JP2022161921A - Electronic device and manufacturing method thereof, coating liquid for forming semiconductor layer and manufacturing method thereof - Google Patents
Electronic device and manufacturing method thereof, coating liquid for forming semiconductor layer and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022161921A JP2022161921A JP2022121698A JP2022121698A JP2022161921A JP 2022161921 A JP2022161921 A JP 2022161921A JP 2022121698 A JP2022121698 A JP 2022121698A JP 2022121698 A JP2022121698 A JP 2022121698A JP 2022161921 A JP2022161921 A JP 2022161921A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coating liquid
- compound
- layer
- dopant
- semiconductor layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 208
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 131
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 126
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 112
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 57
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 148
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 79
- 150000002497 iodine compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 102
- -1 triarylamine compound Chemical class 0.000 claims description 72
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 56
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 38
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 12
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 8
- 150000002894 organic compounds Chemical group 0.000 claims description 8
- 125000005520 diaryliodonium group Chemical group 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 253
- 238000000034 method Methods 0.000 description 58
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 description 28
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 27
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 26
- 239000010408 film Substances 0.000 description 21
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 17
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 16
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 13
- 229920001167 Poly(triaryl amine) Polymers 0.000 description 12
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 12
- 239000002585 base Substances 0.000 description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 125000002029 aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 7
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 5
- 125000006615 aromatic heterocyclic group Chemical group 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 150000004982 aromatic amines Chemical class 0.000 description 4
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 4
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 125000002950 monocyclic group Chemical group 0.000 description 4
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 4
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 4
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000005259 triarylamine group Chemical group 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 3
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 description 3
- QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N aminomethylideneazanium;iodide Chemical compound I.NC=N QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical class I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- NQMRYBIKMRVZLB-UHFFFAOYSA-N methylamine hydrochloride Chemical compound [Cl-].[NH3+]C NQMRYBIKMRVZLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N ortho-dichlorobenzene Natural products ClC1=CC=CC=C1Cl RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 125000000472 sulfonyl group Chemical group *S(*)(=O)=O 0.000 description 3
- CXWXQJXEFPUFDZ-UHFFFAOYSA-N tetralin Chemical compound C1=CC=C2CCCCC2=C1 CXWXQJXEFPUFDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- STTGYIUESPWXOW-UHFFFAOYSA-N 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline Chemical compound C=12C=CC3=C(C=4C=CC=CC=4)C=C(C)N=C3C2=NC(C)=CC=1C1=CC=CC=C1 STTGYIUESPWXOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N Acetophenone Chemical compound CC(=O)C1=CC=CC=C1 KWOLFJPFCHCOCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002777 acetyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)=O 0.000 description 2
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 125000004448 alkyl carbonyl group Chemical group 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N anisole Chemical compound COC1=CC=CC=C1 RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000005264 aryl amine group Chemical group 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000006267 biphenyl group Chemical group 0.000 description 2
- 125000000707 boryl group Chemical group B* 0.000 description 2
- QARVLSVVCXYDNA-UHFFFAOYSA-N bromobenzene Chemical compound BrC1=CC=CC=C1 QARVLSVVCXYDNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- RWGFKTVRMDUZSP-UHFFFAOYSA-N cumene Chemical compound CC(C)C1=CC=CC=C1 RWGFKTVRMDUZSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 description 2
- DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N cycloheptane Chemical compound C1CCCCCC1 DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BGTOWKSIORTVQH-UHFFFAOYSA-N cyclopentanone Chemical compound O=C1CCCC1 BGTOWKSIORTVQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N decalin Chemical compound C1CCCC2CCCCC21 NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NKLCNNUWBJBICK-UHFFFAOYSA-N dess–martin periodinane Chemical compound C1=CC=C2I(OC(=O)C)(OC(C)=O)(OC(C)=O)OC(=O)C2=C1 NKLCNNUWBJBICK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N diphenyl ether Chemical compound C=1C=CC=CC=1OC1=CC=CC=C1 USIUVYZYUHIAEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 2
- MTZQAGJQAFMTAQ-UHFFFAOYSA-N ethyl benzoate Chemical compound CCOC(=O)C1=CC=CC=C1 MTZQAGJQAFMTAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 2
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 2
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- RQQRAHKHDFPBMC-UHFFFAOYSA-L lead(ii) iodide Chemical compound I[Pb]I RQQRAHKHDFPBMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N methanamine;hydrobromide Chemical compound [Br-].[NH3+]C ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPJVMBTYPHYUOC-UHFFFAOYSA-N methyl benzoate Chemical compound COC(=O)C1=CC=CC=C1 QPJVMBTYPHYUOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UAEPNZWRGJTJPN-UHFFFAOYSA-N methylcyclohexane Chemical compound CC1CCCCC1 UAEPNZWRGJTJPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 125000001624 naphthyl group Chemical group 0.000 description 2
- 125000002560 nitrile group Chemical group 0.000 description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 2
- BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N nonane Chemical compound CCCCCCCCC BKIMMITUMNQMOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- CLYVDMAATCIVBF-UHFFFAOYSA-N pigment red 224 Chemical compound C=12C3=CC=C(C(OC4=O)=O)C2=C4C=CC=1C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C4=CC=C3C1=C42 CLYVDMAATCIVBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 2
- 125000004076 pyridyl group Chemical group 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 125000003808 silyl group Chemical group [H][Si]([H])([H])[*] 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 125000001544 thienyl group Chemical group 0.000 description 2
- 125000004149 thio group Chemical group *S* 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- 125000004169 (C1-C6) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DUAYDERMVQWIJD-UHFFFAOYSA-N 2-n,2-n,6-trimethyl-1,3,5-triazine-2,4-diamine Chemical compound CN(C)C1=NC(C)=NC(N)=N1 DUAYDERMVQWIJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MLLAPOCBLWUFAP-UHFFFAOYSA-N 3-Methylbutyl benzoate Chemical compound CC(C)CCOC(=O)C1=CC=CC=C1 MLLAPOCBLWUFAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=NC=C1 YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LPEKGGXMPWTOCB-UHFFFAOYSA-N 8beta-(2,3-epoxy-2-methylbutyryloxy)-14-acetoxytithifolin Natural products COC(=O)C(C)O LPEKGGXMPWTOCB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- NHTMVDHEPJAVLT-UHFFFAOYSA-N Isooctane Chemical compound CC(C)CC(C)(C)C NHTMVDHEPJAVLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FEXQDZTYJVXMOS-UHFFFAOYSA-N Isopropyl benzoate Chemical compound CC(C)OC(=O)C1=CC=CC=C1 FEXQDZTYJVXMOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O Methylammonium ion Chemical compound [NH3+]C BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XBDYBAVJXHJMNQ-UHFFFAOYSA-N Tetrahydroanthracene Natural products C1=CC=C2C=C(CCCC3)C3=CC2=C1 XBDYBAVJXHJMNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical group ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZBIKORITPGTTGI-UHFFFAOYSA-N [acetyloxy(phenyl)-$l^{3}-iodanyl] acetate Chemical compound CC(=O)OI(OC(C)=O)C1=CC=CC=C1 ZBIKORITPGTTGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007754 air knife coating Methods 0.000 description 1
- 150000001338 aliphatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000004947 alkyl aryl amino group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical class C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000008365 aromatic ketones Chemical class 0.000 description 1
- YCOXTKKNXUZSKD-UHFFFAOYSA-N as-o-xylenol Natural products CC1=CC=C(O)C=C1C YCOXTKKNXUZSKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003785 benzimidazolyl group Chemical class N1=C(NC2=C1C=CC=C2)* 0.000 description 1
- KYZHGEFMXZOSJN-UHFFFAOYSA-N benzoic acid isobutyl ester Natural products CC(C)COC(=O)C1=CC=CC=C1 KYZHGEFMXZOSJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229940063013 borate ion Drugs 0.000 description 1
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001942 caesium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052800 carbon group element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910052798 chalcogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000007766 curtain coating Methods 0.000 description 1
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- HHNHBFLGXIUXCM-GFCCVEGCSA-N cyclohexylbenzene Chemical compound [CH]1CCCC[C@@H]1C1=CC=CC=C1 HHNHBFLGXIUXCM-GFCCVEGCSA-N 0.000 description 1
- WJTCGQSWYFHTAC-UHFFFAOYSA-N cyclooctane Chemical compound C1CCCCCCC1 WJTCGQSWYFHTAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004914 cyclooctane Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 125000004663 dialkyl amino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004986 diarylamino group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- JVSWJIKNEAIKJW-UHFFFAOYSA-N dimethyl-hexane Natural products CCCCCC(C)C JVSWJIKNEAIKJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- ODQWQRRAPPTVAG-GZTJUZNOSA-N doxepin Chemical compound C1OC2=CC=CC=C2C(=C/CCN(C)C)/C2=CC=CC=C21 ODQWQRRAPPTVAG-GZTJUZNOSA-N 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002541 furyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007756 gravure coating Methods 0.000 description 1
- ISNICOKBNZOJQG-UHFFFAOYSA-O guanidinium ion Chemical compound C[NH+]=C(N(C)C)N(C)C ISNICOKBNZOJQG-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N hydrogen thiocyanate Natural products SC#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002883 imidazolyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- SNHMUERNLJLMHN-UHFFFAOYSA-N iodobenzene Chemical compound IC1=CC=CC=C1 SNHMUERNLJLMHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007759 kiss coating Methods 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000011254 layer-forming composition Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N mesitylene Substances CC1=CC(C)=CC(C)=C1 AUHZEENZYGFFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001827 mesitylenyl group Chemical group [H]C1=C(C(*)=C(C([H])=C1C([H])([H])[H])C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 1
- UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N methoxybenzene Substances CCCCOC=C UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SKTCDJAMAYNROS-UHFFFAOYSA-N methoxycyclopentane Chemical compound COC1CCCC1 SKTCDJAMAYNROS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940095102 methyl benzoate Drugs 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 229940057867 methyl lactate Drugs 0.000 description 1
- GYNNXHKOJHMOHS-UHFFFAOYSA-N methyl-cycloheptane Natural products CC1CCCCCC1 GYNNXHKOJHMOHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N methylazanium;iodide Chemical compound [I-].[NH3+]C LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N monofluorobenzene Chemical compound FC1=CC=CC=C1 PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AJFDBNQQDYLMJN-UHFFFAOYSA-N n,n-diethylacetamide Chemical compound CCN(CC)C(C)=O AJFDBNQQDYLMJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YTVNOVQHSGMMOV-UHFFFAOYSA-N naphthalenetetracarboxylic dianhydride Chemical compound C1=CC(C(=O)OC2=O)=C3C2=CC=C2C(=O)OC(=O)C1=C32 YTVNOVQHSGMMOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 150000004866 oxadiazoles Chemical class 0.000 description 1
- MPQXHAGKBWFSNV-UHFFFAOYSA-N oxidophosphanium Chemical class [PH3]=O MPQXHAGKBWFSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002979 perylenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000003003 phosphines Chemical class 0.000 description 1
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 description 1
- 150000004033 porphyrin derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- KRIOVPPHQSLHCZ-UHFFFAOYSA-N propiophenone Chemical compound CCC(=O)C1=CC=CC=C1 KRIOVPPHQSLHCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N protonated dimethyl amine Natural products CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000168 pyrrolyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000007763 reverse roll coating Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 229910001419 rubidium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- WSANLGASBHUYGD-UHFFFAOYSA-N sulfidophosphanium Chemical class S=[PH3] WSANLGASBHUYGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- IFLREYGFSNHWGE-UHFFFAOYSA-N tetracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC=CC=C4C=C3C=C21 IFLREYGFSNHWGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003718 tetrahydrofuranyl group Chemical group 0.000 description 1
- ZCUFMDLYAMJYST-UHFFFAOYSA-N thorium dioxide Chemical compound O=[Th]=O ZCUFMDLYAMJYST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002366 time-of-flight method Methods 0.000 description 1
- QPBYLOWPSRZOFX-UHFFFAOYSA-J tin(iv) iodide Chemical compound I[Sn](I)(I)I QPBYLOWPSRZOFX-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- TVIVIEFSHFOWTE-UHFFFAOYSA-K tri(quinolin-8-yloxy)alumane Chemical compound [Al+3].C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1.C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1.C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1 TVIVIEFSHFOWTE-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- DMTNYYLGEBSTEJ-UHFFFAOYSA-N triphenylene-1,2-diamine Chemical compound C1=CC=C2C3=C(N)C(N)=CC=C3C3=CC=CC=C3C2=C1 DMTNYYLGEBSTEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N vertaline Natural products C1C2C=3C=C(OC)C(OC)=CC=3OC(C=C3)=CC=C3CCC(=O)OC1CC1N2CCCC1 PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/40—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a p-i-n structure, e.g. having a perovskite absorber between p-type and n-type charge transport layers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
本発明は、電子デバイス及びその製造方法、並びに半導体層形成用塗布液及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electronic device and its manufacturing method, and a semiconductor layer-forming coating liquid and its manufacturing method.
半導体層を有する半導体デバイスの性能は、半導体層の特性に大きな影響を受ける。このため、性能の高い半導体デバイスを製造するための研究において、半導体層の改善は主要なターゲットとなっている。例えば非特許文献1には、ヨウ化メチルアミンとヨウ化スズとから得られるペロブスカイト半導体層を、LT-VASP法で作製することにより、デバイス再現性を向上できたことが記載されている。また、非特許文献1では、正孔輸送層の材料として4-イソプロピル-4’-メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(TPFB)をドーピングしたポリ[ビス(4-フェニル)(2,4,6-トリメチルフェニル)アミン](PTAA)が用いられている。 The performance of a semiconductor device having a semiconductor layer is greatly affected by the properties of the semiconductor layer. For this reason, semiconductor layer improvement has become a major target in research to produce high performance semiconductor devices. For example, Non-Patent Document 1 describes that device reproducibility can be improved by fabricating a perovskite semiconductor layer obtained from methylamine iodide and tin iodide by the LT-VASP method. In addition, in Non-Patent Document 1, poly[bis(4-phenyl)(2,4 ,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA) has been used.
本願発明者らは、ドーピングされた半導体化合物を含む半導体層を備える電子デバイスは、経時的に光電変換効率が低下することがあることを見出した。例えば、非特許文献1に記載されているようなTPFBがドーピングされたPTAAを光電変換素子のバッファ層に用いたところ、初期の光電変換効率は高いものの、高温高湿下で保存すると光電変換効率が急速に低下していくことが見出された。光電変換素子の実用化のためには、光電変換効率の耐久性を高め、光電変換効率を低下しにくくすることが求められる。 The inventors have found that electronic devices comprising a semiconductor layer comprising a doped semiconductor compound can exhibit a decrease in photoelectric conversion efficiency over time. For example, when PTAA doped with TPFB as described in Non-Patent Document 1 is used as a buffer layer of a photoelectric conversion element, the photoelectric conversion efficiency is high at the initial stage, but when stored under high temperature and high humidity conditions, the photoelectric conversion efficiency is reduced. was found to decline rapidly. For the practical use of photoelectric conversion elements, it is required to increase the durability of the photoelectric conversion efficiency and to make the photoelectric conversion efficiency less likely to decrease.
本発明は、半導体層を備える電子デバイスの耐久性を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to improve the durability of an electronic device having a semiconductor layer.
本願発明者らは、半導体化合物に対してドーピングを行う際に、特定の条件で処理することにより、この半導体化合物を用いた電子デバイスの耐久性を高められることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させた。 The inventors of the present application have found that the durability of an electronic device using this semiconductor compound can be enhanced by performing treatment under specific conditions when doping the semiconductor compound. perfected the invention.
