JP2018147964A - Heating method of composite, heating apparatus of composite and photoelectric converter - Google Patents

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真人 米谷
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Koji Segawa
浩司 瀬川
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Yuji Wada
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俊太郎 椿
Shuntaro Tsubaki
俊太郎 椿
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To heat and calcine a third material in contact with a second material, by polarizing the abutting interface between a first material and the second material having different compositions or oscillating impregnation carriers by irradiating electromagnetic wave.SOLUTION: A heating method of a composite has first through third materials of different compositions, and a second material heats a composite placed between the first and third materials, by irradiating with electromagnetic waves. The first and second materials have a work function difference involving movement of charges via the abutting interface between the first material and the second material. The third material is composed of a hybrid semiconductor absorbing light in visible or near-infrared region. The angle formed by the vibration direction of electrical field of the electromagnetic waves with which the composite is irradiated and the abutting interface is 0-45°. The vibration direction of electrical field of the electromagnetic waves is a direction crossing the static polarization or the injection direction of carriers. The composite is installed or transported to a region including a position where the intensity of the oscillatory electrical field of the electromagnetic waves is highest, and the composite is irradiated with the electromagnetic waves.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、複合体の加熱方法、複合体の加熱装置及び光電変換素子。   The present invention relates to a method for heating a composite, a heating apparatus for the composite, and a photoelectric conversion element.

薄膜形成方法は大きく分けて、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法及び蒸着法に代表される気相法と、電解めっき法、無電解めっき法及び塗布法に代表される液相法とがある。また、気相中で液相を噴霧する噴霧法(スプレー法)がある。これらのいずれの方法においても、基材と薄膜との密着性向上、薄膜物性の制御若しくは向上、溶媒等の不要成分の除去又は薄膜形成のための反応促進などを目的として、薄膜の成膜中又は成膜後に加熱焼成を行う場合がある。   Thin film formation methods can be broadly classified into sputtering methods, CVD (Chemical Vapor Deposition) methods and vapor phase methods represented by vapor deposition methods, and liquid phase methods represented by electrolytic plating methods, electroless plating methods and coating methods. is there. There is also a spraying method (spraying method) in which a liquid phase is sprayed in a gas phase. In any of these methods, the thin film is being formed for the purpose of improving the adhesion between the substrate and the thin film, controlling or improving the physical properties of the thin film, removing unnecessary components such as solvents or promoting the reaction for forming the thin film. Alternatively, heat baking may be performed after film formation.

加熱法としては、オーブン又はホットプレートなどを用いた一般的な伝熱加熱法の他、加熱時間の短縮化と効率向上が可能な電磁波照射加熱法がある。電磁波照射加熱法としては、放射加熱法、マイクロ波加熱方及び誘導加熱法が挙げられる。   As a heating method, in addition to a general heat transfer heating method using an oven or a hot plate, there is an electromagnetic wave irradiation heating method capable of shortening the heating time and improving the efficiency. Examples of the electromagnetic wave irradiation heating method include a radiant heating method, a microwave heating method, and an induction heating method.

放射加熱法では、ハロゲンランプ等のランプが光源として用いられ、ナノメートルからマイクロメートルの波長の光、好ましくは赤外線等を用いて、大面積の加熱対象物を高温まで均一に加熱することができる。ハロゲンランプ等のランプの場合、出射される電磁波の波長は数百ナノメートルから数十マイクロメートルまでの幅広い領域に分布しており、おおよそあらゆる物質を均一に加熱できる。したがって、あらゆる材料の加熱が可能である一方で、材料の選択的加熱ができない。そのため、加熱対象の薄膜に合わせて、薄膜の基材、炉の内壁、基材搬送手段又は炉内ガスなど、電磁波が照射されるすべての物質がほぼ均等に加熱され、そのエネルギーロスが避けられない。また、装置構成部材の耐熱性、廃熱低減のための断熱構造、装置立上げ時の予熱及び装置立下げ時のクールダウン等を考慮する必要がある。また、放射加熱法では、物質がエネルギーを吸収し熱に変わる過程で加熱対象の薄膜が加熱される。たとえば、薄膜に対向してランプを設置した場合、薄膜の表面から深さ方向に加熱焼成が進む。この場合、深さ方向での加熱が不均一となるので薄膜の割れや剥離が発生しやすく、急速加熱にて均質な薄膜を得ることは容易ではない。さらには、光源の劣化や変動によるメインテナンスの必要性や、低加熱効率による多大なエネルギー消費など実用化に対する問題は多い。   In the radiant heating method, a lamp such as a halogen lamp is used as a light source, and a heating object having a large area can be uniformly heated to a high temperature using light with a wavelength of nanometers to micrometers, preferably infrared rays. . In the case of a lamp such as a halogen lamp, the wavelength of the emitted electromagnetic wave is distributed over a wide range from several hundred nanometers to several tens of micrometers, and almost any substance can be heated uniformly. Therefore, while any material can be heated, selective heating of the material is not possible. Therefore, in accordance with the thin film to be heated, all materials irradiated with electromagnetic waves, such as thin film substrate, furnace inner wall, substrate conveying means or furnace gas, are heated almost evenly, and energy loss is avoided. Absent. In addition, it is necessary to consider the heat resistance of the apparatus constituent members, a heat insulating structure for reducing waste heat, preheating when the apparatus is started up, cool down when the apparatus is down, and the like. In the radiant heating method, a thin film to be heated is heated in the process in which a substance absorbs energy and changes to heat. For example, when a lamp is installed facing the thin film, heating and firing proceeds in the depth direction from the surface of the thin film. In this case, since the heating in the depth direction is not uniform, the thin film is easily cracked or peeled off, and it is not easy to obtain a homogeneous thin film by rapid heating. Furthermore, there are many problems for practical use such as the necessity of maintenance due to deterioration and fluctuation of the light source, and enormous energy consumption due to low heating efficiency.

マイクロ波加熱法では、ミリメートルからメートルレベルの波長のマイクロ波を用いて加熱が行われる。例えば、マイクロ波加熱法では、最も汎用の2.45GHzのマイクロ波に加え、430MHz、915MHz、5.8GHz及び24.1GHz等のマイクロ波が、ISM(Industry Science Medical)バンドとして産業上利用可能である。これらマイクロ波は単一の周波数(つまり単一波長)の電磁波であるため、特定の周波数(波長)のマイクロ波を吸収する材料を選択的に加熱することができ、エネルギー利用効率を高くできる。一方、加熱対象が特定の周波数(波長)のマイクロ波を吸収できない加熱対象物は、マイクロ波加熱法によっては直接的には加熱されない。   In the microwave heating method, heating is performed using microwaves having a wavelength of millimeter to meter level. For example, in the microwave heating method, microwaves of 430 MHz, 915 MHz, 5.8 GHz, and 24.1 GHz are industrially available as ISM (Industry Science Medical) bands in addition to the most general-purpose 2.45 GHz microwaves. is there. Since these microwaves are electromagnetic waves of a single frequency (that is, a single wavelength), a material that absorbs microwaves of a specific frequency (wavelength) can be selectively heated, and energy use efficiency can be increased. On the other hand, an object to be heated that cannot be absorbed by a microwave having a specific frequency (wavelength) is not directly heated by the microwave heating method.

誘導加熱法では、導体に交流磁場を印加したときの電磁誘導により生じるジュール損失によって、使用する電磁波の周波数によらずに加熱が行われる。しかし、誘導加熱法は、材料の適用範囲が狭く、材料プロセッシング工程としては制約が大きいことが知られている。   In the induction heating method, heating is performed regardless of the frequency of electromagnetic waves to be used due to Joule loss caused by electromagnetic induction when an alternating magnetic field is applied to a conductor. However, it is known that the induction heating method has a narrow material application range and has a large restriction as a material processing process.

一般に、有機無機ハイブリッドペロブスカイト型光電変換素子の負極基板は、ガラス基板等からなる透光性基板上に、負極である透光性導電体膜、n型半導体膜及び光吸収層が順次形成された構造を有している。透光性導電体膜は、FTO(Fluorine doped Tin Oxide:フッ素ドープ酸化錫)又はITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)等により構成される。n型半導体膜は、例えば、無機酸化物n型半導体である酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等で構成される。また、n型半導体膜は、例えば有機n型半導体であるフラーレン誘導体、共役系ポリマー、オリゴマー及びモノマーからなるn型半導体膜として構成される。酸化物半導体膜は、例えば、ガラス基板上にFTO膜が形成されたFTO基板等の成膜基材上に、酸化チタン前駆体を含むゾル又は酸化チタン微粒子を含むペースト又は分散液を塗布し、乾燥し、加熱焼成することで製造できる。酸化チタン膜の成膜法としては、塗布法の他には気相法も用いられる。   In general, a negative electrode substrate of an organic-inorganic hybrid perovskite photoelectric conversion element has a light-transmitting conductive film, an n-type semiconductor film, and a light absorption layer, which are negative electrodes, sequentially formed on a light-transmitting substrate made of a glass substrate or the like. It has a structure. The translucent conductor film is made of FTO (Fluorine doped Tin Oxide) or ITO (Indium Tin Oxide). The n-type semiconductor film is made of, for example, an inorganic oxide n-type semiconductor such as titanium oxide, tin oxide, or zinc oxide. The n-type semiconductor film is configured as an n-type semiconductor film made of a fullerene derivative, which is an organic n-type semiconductor, a conjugated polymer, an oligomer, and a monomer, for example. The oxide semiconductor film is, for example, a paste or dispersion containing a sol containing a titanium oxide precursor or titanium oxide fine particles is applied onto a film forming base material such as an FTO substrate in which an FTO film is formed on a glass substrate, It can be manufactured by drying and baking. As a method for forming the titanium oxide film, a vapor phase method is used in addition to the coating method.

光吸収層は、例えば250ナノメートルから1000ナノメートル程度の波長を有する可視又は近赤外光領域の光を吸収する複合材料であるハイブリッド半導体により構成される。このハイブリッド半導体は、有機アンモニウムやセシウム、ルビジウム、カリウム等の無機カチオンをAサイトカチオンと、鉛、錫、銅、ビスマス、銀、白金等の金属をMサイトカチオンと、Xサイトアニオンと、で電気的中性を補償した、AMX、A、AMX4、A、A10、AMX、Aの組成式を有するハイブリッド半導体構造を形成する、例えばペロブスカイト構造、コランダム構造、スピネル構造などの結晶構造を有するハイブリッド半導体膜は、例えば、n型半導体膜を形成した基材上にハイブリッド半導体の前駆体を含むゾル又はハイブリッド半導体微粒子を含むペースト又は分散液を塗布し、乾燥し、加熱焼成することで製造できる。ハイブリッド半導体膜の成膜法としては、塗布法の他には気相法も用いられる。加熱焼成の方法としては、ホットプレートやオーブンでの加熱に加え、最近では、例えばマイクロ波を用いた酸化チタン膜の加熱焼成が検討されている。 The light absorption layer is composed of a hybrid semiconductor that is a composite material that absorbs light in the visible or near-infrared light region having a wavelength of about 250 to 1000 nanometers, for example. In this hybrid semiconductor, inorganic cations such as organic ammonium, cesium, rubidium, and potassium are electrically connected with an A-site cation, metals such as lead, tin, copper, bismuth, silver, and platinum with an M-site cation and an X-site anion. The composition formula of AMX 3 , A 2 M 2 X 6 , A 2 MX 4 , A 3 M 2 X 7 , A 4 M 3 X 10 , A 3 MX 5 , A 4 M 2 X 8 compensated for the neutrality For example, a hybrid semiconductor film having a crystal structure such as a perovskite structure, a corundum structure, or a spinel structure is a sol containing a precursor of a hybrid semiconductor on a base material on which an n-type semiconductor film is formed. Or it can manufacture by apply | coating the paste or dispersion liquid containing a hybrid semiconductor fine particle, drying, and heat-firing. As a method for forming the hybrid semiconductor film, a vapor phase method is used in addition to the coating method. As a method for heating and baking, in addition to heating in a hot plate or oven, recently, for example, heating and baking of a titanium oxide film using a microwave has been studied.

特許文献1には、FTO基材上に成膜した酸化物半導体薄膜にマイクロ波を照射して加熱する薄膜の処理方法が提案されている。この方法では、Nb(酸化ニオブ)、MnO(酸化マンガン)、Bi(酸化ビスマス)、TiO(酸化チタン)、Ta(酸化タンタル)及びSnO(酸化錫)のいずれかで構成される薄膜とFTO基材との間にマイクロ波が照射される。この例では、FTO基材と接合させる物質は平板状の部材として構成され、その当接界面は平面であり、凹凸を有する界面や、連続的に接合していない界面については適用されておらず、かつ、ハイブリッド半導体への適用は想定されていない。 Patent Document 1 proposes a thin film processing method in which an oxide semiconductor thin film formed on an FTO substrate is irradiated with microwaves and heated. In this method, Nb 2 O 5 (niobium oxide), MnO 2 (manganese oxide), Bi 2 O 3 (bismuth oxide), TiO 2 (titanium oxide), Ta 2 O 3 (tantalum oxide) and SnO 2 (tin oxide) ) Is irradiated between the thin film constituted by any of the above and the FTO substrate. In this example, the substance to be bonded to the FTO base material is configured as a flat plate member, and the contact interface is a flat surface, and is not applied to an interface having irregularities or an interface that is not continuously bonded. And application to a hybrid semiconductor is not assumed.

この例では、周波数が300MHz〜300GHzのマイクロ波、好ましくは周波数が2.45GHz又は28GHzのマイクロ波を用いることが提案されている。しかし、FTO等の酸化物導電体及び酸化チタン膜のそれぞれは、単独では最も汎用の2.45GHzのマイクロ波を吸収しづらい材料である。実際に、特許文献1では、マグネトロンDCスパッタ法によりITO膜上に酸化チタン膜を成膜し、28GHzのマイクロ波照射によって加熱焼成した例しか開示されていない。   In this example, it is proposed to use a microwave having a frequency of 300 MHz to 300 GHz, preferably a microwave having a frequency of 2.45 GHz or 28 GHz. However, each of the oxide conductor such as FTO and the titanium oxide film is a material that is difficult to absorb the most commonly used 2.45 GHz microwave. Actually, Patent Document 1 discloses only an example in which a titanium oxide film is formed on an ITO film by magnetron DC sputtering and heated and fired by microwave irradiation of 28 GHz.

特許文献2には、基材上に乾式成膜法により成膜した薄膜にマイクロ波を照射して加熱する薄膜の処理方法が提案されている。この方法では、薄膜と基材との間に、薄膜よりもマイクロ波の吸収効率の高い材料よりなる下地層が形成されている。薄膜としては酸化チタン薄膜が用いられている。下地層としては、ITO、AZO(Aluminum-doped Zinc Oxide:アルミニウムドープ酸化亜鉛)、InTiO(チタンドープ酸化インジウム)、FTO、ATO(Antimony Tin Oxide:アンチモンドープ酸化錫)、IZO(Indium Zinc Oxide:インジウム亜鉛酸化物)及びGZO(Gallium doped Zinc Oxide:ガリウムドープ酸化亜鉛)の群から選ばれる1種又は2種以上の材料からなる導電性薄膜又はSiC薄膜が用いられている。   Patent Document 2 proposes a thin film processing method in which a thin film formed on a substrate by a dry film forming method is irradiated with microwaves and heated. In this method, an underlayer made of a material having higher microwave absorption efficiency than the thin film is formed between the thin film and the base material. A titanium oxide thin film is used as the thin film. As the underlayer, ITO, AZO (Aluminum-doped Zinc Oxide), InTiO (Titanium Doped Indium Oxide), FTO, ATO (Antimony Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide) A conductive thin film or SiC thin film made of one or more materials selected from the group of zinc oxide) and GZO (Gallium doped Zinc Oxide) is used.

特許文献3には、PET(PolyEthylene Terephthalate)フィルム上に酸化チタン微粒子分散液を塗布し、マイクロ波照射により加熱焼成した例が報告されている。しかし、この例でも、28GHzのマイクロ波のみしか使用されていない。   Patent Document 3 reports an example in which a titanium oxide fine particle dispersion is coated on a PET (PolyEthylene Terephthalate) film and heated and fired by microwave irradiation. However, even in this example, only 28 GHz microwaves are used.

非特許文献1にも、FTO基板上に酸化チタン微粒子ペーストを塗布し、マイクロ波照射により加熱焼成した例が報告されている。しかし、この例でも、28GHzのマイクロ波のみが用いられている。   Non-Patent Document 1 also reports an example in which a titanium oxide fine particle paste is applied on an FTO substrate and heated and fired by microwave irradiation. However, in this example, only 28 GHz microwaves are used.

特許文献4には、2.45GHzのマイクロ波を吸収させるために、基材である樹脂フィルムとステージとの間に液膜、好ましくは水膜を設け、マイクロ波加熱を行う色素増感型太陽電池の負極の製造法が開示されている。   Patent Document 4 discloses a dye-sensitized solar in which a liquid film, preferably a water film, is provided between a resin film as a substrate and a stage in order to absorb 2.45 GHz microwaves, and microwave heating is performed. A method for producing a negative electrode for a battery is disclosed.

特許文献5には、透明導電性膜上に半導体微粒子の薄膜を形成し、その薄膜の反透明導電性膜側表面の全体に亘り導電体の表面を接触させ、その後にマイクロ波を照射して上記薄膜を加熱する薄膜のマイクロ波加熱方法が開示されている。   In Patent Document 5, a thin film of semiconductor fine particles is formed on a transparent conductive film, the surface of the conductor is brought into contact with the entire surface of the thin film on the side opposite to the transparent conductive film, and then microwaves are irradiated. A microwave heating method for a thin film for heating the thin film is disclosed.

