JP2018030730A - Film, optical device, electronic device, photoelectric conversion apparatus, and film production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は膜、光デバイス、電子デバイス、光電変換装置、および膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a film, an optical device, an electronic device, a photoelectric conversion apparatus, and a film manufacturing method.
近年、光電変換装置等に用いる新規の材料の開発が進められている。このような材料には、安定であることや毒性が低いことが必要とされる。 In recent years, development of new materials used for photoelectric conversion devices and the like has been advanced. Such materials are required to be stable and have low toxicity.
非特許文献1には、AgBiI4およびAg3BiI6の結晶構造について記載されている。また、非引用文献2には、AgBiI4を含む相図が示されており、AgBiI4が黒色であり、AgBiBr4が黄色であることが記載されている。 Non-Patent Document 1 describes the crystal structures of AgBiI 4 and Ag 3 BiI 6 . Non-cited document 2 shows a phase diagram including AgBiI 4 and describes that AgBiI 4 is black and AgBiBr 4 is yellow.
一方、新規な材料をデバイス等に用いるためには、その材料を膜とする必要があった。また、非特許文献1および非引用文献2には、AgBiI4およびAg3BiI6等の特性や機能については十分調べられていなかった。 On the other hand, in order to use a new material for a device or the like, it is necessary to use the material as a film. Further, in Non-Patent Document 1 and Non-cited Document 2, the characteristics and functions of AgBiI 4 and Ag 3 BiI 6 have not been sufficiently investigated.
本発明は、毒性が低く、電気的、光学的に利用できる膜を提供する。 The present invention provides a film that has low toxicity and can be used electrically and optically.
本発明によれば、
一般式AnBmXzで表される組成を有する結晶を含み、
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立ち、
前記結晶は、
Xに含まれる元素または元素群の第1イオンを含み、
それぞれ六つの前記第1イオンからなる複数の八面体単位が稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった構造を有する膜
が提供される。
According to the present invention,
Includes a crystal having a composition represented by the general formula A n B m X z,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
(N + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 holds,
The crystal is
Including a first ion of an element or group of elements contained in X,
There is provided a film having a structure in which a plurality of octahedral units each consisting of six first ions are connected by sharing two first ions on a ridge.
本発明によれば、
上記の膜を含む光デバイス
が提供される。
According to the present invention,
An optical device comprising the above film is provided.
本発明によれば、
上記の膜を含む電子デバイス
が提供される。
According to the present invention,
An electronic device comprising the above film is provided.
本発明によれば、
第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に位置する光電変換層とを備え、
前記光電変換層は、上記の膜を含む光電変換装置
が提供される。
According to the present invention,
A first electrode;
A second electrode;
A photoelectric conversion layer located between the first electrode and the second electrode,
The photoelectric conversion layer is provided with a photoelectric conversion device including the above film.
本発明によれば、
結晶を含む膜の製造方法であって、
それぞれ一以上の元素又は元素群であるA、B、およびXと、溶媒とを含む前駆体膜を形成する工程と、
前記前駆体膜を第1温度で乾燥させる工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度で前記前駆体膜を加熱処理する工程とを含み、
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
前記結晶は一般式AnBmXzで表される組成を有し、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立ち、
前記結晶は、
Xに含まれる元素または元素群の第1イオンを含み、
それぞれ六つの前記第1イオンからなる複数の八面体単位が稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった構造を有する、膜の製造方法
が提供される。
According to the present invention,
A method for producing a film containing crystals,
Forming a precursor film each containing one or more elements or element groups A, B, and X, and a solvent;
Drying the precursor film at a first temperature;
Heat-treating the precursor film at a second temperature higher than the first temperature,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
It said crystal has a composition represented by the general formula A n B m X z,
(N + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 holds,
The crystal is
Including a first ion of an element or group of elements contained in X,
There is provided a film manufacturing method in which a plurality of octahedral units each including six first ions have a structure in which two first ions on a ridge are shared and connected to each other.
本発明によれば、
一般式AnBmXzで表される組成を有する結晶を含み、
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2かつn/m≧0.8が成り立つ膜
が提供される。
According to the present invention,
Includes a crystal having a composition represented by the general formula A n B m X z,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
A film in which (n + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 and n / m ≧ 0.8 is provided.
本発明によれば、
第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に位置する光電変換層とを備え、
前記光電変換層は、上記の膜を有する光電変換装置
が提供される。
According to the present invention,
A first electrode;
A second electrode;
A photoelectric conversion layer located between the first electrode and the second electrode,
The photoelectric conversion layer is provided with a photoelectric conversion device having the above film.
本発明によれば、
結晶を含む膜の製造方法であって、
それぞれ一以上の元素又は元素群であるA、B、およびXと、溶媒とを含む前駆体膜を形成する工程と、
前記前駆体膜を第1温度で乾燥させる工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度で前記前駆体膜を加熱処理する工程とを含み、
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
前記結晶は一般式AnBmXzで表される組成を有し、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2かつn/m≧0.8が成り立つ膜の製造方法
が提供される。
According to the present invention,
A method for producing a film containing crystals,
Forming a precursor film each containing one or more elements or element groups A, B, and X, and a solvent;
Drying the precursor film at a first temperature;
Heat-treating the precursor film at a second temperature higher than the first temperature,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
It said crystal has a composition represented by the general formula A n B m X z,
A method for producing a film in which (n + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 and n / m ≧ 0.8 is provided.
本発明によれば、毒性が低く、電気的、光学的に利用できる膜を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film | membrane which has low toxicity and can be utilized electrically and optically can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る膜に含まれる結晶CLの構造を例示する図である。本実施形態に係る膜は、一般式AnBmXzで表される組成を有する結晶CLを含む。Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数である。Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数である。Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数である。ここで、(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立つ。以下に詳しく説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of the crystal CL included in the film according to the first embodiment. Film according to the present embodiment includes a crystal CL having a composition represented by the general formula A n B m X z. A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 . B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La. X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN. Here, (n + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 holds. This will be described in detail below.
結晶CLは、Xに含まれる元素または元素群の第1イオン140を含む。そして、結晶CLはたとえば、それぞれ六つの第1イオン140からなる複数の八面体単位120が稜上の二つの第1イオン140を互いに共有して連なった構造を有する。 The crystal CL includes first ions 140 of elements or element groups included in X. The crystal CL has, for example, a structure in which a plurality of octahedral units 120 each consisting of six first ions 140 share two first ions 140 on the ridge and share each other.
なお、以下において、上記した一般式AnBmXzで表される組成を有する結晶を、結晶CLと呼ぶ。また、本実施形態に係る結晶CLを含む膜を、膜FLと呼ぶ。 In the following, a crystal having a composition represented by the general formula A n B m X z is referred to as a crystal CL. A film including the crystal CL according to the present embodiment is referred to as a film FL.
本実施形態に係る膜FLは、結晶性の膜であり、たとえば多結晶膜である。また、本実施形態に係る膜FLは、非晶質(アモルファス)相を含んでも良い。 The film FL according to the present embodiment is a crystalline film, for example, a polycrystalline film. Further, the film FL according to the present embodiment may include an amorphous phase.
一般式AnBmXzにおいて、(n,m)は(1,1),(3,1),(1,3),(2,1),(7,1),(9,1),(5,1),(1,2),(5,3)等であり得る。ただし、nおよびmについては結晶CLに含まれる欠陥や異相等に起因する誤差が許容される。すなわち、(ni,mi)を(1,1),(3,1),(1,3),(2,1),(7,1),(9,1),(5,1),(1,2)および(5,3)のいずれかとしたとき、一般式AnBmXzにおいて、ni/mi×0.8≦n/m≦ni/mi×1.2であることが好ましく、ni/mi×0.9≦n/m≦ni/mi×1.1であることがより好ましい。たとえば、0.8≦n/m≦1.2が成り立つ場合は、(n,m)がおよそ(1,1)である場合に相当する。また、2.4≦n/m≦3.6が成り立つ場合は、(n,m)がおよそ(3,1)である場合に相当する。一般式AnBmXzにおいてはn/m≧0.8が成り立つことが好ましく、n/m≧0.9が成り立つことがより好ましい。 In the general formula A n B m X z , (n, m) is (1, 1), (3, 1), (1, 3), (2, 1), (7, 1), (9, 1 ), (5, 1), (1, 2), (5, 3), and the like. However, for n and m, an error caused by a defect or a different phase included in the crystal CL is allowed. That is, (n i , m i ) is changed to (1,1), (3,1), (1,3), (2,1), (7,1), (9,1), (5,1 ), (1,2) and (5,3), in the general formula A n B m Xz , n i / m i × 0.8 ≦ n / m ≦ n i / m i × 1 .2 is preferable, and more preferably n i / m i × 0.9 ≦ n / m ≦ n i / m i × 1.1. For example, the case where 0.8 ≦ n / m ≦ 1.2 is satisfied corresponds to the case where (n, m) is approximately (1, 1). The case where 2.4 ≦ n / m ≦ 3.6 is satisfied corresponds to the case where (n, m) is approximately (3,1). In the general formula A n B m X z , n / m ≧ 0.8 is preferable, and n / m ≧ 0.9 is more preferable.
結晶CLの結晶構造の例について以下に説明する。ただし、結晶CLは以下に説明する結晶構造に限定されない。また、本実施形態に係る膜FLは、結晶CLのみならず、他の結晶構造を有する結晶を一部に含んでいても良い。そして、結晶CLには、不純物や欠陥等が含まれていてもよい。結晶CLの組成及び構造は、X線回折法等を用いて確認することができる。 An example of the crystal structure of the crystal CL will be described below. However, the crystal CL is not limited to the crystal structure described below. Further, the film FL according to the present embodiment may include not only the crystal CL but also a crystal having another crystal structure. The crystal CL may contain impurities, defects, and the like. The composition and structure of the crystal CL can be confirmed using an X-ray diffraction method or the like.
結晶CLは、Xに含まれる元素または元素群の第1イオンと、Aに含まれる元素または元素群の第2イオンと、Bに含まれる元素の第3イオンとを含む。すなわち結晶CLはイオン結晶である。なお、そして、Xに含まれる元素とは、F、Cl、Br、およびIのそれぞれを示し、Xに含まれる元素群とは、CN、およびSCNのそれぞれを示している。また、Aに含まれる元素とは、Ag、Cu、In、Na、およびKのそれぞれを示し、Aに含まれる元素群とは、NH4を示している。そして、Bに含まれる元素とは、Bi、Sb、およびLaのそれぞれを示している。第1イオンは一価のアニオンであり、第2イオンは一価のカチオンであり、第3イオンは三価のカチオンである。 The crystal CL includes a first ion of an element or element group included in X, a second ion of an element or element group included in A, and a third ion of an element included in B. That is, the crystal CL is an ionic crystal. The element contained in X represents F, Cl, Br, and I, and the element group contained in X represents CN and SCN. Moreover, the element contained in A shows each of Ag, Cu, In, Na, and K, and the element group contained in A shows NH 4 . And the element contained in B has shown each of Bi, Sb, and La. The first ion is a monovalent anion, the second ion is a monovalent cation, and the third ion is a trivalent cation.
したがって、一般式AnBmXzにおいて、理論的にはn+3m=zが成り立つときに電気的中性が得られる。ただし、不純物や欠陥等の含有による組成のズレが生じ得る。すなわち一般式AnBmXzにおいては、(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立ち、(n+3m)×0.9≦z≦(n+3m)×1.1が成り立つことがより好ましい。 Thus, in the general formula A n B m X z, in theory electrical neutrality is obtained when the n + 3m = z holds. However, compositional deviation due to inclusion of impurities, defects, etc. may occur. That is, in the general formula A n B m X z , (n + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 holds, and (n + 3m) × 0.9 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.1 It is more preferable to hold.
図2は、八面体単位120の構造を示す図である。本図では、中心にカチオン142が位置する例を示している。カチオン142は第2イオンまたは第3イオンである。八面体単位120において、六つの第1イオン140は、正八面体の頂点に位置する。なお、一つの八面体単位120に含まれる第1イオン140は、同時に他の八面体単位120に含まれていてもよい。 FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of the octahedral unit 120. This figure shows an example in which the cation 142 is located at the center. The cation 142 is a second ion or a third ion. In the octahedral unit 120, the six first ions 140 are located at the apexes of the regular octahedron. The first ions 140 included in one octahedral unit 120 may be included in another octahedral unit 120 at the same time.
図3は、板状単位の積層構造を示す図である。結晶CLは、複数の八面体単位120を含む。上記した通り、複数の八面体単位120は稜上の二つの第1イオン140を互いに共有して連なった構造を有する。本構造において、八面体単位120は、隣接する他の八面体単位120と結合している。詳しくは、一の八面体単位120bは、隣接する他の八面体単位aと稜上の二つの第1イオン140を共有する。すなわち、八面体単位120aの第1の稜と、八面体単位120bの第1の稜とは一致している。ここで、八面体単位120aと八面体単位120bとは、三つ以上の第1イオン140を共有していない。すなわち、八面体単位120aと八面体単位120bとは、いずれの面も一致しない。ただし、結晶CLには、欠陥等に起因して、互いに一つの頂点のみを共有する複数の八面体単位120や、互いに面を共有する複数の八面体単位120が一部に含まれていても良い。 FIG. 3 is a diagram showing a laminated structure of plate-like units. The crystal CL includes a plurality of octahedral units 120. As described above, the plurality of octahedral units 120 have a structure in which the two first ions 140 on the edge are shared and connected to each other. In this structure, the octahedral unit 120 is coupled to another adjacent octahedral unit 120. Specifically, one octahedral unit 120b shares two first ions 140 on the edge with another adjacent octahedral unit a. In other words, the first ridge of the octahedral unit 120a and the first ridge of the octahedral unit 120b coincide. Here, the octahedral unit 120 a and the octahedral unit 120 b do not share three or more first ions 140. That is, the octahedral unit 120a and the octahedral unit 120b do not coincide with each other. However, the crystal CL may partially include a plurality of octahedral units 120 that share only one vertex or a plurality of octahedral units 120 that share a plane with each other due to defects or the like. good.
また、八面体単位120bは、隣接する他の八面体単位120cと稜上の二つの第1イオン140を共有する。八面体単位120cは八面体単位120aとは別の八面体単位120であるが、八面体単位120bと八面体単位120cもまた隣接している。そして、八面体単位120cの第1の稜と、八面体単位120bの第2の稜とが一致している。八面体単位120bの第2の稜は、八面体単位120bの第1の稜とは異なる稜である。また、八面体単位120cと八面体単位120bとは、三つ以上の第1イオン140を共有していない。このように、八面体単位120は、隣接する複数の八面体単位120と、それぞれ稜上の二つの第1イオン140のみを共有しながら結合し、連なっている。一つの八面体単位120は、最大で12個の他の八面体単位120と結合することができる。 Further, the octahedral unit 120b shares two first ions 140 on the ridge with another adjacent octahedral unit 120c. The octahedral unit 120c is an octahedral unit 120 different from the octahedral unit 120a, but the octahedral unit 120b and the octahedral unit 120c are also adjacent to each other. And the 1st edge of octahedron unit 120c and the 2nd edge of octahedron unit 120b correspond. The second ridge of the octahedral unit 120b is a ridge different from the first ridge of the octahedral unit 120b. Further, the octahedral unit 120 c and the octahedral unit 120 b do not share three or more first ions 140. As described above, the octahedral unit 120 is connected to the plurality of adjacent octahedral units 120 while sharing only the two first ions 140 on the ridges. One octahedral unit 120 can be combined with a maximum of 12 other octahedral units 120.