すなわち、本発明の要旨は、以下に存する。
[1]半導体層を備える電子デバイスの製造方法であって、有機半導体化合物と、超原子価ヨウ素化合物である前記有機半導体化合物に対するドーパントと、を含有する塗布液を85℃以上に加熱した及び/又は該塗布液に紫外線を照射した後に、該塗布液を塗布することにより前記半導体層を形成する工程を含む、製造方法。
[2]前記ドーパントは、3価のヨウ素を含む有機化合物であることを特徴とする、[1]に記載の製造方法。
[3]前記ドーパントは、ジアリールヨードニウム塩であることを特徴とする、[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4]前記有機半導体化合物は、トリアリールアミン化合物であることを特徴とする、[1]から[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5]前記電子デバイスは、下部電極と上部電極から構成される一対の電極と、該一対の電極間にあるペロブスカイト化合物を含有する活性層と、該一対の電極と前記活性層との間にあるバッファ層と、を備える光電変換素子であって、前記半導体層は前記バッファ層であることを特徴とする、[1]に記載の製造方法。
[6]前記バッファ層は正孔取り出し層であることを特徴とする、[5]に記載の製造方法。
[7]前記バッファ層は、前記上部電極と前記活性層との間に位置することを特徴とする、[5]又は[6]に記載の製造方法。
[8][1]から[7]のいずれかに記載の製造方法により製造された電子デバイス。
[9]半導体層形成用塗布液の製造方法であって、有機半導体化合物と、超原子価ヨウ素化合物である前記有機半導体化合物に対するドーパントと、を含有する塗布液を85℃以上に加熱する及び/又は塗布液に紫外線を照射する工程を含むことを特徴とする、製造方法。
[10][9]に記載の製造方法により製造された半導体層形成用塗布液。
[11]半導体層を備える電子デバイスであって、前記半導体層は、ドーパントによりドーピングされた有機半導体化合物を含み、前記半導体層が含有する未反応のドーパント量は、未反応のドーパント量と反応済みドーパント量の和であるドーパント量の80質量%以下であることを特徴とする、電子デバイス。
[12]半導体層形成用塗布液であって、前記半導体層形成用塗布液は、ドーパントによりドーピングされた有機半導体化合物を含み、前記半導体層形成用塗布液が含有する未反応のドーパント量は、未反応のドーパント量と反応済みドーパント量の和であるドーパント量の80質量%以下であることを特徴とする、半導体層形成用塗布液。
That is, the gist of the present invention resides in the following.
[1] A method for manufacturing an electronic device having a semiconductor layer, wherein a coating liquid containing an organic semiconductor compound and a dopant for the organic semiconductor compound which is a hypervalent iodine compound is heated to 85°C or higher and/or Alternatively, a manufacturing method comprising the step of forming the semiconductor layer by applying the coating liquid after irradiating the coating liquid with ultraviolet rays.
[2] The production method according to [1], wherein the dopant is an organic compound containing trivalent iodine.
[3] The production method according to [1] or [2], wherein the dopant is a diaryliodonium salt.
[4] The production method according to any one of [1] to [3], wherein the organic semiconductor compound is a triarylamine compound.
[5] The electronic device comprises a pair of electrodes composed of a lower electrode and an upper electrode, an active layer containing a perovskite compound between the pair of electrodes, and an active layer between the pair of electrodes and the active layer. and a buffer layer, wherein the semiconductor layer is the buffer layer.
[6] The manufacturing method according to [5], wherein the buffer layer is a hole extraction layer.
[7] The manufacturing method according to [5] or [6], wherein the buffer layer is positioned between the upper electrode and the active layer.
[8] An electronic device manufactured by the manufacturing method according to any one of [1] to [7].
and/ Alternatively, a manufacturing method comprising a step of irradiating the coating liquid with ultraviolet rays.
[10] A coating liquid for forming a semiconductor layer produced by the production method described in [9].
[11] An electronic device comprising a semiconductor layer, wherein the semiconductor layer contains an organic semiconductor compound doped with a dopant, and the amount of unreacted dopant contained in the semiconductor layer has been reacted with the amount of unreacted dopant. An electronic device characterized in that the dopant amount, which is the sum of the dopant amounts, is 80% by mass or less.
[12] The coating liquid for forming a semiconductor layer, wherein the coating liquid for forming a semiconductor layer contains an organic semiconductor compound doped with a dopant, and the amount of unreacted dopant contained in the coating liquid for forming a semiconductor layer is A coating liquid for forming a semiconductor layer, wherein the amount of dopant, which is the sum of the amount of unreacted dopant and the amount of reacted dopant, is 80% by mass or less.
半導体層を備える電子デバイスの耐久性を向上させることができる。 It is possible to improve the durability of an electronic device having a semiconductor layer.
以下に、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定はされない。 Embodiments of the present invention are described in detail below. The description of the constituent elements described below is an example (representative example) of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents as long as it does not exceed the gist of the present invention.
本発明は、半導体層を備える電子デバイスの製造方法に関する。本発明に係る製造方法は、有機半導体化合物と、超原子価ヨウ素化合物である有機半導体化合物に対するドーパントと、を含有する塗布液を85℃以上に加熱した及び/又は該塗布液に紫外線を照射した後に、塗布液を塗布することにより半導体層を形成する工程を含む。以下では、半導体層を形成する工程で用いられる半導体層形成用塗布液及びその製造方法、並びにこの製造方法により製造された電子デバイスについても説明する。 The present invention relates to a method of manufacturing an electronic device with a semiconductor layer. In the production method according to the present invention, a coating liquid containing an organic semiconductor compound and a dopant for the organic semiconductor compound that is a hypervalent iodine compound is heated to 85° C. or higher and/or the coating liquid is irradiated with ultraviolet rays. Afterwards, a step of forming a semiconductor layer by applying a coating liquid is included. The semiconductor layer-forming coating liquid used in the step of forming the semiconductor layer, the method for producing the same, and the electronic device produced by this method will also be described below.
[有機半導体化合物]
半導体化合物とは、半導体特性を示す半導体材料として使用可能な化合物のことを指す。なお、本明細書において「半導体」とは、固体状態におけるキャリア移動度の大きさによって定義される。キャリア移動度とは、周知であるように、電荷(電子又は正孔)がどれだけ速く(又は多く)移動されうるかを示す指標となるものである。具体的には、本明細書における「半導体」は、室温におけるキャリア移動度が好ましくは1.0x10-6cm2/V・s以上、より好ましくは1.0x10-5cm2/V・s以上、さらに好ましくは5.0x10-5cm2/V・s以上、特に好ましくは1.0x10-4cm2/V・s以上である。なお、キャリア移動度は、例えば電界効果トランジスタのIV特性の測定、又はタイムオブフライト法等により測定できる。
[Organic semiconductor compound]
A semiconducting compound refers to a compound that exhibits semiconducting properties and can be used as a semiconducting material. In this specification, the term "semiconductor" is defined by the magnitude of carrier mobility in a solid state. Carrier mobility, as is well known, is a measure of how fast (or how much) charges (electrons or holes) can be moved. Specifically, the “semiconductor” in this specification preferably has a carrier mobility at room temperature of 1.0×10 −6 cm 2 /V·s or more, more preferably 1.0×10 −5 cm 2 /V·s or more. , more preferably 5.0×10 −5 cm 2 /V·s or more, and particularly preferably 1.0×10 −4 cm 2 /V·s or more. Note that the carrier mobility can be measured, for example, by measuring IV characteristics of a field effect transistor or by a time-of-flight method.
本実施形態においては半導体化合物として有機半導体化合物が用いられるが、その種類は特に限定されず、例えば従来知られているものを用いることができる。有機半導体化合物としては、低分子化合物及び高分子化合物が知られている。低分子の有機半導体化合物としては、多環芳香族化合物が挙げられ、具体例としてはテトラセン若しくはペンタセン等のアセン類化合物、オリゴチオフェン類化合物、フタロシアニン類化合物、ペリレン類化合物、ルブレン類化合物、又はトリアリールアミン化合物等のアリールアミン化合物、等が挙げられる。また、高分子の有機半導体化合物としては、ポリチオフェン系ポリマー、ポリアセチレン系ポリマー、ポリアニリン系ポリマー、ポリフェニレン系ポリマー、ポリフェニレンビニレン系ポリマー、ポリフルオレン系ポリマー、若しくはポリピロール系ポリマーのような共役ポリマー、又はトリアリールアミンポリマーのようなアリールアミンポリマーが挙げられる。 Although an organic semiconductor compound is used as the semiconductor compound in this embodiment, the type thereof is not particularly limited, and conventionally known compounds can be used, for example. Low-molecular-weight compounds and high-molecular-weight compounds are known as organic semiconductor compounds. Low-molecular-weight organic semiconductor compounds include polycyclic aromatic compounds, and specific examples include acene compounds such as tetracene or pentacene, oligothiophenes, phthalocyanines, perylenes, rubrenes, or thoria. and arylamine compounds such as arylamine compounds. Further, as the high-molecular organic semiconductor compound, polythiophene-based polymer, polyacetylene-based polymer, polyaniline-based polymer, polyphenylene-based polymer, polyphenylene vinylene-based polymer, polyfluorene-based polymer, or conjugated polymer such as polypyrrole-based polymer, or triaryl Arylamine polymers such as amine polymers are included.
有機半導体化合物として好ましくはアリールアミン化合物であり、より好ましくはトリアリールアミン化合物である。アリールアミン化合物とは、アリールアミン構造(アリール基と窒素原子との結合)を有する化合物のことであり、アリールアミンポリマーを含む。アリールアミンポリマーとは、繰り返し単位がアリールアミン構造を含んでいるポリマーのことである。また、トリアリールアミン化合物とは、トリアリールアミン構造(3つのアリール基の同じ窒素原子への結合)を有する化合物のことであり、トリアリールアミンポリマーを含む。トリアリールアミンポリマーとは、繰り返し単位がトリアリールアミン構造を含んでいるポリマーのことである。このようなアリールアミン化合物又はトリアリールアミン化合物は、ドーパントにより安定に酸化され、良好な半導体特性を示しうる点で好ましい。 The organic semiconductor compound is preferably an arylamine compound, more preferably a triarylamine compound. An arylamine compound is a compound having an arylamine structure (a bond between an aryl group and a nitrogen atom), and includes arylamine polymers. An arylamine polymer is a polymer whose repeating units contain an arylamine structure. A triarylamine compound is a compound having a triarylamine structure (three aryl groups bonded to the same nitrogen atom), and includes triarylamine polymers. A triarylamine polymer is a polymer whose repeating unit contains a triarylamine structure. Such an arylamine compound or triarylamine compound is preferable in that it can be stably oxidized by a dopant and exhibit good semiconductor properties.
ここで、アリール基(又は芳香族基)は、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基のことを指し、単環のもの、縮合環のもの、及び単環又は縮合環が連結しているもの、を含む。芳香族基としては、特に限定されないが、炭素数30以下であることが好ましく、炭素数12以下であることがより好ましい。芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、又はビフェニル基等が挙げられる。芳香族複素環基の具体例としては、チエニル基、フリル基、ピロリル基、ピリジル基、又はイミダゾリル基等が挙げられる。 Here, the aryl group (or aromatic group) refers to an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group, which is a monocyclic group, a condensed ring group, and a monocyclic or condensed ring group. things, including The aromatic group is not particularly limited, but preferably has 30 or less carbon atoms, more preferably 12 or less carbon atoms. Specific examples of aromatic hydrocarbon groups include a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, and the like. Specific examples of the aromatic heterocyclic group include thienyl group, furyl group, pyrrolyl group, pyridyl group, imidazolyl group and the like.
芳香族基は、さらなる置換基を有していてもよい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、特に制限されないが、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、アルキルカルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、チオ基、セレノ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基等が挙げられる。アリール基が有している置換基として好ましくは、アミノ基又は炭素数1~6のアルキル基が挙げられる。ここで、アミノ基として好ましくは、炭素数2~12のジアルキルアミノ基、炭素数7~20のアルキルアリールアミノ基、又は炭素数12~30のジアリールアミノ基である。 The aromatic group may have further substituents. The substituents that the aromatic group may have are not particularly limited, but are halogen atoms, hydroxyl groups, cyano groups, amino groups, carboxyl groups, ester groups, alkylcarbonyl groups, acetyl groups, sulfonyl groups, silyl groups, Boryl group, nitrile group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, thio group, seleno group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group and the like. A preferred substituent of the aryl group is an amino group or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Here, the amino group is preferably a dialkylamino group having 2 to 12 carbon atoms, an alkylarylamino group having 7 to 20 carbon atoms, or a diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms.
有機半導体化合物の好ましい例としては、下式(I)又は(II)で表される化合物が挙げられる。
式(I)(II)において、Ar1は2価の芳香族基であり、Ar2は直接結合又は2価の芳香族基である。Ar1とAr2とは同じであっても異なっていてもよい。2価の芳香族基とは、前に説明した芳香族基から1つの水素原子を除いて得られる置換基である。Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、好ましくは炭素数2~20の2価の芳香族基であり、より好ましくは炭素数6~20の芳香族炭化水素基(単環のもの、縮合環のもの、及び単環若しくは縮合環が連結されたものを含む)である。これらの2価の芳香族基は、好ましくはさらなる置換基を有さないか又は炭素数1~6のアルキル基を有している。 In formulas (I) and (II), Ar 1 is a divalent aromatic group and Ar 2 is a direct bond or a divalent aromatic group. Ar 1 and Ar 2 may be the same or different. A divalent aromatic group is a substituent obtained by removing one hydrogen atom from the previously described aromatic group. Ar 1 and Ar 2 are each independently preferably a divalent aromatic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms (single ring, condensed ring and those in which single rings or condensed rings are connected). These divalent aromatic groups preferably have no further substituents or carry alkyl groups of 1 to 6 carbon atoms.
式(I)(II)において、Ar3~Ar5は置換基を有していてもよい芳香族基である。芳香族基としては、前に説明したものを用いることができる。Ar3~Ar5は、同じ芳香族基であっても異なる芳香族基であってもよい。Ar3~Ar5は、それぞれ独立に、好ましくは炭素数2~20の芳香族基であり、より好ましくは炭素数6~20の芳香族炭化水素基(単環のもの、縮合環のもの、及び単環若しくは縮合環が連結されたものを含む)である。これらの芳香族基は、好ましくはさらなる置換基を有さないか、又は上述したアミノ基若しくは炭素数1~6のアルキル基を有している。 In formulas (I) and (II), Ar 3 to Ar 5 are aromatic groups which may have a substituent. As the aromatic group, those previously described can be used. Ar 3 to Ar 5 may be the same aromatic group or different aromatic groups. Ar 3 to Ar 5 are each independently preferably an aromatic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms (monocyclic, condensed ring, and those in which monocyclic or condensed rings are connected). These aromatic groups preferably have no further substituents or carry the abovementioned amino groups or C 1 -C 6 alkyl groups.
有機半導体化合物の具体例としては、以下の化合物が挙げられる。 Specific examples of organic semiconductor compounds include the following compounds.
[ドーパント]
本実施形態においては、ドーパントとして超原子価ヨウ素化合物が用いられる。超原子価ヨウ素化合物は、有機半導体化合物に対するドーパントとして働く。超原子価ヨウ素化合物は、電子受容性(すなわち酸化剤としての働き)を示すことが知られている。また、電子受容性のドーパントは、半導体化合物から電子を奪うことにより、半導体化合物の導電性又は正孔輸送能力を向上させることができる。このように、超原子価ヨウ素化合物は、電子デバイスに用いられる半導体化合物の電荷輸送特性を向上させることができる。
[Dopant]
In this embodiment, a hypervalent iodine compound is used as the dopant. Hypervalent iodine compounds act as dopants for organic semiconductor compounds. Hypervalent iodine compounds are known to exhibit electron-accepting properties (that is, act as oxidants). Also, the electron-accepting dopant can improve the conductivity or hole-transporting ability of the semiconductor compound by removing electrons from the semiconductor compound. Thus, hypervalent iodine compounds can improve the charge transport properties of semiconductor compounds used in electronic devices.
