この透明電極は、導電層を変更し、実施例3と同様の方法で作成する。 This transparent electrode is produced in the same manner as in Example 3 by changing the conductive layer.
この透明電極はpH1.5の塩酸中での2日間浸漬では導電性や形状に変化は見られない。また浸漬後の塩酸中には、溶解したインジウムやスズは検出されない。 When this transparent electrode is immersed in hydrochloric acid at pH 1.5 for 2 days, no change in conductivity or shape is observed. Also, dissolved indium and tin are not detected in the hydrochloric acid after immersion.
(実施例6)
図1に示す構造の透明電極10を作成する。この電極は、a−ITO(厚さ400nm)を有する導電層が厚さ150μmのPETフィルム上に形成され、その上に平面状の、炭素原子の一部が窒素原子に置換され、平均2層のN−グラフェン膜と、ブレンステッド酸アニオンと局在化されたカチオンを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマー膜が積層された遮蔽層が形成されている。
(Example 6)
A
この透明電極は、導電層を変更し、実施例4と同様の方法で作成する。 This transparent electrode is produced in the same manner as in Example 4 by changing the conductive layer.
この透明電極にpH1.5のPEDOT・PSSの水溶液を塗布し110℃で15分乾燥する。この透明電極は大気中での1週間放置では導電性や形状に変化は見られない。また放置後の透明電極の断面を走査型電子顕微鏡での観察ではPEDOT・PSS層中に溶解したインジウムやスズは検出されない。 An aqueous solution of PEDOT / PSS having a pH of 1.5 is applied to the transparent electrode and dried at 110 ° C. for 15 minutes. When this transparent electrode is left in the atmosphere for 1 week, no change in conductivity or shape is observed. In addition, when the cross section of the transparent electrode after being left is observed with a scanning electron microscope, indium and tin dissolved in the PEDOT / PSS layer are not detected.
(実施例7)
図1に示す構造の透明電極10を作成する。この電極は、a−ZnO(厚さ400nm)を有する導電層が厚さ150μmのPETフィルム上に形成され、その上に平面状の、炭素原子の一部が窒素原子に置換された、平均2層のN−グラフェン膜と、ブレンステッド酸アニオンと局在化されたカチオンを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマー膜が積層された遮蔽層が形成されている。
(Example 7)
A
この透明電極は、導電層を変更し、実施例4と同様の方法で作成する。 This transparent electrode is produced in the same manner as in Example 4 by changing the conductive layer.
この透明電極にpH1.5のPEDOT・PSSの水溶液を塗布し110℃で15分乾燥する。この透明電極は大気中での1週間放置では導電性や形状に変化は見られない。また放置後の透明電極の断面を走査型電子顕微鏡で観察ではPEDOT・PSS層中に溶解したインジウムやスズは検出されない。 An aqueous solution of PEDOT / PSS having a pH of 1.5 is applied to the transparent electrode and dried at 110 ° C. for 15 minutes. When this transparent electrode is left in the atmosphere for 1 week, no change in conductivity or shape is observed. In addition, when the cross section of the transparent electrode after standing is observed with a scanning electron microscope, indium and tin dissolved in the PEDOT / PSS layer are not detected.
(比較例1)
厚さ150μmのPETフィルム上に、ITO/銀合金/ITOの積層構造(厚さ100nm)が形成された透明導電フィルムを、25%塩水中に3日間浸漬したところ、導電性が低下し、表面に白点が観察される。この白点は、銀合金と塩化物イオンの反応により形成されるものである。
(Comparative Example 1)
When a transparent conductive film in which a laminated structure (thickness: 100 nm) of ITO / silver alloy / ITO was formed on a PET film having a thickness of 150 μm was immersed in 25% salt water for 3 days, the conductivity decreased, and the surface A white spot is observed. This white point is formed by the reaction between the silver alloy and chloride ions.
(比較例2)
厚さ150μmのPETフィルム上にa−ITO(厚さ400nm)からなる導電層が形成された透明導電フィルムを、pH1.5の塩酸中2日間浸漬すると、導電性が低下する。また、浸漬後の塩酸中に溶解したインジウムやスズが検出される。
(Comparative Example 2)
When a transparent conductive film in which a conductive layer made of a-ITO (thickness 400 nm) is formed on a PET film having a thickness of 150 μm is immersed in hydrochloric acid having a pH of 1.5, the conductivity decreases. Further, indium and tin dissolved in hydrochloric acid after immersion are detected.
(実施例8)
図2に示す太陽電池セルを作成する。この太陽電池セルは、
(a)厚さ150μmのPETフィルム、
(b)a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層、(c)平面状の、2層N−グラフェン膜、
(d)ブレンステッド酸アニオンと局在化されたカチオンを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマー膜、
(e)ペロブスカイト型有機無機ハイブリッド型光電変換層、
(f)バッファ層、
(g)平面状の、4層N−グラフェン膜
(h)a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層、および
(i)厚さ150μmのPETフィルム
がこの順序で積層される。ここで、(c)と(d)とが遮蔽層を構成し、(b)、(c)および(d)が実施形態による透明電極を構成し、(g)と(h)とが対向電極を構成する。なお、この対向電極も実施形態による透明電極であり、(g)も遮蔽層である。
(Example 8)
The solar battery cell shown in FIG. 2 is created. This solar cell
(A) a PET film having a thickness of 150 μm;
(B) a conductive layer having a laminated structure (thickness: 100 nm) of a-ITO / silver alloy / a-ITO, (c) a planar two-layer N-graphene film,
(D) a self-doped conductive polymer film containing a Bronsted acid anion and a localized cation in the side chain;
(E) a perovskite organic-inorganic hybrid photoelectric conversion layer,
(F) a buffer layer;
(G) a planar four-layer N-graphene film (h) a conductive layer having a laminated structure (thickness: 100 nm) of a-ITO / silver alloy / a-ITO, and (i) a PET film having a thickness of 150 μm They are stacked in this order. Here, (c) and (d) constitute the shielding layer, (b), (c) and (d) constitute the transparent electrode according to the embodiment, and (g) and (h) represent the counter electrode. Configure. This counter electrode is also a transparent electrode according to the embodiment, and (g) is also a shielding layer.
