JP5981594B1 - Coating method and coating apparatus - Google Patents
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- Coating Apparatus (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
【課題】メニスカス塗布法における塗布精度を高める。【解決手段】塗布方法は、塗布ヘッドと塗布対象物の塗布面とを重畳させ、塗布ヘッドと塗布面との間に塗布材料を供給する工程と、塗布材料を供給した後に、塗布面の第1の領域から第2の領域まで塗布材料を塗布する工程と、第2の領域まで塗布材料を塗布した後に、塗布材料を補充する工程と、塗布材料を補充した後に、塗布面の第2の領域から第3の領域まで塗布材料を塗布する工程と、を具備する。【選択図】図1An object of the present invention is to improve coating accuracy in a meniscus coating method. An application method includes a step of superimposing an application head and an application surface of an application object, supplying an application material between the application head and the application surface, and supplying an application material, A step of applying a coating material from one region to a second region; a step of replenishing the coating material after coating the coating material to the second region; and a step of replenishing the coating material, Applying a coating material from the region to the third region. [Selection] Figure 1
Description
本発明の実施形態は、塗布方法および塗布装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a coating method and a coating apparatus.
有機半導体を用いた有機薄膜太陽電池等の光電変換素子は、光活性層の形成に安価な塗布法を適用できることから、低コストの太陽電池として期待されている。有機薄膜太陽電池を構成するセルは、例えば光活性層を透明電極と対向電極とで挟持した構造を有している。 A photoelectric conversion element such as an organic thin film solar cell using an organic semiconductor is expected as a low-cost solar cell because an inexpensive coating method can be applied to the formation of the photoactive layer. The cell constituting the organic thin film solar cell has a structure in which, for example, a photoactive layer is sandwiched between a transparent electrode and a counter electrode.
光活性層等に用いられる有機材料を含む膜の成膜方法の一つとしてメニスカス塗布法が知られている。メニスカス塗布法では、塗布ヘッドと塗布対象物の塗布面との間に塗布材料を供給することによりメニスカス柱を形成する。その後塗布ヘッドと塗布対象物とを相対的に移動させることにより、塗布面に塗布材料を塗布する。 A meniscus coating method is known as one of methods for forming a film containing an organic material used for a photoactive layer or the like. In the meniscus coating method, a meniscus column is formed by supplying a coating material between a coating head and a coating surface of a coating object. Thereafter, the coating material is applied to the coating surface by relatively moving the coating head and the coating object.
従来のメニスカス塗布法では、塗布パターンの厚さや幅の制御が困難であった。特に、光電変換素子の大面積化や量産化のために例えばロール・ツー・ロール方式で100mmを超える長さを有する塗布パターンを形成する場合、上記塗布パターンの厚さや幅のばらつきによる影響が顕著となり、上記ばらつきが例えば光電変換効率が低下する等の原因となる。 In the conventional meniscus coating method, it is difficult to control the thickness and width of the coating pattern. In particular, when a coating pattern having a length exceeding 100 mm is formed by, for example, a roll-to-roll method in order to increase the area or mass production of the photoelectric conversion element, the influence due to variations in the thickness and width of the coating pattern is remarkable. Thus, the above variation causes, for example, a decrease in photoelectric conversion efficiency.
実施形態の発明が解決しようとする課題は、メニスカス塗布法における塗布精度を高めることである。 The problem to be solved by the invention of the embodiment is to improve the coating accuracy in the meniscus coating method.