超原子価ヨウ素化合物とは、超原子価ヨウ素を含む化合物であり、酸化数が+3以上となっているヨウ素を含む化合物と定義される。例えば、ドーパントは、ヨウ素(III)化合物又はヨウ素(V)化合物でありうる。5価のヨウ素を含むヨウ素(V)化合物は、例えば、デス・マーチン・ペルヨージナンのようなペルヨージナン化合物でありうる。また、3価のヨウ素を含むヨウ素(III)化合物としては、(ジアセトキシヨード)ベンゼンのようなヨードベンゼンが酸化された構造を有する化合物、又はジアリールヨードニウム塩が挙げられる。良好な電子受容性を示し、また酸化過程において分子が破壊されると逆反応が起こりにくい点で、ジアリールヨードニウム塩を用いることは好ましい。 A hypervalent iodine compound is a compound containing hypervalent iodine and is defined as a compound containing iodine having an oxidation number of +3 or higher. For example, the dopant can be an iodine (III) compound or an iodine (V) compound. The iodine (V) compound containing pentavalent iodine can be, for example, a periodinane compound such as Dess-Martin periodinane. Examples of iodine (III) compounds containing trivalent iodine include compounds having a structure in which iodobenzene is oxidized, such as (diacetoxyiodo)benzene, and diaryliodonium salts. It is preferable to use a diaryliodonium salt because it exhibits good electron-accepting properties and the reverse reaction is less likely to occur if the molecule is destroyed during the oxidation process.
ジアリールヨードニウム塩とは、[Ar-I+-Ar]X-構造を有する塩のことである。ここで、2つのArはそれぞれアリール基を表す。アリール基(芳香族基)は特に限定されず、例えば有機半導体化合物に関して既に挙げたものでありうる。X-は、任意のアニオンを表す。X-としては、例えば、ハロゲン化物イオン、トリフルオロ酢酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、又はテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸イオン等でありうる。溶解性が高く、塗布液の生成反応が円滑に進行しうる点で、X-はフッ素原子を有するアニオンであることが好ましい。 A diaryliodonium salt is a salt having the [Ar-I + -Ar]X - structure. Here, two Ars each represent an aryl group. The aryl group (aromatic group) is not particularly limited and can be, for example, those already mentioned for the organic semiconductor compounds. X − represents any anion. X - can be, for example, a halide ion, a trifluoroacetate ion, a tetrafluoroborate ion, a tetrakis(pentafluorophenyl)borate ion, or the like. X 1 − is preferably an anion having a fluorine atom in terms of high solubility and smooth progress of the coating liquid production reaction.
ドーパントの好ましい例としては、一般式(III)に表されるものが挙げられる。式(III)において、X-は、任意のアニオンを表し、具体例としては上記の通りである。
式(III)において、R1及びR2は、それぞれ独立に1価の有機基である。1価の有機基の例としては、脂肪族基又は芳香族基が挙げられる。脂肪族基の例としては、炭素数1~20の脂肪族炭化水素基又は炭素数4~20の脂肪族複素環基が挙げられる。例えば、脂肪族基としては、シクロアルキル基を含むアルキル基、アルケニル基、又はアルキニル基等が挙げられ、具体例としてはメチル基、エチル基、ブチル基、シクロヘキシル基、又はテトラヒドロフリル基等が挙げられる。 In formula (III), R 1 and R 2 are each independently a monovalent organic group. Examples of monovalent organic groups include aliphatic or aromatic groups. Examples of aliphatic groups include aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms and aliphatic heterocyclic groups having 4 to 20 carbon atoms. For example, the aliphatic group includes an alkyl group including a cycloalkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group, and specific examples include a methyl group, an ethyl group, a butyl group, a cyclohexyl group, a tetrahydrofuryl group, and the like. be done.
芳香族基の例としては、炭素数6~20の芳香族炭化水素基又は炭素数2~20の芳香族複素環基が挙げられる。例えば、芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、チエニル基、又はピリジル基等が挙げられる。 Examples of aromatic groups include aromatic hydrocarbon groups having 6 to 20 carbon atoms or aromatic heterocyclic groups having 2 to 20 carbon atoms. For example, aromatic groups include a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a pyridyl group, and the like.
なお、上記の脂肪族基及び芳香族基は、置換基を有していてもよい。有していてもよい置換基としては、特段の制限はないが、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、アルキルカルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、チオ基、セレノ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基等が挙げられる。 In addition, said aliphatic group and aromatic group may have a substituent. Substituents which may be present are not particularly limited, but are halogen atoms, hydroxyl groups, cyano groups, amino groups, carboxyl groups, ester groups, alkylcarbonyl groups, acetyl groups, sulfonyl groups, silyl groups, and boryl groups. , nitrile group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, thio group, seleno group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group and the like.
R1及びR2は、好ましくは炭素数6~20の芳香族炭化水素基であり、より好ましくはフェニル基である。ここで、芳香族炭化水素基は置換基を有さない又は炭素数1~6のアルキル基を有することが好ましい。R1及びR2は、特に、パラ位にアルキル基を有するフェニル基であることが好ましい。 R 1 and R 2 are preferably aromatic hydrocarbon groups having 6 to 20 carbon atoms, more preferably phenyl groups. Here, the aromatic hydrocarbon group preferably has no substituent or has an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. R 1 and R 2 are particularly preferably phenyl groups having an alkyl group at the para-position.
[塗布液の調製]
本実施形態においては、有機半導体化合物と、超原子価ヨウ素化合物である有機半導体化合物に対するドーパントと、を含有する塗布液を85℃以上に加熱し及び/又はこの塗布液に紫外線を照射し、こうして半導体層形成用塗布液の調製が行われる。例えば、まず、有機半導体化合物と、超原子価ヨウ素化合物である有機半導体化合物に対するドーパントと、を含有する溶液が調製される。次に、調製された溶液が85℃以上に加熱され及び/又はこの溶液に紫外線が照射される。こうして、半導体層形成用塗布液を製造することができる。
[Preparation of coating liquid]
In the present embodiment, the coating liquid containing the organic semiconductor compound and the dopant for the organic semiconductor compound which is a hypervalent iodine compound is heated to 85° C. or higher and/or the coating liquid is irradiated with ultraviolet rays, thus A coating liquid for forming a semiconductor layer is prepared. For example, first, a solution containing an organic semiconductor compound and a dopant for the organic semiconductor compound, which is a hypervalent iodine compound, is prepared. Next, the prepared solution is heated above 85° C. and/or the solution is irradiated with ultraviolet light. In this way, a coating liquid for forming a semiconductor layer can be produced.
最初に、有機半導体化合物とドーパントとを含有する溶液が調製される。具体的には、有機半導体化合物と、ドーパントと、が溶媒に溶解される。もっとも、これらの化合物を完全に溶媒に溶解させる必要はなく、加熱又は紫外線照射を行う際に化合物を溶媒に溶解させてもよい。 First, a solution is prepared containing an organic semiconductor compound and a dopant. Specifically, an organic semiconductor compound and a dopant are dissolved in a solvent. However, it is not necessary to completely dissolve these compounds in the solvent, and the compounds may be dissolved in the solvent when heating or irradiating with ultraviolet rays.
溶媒は、半導体化合物及びドーパントを溶解可能な溶媒が用いられる。また、好ましくは、沸点が溶液調製時の温度よりも高い溶媒が用いられる。溶媒の例としては、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン若しくはデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、メシチレン、クメン、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン、フルオロベンゼン、クロロベンゼン、ブロモベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;シクロペンタノン、若しくはシクロヘキサノン等の脂肪族ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;酢酸ブチル、乳酸メチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸イソプロピル、安息香酸イソブチル若しくは安息香酸イソアミル等のエステル類;トリクロロエチレン等のハロゲン化炭化水素類;又は、シクロペンチルメチルエーテル、アニソール、ジフェニルエーテル、ジメトキシエタン若しくはジオキサン等のエーテル類が挙げられる。 A solvent capable of dissolving the semiconductor compound and the dopant is used as the solvent. Also, preferably, a solvent having a boiling point higher than the temperature at which the solution is prepared is used. Examples of solvents include aliphatic hydrocarbons such as heptane, octane, isooctane, nonane or decane; aromatics such as toluene, xylene, mesitylene, cumene, tetralin, cyclohexylbenzene, fluorobenzene, chlorobenzene, bromobenzene or orthodichlorobenzene Alicyclic hydrocarbons such as methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane or decalin; Aliphatic ketones such as cyclopentanone or cyclohexanone; Aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; Esters such as butyl, methyl lactate, methyl benzoate, ethyl benzoate, isopropyl benzoate, isobutyl benzoate or isoamyl benzoate; halogenated hydrocarbons such as trichlorethylene; or cyclopentyl methyl ether, anisole, diphenyl ether, dimethoxyethane Alternatively, ethers such as dioxane can be used.
次に、調製された溶液が85℃以上に加熱されるか、この溶液に紫外線が照射されるか、又はこれらの双方が行われる。加熱を行う場合、加熱方法は特に限定されず、例えばホットプレート等の熱源を用いてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気を用いてもよい。また、紫外線を照射する場合、照射方法は特に限定されず、例えば紫外線ランプを用いて行うことができる。加熱又は紫外線照射中には、溶液を攪拌することができる。なお、本発明において紫外線とは波長200nm以上400nm未満の範囲の光を意味するものとする。 The prepared solution is then heated to 85° C. or higher, or the solution is irradiated with ultraviolet light, or both. When heating is performed, the heating method is not particularly limited. For example, a heat source such as a hot plate may be used, or a heating atmosphere such as an oven may be used. Moreover, when irradiating with ultraviolet rays, the irradiation method is not particularly limited, and for example, an ultraviolet lamp can be used. The solution can be stirred during heating or UV irradiation. In the present invention, ultraviolet light means light with a wavelength of 200 nm or more and less than 400 nm.
本願発明者の検討によれば、85℃以上への加熱を行うか又は紫外線照射を行うことにより、得られた半導体層形成用塗布液を用いて形成した半導体層を有する電子デバイスの耐久性が向上する。この理由は明確ではないが、本願発明者らは、85℃以上への加熱を行うか又は紫外線照射を行うことにより、溶液中で有機半導体化合物に化学変化が生じるものと考えている。 According to studies by the inventors of the present application, the durability of an electronic device having a semiconductor layer formed using the obtained coating liquid for forming a semiconductor layer is improved by heating to 85° C. or higher or by irradiating with ultraviolet rays. improves. Although the reason for this is not clear, the inventors of the present application believe that heating to 85° C. or higher or ultraviolet irradiation causes a chemical change in the organic semiconductor compound in the solution.
従来のように70℃以下で加熱を行って半導体層形成用塗布液を作製した場合でも、この半導体層形成用塗布液を用いて形成した半導体層を有する電子デバイスは機能することが知られていた。しかしながら、本願発明者らは、こうして作製された電子デバイスが、高温高湿環境下においては短期間で性能を失うことを見出した。本願発明者らは、この理由として、従来の方法でも半導体化合物からドーパントへの電荷移動は起こるため、当初は半導体層が電荷輸送特性を示すものの、半導体化合物の酸化状態が不安定なために、高温高湿環境下においてドーパントの電荷が再び半導体化合物に戻りやすいのではないかと推定している。その結果、半導体層は電気的に中性となるために導電性が下がり、電子デバイスの性能が低下する。 It is known that an electronic device having a semiconductor layer formed using this semiconductor layer-forming coating liquid functions even when the semiconductor layer-forming coating liquid is prepared by heating at 70° C. or lower as in the conventional method. rice field. However, the inventors of the present application have found that the electronic device manufactured in this manner loses its performance in a short period of time in a high-temperature and high-humidity environment. The inventors of the present application believe that the reason for this is that charge transfer from the semiconductor compound to the dopant occurs even in conventional methods, so that although the semiconductor layer initially exhibits charge transport properties, the oxidation state of the semiconductor compound is unstable. It is presumed that the charge of the dopant is likely to return to the semiconductor compound again in a high-temperature and high-humidity environment. As a result, the semiconductor layer becomes electrically neutral, which reduces the conductivity and degrades the performance of the electronic device.
一方、85℃以上への加熱を行うか又は紫外線照射を行うことにより、ドーパントと有機半導体化合物との化学反応により有機半導体化合物が酸化されるために、有機半導体化合物が酸化された状態で安定となり、半導体層の電荷が再びドーパントに戻る現象が起こりにくくなるのではないかと、本願発明者らは推定している。例えば、ドーパントが高温により壊れる反応が起こり、活性な酸化剤が生じた結果として有機半導体化合物が酸化される場合、有機半導体化合物が再び電荷を獲得する反応は進行しにくいものと考えられる。 On the other hand, heating to 85° C. or higher or ultraviolet irradiation oxidizes the organic semiconductor compound through a chemical reaction between the dopant and the organic semiconductor compound, so that the organic semiconductor compound becomes stable in an oxidized state. The inventors of the present application presume that the phenomenon in which the charge of the semiconductor layer returns to the dopant again becomes less likely to occur. For example, when a dopant is destroyed at high temperatures and the organic semiconductor compound is oxidized as a result of the generation of an active oxidizing agent, the reaction in which the organic semiconductor compound acquires charge again is unlikely to progress.
とりわけ溶液状態では一般に反応が進行しやすいため、85℃以上への加熱を行うか又は紫外線照射を行うことにより、ドーパントと有機半導体化合物との間の反応が円滑に進むことが予想できる。一方、半導体層形成用塗布液を塗布して半導体層を形成し、これを乾燥させる際に温度を上昇させても、固体中での反応は円滑に進行しないことが予想される。本実施形態においては、溶液状態において85℃以上への加熱を行うか又は紫外線照射を行うという構成により、電子デバイスにダメージが生じない程度の低い温度において半導体層を塗布成膜する場合であっても、十分に導電性が高く熱力学的に安定な半導体層が形成されたものと考えられる。 In particular, the reaction between the dopant and the organic semiconductor compound can be expected to proceed smoothly by heating to 85° C. or higher or by irradiating with ultraviolet rays, since the reaction generally proceeds easily in a solution state. On the other hand, even if the semiconductor layer is formed by applying the coating liquid for forming the semiconductor layer, and the temperature is raised when drying this, it is expected that the reaction in the solid will not proceed smoothly. In this embodiment, the semiconductor layer is formed by coating at a temperature low enough not to damage the electronic device by heating to 85 ° C. or higher or irradiating ultraviolet rays in a solution state. Also, it is considered that a semiconductor layer having sufficiently high conductivity and being thermodynamically stable was formed.
一実施形態において、半導体層形成用塗布液が含有する未反応のドーパント量は、ドーパント量の80質量%以下である。ここで、ドーパント量とは、未反応のドーパント量と反応済みドーパント量の和である。未反応のドーパントとは、有機半導体化合物との化学反応を経ておらず、壊れていないために有している電荷が再び有機半導体化合物に戻りうるドーパントのことを指す。また、反応済みドーパントとは、有機半導体化合物との化学反応を経て壊れたため、再び有機半導体化合物に電荷を与える能力を有していないドーパントの分解生成物のことを指す。別の実施形態において、ドーパント量とは、半導体層形成用塗布液を調製するために使用したドーパントの量を指す。 In one embodiment, the amount of unreacted dopant contained in the coating liquid for forming a semiconductor layer is 80% by mass or less of the amount of dopant. Here, the dopant amount is the sum of the unreacted dopant amount and the reacted dopant amount. An unreacted dopant refers to a dopant that has not undergone a chemical reaction with the organic semiconductor compound and is not destroyed, so that the charge it has can return to the organic semiconductor compound. Also, the term "reacted dopant" refers to a decomposition product of a dopant that has been destroyed through a chemical reaction with an organic semiconductor compound and thus does not have the ability to charge the organic semiconductor compound again. In another embodiment, the dopant amount refers to the amount of dopant used to prepare the semiconductor layer-forming coating liquid.