この太陽電池を以下の方法で作成する。 This solar cell is produced by the following method.
PETフィルム(a)の上に導電層(b)を形成させる。次いで導電層のITO表面をUVオゾン処理して親水性にする。ついで、そのITO表面上に酸化グラフェン水溶液をバーコーターで塗布する。90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンが一部窒素原子に置換された2層N−グラフェン膜(c)に変化させる。次に、式(Ia−x)で示されるポリチオフェンの10%水溶液に、メチルアミン水溶液を添加してpH6に調整し、ポリマーに対して5%のソルビト−ル(低分子ポリオール化合物)を混合して、自己ドープ型導電性ポリマー水溶液を調製する。この水溶液をN−グラフェン膜(c)上にバーコーターを用いて塗布した後90℃で1時間乾燥して、ポリマー膜(d)を形成させ、透明電極を作製する。 A conductive layer (b) is formed on the PET film (a). Next, the ITO surface of the conductive layer is treated with UV ozone to make it hydrophilic. Next, a graphene oxide aqueous solution is applied onto the ITO surface with a bar coater. After drying at 90 ° C. for 20 minutes, the resultant is treated with hydrated hydrazine vapor at 110 ° C. for 1 hour to change into a two-layer N-graphene film (c) in which graphene oxide is partially substituted with nitrogen atoms. Next, a methylamine aqueous solution is added to a 10% aqueous solution of polythiophene represented by the formula (Ia-x) to adjust the pH to 6, and 5% sorbitol (low molecular polyol compound) is mixed with the polymer. A self-doped conductive polymer aqueous solution is prepared. This aqueous solution is applied onto the N-graphene film (c) using a bar coater and then dried at 90 ° C. for 1 hour to form a polymer film (d), thereby producing a transparent electrode.
対向電極および光電変換層は以下の通り作成する。PETフィルム(i)の表面に導電層(h)を形成させる。この導電層の表面に、実施例2と同様の方法で4層N−グラフェン膜(g)を形成させる。このN−グラフェン膜上にC60−PCBMのトルエン溶液をバーコーターで塗布してバッファ層(f)を形成させる。その上にPbI2のジメチルホルムアミド溶液(20wt%)を、バーコーターで塗布し、次いで、CH3NH3Iのイソプロピルアルコール溶液(2wt%)を、バーコーターで塗布し、90℃で30分乾燥することにより光電変換層(e)を形成させる。 The counter electrode and the photoelectric conversion layer are prepared as follows. A conductive layer (h) is formed on the surface of the PET film (i). A four-layer N-graphene film (g) is formed on the surface of this conductive layer in the same manner as in Example 2. A buffer layer (f) is formed on the N-graphene film by applying a toluene solution of C60-PCBM with a bar coater. A dimethylformamide solution (20 wt%) of PbI 2 was applied thereon with a bar coater, and then an isopropyl alcohol solution (2 wt%) of CH 3 NH 3 I was applied with a bar coater and dried at 90 ° C. for 30 minutes. Thus, the photoelectric conversion layer (e) is formed.
透明電極と、対向電極の上に形成した光電変換層とを、80℃、乾燥大気中で貼り合わせ、周りを封止することにより両面が透明な太陽電池セルを作製する。
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して14%以上のエネルギー変換効率を示し、一か月放置しても効率の劣化は5%未満である。
The transparent electrode and the photoelectric conversion layer formed on the counter electrode are bonded together in a dry atmosphere at 80 ° C., and the periphery is sealed to produce a solar battery cell having both surfaces transparent.
The obtained solar battery cell shows an energy conversion efficiency of 14% or more with respect to 1 SUN sunlight, and the deterioration of efficiency is less than 5% even if left for one month.
(実施例9)
図2に示す太陽電池セルを作成した。この太陽電池セルは、ポリマー水溶液のpH調整にメチルアミンに代えて1,4−ジアミノブタンを用い、光電変換層の形成にCH3NH3Iに代えて(CH3)2NH2Brを用いた他は、実施例8と同様の方法で作成する。
Example 9
The solar battery cell shown in FIG. 2 was created. This solar cell uses 1,4-diaminobutane instead of methylamine for pH adjustment of the polymer aqueous solution, and uses (CH 3 ) 2 NH 2 Br instead of CH 3 NH 3 I for the formation of the photoelectric conversion layer. Other than the above, the same method as in Example 8 is used.
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して14%以上のエネルギー変換効率を示し、一か月放置しても効率の劣化は3%未満である。 The obtained solar battery cell shows an energy conversion efficiency of 14% or more with respect to 1 SUN sunlight, and the deterioration in efficiency is less than 3% even if left for one month.
(実施例10)
図2に示す太陽電池セルを作成した。この太陽電池セルは、
(a)厚さ150μmのPETフィルム、
(b)a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層、(c)平面状の、2層N−グラフェン膜、
(d)ブレンステッド酸アニオンと局在化されたカチオンを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマー膜、
(e)バッファ層、
(f)ペロブスカイト型有機無機ハイブリッド型光電変換層、
(g)バッファ層、
(h)銀電極層
がこの順序で積層される。ここで、(c)と(d)とが遮蔽層を構成し、(b)、(c)および(d)が実施形態による透明電極を構成する。
(Example 10)
The solar battery cell shown in FIG. 2 was created. This solar cell
(A) a PET film having a thickness of 150 μm;
(B) a conductive layer having a laminated structure (thickness: 100 nm) of a-ITO / silver alloy / a-ITO, (c) a planar two-layer N-graphene film,
(D) a self-doped conductive polymer film containing a Bronsted acid anion and a localized cation in the side chain;
(E) a buffer layer,
(F) a perovskite organic-inorganic hybrid photoelectric conversion layer,
(G) a buffer layer;
(H) Silver electrode layers are laminated in this order. Here, (c) and (d) constitute a shielding layer, and (b), (c) and (d) constitute the transparent electrode according to the embodiment.