特許5892635号公報Japanese Patent No. 5922635 特許4479221号公報Japanese Patent No. 4479221 特開2004−342319号公報JP 2004-342319 A 特許4595337号公報Japanese Patent No. 4595337 特許4779321号公報Japanese Patent No. 4777321

Satoshi Uchida, Miho Tomiha, Hirotsugu Takizawa, Masahide Kawaraya, Flexible dye-sensitized solar cells by 28 GHz microwave irradiation.Solar Energy Materials & Solar Cells, 81, 135-139 (2004).Satoshi Uchida, Miho Tomiha, Hirotsugu Takizawa, Masahide Kawaraya, Flexible dye-sensitized solar cells by 28 GHz microwave irradiation.Solar Energy Materials & Solar Cells, 81, 135-139 (2004). Low-temperature annealing of mesoscopic TiO2 films by interfacial microwave heating applied to efficiency improvement of dye-sensitized solar cells. Masato M. Maitani, Yohei Tsukushi, Niklas D.J. Hansen, Yuka Sato, Dai Mochizuki, Eiichi Suzuki, Yuji Wada, Solar Energy Materials & Solar Cells, 147, 198-202 (2016).Low-temperature annealing of mesoscopic TiO2 films by interfacial microwave heating applied to efficiency improvement of dye-sensitized solar cells.Masato M. Maitani, Yohei Tsukushi, Niklas DJ Hansen, Yuka Sato, Dai Mochizuki, Eiichi Suzuki, Yuji Wada, Solar Energy Materials & Solar Cells, 147, 198-202 (2016). Collaborational Effect of Heterolitic Layered Configuration for Enhancement of Microwave Heating. Masato M. Maitani, Tomoharu Inoue, Yohei Tsukushi, Niklas D. J. Hansen, Dai Mochizuki, Eiichi Suzuki, Yuji Wada, Chem. Commun., 49(92), 10841 (2013).Collaborational Effect of Heterolitic Layered Configuration for Enhancement of Microwave Heating. Masato M. Maitani, Tomoharu Inoue, Yohei Tsukushi, Niklas DJ Hansen, Dai Mochizuki, Eiichi Suzuki, Yuji Wada, Chem. Commun., 49 (92), 10841 (2013) . Yunlong Guo, Kazutaka Shoyama, Wataru Sato, Yutaka Matsuo, Kento Inoue, Koji Harano, Chao Liu, Hideyuki Tanaka, and Eiichi Nakamura,Chemical Pathways Connecting Lead(II) Iodide and Perovskite via Polymeric Plumbate(II) Fiber,J. Am. Chem. Soc., 137, 15907-15914(2015)Yunlong Guo, Kazutaka Shoyama, Wataru Sato, Yutaka Matsuo, Kento Inoue, Koji Harano, Chao Liu, Hideyuki Tanaka, and Eiichi Nakamura, Chemical Pathways Connecting Lead (II) Iodide and Perovskite via Polymeric Plumbate (II) Fiber, J. Am. Chem. Soc., 137, 15907-15914 (2015) Qipeng Cao, Songwang Yang, Qianqian Gao, Lei Lei, Yu Yu, Jun Shao, Yan Liu, Fast and Controllable Crystallization of Perovskite Films by Microwave Irradiation Process,ACS Appl. Mater. Interfaces, 8 (12), 7854-7861(2016)Qipeng Cao, Songwang Yang, Qianqian Gao, Lei Lei, Yu Yu, Jun Shao, Yan Liu, Fast and Controllable Crystallization of Perovskite Films by Microwave Irradiation Process, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8 (12), 7854-7861 (2016 ) Noboru Yoshikawa, Etsuko Ishizuka, Ken-ichi Mashiko, Shoji Taniguchi, Difference in carbo-thermal reduction reaction kinetics of NiO in microwave E- and H-fields Mater. Lett., 61, 2096 (2007)Noboru Yoshikawa, Etsuko Ishizuka, Ken-ichi Mashiko, Shoji Taniguchi, Difference in carbo-thermal reduction reaction kinetics of NiO in microwave E- and H-fields Mater.Lett., 61, 2096 (2007)

基材となる酸化チタン及び透明導電性基板、更には目的の焼結材料であるハイブリッド半導体はいずれの組成においても、単独では最も汎用の2.45GHzのマイクロ波を吸収しづらい材料である。そのため、特許文献1、2及び非特許文献1では、材料が吸収しやすい28GHzのマイクロ波に限定し、誘電損失加熱により酸化チタン薄膜の加熱焼成を行っている。また、特許文献3、4では、マイクロ波による加熱をしやすくするために、液膜又は導電体を用いている。   Titanium oxide serving as a base material and a transparent conductive substrate, as well as a hybrid semiconductor, which is a target sintered material, are materials that are difficult to absorb the most commonly used 2.45 GHz microwaves in any composition. For this reason, in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1, the material is limited to a 28 GHz microwave that is easily absorbed by the material, and the titanium oxide thin film is heated and fired by dielectric loss heating. In Patent Documents 3 and 4, a liquid film or a conductor is used in order to facilitate heating by microwaves.

上記したように、ハロゲンランプ等のランプを用いた放射加熱法のように、膜の表面から深さ方向に焼成が進む場合、特に積層膜では、膜の割れや剥離が発生しやすく、急速加熱にて均質な膜を得ることは容易でない。特に厚さ1mm以下の薄膜では、加熱焼成の工程において割れや剥離も起こりやすい。FTO等の酸化物導電体膜と酸化チタン膜との積層膜等の積層体においては、積層界面から加熱焼成が進むことが好ましい。積層界面から加熱焼成が進むことで、膜の割れや剥離を防止できると共に、周囲温度を上げることなく、より低温での加熱焼成が可能となる。より低温での加熱焼成は、低エネルギーかつ低コストであり、基板の選択自由度も高く、好ましい。   As described above, when firing proceeds in the depth direction from the surface of the film as in the case of a radiant heating method using a lamp such as a halogen lamp, particularly in the case of a laminated film, the film tends to crack or peel off, and rapid heating. It is not easy to obtain a homogeneous film. In particular, in the case of a thin film having a thickness of 1 mm or less, cracking and peeling are likely to occur in the heating and baking process. In a laminated body such as a laminated film of an oxide conductor film such as FTO and a titanium oxide film, it is preferable that heating and firing proceeds from the laminated interface. By heating and firing from the lamination interface, it is possible to prevent the film from cracking and peeling, and to perform firing at a lower temperature without increasing the ambient temperature. Heating and baking at a lower temperature is preferable because it has low energy and low cost and has a high degree of freedom in substrate selection.

さらには、特許文献5及び非特許文献2、3では、マイクロ波を用いて酸化チタン微結晶のメソポーラス層を焼成し、色素増感太陽電池に適用した例が報告されているが、これに関してはガラス転移点が数百度以上の高温での焼成技術に対する技術であり、本ハイブリッド半導体への直接的な適用は示されておらず、さらには、非特許文献4に開示されているように非常に複雑な中間体を経由した反応と結晶成長過程が混在するハイブリッド半導体形成のプロセスに対しては、加熱制御の観点から単純に適用はできない。   Furthermore, Patent Document 5 and Non-Patent Documents 2 and 3 report examples in which a mesoporous layer of titanium oxide microcrystals is baked using a microwave and applied to a dye-sensitized solar cell. This is a technique for firing at a high temperature of several hundred degrees or more, and has not been directly applied to the hybrid semiconductor. Further, as disclosed in Non-Patent Document 4, From the viewpoint of heating control, the process cannot be simply applied to a hybrid semiconductor formation process in which a reaction through a complex intermediate and a crystal growth process coexist.

また、非特許文献5においては、マイクロ波をハイブリッド半導体の反応及び結晶化技術へ適用した例が報告されているが、この提案技術では、単純に市販の電子レンジを用いて、電磁波の方位や周波数においても規定のないランダムな電磁波を印加し、非常に加熱エネルギー効率の悪い従来のプロセスを用いて、ハイブリッド半導体の加熱に適用した事例に過ぎないため、新規性及び進歩性のない技術である。さらには、ハイブリッド半導体を用いて太陽電池への適用についても言及しているが、対象条件である通常のホットプレートを用いた条件で作成した太陽電池の光電変換効率自体が、一般的な20%程度の効率に比べて極めて劣るため、その効果についても明確でない。   In Non-Patent Document 5, an example in which microwaves are applied to a hybrid semiconductor reaction and crystallization technique is reported. In this proposed technique, a commercially available microwave oven is used, This is a technology that has no novelty or inventive step because it is only an example of applying a random electromagnetic wave that is not specified in frequency and applying it to the heating of a hybrid semiconductor using a conventional process with very low heating energy efficiency. . Furthermore, although the application to the solar cell using the hybrid semiconductor is also mentioned, the photoelectric conversion efficiency itself of the solar cell created under the condition using the normal hot plate which is the target condition is 20% which is general. The effect is not clear because it is extremely inferior to the efficiency of the degree.

非特許文献5では、さらには、ランダムな電磁波であるマルチモードマイクロ波で加熱されるため、一般的には制御性がなく、空間的に電磁場の強度が不均一となるので、大面積化や(周波数の乱れによる)再現性を確立することができない。従って、この例では、照射時間でしか加熱を制御できないことや、加熱部位が制御できないこと、さらには目的の材料を選択的に加熱できないため、結晶サイズの十分な肥大化が観測できていない。また、加熱中にメチルアミン等の蒸散が優先的に起こり、結果として、通常加熱に比べて結晶サイズは大きいものの、結晶性、化学組成及び膜のピンホールの有無において、好適な品質のハイブリッド半導体膜を形成ができていない。   In Non-Patent Document 5, since heating is performed with multimode microwaves that are random electromagnetic waves, there is generally no controllability, and the intensity of the electromagnetic field is spatially non-uniform. Reproducibility (due to frequency disturbance) cannot be established. Therefore, in this example, heating cannot be controlled only by the irradiation time, the heating site cannot be controlled, and further, the target material cannot be selectively heated, so that sufficient enlargement of the crystal size cannot be observed. In addition, transpiration of methylamine or the like occurs preferentially during heating, and as a result, although it has a larger crystal size than normal heating, it is a hybrid semiconductor of suitable quality in terms of crystallinity, chemical composition, and presence or absence of pinholes in the film. A film cannot be formed.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電磁波を照射して異なる組成を有する第1の物質と第2の物質との間の当接界面の分極又は注入キャリアを揺動させることで、第2の物質に接する第3の物質を加熱焼成することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to polarize the contact interface between the first substance and the second substance having different compositions by irradiating electromagnetic waves or injected carriers. The third substance in contact with the second substance is heated and fired by swinging.

本発明の一態様である複合体の加熱方法は、
異なる組成の第1の物質、第2の物質及び第3の物質を有し、前記第2の物質は、前記第1の物質と第3の物質との間に前記第1及び第3の物質と接して配置されている複合体に、所定の周波数の電磁波を照射して加熱する、複合体の加熱方法であって、
前記第1の物質と前記第2の物質とは、前記第1の物質と前記第2の物質との間の当接界面を介して電荷の移動を伴う仕事関数差を有し、
前記第1の物質及び前記第2の物質は、前記第1の物質と前記第2の物質との間の前記当接界面に、電荷の移動に伴う静的分極又はキャリアの注入を形成する材料の組合せからなり、
前記第3の物質は、可視又は近赤外域の光を吸収するハイブリッド半導体からなり、
前記複合体に照射される電磁波の電場の振動方向と前記当接界面とのなす角度は、0〜45°であり、
前記電磁波の電場の振動方向は、前記静的分極又はキャリアの移動方向に対して交差する方向であり、
前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に前記複合体を設置又は搬送して、前記複合体に前記電磁波を照射する、ものである。
The heating method of the complex which is one embodiment of the present invention includes:
The first substance, the second substance, and the third substance having different compositions, wherein the second substance is between the first substance and the third substance. A method of heating the composite, wherein the composite disposed in contact with the substrate is irradiated with an electromagnetic wave having a predetermined frequency and heated.
The first material and the second material have a work function difference with charge transfer through a contact interface between the first material and the second material,
The first substance and the second substance are materials that form static polarization or carrier injection associated with charge transfer at the contact interface between the first substance and the second substance. A combination of
The third substance is composed of a hybrid semiconductor that absorbs light in the visible or near infrared region,
The angle formed by the vibration direction of the electric field of the electromagnetic wave applied to the composite and the contact interface is 0 to 45 °,
The direction of vibration of the electric field of the electromagnetic wave is a direction crossing the direction of movement of the static polarization or carriers,
The composite is installed or transported in a region including a position where the intensity of the oscillating electric field of the electromagnetic wave is highest, and the composite is irradiated with the electromagnetic wave.

本発明の一態様である複合体の加熱装置は、
異なる組成の第1の物質、第2の物質及び第3の物質を有し、前記第2の物質は、前記第1の物質と第3の物質との間に前記第1及び第3の物質と接して配置されている複合体に、所定の周波数の電磁波を照射して加熱する、複合体の加熱装置であって、
前記電磁波を出力する電磁波発振部と、
前記電磁波発振部から出力された電磁波を、前記複合体へ向けてするアプリケータと、を備え、
前記第1の物質と前記第2の物質とは、前記第1の物質と前記第2の物質との間の当接界面を介して電荷の移動を伴う仕事関数差を有し、
前記第1の物質及び前記第2の物質は、前記第1の物質と前記第2の物質との間の前記当接界面に、電荷の移動に伴う静的分極又はキャリアの注入を形成する材料の組合せからなり、
前記第3の物質は、可視又は近赤外域の光を吸収するハイブリッド半導体からなり、
前記複合体に照射される電磁波の電場の振動方向と前記当接界面とのなす角度は、0〜45°であり、
前記電磁波の電場の振動方向は、前記静的分極又はキャリアの移動方向に対して交差する方向であり、
前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に設置された前記複合体に前記電磁波を照射する、ものである。
The complex heating apparatus according to one embodiment of the present invention includes:
The first substance, the second substance, and the third substance having different compositions, wherein the second substance is between the first substance and the third substance. A composite heating device that heats a composite disposed in contact with an electromagnetic wave of a predetermined frequency by heating the composite,
An electromagnetic wave oscillation unit for outputting the electromagnetic wave;
An applicator for directing the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave oscillating unit to the composite,
The first material and the second material have a work function difference with charge transfer through a contact interface between the first material and the second material,
The first substance and the second substance are materials that form static polarization or carrier injection associated with charge transfer at the contact interface between the first substance and the second substance. A combination of
The third substance is composed of a hybrid semiconductor that absorbs light in the visible or near infrared region,
The angle formed by the vibration direction of the electric field of the electromagnetic wave applied to the composite and the contact interface is 0 to 45 °,
The direction of vibration of the electric field of the electromagnetic wave is a direction crossing the direction of movement of the static polarization or carriers,
The electromagnetic wave is irradiated to the composite placed in a region including a position where the intensity of the oscillating electric field of the electromagnetic wave is highest.

本発明の一態様である光電変換素子は、
第1の物質からなる第1導電体層と、
前記第1導電体層上に形成された、前記第1の物質とは異なる組成の第2の物質からなる第1の層と、
前記第1の層上に形成された、前記第1及び第2の物質とは異なる組成の可視又は近赤外域の光を吸収するハイブリッド半導体である第3の物質からなり、光が照射されることで励起子が生成される光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された第2の導電体層と、を少なくとも備え、
前記第1の物質と前記第2の物質とは、前記第1の物質と前記第2の物質との間の当接界面を介して電荷の移動を伴う仕事関数差を有し、
前記第1の物質及び前記第2の物質は、前記第1の物質と前記第2の物質との間の前記当接界面に、電荷の移動に伴う静的分極又はキャリアの注入を形成する材料の組合せからなり、
前記光吸収層は、前記第3の物質の前駆体を含む溶液を前記第1の層上に塗布し、その後、前記当接界面と電磁波の電場の振動方向とがなす角度が0〜45°となるように、前記第1〜第3の物質で構成される複合体に所定の周波数の電磁波を照射することで前記当接界面に生じる熱によって、塗布された層が加熱されることで形成され、
前記電磁波の電場の振動方向は、前記静的分極又はキャリアの移動方向に対して交差する方向であり、
前記複合体は、前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に設置又は搬送されて、前記電磁波が照射される、
光電変換素子。
The photoelectric conversion element which is one embodiment of the present invention is
A first conductor layer made of a first substance;
A first layer made of a second material having a composition different from that of the first material, formed on the first conductor layer;
It is made of a third material that is formed on the first layer and is a hybrid semiconductor that absorbs light in the visible or near infrared region having a composition different from that of the first and second materials, and is irradiated with light. A light absorption layer in which excitons are generated,
And at least a second conductor layer formed on the light absorption layer,
The first material and the second material have a work function difference with charge transfer through a contact interface between the first material and the second material,
The first substance and the second substance are materials that form static polarization or carrier injection associated with charge transfer at the contact interface between the first substance and the second substance. A combination of
The light absorption layer is formed by applying a solution containing the precursor of the third substance on the first layer, and then an angle formed by the contact interface and the vibration direction of the electric field of the electromagnetic wave is 0 to 45 °. Formed by heating the applied layer by the heat generated at the contact interface by irradiating the composite composed of the first to third substances with an electromagnetic wave of a predetermined frequency. And
The direction of vibration of the electric field of the electromagnetic wave is a direction crossing the direction of movement of the static polarization or carriers,
The complex is installed or transported in a region including a position where the intensity of the oscillating electric field of the electromagnetic wave is highest, and the electromagnetic wave is irradiated.
Photoelectric conversion element.

本発明によれば、電磁波を照射して異なる組成を有する第1の物質と第2の物質との間の当接界面の分極又は注入キャリアを揺動させることで、第2の物質に接する第3の物質を加熱焼成することができる。   According to the present invention, the first substance in contact with the second substance can be obtained by irradiating the electromagnetic wave and oscillating the polarization of the contact interface between the first substance and the second substance having different compositions or the injected carrier. Three substances can be heated and fired.

本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。   The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more fully understood from the following detailed description and the accompanying drawings. The accompanying drawings are presented for purposes of illustration only and are not intended to limit the present invention.

プラナーへテロ接合構造を有するペロブスカイト型光電変換素子の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structural example of the perovskite type photoelectric conversion element which has a planar heterojunction structure. ペロブスカイト型光変換素子の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a perovskite type optical conversion element. 実施の形態1にかかる被加熱積層体の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a main part of the heated laminate according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる被加熱積層体の要部を模式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a main part of the heated laminate according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる被加熱積層体を加熱する加熱装置の構成例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structural example of the heating apparatus which heats the to-be-heated laminated body concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる被加熱積層体を加熱する加熱装置の構成例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structural example of the heating apparatus which heats the to-be-heated laminated body concerning Embodiment 1. FIG. 電場の振動方向と被加熱積層体との間の当接界面とのなす角度θが0°よりも大きい場合の、電場の振動方向と、被加熱積層体と間の当接界面と、の位置関係の例を示す図である。Position of the vibration direction of the electric field and the contact interface between the laminate to be heated when the angle θ between the vibration direction of the electric field and the contact interface between the stack to be heated is greater than 0 ° It is a figure which shows the example of a relationship. 実施例1にかかるハイブリッド半導体/チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板の走査型電子顕微鏡(SEM)による表面写真を示す図である。It is a figure which shows the surface photograph by the scanning electron microscope (SEM) of the hybrid semiconductor / titanium particulate film / compact titanium oxide film / FTO substrate concerning Example 1. FIG. 実施例1及び比較例1において、ハイブリッド半導体/チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板の表面温度変化の測定結果を示す図である。In Example 1 and Comparative Example 1, it is a figure which shows the measurement result of the surface temperature change of a hybrid semiconductor / titanium fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate. 実施例1及び比較例1での擬似太陽光照射下におけるI-V特性を示す図である。It is a figure which shows the IV characteristic under the pseudo-sunlight irradiation in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1及び比較例1での擬似太陽光照射下における変換効率を示す図である。It is a figure which shows the conversion efficiency under the pseudo-sunlight irradiation in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1及び比較例1での擬似太陽光照射下におけるデバイス特性を示す表である。It is a table | surface which shows the device characteristic under the pseudo-sunlight irradiation in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1及び比較例1でのハイブリッド半導体層の焼成後の結晶サイズの分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the crystal size after baking of the hybrid semiconductor layer in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例1及び比較例1でのハイブリッド半導体層のXRD測定結果を示す図である。6 is a diagram showing XRD measurement results of a hybrid semiconductor layer in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 前駆体溶液の溶媒にジメチルスルフォキシド(DMSO)とジメチルフォルムアミド(DMF)におけるDMF含有比率と、製膜中に滴下する非極性溶媒の混合溶媒における、マイクロ波(2.45GHz)における誘電損率(tan(δ))を示す図である。Dielectric loss at microwave (2.45 GHz) in a mixed solvent of DMF content in dimethyl sulfoxide (DMSO) and dimethylformamide (DMF) as a solvent of the precursor solution and a nonpolar solvent dropped during film formation It is a figure which shows a rate (tan ((delta))). パルスマイクロ波照射の効果を示す、加熱時間中におけるマイクロ波照射電力の変化と加熱されるハイブリッド半導体層の温度変化の概念図である。It is a conceptual diagram of the change of the microwave irradiation power during the heating time and the temperature change of the hybrid semiconductor layer to be heated, showing the effect of pulsed microwave irradiation. 当接界面における表面荒さと電場の振動方向との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the surface roughness in a contact interface, and the vibration direction of an electric field.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary.

実施の形態1
図面を参照して、実施の形態1にかかる複合体の加熱方法が適用されるハイブリッド型太陽電池の具体例であるペロブスカイト型光電変換素子の構成について説明する。ここでは、ペロブスカイト型光電変換素子の一例として、プラナーへテロ接合構造を有するペロブスカイト型光電変換素子の構成例について説明する。
Embodiment 1
A configuration of a perovskite photoelectric conversion element, which is a specific example of a hybrid solar cell to which the composite heating method according to the first embodiment is applied, will be described with reference to the drawings. Here, a configuration example of a perovskite photoelectric conversion element having a planar heterojunction structure will be described as an example of a perovskite photoelectric conversion element.