上述のように、有機半導体化合物とドーパントとの化学反応がある程度進んでいれば、半導体層が電荷輸送特性を失う現象が起こりにくくなり、また有機半導体化合物とドーパントとの化学反応が完全に進むことにより、より耐久性の高い半導体層が得られるものと考えられる。このような観点から、半導体層形成用塗布液が含有する未反応のドーパント量は、ドーパント量の60質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましく、20質量%以下であることがさらに好ましく、実質的に存在しないことが特に好ましい。なお、未反応のドーパント量は、化学分析により確認することができるほか、紫外可視吸収スペクトルを用いた定量法により推定することもできる。 As described above, if the chemical reaction between the organic semiconductor compound and the dopant progresses to some extent, the phenomenon in which the semiconductor layer loses its charge transport property is less likely to occur, and the chemical reaction between the organic semiconductor compound and the dopant progresses completely. It is considered that a semiconductor layer having higher durability can be obtained by the above. From this point of view, the amount of unreacted dopant contained in the semiconductor layer-forming coating liquid is preferably 60% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and 20% by mass or less of the dopant amount. is more preferred, and substantially absent is particularly preferred. The amount of unreacted dopant can be confirmed by chemical analysis, and can also be estimated by a quantitative method using ultraviolet-visible absorption spectrum.
加熱している際の溶液の温度は、反応を十分に進める観点から、90℃以上であることが好ましく、95℃以上であることがより好ましく、100℃以上であることがさらに好ましく、115℃以上であることがより好ましく、135℃以上であることがさらに好ましく、150℃以上であることが特に好ましい。一方化合物半導体の分解を防ぐため、半導体化合物の熱分解温度以下であることが好ましい。本発明において、熱分解温度とは、TG―DTAにより測定した場合に、質量が5%減少した温度を意味する。 From the viewpoint of sufficiently advancing the reaction, the temperature of the solution during heating is preferably 90°C or higher, more preferably 95°C or higher, further preferably 100°C or higher, and 115°C. It is more preferably 135° C. or higher, and particularly preferably 150° C. or higher. On the other hand, in order to prevent the decomposition of the compound semiconductor, it is preferably below the thermal decomposition temperature of the semiconductor compound. In the present invention, thermal decomposition temperature means the temperature at which the mass is reduced by 5% as measured by TG-DTA.
加熱の時間は、反応を十分に進める観点から、10分間以上であることが好ましく、20分間以上であることがより好ましく、30分以上であることがさらに好ましい。時間の上限は特に限定されないが、例えば10時間以下でありうる。 From the viewpoint of sufficiently advancing the reaction, the heating time is preferably 10 minutes or longer, more preferably 20 minutes or longer, and even more preferably 30 minutes or longer. Although the upper limit of time is not particularly limited, it can be, for example, 10 hours or less.
紫外線照射を行う場合は、有機半導体化合物とドーパントを含む溶液に0.1J/cm2以上の紫外線量を照射することで化学反応を十分進めることができる。より好ましくは0.5J/cm2以上、さらに好ましくは1J/cm2以上である。一方、半導体化合物の分解を防ぐため、紫外線量は1000J/cm2以下であることが好ましい。より好ましくは800J/cm2以下、さらに好ましくは500J/cm2以下である。紫外線強度には特段の制限はないが、例えば365nmにおいて5mW/cm2以上の強度のものを用いることができる。紫外線源としては特段の制限はないが、水銀ランプやメタルハライドランプを用いることができる。 When ultraviolet irradiation is performed, the chemical reaction can be sufficiently advanced by irradiating the solution containing the organic semiconductor compound and the dopant with an ultraviolet dose of 0.1 J/cm 2 or more. It is more preferably 0.5 J/cm 2 or more, still more preferably 1 J/cm 2 or more. On the other hand, in order to prevent decomposition of the semiconductor compound, the amount of ultraviolet rays is preferably 1000 J/cm 2 or less. It is more preferably 800 J/cm 2 or less, still more preferably 500 J/cm 2 or less. Although there is no particular limitation on the intensity of ultraviolet rays, for example, ultraviolet rays with an intensity of 5 mW/cm 2 or more at 365 nm can be used. Although there are no particular restrictions on the ultraviolet light source, a mercury lamp or a metal halide lamp can be used.
また、半導体層形成用塗布液に対して、85℃以上への加熱、及び紫外線照射の両方を行ってもよい。例えば、半導体層形成用塗布液を85℃以上に加熱した後に紫外線照射を行ってもよいし、半導体層形成用塗布液に対して紫外線照射を行った後に85℃以上に加熱してもよい。また、半導体層形成用塗布液を85℃以上に加熱すると同時に紫外線照射を行ってもよい。これらの場合の反応条件として、ドーパントと半導体化合物との間の反応を円滑に進ませることができるように、前述の条件を適宜調整して用いることができる。 Moreover, both heating to 85° C. or higher and ultraviolet irradiation may be performed on the coating liquid for forming the semiconductor layer. For example, the semiconductor layer-forming coating liquid may be heated to 85° C. or higher and then irradiated with ultraviolet rays, or the semiconductor layer-forming coating liquid may be heated to 85° C. or higher after being irradiated with ultraviolet rays. Alternatively, the coating solution for forming a semiconductor layer may be heated to 85° C. or more and irradiated with ultraviolet rays at the same time. As the reaction conditions in these cases, the above-mentioned conditions can be appropriately adjusted and used so that the reaction between the dopant and the semiconductor compound can proceed smoothly.
塗布液中の有機半導体化合物及びドーパントの濃度は特に限定されず、所望の半導体層の厚さ等に応じて適宜設定することができる。例えば、塗布液中の有機半導体化合物の濃度は、1.0質量%以上であってもよく、10質量%以下であってもよい。また、塗布液中のドーパントの量は、塗布液中の有機半導体化合物の量に対して、1.0質量%以上であってもよく、20質量%以下であってもよい。 The concentrations of the organic semiconductor compound and the dopant in the coating solution are not particularly limited, and can be appropriately set according to the desired thickness of the semiconductor layer. For example, the concentration of the organic semiconductor compound in the coating liquid may be 1.0% by mass or more and may be 10% by mass or less. Moreover, the amount of the dopant in the coating liquid may be 1.0% by mass or more and may be 20% by mass or less with respect to the amount of the organic semiconductor compound in the coating liquid.
[塗布液の塗布]
本実施形態においては、上記のように調製された塗布液を塗布することにより半導体層が形成される。塗布液の塗布方法としては任意の方法を用いることができるが、例えば、スピンコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。
[Application of coating liquid]
In this embodiment, the semiconductor layer is formed by applying the coating liquid prepared as described above. Any method can be used as a method for applying the coating liquid, and examples include spin coating, ink jet method, doctor blade method, drop casting method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, A spray coating method, an air knife coating method, a wire barber coating method, a pipe doctor method, an impregnation/coating method, a curtain coating method, or the like can be used.
塗布液を塗布した後には加熱乾燥を行うことができる。この際の加熱温度は、特段の制限はないが、十分に溶媒を取り除く観点から、好ましくは60℃以上、さらに好ましくは80℃以上である。一方、電子デバイスへのダメージを抑制するために、加熱温度は、塗布液調製時の温度よりも低いことが好ましい。具体的には、加熱温度は、好ましくは150℃未満、より好ましくは135℃未満、さらに好ましくは115℃未満、より好ましくは100℃未満、さらに好ましくは95℃未満、より好ましくは90℃未満、特に好ましくは85℃未満である。加熱する時間にも特段の制限はないが、十分に溶媒を取り除く観点から、好ましくは1分以上、さらに好ましくは3分以上であり、一方、生産効率を向上させる観点から、好ましくは10時間以下、さらに好ましくは1時間以下である。これらの加熱は、常圧下、または、減圧下、で行ってよい。 Heat drying can be performed after applying the coating liquid. The heating temperature at this time is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently removing the solvent, it is preferably 60° C. or higher, more preferably 80° C. or higher. On the other hand, in order to suppress damage to the electronic device, the heating temperature is preferably lower than the temperature during preparation of the coating liquid. Specifically, the heating temperature is preferably less than 150°C, more preferably less than 135°C, even more preferably less than 115°C, more preferably less than 100°C, still more preferably less than 95°C, more preferably less than 90°C. Particularly preferably, it is less than 85°C. The heating time is also not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently removing the solvent, it is preferably 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more, while from the viewpoint of improving production efficiency, it is preferably 10 hours or less. , and more preferably 1 hour or less. These heatings may be performed under normal pressure or under reduced pressure.
半導体層の厚さは特に限定されず、半導体層の用途に応じて適宜選択することができる。一例としては、半導体層の厚さは0.5nm以上500nm以下であってもよい。 The thickness of the semiconductor layer is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the application of the semiconductor layer. As an example, the thickness of the semiconductor layer may be 0.5 nm or more and 500 nm or less.
[電子デバイス]
電子デバイスの種類は特に限定されない。本明細書において電子デバイスとは、2個以上の電極とを有し、その電極間に流れる電流若しくは生じる電圧を、電気、光、磁気若しくは化学物質等により制御するデバイス、又は、その電極間に印加した電圧若しくは電流により、光、電場若しくは磁場等を発生させるデバイスのことを指す。具体例としては、電圧若しくは電流の印加により電流若しくは電圧を制御する素子、磁場の印加により電圧若しくは電流を制御する素子、又は化学物質を作用させて電圧若しくは電流を制御する素子等が挙げられる。制御の具体例としては、整流、スイッチング、増幅又は発振等が挙げられる。
[Electronic device]
The type of electronic device is not particularly limited. In this specification, the electronic device is a device that has two or more electrodes and controls the current flowing between the electrodes or the voltage generated by electricity, light, magnetism, chemical substances, etc., or between the electrodes A device that generates light, an electric field, a magnetic field, or the like by applying voltage or current. Specific examples include an element that controls current or voltage by applying voltage or current, an element that controls voltage or current by applying a magnetic field, or an element that controls voltage or current by acting a chemical substance. Specific examples of control include rectification, switching, amplification, or oscillation.
電子デバイスの例としては、抵抗器、整流器(ダイオード)、スイッチング素子(トランジスタ、サイリスタ)、増幅素子(トランジスタ)、メモリー素子若しくは化学センサー等、又はこれらの素子を組み合わせ若しくは集積化して得られた半導体デバイスが挙げられる。また、電子デバイスのさらなる例としては光素子が挙げられ、光素子には光電流を生じるフォトダイオード若しくはフォトトランジスタ、電界を印加することにより発光する電界発光素子、又は光により起電力を生じる光電変換素子若しくは太陽電池等が含まれる。半導体デバイスのより具体的な例としては、S.M.Sze著、Physics of Semiconductor Devices、2nd Edition(Wiley Interscience 1981)に記載されているものを挙げることができる。 Examples of electronic devices include resistors, rectifiers (diodes), switching elements (transistors, thyristors), amplifying elements (transistors), memory elements, chemical sensors, etc., or semiconductors obtained by combining or integrating these elements. device. Further examples of electronic devices include optical elements, which include photodiodes or phototransistors that generate photocurrent, electroluminescent elements that emit light when an electric field is applied, or photoelectric conversion that generates electromotive force due to light. Elements or solar cells are included. As a more specific example of the semiconductor device, S.H. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition (Wiley Interscience 1981).
本実施形態に係る電子デバイスは、半導体層を備えているが、その具体的な構成は特に限定されない。一実施形態において、電子デバイスは、一対の電極と、一対の電極間に配置された半導体層と、を有する。半導体層は、上記の本実施形態に係る半導体層形成用塗布液を塗布することにより得られる。電極の種類は特に限定されない。電子デバイスの種類に応じて、適切な材料を用いて電極を作製することができる。 The electronic device according to this embodiment includes a semiconductor layer, but its specific configuration is not particularly limited. In one embodiment, an electronic device has a pair of electrodes and a semiconductor layer disposed between the pair of electrodes. The semiconductor layer is obtained by applying the semiconductor layer-forming coating liquid according to the present embodiment. The type of electrode is not particularly limited. Suitable materials can be used to fabricate the electrodes, depending on the type of electronic device.
電子デバイスの好ましい例としては、電界発光素子(LED)、光電変換素子又は太陽電池が挙げられる。例えば、一実施形態に係る電界発光素子(LED)は、一対の電極である陽極及び陰極と、電極間に配置された発光層と、発光層と一方の電極との間に配置された半導体層と、を備えることができる。一実施形態においては、上記の本実施形態に係る半導体層形成用塗布液を塗布することにより得られた半導体層が、発光層と陽極との間に正孔輸送層として設けられる。 Preferred examples of electronic devices include electroluminescent devices (LEDs), photoelectric conversion devices, and solar cells. For example, an electroluminescent device (LED) according to one embodiment includes a pair of electrodes, an anode and a cathode, a light-emitting layer disposed between the electrodes, and a semiconductor layer disposed between the light-emitting layer and one of the electrodes. and can be provided. In one embodiment, the semiconductor layer obtained by applying the semiconductor layer-forming coating liquid according to the present embodiment is provided as a hole transport layer between the light emitting layer and the anode.
上述のように、本実施形態において、電子デバイスは、上記のように調製された塗布液を塗布することにより半導体層を形成する工程を含む製造方法によって製造される。本実施形態に係る電子デバイスの製造方法は特に限定されず、電子デバイスの構成に合わせて適宜決定することができる。例えば、電極が形成された基材上に、塗布液を塗布することにより半導体層を形成する工程と、半導体層上に電極を形成する工程と、により電子デバイスを製造することができる。 As described above, in this embodiment, the electronic device is manufactured by a manufacturing method including a step of forming a semiconductor layer by applying the coating liquid prepared as described above. The method for manufacturing the electronic device according to this embodiment is not particularly limited, and can be determined as appropriate according to the configuration of the electronic device. For example, an electronic device can be manufactured by a step of forming a semiconductor layer by applying a coating liquid on a substrate on which an electrode is formed, and a step of forming an electrode on the semiconductor layer.
半導体層を形成した後に、例えば電子デバイスを構成する各要素が形成された後に、電子デバイスを加熱することができる。この工程はアニーリング処理工程と呼ばれることがあり、電子デバイスを構成する各要素間の密着性を向上させ、電子デバイスの性能を向上させる効果が得られうる。この際の加熱温度は、特段の制限はないが、十分な密着性向上効果を得る観点から、好ましくは50℃以上、さらに好ましくは80℃以上である。また、好ましくは300℃以下、さらに好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい。一方、電子デバイスへのダメージを抑制するために、加熱温度は、塗布液調製時の温度よりも低いことが好ましい。具体的には、加熱温度は好ましくは150℃未満、より好ましくは135℃未満、さらに好ましくは115℃未満、より好ましくは100℃未満、さらに好ましくは95℃未満、より好ましくは90℃未満、特に好ましくは85℃未満である。加熱時間にも特段の制限はないが、十分な密着性向上効果を得る観点から、好ましくは1分以上、さらに好ましくは3分以上であり、一方、生産効率を向上させる観点から、好ましくは180分間以下、さらに好ましくは60分間以下である。これらの加熱は、常圧下、または、減圧下、で行ってよい。 After forming the semiconductor layer, the electronic device can be heated, for example, after the elements that make up the electronic device are formed. This step is sometimes called an annealing treatment step, and can have the effect of improving the adhesion between elements constituting the electronic device and improving the performance of the electronic device. The heating temperature at this time is not particularly limited, but is preferably 50° C. or higher, more preferably 80° C. or higher, from the viewpoint of obtaining a sufficient effect of improving adhesion. In addition, it is preferable to heat in a temperature range of preferably 300° C. or lower, more preferably 280° C. or lower, and more preferably 250° C. or lower. On the other hand, in order to suppress damage to the electronic device, the heating temperature is preferably lower than the temperature during preparation of the coating liquid. Specifically, the heating temperature is preferably less than 150°C, more preferably less than 135°C, even more preferably less than 115°C, more preferably less than 100°C, even more preferably less than 95°C, more preferably less than 90°C, especially It is preferably less than 85°C. The heating time is also not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining a sufficient effect of improving adhesion, it is preferably 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more. minutes or less, more preferably 60 minutes or less. These heatings may be performed under normal pressure or under reduced pressure.