実施形態の塗布方法は、塗布ヘッドと塗布対象物の塗布面とを重畳させ、塗布ヘッドと塗布面との間に第1の量の塗布材料を供給する工程と、塗布材料を供給した後に、塗布面の一方向に沿って塗布ヘッドまたは塗布対象物を移動させることにより、塗布面の第1の領域から第2の領域まで塗布材料を塗布する工程と、第2の領域まで塗布材料を塗布した後に、第2の領域上で塗布ヘッドまたは塗布対象物を停止させつつ塗布ヘッドと塗布面との間に第1の量よりも少ない第2の量の塗布材料を補充する、または塗布材料を塗布する工程における塗布ヘッドまたは塗布対象物の移動速度よりも遅い速度で塗布面の一方向に沿って塗布ヘッドまたは塗布対象物を移動させつつ塗布ヘッドと塗布面との間に第2の量の塗布材料を補充する工程と、第2の量の塗布材料を補充した後に、第2の量の塗布材料を補充する工程における塗布ヘッドまたは塗布対象物の移動速度よりも速い速度で塗布面の一方向に沿って塗布ヘッドまたは塗布対象物を移動させることにより、塗布面の第2の領域から第3の領域まで塗布材料を塗布する工程と、を具備する。 The application method of the embodiment includes a step of superimposing an application head and an application surface of an application object, supplying a first amount of application material between the application head and the application surface, and after supplying the application material, The step of applying the coating material from the first region to the second region of the coating surface by moving the coating head or the coating object along one direction of the coating surface, and coating the coating material to the second region After that, a second amount of coating material smaller than the first amount is replenished between the coating head and the coating surface while stopping the coating head or the coating object on the second region, or the coating material is A second amount is applied between the coating head and the coating surface while moving the coating head or the coating object along one direction of the coating surface at a speed slower than the moving speed of the coating head or the coating object in the coating step. a step of replenishing the coating material, After supplemented with 2 amount of coating material, a second amount of the coating head or the application target along the direction of the coated surface at a speed higher than the moving speed of the coating head or object to be coated in the step of replenishing the coating material And applying a coating material from the second area to the third area of the application surface by moving the object.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、例えば厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The drawings are schematic, and for example, the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like may be different from the actual ones. In the embodiments, substantially the same constituent elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(第1の実施形態)
図1は、塗布装置の構成例を示す模式図である。図1に示す塗布装置は、塗布ヘッド1と、供給機構2と、塗布ヘッド1を移動させる移動機構3と、塗布対象物10を移動させる移動機構4と、移動機構3を制御する制御機構5と、移動機構4を制御する制御機構6と、供給機構2を制御する制御機構7と、を具備する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a coating apparatus. The coating apparatus shown in FIG. 1 includes a