図1は、プラナーへテロ接合構造を有するペロブスカイト型光電変換素子200の構成例を模式的に示す断面図である。図1に示すように、ペロブスカイト型光電変換素子200は、負極基板210、ハイブリッド半導体層240及び正極220が順次積層された構成を有する。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a perovskite photoelectric conversion element 200 having a planar heterojunction structure. As shown in FIG. 1, the perovskite photoelectric conversion element 200 has a configuration in which a negative electrode substrate 210, a hybrid semiconductor layer 240, and a positive electrode 220 are sequentially stacked.

負極基板210は、基板211、第1導電体層212及び第1半導体層213が順次積層された構成を有する。基板211は、例えばガラスなどからなる透光性基板である。基板211を構成する材料には特に制限はなく、例えばポリイミドやポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等などの他の透光性材料を適用してもよい。   The negative substrate 210 has a configuration in which a substrate 211, a first conductor layer 212, and a first semiconductor layer 213 are sequentially stacked. The substrate 211 is a translucent substrate made of, for example, glass. There is no restriction | limiting in particular in the material which comprises the board | substrate 211, For example, you may apply other translucent materials, such as a polyimide, a polyethylene terephthalate, a polyethylene naphthalate.

また、対向する正極側から光を導入する系においては、基板211を構成する材料には特に透光性の制限はなく、例えばチタン、アルミニウム、ステンレス等などの他の非透光性な導電性金属材料を適用してもよい。この場合、第1導電体層212は金属箔が担うため必要ない。   In the system in which light is introduced from the opposite positive electrode side, the material constituting the substrate 211 is not particularly limited in translucency, and other non-translucent conductivity such as titanium, aluminum, stainless steel, etc. A metal material may be applied. In this case, the first conductor layer 212 is not necessary because the metal foil bears it.

透光性基板である基板211上に形成される第1導電体層212は、ペロブスカイト型光電変換素子200の負極として形成される透明導電体層である。第1導電体層212は、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)及びインジウムドープ酸化錫(ITO)のいずれかからなる透明導電体層として、基板211上に形成される。   The first conductor layer 212 formed on the substrate 211 that is a light-transmitting substrate is a transparent conductor layer formed as a negative electrode of the perovskite photoelectric conversion element 200. The first conductor layer 212 is formed on the substrate 211 as a transparent conductor layer made of any one of fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide (ATO), and indium-doped tin oxide (ITO).

第1半導体層213は、酸化チタンからなり、第1導電体層212上に形成される。この例では、第1半導体層213は、複数の酸化チタンの微粒子213Aからなる微粒子層として構成される。微粒子213Aの形状は特に制限はなく、球状、板状及びロッド状などの任意の形状としてよい。また、微粒子213Aの結晶構造は、任意の結晶構造をとしてもよい。微粒子213Aの粒子径は特に制限されないが、ペロブスカイト型光電変換素子の場合には、例えば3〜50nm程度が好ましい。なお、第1半導体層213は、微粒子層ではなく、均一な酸化チタン層として構成してもよい。   The first semiconductor layer 213 is made of titanium oxide and is formed on the first conductor layer 212. In this example, the first semiconductor layer 213 is configured as a fine particle layer composed of a plurality of fine particles of titanium oxide 213A. The shape of the fine particles 213A is not particularly limited, and may be any shape such as a spherical shape, a plate shape, or a rod shape. The crystal structure of the fine particles 213A may be an arbitrary crystal structure. The particle diameter of the fine particles 213A is not particularly limited, but in the case of a perovskite photoelectric conversion element, for example, about 3 to 50 nm is preferable. Note that the first semiconductor layer 213 may be configured as a uniform titanium oxide layer instead of the fine particle layer.

ここでは、第1導電体層212を構成する材料を第1の物質とも称し、第1半導体層213を構成する材料を第2の物質とも称する。上述の通り、本実施の形態では、第1導電体層212(第1の物質)は、第1半導体層213(第2の物質)とは異なる材料で構成される。   Here, the material forming the first conductor layer 212 is also referred to as a first substance, and the material forming the first semiconductor layer 213 is also referred to as a second substance. As described above, in the present embodiment, the first conductor layer 212 (first substance) is made of a material different from that of the first semiconductor layer 213 (second substance).

また、本実施の形態では、第1導電体層212(第1の物質)は、第1半導体層213(第2の物質)と同一の物質であっても、仕事関数、電気陰性度、イオン化ポテンシャル、電子親和力、ドーパント量及びキャリア移動度のいずれかが異なるなど、物性として異なる材料で構成される。   In this embodiment mode, even if the first conductor layer 212 (first substance) is the same substance as the first semiconductor layer 213 (second substance), the work function, electronegativity, ionization It is composed of materials having different physical properties, such as any one of potential, electron affinity, dopant amount, and carrier mobility being different.

負極基板210の第1半導体層213上には、ペロブスカイト型光電変換素子200の光吸収層であるハイブリッド半導体層240が形成されている。以下では、ハイブリッド半導体の組成について、Aをカチオン、Mを金属カチオン、Xをハロゲンアニオンとして表す。ハイブリッド半導体層240は、AMX、A、AMX4、A、A10、AMX、Aの組成式で示される組成を有し、電気的中性が補償された構造を有するハイブリッド半導体により構成される。また、ハイブリッド半導体層240は、これらの組成式で示されるもののうち、2種以上を組み合わせた構造を有するハイブリッド半導体により構成されてもよい。ここでは、ハイブリッド半導体層を構成する材料を第3の物質とも称する。 On the first semiconductor layer 213 of the negative electrode substrate 210, a hybrid semiconductor layer 240 that is a light absorption layer of the perovskite photoelectric conversion element 200 is formed. Hereinafter, with respect to the composition of the hybrid semiconductor, A is a cation, M is a metal cation, and X is a halogen anion. The hybrid semiconductor layer 240 has a composition formula of AMX 3 , A 2 M 2 X 6 , A 2 MX 4 , A 3 M 2 X 7 , A 4 M 3 X 10 , A 3 MX 5 , and A 4 M 2 X 8. It is composed of a hybrid semiconductor having the composition shown and having a structure in which electrical neutrality is compensated. Moreover, the hybrid semiconductor layer 240 may be comprised with the hybrid semiconductor which has a structure which combined 2 or more types with what is shown by these composition formulas. Here, the material forming the hybrid semiconductor layer is also referred to as a third substance.

Aのカチオンとしては、有機アンモニウム、セシウム、ルビジウム、カリウム等の無機カチオンを用いてもよい。Mのカチオンとして、鉛、錫、銅、ビスマス、銀、白金等の金属を用いてもよい。Xのアニオンとして、ヨウ素化物、臭素化物、塩素化物イオンを用いてもよい。   As the cation of A, inorganic cations such as organic ammonium, cesium, rubidium, and potassium may be used. Metals such as lead, tin, copper, bismuth, silver, and platinum may be used as the cation of M. As an anion of X, an iodide, bromide or chlorate ion may be used.

具体的には、ハイブリッド半導体の組成Aは、1+〜3+の範囲の値をとる正の形式電荷を有する少なくとも1種類の陽イオンである。例えば、Rを、アルカン、アルケン、アルキン及び芳香族炭化水素を含む、C2n+1、C2n−1、C2n−3、及びCの一般式で示される組成式で表される組成を有するものとしたとき、ハイブリッド半導体の組成Aは、NH、RNH、RNH、RNH、RN、NH(CH)NH、NH(CR)NHの組成式で示される少なくとも1種類の陽イオンを含むハイブリッド材料としてもよい。 Specifically, the composition A of the hybrid semiconductor is at least one cation having a positive formal charge taking a value in the range of 1+ to 3+. For example, R is a composition represented by the general formula of C n H 2n + 1 , C n H 2n−1 , C n H 2n-3 , and C 6 H 5 , including alkanes, alkenes, alkynes, and aromatic hydrocarbons. The composition A of the hybrid semiconductor is NH 4 , RNH 3 , R 2 NH 2 , R 3 NH, R 4 N, NH 2 (CH) NH 2 , NH 2 (CR ) A hybrid material containing at least one cation represented by the composition formula of NH 2 may be used.

また、ハイブリッド半導体の組成Aは、例えば、Cs、Rb、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Sc、Y、Cu及びAgのうち少なくとも1種類の陽イオンを含むハイブリッド材料としてもよい。   The hybrid semiconductor composition A may be a hybrid material containing at least one cation among Cs, Rb, K, Na, Li, Ba, Sr, Ca, Mg, Sc, Y, Cu, and Ag. Good.

ハイブリッド半導体の組成Mは、1+〜3+の範囲の値をとる正の形式電荷を有する少なくとも1種類の陽イオンであり、Ag、Cu、Ni、 Co、 Fe、 Mn、 Cr、 Pd、 Cd、 Ge、 Sn、 Pb、Eu、 Yb、Bi、 Sb、 Al、 Ga及び Inのうち少なくとも1種類の陽イオンを含むハイブリッド材料としてもよい。   The composition M of the hybrid semiconductor is at least one cation having a positive formal charge taking a value in the range of 1+ to 3+, and is Ag, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pd, Cd, Ge , Sn, Pb, Eu, Yb, Bi, Sb, Al, Ga, and In may be used as a hybrid material containing at least one kind of cation.

ハイブリッド半導体の組成Xは、VIIA族からなる1−の値をとる正の形式電荷を有するCl、Br及びIのうち少なくとも1種類の陰イオンを含むハイブリッド材料としてもよい。   The composition X of the hybrid semiconductor may be a hybrid material containing at least one kind of anion out of Cl, Br, and I having a positive formal charge of 1-value consisting of the VIIA group.

ハイブリッド半導体層240上には、正極220が形成されている。正極220は、第2半導体層222及び第2導電体層221が順次積層された積層体として構成される。   A positive electrode 220 is formed on the hybrid semiconductor layer 240. The positive electrode 220 is configured as a stacked body in which the second semiconductor layer 222 and the second conductor layer 221 are sequentially stacked.

第2半導体層222は、p型半導体層であり、ハイブリッド半導体層240上に形成されている。第2半導体層222は、塗布法やCVD法など、各種の成膜方法によって形成してもよい。ここでは、第2半導体層222は、無機又は有機の塗布製膜可能な半導体により構成される。   The second semiconductor layer 222 is a p-type semiconductor layer and is formed on the hybrid semiconductor layer 240. The second semiconductor layer 222 may be formed by various film forming methods such as a coating method and a CVD method. Here, the second semiconductor layer 222 is composed of an inorganic or organic semiconductor that can be coated.

第2導電体層221は、第2半導体層222上に形成されている。第2導電体層221は、金、銀、モリブデン、カーボン及びITOなどの導電体からなる正電極として形成される。   The second conductor layer 221 is formed on the second semiconductor layer 222. The second conductor layer 221 is formed as a positive electrode made of a conductor such as gold, silver, molybdenum, carbon, and ITO.

負極側の第1導電体層212と正極側の第2導電体層221とは、外部回路を通じて電気的に接続されている。   The first conductor layer 212 on the negative electrode side and the second conductor layer 221 on the positive electrode side are electrically connected through an external circuit.

また、第2導電体層221は、第2半導体層222を介さずに直接ハイブリッド半導体層240上に形成されている。第2導電体層221は、金、銀、モリブデン、カーボン及びITOなどの導電体からなる正電極として形成される。   The second conductor layer 221 is formed directly on the hybrid semiconductor layer 240 without the second semiconductor layer 222 interposed therebetween. The second conductor layer 221 is formed as a positive electrode made of a conductor such as gold, silver, molybdenum, carbon, and ITO.

負極側の基板211と第1導電体層212とは、受光層であるハイブリッド半導体層240へ光を導くため、透光性を有している必要がある。また、正極側の第2導電体層221と第2半導体層222とは、透光性を有していてもよいし、有していなくてもよい。   The substrate 211 and the first conductor layer 212 on the negative electrode side need to have a light-transmitting property in order to guide light to the hybrid semiconductor layer 240 that is a light receiving layer. Further, the second conductor layer 221 and the second semiconductor layer 222 on the positive electrode side may or may not have translucency.

また、逆に負極側の基板211と第1導電体層212とが光を透過しない例えば金属箔等の材料である場合、正極側の第2導電体層221と第2半導体層222とは、受光層であるハイブリッド半導体層240へ光を導くため、透光性を有している必要がある。   Conversely, when the negative electrode-side substrate 211 and the first conductor layer 212 are made of a material such as metal foil that does not transmit light, the positive electrode-side second conductor layer 221 and the second semiconductor layer 222 are: In order to guide light to the hybrid semiconductor layer 240 which is a light receiving layer, it is necessary to have translucency.

ペロブスカイト型光電変換素子200の周囲はシール材等により封止されており、これによりペロブスカイト型光電変換素子200の劣化が防止される。   The periphery of the perovskite photoelectric conversion element 200 is sealed with a sealing material or the like, thereby preventing the perovskite photoelectric conversion element 200 from being deteriorated.

なお、ペロブスカイト型光電変換素子200においては、このようなプラナーヘテロ接合構造に加えて、メゾスコピック構造及び逆型構造が提案されている。図2は、ペロブスカイト型光変換素子の構造例を示す図である。メゾスコピック構造では、上述したプラナーへテロ接合構造とは異なり、第1半導体層213上に微粒子状のメゾスコピック酸化物層(第1半導体層213上に粒子として表示している)が形成されている。また、上述したプラナーへテロ接合構造では基板211上にn型相が形成されているが、逆型構造においては基板211上にp型相が形成されている。逆型構造では、プラナーへテロ接合構造と同様にp−n構造を有するものの、プラナーへテロ接合構造と比べてp型とn型の配置が逆転しているため、逆型構造と称される。   In the perovskite photoelectric conversion element 200, a mesoscopic structure and an inverted structure have been proposed in addition to such a planar heterojunction structure. FIG. 2 is a diagram showing a structural example of a perovskite type light conversion element. In the mesoscopic structure, unlike the above-described planar heterojunction structure, a fine mesoscopic oxide layer (displayed as particles on the first semiconductor layer 213) is formed on the first semiconductor layer 213. In the planar heterojunction structure described above, an n-type phase is formed on the substrate 211, but in a reverse structure, a p-type phase is formed on the substrate 211. The inverted structure has a pn structure similar to the planar heterojunction structure, but the arrangement of the p-type and the n-type is reversed as compared with the planar heterojunction structure, and is therefore referred to as an inverted structure. .

ペロブスカイト型光電変換素子200では、負極側又は正極側となる基板211側から、又は、対向電極である第2導電体層221側から入射した光によって、ハイブリッド半導体層240中で励起電子とホールとのペアである励起子が生成される。この励起子が自発的に乖離してフリーキャリアとなり、これが拡散に伴って第1半導体層213及び第2半導体層222に伝導し、さらに第1導電体層212及び第2半導体層222へ伝導する。第1導電体層212へ伝導した電子又はホールは、外部回路を通じて第2半導体層222へ伝導する。第2半導体層222に伝導したキャリアは、逆のキャリアと再結合することで、外部回路にて仕事を行う。これらの一連の作用により光電変換が起こる。   In the perovskite photoelectric conversion element 200, excitation electrons and holes are generated in the hybrid semiconductor layer 240 by light incident from the substrate 211 side that is the negative electrode side or the positive electrode side or from the second conductor layer 221 side that is the counter electrode. Excitons that are pairs of The excitons spontaneously dissociate to become free carriers, which are conducted to the first semiconductor layer 213 and the second semiconductor layer 222 along with diffusion, and further conducted to the first conductor layer 212 and the second semiconductor layer 222. . The electrons or holes conducted to the first conductor layer 212 are conducted to the second semiconductor layer 222 through an external circuit. The carriers conducted to the second semiconductor layer 222 recombine with the opposite carriers to work in an external circuit. Photoelectric conversion occurs by a series of these actions.

次いで、ペロブスカイト型光電変換素子200の製造方法について説明する。まず、例えばCVD法などにより、基板211上に第1導電体層212を形成する。   Next, a method for manufacturing the perovskite photoelectric conversion element 200 will be described. First, the first conductor layer 212 is formed on the substrate 211 by, for example, the CVD method.

続いて、例えば塗布法などにより、第1導電体層212上にn型の第1半導体層213を形成する。なお、第1半導体層213が酸化チタン微粒子層である場合、酸化チタン前駆体を含むゾルを塗布した後に焼成するゾルゲル法、酸化チタン微粒子の分散ペースト又は分散液を塗布した後に焼成する塗布法及び加熱された塗布対象物に前駆体溶液の微粒子を霧化して塗布するプレーパイロリシス法などの、各種の成膜方法を適用することができる。   Subsequently, an n-type first semiconductor layer 213 is formed on the first conductor layer 212 by, for example, a coating method. When the first semiconductor layer 213 is a titanium oxide fine particle layer, a sol-gel method in which a sol containing a titanium oxide precursor is applied and then baked, a coating method in which a titanium oxide fine particle dispersion paste or dispersion is applied, and a baking method, Various film forming methods such as a pre-pyrolysis method in which fine particles of the precursor solution are atomized and applied to a heated application target can be applied.

そして、第1半導体層213上にハイブリッド半導体層240の前駆体を含む前駆体溶液を塗布して塗布層240Aを形成する。その後、負極基板210に塗布された塗布層240A(第3の物質)を焼結することで、ハイブリッド半導体層240を形成する。本実施の形態では、電磁波の照射により第1導電体層212と第1半導体層213との間の当接界面S1を加熱することで、塗布層240Aを焼結し、ハイブリッド半導体層240を形成する。以下では、負極基板210及び塗布層240Aが積層された電磁波照射による加熱対象物となる複合体を、被加熱積層体290と称する。   Then, a precursor solution containing a precursor of the hybrid semiconductor layer 240 is applied on the first semiconductor layer 213 to form a coating layer 240A. Thereafter, the hybrid semiconductor layer 240 is formed by sintering the coating layer 240 </ b> A (third substance) applied to the negative electrode substrate 210. In the present embodiment, the contact layer S1 between the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 is heated by electromagnetic wave irradiation, whereby the coating layer 240A is sintered and the hybrid semiconductor layer 240 is formed. To do. Hereinafter, a composite that is a heating target object by electromagnetic wave irradiation in which the negative electrode substrate 210 and the coating layer 240 </ b> A are stacked is referred to as a heated stack 290.

以下、本実施の形態にかかる加熱装置100からのマイクロ波照射による被加熱積層体290の加熱方法について説明する。ここでは、マイクロ波が照射されることによる発熱に関与する第1導電体層212(第1の物質)及び第1半導体層213(第2の物質)と、生じた熱が伝導することで加熱されるハイブリッド半導体層240(第3の物質)とに着目して説明する。   Hereinafter, the heating method of the to-be-heated laminated body 290 by the microwave irradiation from the heating apparatus 100 concerning this Embodiment is demonstrated. Here, the first conductor layer 212 (first substance) and the first semiconductor layer 213 (second substance) involved in heat generation due to irradiation with microwaves are heated by conduction of the generated heat. The description will be made paying attention to the hybrid semiconductor layer 240 (third substance).

図3及び図4は、実施の形態1にかかる被加熱積層体290の要部を模式的に示す断面図である。図5及び6は、実施の形態1にかかる被加熱積層体290を加熱する加熱装置の構成例を模式的に示す斜視図である。   3 and 4 are cross-sectional views schematically showing the main part of the heated laminate 290 according to the first embodiment. 5 and 6 are perspective views schematically illustrating a configuration example of a heating device that heats the stacked body 290 to be heated according to the first embodiment.