以下、電子デバイスの好ましい例として、半導体層を備える光電変換素子について説明する。 A photoelectric conversion element having a semiconductor layer will be described below as a preferred example of the electronic device.
[光電変換素子]
本実施形態に係る光電変換素子は、下部電極と上部電極から構成される一対の電極と、一対の電極間にある活性層と、一対の電極と活性層との間にあるバッファ層と、を備える。一実施形態において、バッファ層は、上記の本実施形態に係る半導体層形成用塗布液を塗布することにより得られる半導体層である。
[Photoelectric conversion element]
The photoelectric conversion device according to this embodiment includes a pair of electrodes composed of a lower electrode and an upper electrode, an active layer between the pair of electrodes, and a buffer layer between the pair of electrodes and the active layer. Prepare. In one embodiment, the buffer layer is a semiconductor layer obtained by applying the semiconductor layer-forming coating liquid according to the present embodiment.
図1は、本発明に係る光電変換素子の一実施形態を模式的に表す断面図である。図1に示される光電変換素子は、一般的な薄膜太陽電池に用いられる光電変換素子であるが、本発明に係る光電変換素子が図3に示されるものに限られるわけではない。本発明の一実施形態に係る光電変換素子100は、基材108、下部電極101、バッファ層102、活性層103、バッファ層105、及び上部電極107がこの順に形成された層構造を有する。図3に示すように、光電変換素子100が、基材108上に各層が積層された構造を有する場合、基材108に近い電極を下部電極101と、基材108から遠い電極を上部電極107と、それぞれ呼ぶことができる。なお、必ずしもバッファ層102とバッファ層105との双方を設ける必要はない。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of a photoelectric conversion element according to the present invention. The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 is a photoelectric conversion element used in general thin-film solar cells, but the photoelectric conversion element according to the present invention is not limited to that shown in FIG. A
また、光電変換素子100がその他の層をさらに有していてもよい。その他の層としては、下部電極101又は上部電極107の仕事関数を調整する仕事関数チューニング層や、絶縁体層等が挙げられる。
Moreover, the
本実施形態に係る半導体層形成用塗布液を塗布することにより得られる半導体層は、良好な正孔輸送特性を示しうるため、正孔取り出し層として好ましく用いられうる。例えば、一実施形態において、下部電極101と上部電極107とのうち一方はカソードであり、他方はアノードである。一実施形態において、下部電極101はカソードであり、この場合バッファ層102は電子取り出し層、バッファ層105は正孔取り出し層、上部電極107はアノードである。このような構成において、上部電極107と活性層103との間に位置するバッファ層105(正孔取り出し層)は、上記の本実施形態に係る半導体層形成用塗布液を塗布することにより得られる半導体層でありうる。また、一実施形態において、下部電極101はアノードであり、この場合バッファ層102は正孔取り出し層、バッファ層105は電子取り出し層、上部電極107はカソードである。このような構成において、バッファ層102(正孔取り出し層)は、上記の本実施形態に係る半導体層形成用塗布液を塗布することにより得られる半導体層でありうる。
The semiconductor layer obtained by applying the semiconductor layer-forming coating liquid according to the present embodiment can exhibit good hole transport properties, and thus can be preferably used as a hole extraction layer. For example, in one embodiment, one of
また、本実施形態に係る半導体層形成用塗布液を塗布することにより得られる半導体層は、高い耐久性を示しうるため、上部電極107と活性層103との間に位置し外界からの影響を受けやすいバッファ層105として好ましく用いられうる。
In addition, since the semiconductor layer obtained by applying the semiconductor layer forming coating liquid according to the present embodiment can exhibit high durability, it is located between the
(1.活性層103)
活性層103は光電変換が行われる層である。光電変換素子100が光を受けると、光が活性層103に吸収されてキャリアが発生し、発生したキャリアは下部電極101及び上部電極107から取り出される。
(1. Active layer 103)
The
活性層103の種類は特に限定されず、従来知られているものを用いることができる。例えば、活性層103は、ポルフィリン誘導体のようなp型半導体化合物を含有する層と、フラーレン誘導体n型半導体化合物を含有する層とを含むヘテロ接合型の活性層でありうる。また、活性層103は、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが混合した層(i層)を有するバルクヘテロ型の活性層でありうる。また、活性層103は、ペロブスカイト化合物を含有する層であってもよい。
The type of the
好ましくは、活性層103はペロブスカイト化合物を含有する層である。このような活性層103を有する太陽電池はペロブスカイト太陽電池として知られている。ペロブスカイト半導体においては、ペロブスカイト構造を有するペロブスカイト化合物が結晶を形成している。このような結晶においては速い電荷分離が起こるとともに正孔及び電子の拡散距離が長いため、効率のよい電荷分離が起こる。なお、本発明は、とりわけぺロブスカイト化合物を含有する活性層を用いた光電変換素子の製造において特に有効である。この理由としては、通常、ペロブスカイト化合物は上記半導体層形成用塗布液に用いられる溶媒に対し不溶であり、また、上記半導体層形成用塗布液により形成された層は、ぺロブスカイト化合物を含有する層を形成するために用いられる溶媒に対して不溶であるため、各層を劣化させることなく塗布プロセスにより積層できる点が挙げられる。
Preferably,
ペロブスカイト化合物とは、ペロブスカイト構造を有する半導体化合物のことを指す。ペロブスカイト化合物としては、特段の制限はないが、例えば、Galasso et al. Structure and Properties of Inorganic Solids, Chapter 7 - Perovskite type and related structuresで挙げられているものから選ぶことができる。例えば、ペロブスカイト化合物としては、一般式AMX3で表されるもの又は一般式A2MX4で表されるものが挙げられる。ここで、Mは2価のカチオンを、Aは1価のカチオンを、Xは1価のアニオンを指す。ペロブスカイト化合物としては、半導体デバイスの種類に応じて適切なものを選択することができる。ペロブスカイト化合物としては、1.0eV以上3.5eV以下のエネルギーバンドギャップを有する半導体化合物を用いることが好ましい。 A perovskite compound refers to a semiconductor compound having a perovskite structure. The perovskite compound is not particularly limited, but can be selected from, for example, those listed in Galasso et al. Structure and Properties of Inorganic Solids, Chapter 7 - Perovskite type and related structures. For example, perovskite compounds include those represented by the general formula AMX3 or those represented by the general formula A2MX4 . Here, M denotes a divalent cation, A denotes a monovalent cation, and X denotes a monovalent anion. An appropriate perovskite compound can be selected according to the type of semiconductor device. As the perovskite compound, it is preferable to use a semiconductor compound having an energy bandgap of 1.0 eV or more and 3.5 eV or less.
1価のカチオンAに特段の制限はないが、上記Galassoの著書に記載されているものを用いることができる。より具体的な例としては、周期表第1族及び第13族~第16族元素を含むカチオンが挙げられる。これらの中でも、セシウムイオン、ルビジウムイオン、置換基を有していてもよいアンモニウムイオン(アミジニウムイオンを含む)、置換基を有していてもよいホスホニウムイオン、又は置換基を有していてもよいアミジニウムイオンが好ましい。置換基を有していてもよいアンモニウムイオンの例としては、1級アンモニウムイオン又は2級アンモニウムイオンが挙げられる。置換基にも特段の制限はない。置換基を有していてもよいアンモニウムイオンの具体例としては、アルキルアンモニウムイオン、アリールアンモニウムイオン、アミジニウムイオン、又はグアニジウムイオン等が挙げられる。特に、立体障害を避けるために、3次元の結晶構造となるモノアルキルアンモニウムイオンが好ましく、安定性向上の観点からは、一つ以上のフッ素基を置換したアルキルアンモニウムイオンを用いることが好ましい。また、カチオンAとして2種類以上のカチオンの組み合わせを用いることもできる。 Although there is no particular limitation on the monovalent cation A, those described in the above-mentioned Galasso can be used. More specific examples include cations containing elements of Groups 1 and 13-16 of the periodic table. Among these, cesium ions, rubidium ions, optionally substituted ammonium ions (including amidinium ions), optionally substituted phosphonium ions, or substituted Good amidinium ions are preferred. Examples of optionally substituted ammonium ions include primary ammonium ions and secondary ammonium ions. There are no particular restrictions on the substituents, either. Specific examples of ammonium ions which may have a substituent include alkylammonium ions, arylammonium ions, amidinium ions, guanidinium ions, and the like. In particular, in order to avoid steric hindrance, a monoalkylammonium ion having a three-dimensional crystal structure is preferable, and from the viewpoint of improving stability, it is preferable to use an alkylammonium ion substituted with one or more fluorine groups. A combination of two or more cations can also be used as the cation A.
1価のカチオンAの具体例としては、メチルアンモニウムイオン、モノフッ化メチルアンモニウムイオン、ジフッ化メチルアンモニウムイオン、トリフッ化メチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、イソプロピルアンモニウムイオン、n-プロピルアンモニウムイオン、イソブチルアンモニウムイオン、n-ブチルアンモニウムイオン、t-ブチルアンモニウムイオン、ジメチルアンモニウムイオン、ジエチルアンモニウムイオン、フェニルアンモニウムイオン、ベンジルアンモニウムイオン、フェネチルアンモニウムイオン、グアニジウムイオン、ホルムアミジニウムイオン、アセトアミジニウムイオン又はイミダゾリウムイオン等が挙げられる。 Specific examples of the monovalent cation A include methylammonium ion, methylammonium monofluoride ion, methylammonium difluoride ion, methylammonium trifluoride ion, ethylammonium ion, isopropylammonium ion, n-propylammonium ion, and isobutylammonium ion. , n-butylammonium ion, t-butylammonium ion, dimethylammonium ion, diethylammonium ion, phenylammonium ion, benzylammonium ion, phenethylammonium ion, guanidinium ion, formamidinium ion, acetamidinium ion or imidazolium ions and the like.
2価のカチオンMにも特段の制限はないが、2価の金属カチオン又は半金属カチオンであることが好ましい。具体的な例としては周期表第14族元素のカチオンが挙げられ、より具体的な例としては、鉛カチオン(Pb2+)、スズカチオン(Sn2+)、ゲルマニウムカチオン(Ge2+)が挙げられる。また、カチオンMとして2種類以上のカチオンの組み合わせを用いることもできる。なお、安定な光電変換素子を得る観点からは、鉛カチオン又は鉛カチオンを含む2種以上のカチオンを用いることが特に好ましい。
Although the divalent cation M is not particularly limited, it is preferably a divalent metal cation or metalloid cation. Specific examples include cations of
1価のアニオンXの例としては、ハロゲン化物イオン、酢酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、ホウ酸イオン、アセチルアセトナートイオン、炭酸イオン、クエン酸イオン、硫黄イオン、テルルイオン、チオシアン酸イオン、チタン酸イオン、ジルコン酸イオン、2,4-ペンタンジオナトイオン又はケイフッ素イオン等が挙げられる。バンドギャップを調整するためには、Xは1種類のアニオンであってもよいし、2種類以上のアニオンの組み合わせであってもよい。なかでも、Xとしてはハロゲン化物イオン、又はハロゲン化物イオンとその他のアニオンとの組み合わせを用いることが好ましい。ハロゲン化物イオンXの例としては、塩化物イオン、臭化物イオン又はヨウ化物イオン等が挙げられる。 Examples of monovalent anions X include halide ions, acetate ions, nitrate ions, sulfate ions, borate ions, acetylacetonate ions, carbonate ions, citrate ions, sulfur ions, tellurium ions, thiocyanate ions, titanates. ions, zirconate ions, 2,4-pentanedionate ions, silicofluoride ions, and the like. In order to adjust the bandgap, X may be one type of anion or a combination of two or more types of anions. Among them, as X, it is preferable to use a halide ion or a combination of a halide ion and another anion. Examples of halide ions X include chloride ions, bromide ions, iodide ions, and the like.
ペロブスカイト化合物の好ましい例としては、有機-無機ペロブスカイト化合物が挙げられ、特にハライド系有機-無機ペロブスカイト化合物が挙げられる。ペロブスカイト化合物の具体例としては、CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3SnI3、CH3NH3SnBr3、CH3NH3SnCl3、CH3NH3PbI(3-x)Clx、CH3NH3PbI(3-x)Brx、CH3NH3PbBr(3-x)Clx、CH3NH3Pb(1-y)SnyI3、CH3NH3Pb(1-y)SnyBr3、CH3NH3Pb(1-y)SnyCl3、CH3NH3Pb(1-y)SnyI(3-x)Clx、CH3NH3Pb(1-y)SnyI(3-x)Brx、及びCH3NH3Pb(1-y)SnyBr(3-x)Clx、並びに、上記の化合物においてCH3NH3の代わりにCFH2NH3、CF2HNH3、CF3NH3、NH2CH=NH2を用いたもの、等が挙げられる。なお、xは0以上3以下、yは0以上1以下の任意の値を示す。 Preferred examples of perovskite compounds include organic-inorganic perovskite compounds, particularly halide-based organic-inorganic perovskite compounds. Specific examples of perovskite compounds include CH3NH3PbI3 , CH3NH3PbBr3 , CH3NH3PbCl3 , CH3NH3SnI3 , CH3NH3SnBr3 , CH3NH3SnCl3 , CH3NH3PbI (3-x) Clx , CH3NH3PbI ( 3 - x ) Brx , CH3NH3PbBr ( 3 - x ) Clx , CH3NH3Pb (1-y) Sn y I 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Br 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Cl 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y I (3- x) Cl x , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y I (3-x) Br x , and CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Br (3-x) Cl x , and Examples include those using CFH2NH3 , CF2HNH3 , CF3NH3 , and NH2CH = NH2 instead of CH3NH3 in the above compounds. Note that x is 0 or more and 3 or less, and y is any value of 0 or more and 1 or less.
活性層103は、2種類以上のペロブスカイト化合物を含有していてもよい。例えば、A、B及びXのうちの少なくとも1つが異なる2種類以上のペロブスカイト化合物が活性層103に含まれていてもよい。
The
活性層103に含まれるペロブスカイト化合物の量は、良好な半導体特性が得られるように、好ましくは50質量%以上であり、さらに好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上である。上限に特に制限はない。
The amount of the perovskite compound contained in the
活性層103の厚さに特段の制限はない。より多くの光を吸収できる点で、活性層103の厚さは、好ましくは5nm以上、さらに好ましくは10nm以上、より好ましくは50nm以上、特に好ましくは120nm以上である。一方で、直列抵抗が下がる点で、活性層103の厚さは、好ましくは2000nm以下、さらに好ましくは1000nm以下である。
There is no particular limitation on the thickness of the
活性層103の形成方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。具体例としては、塗布法及び蒸着法(又は共蒸着法)が挙げられる。簡易に活性層103を形成できる点で、塗布法を用いることは好ましい。
A method for forming the
ペロブスカイト化合物を含有する活性層103の作製方法の例としては、例えば、ペロブスカイト化合物又はその前駆体を含有する塗布液を塗布することにより半導体層を形成する方法が挙げられる。ペロブスカイト化合物前駆体とは、塗布液を塗布した後にペロブスカイト化合物へと変換可能な材料のことを指す。具体的な例としては、加熱することによりペロブスカイト化合物へと変換可能なペロブスカイト化合物前駆体がある。例えば、塗布液を塗布することにより得られた膜を加熱することにより、ペロブスカイト化合物前駆体をペロブスカイト化合物へと変換し、ペロブスカイト化合物を含有する半導体層を形成することができる。ペロブスカイト化合物前駆体の具体例としては、加熱により下記(1)で表されるペロブスカイト化合物へと変換可能である、下記式(2)で表される化合物及び/又は下記式(3)で表される化合物が挙げられる。
An example of a method for producing the
一例としては、下記式(2)で表される化合物と、下記式(3)で表される化合物と、溶媒と、を含有する塗布液を作製し、この塗布液を塗布する方法が挙げられる。このような塗布液は、化合物を溶液中で加熱攪拌することにより作製することができる。この方法によれば、下記式(1)で表される化合物を含有する活性層103を作製することができる。
One example is a method of preparing a coating liquid containing a compound represented by the following formula (2), a compound represented by the following formula (3), and a solvent, and coating the coating liquid. . Such a coating liquid can be prepared by heating and stirring a compound in a solution. According to this method, the
AMX3 ・・・(1)
AX ・・・(2)
MX2 ・・・(3)
A、M及びXの定義は上述の通りである。AXの具体例としてはハロゲン化アルキルアンモニウム塩が挙げられ、MX2の具体例としては金属ハロゲン化物が挙げられる。AX及びMX2は、ベロブスカイト半導体化合物AMX3の前駆体である。
AMX 3 (1)
AX (2)
MX 2 (3)
The definitions of A, M and X are given above. Specific examples of AX include alkylammonium halide salts, and specific examples of MX 2 include metal halides. AX and MX 2 are precursors of the perovskite semiconductor compound AMX 3 .