この太陽電池を以下の方法で作成する。
PETフィルム(a)の上に導電層(b)を形成させる。次いで導電層のITO表面をUVオゾン処理して親水性にする。ついで、そのITO表面上に酸化グラフェン水溶液をバーコーターで塗布する。90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンが一部窒素原子に置換された2層N−グラフェン膜(c)に変化させる。次に、式(Ia−1)で示されるポリチオフェンの10%水溶液に、メチルアミン水溶液を添加してpH6に調整し、ポリマーに対して5%のソルビト−ル(低分子ポリオール化合物)を混合して、自己ドープ型導電性ポリマー水溶液を調製する。この水溶液をN−グラフェン膜(c)上にバーコーターを用いて塗布した後90℃で1時間乾燥して、ポリマー膜(d)を形成させ、透明電極を作製する。
This solar cell is produced by the following method.
A conductive layer (b) is formed on the PET film (a). Next, the ITO surface of the conductive layer is treated with UV ozone to make it hydrophilic. Next, a graphene oxide aqueous solution is applied onto the ITO surface with a bar coater. After drying at 90 ° C. for 20 minutes, the resultant is treated with hydrated hydrazine vapor at 110 ° C. for 1 hour to change into a two-layer N-graphene film (c) in which graphene oxide is partially substituted with nitrogen atoms. Next, a methylamine aqueous solution is added to a 10% aqueous solution of polythiophene represented by the formula (Ia-1) to adjust the pH to 6, and 5% sorbitol (low molecular polyol compound) is mixed with the polymer. A self-doped conductive polymer aqueous solution is prepared. This aqueous solution is applied onto the N-graphene film (c) using a bar coater and then dried at 90 ° C. for 1 hour to form a polymer film (d), thereby producing a transparent electrode.
透明電極の上に、PEDOT・PSSの水溶液をバーコーターで塗布し、100℃で30分乾燥してPEDOT・PSSを含むバッファ層(e)(50nm厚)を形成させる。 On the transparent electrode, an aqueous solution of PEDOT / PSS is applied with a bar coater and dried at 100 ° C. for 30 minutes to form a buffer layer (e) (50 nm thickness) containing PEDOT / PSS.
バッファ層(e)上にPbI2のジメチルホルムアミド溶液(20wt%)を、バーコーターで塗布し、次いで、CH3NH3Brのイソプロピルアルコール溶液(2wt%)を、バーコーターで塗布してから、90℃で30分乾燥することによって光電変換層(f)を形成させる。 A dimethylformamide solution of PbI 2 (20 wt%) was applied on the buffer layer (e) with a bar coater, and then an isopropyl alcohol solution of CH 3 NH 3 Br (2 wt%) was applied with a bar coater. The photoelectric conversion layer (f) is formed by drying at 90 ° C. for 30 minutes.
光電変換層(f)の上にC60−PCBMのトルエン溶液をバーコーターで塗布して乾燥することにより、バッファ層(g)を形成させる。 A buffer layer (g) is formed by applying a toluene solution of C60-PCBM with a bar coater on the photoelectric conversion layer (f) and drying it.
対向電極(h)としてバッファ層(g)の上に銀膜をスパッタで作製し、周りを封止することにより太陽電池セルを作製する。 A silver film is produced by sputtering on the buffer layer (g) as the counter electrode (h), and the periphery is sealed to produce a solar battery cell.
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して12%以上のエネルギー変換効率を示し、一か月放置しても効率の劣化は7%未満である。 The obtained solar battery cell shows an energy conversion efficiency of 12% or more with respect to 1 SUN sunlight, and the deterioration of efficiency is less than 7% even if left for one month.
(実施例11)
図2に示す太陽電池セルを作成する。この太陽電池セルは、
(a)ステンレス箔からなる金属薄膜電極(対向電極)、
(b)平面状の、2層N−グラフェン膜
(c)バッファ層、
(d)ペロブスカイト型有機無機ハイブリッド型光電変換層、
(e)バッファ層、
(f)平面状の、2層N−グラフェン膜、
(g)a−ITO(厚さ400nm)からなる導電層
(h)銅からなる補助電極層
がこの順序で積層される。ここで、(f)が遮蔽層を構成し、(f)および(g)が実施形態による透明電極を構成する。
(Example 11)
The solar battery cell shown in FIG. 2 is created. This solar cell
(A) Metal thin film electrode (counter electrode) made of stainless steel foil,
(B) a planar two-layer N-graphene film (c) a buffer layer;
(D) a perovskite organic-inorganic hybrid photoelectric conversion layer,
(E) a buffer layer,
(F) a planar two-layer N-graphene film;
(G) A conductive layer made of a-ITO (thickness 400 nm) (h) An auxiliary electrode layer made of copper is laminated in this order. Here, (f) constitutes a shielding layer, and (f) and (g) constitute the transparent electrode according to the embodiment.
ステンレス箔(a)の表面を、希塩酸で処理して表面酸化膜を除去してから酸化グラフェンの水溶液をバーコーターで塗布して酸化グラフェン膜を形成させる。次いで、90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンの炭素原子の一部が窒素原子に置換された2層N−グラフェン膜(b)に変化させる。 The surface of the stainless steel foil (a) is treated with dilute hydrochloric acid to remove the surface oxide film, and then an aqueous graphene oxide solution is applied with a bar coater to form a graphene oxide film. Next, after drying at 90 ° C. for 20 minutes, it was treated with hydrated hydrazine vapor at 110 ° C. for 1 hour to change into a two-layer N-graphene film (b) in which some of the carbon atoms of graphene oxide were replaced with nitrogen atoms Let
N−グラフェン膜(b)の上に、PEDOT・PSSの水溶液をバーコーターで塗布し、100℃で30分乾燥してPEDOT・PSSを含むバッファ層(c)(50nm厚)を形成させる。 On the N-graphene film (b), an aqueous solution of PEDOT / PSS is applied with a bar coater and dried at 100 ° C. for 30 minutes to form a buffer layer (c) (50 nm thickness) containing PEDOT / PSS.
バッファ層(c)上にPbI2のジメチルホルムアミド溶液(20wt%)を、バーコーターで塗布し、次いで、CH3NH3Brのイソプロピルアルコール溶液(2wt%)を、バーコーターで塗布してから、90℃で30分乾燥することによって光電変換層(d)を形成させる。 A dimethylformamide solution of PbI 2 (20 wt%) was applied on the buffer layer (c) with a bar coater, and then an isopropyl alcohol solution of CH 3 NH 3 Br (2 wt%) was applied with a bar coater. The photoelectric conversion layer (d) is formed by drying at 90 ° C. for 30 minutes.