結晶CLは、複数の八面体単位120が、上記したように稜上の二つの第1イオン140を互いに共有して連なった板状単位100を含む。詳しくは、結晶CLは、複数の板状単位100が積層した構造を含む。各板状単位100において、一つの八面体単位120は、面内で隣接する六つの八面体単位120とそれぞれ稜上の二つの第1イオン140を共有して結合している。ただし、板状単位100の端に位置する八面体単位120は、五つ以下の八面体単位120とのみ結合していてもよい。 The crystal CL includes a plate-like unit 100 in which a plurality of octahedral units 120 are connected by sharing the two first ions 140 on the edge as described above. Specifically, the crystal CL includes a structure in which a plurality of plate-like units 100 are stacked. In each plate-like unit 100, one octahedral unit 120 is bonded and shared with six first octahedral units 120 adjacent to each other in the plane and two first ions 140 on the respective edges. However, the octahedral unit 120 located at the end of the plate-like unit 100 may be bonded only to five or less octahedral units 120.
板状単位100に含まれる複数の八面体単位120は、それぞれ、八面体を構成する八つの面のうちの一つの面が板状単位100の第1面に一致する。そして、八つの面のうち、その一つの面と平行な他の面が、板状単位100の第2面に一致する。すなわち、板状単位100の厚さは、八面体単位120の平行な二面間の距離に相当する。また、板状単位100を構成する複数の八面体単位120は、互いに同じ向きで並んでいる。 In the plurality of octahedral units 120 included in the plate unit 100, one of the eight surfaces constituting the octahedron corresponds to the first surface of the plate unit 100. Of the eight surfaces, the other surface parallel to the one surface coincides with the second surface of the plate unit 100. That is, the thickness of the plate unit 100 corresponds to the distance between two parallel surfaces of the octahedral unit 120. Further, the plurality of octahedral units 120 constituting the plate unit 100 are arranged in the same direction.
結晶CLは、中心にイオンが存在しない第1の八面体単位120と、Aに含まれる元素または元素群の第2イオンが中心に位置する第2の八面体単位120と、Bに含まれる元素の第3イオンが中心に位置する第3の八面体単位120とを含む。各板状単位100は、たとえば第1の八面体単位120、第2の八面体単位120、および第3の八面体単位120のうちいずれかのみが複数連結された構造を有していても良いし、これらのうち二種の八面体単位120が複数連結された構造を有していてもよいし、三種の八面体単位120が複数連結された構造を有していても良い。 The crystal CL includes a first octahedral unit 120 in which no ions are present at the center, a second octahedral unit 120 in which a second ion of an element or element group included in A is positioned at the center, and an element included in B. And a third octahedral unit 120 centered on the third ion. Each plate-like unit 100 may have a structure in which only one of the first octahedral unit 120, the second octahedral unit 120, and the third octahedral unit 120 is connected. Of these, two types of octahedral units 120 may be connected to each other, or three types of octahedral units 120 may be connected to each other.
図3では、結晶CLが複数種類の板状単位を含む場合を示している。本図の例において具体的には、積層された複数の板状単位100には、第1の板状単位101と第2の板状単位102とが含まれる。そして結晶CLは、第1の板状単位101と、第2の板状単位102とが交互に積層した構造を含む。第1の板状単位101における、第1の八面体単位120の比率をv'、第2の八面体単位120の比率をa'、第3の八面体単位120の比率をb'とする。ここで、v'、a'、およびb'は、それぞれ、第1の板状単位101を構成する八面体単位120の総数に対する比率である。また、第2の板状単位102における、第1の八面体単位120の比率をv''、第2の八面体単位120の比率をa''、第3の八面体単位120の比率をb''とする。ここで、v''、a''、およびb''は、それぞれ、第2の板状単位102を構成する八面体単位120の総数に対する比率である。すなわち、a'+b'+v'=1およびa''+b''+v''=1が成り立つ。また、電荷的中性を満たすことからa'+a''+3(b'+b'')=2が成り立つ。ここで、右辺の2は、第1の板状単位101と第2の板状単位102の中に存在する一価アニオンである第1イオン140の数が八面体単位120と同数であることに由来する。そして、a':b':v'で表される比とa'':b'':v''で表される比とは、互いに異なる。すなわち、a':b':v'=a'':b'':v''が成り立たない。 FIG. 3 shows a case where the crystal CL includes a plurality of types of plate-like units. Specifically, in the example of the figure, the plurality of stacked plate-like units 100 include a first plate-like unit 101 and a second plate-like unit 102. The crystal CL includes a structure in which the first plate-like units 101 and the second plate-like units 102 are alternately stacked. In the first plate unit 101, the ratio of the first octahedral unit 120 is v ′, the ratio of the second octahedral unit 120 is a ′, and the ratio of the third octahedral unit 120 is b ′. Here, v ′, a ′, and b ′ are ratios to the total number of octahedron units 120 constituting the first plate-like unit 101, respectively. Further, in the second plate-like unit 102, the ratio of the first octahedral unit 120 is v ″, the ratio of the second octahedral unit 120 is a ″, and the ratio of the third octahedral unit 120 is b. ''. Here, v ″, a ″, and b ″ are ratios to the total number of octahedron units 120 constituting the second plate unit 102, respectively. That is, a ′ + b ′ + v ′ = 1 and a ″ + b ″ + v ″ = 1. Further, a ′ + a ″ +3 (b ′ + b ″) = 2 holds because the charge neutrality is satisfied. Here, 2 on the right side is that the number of the first ions 140 that are monovalent anions existing in the first plate unit 101 and the second plate unit 102 is the same as the octahedral unit 120. Derived from. The ratio represented by a ′: b ′: v ′ and the ratio represented by a ″: b ″: v ″ are different from each other. That is, a ′: b ′: v ′ = a ″: b ″: v ″ does not hold.
なお、複数の第1の板状単位101において、第1の八面体単位120、第2の八面体単位120、および第3の八面体単位120の配置は、互いに異なっていてもよい。また、複数の第2の板状単位102において、第1の八面体単位120、第2の八面体単位120、および第3の八面体単位120の配置は、互いに異なっていてもよい。第1の板状単位101と第2の板状単位102の積層順は特に限定されない。 In the plurality of first plate-like units 101, the arrangement of the first octahedral unit 120, the second octahedral unit 120, and the third octahedral unit 120 may be different from each other. Further, in the plurality of second plate units 102, the arrangement of the first octahedral unit 120, the second octahedral unit 120, and the third octahedral unit 120 may be different from each other. The stacking order of the first plate unit 101 and the second plate unit 102 is not particularly limited.
結晶CLのタイプごとの(n,m)、(a',b',v')、(a'',b'',v'')、結晶CLにおけるAの含有率(at%)、および結晶CLにおけるBの含有率(at%)の関係の例を、表1に示す。なお、Aの含有率(at%)およびBの含有率(at%)は、それぞれ、AとBの物質量の総和に対する含有率である。 (N, m), (a ′, b ′, v ′), (a ″, b ″, v ″) for each type of crystal CL, the content of A in the crystal CL (at%), and Table 1 shows an example of the relationship of the B content (at%) in the crystal CL. In addition, the content rate (at%) of A and the content rate (at%) of B are content rates with respect to the sum total of the substance amount of A and B, respectively.
なお、(n,m)、(a',b',v')、および(a'',b'',v'')は、表1に示す例に限定されない。また、表1に示した(n,m)、(a',b',v')、および(a'',b'',v'')は理論値であり、結晶に含まれる欠陥や異相等に起因する誤差が許容される。そして、(a',b',v')と(a'',b'',v'')とは互いに逆であってもよい。 Note that (n, m), (a ′, b ′, v ′), and (a ″, b ″, v ″) are not limited to the examples shown in Table 1. In addition, (n, m), (a ′, b ′, v ′) and (a ″, b ″, v ″) shown in Table 1 are theoretical values, and defects included in the crystal Errors due to out-of-phase etc. are allowed. Then, (a ′, b ′, v ′) and (a ″, b ″, v ″) may be opposite to each other.
表1中、タイプ1、2においては、v'およびv''の少なくとも一方が0.1以下である。また、タイプ4においては、a'およびa''の少なくとも一方が0.1以下である。そして、タイプ1,2,3、および5においては、b'およびb''の少なくとも一方が0.1以下である。各タイプについて、以下に具体的に説明する。ただし、以下において、a'<a''が成り立つか、a'=a''かつb'<b''が成り立つように第1の板状単位101と第2の板状単位102を決めるものとする。 In Table 1, in types 1 and 2, at least one of v ′ and v ″ is 0.1 or less. In Type 4, at least one of a ′ and a ″ is 0.1 or less. In types 1, 2, 3, and 5, at least one of b ′ and b ″ is 0.1 or less. Each type will be specifically described below. However, in the following, the first plate unit 101 and the second plate unit 102 are determined so that a ′ <a ″ is satisfied or a ′ = a ″ and b ′ <b ″ are satisfied. And
タイプ1において、2.4≦n/m≦3.6が成り立つ。また、b'≦0.1かつv''≦0.1が成り立つ。さらに、0.4≦a'/v'≦0.6、かつ1.6≦a''/b''≦2.4が成り立つ。本タイプの場合、一般式AnBmXzで表される組成としては、たとえばAg3BiI6、およびIn3BiI6が挙げられる。 In Type 1, 2.4 ≦ n / m ≦ 3.6 is established. Further, b ′ ≦ 0.1 and v ″ ≦ 0.1 are established. Further, 0.4 ≦ a ′ / v ′ ≦ 0.6 and 1.6 ≦ a ″ / b ″ ≦ 2.4 hold. For this type, the composition represented by the general formula A n B m X z, for example, Ag 3 BiI 6, and an In 3 BiI 6 and the like.
タイプ2において、1.6≦n/m≦2.4が成り立つ。また、b'≦0.1かつv''≦0.1が成り立つ。さらに、0.2≦a'/v'≦0.3、かつ1.2≦a''/b''≦1.8が成り立つ。本タイプの場合、一般式AnBmXzで表される組成としては、たとえばAg2BiI5およびCu2BiI5が挙げられる。 In type 2, 1.6 ≦ n / m ≦ 2.4 holds. Further, b ′ ≦ 0.1 and v ″ ≦ 0.1 are established. Further, 0.2 ≦ a ′ / v ′ ≦ 0.3 and 1.2 ≦ a ″ / b ″ ≦ 1.8 hold. For this type, the composition represented by the general formula A n B m X z, for example include Ag 2 BiI 5 and Cu 2 BiI 5.
タイプ3において、1.2≦n/m≦1.8が成り立つ。また、b'≦0.1が成り立つ。さらに、0.4≦a'/v'≦0.6、かつ0.6≦a''/b''≦0.9、かつ1.6≦b''/v''≦2.4が成り立つ。 In Type 3, 1.2 ≦ n / m ≦ 1.8 is established. Further, b ′ ≦ 0.1 holds. Further, 0.4 ≦ a ′ / v ′ ≦ 0.6, 0.6 ≦ a ″ / b ″ ≦ 0.9, and 1.6 ≦ b ″ / v ″ ≦ 2.4. It holds.
タイプ4において、0.8≦n/m≦1.2が成り立つ。また、a'≦0.1が成り立つ。さらに、0.3≦b'/v'≦0.4、かつ1.6≦a''/b''≦2.4、かつ0.8≦b''/v''≦1.2が成り立つ。本タイプの場合、一般式AnBmXzで表される組成としては、たとえばAgBiI4およびCuBiI4が挙げられる。 In Type 4, 0.8 ≦ n / m ≦ 1.2 is established. Further, a ′ ≦ 0.1 holds. Furthermore, 0.3 ≦ b ′ / v ′ ≦ 0.4, 1.6 ≦ a ″ / b ″ ≦ 2.4, and 0.8 ≦ b ″ / v ″ ≦ 1.2. It holds. For this type, the composition represented by the general formula A n B m X z, for example AgBiI 4 and CuBiI 4 and the like.
タイプ5において、0.4≦n/m≦0.6が成り立つ。また、b'≦0.1が成り立つ。さらに、0.1≦a'/v'≦0.2、かつ0.2≦a''/b''≦0.3、かつ1.6≦b''/v''≦2.4が成り立つ。本タイプの場合、一般式AnBmXzで表される組成としては、たとえばAgBi2I7が挙げられる。 In type 5, 0.4 ≦ n / m ≦ 0.6 holds. Further, b ′ ≦ 0.1 holds. Further, 0.1 ≦ a ′ / v ′ ≦ 0.2, 0.2 ≦ a ″ / b ″ ≦ 0.3, and 1.6 ≦ b ″ / v ″ ≦ 2.4. It holds. For this type, the composition represented by the general formula A n B m X z, for example AgBi 2 I 7 and the like.
膜FLをX線回折で測定したときに得られる回折ピークについて、具体例を挙げる。まず、第1例として、AがAgであり、BがBiであり、XがIであり、2.4≦n/m≦3.6であるとき、最大の回折ピークが25°≦2θ≦35°の範囲に現れることが好ましい。 A specific example is given about the diffraction peak obtained when the film | membrane FL is measured by X-ray diffraction. First, as a first example, when A is Ag, B is Bi, X is I, and 2.4 ≦ n / m ≦ 3.6, the maximum diffraction peak is 25 ° ≦ 2θ ≦. It preferably appears in the range of 35 °.
第2例として、AがCuであり、BがBiであり、XがIであり、0.8≦n/m≦1.2であるとき、最大の回折ピークが25°≦2θ≦35°の範囲に現れることが好ましい。 As a second example, when A is Cu, B is Bi, X is I, and 0.8 ≦ n / m ≦ 1.2, the maximum diffraction peak is 25 ° ≦ 2θ ≦ 35 °. It preferably appears in the range of
膜FLのX線回折測定には、たとえばX線回折装置(リガク社製、RIGAKU Rad B−system)を用いることができ、測定条件は以下の通りとすることができる。
(測定条件)
X線源:Cu Kα
X線波長:1.5405Å、1.5443Å
読取幅:0.02°
走査速度:5deg/min
測定範囲:2θ=10〜70°
測定温度:室温
For the X-ray diffraction measurement of the film FL, for example, an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, RIGAKU Rad B-system) can be used, and the measurement conditions can be as follows.
(Measurement condition)
X-ray source: Cu Kα
X-ray wavelength: 1.5405 mm, 1.5443 mm
Reading width: 0.02 °
Scanning speed: 5 deg / min
Measurement range: 2θ = 10 to 70 °
Measurement temperature: room temperature
結晶CLを含む膜FLの製造方法の例を以下に説明する。本製造方法は、前駆体膜を形成する工程、乾燥させる工程、および加熱処理する工程を含む。前駆体膜を形成する工程では、それぞれ一以上の元素又は元素群であるA、B、およびXと、溶媒とを含む前駆体膜を形成する。乾燥させる工程では、前駆体膜を第1温度で乾燥させる。そして、加熱処理する工程では、第1温度よりも高い第2温度で前駆体膜を加熱処理する。上記した通り、Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数である。Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数である。そして、Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数である。本方法で得られる膜FLに含まれる結晶CLは一般式AnBmXzで表される組成を有し、(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立つ。以下に詳しく説明する。 An example of a manufacturing method of the film FL including the crystal CL will be described below. This manufacturing method includes a step of forming a precursor film, a step of drying, and a step of heat treatment. In the step of forming the precursor film, a precursor film including one or more elements or element groups A, B, and X and a solvent is formed. In the drying step, the precursor film is dried at the first temperature. In the heat treatment step, the precursor film is heat treated at a second temperature higher than the first temperature. As described above, A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 . B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La. X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN. Crystal CL included in the film FL obtained by the present method has a composition represented by the general formula A n B m X z, holds the (n + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2. This will be described in detail below.