塗布ヘッド1は、基板等の塗布対象物10の塗布面100に塗布材料を塗布する機能を有する。ここで、塗布ヘッド1の構造例について図2を参照して説明する。図2は塗布ヘッド1の構造例を示す正面模式図である。なお、必ずしも回転させる機構を塗布ヘッド1に設けなくてもよい。
The
図2に示すように、塗布ヘッド1は、主軸11と、主軸11の長さ方向に沿って離間するように設けられた複数の塗布領域12と、を備える。主軸11の端部は、移動機構3に接続されている。移動機構3により、主軸11を塗布面100の一方向に沿って移動させることにより、塗布ヘッド1を移動させることができる。
As shown in FIG. 2, the
さらに、塗布領域12の構造例について図3および図4を参照して説明する。図3は一つの塗布領域12の拡大図であり、図4は図2の線分X−Yにおける塗布領域12の断面模式図である。塗布領域12は、主軸11の側面に沿って設けられた円柱状の外周面12aを有する。例えば、塗布材料20を収容するシリンジポンプ21のニードル22を介して外周面12aに塗布材料20を供給する。その後、塗布材料20は、外周面12aを伝って塗布ヘッド1と塗布面100との間に供給される。また、塗布ヘッド1は複数の塗布領域12の間に溝部11aを有する。
Furthermore, a structural example of the
塗布領域12と塗布対象物10との間には、メニスカス柱31が形成される。メニスカス柱31は円弧状の曲面31aを有する柱状体である。メニスカス柱31の形状は、例えば塗布領域12と塗布対象物10の塗布面100との間の間隙、塗布材料20の性質(粘度や表面張力等)、塗布材料20の供給量等に応じて変化する。図2ないし図4に示す塗布ヘッド1では、塗布領域12毎に複数の短冊状の塗布パターンを形成することができる。以上が塗布ヘッド1の説明である。
A
供給機構2は、塗布材料20を収容する。供給機構2は、塗布ヘッド1と塗布対象物10の塗布面100との間に塗布材料20を供給する機能を有する。供給機構2には、例えば微量の材料を正確に吐出することが可能なシリンジポンプ等を用いることができる。また、これに限定されず、例えば微量材料の吐出に適した方法を用いてもよい。
The
移動機構3は、塗布ヘッド1を塗布面100の一方向に沿って移動させる機能を有する。移動機構4は、塗布対象物10を塗布面100の一方向に沿って移動させる機能を有する。移動機構4は、例えば塗布対象物10を支持するローラー4aとローラー4bとを有する。ローラー4aおよびローラー4b上に塗布対象物10を配置し、ローラー4aおよびローラー4bを同一方向に回転させることにより塗布対象物10を移動させることができる。なお、これに限定されず、塗布対象物10を支持し、上下左右に移動が可能なステージを用いて移動機構4を構成してもよい。なお、塗布装置は、移動機構3および移動機構4の少なくとも一つを具備していればよい。
The
制御機構5は、塗布ヘッド1と塗布対象物10との間に対する塗布材料の供給の開始および停止に応じて塗布材料の塗布ヘッド1の移動速度および移動方向の少なくとも一つを制御する機能を有する。制御機構6は、塗布ヘッド1と塗布対象物10との間に対する塗布材料の供給の開始および停止に応じて塗布対象物10の移動速度および移動方向の少なくとも一つを制御する機能を有する。なお、移動機構3を設けない場合には制御機構5を設けなくてもよく、移動機構4を設けない場合には制御機構6を設けなくてもよい。また、制御機構5と制御機構6とを一つの制御機構としてもよい。
The
制御機構7は、塗布ヘッド1と塗布対象物10との間に対する塗布材料の供給の開始および停止を制御する機能と塗布材料の供給速度を制御する機構とを有する。なお、制御機構7と制御機構5と制御機構6とを一つの制御機構としてもよい。
The
制御機構5ないし制御機構7は、例えばプロセッサ等を用いたハードウェアを用いて構成される。なお、各動作を動作プログラムとしてメモリ等のコンピュータ読み取りが可能な記録媒体に保存しておき、ハードウェアにより記録媒体に記憶された動作プログラムを適宜読み出すことで各動作を実行してもよい。
The
次に、上記塗布装置を使用した塗布方法について図5ないし図8を参照して説明する。図5ないし図8は、塗布方法の例を説明するための模式図であり、(A)は上面模式図であり、(B)は断面模式図である。 Next, a coating method using the coating apparatus will be described with reference to FIGS. 5 to 8 are schematic diagrams for explaining an example of the coating method, (A) is a schematic top view, and (B) is a schematic sectional view.
塗布方法の一例では、まず図5(A)および図5(B)に示すように、塗布ヘッド1と塗布対象物10の塗布面100とを重ね合わせる。このとき、塗布ヘッド1と塗布面100との間隙は、例えば50μm以上1000μm以下の範囲で適宜設定される。さらに、供給機構2から塗布ヘッド1と塗布面100との間に塗布材料20を供給してメニスカス柱を形成する。
In an example of the coating method, first, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
次に、図6(A)および図6(B)に示すように、塗布面100の一方向に沿って塗布ヘッド1および塗布対象物10の少なくとも一つを移動させることにより、塗布面100の領域10aから領域10bまで塗布材料20を塗布する工程を行う。なお、塗布ヘッド1を移動させる場合には供給機構2も同様に移動させる。ここでは、塗布対象物10をX方向に移動させることにより、塗布材料20を塗布している。
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, by moving at least one of the