光電変換層(d)の上にバッファ層としてC60−PCBMのトルエン溶液をバーコーターで塗布して乾燥させ、バッファ層(e)を形成させる。 A C60-PCBM toluene solution is applied as a buffer layer on the photoelectric conversion layer (d) with a bar coater and dried to form the buffer layer (e).
バッファ層(e)の上に酸化グラフェン水溶液をバーコーターで塗布する。90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンが一部窒素原子に置換された2層N−グラフェン膜(f)に変化させる。 A graphene oxide aqueous solution is applied onto the buffer layer (e) with a bar coater. After drying at 90 ° C. for 20 minutes, it is treated with hydrated hydrazine vapor at 110 ° C. for 1 hour to change into a two-layer N-graphene film (f) in which graphene oxide is partially substituted with nitrogen atoms.
N−グラフェン膜(f)の表面にa−ITOをスパッタで製膜し、さらに補助電極として銅をスパッタして補助配線を作製して透明電極を形成させる。さらに周りを封止することにより太陽電池セルを作製する。 A-ITO is formed on the surface of the N-graphene film (f) by sputtering, and copper is sputtered as an auxiliary electrode to produce auxiliary wiring to form a transparent electrode. Furthermore, a solar battery cell is produced by sealing the periphery.
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して12%以上のエネルギー変換効率を示し、一か月放置しても効率の劣化は3%未満である。 The obtained solar battery cell shows an energy conversion efficiency of 12% or more with respect to 1 SUN sunlight, and the deterioration of efficiency is less than 3% even if left for one month.
(実施例12)
図2に示す太陽電池セルを作成した。この太陽電池セルは、
(a)ステンレス箔からなる金属薄膜電極(対向電極)、
(b)自己ドープ型導電性ポリマーを含むポリマー層
(c)バッファ層、
(d)ペロブスカイト型有機無機ハイブリッド型光電変換層、
(e)バッファ層、
(f)平面状の、2層N−グラフェン膜、
(g)a−ITO(厚さ400nm)からなる導電層
(h)銅からなる補助電極層
がこの順序で積層される。ここで、(f)が遮蔽層を構成し、(f)および(g)が実施形態による透明電極を構成する。
(Example 12)
The solar battery cell shown in FIG. 2 was created. This solar cell
(A) Metal thin film electrode (counter electrode) made of stainless steel foil,
(B) a polymer layer containing a self-doped conductive polymer (c) a buffer layer;
(D) a perovskite organic-inorganic hybrid photoelectric conversion layer,
(E) a buffer layer,
(F) a planar two-layer N-graphene film;
(G) A conductive layer made of a-ITO (thickness 400 nm) (h) An auxiliary electrode layer made of copper is laminated in this order. Here, (f) constitutes a shielding layer, and (f) and (g) constitute the transparent electrode according to the embodiment.
自己ドープ型導電性ポリマーとして下記式(Ia−y)で示されるスルホン酸基を有するポリチオフェンの10%水溶液に、メチルアミン水溶液を添加してpH7に調整し、ポリマーに対して1%の酸化グラフェンを混合して、ポリマー水溶液を調製した。ステンレス箔(a)の表面を、希塩酸で処理して表面酸化膜を除去してから、ポリマー水溶液をバーコーターで塗布し、90℃で20分乾燥させてポリマー膜(b)を形成させる。
ポリマー膜(b)の上に、PEDOT・PSSの水溶液をバーコーターで塗布し、100℃で30分乾燥してPEDOT・PSSを含むバッファ層(c)(50nm厚)を形成させる。 On the polymer film (b), an aqueous solution of PEDOT / PSS is applied with a bar coater and dried at 100 ° C. for 30 minutes to form a buffer layer (c) (50 nm thickness) containing PEDOT / PSS.
次に、熱転写フィルム上に、PbI2のジメチルホルムアミド溶液(20wt%)を、バーコーターで塗布し、次いで、CH3NH3Iのイソプロピルアルコール溶液(2wt%)を、バーコーターで塗布した後、90℃で30分乾燥して光電変換層(d)を形成させる。 Next, a dimethylformamide solution of PbI 2 (20 wt%) was applied on the thermal transfer film with a bar coater, and then an isopropyl alcohol solution of CH 3 NH 3 I (2 wt%) was applied with a bar coater. Dry at 90 ° C. for 30 minutes to form a photoelectric conversion layer (d).
熱転写フィルムをステンレス箔に貼り合わせた後、加熱して、光電変換層(d)をバッファ層(c)の上に転写して、熱転写フィルムを剥離する。 After the thermal transfer film is bonded to the stainless steel foil, the film is heated to transfer the photoelectric conversion layer (d) onto the buffer layer (c), and the thermal transfer film is peeled off.
転写された光電変換層(d)の上にバッファ層としてC60−PCBMのトルエン溶液をバーコーターで塗布して乾燥させ、バッファ層(e)を形成させる。 On the transferred photoelectric conversion layer (d), a toluene solution of C60-PCBM is applied as a buffer layer with a bar coater and dried to form a buffer layer (e).
バッファ層(e)の上に酸化グラフェン水溶液をバーコーターで塗布する。90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンが一部窒素原子に置換された2層N−グラフェン膜(f)に変化させる。 A graphene oxide aqueous solution is applied onto the buffer layer (e) with a bar coater. After drying at 90 ° C. for 20 minutes, it is treated with hydrated hydrazine vapor at 110 ° C. for 1 hour to change into a two-layer N-graphene film (f) in which graphene oxide is partially substituted with nitrogen atoms.
N−グラフェン膜(f)の表面にa−ITOをスパッタで製膜し、さらに補助電極として銅をスパッタして補助配線を作製して透明電極を形成させる。さらに周りを封止することにより太陽電池セルを作製する。 A-ITO is formed on the surface of the N-graphene film (f) by sputtering, and copper is sputtered as an auxiliary electrode to produce auxiliary wiring to form a transparent electrode. Furthermore, a solar battery cell is produced by sealing the periphery.