図3においては、第1導電体層212を構成する第1の物質が、FTO、ATO及びITOのいずれかの透光性酸化物導電体であり、第1半導体層213を構成する第2の物質が酸化チタンからなる酸化物半導体である場合、図3に示すように、第1導電体層212と第1半導体層213との間の当接界面S1には、第1導電体層212を構成する第1の物質と、第1半導体層213を構成する第2の物質との仕事関数の違いによる、当接界面を介してのキャリアの移動により静的分極が生じる。図中の符号Dは静的分極方向を示し、符号Eとその下の矢印は照射される電磁波の電場とその振動方向を示している。上記材料の組み合わせでは、被加熱積層体290の当接界面S1において、第1導電体層212側がプラスに分極し、第1半導体層213側がマイナスに分極する。なお、材料の組み合わせによっては、当接界面S1において、第1導電体層212側がマイナスに分極し、第1半導体層213側がプラスに分極する場合も有ることは言うまでもない。   In FIG. 3, the first substance constituting the first conductor layer 212 is a translucent oxide conductor of any one of FTO, ATO, and ITO, and the second substance constituting the first semiconductor layer 213. When the material is an oxide semiconductor made of titanium oxide, as shown in FIG. 3, the first conductor layer 212 is formed at the contact interface S <b> 1 between the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213. Static polarization is caused by the movement of carriers through the contact interface due to the difference in work function between the first substance constituting the first substance and the second substance constituting the first semiconductor layer 213. A symbol D in the figure indicates a static polarization direction, and a symbol E and an arrow below the symbol E indicate an electric field of an electromagnetic wave to be irradiated and a vibration direction thereof. In the combination of the above materials, the first conductor layer 212 side is positively polarized and the first semiconductor layer 213 side is negatively polarized at the contact interface S1 of the stacked body 290 to be heated. Needless to say, depending on the combination of materials, the first conductor layer 212 side may be negatively polarized and the first semiconductor layer 213 side may be positively polarized at the contact interface S1.

また、図4においては、第1導電体層212を構成する第1の物質が、FTO、ATO及びITOのいずれかの透光性酸化物導電体であり、第1半導体層213を構成する第2の物質が酸化チタンからなる酸化物半導体である場合、図4に示すように、第1導電体層212と第1半導体層213との間の当接界面S1には、第1導電体層212を構成する第1の物質と、第1半導体層213を構成する第2の物質との仕事関数の違いによる、当接界面を介してのキャリアの移動によりキャリアの注入が生じる。図中の符号Tは例えば電子(キャリア)の当接界面形成時における移動の方向を示し、符号Eとその下の矢印は照射される電磁波の電場とその振動方向を示している。上記材料の組み合わせでは、被加熱積層体290の当接界面S1において、第1導電体層212側に正のキャリアP、第1半導体層213側に負のキャリアNが注入され、それぞれの層内の界面近傍における導電率が上昇する。なお、材料の組み合わせによっては、当接界面S1において、第1導電体層212側に負のキャリアN、第1半導体層213側に正のキャリアPが注入される場合も有ることは言うまでもない。   In FIG. 4, the first substance constituting the first conductor layer 212 is a light-transmitting oxide conductor of FTO, ATO, or ITO, and the first substance constituting the first semiconductor layer 213 is formed. When the second material is an oxide semiconductor made of titanium oxide, as shown in FIG. 4, the first conductor layer is formed at the contact interface S <b> 1 between the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213. Carrier injection occurs due to the movement of carriers through the contact interface due to the difference in work function between the first substance constituting 212 and the second substance constituting the first semiconductor layer 213. The symbol T in the figure indicates, for example, the direction of movement when an abutting interface of electrons (carriers) is formed, and the symbol E and the arrow below the symbol indicate the electric field of the irradiated electromagnetic wave and the vibration direction thereof. In the combination of the above materials, the positive carrier P is injected into the first conductor layer 212 side and the negative carrier N is injected into the first semiconductor layer 213 side at the contact interface S1 of the heated laminate 290. The conductivity in the vicinity of the interface increases. Needless to say, depending on the combination of materials, in the contact interface S1, negative carriers N may be injected into the first conductor layer 212 and positive carriers P may be injected into the first semiconductor layer 213.

被加熱積層体290の焼成は、図5及び6に示す加熱装置100を用いて行うことができる。加熱装置100は、特定の周波数の電磁波を発振する電磁波発振部121と、電磁波発振部121から発振された電磁波をサンプルに照射するアプリケータ122とを有する。本構成例では、アプリケータ122は導波管構造を有しており、特にその構成からTE103モードの定在波を形成するが、この構成は本発明を示す構成の一例であり、適用される定在波のモードはその限りではない。電磁波発振部121はマイクロ波を出力し、出力されたマイクロ波はアプリケータ122によって被加熱積層体290へ照射され、被加熱積層体290に照射される。   The to-be-heated laminated body 290 can be baked using the heating apparatus 100 shown in FIG. The heating device 100 includes an electromagnetic wave oscillation unit 121 that oscillates an electromagnetic wave having a specific frequency, and an applicator 122 that irradiates the sample with the electromagnetic wave oscillated from the electromagnetic wave oscillation unit 121. In this configuration example, the applicator 122 has a waveguide structure, and in particular, forms a TE103 mode standing wave from the configuration. This configuration is an example of a configuration showing the present invention, and is applied. The standing wave mode is not limited to this. The electromagnetic wave oscillation unit 121 outputs a microwave, and the output microwave is applied to the heated laminate 290 by the applicator 122 and is applied to the heated laminate 290.

図5及び図6の例では、被加熱積層体290は、アプリケータ122の内底面である設置面122A上に設置される。図5及び6では、設置面122Aにおいて、電磁波の導波方向、すなわち電磁波発振部121から被加熱積層体290に向かう方向を、x方向としている。設置面122Aにおいてx方向と直交する方向を、y方向としている。設置面122Aに対して垂直な方向を、z方向としている。   In the example of FIGS. 5 and 6, the stacked body 290 to be heated is installed on the installation surface 122 </ b> A that is the inner bottom surface of the applicator 122. 5 and 6, on the installation surface 122A, the wave guide direction of the electromagnetic wave, that is, the direction from the electromagnetic wave oscillating unit 121 toward the heated laminate 290 is the x direction. The direction orthogonal to the x direction on the installation surface 122A is the y direction. The direction perpendicular to the installation surface 122A is the z direction.

本実施の形態では、アプリケータ122は、x方向を中心軸とする、断面が長方形の管として構成される。電磁波発振部121は、被加熱積層体290からx方向に離隔したアプリケータ122内の上部に設置されている。   In the present embodiment, applicator 122 is configured as a tube having a rectangular cross section with the x direction as the central axis. The electromagnetic wave oscillating unit 121 is installed in the upper part of the applicator 122 that is separated from the heated laminate 290 in the x direction.

この例では、シングルモード(TE103モード)の電磁波が生成されるように、電磁波発振部121から発振される電磁波の周波数及び発振強度、電磁波発振部121の設置位置及びアプリケータ122である導波管の形状及び内空間サイズが決定される。この場合、電磁波の電場Eの振動方向と振動強度は、例えばシミュレーションによって求められる(例えば、非特許文献6を参照)。この例では、電場Eの振動方向はy方向である。また、アプリケータ122内では、電場Eのy方向の振動強度は、x方向に伝搬する電磁波の重ね合わせによる定在波としてx方向で連続的に変化している(例えば、非特許文献6を参照)。   In this example, the frequency and oscillation intensity of the electromagnetic wave oscillated from the electromagnetic wave oscillating unit 121, the installation position of the electromagnetic wave oscillating unit 121, and the waveguide serving as the applicator 122 so that a single mode (TE103 mode) electromagnetic wave is generated. And the size of the inner space are determined. In this case, the vibration direction and the vibration strength of the electric field E of the electromagnetic wave are obtained, for example, by simulation (for example, see Non-Patent Document 6). In this example, the vibration direction of the electric field E is the y direction. Further, in the applicator 122, the vibration intensity in the y direction of the electric field E continuously changes in the x direction as a standing wave by superposition of electromagnetic waves propagating in the x direction (for example, see Non-Patent Document 6). reference).

本実施の形態では、被加熱積層体290の当接界面S1(x−y平面)に対して、電場Eの振動方向(y方向)が平行である。被加熱積層体290の当接界面S1における静的分極の方向D又はキャリアの移動方向Tに対して、電場Eの振動方向(y方向)は交差する方向である。特に本実施の形態では、被加熱積層体290の当接界面S1における静的分極の方向D又はキャリアの移動方向Tに対して、電場Eの振動方向(y方向)は直交する方向である。   In the present embodiment, the vibration direction (y direction) of the electric field E is parallel to the contact interface S1 (xy plane) of the heated laminate 290. The vibration direction (y direction) of the electric field E intersects the static polarization direction D or the carrier movement direction T at the contact interface S1 of the stacked body 290 to be heated. Particularly in the present embodiment, the vibration direction (y direction) of the electric field E is perpendicular to the static polarization direction D or the carrier movement direction T at the contact interface S1 of the stacked body 290 to be heated.

図3及び4では、電場Eの振動方向(y方向)と被加熱積層体290の当接界面S1(x−y平面)における静的分極の方向D又はキャリアの移動方向Tとが互いに垂直方向又はそれに近い方向である様子が示されている。   3 and 4, the vibration direction (y direction) of the electric field E and the static polarization direction D or the carrier movement direction T at the contact interface S1 (xy plane) of the heated laminate 290 are perpendicular to each other. Or, a state in which the direction is close thereto is shown.

設置面122Aは電場Eの振動強度が最も大きくなる位置を含む領域に設けられている。被加熱積層体290は、設置面122Aに設置又は搬送されて加熱焼成されるので、被加熱積層体290は電場Eの振動強度が最も大きくなる位置を含む領域で加熱焼成されることとなる。   The installation surface 122A is provided in a region including a position where the vibration intensity of the electric field E is the highest. Since the laminated body 290 to be heated is installed or transported on the installation surface 122A and is heated and fired, the laminated body 290 to be heated is heated and fired in a region including the position where the vibration intensity of the electric field E is the highest.

図5では、電場Eの振動方向(y方向)と被加熱積層体290の当接界面S1(x−y平面)とが互いに平行であり、電場Eの強度(y方向の振動強度)が最も大きくなる位置を含む領域に被加熱積層体290が設置されている様子が示されている。   In FIG. 5, the vibration direction (y direction) of the electric field E and the contact interface S1 (xy plane) of the heated laminate 290 are parallel to each other, and the strength of the electric field E (vibration strength in the y direction) is the highest. A state in which the heated laminate 290 is installed in a region including the position where it becomes larger is shown.

なお、図示しないが、加熱装置100は、設置面122Aに被加熱積層体290を設置又は搬送する機構を有してもよい。この機構は、例えばベルトコンベア等の搬送機構であり、アプリケータ122の内底面に沿ってx方向及びy方向の一方又は両方に被加熱積層体290を搬送してもよい。   Although not shown, the heating device 100 may have a mechanism for installing or transporting the heated laminate 290 on the installation surface 122A. This mechanism is a conveyance mechanism such as a belt conveyor, for example, and may convey the heated laminate 290 along one or both of the x direction and the y direction along the inner bottom surface of the applicator 122.

図6では、電場Eの振動方向(y方向)と被加熱積層体290の当接界面S1(y−z平面)とが図5と同様に互いに平行であり、電場Eの強度(y方向の振動強度)が最も大きくなる位置を含む領域に被加熱積層体290が設置されている様子が示されている。   In FIG. 6, the vibration direction (y direction) of the electric field E and the contact interface S1 (yz plane) of the heated laminate 290 are parallel to each other as in FIG. The state where the heated laminate 290 is installed in the region including the position where the vibration intensity is maximized is shown.

なお、図示しないが、加熱装置100は、設置面122Aに被加熱積層体290を設置又は搬送する機構を有してもよい。この機構は、例えばベルトコンベア等の搬送機構であり、アプリケータ122の側面に沿ってz方向及びy方向の一方又は両方に被加熱積層体290を搬送してもよい。   Although not shown, the heating device 100 may have a mechanism for installing or transporting the heated laminate 290 on the installation surface 122A. This mechanism is a transport mechanism such as a belt conveyor, for example, and may transport the heated laminate 290 along one or both of the z direction and the y direction along the side surface of the applicator 122.

ここで、静的分極への電磁波照射による加熱について説明する。電場Eの振動方向(y方向)と被加熱積層体290の当接界面S1における静的分極の方向Dとが互いに交差方向である場合、被加熱積層体290の当接界面S1において、第1導電体層212側の静的分極同士(たとえばプラス極同士)及び第1半導体層213の静的分極同士(たとえばマイナス極同士)が電場Eにより揺動すると考えられる。その結果、電場Eの振動によって界面分極及びその周りの誘電緩和過程が効率的に誘起されると考えられる。   Here, heating by electromagnetic wave irradiation to static polarization will be described. When the vibration direction (y direction) of the electric field E and the static polarization direction D at the contact interface S1 of the stacked body 290 to be heated are crossing each other, the first interface at the contact interface S1 of the stacked body 290 is It is considered that the static polarizations on the conductor layer 212 side (for example, positive poles) and the static polarizations of the first semiconductor layer 213 (for example, negative poles) are swung by the electric field E. As a result, it is considered that the interface polarization and the surrounding dielectric relaxation process are efficiently induced by the vibration of the electric field E.

静的分極の揺動は、第1導電体層212及び第1半導体層213によって吸収されにくい周波数の電磁波を用いた場合にも、効率的に界面分極及びその周りの誘電緩和過程を誘起することが可能である。   The fluctuation of the static polarization efficiently induces the interface polarization and the surrounding dielectric relaxation process even when electromagnetic waves having a frequency that is difficult to be absorbed by the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 are used. Is possible.

従って、本実施の形態では、第1導電体層212及び第1半導体層213によって吸収されにくい周波数の電磁波を用いた場合にも、上記した分極の揺動によって、当接界面S1が加熱し、その熱が第1半導体層213に隣接する塗布層240Aに伝導する。これにより、伝導した熱で被加熱積層体290を加熱し、焼成することができる。   Therefore, in this embodiment, even when an electromagnetic wave having a frequency that is difficult to be absorbed by the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 is used, the contact interface S1 is heated by the above-described fluctuation of the polarization, The heat is conducted to the coating layer 240 </ b> A adjacent to the first semiconductor layer 213. Thereby, the to-be-heated laminated body 290 can be heated and baked with the conducted heat.

上記の通り、電磁波によって揺動された分極による加熱は、焼成対象である塗布層240A近傍の当接界面S1で生じる。さらには、対象のハイブリッド半導体層の厚さは1マイクロメートル以下と非常に薄く、それらのため、電磁波の照射開始から比較的短時間で塗布層240Aに熱が伝導するので、短時間で塗布層240Aを所望温度まで昇温させることが可能であると考えられる。   As described above, heating by polarization oscillated by electromagnetic waves occurs at the contact interface S1 in the vicinity of the coating layer 240A to be baked. Furthermore, the thickness of the target hybrid semiconductor layer is as very thin as 1 micrometer or less. Therefore, heat is conducted to the coating layer 240A in a relatively short time from the start of electromagnetic wave irradiation. It is believed that 240A can be raised to the desired temperature.

ここで、注入されたキャリアへの電磁波照射による加熱について説明する。電場Eの振動方向(y方向)と被加熱積層体290の当接界面S1におけるキャリアの移動方向Tとが互いに交差方向である場合、被加熱積層体290の当接界面S1において、第1導電体層212側の正のキャリアP及び第1半導体層213の負のキャリアNが電場Eにより揺動すると考えられる。その結果、電場Eの振動によって界面において注入されたキャリアの移動が効率的に誘起されると考えられる。   Here, the heating by the electromagnetic wave irradiation to the injected carrier will be described. When the vibration direction (y direction) of the electric field E and the carrier moving direction T in the contact interface S1 of the heated laminate 290 are crossing each other, the first conductivity is detected in the contact interface S1 of the heated laminate 290. It is considered that the positive carrier P on the body layer 212 side and the negative carrier N on the first semiconductor layer 213 are swung by the electric field E. As a result, it is considered that the movement of carriers injected at the interface is efficiently induced by the vibration of the electric field E.

この注入されたキャリアの揺動は、第1導電体層212及び第1半導体層213によって吸収されにくい周波数の電磁波を用いた場合にも、効率的にも界面およびその近傍周りのジュール損失過程による発熱を誘起することが可能である。   The fluctuation of the injected carriers is due to the Joule loss process around the interface and its vicinity efficiently, even when electromagnetic waves having a frequency that is difficult to be absorbed by the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 are used. It is possible to induce heat generation.

従って、本実施の形態では、第1導電体層212及び第1半導体層213によって吸収されにくい周波数の電磁波を用いた場合にも、上記した注入されたキャリアの揺動によるジュール損失によって、当接界面S1が加熱し、その熱が第1半導体層213に隣接する塗布層240Aに伝導する。これにより、伝導した熱で被加熱積層体290を加熱し、焼成することができる。   Therefore, in this embodiment, even when an electromagnetic wave having a frequency that is difficult to be absorbed by the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 is used, the contact due to Joule loss due to the oscillation of the injected carriers described above. The interface S1 is heated, and the heat is conducted to the coating layer 240A adjacent to the first semiconductor layer 213. Thereby, the to-be-heated laminated body 290 can be heated and baked with the conducted heat.

上記の通り、電磁波によって揺動された注入キャリアによるジュール損失加熱は、焼成対象である塗布層240A近傍の当接界面S1で生じる。さらには、対象のハイブリッド半導体層の厚さは1マイクロメートル以下と非常に薄く、それらのため、電磁波の照射開始から比較的短時間で塗布層240Aに熱が伝導するので、短時間で塗布層240Aを所望温度まで昇温させることが可能であると考えられる。   As described above, Joule loss heating by the injected carrier oscillated by electromagnetic waves occurs at the contact interface S1 in the vicinity of the coating layer 240A to be baked. Furthermore, the thickness of the target hybrid semiconductor layer is as very thin as 1 micrometer or less. Therefore, heat is conducted to the coating layer 240A in a relatively short time from the start of electromagnetic wave irradiation. It is believed that 240A can be raised to the desired temperature.

これは、ホットプレートなどで被加熱積層体290を加熱する場合と比べ、以下の点で相違する。ホットプレート上に被加熱積層体290を載せて加熱を行う場合には、熱は、ホットプレートから基板211、第1導電体層212及び第1半導体層213を介して、塗布層240Aに伝導する。さらには、この基板211、第1導電体層212及び第1半導体層213は、堆積比で対象となるハイブリッド半導体の100から1000倍程度が一般的に用いられる構造で、そのため、本実施の形態にかかる複合体の加熱方法と比べて、加熱開始から塗布層240Aまでに熱が伝わるまでには、より長い時間が必要であり、製造工程の時間延伸につながってしまう。   This is different from the case of heating the heated laminate 290 with a hot plate or the like in the following points. When heating is performed by placing the heated laminate 290 on a hot plate, heat is conducted from the hot plate to the coating layer 240A via the substrate 211, the first conductor layer 212, and the first semiconductor layer 213. . Furthermore, the substrate 211, the first conductor layer 212, and the first semiconductor layer 213 have a structure in which about 100 to 1000 times the target hybrid semiconductor in terms of deposition ratio is generally used. Compared with the heating method for the composite according to the present invention, a longer time is required until heat is transmitted from the start of heating to the coating layer 240A, leading to time extension of the manufacturing process.

また、ホットプレート、基板211、第1導電体層212、第1半導体層213及び塗布層240Aの間には、ホットプレートから塗布層240Aへ向けて温度が低下してゆく熱プロファイルが生じることとなる。そのため、塗布層240Aを所望の温度まで速やかに上昇させようとすると、ホットプレートの温度を高めなければならない。この場合、本実施の形態にかかる複合体の加熱方法と比べて、基板211、第1導電体層212及び第1半導体層213にかかる熱負荷が過大となるおそれが生じてしまう。   Further, a thermal profile is generated between the hot plate, the substrate 211, the first conductor layer 212, the first semiconductor layer 213, and the coating layer 240A, in which the temperature decreases from the hot plate toward the coating layer 240A. Become. Therefore, if the coating layer 240A is to be quickly raised to a desired temperature, the temperature of the hot plate must be increased. In this case, compared with the method for heating the composite according to this embodiment, there is a possibility that the thermal load applied to the substrate 211, the first conductor layer 212, and the first semiconductor layer 213 becomes excessive.