領域10bまで塗布材料20を塗布した後に、領域10b上で塗布ヘッド1および塗布対象物10の少なくとも一つを停止させつつ塗布ヘッド1と塗布面100との間に塗布材料20を補充する、または塗布面100の一方向に沿って上記塗布材料を塗布する工程における塗布ヘッド1および塗布対象物10の少なくとも一つの移動速度よりも遅い速度で移動させつつ塗布ヘッド1と塗布面100との間に塗布材料20を補充する工程を行う。ここでは、制御機構6により移動機構4による塗布対象物10の移動を停止させている。
After applying the
塗布材料20を補充するタイミングは、例えば制御機構7により制御される。例えば、塗布方向における塗布パターンの長さが基準値以上になったときに塗布材料20を補充してもよい。また、塗布方向におけるメニスカス柱の幅が基準値を下回った場合に塗布材料20を補充してもよい。メニスカス柱の幅が狭くなると塗布パターンの幅が変化し易くなる。塗布パターンの状態やメニスカス柱の幅は、例えば撮像素子等を用いて測定することができる。
The timing of replenishing the
塗布材料20を補充した後に塗布動作を再開させる。図7(A)および図7(B)に示すように、上記塗布材料を補充する工程における塗布ヘッド1および塗布対象物10の少なくとも一つの移動速度よりも速い速度で塗布面100のX方向に沿って塗布ヘッド1および塗布対象物10の少なくとも一つを移動させることにより、塗布面100の領域10bから領域10cまで塗布材料20を塗布する工程を行う。本工程における塗布ヘッド1および塗布対象物10の少なくとも一つの移動速度を上記塗布材料を塗布する工程における塗布ヘッド1および塗布対象物10の少なくとも一つの移動速度と同じにしてもよい。
After the
なお、さらに塗布材料20の塗布を続ける場合には、上記に示す塗布材料20を補充する工程と、その後塗布を再開させる工程とを繰り返し行えばよい。これにより、例えば図8に示すように、領域30aと領域30aの端部から塗布面の一方向に沿って延在する領域30bとを有する塗布パターン30を形成することができる。塗布方向における領域30aの長さは例えば100mm以下であることが好ましい。領域30aの長さが100mmを超えると塗布材料20の供給量と消費量との関係等によっては塗布パターンの制御が困難になる。領域30aの厚さは成膜する膜の種類等によって適宜設定される。また、領域30bの厚さは、領域30aの厚さよりも厚くなる。このため、領域30bは光電変換効率が低いまたは光電変換に寄与しない領域である。よって、領域30bの長さはできる限り短いことが好ましい。領域30bの長さは領域30aよりも短く、例えば5mm以上15mm以下にすることができる。
In addition, when the application of the
以上のように、本実施形態の塗布装置を使用した塗布方法では、塗布の途中で塗布ヘッドおよび塗布対象物の少なくとも一つを停止または減速させつつ、塗布ヘッドと塗布対象物との間に塗布材料を補充する。これにより、例えば100mmを超える長さを有する場合であっても塗布パターンの幅や厚さのばらつきが抑制され、塗布精度を高めることができる。 As described above, in the coating method using the coating apparatus of the present embodiment, coating is performed between the coating head and the coating object while at least one of the coating head and the coating object is stopped or decelerated during the coating. Refill material. Thereby, even if it is a case where it has a length exceeding 100 mm, for example, the dispersion | variation in the width | variety and thickness of a coating pattern is suppressed, and a coating precision can be raised.
例えば、塗布の途中で塗布材料を補充しない場合、徐々に塗布パターンの幅が狭くなる、すなわち塗布パターンが細くなってしまう。また、徐々に塗布パターンが薄くなってしまう。上記現象は、例えば100mmを超える長さの塗布パターンを成膜する際に特に問題となる。また、塗布材料を常時供給しながら塗布材料を塗布する場合、塗布方向に垂直な方向において塗布パターンの端部よりも中心部が厚くなる。すなわち。塗布パターンの厚さにばらつきが生じてしまう。 For example, when the coating material is not replenished during the coating, the width of the coating pattern is gradually narrowed, that is, the coating pattern is thinned. In addition, the coating pattern gradually becomes thinner. The above phenomenon is particularly problematic when a coating pattern having a length exceeding 100 mm is formed. Further, when the coating material is applied while constantly supplying the coating material, the central portion is thicker than the end portion of the coating pattern in the direction perpendicular to the coating direction. That is. Variations in the thickness of the coating pattern occur.