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して10%以上のエネルギー変換効率を示し、一か月放置しても効率の劣化は5%未満である。 The obtained solar battery cell exhibits an energy conversion efficiency of 10% or more with respect to 1 SUN sunlight, and the deterioration of efficiency is less than 5% even if left for one month.
(実施例13)
図2に示す太陽電池セルを作成した。この太陽電池セルは、実施例8に示した太陽電池に対して、ペロブスカイト型光電変換層をバルクヘテロ接合型光電変換層に代えた構成を有するものであり、以下の構成を有している。
(a)厚さ150μmのPETフィルム、
(b)a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層、(c)平面状の、2層N−グラフェン膜、
(d)ブレンステッド酸アニオンと局在化されたカチオンを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマー膜、
(e)バルクヘテロ接合型光電変換層、
(f)平面状の、4層N−グラフェン膜
(g)a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層、および
(h)厚さ150μmのPETフィルム
がこの順序で積層される。ここで、(c)と(d)とが遮蔽層を構成し、(b)、(c)および(d)が実施形態による透明電極を構成し、(f)と(g)とが対向電極を構成する。なお、この対向電極も実施形態による透明電極である。
(Example 13)
The solar battery cell shown in FIG. 2 was created. This solar cell has a configuration in which the perovskite photoelectric conversion layer is replaced with a bulk heterojunction photoelectric conversion layer with respect to the solar cell shown in Example 8, and has the following configuration.
(A) a PET film having a thickness of 150 μm;
(B) a conductive layer having a laminated structure (thickness: 100 nm) of a-ITO / silver alloy / a-ITO, (c) a planar two-layer N-graphene film,
(D) a self-doped conductive polymer film containing a Bronsted acid anion and a localized cation in the side chain;
(E) a bulk heterojunction photoelectric conversion layer;
(F) a planar four-layer N-graphene film (g) a conductive layer having a laminated structure (thickness: 100 nm) of a-ITO / silver alloy / a-ITO, and (h) a PET film having a thickness of 150 μm They are stacked in this order. Here, (c) and (d) constitute the shielding layer, (b), (c) and (d) constitute the transparent electrode according to the embodiment, and (f) and (g) represent the counter electrode. Configure. This counter electrode is also a transparent electrode according to the embodiment.
この太陽電池を以下の方法で作成する。 This solar cell is produced by the following method.
透明電極は、ポリマー水溶液のpH調整にメチルアミンに代えて水酸化ナトリウムを用い、ポリマー水溶液のpHは7としたほかは、実施例8と同様の方法により作成する。 The transparent electrode is prepared by the same method as in Example 8 except that sodium hydroxide is used instead of methylamine for adjusting the pH of the aqueous polymer solution, and the pH of the aqueous polymer solution is 7.
対向電極および光電変換層は以下の通り作成する。PETフィルム(h)の表面に導電層(g)を形成させる。この導電層の表面に、実施例2と同様の方法で4層N−グラフェン膜(f)を形成させる。このN−グラフェン膜上にポリ(3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル)(以下、P3HTという)とC60−PCBMとを含むクロルベンゼン溶液をバーコーターで塗布し、100℃で20分乾燥することにより光電変換層(e)を形成させる。 The counter electrode and the photoelectric conversion layer are prepared as follows. A conductive layer (g) is formed on the surface of the PET film (h). A four-layer N-graphene film (f) is formed on the surface of this conductive layer in the same manner as in Example 2. A chlorobenzene solution containing poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl) (hereinafter referred to as P3HT) and C60-PCBM is applied onto the N-graphene film with a bar coater and dried at 100 ° C. for 20 minutes. Thus, the photoelectric conversion layer (e) is formed.
透明電極と、対向電極の上に形成した地光電変換層とを、80℃、乾燥大気中で貼り合わせ、周りを封止することにより両面が透明な太陽電池セルを作製する。 A transparent electrode and a ground photoelectric conversion layer formed on the counter electrode are bonded together in a dry atmosphere at 80 ° C., and the periphery is sealed to produce a solar battery cell having both surfaces transparent.
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して3%以上のエネルギー変換効率を示し、一か月放置しても効率の劣化は5%未満である。 The obtained solar battery cell exhibits an energy conversion efficiency of 3% or more with respect to 1 SUN sunlight, and the deterioration of efficiency is less than 5% even if left for one month.
(比較例3)
図2に示す太陽電池セルを作成した。この太陽電池セルは、
(a)厚さ150μmのPETフィルム
(b)a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層
(c)バッファ層、
(d)ペロブスカイト型有機無機ハイブリッド型光電変換層、
(e)バッファ層、
(f)銀電極層
がこの順序で積層される。
(Comparative Example 3)
The solar battery cell shown in FIG. 2 was created. This solar cell
(A) PET film having a thickness of 150 μm (b) a conductive layer having a laminated structure (thickness: 100 nm) of a-ITO / silver alloy / a-ITO (c) a buffer layer,
(D) a perovskite organic-inorganic hybrid photoelectric conversion layer,
(E) a buffer layer,
(F) Silver electrode layers are laminated in this order.
この太陽電池を以下の方法で作成する。 This solar cell is produced by the following method.
PETフィルム(a)の上に導電層(b)を形成させる。次いで導電層の上に、PEDOT・PSSの水溶液をバーコーターで塗布し、100℃で30分乾燥してPEDOT・PSSを含むバッファ層(c)(50nm厚)を形成させる。
バッファ層(c)上にPbI2のジメチルホルムアミド溶液(20wt%)を、バーコーターで塗布し、次いで、CH3NH3Brのイソプロピルアルコール溶液(2wt%)を、バーコーターで塗布してから、90℃で30分乾燥することによって光電変換層(d)を形成させる。
A conductive layer (b) is formed on the PET film (a). Next, an aqueous solution of PEDOT / PSS is applied onto the conductive layer with a bar coater and dried at 100 ° C. for 30 minutes to form a buffer layer (c) (50 nm thickness) containing PEDOT / PSS.