別の例としては、上記式(2)で表される化合物と溶媒とを含有する塗布液と、上記式(3)で表される化合物と溶媒とを含有する塗布液と、をそれぞれ調製して塗布する方法が挙げられる。例えば、まず、上記式(3)で表される化合物と溶媒とを含有する塗布液を塗布することにより式(3)で表される化合物の層を形成する。その上に、上記式(2)で表される化合物と溶媒とを含有する塗布液を塗布することにより、下記式(1)で表される化合物を含有する活性層103を作製することができる。各塗布液を塗布した後には、加熱を行うことにより、層を乾燥させたり、ペロブスカイト半導体化合物の結晶化を促進したりすることができる。加熱は、例えば60℃以上、又は180℃以下で行うことができる。
As another example, a coating liquid containing the compound represented by the above formula (2) and a solvent and a coating liquid containing the compound represented by the above formula (3) and a solvent are prepared. a method of coating with a brush. For example, first, a layer of the compound represented by formula (3) is formed by applying a coating liquid containing the compound represented by formula (3) and a solvent. By applying a coating liquid containing the compound represented by the above formula (2) and a solvent thereon, the
溶媒としては、Brandrup,J.ら編「Polymer Handbook, 4th Ed.」に記載の溶解度パラメータ(SP値)が、9以上であるものが好ましく、10以上であるものが特に好ましい。例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ピリジン、γ-ブチロラクトン等が挙げられる。溶媒としては、2種類以上の溶媒の混合溶媒を用いてもよい。なお、混合溶媒を用いる場合も、混合溶媒のうち少なくとも1種の溶媒の溶解度パラメータは10以上であることが好ましい。 Solvents are those described in Brandrup, J.; Ed., "Polymer Handbook, 4th Ed.", the solubility parameter (SP value) is preferably 9 or more, particularly preferably 10 or more. Examples include N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N,N-diethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, pyridine, γ-butyrolactone and the like. As the solvent, a mixed solvent of two or more solvents may be used. Even when a mixed solvent is used, the solubility parameter of at least one of the mixed solvents is preferably 10 or more.
(2.バッファ層102,105)
バッファ層は通常、電子取り出し層と正孔取り出し層とに分類することができる。上述の通り、光電変換素子100が備えるバッファ層のうち少なくとも1つは、上記の本実施形態に係る半導体層形成用塗布液を塗布することにより得られる半導体層でありうる。また、このような半導体層は、正孔取り出し層として用いることが好ましい。なお、バッファ層102を正孔取り出し層とし、バッファ層105を電子取り出し層としてもよいし、バッファ層102を電子取り出し層とし、バッファ層105を正孔取り出し層としてもよいが、バッファ層105が、上記半導体層形成用塗布液を塗布して形成するバッファ層であることが好ましい。この理由としては、上記ペロブスカイト前駆体溶液を上記半導体層形成用塗布液を用いて形成した層に対して濡れ性が低下する傾向があるのに対して、上記半導体層形成用組成物は、ぺロブスカイト化合物を含有する活性層に対して濡れ性が高い傾向がある点が挙げられる。また、電極107をスパッタプロセスで製膜する場合に、上記半導体層形成用塗布液により形成した層は酸化しにくい傾向があるため、スパッタプロセスによる酸化ダメージを受けにくい点が挙げられる。以下、正孔取り出し層と電子取り出し層のそれぞれについて説明する。なお、1つのバッファ層は、異なる複数の膜により構成されていてもよい。
(2. Buffer layers 102 and 105)
Buffer layers can generally be classified as electron-extraction layers and hole-extraction layers. As described above, at least one of the buffer layers included in the
正孔取り出し層の材料に特に限定は無く、活性層103からアノードへの正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。上述の通り、正孔取り出し層として本実施形態に係る半導体層形成用塗布液を塗布することにより得られる半導体層を用いることは好ましい。正孔取り出し層の材料の別の例としては、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
The material of the hole extraction layer is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of hole extraction from the
例えば、無機化合物としては、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化鉄、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物が挙げられる。また、有機化合物としては、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及びヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー(例えば、PEDOT:PSS又はドーピングされたP3HT)、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、ナフィオン、又はリチウムドーピングされたspiro-OMeTADが挙げられる。 For example, inorganic compounds include metal oxides such as copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, iron oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, and tungsten oxide. Examples of organic compounds include conductive polymers obtained by doping polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, or the like with sulfonic acid and iodine (e.g., PEDOT:PSS or doped P3HT), and sulfonyl groups as substituents. polythiophene derivatives, conductive organic compounds such as arylamines, Nafion, or lithium-doped spiro-OMeTAD.
正孔取り出し層の全体の膜厚に特に限定はないが、好ましくは0.5nm以上である。一方、好ましくは400nm以下、さらに好ましくは200nm以下である。正孔取り出し層の膜厚が0.5nm以上であることでバッファ材料としての機能をよく果たすことになり、正孔取り出し層の膜厚が400nm以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上しうる。 The thickness of the entire hole extraction layer is not particularly limited, but is preferably 0.5 nm or more. On the other hand, it is preferably 400 nm or less, more preferably 200 nm or less. When the film thickness of the hole extraction layer is 0.5 nm or more, the function as a buffer material is well fulfilled. Photoelectric conversion efficiency can be improved.
正孔取り出し層の形成方法に制限はない。昇華性を有する化合物を用いる場合は真空蒸着法等の乾式成膜法により形成することができる。また、溶媒に可溶な化合物を用いる場合は、スピンコート法やインクジェット法等の湿式成膜法により形成することができる。 There are no restrictions on the method of forming the hole extraction layer. When a sublimable compound is used, it can be formed by a dry film-forming method such as a vacuum deposition method. Moreover, when a compound soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet film formation method such as a spin coating method or an inkjet method.
電子取り出し層の材料に特に限定は無く、活性層103からカソードへの電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の無機化合物、有機化合物、又は有機無機ペロブスカイト化合物が挙げられる。
The material of the electron extraction layer is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of electron extraction from the
例えば、無機化合物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム又はセシウム等のアルカリ金属の塩、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化インジウム、又は酸化スズ等の金属酸化物が挙げられる。有機化合物としては、バソキュプロイン(BCP)、バソフェナントレン(Bphen)、(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)、ホウ素化合物、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)、ペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)、フラーレン化合物、又はホスフィンオキシド化合物若しくはホスフィンスルフィド化合物等の周期表第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物が挙げられる。 For example, inorganic compounds include salts of alkali metals such as lithium, sodium, potassium, or cesium, and metal oxides such as zinc oxide, titanium oxide, aluminum oxide, indium oxide, or tin oxide. Examples of organic compounds include bathocuproine (BCP), bathophenanthrene (Bphen), (8-hydroxyquinolinato)aluminum (Alq3), boron compounds, oxadiazole compounds, benzimidazole compounds, naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA), Examples include perylenetetracarboxylic anhydride (PTCDA), fullerene compounds, and phosphine compounds having a Group 16 element of the periodic table and a double bond, such as phosphine oxide compounds or phosphine sulfide compounds.
電子取り出し層の形成方法に特に制限はない。昇華性を有する化合物を材料として用いる場合は、真空蒸着法等の乾式成膜法により形成することができる。また、溶媒に可溶な化合物を材料として用いる場合は、スピンコート法やインクジェット法等の湿式成膜法により形成することができる。 There is no particular limitation on the method of forming the electron extraction layer. When a sublimable compound is used as a material, it can be formed by a dry film-forming method such as a vacuum deposition method. When a compound soluble in a solvent is used as a material, it can be formed by a wet film formation method such as a spin coating method or an inkjet method.
電子取り出し層の全体の膜厚に特に限定はないが、好ましくは0.5nm以上、さらに好ましくは1nm以上、より好ましくは5nm以上、特に好ましくは10nm以上である。一方、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは700nm以下、より好ましくは400nm以下、特に好ましくは200nm以下である。電子取り出し層105の膜厚が上記の範囲内にあることで、均一な塗布が容易となり、電子取り出し機能もよく発揮されうる。
The total thickness of the electron extraction layer is not particularly limited, but is preferably 0.5 nm or more, more preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, and particularly preferably 10 nm or more. On the other hand, it is preferably 1 μm or less, more preferably 700 nm or less, more preferably 400 nm or less, and particularly preferably 200 nm or less. When the film thickness of the
(3.電極101,107)
電極は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有する。したがって、一対の電極としては、正孔の捕集に適したアノードと、電子の捕集に適したカソードとを用いることが好ましい。一対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは、太陽光が40%以上透過することを指す。また、透明電極の太陽光線透過率は70%以上であることが、より多くの光が透明電極を透過して活性層103に到達するために好ましい。光の透過率は、分光光度計(例えば、日立ハイテク社製U-4100)で測定できる。
(3.
The electrode has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Therefore, as the pair of electrodes, it is preferable to use an anode suitable for collecting holes and a cathode suitable for collecting electrons. Either one of the pair of electrodes may be translucent, or both may be translucent. Having translucency refers to transmitting 40% or more of sunlight. In addition, it is preferable that the transparent electrode has a sunlight transmittance of 70% or more so that more light can pass through the transparent electrode and reach the
アノード及びカソードの構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の部材及びその製造方法を使用することができる。 The components of the anode and cathode and the manufacturing method thereof are not particularly limited, and well-known techniques can be used. For example, members described in known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194 and manufacturing methods thereof can be used.
(4.基材108)
光電変換素子100は、通常は支持体となる基材108を有する。もっとも、本発明に係る光電変換素子は基材108を有さなくてもよい。基材108の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されず、例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の材料を使用することができる。
(4. Substrate 108)
The
(5.光電変換素子の作製方法)
上述の方法に従って、光電変換素子100を構成する各層を形成することにより、光電変換素子100を作製することができる。また、耐久性を向上させるため、光電変換素子100をさらに封止してもよい。例えば、上部電極107にさらに封止板を積層し、基材108と封止板とを接着剤で固定することにより、光電変換素子100を封止することができる。
(5. Method for producing a photoelectric conversion element)
By forming each layer constituting the
光電変換素子100を構成する各層の形成方法に特段の制限はなく、シートツゥーシート(万葉)方式、又はロールツゥーロール方式で形成することができる。なお、ロールツゥーロール方式とは、ロール状に巻かれたフレキシブルな基材を繰り出して、間欠的、或いは連続的に搬送しながら、巻き取りロールにより巻き取られるまでの間に加工を行う方式である。ロールツゥーロール方式によれば、kmオーダの長尺基板を一括処理することが可能であるため、ロールツゥーロール方式はシートツゥーシート方式に比べて量産化に適している。一方、ロールツゥーロール方式で各層を成膜しようとすると、その構造上、成膜面とロールとが接触することにより膜に傷がついたり、部分的に剥がれてしまったりする場合がある。
There is no particular limitation on the method of forming each layer constituting the
ロールツゥーロール方式に用いることのできるロールの大きさは、ロールツゥーロール方式の製造装置で扱える限り特に限定されないが、外径の上限は、好ましくは5m以下、さらに好ましくは3m以下、より好ましくは1m以下である。一方、下限は好ましくは10cm以上、さらに好ましくは20cm以上、より好ましくは30cm以上である。ロール芯の外径の上限は、好ましくは4m以下、さらに好ましくは3m以下、より好ましくは0.5m以下である。一方、下限は好ましくは1cm以上、さらに好ましくは3cm以上、より好ましくは5cm以上、さらに好ましくは10cm以上、特に好ましくは20cm以上である。これらの径が上記上限以下であることはロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であることは各工程で成膜される層が曲げ応力により破壊される可能性が低くなる点で好ましい。ロールの幅の下限は、好ましくは5cm以上、さらに好ましくは10cm以上、より好ましくは20cm以上である。一方、上限は、好ましくは5m以下、さらに好ましくは3m以下、より好ましくは2m以下である。幅が上限以下であることはロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であることは光電変換素子100の大きさの自由度が高くなるため好ましい。 The size of the roll that can be used in the roll-to-roll method is not particularly limited as long as it can be handled by a roll-to-roll manufacturing apparatus, but the upper limit of the outer diameter is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, more preferably 3 m or less. 1 m or less. On the other hand, the lower limit is preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, and still more preferably 30 cm or more. The upper limit of the outer diameter of the roll core is preferably 4 m or less, more preferably 3 m or less, and even more preferably 0.5 m or less. On the other hand, the lower limit is preferably 1 cm or more, more preferably 3 cm or more, more preferably 5 cm or more, still more preferably 10 cm or more, and particularly preferably 20 cm or more. It is preferable that these diameters are equal to or less than the above upper limit because the handleability of the roll is high. . The lower limit of the width of the roll is preferably 5 cm or more, more preferably 10 cm or more, and still more preferably 20 cm or more. On the other hand, the upper limit is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, and more preferably 2 m or less. It is preferable that the width is equal to or less than the upper limit because the roll is easy to handle.
また、上部電極107を積層した後に、光電変換素子100に対して上述のアニーリング処理工程を行うことができる。アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことにより、光電変換素子100の各層間の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。各層間の密着性が向上することにより、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上しうる。アニーリング処理工程においては、異なる温度を用いた段階的な加熱を行ってもよい。
Further, after laminating the
アニーリング処理工程は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、構成材料の熱酸化を防ぐ上でも、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。加熱方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に光電変換素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。 The annealing process is preferably terminated when the open-circuit voltage, short-circuit current, and fill factor, which are parameters of solar cell performance, reach constant values. In order to prevent thermal oxidation of the constituent materials, the annealing process is preferably carried out under normal pressure and in an inert gas atmosphere. As a heating method, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. Moreover, heating may be performed in a batch system or in a continuous system.
(6.光電変換特性)
光電変換素子100の光電変換特性は次のようにして求めることができる。光電変換素子100にソーラシュミレーターでAM1.5G条件の光を照射強度100mW/cm2で照射して、電流-電圧特性を測定する。得られた電流-電圧曲線から、光電変換効率(PCE)、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)、直列抵抗、シャント抵抗といった光電変換特性を求めることができる。
(6. Photoelectric conversion characteristics)
The photoelectric conversion characteristics of the
光電変換素子100の光電変換効率は、特段の制限はないが、好ましくは1%以上、さらに好ましくは1.5%以上、より好ましくは2%以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。また、光電変換素子100のフィルファクターは、特段の制限はないが、好ましくは0.6以上、さらに好ましくは0.7以上、より好ましくは0.9以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。
The photoelectric conversion efficiency of the
本実施形態に係る光電変換素子は、耐久性が高いという特徴を有する。一実施形態において、温度60℃、湿度90%の試験環境に1日間おいた後の、光電変換効率の維持率は、60%以上であり、好ましくは80%以上であり、より好ましくは90%以上であり、特に好ましくは95%以上である。例えば、光電変換素子を作製した直後の初期光電変換効率と、この光電変換素子を試験環境においた後の光電変換効率とに基づいて、維持率を求めることができる。また、維持率は、上記のように光電変換素子を封止した後で測定することができる。ここで、維持率とは、試験環境におく前後での光電変換効率に基づいて、以下のように算出することができる。
維持率(%)=((試験環境においた後の光電変換効率)/(試験環境におく前の光電変換効率))×100
The photoelectric conversion element according to this embodiment is characterized by high durability. In one embodiment, the maintenance rate of the photoelectric conversion efficiency is 60% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% after being placed in a test environment with a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90% for 1 day. 95% or more, particularly preferably 95% or more. For example, the retention rate can be obtained based on the initial photoelectric conversion efficiency immediately after manufacturing the photoelectric conversion element and the photoelectric conversion efficiency after the photoelectric conversion element is placed in a test environment. Further, the retention rate can be measured after sealing the photoelectric conversion element as described above. Here, the retention rate can be calculated as follows based on the photoelectric conversion efficiency before and after placing in the test environment.