これに対し、本実施の形態にかかる複合体の加熱方法では、上述の通り、短時間で塗布層240Aを所望温度まで上昇させることができる。更に、焼成対象である塗布層240A近傍の当接界面S1で加熱が生じるため、当接界面S1から塗布層240Aまでの温度差を小さくできるので、当接界面S1近傍の第1導電体層212及び第1半導体層213に対する熱負荷を低減できる。これにより、塗布層240Aを焼成してハイブリッド半導体層240を形成する工程の短縮と、焼成後の基板211、第1導電体層212及び第1半導体層213の特性に与える影響を低減することができる。特に、より低温での加熱焼成は低エネルギー消費かつ低コスト化を実現でき、かつ、基板の選択自由度も高くなるので、好ましいといえる。   On the other hand, in the method for heating the composite according to the present embodiment, as described above, the coating layer 240A can be raised to a desired temperature in a short time. Furthermore, since heating occurs at the contact interface S1 in the vicinity of the coating layer 240A to be baked, the temperature difference from the contact interface S1 to the coating layer 240A can be reduced, so the first conductor layer 212 in the vicinity of the contact interface S1. In addition, the heat load on the first semiconductor layer 213 can be reduced. This shortens the step of forming the hybrid semiconductor layer 240 by baking the coating layer 240A and reduces the influence on the characteristics of the substrate 211, the first conductor layer 212, and the first semiconductor layer 213 after baking. it can. In particular, heating and baking at a lower temperature is preferable because low energy consumption and cost reduction can be realized, and the degree of freedom in selecting a substrate is increased.

本実施の形態にかかる複合体の加熱方法によれば、被加熱積層体290の当接界面S1から加熱焼成を進めることができるので、加熱焼成の工程での各層の割れや剥離発生を抑制することができる。本実施の形態にかかる複合体の加熱方法は、加熱焼成の工程において割れや剥離が起こりやすい厚さ1mm以下の薄膜を含む被加熱積層体に好ましく適用できる。特に、薄膜を急速加熱した場合でも、膜の割れや剥離発生を好適に抑制することができる。   According to the heating method for a composite according to the present embodiment, since heating and firing can proceed from the contact interface S1 of the stacked body 290 to be heated, cracking and peeling of each layer in the heating and firing process are suppressed. be able to. The heating method of the composite according to this embodiment can be preferably applied to a heated laminate including a thin film having a thickness of 1 mm or less that is likely to be cracked or peeled off in the heating and baking step. In particular, even when the thin film is rapidly heated, it is possible to suitably suppress the occurrence of cracking and peeling of the film.

上述の通り、本加熱方法は、第1導電体層212及び第1半導体層213の間の当接界面S1における静的分極を揺動して加熱を行うものであるため、第1導電体層212及び第1半導体層213が、電磁波発振部121が出力する特定の電磁波の吸収特性が低い材料で構成されている場合でも、その吸収特性によらずに、当接界面S1における静的分極を好適に揺動することができる。特に、本実施の形態は、第1導電体層212及び第1半導体層213のそれぞれが、上記した特定の周波数の電磁波における誘電損失係数が5以下である場合に、好ましく適用できる。本実施の形態では、第1導電体層212及び第1半導体層213のそれぞれが、マイクロ波として最も汎用の2.45MHzの電磁波に対して吸収特性が小さく、それぞれの2.45MHzの電磁波におけるそれぞれの誘電損失係数は5以下である。   As described above, since the present heating method performs heating by swinging the static polarization at the contact interface S1 between the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213, the first conductor layer Even when 212 and the first semiconductor layer 213 are made of a material having a low absorption characteristic of the specific electromagnetic wave output from the electromagnetic wave oscillation unit 121, static polarization at the contact interface S1 is caused regardless of the absorption characteristic. It can swing suitably. In particular, this embodiment can be preferably applied when each of the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 has a dielectric loss coefficient of 5 or less in the electromagnetic wave having the specific frequency described above. In the present embodiment, each of the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 has a small absorption characteristic with respect to the electromagnetic wave of 2.45 MHz, which is the most general microwave, and each of the electromagnetic waves of 2.45 MHz. The dielectric loss coefficient is 5 or less.

また、上述の通り、本加熱方法は、第1導電体層212及び第1半導体層213の間の当接界面S1における注入されたキャリアを揺動してジュール損失を誘起することにより加熱を行うものであるため、第1導電体層212及び第1半導体層213が、電磁波発振部121が出力する特定の電磁波の吸収特性が低い材料で構成されている場合でも、その吸収特性によらずに、当接界面S1における注入されたキャリアを好適に揺動することができる。特に、本実施の形態は、第1導電体層212及び第1半導体層213のそれぞれが、上記した特定の周波数の電磁波における誘電損失係数が5以下である場合に、好ましく適用できる。本実施の形態では、第1導電体層212及び第1半導体層213のそれぞれが、マイクロ波として最も汎用の2.45MHzの電磁波に対して吸収特性が小さく、   Further, as described above, this heating method performs heating by inducing Joule loss by oscillating the injected carriers at the contact interface S1 between the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213. Therefore, even when the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 are made of a material having a low absorption characteristic of the specific electromagnetic wave output from the electromagnetic wave oscillation unit 121, the absorption characteristic is not limited. Thus, the injected carrier at the contact interface S1 can be suitably swung. In particular, this embodiment can be preferably applied when each of the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 has a dielectric loss coefficient of 5 or less in the electromagnetic wave having the specific frequency described above. In the present embodiment, each of the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 has a small absorption characteristic with respect to electromagnetic waves of 2.45 MHz, which is the most general microwave,

物質の誘電損失係数は、測定物質の均一膜(ベタ膜)を作製し、実際に用いる特定の周波数の電磁波をその均一膜に照射して誘電特性を測定することにより求められる。膜の誘電損失係数の測定方法は、例えば非特許文献2及び3に記載される手法を用いてもよい。   The dielectric loss coefficient of a substance is obtained by preparing a uniform film (solid film) of a substance to be measured, and irradiating the uniform film with an electromagnetic wave having a specific frequency actually used to measure the dielectric characteristics. As a method for measuring the dielectric loss coefficient of the film, for example, the methods described in Non-Patent Documents 2 and 3 may be used.

本実施の形態では、第1導電体層212と第1半導体層213とは、仕事関数、電気陰性度、イオン化ポテンシャル、電子親和力、ドーパント量及びキャリア移動度のいずれかが異なる異種又は同種の物質である。   In this embodiment, the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 are different materials or the same kind of materials that are different in work function, electronegativity, ionization potential, electron affinity, dopant amount, and carrier mobility. It is.

被加熱積層体290に照射される電磁波の周波数は特に制限なく、例えば0.1GHz〜100GHzが好ましい。被加熱積層体290に照射される電磁波の周波数は、915MHz、2.45GHz、5.8GHz又は24.1GHz等としてもよい。本実施の形態にかかる複合体の加熱方法では、上述の通り、第1導電体層212と第1半導体層213とによって吸収されにくい周波数の電磁波を用いてもよい。したがって、最も汎用の2.45GHzの電磁波等を用いることができる。この場合、電磁波発生装置として特殊な装置が不要であり、低コスト化を実現できる。   The frequency of the electromagnetic wave applied to the heated laminate 290 is not particularly limited, and is preferably 0.1 GHz to 100 GHz, for example. The frequency of the electromagnetic wave applied to the heated laminate 290 may be 915 MHz, 2.45 GHz, 5.8 GHz, 24.1 GHz, or the like. In the method for heating the composite according to this embodiment, as described above, an electromagnetic wave having a frequency that is difficult to be absorbed by the first conductor layer 212 and the first semiconductor layer 213 may be used. Therefore, the most general electromagnetic wave of 2.45 GHz can be used. In this case, a special device is unnecessary as an electromagnetic wave generator, and cost reduction can be realized.

2.45GHzの周波数では、石英及びテフロン(登録商標)等の材料は電磁波のエネルギーをほとんど吸収しないため、加熱されない。また、金属は電磁波を極めて高い効率で反射するため、加熱されない。したがって、アプリケータ122の内面(設置面122A及びその他の内面)及び被加熱積層体290の搬送手段等をこのような材料で構成することにより、断熱構造をほとんど要することなく、加熱対象である被加熱積層体290を選択的に加熱することができる。これにより、加熱装置100を、簡便な装置構成でエネルギーロスの少ない加熱装置として構成することができる。   At a frequency of 2.45 GHz, materials such as quartz and Teflon (registered trademark) hardly absorb electromagnetic wave energy and are not heated. Metals are not heated because they reflect electromagnetic waves with extremely high efficiency. Therefore, by configuring the inner surface of the applicator 122 (the installation surface 122A and other inner surfaces) and the conveying means of the heated laminate 290 with such a material, a heat insulating structure is hardly required, and the object to be heated is not required. The heating laminate 290 can be selectively heated. Thereby, the heating apparatus 100 can be comprised as a heating apparatus with little energy loss with a simple apparatus structure.

本実施の形態では、電磁波の照射による加熱温度(膜表面の最高到達温度)は、ハイブリッド半導体層240の前駆体に依存するが、特に制限されない。ハイブリッド半導体層240はハイブリッド半導体で構成されるため、通常の加熱法による焼結温度は100〜200℃程度であるが、本実施の形態では、100℃以下の低温でも焼成が可能となる。ハイブリッド半導体層240のAサイトカチオンが有機アンモニウム等である場合、第1半導体層213の焼結温度は、通常100〜200℃が好ましい。本発明の電磁波を用いる限りは、良好な結晶性を有する薄膜を形成することができる。このときのハイブリッド半導体層240の焼成温度は、25℃〜100℃の範囲に収まることが好ましい。   In the present embodiment, the heating temperature by irradiation with electromagnetic waves (the highest temperature reached on the film surface) depends on the precursor of the hybrid semiconductor layer 240, but is not particularly limited. Since the hybrid semiconductor layer 240 is composed of a hybrid semiconductor, the sintering temperature by a normal heating method is about 100 to 200 ° C. In this embodiment, firing is possible even at a low temperature of 100 ° C. or less. When the A site cation of the hybrid semiconductor layer 240 is organic ammonium or the like, the sintering temperature of the first semiconductor layer 213 is usually preferably 100 to 200 ° C. As long as the electromagnetic wave of the present invention is used, a thin film having good crystallinity can be formed. The firing temperature of the hybrid semiconductor layer 240 at this time is preferably within the range of 25 ° C. to 100 ° C.

ハイブリッド半導体層240の焼成にあたり、塗布層240Aを25℃〜80℃の範囲の第1の温度に保持した後、70〜90℃の範囲であって前記第1の温度よりも高い第2の温度に保持して、二段階以上の段階的な加熱プロファイルを有する加熱を行って焼成してもよい。   In firing the hybrid semiconductor layer 240, after the coating layer 240A is held at a first temperature in the range of 25 ° C to 80 ° C, the second temperature is in the range of 70 to 90 ° C and higher than the first temperature. And may be baked by performing heating having a stepwise heating profile of two or more steps.

被加熱積層体290に照射する電磁波の出力電力及び照射時間は、被加熱積層体290の材料、照射する電磁波の周波数及び層の表面での所望の最高到達温度に応じて適宜選択される。第1導電体層212がFTO、ATO又はITO等からなる透光性酸化物導電体膜であり、第1半導体層213が酸化チタン等の酸化物半導体であり、最も汎用の2.45GHzの電磁波を用いる場合、たとえば出力電力は0.5〜10W程度、照射時間は1〜10分間程度で、100℃程度の温度が達成される。   The output power and irradiation time of the electromagnetic wave applied to the heated laminate 290 are appropriately selected according to the material of the heated laminate 290, the frequency of the applied electromagnetic wave, and the desired maximum temperature reached on the surface of the layer. The first conductor layer 212 is a translucent oxide conductor film made of FTO, ATO, ITO, or the like, the first semiconductor layer 213 is an oxide semiconductor such as titanium oxide, and the most commonly used 2.45 GHz electromagnetic wave. Is used, for example, the output power is about 0.5 to 10 W, the irradiation time is about 1 to 10 minutes, and a temperature of about 100 ° C. is achieved.

上記のように、電場Eの振動方向と被加熱積層体290の当接界面S1とは互いに平行方向であることが最も好ましい。この場合、電場Eの振動方向と被加熱積層体290の当接界面S1とのなす角度θは0°である。   As described above, the vibration direction of the electric field E and the contact interface S1 of the heated laminate 290 are most preferably parallel to each other. In this case, the angle θ formed by the vibration direction of the electric field E and the contact interface S1 of the heated laminate 290 is 0 °.

電場Eの振動方向と被加熱積層体290の当接界面S1とのなす角度θは、0°から多少ずれても同様の作用効果が得られる。角度θ>0°の場合の電場Eの振動方向と被加熱積層体290の当接界面S1との位置関係の例を図7に示す。当接界面S1と振動電場の角度についての関係の詳細は後述する。   Even if the angle θ formed by the vibration direction of the electric field E and the contact interface S1 of the heated laminate 290 is slightly deviated from 0 °, the same effect can be obtained. FIG. 7 shows an example of the positional relationship between the vibration direction of the electric field E and the contact interface S1 of the heated laminate 290 when the angle θ> 0 °. Details of the relationship between the contact interface S1 and the angle of the oscillating electric field will be described later.

電場Eの振動方向と被加熱積層体290の当接界面S1とのなす角度θが0〜45°、好ましくは0〜40°、より好ましくは0〜30°、特に好ましくは0〜20°の範囲内において、用いる電磁波を吸収しづらい材料であっても効率よく加熱焼成することができ、被加熱積層体290の当接界面S1から加熱焼成を進めることができ、加熱焼成の工程で膜又は層の割れや剥離発生を抑制することができる。   The angle θ formed by the vibration direction of the electric field E and the contact interface S1 of the laminated body 290 to be heated is 0 to 45 °, preferably 0 to 40 °, more preferably 0 to 30 °, and particularly preferably 0 to 20 °. Within the range, even a material that hardly absorbs electromagnetic waves can be efficiently heated and fired, and can be heated and fired from the contact interface S1 of the laminate to be heated 290. Layer cracking and peeling can be suppressed.

本実施の形態では、上述した複合体の加熱方法により、電磁波を最も効率よく利用できる。したがって、電磁波の照射時間は短時間でよく、たとえば10分間以下でよく、5分間以下でもよく、2分間以下も可能である。電磁波を用いずに、電気オーブン等を用いた通常の焼成であれば、所望の温度に昇温するのに30分間程度の時間がかかり、さらに所望の温度で30分間以上保持する必要がある。これに比較して、本実施の形態の方法では、加熱焼成時間の大幅な短縮が可能である。   In the present embodiment, electromagnetic waves can be used most efficiently by the above-described heating method of the composite. Therefore, the electromagnetic wave irradiation time may be short, for example, 10 minutes or less, 5 minutes or less, or 2 minutes or less. In the case of normal firing using an electric oven or the like without using electromagnetic waves, it takes about 30 minutes to raise the temperature to a desired temperature, and it is necessary to hold it at the desired temperature for 30 minutes or more. Compared to this, the method of the present embodiment can greatly shorten the heating and baking time.

被加熱積層体290に電磁波を照射するにあたり、低温かつ短時間で反応と結晶成長に必要な熱エネルギーを直接的に導入する必要性から、上述した周波数よりも低い周波数の変調波又は強度変調を電磁波の振幅として重ねた電磁波を照射してもよい。これにより、温度上昇に伴う熱量を実質的に大幅に削減され、投入された熱エネルギーは化学反応及び結晶成長にのみ使用される。このように、膜又は層全体の温度上昇が抑制されるように振幅等が制御された電磁波を用いて、ハイブリッド半導体層240の焼成を行ってもよい。   In order to irradiate the heated laminate 290 with electromagnetic waves, it is necessary to directly introduce thermal energy necessary for reaction and crystal growth at a low temperature in a short time. You may irradiate the electromagnetic waves piled up as the amplitude of electromagnetic waves. This substantially reduces the amount of heat associated with the temperature rise, and the input thermal energy is used only for chemical reaction and crystal growth. As described above, the hybrid semiconductor layer 240 may be baked using an electromagnetic wave in which the amplitude or the like is controlled so that the temperature rise of the entire film or layer is suppressed.

振幅等が制御された電磁波を用いる場合の利点について説明する。被加熱積層体290の塗布層240A中に存在する有機カチオン及びハロゲン化アニオンは、蒸気圧が高い材料であるため、これらの材料がデバイスの安定性に重要であると考えられる。特に、高温で焼成を行うと、これら低沸点材料の揮発によって、焼成後のハイブリッド半導体層の均一性、化学量論、不純物準位形成などの観点から、特性に悪影響を与えるおそれがあり、理想的ではない。さらには、前駆体薄膜(上記の塗布層)に含有される溶媒は、この反応および結晶成長過程において溶解・再析出をになう媒体としての特性も有し、これを揮発させることなく可能な限り長時間保持しつつ反応と結晶成長を進行させることが均質で肥大化した結晶を得るために重要であることが非特許文献4にも開示されている。   An advantage of using an electromagnetic wave whose amplitude is controlled will be described. Since the organic cation and the halogenated anion present in the coating layer 240A of the heated laminate 290 are materials having a high vapor pressure, it is considered that these materials are important for the stability of the device. In particular, when firing at high temperatures, volatilization of these low-boiling materials may adversely affect the properties from the viewpoint of uniformity of the hybrid semiconductor layer after firing, stoichiometry, impurity level formation, etc. Not right. Furthermore, the solvent contained in the precursor thin film (the above-mentioned coating layer) also has characteristics as a medium that dissolves and reprecipitates in this reaction and crystal growth process, and can be performed without volatilizing it. Non-patent document 4 also discloses that it is important to proceed with the reaction and crystal growth while maintaining for as long as possible to obtain a homogeneous and enlarged crystal.

また、結晶肥大化を促進させるための前駆体薄膜(塗布層)中の溶媒の保持を考慮した場合、電気オーブンやホットプレートなどの通常の方法と比べて、マイクロ波に対して低誘電損失な溶媒を用いることで、溶媒を加熱せずにハイブリッド半導体薄膜を直接加熱できる。よって、結晶成長の点で有利な低温での焼成が可能であるので、良好なデバイス特性を実現することが可能となる。特にこの目的を達成するためには、誘電損率(tan(δ))が0.2以下の溶媒を前駆体溶液として用いることがより好ましい。   In addition, considering the retention of the solvent in the precursor thin film (coating layer) for promoting crystal enlargement, it has a low dielectric loss with respect to microwaves compared to ordinary methods such as an electric oven or hot plate. By using the solvent, the hybrid semiconductor thin film can be directly heated without heating the solvent. Therefore, since firing at a low temperature advantageous in terms of crystal growth is possible, it is possible to realize good device characteristics. In particular, in order to achieve this object, it is more preferable to use a solvent having a dielectric loss factor (tan (δ)) of 0.2 or less as the precursor solution.

また、結晶を肥大化させることで変換効率の向上が可能であることから、結晶成長の条件を所望の条件とすることがデバイス特性の観点から重要である。これらの点を考慮した場合、電気オーブンやホットプレートなどの通常の方法と比べて、結晶成長の点で有利な低温での焼成が可能であるので、良好なデバイス特性を実現することが可能となる。時に、照射する電磁波の周波数を数ヘルツから数キロヘルツ程度まで変化させることにより、低温にて良好な焼成が可能となる。   In addition, since the conversion efficiency can be improved by enlarging the crystal, it is important from the viewpoint of device characteristics to set the crystal growth condition to a desired condition. Considering these points, it is possible to achieve good device characteristics because firing at a low temperature, which is advantageous in terms of crystal growth, is possible compared to ordinary methods such as electric ovens and hot plates. Become. Sometimes, by changing the frequency of the electromagnetic wave to be irradiated from several hertz to several kilohertz, good firing is possible at low temperatures.