A dimethylformamide solution of PbI 2 (20 wt%) was applied on the buffer layer (c) with a bar coater, and then an isopropyl alcohol solution of CH 3 NH 3 Br (2 wt%) was applied with a bar coater. The photoelectric conversion layer (d) is formed by drying at 90 ° C. for 30 minutes.
光電変換層(d)の上にC60−PCBMのトルエン溶液をバーコーターで塗布して乾燥することにより、バッファ層(e)を形成させる。 A buffer layer (e) is formed on the photoelectric conversion layer (d) by applying a toluene solution of C60-PCBM with a bar coater and drying.
対向電極(f)としてバッファ層(e)の上に銀膜をスパッタで作製し、周りを封止することにより太陽電池セルを作製する。 A silver film is produced by sputtering on the buffer layer (e) as the counter electrode (f), and the periphery is sealed to produce a solar battery cell.
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して14%以上のエネルギー変換効率を示すが、一か月放置すると効率は50%以上低下する。 The obtained solar cells exhibit an energy conversion efficiency of 14% or more with respect to 1 SUN sunlight, but the efficiency decreases by 50% or more when left for one month.
(実施例14)
図3に示す有機EL素子を作成する。この有機EL素子は、
(a)厚さ150μmのPETフィルム、
(b)a−ITO/銀合金/a−ITOの積層構造(厚さ100nm)を有する導電層、(c)平面状の、2層N−グラフェン膜、
(d)バッファ層、
(e)光電変換層(発光層)、
(f)銀−マグネシウム電極層
がこの順序で積層される。ここで、(c)が遮蔽層を構成し、(b)および(c)が実施形態による透明電極を構成する。
(Example 14)
The organic EL element shown in FIG. 3 is created. This organic EL element is
(A) a PET film having a thickness of 150 μm;
(B) a conductive layer having a laminated structure (thickness: 100 nm) of a-ITO / silver alloy / a-ITO, (c) a planar two-layer N-graphene film,
(D) a buffer layer;
(E) photoelectric conversion layer (light emitting layer),
(F) Silver-magnesium electrode layers are laminated in this order. Here, (c) constitutes a shielding layer, and (b) and (c) constitute the transparent electrode according to the embodiment.
この有機EL素子を以下の方法で作成する。 This organic EL element is produced by the following method.
PETフィルム(a)の上に導電層(b)を形成させる。次いで導電層のITO表面をUVオゾン処理して親水性にする。ついで、そのITO表面上に酸化グラフェン水溶液をバーコーターで塗布する。90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンが一部窒素原子に置換された2層N−グラフェン膜(c)に変化させる。 A conductive layer (b) is formed on the PET film (a). Next, the ITO surface of the conductive layer is treated with UV ozone to make it hydrophilic. Next, a graphene oxide aqueous solution is applied onto the ITO surface with a bar coater. After drying at 90 ° C. for 20 minutes, the resultant is treated with hydrated hydrazine vapor at 110 ° C. for 1 hour to change into a two-layer N-graphene film (c) in which graphene oxide is partially substituted with nitrogen atoms.
N−グラフェン膜(c)の上に、PEDOT・PSSの水溶液をバーコーターで塗布し、100℃で30分乾燥してPEDOT・PSSを含むバッファ層(d)(50nm厚)を形成させる。 On the N-graphene film (c), an aqueous solution of PEDOT / PSS is applied with a bar coater and dried at 100 ° C. for 30 minutes to form a buffer layer (d) (50 nm thickness) containing PEDOT / PSS.
バッファ層(d)の上にp型の有機半導体であるN,N’−ジ−1−ナフチル−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(以下、NPDという)を30nmの厚さで蒸着し、その上にn型の半導体としても機能し、発光層でもあるトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(Alq3)(40nm)を蒸着する。さらに発光層(e)の上に銀−マグネシウム電極(f)をスパッタ法により製膜する。 On the buffer layer (d), N, N′-di-1-naphthyl-N, N′-diphenyl-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine (hereinafter referred to as NPD) which is a p-type organic semiconductor. And tris (8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq 3 ) (40 nm), which also functions as an n-type semiconductor and is also a light emitting layer. Further, a silver-magnesium electrode (f) is formed on the light emitting layer (e) by sputtering.
得られる有機EL素子は出力光の劣化が少なく、1000時間連続運転しても出力の低下は10%である。 The obtained organic EL element has little deterioration of the output light, and the decrease in output is 10% even after continuous operation for 1000 hours.
(実施例15)
光電変換素子として化合物薄膜太陽電池を作製する。ステンレス(SUS304)鋼箔上にモリブデンを蒸着する。その上に光電変換層としてCu−Ga膜を作製、In膜を作製、セレン化によるp型のCIGS膜を作製し、その上n型層としてCdS膜を作製する。その上に酸化グラフェンの水溶液をバーコーターで塗布して酸化グラフェン膜を形成させる。次いで、90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンの炭素原子の一部が窒素原子に置換された2層N−グラフェン膜に変化させ遮蔽層を作製する。さらにその上にアルファス成分を含有するZnO膜をスパッタで製膜する。その上に補助電極としてアルミニウムをスパッタ製膜する。
(Example 15)
A compound thin film solar cell is produced as a photoelectric conversion element. Molybdenum is deposited on a stainless steel (SUS304) steel foil. A Cu—Ga film is formed thereon as a photoelectric conversion layer, an In film is formed, a p-type CIGS film is formed by selenization, and a CdS film is formed as an n-type layer thereon. A graphene oxide film is formed thereon by applying an aqueous solution of graphene oxide with a bar coater. Next, after drying at 90 ° C. for 20 minutes, the film is treated with hydrated hydrazine vapor at 110 ° C. for 1 hour to change into a two-layer N-graphene film in which some of the carbon atoms of the graphene oxide are replaced with nitrogen atoms, thereby blocking the shielding layer Is made. Further, a ZnO film containing an alpha component is formed thereon by sputtering. On top of this, aluminum is sputtered as an auxiliary electrode.
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して16%以上のエネルギー変換効率を示し、一か月放置しても効率の劣化は5%未満である。 The obtained solar battery cell shows an energy conversion efficiency of 16% or more with respect to 1 SUN sunlight, and the deterioration of efficiency is less than 5% even if left for one month.