これに対し、本実施形態の塗布方法のように、塗布の途中で塗布ヘッドおよび塗布対象物の少なくとも一つを停止または減速させつつ塗布材料を補充することにより、100mmを超える長さを有する領域において、塗布パターンの幅および厚さを一定の範囲内に保つことができる。 On the other hand, as in the coating method of this embodiment, a region having a length exceeding 100 mm is obtained by replenishing the coating material while stopping or slowing down at least one of the coating head and the coating target in the middle of coating. The width and thickness of the coating pattern can be kept within a certain range.
なお、本実施形態の塗布方法は、上記の方法に限定されない。塗布方法の他の例について図9および図10を参照して説明する。図9および図10は、塗布方法の他の例を説明するための模式図であり、(A)は上面模式図であり、(B)は断面模式図である。 In addition, the coating method of this embodiment is not limited to said method. Another example of the coating method will be described with reference to FIGS. 9 and 10 are schematic views for explaining another example of the coating method, (A) is a schematic top view, and (B) is a schematic cross-sectional view.
塗布方法の他の例では、上記塗布方法例と同様に、塗布ヘッド1と塗布対象物10の塗布面100とを重ね合わせ、供給機構2から塗布ヘッド1と塗布面100との間に塗布材料20を供給する。次に、図9(A)および図9(B)に示すように、塗布対象物10を塗布面100のX方向に沿って移動させ、塗布ヘッド1を塗布面100のX方向と反対側のY方向に移動させることにより、塗布面100の領域10aから領域10bまで塗布材料20を塗布する工程を行う。
In another example of the coating method, similarly to the above coating method example, the
領域10bまで塗布材料20を塗布した後に、図10(A)および図10(B)に示すように、領域10b上で塗布ヘッド1および塗布対象物10をX方向に移動させつつ、塗布ヘッド1と塗布面100との間に塗布材料20を補充する工程を行う。塗布材料20を補充するタイミングを制御する方法は、上記方法と同様である。このとき、塗布ヘッド1と塗布対象物10との移動速度は、同じであることが好ましい。これにより、最終的に形成される塗布パターン30の領域30bの長さを小さくすることができる。
After applying the
塗布材料20を補充した後に塗布動作を再開させる。塗布対象物10をX方向に移動させ、塗布ヘッド1をY方向に移動させることにより、塗布面100の領域10aから領域10bまで塗布材料20を塗布する工程を行う。
After the
なお、さらに塗布材料20の塗布を続ける場合には、上記塗布方法の一例と同様に塗布材料20を補充する工程と、その後塗布を再開させる工程と、を繰り返し行えばよい。以上により図8と同様に領域30aと領域30bとを有する塗布パターン30を形成することができる。
In addition, when continuing application | coating of the
上記塗布方法の他の例では、塗布対象物だけでなく塗布ヘッドも移動させることにより、塗布対象物を一定の速度で移動させることができるため、塗布対象物の移動制御が容易になる。 In another example of the application method, the application target can be moved at a constant speed by moving not only the application object but also the application head, so that the movement control of the application object is facilitated.
なお、移動機構4により塗布ヘッド1と塗布対象物10の塗布面100との間隙を変えることもできる。間隙の変更が可能な移動機構の構造例について図11を参照して説明する。
Note that the gap between the
図11に示す移動機構4は、ローラー4aとローラー4bとを有する。ローラー4aは、塗布対象物10にかかる張力を一定の範囲内に保持する機能を有する。ローラー4bは、塗布ヘッド1と塗布対象物10との間隙を制御する機能を有する。ローラー4aおよびローラー4bのそれぞれは、偏心カム41を有する。偏心カム41は、ローラー4aおよびローラー4bの回転軸を回転軸40から変更する機能を有する。
The moving mechanism 4 shown in FIG. 11 has a
図11に示す移動機構4では、偏心カム41によりローラーの回転軸を変えることにより、塗布ヘッド1と塗布対象物10との間隙を制御することができる。なお、上記塗布方法の他の例と組合わせることにより、塗布ヘッド1の駆動軸の数を減らすことができる。
In the moving mechanism 4 shown in FIG. 11, the gap between the
(第2の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態の塗布装置および塗布方法を用いて製造可能な光電変換素子の例について説明する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, an example of a photoelectric conversion element that can be manufactured using the coating apparatus and the coating method of the first embodiment will be described.