Maintenance rate (%) = ((photoelectric conversion efficiency after placing in test environment)/(photoelectric conversion efficiency before placing in test environment)) x 100
また、一実施形態において、温度60℃、湿度90%の試験環境に96時間おいた後の、光電変換効率の維持率は、40%以上であり、好ましくは60%以上であり、より好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、特に好ましくは95%以上である。 In one embodiment, the maintenance rate of the photoelectric conversion efficiency is 40% or more, preferably 60% or more, more preferably 60% or more after being placed in a test environment with a temperature of 60° C. and a humidity of 90% for 96 hours. It is 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.
(7.太陽電池)
本実施形態に係る光電変換素子100は、太陽電池、なかでも薄膜太陽電池の太陽電池素子として使用されることが好ましい。図2は本発明の一実施形態に係る太陽電池の構成を模式的に表す断面図であり、図2には本発明の一実施形態に係る太陽電池である薄膜太陽電池が示されている。図2に表すように、本実施形態に係る薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10と、をこの順に備える。本実施形態に係る薄膜太陽電池14は、太陽電池素子6として、本実施形態に係る光電変換素子を有している。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図2中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、薄膜太陽電池14は、これらの構成部材を全て有する必要はなく、必要な構成部材を任意に選択することができる。
(7. Solar cell)
The
薄膜太陽電池を構成するこれらの構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の技術を使用することができる。 There are no particular restrictions on these constituent members that constitute the thin-film solar cell and the method of manufacturing the same, and well-known techniques can be used. For example, techniques described in known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194 can be used.
本発明に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14の用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。例えば、一実施形態に係る太陽電池は、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池として用いることができる。
Applications of the solar cell according to the present invention, particularly the thin-film
本発明に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14はそのまま用いてもよいし、太陽電池モジュールの構成要素として用いられてもよい。例えば、図5に示すように、本実施形態に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14を基材12上に備える太陽電池モジュール13を作製し、この太陽電池モジュール13を使用場所に設置して用いることができる。基材12としては周知技術を用いることができ、例えば、基材12の材料としては国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等に記載の材料を用いることができる。例えば、基材12として建材用板材を使用する場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けることにより、太陽電池モジュール13として、建物の外壁用太陽電池パネルを作製することができる。
The solar cell according to the present invention, particularly the thin-film
以下に、実施例により本発明の実施形態を説明する。しかしながら、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例には限定されない。 EXAMPLES Embodiments of the present invention are described below by way of examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded.
[塗布液の調製]
(電子取り出し層用塗布液の調製)
酸化スズ(IV)15%水分散液(Alfa Aesar社製)に超純水を加えることにより、7.5%の酸化スズ水分散液を作製した。
[Preparation of coating liquid]
(Preparation of coating liquid for electron extraction layer)
A 7.5% aqueous tin oxide dispersion was prepared by adding ultrapure water to a 15% aqueous dispersion of tin (IV) oxide (manufactured by Alfa Aesar).
(活性層用塗布液の調製)
ヨウ化鉛(II)をバイアル瓶に量りとりグローブボックスに導入した。ヨウ化鉛(II)の濃度が1.3mol/Lとなるように溶媒としてN,N-ジメチルホルムアミドを加え、その後、100℃で1時間加熱撹拌することで活性層用塗布液1を作製した。
(Preparation of coating solution for active layer)
Lead (II) iodide was weighed into a vial and introduced into the glove box. N,N-dimethylformamide was added as a solvent so that the concentration of lead (II) iodide was 1.3 mol/L, and then the mixture was heated and stirred at 100° C. for 1 hour to prepare active layer coating solution 1. .
次に、別のバイアル瓶にホルムアミジンヨウ化水素酸塩(FAI)、メチルアミン臭化水素酸塩(MABr)、及びメチルアミン塩化水素酸塩(MACl)を10:1:1の質量比となるよう量りとり、グローブボックスに導入した。そこへ溶媒としてイソプロピルアルコールを加えることにより、FAI、MAbr、及びMAClの合計濃度が0.49mol/Lである活性層用塗布液2を調製した。 Next, formamidine hydroiodide (FAI), methylamine hydrobromide (MABr), and methylamine hydrochloride (MACl) were added to another vial in a mass ratio of 10:1:1. I weighed it out and put it in the glove box. By adding isopropyl alcohol as a solvent thereto, an active layer coating liquid 2 having a total concentration of FAI, MAbr and MACl of 0.49 mol/L was prepared.
(正孔取り出し層用塗布液1の調製)
32mgのポリ[ビス(4-フェニル)(2,4,6-トリメチルフェニル)アミン](PTAA,シグマアルドリッチ社製)と、3.6mgの4-イソプロピル-4’-メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(TPFB,TCI社製)とをバイアル瓶に量りとり、グローブボックスに導入した。そこへ溶媒として1.6mLのクロロベンゼンを加えた。次に、得られた混合液を100℃で1時間加熱撹拌することにより、正孔取り出し層用塗布液1を調製した。
(Preparation of Coating Liquid 1 for Hole Extraction Layer)
32 mg of poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA, Sigma-Aldrich) and 3.6 mg of 4-isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium tetrakis (pentafluoro Phenyl)borate (TPFB, manufactured by TCI) was weighed into a vial and introduced into a glove box. 1.6 mL of chlorobenzene was added thereto as a solvent. Next, the resulting mixed liquid was heated and stirred at 100° C. for 1 hour to prepare a coating liquid 1 for hole extraction layer.
(正孔取り出し層用塗布液2の調製)
64mgのPTAAと3.6mgのTPFBをバイアル瓶に量りとり、溶媒としてオルトジクロロベンゼンを用い、得られた混合液を100℃ではなく150℃で1時間加熱攪拌したこと以外は正孔取り出し層用塗布液1と同様の方法により、正孔取り出し層用塗布液2を調製した。
(Preparation of Coating Liquid 2 for Hole Extraction Layer)
For the hole extraction layer, except that 64 mg of PTAA and 3.6 mg of TPFB were weighed into a vial, ortho-dichlorobenzene was used as the solvent, and the resulting mixture was heated and stirred at 150° C. instead of 100° C. for 1 hour. A hole extraction layer coating solution 2 was prepared in the same manner as the coating solution 1 was prepared.
(正孔取り出し層用塗布液3の調製)
得られた混合液を100℃ではなく70℃で1時間加熱攪拌したこと以外は正孔取り出し層用塗布液1と同様の方法により、正孔取り出し層用塗布液3を調製した。
(Preparation of
(正孔取り出し層用塗布液4の調製)
グローブボックス中で170mgのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)をバイアル瓶の中に量りとり、1mLのアセトニトリルを加えることにより、LiTFSI溶液を調製した。
(Preparation of Coating Liquid 4 for Hole Extraction Layer)
A LiTFSI solution was prepared by weighing 170 mg of lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) into a vial in a glove box and adding 1 mL of acetonitrile.
次に、グローブボックス中で別のバイアル瓶に15mgのPTAAを量りとり、そこへ溶媒として1mLのトルエン加えた。得られた溶液に、上記のLiTFSI溶液15μL及び4-tert-ブチルピリジン7.5μLを加え、室温で1時間撹拌することにより、正孔取り出し層塗布溶液4を調製した。 Next, 15 mg of PTAA was weighed into another vial bottle in the glove box, and 1 mL of toluene was added thereto as a solvent. 15 μL of the above LiTFSI solution and 7.5 μL of 4-tert-butylpyridine were added to the resulting solution, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour to prepare hole extraction layer coating solution 4.
[実施例1:光電変換素子1の作製]
パターニングされた酸化インジウムスズ(ITO)透明導電膜を備えるガラス基板(ジオマテック社製)に対して、超純水を用いた超音波洗浄、窒素ブローによる乾燥、及びUV-オゾン処理を行った。
[Example 1: Production of photoelectric conversion element 1]
A glass substrate (manufactured by Geomatec) having a patterned indium tin oxide (ITO) transparent conductive film was subjected to ultrasonic cleaning using ultrapure water, drying by nitrogen blow, and UV-ozone treatment.
次に、上記のように調製した電子取り出し層用塗布液を、室温で、上記の基板上に2000rpmの速度でスピンコートすることにより、厚さ約35nmの電子取り出し層を形成した。その後、基板をホットプレート上150℃で10分間加熱した。 Next, an electron extraction layer having a thickness of about 35 nm was formed by spin-coating the electron extraction layer coating liquid prepared as described above onto the substrate at a speed of 2000 rpm at room temperature. After that, the substrate was heated on a hot plate at 150° C. for 10 minutes.
次に、基板をグローブボックスに導入し、100℃に加熱した活性層用塗布液1を電子取り出し層上に150μL滴下し、2000rpmの速度でスピンコートした。次に、基板をホットプレート上100℃で10分間加熱アニールすることにより、ヨウ化鉛層を形成した。次に、基板が室温に戻った後、ヨウ化鉛層上に活性層塗布液2(120μL)を2000rpmの速度でスピンコートし、150℃で20分間加熱することにより、有機無機ペロブスカイトの活性層(厚さ650nm)を形成した。 Next, the substrate was introduced into a glove box, and 150 μL of active layer coating liquid 1 heated to 100° C. was dropped onto the electron extraction layer and spin-coated at a speed of 2000 rpm. Then, the substrate was heat-annealed on a hot plate at 100° C. for 10 minutes to form a lead iodide layer. Next, after the substrate returned to room temperature, the active layer coating liquid 2 (120 μL) was spin-coated on the lead iodide layer at a speed of 2000 rpm and heated at 150° C. for 20 minutes to form an organic/inorganic perovskite active layer. (thickness 650 nm) was formed.
次に、基板が室温に戻った後、活性層上に、正孔取り出し層塗布液1(200μL)を1500rpmの速度でスピンコートし、さらにホットプレート上90℃で5分間加熱することで、正孔取り出し層(170nm)を形成した。 Next, after the substrate returned to room temperature, the hole extraction layer coating solution 1 (200 μL) was spin-coated on the active layer at a speed of 1500 rpm, and further heated on a hot plate at 90° C. for 5 minutes to obtain a positive electrode. A hole extracting layer (170 nm) was formed.
次に、正孔取り出し層上に、抵抗加熱型真空蒸着法によりパターニングマスクを用いて厚さ約100nmの銀膜を蒸着させることで、電極を形成した。こうして、50×50mm角の光電変換素子1を作製した。さらに、中央部分が掘り下げられているガラスと光電変換素子1のガラス基板とをシール材(光硬化樹脂)によって貼り合わせることで、光電変換素子1を封止した。 Next, an electrode was formed by depositing a silver film having a thickness of about 100 nm on the hole extracting layer by a resistance heating vacuum deposition method using a patterning mask. Thus, a 50×50 mm square photoelectric conversion element 1 was produced. Further, the photoelectric conversion element 1 was sealed by bonding the glass in which the central portion was dug down and the glass substrate of the photoelectric conversion element 1 with a sealing material (photocurable resin).
[実施例2:光電変換素子2の作製]
正孔取り出し層用塗布液1をスピンコートする代わりに、正孔取出し層用塗布液2を活性層上に1000rpmの速度でスピンコートしたこと以外は、実施例1と同様の方法を用いて光電変換素子2を作製した。
[Example 2: Production of photoelectric conversion element 2]
The same method as in Example 1 was used except that instead of spin-coating the hole extraction layer coating liquid 1, the hole extraction layer coating liquid 2 was spin-coated onto the active layer at a speed of 1000 rpm. A conversion element 2 was produced.
[比較例1:光電変換素子3の作製]
正孔取り出し層用塗布液1をスピンコートする代わりに、正孔取出し層用塗布液3を活性層上にスピンコートしたこと以外は、実施例1と同様の方法を用いて光電変換素子3を作製した。
[Comparative Example 1: Production of photoelectric conversion element 3]
A
[参考例1:光電変換素子4の作製]
正孔取り出し層用塗布液1をスピンコートする代わりに、正孔取出し層用塗布液4を活性層上に3000rpmの速度でスピンコートしたこと以外は、実施例1と同様の方法を用いて光電変換素子4を作製した。
[Reference Example 1: Fabrication of photoelectric conversion element 4]
The same method as in Example 1 was used except that instead of spin-coating the hole extraction layer coating liquid 1, the hole extraction layer coating liquid 4 was spin-coated onto the active layer at a speed of 3000 rpm. A conversion element 4 was produced.
[光電変換素子の評価]
実施例1及び2、比較例1、並びに参考例1で得られた光電変換素子1~4のそれぞれに4mm角のメタルマスクを付け、ITO電極と銀電極との間における電流-電圧特性を測定した。測定にはソースメーター(ケイスレー社製,2400型)を用い、照射光源としてはエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cm2のソーラシミュレータを用いた。この測定結果から、耐久性試験機に入れられていない光電変換素子についての初期変換効率PCE(%)を算出した。次に、光電変換素子1~4のそれぞれを、温度60℃、湿度90%の高温高湿耐久性試験機の中へ入れて1日後に取り出し、電流-電圧特性を測定した。次に、光電変換素子1~4のそれぞれを高温高湿耐久性試験機の中へ入れて長時間経過後に取り出し、電流-電圧特性を測定した(耐久性試験機の中に入れた時間を表1に示す)。それぞれの測定結果に基づいて算出された、それぞれの時点における変換効率PCEを表1に示す。表1において、維持率は初期のPCEに対する耐久性試験後のPCEの割合を示す。
[Evaluation of photoelectric conversion element]
A metal mask of 4 mm square was attached to each of the photoelectric conversion elements 1 to 4 obtained in Examples 1 and 2, Comparative Example 1, and Reference Example 1, and the current-voltage characteristics between the ITO electrode and the silver electrode were measured. did. A source meter (2400 model, manufactured by Keithley) was used for the measurement, and a solar simulator with an air mass (AM) of 1.5 G and an irradiance of 100 mW/cm 2 was used as the irradiation light source. From this measurement result, the initial conversion efficiency PCE (%) was calculated for the photoelectric conversion element that was not placed in the durability tester. Next, each of the photoelectric conversion elements 1 to 4 was placed in a high-temperature, high-humidity durability tester set at a temperature of 60° C. and a humidity of 90%, and taken out after one day to measure current-voltage characteristics. Next, each of photoelectric conversion elements 1 to 4 was placed in a high-temperature and high-humidity durability tester and taken out after a long period of time, and the current-voltage characteristics were measured. 1). Table 1 shows the conversion efficiency PCE at each time calculated based on each measurement result. In Table 1, the retention rate indicates the ratio of PCE after the durability test to the initial PCE.