本方法で得られる膜の結晶CLは、たとえば上記した通り、Xに含まれる元素または元素群の第1イオンを含み、それぞれ六つの第1イオンからなる複数の八面体単位が稜上の二つの第1イオンを互いに共有して連なった構造を有する。 The crystal CL of the film obtained by this method includes, for example, the first ions of the element or element group contained in X as described above, and each of the octahedron units each consisting of six first ions has two on the edge. The first ions are shared and connected to each other.
本方法において、前駆体膜を形成する工程と乾燥させる工程とはこの順に行われてもよいし、前駆体膜を形成する工程と乾燥させる工程の少なくとも一部とは同時に行われてもよい。加熱処理する工程は、乾燥させる工程の後に行われる。 In this method, the step of forming the precursor film and the step of drying may be performed in this order, or the step of forming the precursor film and at least a part of the step of drying may be performed simultaneously. The heat treatment step is performed after the drying step.
前駆体膜を形成する工程では、たとえばAと、Bと、Xと、溶媒とを含む溶液を基材上に塗布する。溶液を基材上に塗布する方法としては、たとえばスピンコート法、インクジェット法、スプレーコート法等のウェット法が挙げられる。この場合、前駆体膜を形成する工程と乾燥させる工程の少なくとも一部とが同時に行われてもよい。すなわち、前駆体膜を形成する工程の途中で、一部の溶媒が揮発してもよい。これらの方法を用いる場合、具体的にはA、B、およびXの少なくともいずれかを含む材料を溶媒に溶解または分散させ溶液を調製する。そして、溶液を基材に塗布する。A、B、およびXの少なくともいずれかを含む材料は、たとえばAXやBX3の一般式で表される化合物である。溶液は、複数の材料を溶媒に溶解または分散させて得ることができる。 In the step of forming the precursor film, for example, a solution containing A, B, X, and a solvent is applied onto the substrate. Examples of the method for applying the solution on the substrate include wet methods such as a spin coating method, an ink jet method, and a spray coating method. In this case, the step of forming the precursor film and the step of drying may be performed at the same time. That is, part of the solvent may be volatilized during the process of forming the precursor film. In the case of using these methods, specifically, a solution is prepared by dissolving or dispersing a material containing at least one of A, B, and X in a solvent. Then, the solution is applied to the substrate. A, B, and materials containing at least one of X is a compound e.g. represented by the general formula AX and BX 3. The solution can be obtained by dissolving or dispersing a plurality of materials in a solvent.
溶液は材料が十分溶けるよう加熱されていても良い。また、溶液を基材上に塗布する前には、基材を温めておいてもよい。そうすることで、基板上に濡れ広がる前に溶液内に析出物が生じるのを防ぐことができる。また、基材上への溶液の塗布は、基材を第2温度よりも低い温度で加熱しながら行っても良い。そうすることで、溶媒の揮発を促進することができる。 The solution may be heated so that the material is sufficiently dissolved. Further, the substrate may be warmed before applying the solution onto the substrate. By doing so, it is possible to prevent a precipitate from being generated in the solution before it spreads wet on the substrate. Moreover, you may perform application | coating of the solution on a base material, heating a base material at temperature lower than 2nd temperature. By doing so, volatilization of the solvent can be promoted.
溶媒は、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、γ−ブチロラクトン(GBL)、1−N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの第一の溶剤から選択される一以上であることが好ましい。また、溶剤には、前駆体の溶解性を向上させるとともに、その結晶化を抑制し、均一で平坦な表面の結晶薄膜を得る目的で沃化水素、1,8−ジヨードオクタン等の添加剤を導入することができる。 The solvent may be one or more selected from a first solvent such as dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), γ-butyrolactone (GBL), 1-N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). preferable. In addition, the solvent has additives such as hydrogen iodide and 1,8-diiodooctane for the purpose of improving the solubility of the precursor and suppressing the crystallization and obtaining a crystal thin film having a uniform and flat surface. Can be introduced.
また、均一で平坦で大きな結晶粒径の結晶薄膜を得るために、第一の溶剤の溶液を用いて前駆体膜を形成する工程または乾燥させる工程を行っている中に、第一の溶剤を第二の溶剤で置換する処理をしてもよい。第一の溶剤を第二の溶剤で置換する処理は、たとえば、結晶CLに対して貧溶媒である第二の溶剤を未乾燥薄膜上に滴下する方法、または未乾燥薄膜を第二の溶剤に浸漬させるなどの方法で行える。第二の溶剤としてはエタノール、イソプロピルアルコール、メトキシプロピレン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類、酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、メチルエチルケトン、イソブチルメチルケトン、アセトンなどのケトン類、ジエチルエーテル、ジプロプレンエーテルなどのエーテル類、トルエン、キシレン、クロロベンゼン等の芳香族溶媒、テトラヒドロフラン等の複素環式芳香族溶媒等が挙げられる。 In addition, in order to obtain a crystal thin film having a uniform, flat and large crystal grain size, the first solvent is used during the step of forming the precursor film using the solution of the first solvent or the step of drying. You may process to substitute with a 2nd solvent. The treatment for replacing the first solvent with the second solvent is, for example, a method in which the second solvent which is a poor solvent for the crystal CL is dropped on the undried thin film, or the undried thin film is used as the second solvent. This can be done by dipping. As the second solvent, alcohols such as ethanol, isopropyl alcohol, methoxypropylene, diethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, esters such as ethyl acetate and propylene glycol monomethyl ether acetate, ketones such as methyl ethyl ketone, isobutyl methyl ketone and acetone , Ethers such as diethyl ether and diproprene ether, aromatic solvents such as toluene, xylene and chlorobenzene, heterocyclic aromatic solvents such as tetrahydrofuran, and the like.
また、沃化水素、1,8−ジヨードオクタン等の結晶CLの溶解性を向上させる添加剤を第二の溶剤に添加させることで、第一の溶剤として用いることも可能である。 Moreover, it is also possible to use it as a 1st solvent by adding the additive which improves the solubility of crystal | crystallization CL, such as hydrogen iodide and 1,8- diiodooctane, to a 2nd solvent.
前駆体膜を形成する工程では、前駆体膜に含まれるAの物質量をp、Bの物質量をq、Xの物質量をrとしたとき、(p+3q)×0.8≦r≦(p+3q)×1.2が成り立つように前駆体膜を形成することが好ましく、(p+3q)×0.9≦r≦(p+3q)×1.1が成り立つように前駆体膜を形成することがより好ましい。そうすることにより効率よく結晶CLを含む膜FLが得られる。前駆体膜に含まれるA、B、およびXの物質量の関係は、たとえば上記した溶液を調製する際の材料の仕込み比に応じて調整することができる。 In the step of forming the precursor film, when the amount of A contained in the precursor film is p, the amount of B is q, and the amount of X is r, (p + 3q) × 0.8 ≦ r ≦ ( It is preferable to form the precursor film so that p + 3q) × 1.2 is satisfied, and it is more preferable to form the precursor film so that (p + 3q) × 0.9 ≦ r ≦ (p + 3q) × 1.1 is satisfied. preferable. By doing so, the film FL containing the crystal CL can be obtained efficiently. The relationship between the substance amounts of A, B, and X contained in the precursor film can be adjusted according to, for example, the charging ratio of the material when preparing the above solution.
上記した通り、乾燥させる工程は第1温度で行われる。第1温度はたとえば室温であり、具体的には15℃以上30℃である。乾燥させる工程を加熱しながら行う場合、第1温度はたとえば50℃以上100℃未満である。乾燥させる工程に要する時間は特に限定されないが、たとえば1分以上60分以下の時間、前駆体膜を形成した基板を静置することで行える。乾燥させる工程では、前駆体膜における溶媒の含有量が50重量%以下になるまで乾燥させることが好ましく、45重量%以下になるまで乾燥させることがより好ましい。 As described above, the drying step is performed at the first temperature. The first temperature is, for example, room temperature, specifically 15 ° C. or higher and 30 ° C. When performing the process to dry, heating, 1st temperature is 50 degreeC or more and less than 100 degreeC, for example. Although the time required for the drying step is not particularly limited, for example, it can be performed by allowing the substrate on which the precursor film is formed to stand for 1 to 60 minutes. In the drying step, drying is preferably performed until the content of the solvent in the precursor film is 50% by weight or less, and more preferably 45% by weight or less.
乾燥させる工程の後に、前駆体膜を加熱処理する工程が行われて膜FLが得られる。上記した通り、加熱処理する工程は第2温度で行われる。第2温度は第1温度よりも高ければ特に限定されないが、たとえば100℃以上200℃未満である。なお、乾燥させる工程は一定の温度で行われる必要はなく、すなわち第1温度には幅があっても良い。その場合、乾燥させる工程の最高温度を第2温度より低くする。また、加熱処理は複数の温度で多段階に行っても良い。前駆体膜を加熱する時間は特に限定されないが、たとえば1分以上60分以下とすることができる。 After the drying step, a step of heat-treating the precursor film is performed to obtain the film FL. As described above, the heat treatment step is performed at the second temperature. Although it will not specifically limit if 2nd temperature is higher than 1st temperature, For example, it is 100 degreeC or more and less than 200 degreeC. Note that the drying step need not be performed at a constant temperature, that is, the first temperature may vary. In that case, the maximum temperature of the drying step is set lower than the second temperature. Further, the heat treatment may be performed in multiple stages at a plurality of temperatures. Although the time which heats a precursor film | membrane is not specifically limited, For example, it is 1 minute or more and 60 minutes or less.
本実施形態に係る方法では、加熱処理する工程前の前駆体膜の色は、加熱処理する工程後に得られる膜FLの色と異なる。ここで、膜の色が異なるか否かは目で見て確認できる。また、光の吸収スペクトルの最大ピークをとる波長が100nm以上異なる膜も互いに色が異なるといえる。 In the method according to this embodiment, the color of the precursor film before the heat treatment step is different from the color of the film FL obtained after the heat treatment step. Here, it can be visually confirmed whether or not the colors of the films are different. It can also be said that the films having wavelengths different from each other by 100 nm or more that take the maximum peak of the absorption spectrum of light have different colors.
なお、前駆体膜を形成する工程は、たとえばBおよびAの一方とXとを含む膜をAおよびBの他方とXとを含む溶液に浸漬させることで行われてもよい。BおよびAの一方とXとを含む膜は、たとえば上記したウェット法または蒸着法等で基材に対して形成できる。また、AおよびBの他方とXとを含む溶液には、たとえば上記したのと同様の溶媒を用いることができる。 The step of forming the precursor film may be performed, for example, by immersing a film containing one of B and A and X in a solution containing the other of A and B and X. A film containing one of B and A and X can be formed on the substrate by, for example, the wet method or the vapor deposition method described above. For the solution containing the other of A and B and X, for example, the same solvent as described above can be used.
また、膜FLの製造方法は上記に限定されず、上記したようなAと、Bと、Xと、溶媒とを含む溶液から、溶媒を除去することによって得た前駆体材料を、気化させて基材上に成膜させる蒸着法等によっても形成できる。 Further, the manufacturing method of the film FL is not limited to the above, and the precursor material obtained by removing the solvent from the solution containing A, B, X, and the solvent as described above is vaporized. It can also be formed by a vapor deposition method for forming a film on a substrate.
図4(a)は、紫外可視(UV−Vis)分光法でAg3BiI6膜を測定して得たUV−VisスペクトルのTaucプロットを示す図である。また、図4(b)は、紫外可視(UV−Vis)分光法でIn3BiI6膜を測定して得たUV−VisスペクトルのTaucプロットを示す図である。評価したAg3BiI6膜はAg3BiI6の組成を有する結晶を含む多結晶膜であり、上記したタイプ1に該当する結晶CLを含む膜である。また、In3BiI6膜はIn3BiI6の組成を有する結晶を含む多結晶膜であり、上記したタイプ1に該当する結晶CLを含む膜である。 FIG. 4A is a diagram showing a Tauc plot of a UV-Vis spectrum obtained by measuring an Ag 3 BiI 6 film by ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy. FIG. 4B is a diagram showing a Tauc plot of a UV-Vis spectrum obtained by measuring an In 3 BiI 6 film by ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy. The evaluated Ag 3 BiI 6 film is a polycrystalline film containing crystals having a composition of Ag 3 BiI 6 , and is a film containing crystals CL corresponding to the type 1 described above. The In 3 BiI 6 film is a polycrystalline film containing a crystal having a composition of In 3 BiI 6 and a film containing a crystal CL corresponding to the type 1 described above.
Ag3BiI6膜は、AgIおよびBiI3を溶媒に溶かした溶液を基材上に塗布することにより前駆体膜を形成する工程を行い、さらに乾燥させる工程、および加熱処理する工程を行うことにより得た。In3BiI6膜は、InIおよびBiI3を溶媒に溶かした溶液を基材上に塗布することにより前駆体膜を形成する工程を行い、さらに乾燥させる工程、および加熱処理する工程を行うことにより得た。 The Ag 3 BiI 6 film is formed by performing a step of forming a precursor film by applying a solution in which AgI and BiI 3 are dissolved in a solvent onto a substrate, further drying, and performing a heat treatment. Obtained. The In 3 BiI 6 film is formed by performing a step of forming a precursor film by applying a solution in which InI and BiI 3 are dissolved in a solvent onto a substrate, and further performing a drying step and a heat treatment step. Obtained.
図4(a)および図4(b)に示す結果から、Ag3BiI6のエネルギーバンドギャップ(Eg)は1.83eVであり、In3BiI6のエネルギーバンドギャップは1.75eVであることが分かる。すなわち、Ag3BiI6膜およびIn3BiI6膜はいずれも半導体的特性を有することが分かる。 From the results shown in FIGS. 4A and 4B, the energy band gap (Eg) of Ag 3 BiI 6 is 1.83 eV, and the energy band gap of In 3 BiI 6 is 1.75 eV. I understand. That is, it can be seen that both the Ag 3 BiI 6 film and the In 3 BiI 6 film have semiconductor characteristics.
図5は、Ag3BiI6膜のフォトルミネッセンス(PL)スペクトルを示す図である。本図に示すスペクトルは励起波長を532nmとして得た。本図に示すように、Ag3BiI6膜は蛍光発光を生じる。そして、スペクトルの内、約720nmのピーク波長はバンドギャップエネルギーに相当すると考えられる。 FIG. 5 is a diagram showing a photoluminescence (PL) spectrum of an Ag 3 BiI 6 film. The spectrum shown in this figure was obtained with an excitation wavelength of 532 nm. As shown in the figure, the Ag 3 BiI 6 film emits fluorescence. The peak wavelength of about 720 nm in the spectrum is considered to correspond to the band gap energy.