以上説明したように、本実施の形態によれば、互いに接する異種の第1の物質と第2の物質とを含む被加熱積層体290をある特定の周波数の電磁波の照射により加熱することで、特定の周波数の電磁波を吸収しづらい材料であっても効率よく加熱することができ、被加熱積層体290の当接界面S1で生じた熱によってハイブリッド半導体層を焼成できる被加熱積層体290の加熱方法及び加熱方法を好適に実現できる加熱装置100を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, by heating the heated laminate 290 containing the different first and second substances in contact with each other by irradiation with electromagnetic waves having a specific frequency, Heating the heated laminate 290 that can efficiently heat even a material that does not easily absorb electromagnetic waves of a specific frequency, and can sinter the hybrid semiconductor layer by the heat generated at the contact interface S1 of the heated laminate 290. The heating apparatus 100 which can implement | achieve the method and a heating method suitably can be provided.

本実施の形態にかかる複合体の加熱方法によれば、例えば、基板として、ガラス基板(ホウケイ酸ガラス基板及び石英ガラス基板等)等の無機基板又はポリイミド基板等の耐熱性樹脂基板の他、一般の樹脂基板を用いることも可能となる。たとえば、基板として、安価な汎用の可撓性樹脂フィルムを用いて、ロールトゥロール(Roll to Roll)連続プロセスにより、ペロブスカイト型光電変換素子200を低コストで製造することが可能となる。この場合も、電磁波の照射時間は短時間でよく、大きな加熱装置が必要ない点で、有利である。   According to the heating method of the composite according to the present embodiment, for example, as a substrate, in addition to an inorganic substrate such as a glass substrate (such as a borosilicate glass substrate and a quartz glass substrate) or a heat resistant resin substrate such as a polyimide substrate, It is also possible to use a resin substrate. For example, the perovskite photoelectric conversion element 200 can be manufactured at low cost by a roll-to-roll continuous process using an inexpensive general-purpose flexible resin film as a substrate. Also in this case, the electromagnetic wave irradiation time may be short, and it is advantageous in that a large heating device is not required.

また、ホットプレートなどの外部の発熱体に接触させて加熱対象物を加熱させる場合には、外部の発熱体の温度分布の不均一性により、加熱対象物を均一に加熱するには制約が存在する。特に、加熱対象物が比較的大きな加熱面積を有する場合には、均一な加熱は特に困難である。また、本構成のように、加熱対象となる部位が加熱対象物の内部にある場合には、加熱対象物の内部の加熱対象部位を選択的に加熱することは原理的に不可能である。   In addition, when heating an object to be heated in contact with an external heating element such as a hot plate, there are restrictions on heating the heating object uniformly due to the non-uniform temperature distribution of the external heating element. To do. In particular, uniform heating is particularly difficult when the object to be heated has a relatively large heating area. Moreover, when the site | part used as a heating target exists in a heating target object like this structure, it is impossible in principle to selectively heat the heating target site | part inside a heating target object.

これに対し、本実施の形態にかかる複合体の加熱方法によれば、電磁波の照射面積は必要に応じて調整でき、かつ、照射面積が増加したとしても加熱の均一性を確保することは容易である。また、電磁波を連続的又はパルス状に照射するなど、加熱方法についても様々な方法をとることができる。特に、加熱対象部位にパルス状に電磁波を照射することで、電磁波パルス間に加熱対象部位の冷却を行うことができ、加熱対象部位の温度を不要に上昇させることなく焼成を行うことができる点で、有利である。   On the other hand, according to the heating method of the composite according to the present embodiment, the irradiation area of the electromagnetic wave can be adjusted as necessary, and it is easy to ensure the uniformity of heating even if the irradiation area increases. It is. Moreover, various methods can be taken also about the heating method, such as irradiating electromagnetic waves continuously or in a pulse form. In particular, by irradiating the heating target part with electromagnetic waves in a pulsed manner, the heating target part can be cooled between electromagnetic pulses, and firing can be performed without unnecessarily increasing the temperature of the heating target part. It is advantageous.

なお、上記したペロブスカイト型光電変換素子200の構成は例示であり、本実施の形態にかかる複合体の加熱方法及び加熱装置は、以下で説明する各種の加熱対象物に適用することが可能である。   The above-described configuration of the perovskite photoelectric conversion element 200 is an exemplification, and the heating method and heating apparatus for the composite according to the present embodiment can be applied to various heating objects described below. .

本実施の形態にかかる複合体の加熱方法及び加熱装置においては、第1の物質と第2の物質の組合せは特に制限されない。例えば、第1の物質は、半導体、絶縁体及び導体のいずれかである。第2の物質は、第1の物質とは異種の材料からなり、半導体、絶縁体及び導体のいずれかである。第1の物質と第2の物質のうち少なくとも一方は、第1の物質と第2の物質のうち少なくとも一方は、酸化物、窒化物、炭化物又は硫化物等であることが好ましく、酸化物であることがより好ましい。例えば、第1の物質と第2の物質のうち少なくとも一方は、酸化物半導体、酸化物絶縁体、酸化物導体及び金属導体のいずれかである。第1の物質と第2の物質のうち少なくとも一方は、金属導体でもよい。   In the composite heating method and heating apparatus according to the present embodiment, the combination of the first substance and the second substance is not particularly limited. For example, the first substance is any one of a semiconductor, an insulator, and a conductor. The second substance is made of a material different from the first substance, and is any one of a semiconductor, an insulator, and a conductor. At least one of the first substance and the second substance is preferably at least one of the first substance and the second substance is an oxide, a nitride, a carbide, a sulfide, or the like. More preferably. For example, at least one of the first substance and the second substance is any one of an oxide semiconductor, an oxide insulator, an oxide conductor, and a metal conductor. At least one of the first substance and the second substance may be a metal conductor.

例えば、2.45GHzのマイクロ波における誘電損失係数が比較的低い材料としては、酸化物、硫化物及び窒化物等の半導体又は絶縁体等が挙げられる。これらの材料は、例えば、C、Al、Si、Ga、Ge、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb及びBiからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む。   For example, examples of the material having a relatively low dielectric loss coefficient in a microwave of 2.45 GHz include semiconductors or insulators such as oxides, sulfides, and nitrides. These materials include, for example, at least one selected from the group consisting of C, Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Te, Tl, Pb, and Bi.

特に、第1の物質と第2の物質のうち少なくとも一方が2.45GHzのマイクロ波における誘電損失係数が比較的低い金属酸化物、金属硫化物及び金属窒化物等からなる場合に、本実施の形態にかかる複合体の加熱方法を好ましく適用できる。   In particular, when at least one of the first substance and the second substance is made of a metal oxide, metal sulfide, metal nitride, or the like having a relatively low dielectric loss coefficient in a microwave of 2.45 GHz, The heating method of the composite according to the embodiment can be preferably applied.

中でも、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及びZnからなる群より選ばれた少なくとも1種の第一周期遷移金属、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pb、Ag及びCdからなる群より選ばれた少なくとも1種の第二周期遷移金属、又は、La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au及びHgからなる群より選ばれた少なくとも1種の第三周期遷移金属を含む材料に対して、好ましく適用できる。   Among them, at least one first period transition metal selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, At least one second period transition metal selected from the group consisting of Rh, Pb, Ag and Cd, or selected from the group consisting of La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au and Hg The present invention is preferably applicable to a material containing at least one third-period transition metal.

具体的には、第1半導体層213を構成する第2の物質は、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、セシウム、バリウム、ランタン、セリウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉛、ビスマス及びアンチモンからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む酸化物、硫化物、炭化物、水酸化物、リン酸化物及び窒化物のいずれかを含んでもよい。   Specifically, the second substance constituting the first semiconductor layer 213 is potassium, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, rubidium, strontium, yttrium, zirconium. At least one element selected from the group consisting of nickel, molybdenum, cesium, barium, lanthanum, cerium, hafnium, tantalum, tungsten, boron, aluminum, silicon, germanium, gallium, indium, tin, lead, bismuth and antimony Any of oxides, sulfides, carbides, hydroxides, phosphorous oxides, and nitrides containing benzene may be included.

また、第2の物質は、フラーレン、カルボラン、カーボンナノチューブ、グラフェン、チオフェン、アニリン、フタロシアニン、ペリレン、ポルフィリン、ローダニン及びトリフェニルアミンのうち少なくとも1種の分子構造を含む有機半導体材料を含んでもよい。   The second substance may include an organic semiconductor material including at least one molecular structure of fullerene, carborane, carbon nanotube, graphene, thiophene, aniline, phthalocyanine, perylene, porphyrin, rhodanine, and triphenylamine.

更に、第2の物質は、カーボンナノチューブ、銅ヨウ化物、銅イソチオシアネート、酸化銅、酸化ニッケル及び酸化モリブデンのうち少なくとも1種の物質を含むp型半導体特性を有する無機半導体材料を含んでもよい。   Further, the second substance may include an inorganic semiconductor material having p-type semiconductor characteristics including at least one substance selected from carbon nanotubes, copper iodides, copper isothiocyanate, copper oxide, nickel oxide, and molybdenum oxide.

これらの上記した材料は、誘電特性が良好な半導体又は絶縁体であるため、光学特性、半導体特性又は絶縁特性等に優れており、光学デバイス及び電子デバイスに広く利用されている。これらの材料を用いれば、真空プロセスを要しない、低コストな成膜方法での成膜が可能であるため、上記材料を含むペースト等を塗布し、300℃以上の高温焼結行って成膜をする塗布法を用いることができる。   Since these materials described above are semiconductors or insulators with good dielectric properties, they are excellent in optical properties, semiconductor properties, insulating properties, etc., and are widely used in optical devices and electronic devices. If these materials are used, it is possible to form a film by a low-cost film forming method that does not require a vacuum process. Therefore, a paste containing the above material is applied, and high temperature sintering at 300 ° C. or higher is performed. It is possible to use a coating method of

誘電損失特性は材料独自の周波数特性を示すため、多くの場合は特定のマイクロ波周波数に対して必ずしも高い誘電損失特性を有するものではない。そのため、上記材料を用いた異種材料の被加熱積層体290において、界面での分極又は注入キャリアを利用した、本実施の形態にかかる複合体の加熱方法における自己発熱を利用した第3の物質であるハイブリッド半導体の迅速焼成結晶化手法として有用である。   Since the dielectric loss characteristic shows a frequency characteristic unique to the material, in many cases, the dielectric loss characteristic does not necessarily have a high dielectric loss characteristic with respect to a specific microwave frequency. Therefore, in the heated stack 290 of different materials using the above materials, a third substance using self-heating in the heating method of the composite according to the present embodiment using polarization at the interface or injected carriers. It is useful as a rapid firing crystallization technique for some hybrid semiconductors.

以下、具体例について述べる。例えば、第1の物質は、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)及びインジウム錫酸化物(ITO)等の透光性酸化物導電体である。   Specific examples will be described below. For example, the first material is a light-transmitting oxide conductor such as fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide (ATO), and indium tin oxide (ITO).

第2の物質は、例えば、TiO(酸化チタン)、ZnO(酸化亜鉛)、SnO(酸化錫)、Fe(酸化鉄)、W(酸化タングステン(III))、WO(酸化タングステン(IV))、WO(酸化タングステン(VI))、Ta(酸化タンタル)、Nb(酸化ニオブ)及びI(酸化インジウム)などのn型の酸化物半導体、TiN(窒化チタン)などのn型の窒化物半導体、又は、Al(酸化アルミニウム)、ZrO(酸化ジルコニウム)、MgO(酸化マグネシウム)、SiO(酸化ケイ素)などの絶縁体でもよい。 Examples of the second substance include TiO 2 (titanium oxide), ZnO (zinc oxide), SnO 2 (tin oxide), Fe 2 O 3 (iron oxide), W 2 O 3 (tungsten oxide (III)), WO 2 (tungsten oxide (IV)), WO 3 (tungsten oxide (VI)), Ta 2 O 5 (tantalum oxide), Nb 2 O 5 (niobium oxide) and I 2 O 3 (indium oxide) and other n-type An oxide semiconductor, an n-type nitride semiconductor such as TiN (titanium nitride), or Al 2 O 3 (aluminum oxide), ZrO 2 (zirconium oxide), MgO (magnesium oxide), SiO 2 (silicon oxide), etc. An insulator may be used.

第2の物質は、NiO(酸化ニッケル)、CuO(酸化銅(I))、CuI(ヨウ化銅)、カーボンナノチューブ、銅イソチオシアネート、MoO(酸化モリブデン)などのp型半導体としてもよい。 The second substance may be a p-type semiconductor such as NiO (nickel oxide), Cu 2 O (copper oxide (I)), CuI (copper iodide), carbon nanotube, copper isothiocyanate, or MoO (molybdenum oxide). .

第2の物質は、他にも、Cr(酸化クロム)、V(酸化バナジウム)、HfO(酸化ハフニウム)、Bi(酸化ビスマス)、Y(酸化イットリウム)及びMnO(酸化マンガン)などでもよい。 In addition, the second substance is Cr 2 O 3 (chromium oxide), V 2 O 5 (vanadium oxide), HfO 2 (hafnium oxide), Bi 2 O 3 (bismuth oxide), Y 2 O 3 (oxidation). Yttrium) and MnO 2 (manganese oxide) may be used.

本実施の形態では、第1の物質及び第2の物質は、いずれもマイクロ波として最も汎用の2.45MHzの電磁波に対して吸収特性が小さく、2.45MHzの電磁波における誘電損失係数が5以下である。   In the present embodiment, both the first substance and the second substance have small absorption characteristics with respect to the most general-purpose 2.45 MHz electromagnetic wave as a microwave, and the dielectric loss coefficient in the 2.45 MHz electromagnetic wave is 5 or less. It is.

第2の物質は、有機のn型半導体又はp型半導体としてもよく、例えば、フラーレン、カルボラン、カーボンナノチューブ、グラフェン、チオフェン、アニリン、フタロシアニン、ペリレン、ポルフィリン、ローダニン、トリフェニルアミンなどを含む半導体又は絶縁体としてもよい。   The second substance may be an organic n-type semiconductor or p-type semiconductor, for example, a semiconductor containing fullerene, carborane, carbon nanotube, graphene, thiophene, aniline, phthalocyanine, perylene, porphyrin, rhodanine, triphenylamine, or the like. It is good also as an insulator.

以下、本実施の形態にかかる複合体の加熱方法の実施例及び比較例について説明する。   Hereinafter, examples and comparative examples of the heating method of the composite according to the present embodiment will be described.

[実施例1−1]
(FTO基板)
ホウケイ酸ガラス基板(Soda Glass)上に、CVD法により、膜厚1μm、シート抵抗10Ω/cm□のFTO(フッ素ドープ酸化錫)膜が形成されたFTO基板を用意した。このFTO基板を、水、アセトン及びエタノールで洗浄し、乾燥した後、紫外オゾンランプ照射により有機物除去して、成膜基材として使用した。
[Example 1-1]
(FTO substrate)
An FTO substrate in which an FTO (fluorine-doped tin oxide) film having a film thickness of 1 μm and a sheet resistance of 10 Ω / cm □ was formed on a borosilicate glass substrate (Soda Glass) by a CVD method was prepared. This FTO substrate was washed with water, acetone, and ethanol, dried, and then organic substances were removed by irradiation with an ultraviolet ozone lamp, and used as a film-forming substrate.

(酸化チタン膜の成膜と焼成)
酸化チタン前駆体を含む前駆体溶液(TIAAの2プロパノール溶液、アルドリッチ製)を、スプレーにて、ホットプレート上にて500℃に加熱した上記成膜基材(FTO基板)上に塗布した。塗布された溶液は、空気中の水分と反応すると共に、有機分がCOとして排出されることで、30nm厚程度のコンパクト酸化チタン層が基材上に形成された。その後、45分間500℃の焼成を行い、クリーンなコンパクト酸化チタン表面を形成した。そして、常温に冷却した後に酸化チタンナノ粒子(平均粒子径:20nm程度)を含むペースト(日揮触媒化製社製TiOゾル)を塗布し、ホットプレートを用いて130℃で6分間加熱乾燥した後に、オーブンにて最高500℃にて焼結することで、100nm厚の酸化チタンメゾスコピック膜を成膜した。以上のようにして、酸化チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板を作製した。
(Titanium oxide film deposition and firing)
A precursor solution containing a titanium oxide precursor (2-propanol solution of TIAA, manufactured by Aldrich) was applied by spraying onto the film-forming substrate (FTO substrate) heated to 500 ° C. on a hot plate. The applied solution reacted with moisture in the air and the organic component was discharged as CO 2 , whereby a compact titanium oxide layer having a thickness of about 30 nm was formed on the substrate. Thereafter, baking was performed at 500 ° C. for 45 minutes to form a clean compact titanium oxide surface. Then, after cooling to room temperature, a paste (TiO 2 sol manufactured by JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) containing titanium oxide nanoparticles (average particle diameter: about 20 nm) is applied and heated and dried at 130 ° C. for 6 minutes using a hot plate. The titanium oxide mesoscopic film having a thickness of 100 nm was formed by sintering in an oven at a maximum of 500 ° C. As described above, a titanium oxide fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate was produced.

この酸化チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板上に、ハイブリッド半導体前駆体溶液をスピンコートにて塗布し、ハイブリッド半導体前駆体薄膜を形成した。この例では、第1の前駆体溶液として、CsI、メチルアンモニウムヨーダイド(CHNHI)、フォルムアミジニウムヨーダイド(NHCHINH)及びヨウ化鉛(PbI)を、ジメチルフォルムアミド及びジメチルスルフォキシドの混合溶媒中に溶解させた溶液を用いた。第2の前駆体溶液として、メチルアンモニウムヨーダイド(CHNHI)及びヨウ化鉛(PbI)wお、ジメチルフォルムアミド及びジメチルスルフォキシドの混合溶媒中に溶解させた溶液を用いた。そして、溶液のスピンコート中にトルエンを滴下して、結晶化したそれぞれの前駆体溶液による前駆体フィルムを形成した。 On this titanium oxide fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate, a hybrid semiconductor precursor solution was applied by spin coating to form a hybrid semiconductor precursor thin film. In this example, CsI, methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I), formamidinium iodide (NH 2 CHINH 2 ), and lead iodide (PbI 2 ) are used as the first precursor solution. A solution dissolved in a mixed solvent of amide and dimethyl sulfoxide was used. As the second precursor solution, a solution dissolved in a mixed solvent of methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I) and lead iodide (PbI 2 ) w, dimethylformamide and dimethyl sulfoxide was used. . And toluene was dripped in the spin coat of the solution, and the precursor film by each precursor solution crystallized was formed.

前駆体フィルムは化学的組成がAMXとなっておらず、半透明な黄色い薄膜が形成される。この薄膜を加熱することにより、溶媒揮発と化学反応的変換、さらには結晶の接合にともなう成長を進めることができる。以上のようにして、ハイブリッド半導体/チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板からなる被加熱積層体を作製した。 The precursor film does not have a chemical composition of AMX 3, and a translucent yellow thin film is formed. By heating this thin film, solvent volatilization, chemical reaction conversion, and further growth accompanying crystal bonding can be promoted. As described above, a laminate to be heated including hybrid semiconductor / titanium fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate was produced.

この被加熱積層体を本実施の形態にかかる複合体の加熱方法で加熱した。加熱装置100での加熱においては、シングルモード(TE103モード)の電磁波が照射されるように、適宜最適化されている。なお、キャビティ内のxy座標位置と電場の振動方向及び振動強度との関係は、シミュレーションにより求めた。   This laminated body to be heated was heated by the method for heating the composite according to this embodiment. In the heating with the heating apparatus 100, it is appropriately optimized so that electromagnetic waves of a single mode (TE103 mode) are irradiated. The relationship between the xy coordinate position in the cavity and the vibration direction and vibration strength of the electric field was obtained by simulation.