表1に示すように、初期の変換効率は、実施例1及び2、比較例1、及び参考例1で大きな差は見られなかった。一方、耐久性試験の結果を見ると、比較例1及び参考例1では大幅に変換効率が低下したのに対して、実施例1及び2では耐久性試験後も初期の変換効率と同等の変換効率が維持された。以上の結果から、100℃又は150℃の条件下で塗布液を調製した実施例1及び2に係る光電変換素子は高い耐久性を備えていることが分かる。このように、比較例1と、実施例1及び2とでは、バッファ層の形成に用いた材料は同じであるものの、その構造には差異があるものと理解される。その理由は現時点では必ずしも決定されていないが、本願発明者らは、高温で正孔取り出し層用塗布液を調製したことにより、有機半導体化合物(本実施例ではPTAA)の酸化が円滑に進行したことが、高い耐久性の理由であると推測している。 As shown in Table 1, there was no significant difference in the initial conversion efficiency between Examples 1 and 2, Comparative Example 1, and Reference Example 1. On the other hand, looking at the results of the durability test, the conversion efficiency was significantly reduced in Comparative Example 1 and Reference Example 1, whereas in Examples 1 and 2, the conversion efficiency was the same as the initial conversion efficiency even after the durability test. Efficiency maintained. From the above results, it can be seen that the photoelectric conversion elements according to Examples 1 and 2, in which the coating solutions were prepared under conditions of 100° C. or 150° C., have high durability. As described above, it is understood that Comparative Example 1 and Examples 1 and 2 are different in structure although the materials used for forming the buffer layers are the same. Although the reason for this is not necessarily determined at the present time, the inventors of the present application prepared the coating liquid for the hole extraction layer at a high temperature, whereby the oxidation of the organic semiconductor compound (PTAA in this example) proceeded smoothly. It is speculated that this is the reason for the high durability.
また、本願発明者らは、上記の推測を裏付けるために、実施例2に係る正孔取り出し層用塗布液の吸光度スペクトルを測定した。PTAAとTPFBとを含む混合液を150℃で10分間加熱攪拌した後に吸光度スペクトルを測定したところ、521nmに明確な吸光ピークが観測された。PTAAはこの吸光ピークを有さないことから、この521nmの吸光ピークは酸化されたPTAAに特徴的なものと考えられる。また、この吸光ピークの大きさは、1.5時間加熱攪拌した後でもほとんど増加しなかった。このように、実施例2に係る正孔取り出し層用塗布液では、TPFBによる酸化反応がほとんど完全に進行したものと考えられる。一方、より低い温度を用いてPTAAとTPFBとを含む混合液を10分間加熱攪拌した場合については、この521nmの吸光ピークはほとんど増加しない傾向がみられた。 In addition, the inventors of the present application measured the absorbance spectrum of the hole extraction layer coating liquid according to Example 2 in order to support the above assumption. A liquid mixture containing PTAA and TPFB was heated and stirred at 150° C. for 10 minutes, and then an absorbance spectrum was measured. As a result, a clear absorption peak was observed at 521 nm. Since PTAA does not have this absorption peak, it is believed that this absorption peak at 521 nm is characteristic of oxidized PTAA. Moreover, the magnitude of this absorption peak hardly increased even after heating and stirring for 1.5 hours. Thus, in the hole extraction layer coating liquid according to Example 2, it is considered that the oxidation reaction by TPFB proceeded almost completely. On the other hand, when the mixed solution containing PTAA and TPFB was heated and stirred for 10 minutes using a lower temperature, the absorption peak at 521 nm tended to hardly increase.
これらの結果から、本願発明者らは、温度が低い場合、有機半導体化合物の酸化反応は非常に進みにくい傾向にあり、有機半導体化合物の酸化状態が不安定なために導電性を失いやすい一方、85℃以上の条件下で半導体層形成用塗布液を調製することにより、有機半導体化合物の酸化反応がある程度進行するために、安定に酸化された有機半導体化合物が得られ、これが半導体層ないし電子デバイスの高い耐久性につながっているものと推測している。 From these results, the inventors of the present application have found that when the temperature is low, the oxidation reaction of the organic semiconductor compound tends to proceed very slowly, and the oxidation state of the organic semiconductor compound is unstable, so that the conductivity is easily lost. By preparing the coating liquid for forming a semiconductor layer under conditions of 85° C. or higher, the oxidation reaction of the organic semiconductor compound proceeds to some extent, so that a stably oxidized organic semiconductor compound is obtained, which is used as a semiconductor layer or an electronic device. It is speculated that this is related to the high durability of
1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
100 光電変換素子
101 下部電極
102 バッファ層
103 活性層
105 バッファ層
107 上部電極
108 基材
1 weather-resistant protective film 2
すなわち、本発明の要旨は、以下に存する。
[1]半導体層を備える電子デバイスの製造方法であって、85℃以上に加熱した塗布液に紫外線を照射した後に、該塗布液を塗布することにより前記半導体層を形成する工程を含み、前記塗布液は、有機半導体化合物と、超原子価ヨウ素化合物である前記有機半導体化合物に対するドーパントと、を含有し、前記電子デバイスは、下部電極と上部電極から構成される一対の電極と、該一対の電極間にあるペロブスカイト化合物を含有する活性層と、該一対の電極と前記活性層との間にあるバッファ層と、を備える太陽電池であり、前記半導体層は前記バッファ層であることを特徴とする、製造方法。
[2]前記ドーパントは、3価のヨウ素を含む有機化合物であることを特徴とする、[1]に記載の製造方法。
[3]前記ドーパントは、ジアリールヨードニウム塩であることを特徴とする、[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4]前記有機半導体化合物は、トリアリールアミン化合物であることを特徴とする、[1]から[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5]前記バッファ層は正孔取り出し層であることを特徴とする、[1]から[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6]前記バッファ層は、前記上部電極と前記活性層との間に位置することを特徴とする、[1]から[5]のいずれかに記載の製造方法。
[7][1]から[6]のいずれかに記載の製造方法により製造された電子デバイス。
[8]半導体層形成用塗布液の製造方法であって、有機半導体化合物と、超原子価ヨウ素化合物である前記有機半導体化合物に対するドーパントと、を含有し、85℃以上に加熱した該塗布液に紫外線を照射する工程を含むことを特徴とする、製造方法。
[9][8]に記載の製造方法により製造された半導体層形成用塗布液。
[10]半導体層を備える電子デバイスであって、前記半導体層は、ドーパントによりドーピングされた有機半導体化合物を含み、前記半導体層が含有する未反応のドーパント量は、未反応のドーパント量と反応済みドーパント量の和であるドーパント量の80質量%以下であることを特徴とする、電子デバイス。
[11]半導体層形成用塗布液であって、前記半導体層形成用塗布液は、ドーパントによりドーピングされた有機半導体化合物を含み、前記半導体層形成用塗布液が含有する未反応のドーパント量は、未反応のドーパント量と反応済みドーパント量の和であるドーパント量の80質量%以下であることを特徴とする、半導体層形成用塗布液。
That is, the gist of the present invention resides in the following.
[ 1 ] A method for manufacturing an electronic device having a semiconductor layer, comprising the steps of: irradiating a coating liquid heated to 85° C. or higher with ultraviolet rays, and then applying the coating liquid to form the semiconductor layer. the coating liquid contains an organic semiconductor compound and a dopant for the organic semiconductor compound that is a hypervalent iodine compound; and the electronic device comprises a pair of electrodes composed of a lower electrode and an upper electrode; a solar cell comprising: an active layer containing a perovskite compound between the pair of electrodes; and a buffer layer between the pair of electrodes and the active layer, wherein the semiconductor layer is the buffer layer. A manufacturing method characterized by :
[2] The production method according to [1], wherein the dopant is an organic compound containing trivalent iodine.
[3] The production method according to [1] or [2], wherein the dopant is a diaryliodonium salt.
[4] The production method according to any one of [1] to [3], wherein the organic semiconductor compound is a triarylamine compound.
[5] The manufacturing method according to any one of [1] to [4], wherein the buffer layer is a hole extraction layer.
[6] The manufacturing method according to any one of [1] to [5] , wherein the buffer layer is positioned between the upper electrode and the active layer.
[7] An electronic device manufactured by the manufacturing method according to any one of [1] to [6] .
[8] A method for producing a coating liquid for forming a semiconductor layer, comprising: an organic semiconductor compound ; A manufacturing method, comprising a step of irradiating with ultraviolet rays.
[9] A semiconductor layer-forming coating liquid produced by the production method described in [8].
[10] An electronic device comprising a semiconductor layer, wherein the semiconductor layer contains an organic semiconductor compound doped with a dopant, and the amount of unreacted dopant contained in the semiconductor layer has been reacted with the amount of unreacted dopant. An electronic device characterized in that the dopant amount, which is the sum of the dopant amounts, is 80% by mass or less.
[11] The coating liquid for forming a semiconductor layer, wherein the coating liquid for forming a semiconductor layer contains an organic semiconductor compound doped with a dopant, and the amount of unreacted dopant contained in the coating liquid for forming a semiconductor layer is A coating liquid for forming a semiconductor layer, wherein the amount of dopant, which is the sum of the amount of unreacted dopant and the amount of reacted dopant, is 80% by mass or less.
Claims (12)
有機半導体化合物と、超原子価ヨウ素化合物である前記有機半導体化合物に対するドーパントと、を含有する塗布液を85℃以上に加熱した及び/又は該塗布液に紫外線を照射した後に、該塗布液を塗布することにより前記半導体層を形成する工程を含む、製造方法。 A method of manufacturing an electronic device comprising a semiconductor layer, comprising:
After heating a coating liquid containing an organic semiconductor compound and a dopant for the organic semiconductor compound which is a hypervalent iodine compound to 85° C. or higher and/or irradiating the coating liquid with ultraviolet rays, the coating liquid is applied. forming the semiconductor layer by:
前記半導体層は前記バッファ層であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。 The electronic device comprises a pair of electrodes consisting of a lower electrode and an upper electrode, an active layer containing a perovskite compound between the pair of electrodes, and a buffer layer between the pair of electrodes and the active layer. and a photoelectric conversion element comprising
2. The manufacturing method according to claim 1, wherein said semiconductor layer is said buffer layer.
有機半導体化合物と、超原子価ヨウ素化合物である前記有機半導体化合物に対するドーパントと、を含有する塗布液を85℃以上に加熱する及び/又は該塗布液に紫外線を照射する工程を含むことを特徴とする、製造方法。 A method for producing a coating liquid for forming a semiconductor layer, comprising:
characterized by including a step of heating a coating liquid containing an organic semiconductor compound and a dopant for the organic semiconductor compound which is a hypervalent iodine compound to 85° C. or higher and/or irradiating the coating liquid with ultraviolet rays. manufacturing method.
前記半導体層は、ドーパントによりドーピングされた有機半導体化合物を含み、
前記半導体層が含有する未反応のドーパント量は、未反応のドーパント量と反応済みドーパント量の和であるドーパント量の80質量%以下である
ことを特徴とする、電子デバイス。 An electronic device comprising a semiconductor layer,
the semiconductor layer comprises an organic semiconductor compound doped with a dopant;
The electronic device, wherein the amount of unreacted dopant contained in the semiconductor layer is 80% by mass or less of the sum of the amount of unreacted dopant and the amount of reacted dopant.
前記半導体層形成用塗布液は、ドーパントによりドーピングされた有機半導体化合物を含み、
前記半導体層形成用塗布液が含有する未反応のドーパント量は、未反応のドーパント量と反応済みドーパント量の和であるドーパント量の80質量%以下である
ことを特徴とする、半導体層形成用塗布液。 A coating liquid for forming a semiconductor layer,
The semiconductor layer-forming coating liquid contains an organic semiconductor compound doped with a dopant,
The unreacted dopant amount contained in the semiconductor layer forming coating liquid is 80% by mass or less of the dopant amount, which is the sum of the unreacted dopant amount and the reacted dopant amount. coating liquid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022121698A JP2022161921A (en) | 2017-11-08 | 2022-07-29 | Electronic device and manufacturing method thereof, coating liquid for forming semiconductor layer and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017215856A JP7116904B2 (en) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | Electronic device manufacturing method |
JP2022121698A JP2022161921A (en) | 2017-11-08 | 2022-07-29 | Electronic device and manufacturing method thereof, coating liquid for forming semiconductor layer and manufacturing method thereof |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017215856A Division JP7116904B2 (en) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | Electronic device manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022161921A true JP2022161921A (en) | 2022-10-21 |
Family
ID=66763386
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017215856A Active JP7116904B2 (en) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | Electronic device manufacturing method |
JP2022121698A Pending JP2022161921A (en) | 2017-11-08 | 2022-07-29 | Electronic device and manufacturing method thereof, coating liquid for forming semiconductor layer and manufacturing method thereof |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017215856A Active JP7116904B2 (en) | 2017-11-08 | 2017-11-08 | Electronic device manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP7116904B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7409215B2 (en) | 2020-04-28 | 2024-01-09 | 三菱ケミカル株式会社 | Photoelectric conversion elements and power generation devices |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4872452B2 (en) | 2006-05-19 | 2012-02-08 | 三菱化学株式会社 | Method for producing charge transporting material composition, charge transporting material composition, charge transporting thin film, method for producing charge transporting thin film, and organic electroluminescent device |
EP2851383A1 (en) | 2008-04-11 | 2015-03-25 | Solvay USA Inc. | Doped conjugated polymers, devices, and methods of making devices |
JP2010225653A (en) | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Mitsubishi Chemicals Corp | Composition for charge transportation film, organic electroluminescent element, organic el display, and organic el illumination |
US20160005547A1 (en) | 2013-01-10 | 2016-01-07 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | Inorganic-organic hybrid solar cell having durability and high performance |
-
2017
- 2017-11-08 JP JP2017215856A patent/JP7116904B2/en active Active
-
2022
- 2022-07-29 JP JP2022121698A patent/JP2022161921A/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019087675A (en) | 2019-06-06 |
JP7116904B2 (en) | 2022-08-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2942826B1 (en) | Doped perovskites and their use as active and/or charge transport layers in optoelectronic devices | |
JP6913310B2 (en) | Semiconductor devices, solar cells, and solar cell modules | |
JP6562398B2 (en) | Semiconductor device, solar cell, solar cell module, and composition | |
WO2017089819A1 (en) | Mixed cation perovskite | |
JP2017112186A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same, solar cell, and composition for forming semiconductor layer | |
JP2016132638A (en) | Organic inorganic perovskite compound, light emitter, semiconductor material, electronic device and solar cell | |
CN108630825B (en) | perovskite material, preparation method and device | |
US20180114648A1 (en) | Fabrication of stable perovskite-based optoelectronic devices | |
KR20140044786A (en) | Photovoltaic cells | |
Zhang et al. | Organolead halide perovskites: a family of promising semiconductor materials for solar cells | |
Yang et al. | Enhancing air-stability and reproducibility of lead-free formamidinium-based tin perovskite solar cell by chlorine doping | |
JP2022161921A (en) | Electronic device and manufacturing method thereof, coating liquid for forming semiconductor layer and manufacturing method thereof | |
JP2019175970A (en) | Photoelectric conversion element and solar cell module | |
JP2022171900A (en) | Photoelectric conversion element and solar cell module | |
JP7409215B2 (en) | Photoelectric conversion elements and power generation devices | |
JP2019175919A (en) | Photoelectric conversion element and solar cell module | |
JP2016178193A (en) | Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof, solar cell, solar cell module, and composition | |
KR101316237B1 (en) | Manufacturing Method of Solution-processed semiconductor buffer layer And solar cells using it | |
JP7388462B2 (en) | Composition, film, photoelectric conversion device and manufacturing method thereof | |
JP2016149505A (en) | Composition, photoelectric conversion element, solar cell, and solar cell module | |
JP2016210750A (en) | Fullerene compound, semiconductor device, solar cell and solar cell module | |
JP2024017714A (en) | Conductor interface modification material, semiconductor layer, photoelectric conversion element and manufacturing method thereof | |
JP2023128265A (en) | Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same | |
JP2021144973A (en) | Photoelectric conversion element and electric power generation device | |
JP2023062277A (en) | Polytriarylamine compound, power generation device, and method for manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220829 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220829 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230424 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230515 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230713 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230913 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20231208 |