図6は、Ag3BiI6膜のフォトルミネッセンスの減衰プロファイルを示す図である。本図の減衰プロファイルは、励起波長を532nm、発光波長を712nmとして得た。本図に示す結果からAg3BiI6膜が、減衰時間が異なる二つのモードで発光していることが分かった。二つのモードの減衰時間はそれぞれτ1=10.3nsおよびτ2=203.8nsであった。このように、Ag3BiI6膜の発光には203.8nsという長い減衰時間のモードが含まれていた。したがって、Ag3BiI6膜を光電変換材料として好適に用いることができると分かる。 FIG. 6 is a diagram showing the attenuation profile of the photoluminescence of the Ag 3 BiI 6 film. The attenuation profile in this figure was obtained with an excitation wavelength of 532 nm and an emission wavelength of 712 nm. From the results shown in this figure, it was found that the Ag 3 BiI 6 film emits light in two modes having different decay times. The decay times for the two modes were τ 1 = 10.3 ns and τ 2 = 203.8 ns, respectively. Thus, the light emission of the Ag 3 BiI 6 film included a mode with a long decay time of 203.8 ns. Therefore, it can be seen that the Ag 3 BiI 6 film can be suitably used as a photoelectric conversion material.
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態によれば、鉛等を含まないため毒性が低く、また、電気的、光学的に利用できる膜が得られる。 Next, the operation and effect of this embodiment will be described. According to the present embodiment, since the lead or the like is not included, the toxicity is low, and a film that can be used electrically and optically can be obtained.
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態に係る光電変換装置20の構造を例示する断面図である。光電変換装置20は、第1電極210、第2電極220、および光電変換層230を備える。光電変換層230は、第1電極210および第2電極220の間に位置する。光電変換層230は、第1の実施形態に係る膜FLを有する。すなわち、光電変換層230は、一般式AnBmXzで表される組成を有する結晶CLを含む膜FLを有する。ここで、Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数である。Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数である。Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数である。また、(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立つ。以下に詳しく説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the structure of the photoelectric conversion device 20 according to the second embodiment. The photoelectric conversion device 20 includes a first electrode 210, a second electrode 220, and a photoelectric conversion layer 230. The photoelectric conversion layer 230 is located between the first electrode 210 and the second electrode 220. The photoelectric conversion layer 230 includes the film FL according to the first embodiment. That is, the photoelectric conversion layer 230 has a film FL including crystals CL having a composition represented by the general formula A n B m X z. Here, A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 . B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La. X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN. Further, (n + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 holds. This will be described in detail below.
結晶CLは、たとえばXに含まれる元素または元素群の第1イオンを含み、複数の八面体単位が稜上の二つの第1イオンを互いに共有して連なった構造を有する。複数の八面体単位それぞれ六つの第1イオンからなる。 The crystal CL includes, for example, first ions of elements or element groups included in X, and has a structure in which a plurality of octahedral units are connected to each other by sharing two first ions on the ridge. Each of a plurality of octahedral units is composed of six first ions.
基材200としてはたとえば、ガラス、プラスチック等の透明な部材が挙げられる。なかでも基材200は、フレキシブルな透光性樹脂基板であることがより好ましい。これにより、ロールtoロール方式による装置製造を実現することができる。 Examples of the substrate 200 include transparent members such as glass and plastic. In particular, the substrate 200 is more preferably a flexible translucent resin substrate. Thereby, the apparatus manufacture by a roll to roll system is realizable.
フレキシブルな透光性樹脂基板を形成する有機材料としてはたとえばアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ナイロン(Ny)、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、およびポリエーテルイミドを挙げることができる。透光性樹脂基板は、これらの有機材料で形成される基板を単層で、あるいは2層以上積層して用いることができる。また、透光性樹脂基板は、未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。基材200の厚さは、特に限定されないが、0.1mm以上5.0mm以下であることが好ましい。 Examples of organic materials for forming a flexible translucent resin substrate include acrylic ester, methacrylic ester, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate, polychlorinated. Mention may be made of vinyl (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), nylon (Ny), aromatic polyamide, polyetheretherketone, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, and polyetherimide. it can. As the light-transmitting resin substrate, a substrate formed of these organic materials can be used as a single layer or by stacking two or more layers. The translucent resin substrate may be an unstretched film or a stretched film. Although the thickness of the base material 200 is not specifically limited, It is preferable that they are 0.1 mm or more and 5.0 mm or less.
第1電極210は、たとえば透明導電性酸化物である。透明導電性酸化物としては、例えば、フッ素ドープスズ酸化物(FTO)、インジウムスズ酸化物(ITO)、ガリウムドープ亜鉛酸化物(GZO)、アルミドープ亜鉛酸化物(AZO)、ニオブドープチタン酸化物(TNO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)等のうちの1種または2種以上を用いることができる。また、アルミドープ亜鉛酸化物(AZO)とAgとを交互に積層したもの(AZO/Ag/AZO)を用いてもよい。これにより、光電変換層230に光を導入することができ、かつ、光電変換層230から電力を効率よく取り出すことができる。第1電極210はたとえばスパッタリング法により形成できる。また、市販された第1電極210付き基板を基材200および第1電極210として用いても良い。 The first electrode 210 is, for example, a transparent conductive oxide. Examples of the transparent conductive oxide include fluorine-doped tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), gallium-doped zinc oxide (GZO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), and niobium-doped titanium oxide ( One or more of TNO), indium zinc oxide (IZO), and the like can be used. Moreover, you may use what laminated | stacked aluminum dope zinc oxide (AZO) and Ag alternately (AZO / Ag / AZO). Thereby, light can be introduced into the photoelectric conversion layer 230 and power can be efficiently extracted from the photoelectric conversion layer 230. The first electrode 210 can be formed by, for example, a sputtering method. A commercially available substrate with the first electrode 210 may be used as the base material 200 and the first electrode 210.
第1電極210の厚さは、0.01μm以上10.0μm以下が好ましく、0.05μm以上1.0μm以下がより好ましい。そうすることにより、第1電極210の高い光透過率を維持しつつ、シート抵抗を低減できるため、高いフィルファクターを得ることができる。 The thickness of the first electrode 210 is preferably 0.01 μm or more and 10.0 μm or less, and more preferably 0.05 μm or more and 1.0 μm or less. By doing so, since the sheet resistance can be reduced while maintaining the high light transmittance of the first electrode 210, a high fill factor can be obtained.
第2電極220としては、たとえばカーボン、金、白金、パラジウム、ロジウム、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、ニオビウム、インジウムスズ酸化物、フッ素ドープスズ酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、およびガリウムドープ亜鉛酸化物からなる群から選択される一種以上を用いることができる。また、第2電極220はたとえば金、白金、パラジウム、ロジウム、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、およびニオビウムのいずれかを含む合金であってもよい。第2電極220の厚さは、特に制限されないが、0.01μm以上2.0μm以下とすることが好ましい。第2電極220はたとえば真空蒸着法、スパッタリング法等で形成できる。 Examples of the second electrode 220 include carbon, gold, platinum, palladium, rhodium, tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, niobium, indium tin oxide, fluorine-doped tin oxide, aluminum-doped zinc oxide, and gallium-doped zinc oxide. One or more selected from the group consisting of can be used. The second electrode 220 may be an alloy including any of gold, platinum, palladium, rhodium, tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, and niobium, for example. The thickness of the second electrode 220 is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more and 2.0 μm or less. The second electrode 220 can be formed by, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like.
光電変換層230は、第1の実施形態で説明した膜FLを含む。光電変換層230は、単層であってもよいし、複数の層からなっていてもよい。光電変換層230の厚さは、10nm以上10000nm以下が好ましく、20nm以上900nm以下がより好ましく、100nm以上800nm以下がさらに好ましい。そうすれば、欠陥や剥離による性能劣化を防止するとともに、高い光電変換効率を得られる。 The photoelectric conversion layer 230 includes the film FL described in the first embodiment. The photoelectric conversion layer 230 may be a single layer or may be composed of a plurality of layers. The thickness of the photoelectric conversion layer 230 is preferably 10 nm to 10,000 nm, more preferably 20 nm to 900 nm, and still more preferably 100 nm to 800 nm. By doing so, it is possible to prevent performance deterioration due to defects and peeling, and to obtain high photoelectric conversion efficiency.
光電変換装置20は、光電変換層230と第1電極210の間に電子輸送層をさらに備えていてもよい。本図の例において、光電変換装置20は、光電変換層230と第1電極210の間に緻密電子輸送層231をさらに備えている。緻密電子輸送層231は、たとえば酸化チタン(TiO2等)、酸化タングステン(WO2、WO3、W2O3等)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3等)、酸化アルミニウム(Al2O3)等の金属酸化物の1種または2種以上を用いることができる。緻密電子輸送層231は透光性を有することが好ましい。緻密電子輸送層231の厚さは特に限定されないが、5nm以上100nm以下が好ましく、5nm以上50nm以下がより好ましく、10nm以上40nm以下がさらにより好ましい。そうすれば、リークを抑制することができる。緻密電子輸送層231は、たとえば原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition)を用いて成膜することができる。 The photoelectric conversion device 20 may further include an electron transport layer between the photoelectric conversion layer 230 and the first electrode 210. In the example of this figure, the photoelectric conversion device 20 further includes a dense electron transport layer 231 between the photoelectric conversion layer 230 and the first electrode 210. The dense electron transport layer 231 includes, for example, titanium oxide (TiO 2 or the like), tungsten oxide (WO 2 , WO 3 , W 2 O 3 or the like), zinc oxide (ZnO), strontium titanate (SrTiO 3 or the like), aluminum oxide ( One or more metal oxides such as Al 2 O 3 ) can be used. The dense electron transport layer 231 preferably has a light-transmitting property. The thickness of the dense electron transport layer 231 is not particularly limited, but is preferably 5 nm to 100 nm, more preferably 5 nm to 50 nm, and still more preferably 10 nm to 40 nm. By doing so, leakage can be suppressed. The dense electron transport layer 231 can be formed using, for example, an atomic layer deposition (ALD) method.
本図の例において、光電変換装置20は、緻密電子輸送層231と光電変換層230との間に多孔質電子輸送層232をさらに備えている。多孔質電子輸送層232は、多孔質構造を有している。多孔質構造とは、特に制限されるわけではないが、粒状体、線状体等が集合して、全体として多孔質な性質を有していることが好ましい。ここで、線状体の形状としては針状、チューブ状、柱状等が挙げられる。また、多孔質構造体の細孔サイズはナノスケールであることが好ましい。多孔質電子輸送層232の細孔には光電変換層230を構成するのと同様の物質が入り込んでいてもよい。その場合、多孔質電子輸送層を構成する多孔質電子輸送材料と、光電変換層を構成する光電変換材料との混合層は多孔質電子輸送層と光電変換層とを兼ねる層であるといえる。多孔質電子輸送層232が多孔質構造を有することにより、光電変換層230の活性表面積を増加させ、光電変換効率を向上させるとともに、電子収集効率を向上させることができる。光電変換装置20が上記の混合層を含む場合、混合層を含んだ厚さを光電変換層230の厚さとみなせる。 In the example of this figure, the photoelectric conversion device 20 further includes a porous electron transport layer 232 between the dense electron transport layer 231 and the photoelectric conversion layer 230. The porous electron transport layer 232 has a porous structure. Although it does not necessarily restrict | limit with a porous structure, It is preferable that a granular material, a linear body, etc. aggregate and have a porous property as a whole. Here, examples of the shape of the linear body include a needle shape, a tube shape, and a column shape. The pore size of the porous structure is preferably nanoscale. A substance similar to that constituting the photoelectric conversion layer 230 may enter the pores of the porous electron transport layer 232. In that case, it can be said that the mixed layer of the porous electron transport material constituting the porous electron transport layer and the photoelectric conversion material constituting the photoelectric conversion layer is a layer serving as both the porous electron transport layer and the photoelectric conversion layer. When the porous electron transport layer 232 has a porous structure, the active surface area of the photoelectric conversion layer 230 can be increased, the photoelectric conversion efficiency can be improved, and the electron collection efficiency can be improved. When the photoelectric conversion device 20 includes the above mixed layer, the thickness including the mixed layer can be regarded as the thickness of the photoelectric conversion layer 230.
多孔質電子輸送層232としては、たとえば酸化チタン(TiO2等)、酸化タングステン(WO2、WO3、W2O3等)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb2O5等)、酸化タンタル(Ta2O5等)、酸化イットリウム(Y2O3等)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3等)等のうちの1種または2種以上を用いることができる。なお、半導体を使用する場合には、ドナーがドープされていてもよい。多孔質電子輸送層232が酸化チタン(TiO2等)である場合には、酸化チタンの結晶形態はアナターゼ型が好ましい。多孔質電子輸送層232は透光性を有することが好ましい。多孔質電子輸送層232の厚さは、10nm以上2000nm以下が好ましく、20nm以上1500nm以下がより好ましい。そうすれば光電変換層230からの電子収集効率を向上させることができる。多孔質電子輸送層232は、たとえばスピンコート法やスクリーン印刷法等の非真空プロセスおよび必要に応じた焼成プロセスにより形成できる。なお、光電変換装置20は、電子輸送層として、緻密電子輸送層231および多孔質電子輸送層232のいずれか一方のみを備えていてもよい。 Examples of the porous electron transport layer 232 include titanium oxide (TiO 2 and the like), tungsten oxide (WO 2 , WO 3 , W 2 O 3 and the like), zinc oxide (ZnO), niobium oxide (Nb 2 O 5 and the like), One or more of tantalum oxide (Ta 2 O 5 etc.), yttrium oxide (Y 2 O 3 etc.), strontium titanate (SrTiO 3 etc.), etc. can be used. In addition, when using a semiconductor, the donor may be doped. When the porous electron transport layer 232 is titanium oxide (TiO 2 or the like), the crystal form of titanium oxide is preferably anatase type. The porous electron transport layer 232 preferably has translucency. The thickness of the porous electron transport layer 232 is preferably 10 nm or more and 2000 nm or less, and more preferably 20 nm or more and 1500 nm or less. If it does so, the electron collection efficiency from the photoelectric converting layer 230 can be improved. The porous electron transport layer 232 can be formed, for example, by a non-vacuum process such as a spin coating method or a screen printing method and a firing process as necessary. Note that the photoelectric conversion device 20 may include only one of the dense electron transport layer 231 and the porous electron transport layer 232 as the electron transport layer.