上記に述べるように、実施形態に係る透明電極はアモルファス無機酸化物含有膜を含有する導電層と、該導電層の上に形成された、ブレンステッド酸アニオンと局在化されたカチオンを側鎖に含有する自己ドープ型導電性ポリマー膜、及び/または、窒素原子を含有するグラフェン膜を含有する遮蔽層を有するものである。この透明電極によって、光電変換層に含まれるハロゲンイオン等の陰イオン等の電極への拡散や酸の電極への拡散を防ぐことにより電極劣化を防いだり、外部からの陰イオン等の光電変換層への拡散を防ぎ、ペロブスカイト型太陽電池や有機太陽電池等の太陽電池や光センサーやOLED等の電子デバイスの耐久性を向上できる。 As described above, the transparent electrode according to the embodiment includes a conductive layer containing an amorphous inorganic oxide-containing film, and a Bronsted acid anion and a localized cation formed on the conductive layer in a side chain. A shielding layer containing a self-doped conductive polymer film and / or a graphene film containing nitrogen atoms. This transparent electrode prevents electrode deterioration by preventing diffusion of anion such as halogen ions contained in the photoelectric conversion layer to the electrode and diffusion of acid to the electrode, or photoelectric conversion layer such as anion from the outside And the durability of electronic devices such as solar cells such as perovskite solar cells and organic solar cells, optical sensors and OLEDs can be improved.
一般に、アモルファス無機酸化物が酸にさらされると含有する金属イオンが溶けだし光電変換層に拡散して素子劣化を起こしやすい。遮蔽膜として非自己ドープ型導電性ポリマーを含む膜を形成することができるが、その場合にはその膜を調製するためにポリマー溶液のpHは一般に2以下である。これに対して、自己ドープ型導電性ポリマーを用いると、ポリマー溶液のpHを3以上にすることができる。このようなポリマー溶液を用いると、自己ドープ型導電性ポリマーのブレンステッド酸の共役塩基が陰イオンとして存在するため、光電変換層に含まれるハロゲンイオン等の陰イオンの電極への拡散を防ぐことができる。この結果、電極劣化を防いだり、外部からの陰イオン等の光電変換層への拡散を防ぐことが可能となり、OPVやペロブスカイトPV等の太陽電池や光センサーや電子デバイスの耐久性を向上することができる。
なお透明電極側ではなく金属を用いた対向電極側に本実施形態による自己ドープ型導電性ポリマーやN−グラフェンやこれらの積層構造を形成しても金属イオンの溶解を防止することができるため素子寿命を長くすることができる。
In general, when an amorphous inorganic oxide is exposed to an acid, the metal ions contained therein are dissolved and diffused into the photoelectric conversion layer, which tends to cause device deterioration. A film containing a non-self-doped conductive polymer can be formed as a shielding film, in which case the pH of the polymer solution is generally 2 or less in order to prepare the film. On the other hand, when a self-doped conductive polymer is used, the pH of the polymer solution can be 3 or more. When such a polymer solution is used, since the conjugate base of the Bronsted acid of the self-doped conductive polymer exists as an anion, it prevents diffusion of anions such as halogen ions contained in the photoelectric conversion layer to the electrode. Can do. As a result, it is possible to prevent electrode deterioration and to prevent diffusion of anions and the like from the outside into the photoelectric conversion layer, and to improve the durability of solar cells such as OPV and perovskite PV, photosensors and electronic devices. Can do.
The element can be prevented from dissolving metal ions even when the self-doped conductive polymer, N-graphene or their laminated structure according to the present embodiment is formed on the counter electrode side using a metal instead of the transparent electrode side. The lifetime can be extended.
(実施例16)
図5に示す構造の太陽電池50を作成する。
(Example 16)
A
PETフィルム51の上にITO/銀合金/ITOからなる導電層52を形成させる。次いで導電層52のITO表面をUVオゾン処理して親水性にする。ついで、そのITO表面上に酸化グラフェン水溶液をバーコーターで塗布する。90℃で20分乾燥した後、110℃で水和ヒドラジン蒸気で1時間処理して酸化グラフェンが一部窒素原子に置換された2層N−グラフェン層53に変化させる。XPSで測定された窒素の含有量は、この条件では4〜5atm%である。XPSから測定したカーボン材料の炭素原子と酸素原子の比率は5〜10である。次に、1−ブタノールにSnCl2を溶解させた溶液をバーコーターで塗布する。窒素雰囲気下室温で1時間乾燥させた後、130℃で10分加熱して第1のバッファ層54を作製する。
A conductive layer 52 made of ITO / silver alloy / ITO is formed on the
ブルッカイト酸化チタンナノ粒子を水/エタノール混合溶媒(塩酸でpH1.5に調整)に分散させ、バーコーターで塗布する。窒素下室温で1時間乾燥させた後130℃で10分加熱してブルッカイト酸化チタン層55を作製する。次にPbI2のジメチルホルムアミド溶液(20wt%)を、バーコーターで塗布し、次いで、CH3NH3Brのイソプロピルアルコール溶液(2wt%)を、バーコーターで塗布してから、90℃で30分乾燥することによって有機無機ハイブッリドペロブスカイト層(光電変換層)56を作製する。 Brookite titanium oxide nanoparticles are dispersed in a water / ethanol mixed solvent (adjusted to pH 1.5 with hydrochloric acid) and coated with a bar coater. After drying at room temperature for 1 hour under nitrogen, the brookite titanium oxide layer 55 is produced by heating at 130 ° C. for 10 minutes. Next, a dimethylformamide solution (20 wt%) of PbI 2 was applied with a bar coater, and then an isopropyl alcohol solution (2 wt%) of CH 3 NH 3 Br was applied with a bar coater, and then at 90 ° C. for 30 minutes. By drying, an organic-inorganic hybrid perovskite layer (photoelectric conversion layer) 56 is produced.