図4に示すように、電場の振動方向とコンパクト酸化チタン膜/FTO基板の当接界面とが互いに平行方向(電場の振動方向とコンパクト酸化チタン膜/FTO基板の当接界面とのなす角度θ=0°)で、電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に、ハイブリッド半導体/チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板を設置した。   As shown in FIG. 4, the vibration direction of the electric field and the contact interface of the compact titanium oxide film / FTO substrate are parallel to each other (the angle θ formed by the vibration direction of the electric field and the contact interface of the compact titanium oxide film / FTO substrate). = 0 °), a hybrid semiconductor / titanium fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate was placed in a region including the position where the intensity of the oscillating electric field of electromagnetic waves was highest.

ハイブリッド半導体/チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板に対して、2.45GHzの電磁波(マイクロ波)を照射して、加熱焼成を行った。電磁波の出力は0.3Wとした。電場の振動強度の最大値は、26V/mであった。   The hybrid semiconductor / titanium fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate was heated and fired by irradiating with 2.45 GHz electromagnetic waves (microwave). The output of the electromagnetic wave was 0.3 W. The maximum value of the electric field vibration intensity was 26 V / m.

前駆体溶液2により得られたハイブリッド半導体/チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板の走査型電子顕微鏡(SEM)による表面写真を図8に示す。図8では、MW(Micro Wave)は実施例1にかかるSME写真を示し、HP(Hot Plate)は比較例1にかかるSEM写真を示している。図8に示すように、基材上に多数のランダムな形状の微粒子からなる酸化チタン微粒子膜が形成されている様子が観察された。   The surface photograph by the scanning electron microscope (SEM) of the hybrid semiconductor / titanium fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate obtained by the precursor solution 2 is shown in FIG. In FIG. 8, MW (Micro Wave) shows an SME photograph according to Example 1, and HP (Hot Plate) shows an SEM photograph according to Comparative Example 1. As shown in FIG. 8, it was observed that a titanium oxide fine particle film composed of a large number of randomly shaped fine particles was formed on the substrate.

なお、以降の図においても、MW(Micro Wave)は実施例1、HP(Hot Plate)は比較例1を示すものとする。   In the following drawings, MW (Micro Wave) represents Example 1, and HP (Hot Plate) represents Comparative Example 1.

[比較例1−1]
(成膜基材)
実施例1−1と同様にして、ハイブリッド半導体/チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板からなる被加熱積層体を作製した。
[Comparative Example 1-1]
(Deposition substrate)
In the same manner as in Example 1-1, a heated laminate including hybrid semiconductor / titanium fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate was produced.

被加熱積層体の焼成方法として、ホットプレートをあらかじめ加熱し、100℃及び50℃にて所定の時間サンプル基板を保持することで加熱し、ハイブリッド半導体微結晶膜を形成した。   As a method for firing the laminate to be heated, a hot plate was heated in advance, and the sample substrate was heated at 100 ° C. and 50 ° C. for a predetermined time to form a hybrid semiconductor microcrystalline film.

(温度測定)
放射温度計を用い、電磁波を用いた加熱焼成工程におけるハイブリッド半導体/チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板の表面温度変化を測定した。図9に温度の測定結果を示す。測定データは基板内中央付近の4箇所にて温度測定を行い平均値にて算出している。
(Temperature measurement)
Using a radiation thermometer, the surface temperature change of the hybrid semiconductor / titanium fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate in the heating and baking process using electromagnetic waves was measured. FIG. 9 shows the temperature measurement results. The measurement data are calculated as average values by measuring temperatures at four locations near the center of the substrate.

図10は、実施例1及び比較例1で作成した、ハイブリッド半導体/チタン微粒子膜/コンパクト酸化チタン膜/FTO基板上に有機半導体の2,2',7,7'-テトラキス[N,N-ジ-p-メトキシフェニルアミノ]-9,9'-スピロビフルオレン(Spiro−MeOTAD、和光純薬製)を塗布し、70℃にて乾燥し、対極として金を真空蒸着法にて堆積させて作成したペロブスカイト型光電変換素子の擬似太陽光照射下におけるI-V特性を示す図である。実施例1(MW)では、比較例1(HP)と比べて、良好なI−V特性が得られていることが確認できる。   FIG. 10 shows organic semiconductor 2,2 ', 7,7'-tetrakis [N, N- on hybrid semiconductor / titanium fine particle film / compact titanium oxide film / FTO substrate prepared in Example 1 and Comparative Example 1. Di-p-methoxyphenylamino] -9,9'-spirobifluorene (Spiro-MeOTAD, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was applied, dried at 70 ° C., and gold was deposited as a counter electrode by vacuum evaporation. It is a figure which shows the IV characteristic under pseudo-sunlight irradiation of the produced perovskite type photoelectric conversion element. In Example 1 (MW), it can be confirmed that favorable IV characteristics are obtained as compared with Comparative Example 1 (HP).

図11は、実施例1及び比較例1での擬似太陽光照射下における変換効率を示す図である。図11では、測定に用いたデバイスのばらつきを考慮している。白抜きの小四角形は、変換効率の平均値を示している。大きな四角形の上下は、平均値に対して標準偏差1シグマを示している。大きな四角形内の水平方向の線は、変換効率の中央値を示している。変換効率が大きい側のエラーバーは最大値、変換効率が小さい側のエラーバーは最小値を示している。図11に示すように、実施例1(MW)は、比較例1(HP)と比べて、変換効率が有意に高くなっているものと認められる。   FIG. 11 is a diagram showing the conversion efficiency under simulated sunlight irradiation in Example 1 and Comparative Example 1. In FIG. 11, the variation of the device used for the measurement is taken into consideration. A small white square indicates an average value of the conversion efficiency. The upper and lower sides of the large square indicate a standard deviation of 1 sigma with respect to the average value. The horizontal line within the large square indicates the median conversion efficiency. The error bar on the side with the higher conversion efficiency shows the maximum value, and the error bar on the side with the lower conversion efficiency shows the minimum value. As shown in FIG. 11, it is recognized that the conversion efficiency of Example 1 (MW) is significantly higher than that of Comparative Example 1 (HP).

図12は、実施例1及び比較例1での擬似太陽光照射下におけるデバイス特性を示す表である。図12に示すように、実施例1(MW)は、比較例1(HP)と比べて、電流密度及び変換効率が向上していることが認められる。   FIG. 12 is a table showing the device characteristics under simulated sunlight irradiation in Example 1 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 12, it is recognized that Example 1 (MW) has improved current density and conversion efficiency as compared to Comparative Example 1 (HP).

図10〜図12に示すように、第1の前駆体溶液により成膜した被加熱積層体290の実施例1−1及び比較例1−1について、デバイス特性から電磁波加熱により高い変換効率を示した。また、高効率の主要因子は電流特性及び電圧特性であることを確認した。   As shown in FIGS. 10 to 12, Example 1-1 and Comparative Example 1-1 of the heated laminate 290 formed by the first precursor solution show high conversion efficiency by electromagnetic wave heating from the device characteristics. It was. It was also confirmed that the main factors of high efficiency were current characteristics and voltage characteristics.

図13は、実施例1及び比較例1でのハイブリッド半導体層の焼成後の結晶サイズの分布を示す図である。図13に示すように、実施例1(MW)は、比較例1(HP)と比べて、結晶サイズが増大していることが理解できる。ペロブスカイト型光電変換素子としての特性を考慮すると、結晶の平均粒子径は、500nm以上であることが好ましい。   FIG. 13 is a graph showing the distribution of crystal sizes after firing of the hybrid semiconductor layers in Example 1 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 13, it can be understood that the crystal size of Example 1 (MW) is larger than that of Comparative Example 1 (HP). Considering characteristics as a perovskite photoelectric conversion element, the average particle diameter of the crystal is preferably 500 nm or more.

図14は、実施例1及び比較例1でのハイブリッド半導体層のXRD測定結果を示す図である。ペロブスカイト構造に起因する2θ=14°付近のペロブスカイト(110)ピークの半値幅が、実施例1にかかる加熱によって減少することが明確に確認された。これは、電磁波も用いた加熱によって結晶成長過程が変化し、結果として結晶性がより高くなり、大きな結晶が成長したことを示している。   FIG. 14 is a diagram showing the XRD measurement results of the hybrid semiconductor layer in Example 1 and Comparative Example 1. It was clearly confirmed that the full width at half maximum of the perovskite (110) peak near 2θ = 14 ° due to the perovskite structure was reduced by heating according to Example 1. This indicates that the crystal growth process is changed by heating using electromagnetic waves, resulting in higher crystallinity and growth of large crystals.

また、図14に示されるように、通常の100℃程度の高温のプロセスでは、前駆体のPbIに伴うピークが確認されている。これに対し、電磁波を用いた加熱においては、このようなピークは見られない。つまり、前駆体が不純物として析出することなく、意図したハイブリッド半導体が形成できていることが示された。 Further, as shown in FIG. 14, in a normal process at a high temperature of about 100 ° C., a peak associated with the precursor PbI 2 is confirmed. On the other hand, such a peak is not observed in heating using electromagnetic waves. That is, it was shown that the intended hybrid semiconductor could be formed without the precursor being precipitated as impurities.

図9は、温度上昇の各サンプルにおけるプロファイルを示している。これにより、FTO/酸化チタン界面が高率的に加熱されており、予想に矛盾しない結果を示している。さらには、このFTO/酸化チタン上にハイブリッド半導体を堆積させることで、効率的に加熱が可能であることを示した。ここで、酸化チタンそのものや、又はハイブリッド半導体前駆体薄膜単体をガラス上に塗布したものでは、界面からの発熱が小さく、単体だけでは加熱できないことを示すと共に、複合化させることで効率的な加熱が可能であることを示した。   FIG. 9 shows the profile for each sample of temperature rise. As a result, the FTO / titanium oxide interface is heated at a high rate, indicating a result consistent with expectations. Furthermore, it was shown that heating can be efficiently performed by depositing a hybrid semiconductor on this FTO / titanium oxide. Here, when titanium oxide itself or a hybrid semiconductor precursor thin film alone is applied on glass, heat generation from the interface is small, indicating that heating alone is not possible, and efficient heating by combining them Showed that it is possible.

本発明の実施例において、前駆体溶液の溶媒にジメチルスルフォキシド(DMSO)とジメチルフォルムアミド(DMF)におけるDMF含有比率と、製膜中に滴下する非極性溶媒の混合溶媒における、マイクロ波(2.45GHz)における誘電損率(tan(δ))との関係を図15に示した。マイクロ波の吸収および加熱特性は誘電損率(tan(δ))と正の相関があることは一般に知られている。実施例で用いた溶媒はDMFの含有率が80%かつ非極性溶媒としてトルエンを用いている。従って、前駆体薄膜に含まれる溶媒は、マイクロ波の吸収特性が非常に低いことが考えられる。このような効果は誘電損率(tan(δ))が0.2よりも低い領域にて顕著であると考えられる。結晶肥大化を促進させるための前駆体薄膜中の溶媒の保持を考慮した場合、電気オーブンやホットプレートなどの通常の方法と比べて、マイクロ波に対してこれらの混合溶媒は低誘電損失であり、これにより溶媒を加熱せずにハイブリッド半導体薄膜をマイクロ波で直接加熱できることから、結晶成長の点で有利な低温での焼成が可能で、良好なデバイス特性を実現することが可能となる。特にこの目的を達成するためには、誘電損率(tan(δ))が0.2以下の溶媒を前駆体溶液として用いることがより好ましい。   In an embodiment of the present invention, a microwave (in a mixed solvent of DMF content in dimethyl sulfoxide (DMSO) and dimethylformamide (DMF) and a nonpolar solvent dropped in the film formation) is used as a solvent of the precursor solution. The relationship with the dielectric loss factor (tan (δ)) at 2.45 GHz is shown in FIG. It is generally known that microwave absorption and heating characteristics have a positive correlation with dielectric loss factor (tan (δ)). The solvent used in the examples has a DMF content of 80% and toluene as a nonpolar solvent. Therefore, it is considered that the solvent contained in the precursor thin film has very low microwave absorption characteristics. Such an effect is considered to be remarkable in a region where the dielectric loss factor (tan (δ)) is lower than 0.2. When considering the retention of the solvent in the precursor thin film to promote crystal enlargement, these mixed solvents have a low dielectric loss relative to microwaves compared to conventional methods such as electric ovens and hot plates. Thus, since the hybrid semiconductor thin film can be directly heated by microwaves without heating the solvent, it is possible to perform firing at a low temperature advantageous in terms of crystal growth, and it is possible to realize good device characteristics. In particular, in order to achieve this object, it is more preferable to use a solvent having a dielectric loss factor (tan (δ)) of 0.2 or less as the precursor solution.

本発明において、ハイブリッド半導体の結晶を肥大化させることで変換効率の向上が可能であることから、結晶成長の条件を所望の条件とすることがデバイス特性の観点から重要である。これらの点を考慮した場合、電気オーブンやホットプレートなどの通常の方法と比べて、結晶成長の点で有利な低温での焼成が可能であるので、良好なデバイス特性を実現することが可能となる。時に、照射する電磁波の周波数を数ヘルツから数キロヘルツ程度まで変化させることにより、低温にて良好な焼成が可能となる。   In the present invention, since the conversion efficiency can be improved by enlarging the crystal of the hybrid semiconductor, it is important from the viewpoint of device characteristics to set the crystal growth condition to a desired condition. Considering these points, it is possible to achieve good device characteristics because firing at a low temperature, which is advantageous in terms of crystal growth, is possible compared to ordinary methods such as electric ovens and hot plates. Become. Sometimes, by changing the frequency of the electromagnetic wave to be irradiated from several hertz to several kilohertz, good firing is possible at low temperatures.

図16はマイクロ波をパルス照射した場合の効果を模式的に示す、加熱時間中におけるマイクロ波照射電力の変化と加熱されるハイブリッド半導体層の温度変化の概念図である。マイクロ波照射時には供給される熱量に従い、薄膜温度が速やかに上昇するが短時間においては、直接的に加熱される薄膜のみが加熱され、100倍から1000倍の堆積を有する基材に対しては、十分に熱が伝わらず温度がほとんど上昇しない。従って、短時間でマイクロ波照射熱量をOFFにすることで、速やかに薄膜温度が低下する。このマイクロ波照射熱量のON/OFFを繰り返すことで、加熱対象のハイブリッド薄膜は反応の結晶化に必要な熱量が短時間で供給されるものの、冷却が行われることで、平均熱量および基材を含めた全体の温度は時間平均では、室温の25℃から80℃程度の低温で維持される。一方で、薄膜は反応と結晶化に寄与する十分な熱量が直接与えられるため、反応と結晶化は見かけ上低温でも十分に進行する。一方で、基板全体としては低温のままであるため、余分な加熱による溶媒や低揮発成分の有機カチオン種が蒸散せずに結晶成長を行うことができ、均質で化学量論的にも正確なハイブリッド半導体薄膜が形成できる。   FIG. 16 is a conceptual diagram schematically showing the effect when microwave irradiation is performed and the change in microwave irradiation power during the heating time and the temperature change in the heated hybrid semiconductor layer. According to the amount of heat supplied during microwave irradiation, the temperature of the thin film rises rapidly, but in a short time, only the thin film that is directly heated is heated, and for a substrate having a deposition of 100 to 1000 times , Heat is not transmitted sufficiently and the temperature hardly rises. Therefore, the temperature of the thin film quickly decreases by turning off the microwave irradiation heat amount in a short time. By repeating this microwave irradiation heat amount ON / OFF, the hybrid thin film to be heated is supplied in a short time with the amount of heat necessary for the crystallization of the reaction, but by cooling, the average heat amount and the substrate are reduced. The entire temperature including the temperature is maintained at a low temperature of about 25 ° C. to 80 ° C. on the time average. On the other hand, since the thin film is directly given a sufficient amount of heat that contributes to the reaction and crystallization, the reaction and crystallization proceed sufficiently even at an apparent low temperature. On the other hand, since the substrate as a whole remains at a low temperature, crystal growth can be performed without evaporation of solvent or low-volatile organic cation species due to excessive heating, and it is homogeneous and stoichiometrically accurate. A hybrid semiconductor thin film can be formed.

さらには、このマイクロ波照射熱量のON/OFF比率を制御することにより、前駆体薄膜の低沸点物質である、溶媒および有機カチオンの蒸散を制御しつつ、薄膜の反応と結晶化を進行させるに有利な条件を形成することができ、従来のホットプレートやオーブンを基にする加熱手段では不可能な時間空間的な加熱の精密制御と焼成が可能となる。   Furthermore, by controlling the ON / OFF ratio of the microwave irradiation heat amount, the reaction and crystallization of the thin film proceed while controlling the transpiration of the solvent and organic cation, which are low-boiling substances of the precursor thin film. Advantageous conditions can be formed, and precise control and firing of the spatiotemporal heating, which is impossible with conventional heating means based on hot plates or ovens, is possible.

本発明において、界面の方位について、微粒子や材料そのもののナノからマイクロ領域での平坦性は比較的低い。従って、明確に界面方位を規定することは困難であることから、積層膜構造の界面に対する概念を図17に示している。図17では、微視的な界面を、細線を用いて表示している。これより、電磁波の波長が例えば2.45GHzにて12.2cmであることから、微視的な界面ではなく、電磁波の波長から見て十分に小さい構造は無視できると考えた。従って、この発明における界面の定義としては、図3及び4にあるような巨視的断面が加熱特性に関連があると考えて定義している。   In the present invention, regarding the orientation of the interface, the flatness of the fine particles and the material itself in the nano to micro range is relatively low. Therefore, since it is difficult to clearly define the interface orientation, the concept of the interface of the laminated film structure is shown in FIG. In FIG. 17, the microscopic interface is displayed using thin lines. From this, since the wavelength of the electromagnetic wave was 12.2 cm at 2.45 GHz, for example, it was considered that a structure that is sufficiently small as viewed from the wavelength of the electromagnetic wave rather than a microscopic interface can be ignored. Therefore, the definition of the interface in the present invention is defined by considering that the macroscopic cross section as shown in FIGS. 3 and 4 is related to the heating characteristics.

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態にかかる被加熱積層体の加熱方法は、上記第1、第2の実施形態の被加熱積層体の他、界面での分極又はキャリア注入を有する物質1及び物質2の界面近傍に位置するハイブリッド半導体の前駆体からの変換と、結晶化による高品質半導体の応用素子に対しても適用できる。
Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, in the heating method of the heated laminate according to the above-described embodiment, in addition to the heated laminate of the first and second embodiments, the substance 1 and the substance 2 having polarization or carrier injection at the interface are used. The present invention can also be applied to a high-quality semiconductor application element by conversion from a precursor of a hybrid semiconductor located near the interface and crystallization.

上述の実施の形態にかかる被加熱積層体の加熱方法は、ハイブリッド半導体を用いた、トランジスタ、電界発光素子、レーザー発光素子、センサー素子、イオン導電性薄膜及び/又はあらゆるハイブリッド半導体薄膜を電極と共に積層する構造の焼成と結晶化に適用することができる。上記積層構造では、従来法では加熱炉を用いた焼成が必要であるが、本発明を適用することで、加熱炉を用いずに、低エネルギーかつ低温で高品質の結晶が迅速かつ、枚葉式又はロールツーロールプロセスにて形成でき、大量生産プロセスに向いた手法を提供する。   In the heating method of the laminated body to be heated according to the above-described embodiment, a transistor, an electroluminescent element, a laser light emitting element, a sensor element, an ion conductive thin film and / or any hybrid semiconductor thin film using a hybrid semiconductor are stacked together with electrodes. It can be applied to firing and crystallization of the structure. In the above laminated structure, the conventional method requires firing using a heating furnace, but by applying the present invention, high-quality crystals can be rapidly produced at low energy and low temperature without using a heating furnace. It can be formed by a formula or roll-to-roll process and provides a method suitable for mass production processes.