本図の例において、光電変換装置20は、光電変換層230と第2電極220の間にホール輸送層233をさらに備えている。ホール輸送層233は、セレン、ヨウ化銅(CuI)等のヨウ化物、層状コバルト酸化物等のコバルト錯体、CuSCN、酸化モリブデン(MoO3等)、酸化ニッケル(NiO等)、4CuBr・3S(C4H9)、有機ホール輸送材等である。有機ホール輸送材としては、例えば、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等のポリチオフェン誘導体、2,2',7,7'−テトラキス−(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9'−スピロビフルオレン(spiro-MeO-TAD)等のフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール等のカルバゾール誘導体、ポリ[ビス(4−フェニル)(2,4,6−トリフェニルメチル)アミン](PTAA)等のトリフェニルアミン誘導体、ジフェニルアミン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアニリン誘導体等が挙げられる。ホール輸送層233の厚さは特に限定されないが、0.01μm以上10μm以下が好ましい。 In the example of this figure, the photoelectric conversion device 20 further includes a hole transport layer 233 between the photoelectric conversion layer 230 and the second electrode 220. The hole transport layer 233 includes selenium, iodide such as copper iodide (CuI), cobalt complex such as layered cobalt oxide, CuSCN, molybdenum oxide (MoO 3 etc.), nickel oxide (NiO etc.), 4CuBr · 3S (C 4 H 9 ), organic hole transport material, and the like. Examples of the organic hole transport material include polythiophene derivatives such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and polyethylenedioxythiophene (PEDOT), 2,2 ′, 7,7′-tetrakis- (N, N-di-), and the like. fluorene derivatives such as p-methoxyphenylamine) -9,9′-spirobifluorene (spiro-MeO-TAD), carbazole derivatives such as polyvinylcarbazole, poly [bis (4-phenyl) (2,4,6-tri Phenylphenyl) amine] (PTAA) and the like, diphenylamine derivatives, polysilane derivatives, polyaniline derivatives and the like. The thickness of the hole transport layer 233 is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more and 10 μm or less.
ホール輸送層233は、蒸着法、スプレー法、ディップ法、スピンコート法等の非真空プロセスにより形成することが好ましい。ディップ法は具体的には、ホール輸送層233を形成するための材料の溶液を滴下して表面を均す操作を繰り返すことにより行える。比真空プロセスにおいて、溶媒としてはn−プロピルスルフィドやクロロベンゼン等の有機溶媒を用いることができる。 The hole transport layer 233 is preferably formed by a non-vacuum process such as an evaporation method, a spray method, a dip method, or a spin coating method. Specifically, the dip method can be performed by repeating the operation of dropping the solution of the material for forming the hole transport layer 233 and leveling the surface. In the specific vacuum process, an organic solvent such as n-propyl sulfide or chlorobenzene can be used as the solvent.
なお、光電変換装置20の構造は本図で示した構造に限定されない。たとえば、光電変換装置20は、緻密電子輸送層231、多孔質電子輸送層232、およびホール輸送層233のうち少なくともいずれかを備えていなくてもよい。 Note that the structure of the photoelectric conversion device 20 is not limited to the structure shown in FIG. For example, the photoelectric conversion device 20 may not include at least one of the dense electron transport layer 231, the porous electron transport layer 232, and the hole transport layer 233.
また、光電変換装置20は、封止材(不図示)で密封されていてもよい。そうすることにより、光電変換装置20の耐久性の向上や高寿命化等が可能となる。封止材としては、ガラスや樹脂が挙げられる。 Moreover, the photoelectric conversion apparatus 20 may be sealed with a sealing material (not shown). By doing so, the durability of the photoelectric conversion device 20 can be improved and the lifetime can be increased. Examples of the sealing material include glass and resin.
光電変換装置20は、たとえば以下に説明するような方法で製造できる。まず、基材200の一方の面に第1電極210を形成し、必要に応じてフォトリソグラフィ等によりパターニングする。そして、第1電極210の上に多孔質電子輸送層232、緻密電子輸送層231、光電変換層230、およびホール輸送層233をこの順に形成し、さらに第2電極220を形成する。第2電極220は、マスク等を用いて所定のパターンに形成することができる。 The photoelectric conversion device 20 can be manufactured, for example, by the method described below. First, the first electrode 210 is formed on one surface of the substrate 200 and patterned by photolithography or the like as necessary. Then, the porous electron transport layer 232, the dense electron transport layer 231, the photoelectric conversion layer 230, and the hole transport layer 233 are formed in this order on the first electrode 210, and the second electrode 220 is further formed. The second electrode 220 can be formed in a predetermined pattern using a mask or the like.
本実施形態に係る光電変換装置20のエネルギー変換効率は特に限定されないが、たとえば、0.1%以上とすることができ、より好ましくは3%以上とすることができる。 The energy conversion efficiency of the photoelectric conversion device 20 according to the present embodiment is not particularly limited, but may be, for example, 0.1% or more, and more preferably 3% or more.
光電変換装置20は、光電変換層230から電力を取り出すための回路や制御部等をさらに含んでも良い。 The photoelectric conversion device 20 may further include a circuit for extracting power from the photoelectric conversion layer 230, a control unit, and the like.
図8は、Ag3BiI6膜を備える光電変換装置の断面を電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。本図に示す光電変換装置では、ガラス基材の上に、FTO、多孔質TiO2(m−TiO2)、Ag3BiI6、PTAA、およびAuが積層されている。Ag3BiI6膜は第1の実施形態で説明したAg3BiI6膜と同様の方法で形成した。本図から、Ag3BiI6が膜状に形成されていること、およびAg3BiI6膜が多結晶膜であることが分かる。 FIG. 8 is a diagram illustrating a result of observing a cross section of a photoelectric conversion device including the Ag 3 BiI 6 film with an electron microscope. In the photoelectric conversion device shown in this figure, FTO, porous TiO 2 (m-TiO 2 ), Ag 3 BiI 6 , PTAA, and Au are laminated on a glass substrate. The Ag 3 BiI 6 film was formed by the same method as the Ag 3 BiI 6 film described in the first embodiment. From this figure, it Ag 3 BiI 6 is formed in a film shape, and it can be seen Ag 3 BiI 6 film is a polycrystalline film.
図9は、m−TiO2、Ag3BiI6、およびPTAAのエネルギー準位の関係を示す図である。Ag3BiI6膜を別途UPSで評価した結果からAg3BiI6の価電子帯の上端のエネルギーレベルは−1.25eVである。また、図4に示した結果からAg3BiI6のバンドギャップは1.83eVであるから、Ag3BiI6の導電帯の下端のエネルギーレベルは0.58eVである。一方、m−TiO2の導電帯の下端のエネルギーレベルは0.5eVであり、PTAAのHOMO(最高被占軌道)のエネルギーレベルは−0.55eVである。したがって、Ag3BiI6で光励起によって生じた電子はm−TiO2側へ、ホールはPTAA側へ取り出され、すなわち、Ag3BiI6膜が光電変換層、m−TiO2が電子輸送層、PTAAがホール輸送層として良好に機能する。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the energy levels of m-TiO 2 , Ag 3 BiI 6 , and PTAA. From the result of separately evaluating the Ag 3 BiI 6 film by UPS, the energy level at the upper end of the valence band of Ag 3 BiI 6 is −1.25 eV. Moreover, since the band gap of Ag 3 BiI 6 is 1.83 eV from the result shown in FIG. 4, the energy level at the lower end of the conduction band of Ag 3 BiI 6 is 0.58 eV. On the other hand, the energy level of the lower end of the conduction band of m-TiO 2 is 0.5 eV, and the energy level of HOMO (maximum occupied orbit) of PTAA is −0.55 eV. Therefore, electrons generated by photoexcitation in Ag 3 BiI 6 are extracted to the m-TiO 2 side, and holes are extracted to the PTAA side. That is, the Ag 3 BiI 6 film is a photoelectric conversion layer, m-TiO 2 is an electron transport layer, and PTAA. Functions well as a hole transport layer.
図10(a)〜(d)は、Ag3BiI6膜を光電変換層として備えた光電変換装置の特性の分布を示す図である。図10(a)〜(d)はそれぞれ、図9に示す様な光電変換装置を複数作製、評価して得た結果を表したヒストグラムである。具体的には、図10(a)は短絡電流密度Jsc[mA/cm2]、図10(b)は開放電圧Voc[V]、図10(c)はフィルファクター(FF)、図10(d)はエネルギー変換効率PCE[%]の分布をそれぞれ示している。本図から、Ag3BiI6膜を光電変換層として備えた光電変換装置において、良好な光電変換特性が得られることが分かる。 FIGS. 10A to 10D are diagrams illustrating the distribution of characteristics of a photoelectric conversion device including an Ag 3 BiI 6 film as a photoelectric conversion layer. 10A to 10D are histograms showing results obtained by producing and evaluating a plurality of photoelectric conversion devices as shown in FIG. Specifically, FIG. 10A shows a short circuit current density J sc [mA / cm 2 ], FIG. 10B shows an open circuit voltage V oc [V], FIG. 10C shows a fill factor (FF), and FIG. 10 (d) shows the distribution of energy conversion efficiency PCE [%]. From this figure, it can be seen that good photoelectric conversion characteristics can be obtained in a photoelectric conversion device including an Ag 3 BiI 6 film as a photoelectric conversion layer.
膜FLは、種々の光デバイスや電子デバイスに用いることができる。膜FLを含む光デバイスとしては、光電変換装置のほか、波長変換素子、光センサ、発光素子等が挙げられる。また、膜FLを含む電子デバイスとしては、たとえば電界効果トランジスタ等のフィールドトランジスタが挙げられる。膜FLには不純物がドーピングされていても良い。 The film FL can be used for various optical devices and electronic devices. Examples of the optical device including the film FL include a wavelength conversion element, an optical sensor, and a light emitting element in addition to the photoelectric conversion device. An example of the electronic device including the film FL is a field transistor such as a field effect transistor. The film FL may be doped with impurities.
図11は、電子デバイス30の構成を例示する断面図である。本図では、フィールドトランジスタの例を示している。電子デバイス30は、基材300、チャネル層310、ソース320、ドレイン330、絶縁層340およびゲート350を備える。チャネル層310は膜FLを含んでいる。基材300はたとえば金属や、シリコン等の半導体基板である。絶縁層340は酸化シリコン等である。ゲート350は、金属電極である。 FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the electronic device 30. In the figure, an example of a field transistor is shown. The electronic device 30 includes a substrate 300, a channel layer 310, a source 320, a drain 330, an insulating layer 340, and a gate 350. The channel layer 310 includes the film FL. The base material 300 is, for example, a metal or a semiconductor substrate such as silicon. The insulating layer 340 is silicon oxide or the like. The gate 350 is a metal electrode.
チャネル層310は基材300の上に形成される、そして、チャネル層310の上には絶縁層340がスパッタリング法等によりパターニングして形成される。また、チャネル層310にはたとえばスパッタリング法を用いて不純物ドーピングが行われることにより、ソース320およびドレイン330が形成される。そして、絶縁層340の上にゲート350がマスクを用いた真空蒸着法等により形成され、電子デバイス30が得られる。 The channel layer 310 is formed on the substrate 300, and the insulating layer 340 is formed on the channel layer 310 by patterning using a sputtering method or the like. Further, the source 320 and the drain 330 are formed in the channel layer 310 by performing impurity doping using, for example, a sputtering method. Then, the gate 350 is formed on the insulating layer 340 by a vacuum deposition method using a mask or the like, and the electronic device 30 is obtained.
以下、本実施形態を、実施例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to examples. In addition, this embodiment is not limited to description of these Examples at all.
(光電変換装置の作製)
<実施例1>
実施例1では、以下のようにして2cm角のglass(1.7mm)の上に、FTO(1μm)、TiO2(20nm)、m−TiO2とAg3BiI6との混合層(120nm)、Ag3BiI6(650nm)、PTAA(50nm)、
Au(50nm)がこの順で形成されたセル構造を有する太陽電池素子(光電変換装置)を大気下にて作製した。
(Production of photoelectric conversion device)
<Example 1>
In Example 1, a mixed layer (120 nm) of FTO (1 μm), TiO 2 (20 nm), m-TiO 2 and Ag 3 BiI 6 on a 2 cm square glass (1.7 mm) as follows. , Ag 3 BiI 6 (650 nm), PTAA (50 nm),
A solar cell element (photoelectric conversion device) having a cell structure in which Au (50 nm) was formed in this order was produced in the atmosphere.
具体的にはまず、フッ素ドープスズ酸化物(FTO)膜付きガラス基板(旭硝子株式会社製)の表面を、10分間UVオゾン処理した。ここで、glassは実施形態で説明した基材に相当し、FTOは第1電極に相当する。 Specifically, first, the surface of a glass substrate with a fluorine-doped tin oxide (FTO) film (Asahi Glass Co., Ltd.) was subjected to UV ozone treatment for 10 minutes. Here, glass corresponds to the base material described in the embodiment, and FTO corresponds to the first electrode.
次いで、原料としてチタニウムテトライソプロポキシド(TTIP)(ジャパン・アドバンスト・ケミカルズ社製)を用い、プラズマALD法により成膜反応を120℃で330サイクル繰り返してTiO2からなる緻密電子輸送層(膜厚20nm)を成膜した。プラズマALD法はプラズマ発生装置(For all社製 Model OZONE)を用い、出力80Wの条件で行った。 Then, using titanium tetraisopropoxide (TTIP) (manufactured by Japan Advanced Chemicals Inc.) as a raw material, a dense electron transport layer made of TiO 2 is repeated 330 cycles deposition reaction at 120 ° C. by a plasma ALD method (film thickness 20 nm). The plasma ALD method was performed using a plasma generator (Model OZONE manufactured by For all) under the condition of an output of 80 W.
続いて、得られた緻密電子輸送層の表面に10分間UVオゾン処理を施した後、TiO2ナノ粒子溶液(日揮触媒化成(株)社製 18NRT)3gにα−テルピノール3gとエタノール9gを加えた溶液Aをスピンコート法により塗布した。スピンコート法は5000rpm、30秒間の条件で、乾燥膜厚が120nmになるように行った。溶液Aの塗布の後、500℃で2時間の条件で焼成し、メソポーラスTiO2(m−TiO2)(多孔質電子輸送層に相当)を形成した。 Subsequently, after the surface of the obtained dense electron transport layer was subjected to UV ozone treatment for 10 minutes, 3 g of α-terpinol and 9 g of ethanol were added to 3 g of a TiO 2 nanoparticle solution (18NRT manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.). Solution A was applied by spin coating. The spin coating method was performed at 5000 rpm for 30 seconds so that the dry film thickness was 120 nm. After application of the solution A, baking was performed at 500 ° C. for 2 hours to form mesoporous TiO 2 (m-TiO 2 ) (corresponding to a porous electron transport layer).
そして、m−TiO2が形成された基板を110℃に温め、室温のスピンコータに取り付けた。次いで、AgIおよびBiI3を溶媒に溶かした溶液B1(0.5mL)を多孔質電子輸送層の上に、スピンコート法(6000rpm、120秒間)で塗布した。溶液B1におけるAgIの濃度は3モル濃度とし、BiI3の濃度は1モル濃度とした。すなわち、得られる前駆体膜に含まれるAgの物質量をp1、Biの物質量をq1、Iの物質量をr1としたとき、r1=p1+3q1が成り立つようにした。また、溶液B1における溶媒としてはジメチルスルホキシド(DMSO)を用いた。 Then, warm the substrate m-TiO 2 was formed on 110 ° C., it was attached to the room temperature spin coater. The solution was then dissolved AgI and BiI 3 in a solvent B1 a (0.5 mL) over a porous electron transport layer was coated by spin coating (6000 rpm, 120 seconds). The concentration of AgI in the solution B1 was 3 molar, and the concentration of BiI 3 was 1 molar. That is, r 1 = p 1 + 3q 1 was established, where the amount of Ag contained in the resulting precursor film was p 1 , the amount of Bi was q 1 , and the amount of I was r 1 . Further, dimethyl sulfoxide (DMSO) was used as a solvent in the solution B1.