図12は、光電変換素子の構造例を示す上面模式図である。図12に示す光電変換素子は、基板51上に設けられた短冊状の複数のセル52を具備する。なお、複数のセル52を封止するように封止部を設けてもよい。
FIG. 12 is a schematic top view illustrating a structural example of a photoelectric conversion element. The photoelectric conversion element illustrated in FIG. 12 includes a plurality of strip-shaped
基板51としては、例えば無アルカリガラス、石英ガラス等の無機材料、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック、高分子フィルム等の基板を用いることができる。基板51は、電極の形成が可能であり、熱や有機溶剤によって変質しにくいことが好ましい。基板51を介して光を入射させる場合、基板51は、透光性を有する。また、これに限定されず、例えばステンレス鋼(SUS)基板、シリコン基板、金属基板等を用いることができる。このとき、基板51の平面の少なくとも一部は、絶縁表面を有することが好ましい。基板51の厚さは、その他の構成部材を支持するために十分な強度を有するのであれば特に限定されない。
Examples of the
光電変換素子が太陽電池モジュールの場合、セル52は、互いに直列接続で電気的に接続される。これにより、出力電圧を大きくすることができる。なお、セル52の数は、図12に示す数に限定されない。セル52は、例えば一対の電極と、一対の電極の間に設けられた光活性層とを少なくとも有する。
When the photoelectric conversion element is a solar cell module, the
さらに、セル52の構造例について図13ないし図15を参照して説明する。図13ないし図15はセルの構造例を示す模式図である。図13はセルの一部を示す平面模式図であり、図14は図13における線分X1−Y1の断面模式図であり、図15は図13における線分X2−Y2の断面模式図である。
Further, a structural example of the
図13ないし図15に示すセル52は、電極521と、中間層522と、光活性層523と、中間層524と、電極525と、を有する。光活性層523は、照射された太陽光等の光のエネルギーにより電荷分離を行う機能を有する光電変換層としての機能を有する。
A
電極521は、基板51上に設けられる。または、複数の電極521は、互いに離間していることが好ましい。電極521としては、例えば酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウム錫酸化物(ITO)、フッ素を含む酸化錫(FTO)、インジウム・亜鉛・オキサイド等の金属酸化物材料や、金、白金、銀、銅、アルミニウム、モリブデン、チタン、タングステン、マンガン、コバルト、ニッケル、錫等の金属材料を用いることができる。基板51を介して光を入射させる場合、電極521は、透光性を有し、特に、ITOまたはFTOを用いることが好ましい。また、電極材料として、有機系の導電性ポリマーであるポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体等を用いてもよい。電極521は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等により上記材料の膜を成膜することにより形成される。電極521は、単層であってもよく、積層であってもよい。
The
中間層522は、電極521上に設けられる。中間層522は、電子輸送層または正孔輸送層の一方としての機能等を有する。
The
正孔輸送層は、正孔を効率的に輸送する機能や、光活性層523の界面近傍で発生した励起子の消滅を防ぐ機能等を有する。正孔輸送層としては、PEDOT/PSS(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホネート))等のポリチオフェン系ポリマー、ポリアニリン、ポリピロール等の有機導電性ポリマーを使用することができる。また、正孔輸送層として、酸化モリブデンや酸化タングステンなどの無機材料を用いてもよい。酸化モリブデン等の無機材料は、例えば真空蒸着法等を用いて形成される。また、前駆体の塗布液を塗布した後、加熱等によって反応させることにより無機材料の膜を形成することができる。
The hole transport layer has a function of efficiently transporting holes, a function of preventing the disappearance of excitons generated near the interface of the
有機導電性ポリマーは、例えば塗布法等を用いて形成される。例えば、メニスカス塗布法により正孔輸送層に適用可能な材料からなる所望の厚さの塗布層を形成した後、ホットプレート等で加熱乾燥することにより正孔輸送層を形成することができる。 The organic conductive polymer is formed using, for example, a coating method. For example, after forming a coating layer having a desired thickness made of a material applicable to the hole transport layer by a meniscus coating method, the hole transport layer can be formed by heating and drying with a hot plate or the like.
