JP5058603B2 - Pn−半導体無機/有機ハイブリッド材料、その製造方法及び該材料を含有する光電池 - Google Patents
Pn−半導体無機/有機ハイブリッド材料、その製造方法及び該材料を含有する光電池 Download PDFInfo
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Description
また、本発明は、そのような材料の製造方法、及び該材料を含有する光電池に関する。
従って、本発明の一般的な分野は、光電気化学電池、更に詳細には光電池、又は発光ダイオードに関する。
−電解液の成分に用いられている溶媒の蒸発のための、時間の経過による低い安定性;
−電解質の製造において用いられる溶媒の揮発しやすい性質による、相対的に限定された使用温度範囲;
−光電池を非常に低い温度、例えば、−10℃〜−40℃周辺の温度で作動した時に、電解質を構成するために用いられている塩が沈殿する危険性;及び
−特に、フレキシブル有機担体の使用及び/又は大規模の使用を除外し、液状電解液を用いることによる実行の制限。
−有機マトリックス中のナノ粒子の分散はナノ粒子の浸出を制限し、このため光電池の電子収集層への電子の伝導を制限する;
−有機マトリックス中のナノ粒子の分散は、PPV/ナノ粒子インターフェースでの電子−正孔再結合の高速度を結果としてもたらす。
−酸化チタンフィルムの孔の中への溶融状態における重合体の拡散によって制限される、多孔性フィルムと重合体との間の相互浸透によって特徴づけられる;
−これら2つの領域の間の結合が吸着によって、更に詳細にはファンデルワールス型の弱い相互作用によって起こるという事実のために、n−半導体材料及びp−半導体材料の間に自由な接合点を含有する;及び
−高温度(約200〜300℃)で実施される操作は発色団を損傷し、低い分解温度を有する広い範囲の発色団の使用を妨げるかもしれない。
−n−半導体領域とp−半導体領域との制限された相互浸透;
−種々のn−領域/発色団/p−領域成分の相互浸透の低い度合いのための、これらの領域の間の接合点における電子−正孔再結合の高い比率;及び
−上記接合において関与する結合の弱い特性のためのp−領域及びn−領域の間の弱い接合。
−多孔性酸化物セラミック(1以上の発色団で感光されていてもよく、又はされていなくてもよい)製の基板を、導電性重合体の1以上の前駆体で重合化され得る少なくとも1つの基、及び上記基板上に化学的にグラフトされ得る少なくとも1の基を有する1以上の化合物で化学グラフトによって機能的にする工程;
−上述のようにして機能的にされた基板を、上記前駆体を含有する溶液に含浸する工程;及び
−上記前駆体を重合する工程。
−COOR1(R1は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す);
−COCl;
−COCH2CO−R1(R1は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す);
−PO(OH)2、−PO(OR2)(OH)又は−PO(OR2)(OR3)(R2及びR3は同一であるか又は異なり、それぞれ1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す);
−CO(NHOH);
−M(OR4)n−x−1Zx(Xは1〜(n−1)の整数を表し、Mは金属又はメタロイドを表わし、nはMの酸化数を表し、R4は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基、フェニル基、一価金属カチオン、又は式N+R1 4(R1は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す)の基を表し、Zは水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基、フェニル基又はハロゲン原子を表す);
−SO3M’(M’が水素原子、一価金属カチオン又は式N+R1 4(R1は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す)の基を表す);
−B(OM’)2(M’は水素原子、一価金属カチオン、又は式N+R1 4(R1は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す)の基を表す);
−OH;
及びそれらの組み合わせ。
−Si(OR4)3−xZx(xは1〜3の整数であり、Zは上述したのと同じ定義を有する)。
−多孔性酸化物セラミック(1以上の発色団によって感光されていてもよく、されていなくてもよい)製の基板を、導電性重合体の1以上の前駆体で重合化され得る少なくとも1つの基、及び上記基板上に化学的にグラフトされ得る少なくとも1の基を有する1以上の化合物で化学グラフトによって機能化する工程;
−上述のようにして機能化された基板を、上記前駆体を含有する溶液に含浸する工程;及び
−上記前駆体を重合する工程。
−ディップコーティング;
−スピンコーティング;
−ラミナーフローコーティング;
−スプレーコーティング;
−浸漬コーティング;
−ロールトゥーロールコーティング;
−はけ塗り;及び
−スクリーン印刷。
−ディップコーティング
−スピンコーティング;
−ラミナーフローコーティング;
−スプレーコーティング;
−浸漬コーティング;
−ロールトゥーロールコーティング;
−はけ塗り;及び
−スクリーン印刷。
−多孔性酸化物セラミック領域と、この領域の表面上にグラフトされた導電性重合体の間の良好な相互浸透を許容する;
−室温で実施することのできる簡単な技術を使用する。
−第二の電極(「対電極」と呼ぶ);及び
−上述のようにに定義された半導体材料からなる半導体領域からなり、
上記領域が上記第一の電極及び上記第二の電極の間に配置される光電池である。
−上述したような化合物によって多孔性酸化物セラミック上又は中にグラフトされた導電性重合体が、電子−正孔の結合の際に、セラミック、導電性重合体及び任意に発色団の間の電荷移動を促進するという事実;及び
−n−領域とp−領域との優れた相互浸透を示す、本発明の半導体材料の使用は、上記光活動性電極が完全な厚みを超えて効果的であり、従って固体状態、任意に色素をベースとする光電池の向上した太陽の効率のために有利な構成を提供するという事実。