スピンコートの過程では、基板に溶液B1を塗布し回転させて溶液B1を基板上に広げる段階で、基板の温度は室温程度にまで低下した。その後、引き続き基板が回転する間に溶媒が揮発し前駆体膜が形成された。さらに基板の回転が続けられると溶媒の蒸発が進んだ。こうして、前駆体膜を形成する工程と乾燥させる工程とが行われた。すなわち、本実施例において、乾燥させる工程は室温で行われた。 In the process of spin coating, the temperature of the substrate was lowered to about room temperature at the stage where the solution B1 was applied to the substrate and rotated to spread the solution B1 on the substrate. Thereafter, the solvent was volatilized while the substrate was continuously rotated to form a precursor film. As the substrate continued to rotate, the solvent evaporated. Thus, the step of forming the precursor film and the step of drying were performed. That is, in this example, the drying process was performed at room temperature.
得られた前駆体膜は、オレンジ色であった。乾燥させる工程では、AgI、BiI3およびDMSOが相互作用したと思われる。なお、乾燥させる工程では、前駆体膜における溶媒の含有量が45重量%以下になるまで乾燥させた。前駆体膜が形成された基板を、ホットプレートを用いて、110℃10分間の条件で加熱処理したところ、試料の色が黒色へ変色した。そしてさらに、130℃10分間の条件で加熱処理を行い光電変換層を得た。なお、多孔質電子輸送層の細孔には光電変換層を構成する物質と同様の物質が入り込み、混合層を形成していた。そして、多孔質電子輸送層と光電変換層を兼ねた混合層の厚さは120nmであり、光電変換層のうち多孔質電子輸送層の上面からの膜厚は650nmであった。すなわち、光電変換層の膜厚は合計で770nmであった。 The obtained precursor film was orange. In the step of drying, AgI, seems BiI 3 and DMSO interacted. In the drying step, drying was performed until the content of the solvent in the precursor film was 45% by weight or less. When the substrate on which the precursor film was formed was heated using a hot plate at 110 ° C. for 10 minutes, the color of the sample changed to black. Further, heat treatment was performed at 130 ° C. for 10 minutes to obtain a photoelectric conversion layer. Note that the same material as that constituting the photoelectric conversion layer entered the pores of the porous electron transport layer to form a mixed layer. And the thickness of the mixed layer which served as the porous electron carrying layer and the photoelectric converting layer was 120 nm, and the film thickness from the upper surface of the porous electron carrying layer among the photoelectric converting layers was 650 nm. That is, the total film thickness of the photoelectric conversion layer was 770 nm.
次いで、正孔輸送材料として30mgのポリ[ビス(4−フェニル)(2,4,6−トリフェニルメチル)アミン](PTAA)をクロロベンゼン(2mL)に溶解した正孔輸送層用溶液を調製した。この正孔輸送層用溶液を、光電変換層の上にスピンコート法(2000rpm、20秒間)により塗布して、ホール輸送層(膜厚50nm)を成膜した。 Next, a hole transport layer solution in which 30 mg of poly [bis (4-phenyl) (2,4,6-triphenylmethyl) amine] (PTAA) as a hole transport material was dissolved in chlorobenzene (2 mL) was prepared. . This hole transport layer solution was applied onto the photoelectric conversion layer by a spin coating method (2000 rpm, 20 seconds) to form a hole transport layer (film thickness 50 nm).
次いで、正孔輸送層の上に、Auを蒸着法により成膜して第2電極(膜厚50nm)を形成し、光電変換装置を得た。 Subsequently, Au was formed into a film by a vapor deposition method on the positive hole transport layer, and the 2nd electrode (film thickness of 50 nm) was formed, and the photoelectric conversion apparatus was obtained.
なお、成膜した各層の膜厚は光電変換装置の断面を電子顕微鏡で観察することにより測定した。 In addition, the film thickness of each formed film was measured by observing the cross section of a photoelectric conversion apparatus with an electron microscope.
<実施例2>
実施例2では、溶液B1の代わりに、CuIおよびBiI3を溶媒に溶かした溶液B2を用いた点以外は、実施例1と同様にして2cm角のglass(1.7mm)の上に、FTO(1μm)、TiO2(20nm)、m−TiO2とCuBiI4との混合層(120nm)、CuBiI4(650nm)、PTAA(50nm)、Au(50nm)がこの順で形成されたセル構造を有する光電変換装置を大気下にて作製した。
<Example 2>
In Example 2, in place of the solution B1, except that the CuI and BiI 3 using a solution B2 was dissolved in a solvent, on the Glass (1.7 mm) of 2cm square in the same manner as in Example 1, FTO A cell structure in which (1 μm), TiO 2 (20 nm), a mixed layer of m-TiO 2 and CuBiI 4 (120 nm), CuBiI 4 (650 nm), PTAA (50 nm), and Au (50 nm) are formed in this order. The photoelectric conversion device was prepared under the atmosphere.
溶液B2におけるCuIの濃度は1モル濃度とし、BiI3の濃度は1モル濃度とした。すなわち、得られる前駆体膜に含まれるCuの物質量をp2、Biの物質量をq2、Iの物質量をr2としたとき、r2=p2+3q2が成り立つようにした。また、溶液B2における溶媒としてはDMSOを用いた。本実施例においても、実施例1と同様、加熱処理による試料の色の変化が見られた。 Concentration of CuI in the solution B2 was 1 molar concentration of BiI 3 was 1 molar. That is, r 2 = p 2 + 3q 2 is established when the amount of Cu contained in the resulting precursor film is p 2 , the amount of Bi is q 2 , and the amount of I is r 2 . Further, DMSO was used as a solvent in the solution B2. Also in this example, as in Example 1, a change in the color of the sample due to the heat treatment was observed.
<比較例1>
比較例1では、以下に説明する点以外は、実施例1と同様にして2cm角のglass(1.7mm)の上に、FTO(1μm)、TiO2(20nm)、m−TiO2とMaPbI3との混合層(120nm)、MaPbI3(650nm)、PTAA(50nm)、Au(50nm)がこの順で形成されたセル構造を有する光電変換装置を大気下にて作製した。すなわち、比較例1では、溶液B1の代わりに、MaIおよびPbI2を溶媒に溶かした溶液B3を用いた。また、溶液B3をスピンコートする前の基板を70℃に温め、加熱処理は70℃10分間、さらに80℃10分間の条件で行った。なお、MaはCH3NH3を示す。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, except for the points described below, FTO (1 μm), TiO 2 (20 nm), m-TiO 2 and MaPbI are formed on 2 cm square glass (1.7 mm) in the same manner as in Example 1. A photoelectric conversion device having a cell structure in which a mixed layer (120 nm) with No. 3 (120 nm), MaPbI 3 (650 nm), PTAA (50 nm), and Au (50 nm) were formed in this order was manufactured in the atmosphere. That is, in Comparative Example 1, in place of the solution B1, using a solution B3 was dissolved MaI and PbI 2 in a solvent. Further, the substrate before spin coating with the solution B3 was heated to 70 ° C., and the heat treatment was performed at 70 ° C. for 10 minutes and further at 80 ° C. for 10 minutes. Ma represents CH 3 NH 3 .
溶液B3におけるMaIの濃度は2モル濃度とし、PbI2の濃度は1モル濃度とした。また、溶液B3における溶媒としてはDMSOを用いた。 The concentration of MaI in solution B3 was 2 molar, and the concentration of PbI 2 was 1 molar. Further, DMSO was used as a solvent in the solution B3.
<比較例2>
比較例2では、溶液B3の代わりに、MaIおよびSnI2を溶媒に溶かした溶液B4を用いた点以外は、比較例1と同様にして2cm角のglass(1.7mm)の上に、FTO(1μm)、TiO2(20nm)、m−TiO2とMaSnI3との混合層(120nm)、MaSnI3(650nm)、PTAA(50nm)、Au(50nm)がこの順で形成されたセル構造を有する光電変換装置を大気下にて作製した。
<Comparative example 2>
In Comparative Example 2, in place of the solution B3, except that a solution B4 was dissolved MaI and SnI 2 in a solvent, on the Glass (1.7 mm) of 2cm square in the same manner as in Comparative Example 1, FTO (1 μm), TiO 2 (20 nm), a mixed layer of m-TiO 2 and MaSnI 3 (120 nm), MaSnI 3 (650 nm), PTAA (50 nm), and Au (50 nm) are formed in this order. The photoelectric conversion device was prepared under the atmosphere.
溶液B4におけるMaIの濃度は1モル濃度とし、SnI2の濃度は1モル濃度とした。また、溶液B4における溶媒としてはDMSOを用いた。 The concentration of MaI in solution B4 was 1 molar, and the concentration of SnI 2 was 1 molar. Further, DMSO was used as a solvent in the solution B4.
各実施例および比較例の光電変換装置および光電変換層ついて以下の通り評価を行った。評価結果を表2にまとめて示す。 The photoelectric conversion devices and photoelectric conversion layers of each Example and Comparative Example were evaluated as follows. The evaluation results are summarized in Table 2.
(結晶組成および結晶構造の評価)
光電変換層に含まれる結晶の組成および構造を評価した。評価は光電変換層の形成後、正孔輸送層用溶液を塗布する前に、光電変換層の露出面に対してX線回折法を用いて行った。評価には、X線回折装置(リガク社製、RIGAKU Rad B−system)を用い、測定条件は以下の通りとした。
(測定条件)
X線源:Cu Kα
X線波長:1.5405Å、1.5443Å
読取幅:0.02°
走査速度:5deg/min
測定範囲:2θ=10〜70°
測定温度:室温
(Evaluation of crystal composition and crystal structure)
The composition and structure of crystals contained in the photoelectric conversion layer were evaluated. The evaluation was performed using an X-ray diffraction method on the exposed surface of the photoelectric conversion layer after the photoelectric conversion layer was formed and before the hole transport layer solution was applied. For the evaluation, an X-ray diffraction apparatus (RIGAKU Rad B-system, manufactured by Rigaku Corporation) was used, and the measurement conditions were as follows.
(Measurement condition)
X-ray source: Cu Kα
X-ray wavelength: 1.5405 mm, 1.5443 mm
Reading width: 0.02 °
Scanning speed: 5 deg / min
Measurement range: 2θ = 10 to 70 °
Measurement temperature: room temperature
図12(a)は、実施例1の光電変換層を分析したX線回折パターンを示す図である。また、図12(b)は、Ag3BiI6について報告されているX線回折パターンである。なお、図12(b)は非特許文献1において報告されたパターンであり、粉末状のAg3BiI6について得られたデータである。図12(a)および図12(b)のいずれのパターンにおいても、2θ=39°付近に最大ピークを有する。また、図12(a)のパターンと図12(b)のパターンとでは、2θ=13°、24°、42°、43°等、多くのピーク位置が一致している。したがって、実施例1の光電変換層に含まれる結晶は、Ag3BiI6で表される組成を有することが分かった。また、実施例1の光電変換層は、六つのI(ヨウ素)イオン(第1イオンに相当)からなる複数の八面体単位が稜上の二つのIイオンを互いに共有して連なった構造を有する膜であり、実施形態で説明したようなタイプ1の結晶CLを含む膜を有することが分かった。 12A is a diagram showing an X-ray diffraction pattern obtained by analyzing the photoelectric conversion layer of Example 1. FIG. FIG. 12B is an X-ray diffraction pattern reported for Ag 3 BiI 6 . Incidentally, FIG. 12 (b) is a pattern that has been reported in Non-Patent Document 1, a data obtained for powdery Ag 3 BiI 6. In both patterns of FIG. 12A and FIG. 12B, there is a maximum peak in the vicinity of 2θ = 39 °. Further, in the pattern of FIG. 12A and the pattern of FIG. 12B, many peak positions such as 2θ = 13 °, 24 °, 42 °, 43 °, and the like coincide. Thus, the crystals contained in the photoelectric conversion layer of Example 1, was found to have a composition represented by Ag 3 BiI 6. In addition, the photoelectric conversion layer of Example 1 has a structure in which a plurality of octahedral units composed of six I (iodine) ions (corresponding to first ions) share two I ions on the ridge and share each other. It was found to have a film containing a type 1 crystal CL as described in the embodiment.
また、同様に、実施例2の光電変換層に含まれる結晶は、CuBiI4で表される組成を有することが分かった。また、実施例2の光電変換層も、六つのアニオン(ヨウ素イオン、第1イオンに相当)からなる複数の八面体単位が稜上の二つのアニオンを互いに共有して連なった構造を有する膜であり、また、実施形態で説明したようなタイプ4の結晶CLを含む膜を有することが分かった。なお、実施例2の光電変換層を分析したX線回折パターンにおける最大の回折ピークは25°≦2θ≦35°の範囲に現れた。 Similarly, the crystals contained in the photoelectric conversion layer of Example 2 was found to have a composition represented by CuBiI 4. In addition, the photoelectric conversion layer of Example 2 is also a film having a structure in which a plurality of octahedral units composed of six anions (equivalent to iodine ions and first ions) are connected by sharing two anions on the ridge with each other. In addition, it was found to have a film including the type 4 crystal CL as described in the embodiment. The maximum diffraction peak in the X-ray diffraction pattern obtained by analyzing the photoelectric conversion layer of Example 2 appeared in the range of 25 ° ≦ 2θ ≦ 35 °.
また、実施例1および実施例2の光電変換層は、多結晶膜であった。 Moreover, the photoelectric conversion layer of Example 1 and Example 2 was a polycrystalline film.
一方、比較例1および比較例2の光電変換層に含まれる結晶は、ペロブスカイト構造を有することが分かった。すなわち、六つのアニオンからなる複数の八面体単位を含むものの、八面体単位同士は、互いに一つの頂点のアニオンのみを共有して連結されていた。比較例1の光電変換層に含まれる結晶の組成はMaPbI3であり、比較例2の光電変換層に含まれる結晶の組成はMaSnI3であった。 On the other hand, it was found that the crystals contained in the photoelectric conversion layers of Comparative Examples 1 and 2 had a perovskite structure. That is, although octahedron units composed of six anions are included, the octahedron units are linked by sharing only one anion at the top. The composition of crystals contained in the photoelectric conversion layer of Comparative Example 1 was MaPbI 3 , and the composition of crystals contained in the photoelectric conversion layer of Comparative Example 2 was MaSnI 3 .
比較例1の光電変換層は鉛を含むのに対し、実施例1および実施例2の光電変換層は鉛を含まず、毒性が低いといえる。 While the photoelectric conversion layer of Comparative Example 1 contains lead, the photoelectric conversion layers of Example 1 and Example 2 do not contain lead and can be said to have low toxicity.
(変換効率の評価)
光電変換装置を大気下で2時間放置したのち、光電変換装置の電流−電圧特性(I−V特性)を測定した。得られた電流−電圧特性から、光電変換装置のエネルギー変換効率(PCE)を求めた。その結果、表2に示すように、実施例1および実施例2の光電変換装置において、高いエネルギー変換効率を実現できた。
(Evaluation of conversion efficiency)
After the photoelectric conversion device was left in the atmosphere for 2 hours, the current-voltage characteristics (IV characteristics) of the photoelectric conversion device were measured. From the obtained current-voltage characteristics, the energy conversion efficiency (PCE) of the photoelectric conversion device was determined. As a result, as shown in Table 2, high energy conversion efficiency could be realized in the photoelectric conversion devices of Example 1 and Example 2.