上述の実施の形態にかかる被加熱積層体の加熱方法は、本発明は、界面での分極又はキャリア注入を有する任意の被加熱積層体の加熱を利用した、ハイブリッド半導体の結晶化プロセスに適用できるため、本発明の適用範囲は広い。   The method for heating a heated laminate according to the above-described embodiment can be applied to a hybrid semiconductor crystallization process using heating of any heated laminate having polarization or carrier injection at an interface. Therefore, the application range of the present invention is wide.

上述の実施の形態にかかる被加熱積層体の加熱方法は、本発明は、被加熱積層体をなす第1の物質と第2の物質のうち、少なくとも一方が2.45GHzのマイクロ波における誘電損失係数が比較的低い材料からなる場合に好ましく適用できる。   In the heating method of the heated laminate according to the above-described embodiment, the present invention provides a dielectric loss in a microwave in which at least one of the first substance and the second substance constituting the heated laminate is 2.45 GHz. It can be preferably applied when the material is made of a material having a relatively low coefficient.

100 加熱装置
121 電磁波発振部
122 アプリケータ
122A 設置面
200 ペロブスカイト型光電変換素子
210 負極基板
211 基板
212 第1導電体層
213 第1半導体層
213A 微粒子
220 正極
221 第2導電体層
222 第2半導体層
240 ハイブリッド半導体層
240A 塗布層
290 被加熱積層体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Heating device 121 Electromagnetic wave oscillation part 122 Applicator 122A Installation surface 200 Perovskite type photoelectric conversion element 210 Negative electrode substrate 211 Substrate 212 First conductor layer 213 First semiconductor layer 213A Fine particles 220 Positive electrode 221 Second conductor layer 222 Second semiconductor layer 240 Hybrid Semiconductor Layer 240A Coating Layer 290 Heated Laminate

Claims (24)

異なる組成の第1の物質、第2の物質及び第3の物質を有し、前記第2の物質は、前記第1の物質と第3の物質との間に前記第1及び第3の物質と接して配置されている複合体に、所定の周波数の電磁波を照射して加熱する、複合体の加熱方法であって、
前記第1の物質と前記第2の物質とは、当接界面を介して電荷の移動を伴う仕事関数差を有し、
前記第1の物質及び前記第2の物質は、前記第1の物質と前記第2の物質との間の前記当接界面に、電荷の移動に伴う静的分極又はキャリアの注入を形成する材料の組合せからなり、
前記第3の物質は、可視又は近赤外域の光を吸収するハイブリッド半導体からなり、
前記複合体に照射される電磁波の電場の振動方向と前記当接界面とのなす角度は、0〜45°であり、
前記電磁波の電場の振動方向は、前記静的分極の方向又はキャリアの注入が生じる方向に対して交差する方向であり、
前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に前記複合体を設置又は搬送して、前記複合体に前記電磁波を照射する、
複合体の加熱方法。
The first substance, the second substance, and the third substance having different compositions, wherein the second substance is between the first substance and the third substance. A method of heating the composite, wherein the composite disposed in contact with the substrate is irradiated with an electromagnetic wave having a predetermined frequency and heated.
The first substance and the second substance have a work function difference that accompanies a charge transfer through an abutting interface;
The first substance and the second substance are materials that form static polarization or carrier injection associated with charge transfer at the contact interface between the first substance and the second substance. A combination of
The third substance is composed of a hybrid semiconductor that absorbs light in the visible or near infrared region,
The angle formed by the vibration direction of the electric field of the electromagnetic wave applied to the composite and the contact interface is 0 to 45 °,
The direction of vibration of the electric field of the electromagnetic wave is a direction that intersects the direction of the static polarization or the direction in which carrier injection occurs,
Installing or transporting the composite in a region including a position where the intensity of the oscillating electric field of the electromagnetic wave is highest, and irradiating the composite with the electromagnetic wave;
Heating method of the composite.
前記第1の物質は、半導体、絶縁体及び導体のいずれかからなり、
前記第2の物質は、半導体、絶縁体及び導体のいずれかからなり、かつ、前記第1の物質とは異なる材料からなり、
前記第3の物質を構成するハイブリッド半導体は、Aを陽イオン、Mを金属陽イオン、Xを陰イオンとして、AMX、A、AMX4、A、A10、AMX、Aの組成式で示される組成を有する、
請求項1に記載の複合体の加熱方法。
The first substance is composed of any one of a semiconductor, an insulator, and a conductor,
The second substance is made of any one of a semiconductor, an insulator, and a conductor, and is made of a material different from the first substance,
The hybrid semiconductor composing the third substance is AMX 3 , A 2 M 2 X 6 , A 2 MX 4 , A 3 M 2 X 7 , with A as a cation, M as a metal cation, and X as an anion. A 4 M 3 X 10 , A 3 MX 5 , A 4 M 2 X 8
The method for heating the composite according to claim 1.
前記第3の物質であるハイブリッド半導体の組成Aは、1+〜3+の範囲の値をとる正の形式電荷を有する少なくとも1種類のイオンである、
ハイブリッド材料である、
請求項2に記載の複合体の加熱方法。
The composition A of the hybrid semiconductor as the third substance is at least one ion having a positive formal charge taking a value in the range of 1+ to 3+.
A hybrid material,
The heating method of the composite_body | complex of Claim 2.
Rを、アルカン、アルケン、アルキン及び芳香族炭化水素を含む、C2n+1、C2n−1、C2n−3、及びCの一般式で示される組成式で表される組成を有するものとしたとき、
前記第3の物質であるハイブリッド半導体の正の形式電荷を有するイオンは、NH、RNH、RNH、RNH、RN、NH(CH)NH、NH(CR)NHの組成式で示される少なくとも1種類の陽イオンを含むハイブリッド材料である、
請求項2又は3に記載の複合体の加熱方法。
R is represented by a composition formula represented by the general formula of C n H 2n + 1 , C n H 2n−1 , C n H 2n-3 , and C 6 H 5 , including alkanes, alkenes, alkynes, and aromatic hydrocarbons. When having a composition to be
The ions having a positive formal charge of the hybrid substance as the third substance are NH 4 , RNH 3 , R 2 NH 2 , R 3 NH, R 4 N, NH 2 (CH) NH 2 , NH 2 (CR ) A hybrid material containing at least one cation represented by the composition formula of NH 2 ;
The heating method of the composite_body | complex of Claim 2 or 3.
前記第3の物質であるハイブリッド半導体の正の形式電荷を有するイオンは、Cs、Rb、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Sc、Y、Cu及びAgのうち少なくとも1種類の陽イオンを含むハイブリッド材料である、
請求項2又は3に記載の複合体の加熱方法。
The ion having a positive formal charge of the hybrid semiconductor as the third substance is at least one kind of Cs, Rb, K, Na, Li, Ba, Sr, Ca, Mg, Sc, Y, Cu, and Ag. A hybrid material containing cations,
The heating method of the composite_body | complex of Claim 2 or 3.
前記第3の物質であるハイブリッド半導体の組成Mは、1+〜3+の範囲の値をとる正の形式電荷を有する少なくとも1種類の陽イオンであり、Ag、Cu、Ni、 Co、 Fe、 Mn、 Cr、 Pd、 Cd、 Ge、 Sn、 Pb、Eu、 Yb、Bi、 Sb、 Al、 Ga及び Inのうち少なくとも1種類の陽イオンを含むハイブリッド材料である、
請求項2乃至4のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
The composition M of the hybrid semiconductor, which is the third substance, is at least one cation having a positive formal charge having a value in the range of 1+ to 3+, and is Ag, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, It is a hybrid material containing at least one cation among Cr, Pd, Cd, Ge, Sn, Pb, Eu, Yb, Bi, Sb, Al, Ga and In.
The method for heating a composite according to any one of claims 2 to 4.
前記第3の物質であるハイブリッド半導体の組成Xは、VIIA族からなる1−の値をとる正の形式電荷を有するCl、Br及びIのうち少なくとも1種類のイオンを含むハイブリッド材料である、
請求項2乃至6のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
The composition X of the hybrid semiconductor that is the third substance is a hybrid material containing at least one ion of Cl, Br, and I having a positive formal charge having a value of 1- consisting of the VIIA group.
The method for heating a composite according to any one of claims 2 to 6.
前記第3の物質であるハイブリッド半導体の前駆体溶液の溶媒の誘電損率(tan(δ))は、0.2よりも低い、
請求項2乃至7のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
The dielectric loss factor (tan (δ)) of the solvent of the hybrid semiconductor precursor solution as the third substance is lower than 0.2.
The method for heating a composite according to any one of claims 2 to 7.
前記第1の物質及び前記第2の物質のうち少なくとも一方は、酸化物半導体、酸化物絶縁体及び酸化物導体のいずれかである、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
At least one of the first substance and the second substance is an oxide semiconductor, an oxide insulator, or an oxide conductor.
The method for heating a composite according to any one of claims 1 to 8.
前記第1の物質及び前記第2の物質のうち少なくともいずれか一方は、前記所定の周波数の電磁波に対する誘電損失係数が5以下である、
請求項2乃至9のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
At least one of the first substance and the second substance has a dielectric loss coefficient of 5 or less with respect to the electromagnetic wave having the predetermined frequency.
The method for heating a composite according to any one of claims 2 to 9.
前記第1の物質はフッ素ドープ酸化錫、アンチモンドープ酸化錫及びインジウムドープ酸化錫のいずれかであり、
前記第2の物質は、酸化物である、
請求項9又は10に記載の複合体の加熱方法。
The first material is any one of fluorine-doped tin oxide, antimony-doped tin oxide and indium-doped tin oxide,
The second substance is an oxide;
The heating method of the composite_body | complex of Claim 9 or 10.
前記第2の物質は、ナノサイズ又はマイクロサイズの粒子、あるいは化合物の前駆体を含む溶液から形成され、かつ、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、セシウム、バリウム、ランタン、セリウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、スズ、鉛、ビスマス及びアンチモンからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む酸化物、硫化物、炭化物、水酸化物、リン酸化物及び窒化物のいずれかを含む、
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
The second substance is formed from a solution containing nano-sized or micro-sized particles or a compound precursor, and potassium, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper , Zinc, rubidium, strontium, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, cesium, barium, lanthanum, cerium, hafnium, tantalum, tungsten, boron, aluminum, silicon, germanium, gallium, indium, tin, lead, bismuth and antimony Including any of oxides, sulfides, carbides, hydroxides, phosphorus oxides and nitrides containing at least one element selected from the group,
The method for heating a composite according to any one of claims 1 to 11.
前記第2の物質は、化合物及びその前駆体を含む溶液から形成され、
前記化合物は、フラーレン、カルボラン、カーボンナノチューブ、グラフェン、チオフェン、アニリン、フタロシアニン、ペリレン、ポルフィリン、ローダニン及びトリフェニルアミンのうち少なくとも1種の分子構造を含む有機半導体材料を含む、
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
The second substance is formed from a solution containing a compound and its precursor,
The compound includes an organic semiconductor material including a molecular structure of at least one of fullerene, carborane, carbon nanotube, graphene, thiophene, aniline, phthalocyanine, perylene, porphyrin, rhodanine, and triphenylamine.
The method for heating a composite according to any one of claims 1 to 11.
前記第2の物質は、化合物及びその前駆体から形成され、
前記化合物は、 カーボンナノチューブ、銅ヨウ化物、銅イソチオシアネート、酸化銅、酸化ニッケル及び酸化モリブデンのうち少なくとも1種の物質を含むp型半導体特性を有する無機半導体材料を含む、
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
The second substance is formed from a compound and its precursor,
The compound includes an inorganic semiconductor material having p-type semiconductor properties including at least one substance selected from carbon nanotubes, copper iodide, copper isothiocyanate, copper oxide, nickel oxide, and molybdenum oxide.
The method for heating a composite according to any one of claims 1 to 11.
前記電磁波の前記所定の周波数は、0.05GHz〜50GHzの範囲内である、
請求項1乃至14のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
The predetermined frequency of the electromagnetic wave is in a range of 0.05 GHz to 50 GHz.
The method for heating a composite according to any one of claims 1 to 14.
前記電磁波の前記所定の周波数は、915MHz、2.45GHz、5.8GHz及び24.1GHzのいずれかである、
請求項15に記載の複合体の加熱方法。
The predetermined frequency of the electromagnetic wave is any one of 915 MHz, 2.45 GHz, 5.8 GHz, and 24.1 GHz.
The method for heating the composite according to claim 15.
前記第3の物質の焼成温度は、25℃以上かつ100℃以下である、
請求項1乃至16のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
The firing temperature of the third substance is 25 ° C. or more and 100 ° C. or less.
The method for heating a composite according to any one of claims 1 to 16.
前記電磁波が照射されることにより、前記第3の物質が焼成されてハイブリッド半導体が形成される、
請求項1乃至17のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
By irradiating the electromagnetic wave, the third substance is baked to form a hybrid semiconductor.
The method for heating a composite according to any one of claims 1 to 17.
前記第3の物質を、25℃〜80℃の範囲の第1の温度に保持した後、70〜90℃の範囲であって前記第1の温度よりも高い第2の温度に保持する、段階的な加熱プロファイルにて加熱を行う、
請求項18に記載の複合体の加熱方法。
Holding the third substance at a first temperature in the range of 25 ° C. to 80 ° C. and then holding at a second temperature in the range of 70 to 90 ° C. higher than the first temperature; Heating with a typical heating profile,
The heating method of the composite_body | complex of Claim 18.
前記電磁波の照射によって焼成された後の前記第3の物質を構成するハイブリッド半導体の面内方向の結晶の平均粒子径は、500nm以上である、
請求項18又は19に記載の複合体の加熱方法。
The average particle diameter of the crystals in the in-plane direction of the hybrid semiconductor constituting the third substance after being baked by irradiation with the electromagnetic wave is 500 nm or more.
The heating method of the composite_body | complex of Claim 18 or 19.
前記所定の周波数の電磁波に、前記所定の周波数よりも低い周波数の変調波を電磁波の振幅として重ねた電磁波を、前記複合体に照射する、
請求項1乃至20のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
Irradiating the composite with an electromagnetic wave obtained by superimposing a modulated wave having a frequency lower than the predetermined frequency on the electromagnetic wave of the predetermined frequency as the amplitude of the electromagnetic wave,
The method for heating a composite according to any one of claims 1 to 20.
前記所定の周波数の電磁波に、前記所定の周波数よりも低い周波数成分を含む任意の強度変調を電磁波の振幅として重ねた電磁波を、前記複合体に照射する、
請求項1乃至20のいずれか一項に記載の複合体の加熱方法。
Irradiating the composite with an electromagnetic wave obtained by superimposing an arbitrary intensity modulation including a frequency component lower than the predetermined frequency on the electromagnetic wave of the predetermined frequency as the amplitude of the electromagnetic wave,
The method for heating a composite according to any one of claims 1 to 20.
異なる組成の第1の物質、第2の物質及び第3の物質を有し、前記第2の物質は、前記第1の物質と第3の物質との間に前記第1及び第3の物質と接して配置されている複合体に、所定の周波数の電磁波を照射して加熱する、複合体の加熱装置であって、
前記電磁波を出力する電磁波発振部と、
前記電磁波発振部から出力された電磁波を、前記複合体へ向けて照射するアプリケータと、を備え、
前記第1の物質と前記第2の物質とは、前記第1の物質と前記第2の物質との間の当接界面を介して電荷の移動を伴う仕事関数差を有し、
前記第1の物質及び前記第2の物質は、前記第1の物質と前記第2の物質との間の前記当接界面に、電荷の移動に伴う静的分極又はキャリアの注入を形成する材料の組合せからなり、
前記第3の物質は、可視又は近赤外の光を吸収するハイブリッド半導体からなり、
前記複合体に照射される電磁波の電場の振動方向と前記当接界面とのなす角度は、0〜45°であり、
前記電磁波の電場の振動方向は、前記静的分極又はキャリアの移動方向に対して交差する方向であり、
前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に設置された前記複合体に前記電磁波を照射する、
複合体の加熱装置。
The first substance, the second substance, and the third substance having different compositions, wherein the second substance is between the first substance and the third substance. A composite heating device that heats a composite disposed in contact with an electromagnetic wave of a predetermined frequency by heating the composite,
An electromagnetic wave oscillation unit for outputting the electromagnetic wave;
An applicator for irradiating the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave oscillating unit toward the composite,
The first material and the second material have a work function difference with charge transfer through a contact interface between the first material and the second material,
The first substance and the second substance are materials that form static polarization or carrier injection associated with charge transfer at the contact interface between the first substance and the second substance. A combination of
The third substance is composed of a hybrid semiconductor that absorbs visible or near-infrared light,
The angle formed by the vibration direction of the electric field of the electromagnetic wave applied to the composite and the contact interface is 0 to 45 °,
The direction of vibration of the electric field of the electromagnetic wave is a direction crossing the direction of movement of the static polarization or carriers,
Irradiating the electromagnetic wave to the composite placed in a region including a position where the intensity of the oscillating electric field of the electromagnetic wave is highest;
Complex heating device.
第1の物質からなる第1導電体層と、
前記第1導電体層上に形成された、前記第1の物質とは異なる組成の第2の物質からなる第1の層と、
前記第1の層上に形成された、前記第1及び第2の物質とは異なる組成の可視又は近赤外の光を吸収するハイブリッド半導体である第3の物質からなり、光が照射されることで励起子が生成される光吸収層と、
前記光吸収層上に形成された第2の導電体層と、を少なくとも備え、
前記第1の物質と前記第2の物質とは、前記第1の物質と前記第2の物質との間の当接界面を介して電荷の移動を伴う仕事関数差を有し、
前記第1の物質及び前記第2の物質は、前記第1の物質と前記第2の物質との間の前記当接界面に、電荷の移動に伴う静的分極又はキャリアの注入を形成する材料の組合せからなり、
前記光吸収層は、前記第3の物質の前駆体を含む溶液を前記第1の層上に塗布し、その後、前記当接界面と電磁波の電場の振動方向とがなす角度が0〜45°となるように、前記第1〜第3の物質で構成される複合体に所定の周波数の電磁波を照射することで前記当接界面に生じる熱によって、塗布された層が加熱されることで形成され、
前記電磁波の電場の振動方向は、前記静的分極又はキャリアの移動方向に対して交差する方向であり、
前記複合体は、前記電磁波の振動電場の強度が最も高くなる位置を含む領域に設置又は搬送されて、前記電磁波が照射される、
光電変換素子。
A first conductor layer made of a first substance;
A first layer made of a second material having a composition different from that of the first material, formed on the first conductor layer;
A third material that is a hybrid semiconductor that absorbs visible or near-infrared light having a composition different from that of the first and second materials formed on the first layer is irradiated with light. A light absorption layer in which excitons are generated,
And at least a second conductor layer formed on the light absorption layer,
The first material and the second material have a work function difference with charge transfer through a contact interface between the first material and the second material,
The first substance and the second substance are materials that form static polarization or carrier injection associated with charge transfer at the contact interface between the first substance and the second substance. A combination of
The light absorption layer is formed by applying a solution containing the precursor of the third substance on the first layer, and then an angle formed by the contact interface and the vibration direction of the electric field of the electromagnetic wave is 0 to 45 °. Formed by heating the applied layer by the heat generated at the contact interface by irradiating the composite composed of the first to third substances with an electromagnetic wave of a predetermined frequency. And
The direction of vibration of the electric field of the electromagnetic wave is a direction crossing the direction of movement of the static polarization or carriers,
The complex is installed or transported in a region including a position where the intensity of the oscillating electric field of the electromagnetic wave is highest, and the electromagnetic wave is irradiated.
Photoelectric conversion element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020137161A (en) * 2019-02-13 2020-08-31 三菱ケミカル株式会社 Photoelectric conversion device
KR102230401B1 (en) * 2019-10-14 2021-03-22 극동대학교 산학협력단 Method of manufacturing CuO upon Cu deposition substrate
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