この導電性重合体19の近くで、表面17は発色団23によって感光される(上記表面上に吸着又はグラフトされる)。光線(上記光線は矢印hνによって表わされる)が発色団に到達すると、輸送中に光子の形をとる光エネルギーは、発色団によって吸収されるようになる。この状態においては、後者は、多孔性酸化物セラミックによって直接捕獲される電子e−を放出し、電子と同時に形成される+記号によって示される正孔が導電性重合体によって捕獲される。従って、電子−正孔の対は再結合せずに解離し、従って、材料中に電流を生じる。
−任意に透明な導電層でコーティングされた担体上に酸化物セラミックフィルムを蒸着する、蒸着工程であって、上記蒸着は、上述したように真空技術又は湿式技術により実施することが可能であり、上記2つのタイプの方法は当業者の能力の範囲内である;
−上述した酸化物セラミックフィルムから上記半導体材料を得るように、上述したように半導体材料の製造方法を実施し;
−好ましくは本発明のpn−半導体無機/有機ハイブリッド材料の構成重合体と同一の導電性重合体層を導電性材料層上への任意の蒸着工程であって、上記層は、当業者の能力範囲内である上述した湿式技術によって蒸着され;及び
−半導体材料層、適当な場合には導電性重合体層上への上述した金属層を蒸着する蒸着工程。
10オーム2のオーダーの表面抵抗を有し、ホットスプレーによって蒸着された高密度TiO2の薄い層で部分的にコーティングされた、SnO2:Fをベースとする透明な導電層でコーティングされた、2×5cm2の寸法のガラス基板(日本国の旭硝子株式会社製)を、まず洗剤を用いて洗浄し、次いで水ですすぎ、エタノールで乾燥させた。
Claims (9)
- n−型領域とp−型領域の両者を含む固体pn−半導体材料の製造方法であって、以下の工程を連続的に含む固体pn−半導体材料の製造方法。
−孔サイズが2〜80nmの多孔性酸化物セラミック製の基板を製造する工程;
−導電性重合体の1以上の単量体で重合化され得る少なくとも1つの基、及び上記基板上に化学的にグラフトされ得る少なくとも1つの基を有する1以上の化合物を該基板に接触させることを含み、該基板の孔の壁の表面にグラフト化した化合物を得る、該化合物を該基板に化学グラフトする工程;
−上述の化学グラフトされた基板を、上記単量体を含有する溶液に含浸する工程;及び
−上記単量体を上記化合物と重合させることにより、該基板にグラフト化された化合物を通して該基板にグラフト化された重合体が得られ、該pn−半導体材料の該n−型領域は、該基板に存在し、かつ該pn−半導体材料の該p−型領域は、該基板にグラフト化された該重合体からなるものとするか、又は該pn−半導体材料の該p−型領域は、該基板に存在し、かつ該pn−半導体材料の該n−型領域は、該基板にグラフト化された該重合体からなるものとする工程。 - 上記多孔性酸化物セラミックが、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir及びPtから選択される遷移金属をベースとするセラミック、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er及びYb等のランタニドをベースとするセラミック、Al、Ga、In及びTlから選択される元素周期表のIIIA属の原子をベースとするセラミック、Si、Ge、Sn及びPbから選択される元素周期表のIVA属の原子をベースとするセラミック、Se及びTeから選択される元素周期表のVIA属の原子をベースとするセラミック、及びそれらの混合物から選択される、請求項1に記載の製造方法。
- 上記酸化物セラミックがメソ多孔性セラミックである、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 上記メソ多孔性セラミックがメソ構造である、請求項3に記載の製造方法。
- 上記セラミックが二酸化チタンTiO2である、請求項1又は4に記載の製造方法。
- セラミック上に化学的にグラフトされ得る基が、以下の式を有する基から選択される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
−COOR1(R1は、水素原子、1〜30個の炭素原子を含むアルキル基又はフェニル基を表す);
−COCl;
−COCH2CO−R1(R1は、水素原子、1〜30個の炭素原子を含むアルキル基又はフェニル基を表す);
−PO(OH)2、−PO(OR2)(OH)又は−PO(OR2)(OR3)(R2及びR3は同一であるか又は異なり、それぞれ1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す);
−CO(NHOH);
−M(OR4)n−x−1Zx(Xは1〜(n−1)の整数を表し、Mは金属又はメタロイドを表し、nはMの酸化数を表わし、R4は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基、フェニル基、一価金属カチオン、又は式N+R1 4(R1は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す)の基を表し、Zは水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基、フェニル基又はハロゲン原子を表す);
−SO3M’(M’は水素原子、一価金属カチオン又は式N+R1 4(R1は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す)の基を表す);
−B(OM’)2(M’は水素原子、一価金属カチオン又は式N+R1 4(R1は水素原子、1〜30個の炭素原子を有するアルキル基又はフェニル基を表す)の基を表わす);
−OH;
及びそれらの組み合わせ。 - 導電性重合体の1以上の単量体で重合され得る基が、アセチレン、p−フェニレン、p−フェニレンビニレン、p−フェニレンスルフィド、ピロール、チオフェン、フラン、アズレン、アジン、アニリン、シアノフェニレンビニレン及びp−ピリジルビニレンからから選択される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。
- 上記セラミックを感光する1以上の発色団を更に含有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。
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