(大気安定性の評価)
上記の変換効率の評価を行った直後の光電変換装置の表面の色と、さらに2日間大気下に放置した後の光電変換装置の表面の色との違いを目視で観察した。その結果、黒色から黄色への変化(黄変退色,黄変劣化)が見られた場合を×、見られなかった場合を○として評価した。その結果、表2に示すように、実施例1および実施例2では大気安定性が高く、比較例1及び比較例2では大気安定性が低かった。
(Evaluation of atmospheric stability)
The difference between the color of the surface of the photoelectric conversion device immediately after the evaluation of the conversion efficiency and the color of the surface of the photoelectric conversion device after being left in the atmosphere for 2 days was visually observed. As a result, the case where a change from black to yellow (yellowing fading, yellowing deterioration) was observed was evaluated as x, and the case where it was not observed was evaluated as ◯. As a result, as shown in Table 2, Example 1 and Example 2 had high atmospheric stability, and Comparative Example 1 and Comparative Example 2 had low atmospheric stability.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
以下、参考形態の例を付記する。
1−1. 一般式AnBmXzで表される組成を有する結晶を含み、
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立つ膜。
1−2. 1−1.に記載の膜において、
n/m≧0.8が成り立つ膜。
1−3. 1−1.または1−2.に記載の膜において、
前記結晶は、
Xに含まれる元素または元素群の第1イオンを含み、
それぞれ六つの前記第1イオンからなる複数の八面体単位が稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった構造を有する膜。
1−4. 1−3.に記載の膜において、
前記結晶は、
中心にイオンが存在しない第1の前記八面体単位と、
Aに含まれる元素または元素群の第2イオンが中心に位置する第2の前記八面体単位と、
Bに含まれる元素の第3イオンが中心に位置する第3の前記八面体単位とを含む膜。
1−5. 1−4.に記載の膜において、
前記結晶は、前記複数の八面体単位が、稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった板状単位を含む膜。
1−6. 1−5.に記載の膜において、
前記結晶は、複数の前記板状単位が積層した構造を含む膜。
1−7. 1−6.に記載の膜において、
前記複数の板状単位は、第1の前記板状単位と第2の前記板状単位とを含み、
前記第1の板状単位における、前記第1の板状単位を構成する八面体単位の総数に対する、前記第1の八面体単位の比率をv'、前記第2の八面体単位の比率をa'、前記第3の八面体単位の比率をb'とし、
前記第2の板状単位における、前記第2の板状単位を構成する八面体単位の総数に対する、前記第1の八面体単位の比率をv''、前記第2の八面体単位の比率をa''、前記第3の八面体単位の比率をb''としたとき、
a':b':v'で表される比とa'':b'':v''で表される比とが互いに異なり、
前記結晶は、前記第1の板状単位と、前記第2の板状単位とが交互に積層した構造を含む膜。
1−8. 1−7.に記載の膜において、
v'およびv''の少なくとも一方が0.1以下である膜。
1−9. 1−7.または1−8.に記載の膜において、
a'およびa''の少なくとも一方が0.1以下である膜。
1−10. 1−1.から1−9.のいずれか一つに記載の膜において、
0.8≦n/m≦1.2または2.4≦n/m≦3.6が成り立つ膜。
1−11. 1−1.から1−10.のいずれか一つに記載の膜において、
AがAgであり、BがBiであり、XがIであり、
2.4≦n/m≦3.6であり、
X線回折で測定したとき、最大の回折ピークが25°≦2θ≦35°の範囲に現れる膜。
1−12. 1−1.から1−10.のいずれか一つに記載の膜において、
AがCuであり、BがBiであり、XがIであり、
0.8≦n/m≦1.2であり、
X線回折で測定したとき、最大の回折ピークが25°≦2θ≦35°の範囲に現れる膜。
1−13. 1−1.から1−12.のいずれか一つに記載の膜において、
多結晶膜である膜。
1−14. 1−1.から1−13.のいずれか一つに記載の膜を含む光デバイス。
1−15. 1−1.から1−13.のいずれか一つに記載の膜を含む電子デバイス。
2−1. 第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に位置する光電変換層とを備え、
前記光電変換層は、一般式AnBmXzで表される組成を有する結晶を含む膜を有し、
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立つ光電変換装置。
2−2. 2−1.に記載の光電変換装置において、
n/m≧0.8が成り立つ光電変換装置。
2−3. 2−1.または2−2.に記載の光電変換装置において、
前記結晶は、
Xに含まれる元素または元素群の第1イオンを含み、
それぞれ六つの前記第1イオンからなる複数の八面体単位が稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった構造を有する光電変換装置。
2−4. 2−3.に記載の光電変換装置において、
前記結晶は、
中心にイオンが位置しない第1の前記八面体単位と、
Aに含まれる元素または元素群の第2イオンが中心に位置する第2の前記八面体単位と、
Bに含まれる元素の第3イオンが中心に位置する第3の前記八面体単位とを含む光電変換装置。
2−5. 2−4.に記載の光電変換装置において、
前記結晶は、前記複数の八面体単位が、稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった板状単位を含む光電変換装置。
2−6. 2−5.に記載の光電変換装置において、
前記結晶は、複数の前記板状単位が積層した構造を含む光電変換装置。
2−7. 2−6.に記載の光電変換装置において、
前記複数の板状単位は、第1の前記板状単位と第2の前記板状単位とを含み、
前記第1の板状単位における、前記第1の板状単位を構成する八面体単位の総数に対する、前記第1の八面体単位の比率をv'、前記第2の八面体単位の比率をa'、前記第3の八面体単位の比率をb'とし、
前記第2の板状単位における、前記第2の板状単位を構成する八面体単位の総数に対する、前記第1の八面体単位の比率をv''、前記第2の八面体単位の比率をa''、前記第3の八面体単位の比率をb''としたとき、
a':b':v'で表される比とa'':b'':v''で表される比とが互いに異なり、
前記結晶は、前記第1の板状単位と、前記第2の板状単位とが交互に積層した構造を含む光電変換装置。
2−8. 2−7.に記載の光電変換装置において、
v'およびv''の少なくとも一方が0.1以下である光電変換装置。
2−9. 2−7.または2−8.に記載の光電変換装置において、
a'およびa''の少なくとも一方が0.1以下である光電変換装置。
2−10. 2−1.から2−9.のいずれか一つに記載の光電変換装置において、
0.8≦n/m≦1.2または2.4≦n/m≦3.6が成り立つ光電変換装置。
2−11. 2−1.から2−10.のいずれか一つに記載の光電変換装置において、
AがAgであり、BがBiであり、XがIであり、
2.4≦n/m≦3.6であり、
前記膜をX線回折で測定したとき、最大の回折ピークが25°≦2θ≦35°の範囲に現れる光電変換装置。
2−12. 2−1.から2−10.のいずれか一つに記載の光電変換装置において、
AがCuであり、BがBiであり、XがIであり、
0.8≦n/m≦1.2であり、
前記膜をX線回折で測定したとき、最大の回折ピークが25°≦2θ≦35°の範囲に現れる光電変換装置。
2−13. 2−1.から2−12.のいずれか一つに記載の光電変換装置において、
前記膜が多結晶膜である光電変換装置。
2−14. 2−1.から2−13.のいずれか一つに記載の光電変換装置において、
エネルギー変換効率が0.1%以上である光電変換装置。
3−1. 結晶を含む膜の製造方法であって、
それぞれ一以上の元素又は元素群であるA、B、およびXと、溶媒とを含む前駆体膜を形成する工程と、
前記前駆体膜を第1温度で乾燥させる工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度で前記前駆体膜を加熱処理する工程とを含み、
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
前記結晶は一般式AnBmXzで表される組成を有し、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立つ、膜の製造方法。
3−2. 3−1.に記載の膜の製造方法において、
n/m≧0.8が成り立つ膜の製造方法。
3−3. 3−1.または3−2.に記載の膜の製造方法において、
前記結晶は、
Xに含まれる元素または元素群の第1イオンを含み、
それぞれ六つの前記第1イオンからなる複数の八面体単位が稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった構造を有する膜の製造方法。
3−4. 3−3.に記載の膜の製造方法において、
前記結晶は、
中心にイオンが位置しない第1の前記八面体単位と、
Aに含まれる元素または元素群の第2イオンが中心に位置する第2の前記八面体単位と、
Bに含まれる元素の第3イオンが中心に位置する第3の前記八面体単位とを含む膜の製造方法。
3−5. 3−4.に記載の膜の製造方法において、
前記結晶は、前記複数の八面体単位が、稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった板状単位を含む膜の製造方法。
3−6. 3−5.に記載の膜の製造方法において、
前記結晶は、複数の前記板状単位が積層した構造を含む膜の製造方法。
3−7. 3−6.に記載の膜の製造方法において、
前記複数の板状単位は、第1の前記板状単位と第2の前記板状単位とを含み、
前記第1の板状単位における、前記第1の板状単位を構成する八面体単位の総数に対する、前記第1の八面体単位の比率をv'、前記第2の八面体単位の比率をa'、前記第3の八面体単位の比率をb'とし、
前記第2の板状単位における、前記第2の板状単位を構成する八面体単位の総数に対する、前記第1の八面体単位の比率をv''、前記第2の八面体単位の比率をa''、前記第3の八面体単位の比率をb''としたとき、
a':b':v'で表される比とa'':b'':v''で表される比とが互いに異なり、
前記結晶は、前記第1の板状単位と、前記第2の板状単位とが交互に積層した構造を含む膜の製造方法。
3−8. 3−7.に記載の膜の製造方法において、
v'およびv''の少なくとも一方が0.1以下である膜の製造方法。
3−9. 3−7.または3−8.に記載の膜の製造方法において、
a'およびa''の少なくとも一方が0.1以下である膜の製造方法。
3−10. 3−1.から3−9.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
0.8≦n/m≦1.2または2.4≦n/m≦3.6が成り立つ膜の製造方法。
3−11. 3−1.から3−10.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
AがAgであり、BがBiであり、XがIであり、
2.4≦n/m≦3.6であり、
当該膜をX線回折で測定したとき、最大の回折ピークが25°≦2θ≦35°の範囲に現れる、膜の製造方法。
3−12. 3−1.から3−10.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
AがCuであり、BがBiであり、XがIであり、
0.8≦n/m≦1.2であり、
当該膜をX線回折で測定したとき、最大の回折ピークが25°≦2θ≦35°の範囲に現れる、膜の製造方法。
3−13. 3−1.から3−12.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
当該膜が多結晶膜である、膜の製造方法。
3−14. 3−1.から3−13.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
前記前駆体膜に含まれるAの物質量をp、Bの物質量をq、Xの物質量をrとしたとき、
(p+3q)×0.8≦r≦(p+3q)×1.2が成り立つ、膜の製造方法。
3−15. 3−1.から3−14.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
前記溶媒は、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、および1−N−メチル−2−ピロリドンからなる群から選択される一以上である、膜の製造方法。
3−16. 3−1.から3−15.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
前記前駆体膜を形成する工程では、Aと、Bと、Xと、前記溶媒とを含む溶液を基材上に塗布する、膜の製造方法。
3−17. 3−1.から3−16.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
前記第1温度は室温である、膜の製造方法。
3−18. 3−1.から3−16.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
前記第1温度は50℃以上100℃未満である、膜の製造方法。
3−19. 3−1.から3−18.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
前記第2温度は100℃以上200℃未満である、膜の製造方法。
3−20. 3−1.から3−19.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
前記乾燥させる工程では、前記前駆体膜における前記溶媒の含有量が50重量%以下になるまで乾燥させる、膜の製造方法。
3−21. 3−1.から3−20.のいずれか一つに記載の膜の製造方法において、
前記加熱処理する工程前の前記前駆体膜の色が、前記加熱処理する工程後に得られる当該膜の色と異なる、膜の製造方法。
Hereinafter, examples of the reference form will be added.
1-1. Includes a crystal having a composition represented by the general formula A n B m X z,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
A film that satisfies (n + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2.
1-2. 1-1. In the membrane described in
A film satisfying n / m ≧ 0.8.
1-3. 1-1. Or 1-2. In the membrane described in
The crystal is
Including a first ion of an element or group of elements contained in X,
A film having a structure in which a plurality of octahedral units each consisting of six first ions are connected to each other by sharing two first ions on a ridge.
1-4. 1-3. In the membrane described in
The crystal is
A first octahedral unit having no ions in the center;
A second octahedral unit centered on a second ion of an element or group of elements contained in A;
And a third octahedral unit in which a third ion of an element contained in B is located at the center.
1-5. 1-4. In the membrane described in
The crystal is a film in which the plurality of octahedral units include a plate-like unit in which two first ions on a ridge are shared and connected to each other.
1-6. 1-5. In the membrane described in
The crystal is a film including a structure in which a plurality of the plate-like units are stacked.
1-7. 1-6. In the membrane described in
The plurality of plate units include the first plate unit and the second plate unit,
In the first plate unit, the ratio of the first octahedron unit to the total number of octahedron units constituting the first plate unit is v ′, and the ratio of the second octahedron unit is a. ', The ratio of the third octahedral unit is b',
The ratio of the first octahedral unit to the total number of octahedral units constituting the second plate unit in the second plate unit is v ″, and the ratio of the second octahedral unit is a ″, when the ratio of the third octahedral unit is b ″,
The ratio represented by a ′: b ′: v ′ and the ratio represented by a ″: b ″: v ″ are different from each other,
The crystal is a film including a structure in which the first plate unit and the second plate unit are alternately stacked.
1-8. 1-7. In the membrane described in
A membrane in which at least one of v ′ and v ″ is 0.1 or less.
1-9. 1-7. Or 1-8. In the membrane described in
A film in which at least one of a ′ and a ″ is 0.1 or less.
1-10. 1-1. To 1-9. In the membrane according to any one of
A film that satisfies 0.8 ≦ n / m ≦ 1.2 or 2.4 ≦ n / m ≦ 3.6.
1-11. 1-1. To 1-10. In the membrane according to any one of
A is Ag, B is Bi, X is I,
2.4 ≦ n / m ≦ 3.6,
A film in which the maximum diffraction peak appears in a range of 25 ° ≦ 2θ ≦ 35 ° when measured by X-ray diffraction.
1-12. 1-1. To 1-10. In the membrane according to any one of
A is Cu, B is Bi, X is I,
0.8 ≦ n / m ≦ 1.2,
A film in which the maximum diffraction peak appears in a range of 25 ° ≦ 2θ ≦ 35 ° when measured by X-ray diffraction.
1-13. 1-1. To 1-12. In the membrane according to any one of
A film that is a polycrystalline film.
1-14. 1-1. To 1-13. An optical device comprising the film according to any one of the above.
1-15. 1-1. To 1-13. An electronic device comprising the film according to any one of the above.
2-1. A first electrode;
A second electrode;
A photoelectric conversion layer located between the first electrode and the second electrode,
The photoelectric conversion layer has a film containing a crystal having a composition represented by the general formula An B m x z ,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
A photoelectric conversion device that satisfies (n + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2.
2-2. 2-1. In the photoelectric conversion device described in
A photoelectric conversion device that satisfies n / m ≧ 0.8.