PETフィルム59上にNi層をメッキして第2の導電層58(対向電極)を作製した。その上に、5%のソルビトールを添加したPEDOT・PSSの水溶液をバーコーターで塗布し、100℃で30分乾燥してPEDOT・PSSを含む第2のバッファ層57(50nm厚)を形成させる。 A Ni layer was plated on the PET film 59 to produce a second conductive layer 58 (counter electrode). On top of this, an aqueous solution of PEDOT / PSS to which 5% sorbitol is added is applied with a bar coater and dried at 100 ° C. for 30 minutes to form a second buffer layer 57 (50 nm thickness) containing PEDOT / PSS.
第2バッファ層57を80℃に加熱し、有機無機ハイブッリドペロブスカイト層56と大気中で湿度を30%以下にした条件で貼り合わせて周りを封止することにより太陽電池セル50を作製する。
The
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して13%以上のエネルギー変換効率を示し、一か月放置しても効率の劣化は5%未満である。 The obtained solar battery cell shows an energy conversion efficiency of 13% or more with respect to 1 SUN sunlight, and the deterioration of efficiency is less than 5% even if left for one month.
(実施例17)
グラフェン層として以下の通り作成することを除いては実施例16と同様にして太陽電池セルを作製する。まず、Cu箔の表面をレーザー照射によって加熱処理し、アニールにより結晶粒を大きくする。このCu箔を下地触媒層とし、アンモニア、メタン、水素、アルゴン(15:60:65:200ccm)を混合反応ガスとして1000℃、5分間の条件下、CVD法により平面状の単層N−グラフェン膜を製造する。この時、ほとんどは単層のグラフェン膜が形成されるが、条件により一部に2層以上のN−グラフェン膜も生成する。さらにアンモニア、アルゴン混合気流下1000℃で5分処理した後、アルゴン気流下で冷却する。熱転写フィルム(150μm厚)と単層N−グラフェンを圧着した後、Cuを溶解するため、アンモニアアルカリ性の塩化第二銅エッチャントに漬けて、単層N−グラフェン膜を熱転写フィルム上に転写する。同様の操作を繰り返すことに単層グラフェン膜を熱転写フィルム上に4層積層して多層N−グラフェン膜を得る。熱転写フィルムをa−ITO/銀合金/a−ITO/PETフィルムの上にラミネートした後、加熱してN−グラフェン膜をa−ITO/銀合金/a−ITO/PETフィルム上に転写して透明電極を作製する。
(Example 17)
A solar battery cell is produced in the same manner as in Example 16 except that the graphene layer is produced as follows. First, the surface of the Cu foil is heat-treated by laser irradiation, and crystal grains are enlarged by annealing. This Cu foil is used as a base catalyst layer, and a planar single layer N-graphene is formed by a CVD method at 1000 ° C. for 5 minutes using ammonia, methane, hydrogen, and argon (15: 60: 65: 200 ccm) as a mixed reaction gas. A membrane is manufactured. At this time, a single-layer graphene film is mostly formed, but two or more N-graphene films are also formed in part depending on conditions. Further, after treatment at 1000 ° C. for 5 minutes under a mixed ammonia / argon stream, cooling is performed under an argon stream. After the thermal transfer film (150 μm thick) and the single layer N-graphene are pressure-bonded, in order to dissolve Cu, the single layer N-graphene film is transferred onto the thermal transfer film by soaking in an ammoniacal cupric chloride etchant. By repeating the same operation, four single layer graphene films are laminated on the thermal transfer film to obtain a multilayer N-graphene film. After laminating the thermal transfer film on the a-ITO / silver alloy / a-ITO / PET film, it is heated to transfer the N-graphene film onto the a-ITO / silver alloy / a-ITO / PET film and transparent An electrode is produced.
XPSで測定された窒素の含有量は、この条件では1〜2atm%である。XPSから測定したカーボン材料の炭素原子と酸素原子の比率は100〜200である。 The nitrogen content measured by XPS is 1 to 2 atm% under these conditions. The ratio of carbon atoms to oxygen atoms of the carbon material measured from XPS is 100 to 200.
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して15%以上のエネルギー変換効率を示し、一か月放置しても効率の劣化は5%未満である。 The obtained solar cell exhibits an energy conversion efficiency of 15% or more with respect to 1 SUN sunlight, and the deterioration of efficiency is less than 5% even if left for one month.
10…透明電極
11…透明基板
12…導電膜
13…遮蔽層
20…太陽電池セル
21…透明電極
22…光電変換層
23…対向電極
24、25…バッファ層
30…有機EL素子
22…透明電極
23…光電変換層(発光層)
33…対向電極
34、35…バッファ層
40…透明基板
41…導電層
42…遮蔽層
43…光電変換層
44…対向電極
50…太陽電池セル
51、59…PETフィルム
52…導電層
53…2層N−グラフェン層
54、57…バッファ層
55…ブルッカイト型酸化チタン層
56…光電変換層
58…対向電極
DESCRIPTION OF
33 ...
Claims (15)
前記導電層の上に形成された、ブレンステッド酸のアニオンと局在化されたカチオンとを側鎖に有する自己ドープ型導電性ポリマーを含有する膜、窒素原子を含有するグラフェン膜、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される遮蔽層と、
を具備することを特徴とする、透明電極。 A conductive layer containing an amorphous inorganic oxide;
A film containing a self-doped conductive polymer having a Bronsted acid anion and a localized cation in a side chain, a graphene film containing a nitrogen atom, and a film of these, formed on the conductive layer; A shielding layer selected from the group consisting of combinations;
The transparent electrode characterized by comprising.
ブレンステッド酸のアニオンと局在化されたカチオンとを側鎖に有する自己ドープ型導電性ポリマーを含有する膜、窒素原子を含有するグラフェン膜、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される遮蔽層を用意する工程と、
光電変換層を用意する工程と、
対向電極を用意する工程と、
前記の各層を接合させる工程と
を含むことを特徴とする、電子デバイスの製造方法。 Preparing a conductive layer containing an amorphous inorganic oxide;
A shielding layer selected from the group consisting of a film containing a self-doped conductive polymer having an anion of Bronsted acid and a localized cation in the side chain, a graphene film containing a nitrogen atom, and a combination thereof A process of preparing
Preparing a photoelectric conversion layer;
Preparing a counter electrode;
And a step of bonding the respective layers. A method of manufacturing an electronic device.
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