2-3. 2-1. Or 2-2. In the photoelectric conversion device described in
The crystal is
Including a first ion of an element or group of elements contained in X,
A photoelectric conversion device having a structure in which a plurality of octahedral units each including six first ions are connected to each other by sharing two first ions on a ridge.
2-4. 2-3. In the photoelectric conversion device described in
The crystal is
A first octahedral unit in which no ion is located in the center;
A second octahedral unit centered on a second ion of an element or group of elements contained in A;
And a third octahedral unit in which a third ion of an element contained in B is located at the center.
2-5. 2-4. In the photoelectric conversion device described in
The photoelectric conversion device, wherein the crystal includes a plate-like unit in which the plurality of octahedral units are connected to each other by sharing the two first ions on the ridge.
2-6. 2-5. In the photoelectric conversion device described in
The crystal is a photoelectric conversion device including a structure in which a plurality of the plate-like units are stacked.
2-7. 2-6. In the photoelectric conversion device described in
The plurality of plate units include the first plate unit and the second plate unit,
In the first plate unit, the ratio of the first octahedron unit to the total number of octahedron units constituting the first plate unit is v ′, and the ratio of the second octahedron unit is a. ', The ratio of the third octahedral unit is b',
The ratio of the first octahedral unit to the total number of octahedral units constituting the second plate unit in the second plate unit is v ″, and the ratio of the second octahedral unit is a ″, when the ratio of the third octahedral unit is b ″,
The ratio represented by a ′: b ′: v ′ and the ratio represented by a ″: b ″: v ″ are different from each other,
The crystal is a photoelectric conversion device including a structure in which the first plate unit and the second plate unit are alternately stacked.
2-8. 2-7. In the photoelectric conversion device described in
A photoelectric conversion device in which at least one of v ′ and v ″ is 0.1 or less.
2-9. 2-7. Or 2-8. In the photoelectric conversion device described in
A photoelectric conversion device in which at least one of a ′ and a ″ is 0.1 or less.
2-10. 2-1. To 2-9. In the photoelectric conversion device according to any one of
A photoelectric conversion device that satisfies 0.8 ≦ n / m ≦ 1.2 or 2.4 ≦ n / m ≦ 3.6.
2-11. 2-1. To 2-10. In the photoelectric conversion device according to any one of
A is Ag, B is Bi, X is I,
2.4 ≦ n / m ≦ 3.6,
A photoelectric conversion device in which a maximum diffraction peak appears in a range of 25 ° ≦ 2θ ≦ 35 ° when the film is measured by X-ray diffraction.
2-12. 2-1. To 2-10. In the photoelectric conversion device according to any one of
A is Cu, B is Bi, X is I,
0.8 ≦ n / m ≦ 1.2,
A photoelectric conversion device in which a maximum diffraction peak appears in a range of 25 ° ≦ 2θ ≦ 35 ° when the film is measured by X-ray diffraction.
2-13. 2-1. To 2-12. In the photoelectric conversion device according to any one of
A photoelectric conversion device, wherein the film is a polycrystalline film.
2-14. 2-1. To 2-13. In the photoelectric conversion device according to any one of
A photoelectric conversion device having an energy conversion efficiency of 0.1% or more.
3-1. A method for producing a film containing crystals,
Forming a precursor film each containing one or more elements or element groups A, B, and X, and a solvent;
Drying the precursor film at a first temperature;
Heat-treating the precursor film at a second temperature higher than the first temperature,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
It said crystal has a composition represented by the general formula A n B m X z,
(N + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 A method for producing a film.
3-2. 3-1. In the method for producing a film according to claim 1,
A method for producing a film satisfying n / m ≧ 0.8.
3-3. 3-1. Or 3-2. In the method for producing a film according to claim 1,
The crystal is
Including a first ion of an element or group of elements contained in X,
A method of manufacturing a film having a structure in which a plurality of octahedral units each composed of six first ions are connected by sharing two first ions on a ridge.
3-4. 3-3. In the method for producing a film according to claim 1,
The crystal is
A first octahedral unit in which no ion is located in the center;
A second octahedral unit centered on a second ion of an element or group of elements contained in A;
A method for producing a film including the third octahedral unit in which a third ion of an element contained in B is located at the center.
3-5. 3-4. In the method for producing a film according to claim 1,
The method for producing a film, wherein the crystal includes a plate-like unit in which the plurality of octahedral units are connected by sharing two first ions on a ridge.
3-6. 3-5. In the method for producing a film according to claim 1,
The crystal is a method of manufacturing a film including a structure in which a plurality of the plate-like units are stacked.
3-7. 3-6. In the method for producing a film according to claim 1,
The plurality of plate units include the first plate unit and the second plate unit,
In the first plate unit, the ratio of the first octahedron unit to the total number of octahedron units constituting the first plate unit is v ′, and the ratio of the second octahedron unit is a. ', The ratio of the third octahedral unit is b',
The ratio of the first octahedral unit to the total number of octahedral units constituting the second plate unit in the second plate unit is v ″, and the ratio of the second octahedral unit is a ″, when the ratio of the third octahedral unit is b ″,
The ratio represented by a ′: b ′: v ′ and the ratio represented by a ″: b ″: v ″ are different from each other,
The method for producing a film, wherein the crystal includes a structure in which the first plate unit and the second plate unit are alternately stacked.
3-8. 3-7. In the method for producing a film according to claim 1,
A method for producing a film, wherein at least one of v ′ and v ″ is 0.1 or less.
3-9. 3-7. Or 3-8. In the method for producing a film according to claim 1,
A method for producing a film, wherein at least one of a ′ and a ″ is 0.1 or less.
3-10. 3-1. To 3-9. In the method for producing a film according to any one of
A method for producing a film in which 0.8 ≦ n / m ≦ 1.2 or 2.4 ≦ n / m ≦ 3.6.
3-11. 3-1. To 3-10. In the method for producing a film according to any one of
A is Ag, B is Bi, X is I,
2.4 ≦ n / m ≦ 3.6,
A method for producing a film, wherein the maximum diffraction peak appears in a range of 25 ° ≦ 2θ ≦ 35 ° when the film is measured by X-ray diffraction.
3-12. 3-1. To 3-10. In the method for producing a film according to any one of
A is Cu, B is Bi, X is I,
0.8 ≦ n / m ≦ 1.2,
A method for producing a film, wherein the maximum diffraction peak appears in a range of 25 ° ≦ 2θ ≦ 35 ° when the film is measured by X-ray diffraction.
3-13. 3-1. To 3-12. In the method for producing a film according to any one of
A method for producing a film, wherein the film is a polycrystalline film.
3-14. 3-1. To 3-13. In the method for producing a film according to any one of
When the amount of A contained in the precursor film is p, the amount of B is q, and the amount of X is r,
(P + 3q) × 0.8 ≦ r ≦ (p + 3q) × 1.2 A method for manufacturing a film.
3-15. 3-1. To 3-14. In the method for producing a film according to any one of
The method for producing a membrane, wherein the solvent is one or more selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, γ-butyrolactone, and 1-N-methyl-2-pyrrolidone.
3-16. 3-1. To 3-15. In the method for producing a film according to any one of
In the step of forming the precursor film, a film manufacturing method in which a solution containing A, B, X, and the solvent is applied onto a substrate.
3-17. 3-1. To 3-16. In the method for producing a film according to any one of
The method for producing a film, wherein the first temperature is room temperature.
3-18. 3-1. To 3-16. In the method for producing a film according to any one of
The manufacturing method of a film | membrane whose said 1st temperature is 50 degreeC or more and less than 100 degreeC.
3-19. 3-1. To 3-18. In the method for producing a film according to any one of
The method for producing a film, wherein the second temperature is 100 ° C. or higher and lower than 200 ° C.
3-20. 3-1. To 3-19. In the method for producing a film according to any one of
In the drying step, the film is dried until the content of the solvent in the precursor film is 50% by weight or less.
3-21. 3-1. To 3-20. In the method for producing a film according to any one of
The method for producing a film, wherein the color of the precursor film before the heat treatment step is different from the color of the film obtained after the heat treatment step.
20 光電変換装置
30 電子デバイス
100 板状単位
101 第1の板状単位
102 第2の板状単位
120 八面体単位
140 第1イオン
142 カチオン
200 基材
210 第1電極
220 第2電極
230 光電変換層
231 緻密電子輸送層
232 多孔質電子輸送層
233 ホール輸送層
300 基材
310 チャネル層
320 ソース
330 ドレイン
340 絶縁層
350 ゲート
20 photoelectric conversion device 30 electronic device 100 plate unit 101 first plate unit 102 second plate unit 120 octahedron unit 140 first ion 142 cation 200 base material 210 first electrode 220 second electrode 230 photoelectric conversion layer 231 Dense electron transport layer 232 Porous electron transport layer 233 Hole transport layer 300 Base material 310 Channel layer 320 Source 330 Drain 340 Insulating layer 350 Gate
Claims (16)
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立ち、
前記結晶は、
Xに含まれる元素または元素群の第1イオンを含み、
それぞれ六つの前記第1イオンからなる複数の八面体単位が稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった構造を有する膜。 Includes a crystal having a composition represented by the general formula A n B m X z,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
(N + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 holds,
The crystal is
Including a first ion of an element or group of elements contained in X,
A film having a structure in which a plurality of octahedral units each consisting of six first ions are connected to each other by sharing two first ions on a ridge.
前記結晶は、
中心にイオンが存在しない第1の前記八面体単位と、
Aに含まれる元素または元素群の第2イオンが中心に位置する第2の前記八面体単位と、
Bに含まれる元素の第3イオンが中心に位置する第3の前記八面体単位とを含む膜。 The membrane of claim 1, wherein
The crystal is
A first octahedral unit having no ions in the center;
A second octahedral unit centered on a second ion of an element or group of elements contained in A;
And a third octahedral unit in which a third ion of an element contained in B is located at the center.
前記結晶は、前記複数の八面体単位が、稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった板状単位を含み、
前記結晶は、複数の前記板状単位が積層した構造を含む膜。 The membrane of claim 2,
The crystal includes a plate-like unit in which the plurality of octahedral units are connected by sharing the two first ions on the edge with each other,
The crystal is a film including a structure in which a plurality of the plate-like units are stacked.
0.8≦n/m≦1.2または2.4≦n/m≦3.6が成り立つ膜。 The membrane according to any one of claims 1 to 3,
A film that satisfies 0.8 ≦ n / m ≦ 1.2 or 2.4 ≦ n / m ≦ 3.6.
AがAgであり、BがBiであり、XがIであり、
2.4≦n/m≦3.6であり、
X線回折で測定したとき、最大の回折ピークが25°≦2θ≦35°の範囲に現れる膜。 The membrane according to any one of claims 1 to 4,
A is Ag, B is Bi, X is I,
2.4 ≦ n / m ≦ 3.6,
A film in which the maximum diffraction peak appears in a range of 25 ° ≦ 2θ ≦ 35 ° when measured by X-ray diffraction.
第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に位置する光電変換層とを備え、
前記光電変換層は、請求項1から5のいずれか一項に記載の膜を含む光電変換装置。 A first electrode;
A second electrode;
A photoelectric conversion layer located between the first electrode and the second electrode,
The photoelectric conversion layer is a photoelectric conversion device including the film according to any one of claims 1 to 5.
それぞれ一以上の元素又は元素群であるA、B、およびXと、溶媒とを含む前駆体膜を形成する工程と、
前記前駆体膜を第1温度で乾燥させる工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度で前記前駆体膜を加熱処理する工程とを含み、
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
前記結晶は一般式AnBmXzで表される組成を有し、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2が成り立ち、
前記結晶は、
Xに含まれる元素または元素群の第1イオンを含み、
それぞれ六つの前記第1イオンからなる複数の八面体単位が稜上の二つの前記第1イオンを互いに共有して連なった構造を有する、膜の製造方法。 A method for producing a film containing crystals,
Forming a precursor film each containing one or more elements or element groups A, B, and X, and a solvent;
Drying the precursor film at a first temperature;
Heat-treating the precursor film at a second temperature higher than the first temperature,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
It said crystal has a composition represented by the general formula A n B m X z,
(N + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 holds,
The crystal is
Including a first ion of an element or group of elements contained in X,
A method for producing a film, wherein a plurality of octahedral units each consisting of six first ions each have a structure in which two first ions on a ridge are shared and connected to each other.
0.8≦n/m≦1.2または2.4≦n/m≦3.6が成り立つ、膜の製造方法。 In the manufacturing method of the film | membrane of Claim 9,
A method for producing a film, wherein 0.8 ≦ n / m ≦ 1.2 or 2.4 ≦ n / m ≦ 3.6.
前記溶媒は、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、および1−N−メチル−2−ピロリドンからなる群から選択される一以上である、膜の製造方法。 In the manufacturing method of the film | membrane of Claim 9 or 10,
The method for producing a membrane, wherein the solvent is one or more selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, γ-butyrolactone, and 1-N-methyl-2-pyrrolidone.
前記前駆体膜を形成する工程では、Aと、Bと、Xと、前記溶媒とを含む溶液を基材上に塗布する、膜の製造方法。 In the manufacturing method of the film according to any one of claims 9 to 11,
In the step of forming the precursor film, a film manufacturing method in which a solution containing A, B, X, and the solvent is applied onto a substrate.
前記乾燥させる工程では、前記前駆体膜における前記溶媒の含有量が50重量%以下になるまで乾燥させる、膜の製造方法。 In the manufacturing method of the film according to any one of claims 9 to 12,
In the drying step, the film is dried until the content of the solvent in the precursor film is 50% by weight or less.
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2かつn/m≧0.8が成り立つ膜。 Includes a crystal having a composition represented by the general formula A n B m X z,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
A film satisfying (n + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 and n / m ≧ 0.8.
第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極の間に位置する光電変換層とを備え、
前記光電変換層は、請求項14に記載の膜を有する光電変換装置。 A first electrode;
A second electrode;
A photoelectric conversion layer located between the first electrode and the second electrode,
The photoelectric conversion layer is a photoelectric conversion device having the film according to claim 14.
それぞれ一以上の元素又は元素群であるA、B、およびXと、溶媒とを含む前駆体膜を形成する工程と、
前記前駆体膜を第1温度で乾燥させる工程と、
前記第1温度よりも高い第2温度で前記前駆体膜を加熱処理する工程とを含み、
Aは、Ag、Cu、In、Na、K、およびNH4からなる群から選択される一つまたは複数であり、
Bは、Bi、Sb、およびLaからなる群から選択される一つまたは複数であり、
Xは、F、Cl、Br、I、CN、およびSCNからなる群から選択される一つまたは複数であり、
前記結晶は一般式AnBmXzで表される組成を有し、
(n+3m)×0.8≦z≦(n+3m)×1.2かつn/m≧0.8が成り立つ膜の製造方法。 A method for producing a film containing crystals,
Forming a precursor film each containing one or more elements or element groups A, B, and X, and a solvent;
Drying the precursor film at a first temperature;
Heat-treating the precursor film at a second temperature higher than the first temperature,
A is one or more selected from the group consisting of Ag, Cu, In, Na, K, and NH 4 ;
B is one or more selected from the group consisting of Bi, Sb, and La,
X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, I, CN, and SCN,
It said crystal has a composition represented by the general formula A n B m X z,
(N + 3m) × 0.8 ≦ z ≦ (n + 3m) × 1.2 and n / m ≧ 0.8.
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