電子輸送層は、正孔をブロックして電子のみを効率的に輸送する機能、および光活性層523との界面で生じた励起子(エキシトン)の消滅を防ぐ機能等を有する。電子輸送層としては、例えば金属酸化物や有機材料等を用いることができる。金属酸化物としては、例えばゾルゲル法を用いてチタンアルコキシドを加水分解して得られるアモルファスの酸化チタンなどが挙げられる。有機材料としてはポリエチレンイミンやその誘導体等が用いられる。電子輸送層は、例えば真空蒸着法や塗布法等を用いて形成される。
The electron transport layer has a function of blocking holes and efficiently transporting only electrons, a function of preventing the disappearance of excitons (excitons) generated at the interface with the
光活性層523は、中間層522上に設けられる。光活性層523は、領域523aと、領域523aよりも厚い領域523bを有する。光活性層523としては、例えばバルクへテロ接合型の光活性層を用いることができる。バルクヘテロ接合型の光活性層は、光活性層中で混合されたp型半導体とn型半導体とのミクロ層分離構造を有する。光電変換素子では、混合されたp型半導体とn型半導体が光活性層523内でナノオーダーのサイズのpn接合を形成し、光が入射することにより接合面で生じる光電荷分離を利用して電流を得ることができる。p型半導体およびn型半導体の少なくとも一方は、有機半導体であってよい。
The
p型半導体は、電子供与性の性質を有する材料で構成される。p型半導体としては、例えばポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、側鎖または主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体等を用いることができる。また、これらの共重合体を使用してもよく、例えば、チオフェン−フルオレン共重合体、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体等が用いてもよい。 A p-type semiconductor is composed of a material having an electron donating property. Examples of p-type semiconductors include polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triphenyldiamine derivatives, oligothiophene and derivatives thereof, polyvinylcarbazole and derivatives thereof, polysilane and derivatives thereof, side Polysiloxane derivatives having an aromatic amine in the chain or main chain, polyaniline and derivatives thereof, phthalocyanine derivatives, porphyrin and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof, and the like can be used. Moreover, these copolymers may be used, for example, a thiophene-fluorene copolymer, a phenylene ethynylene-phenylene vinylene copolymer, or the like may be used.
p型半導体としては、例えばπ共役を有する導電性高分子であるポリチオフェンおよびその誘導体を用いることができる。ポリチオフェンおよびその誘導体は、優れた立体規則性を確保することができ、溶媒への溶解性が比較的高い。ポリチオフェンおよびその誘導体は、チオフェン骨格を有する化合物であれば特に限定されない。 As the p-type semiconductor, for example, polythiophene which is a conductive polymer having π conjugation and a derivative thereof can be used. Polythiophene and its derivatives can ensure excellent stereoregularity and have relatively high solubility in a solvent. Polythiophene and derivatives thereof are not particularly limited as long as they are compounds having a thiophene skeleton.
ポリチオフェンおよびその誘導体の具体例としては、ポリ3−メチルチオフェン、ポリ3−ブチルチオフェン、ポリ3−ヘキシルチオフェン、ポリ3−オクチルチオフェン、ポリ3−デシルチオフェン、ポリ3−ドデシルチオフェン等のポリアルキルチオフェン;ポリ3−フェニルチオフェン、ポリ3−(p−アルキルフェニルチオフェン)等のポリアリールチオフェン;ポリ3−ブチルイソチオナフテン、ポリ3−ヘキシルイソチオナフテン、ポリ3−オクチルイソチオナフテン、ポリ3−デシルイソチオナフテン等のポリアルキルイソチオナフテン;ポリエチレンジオキシチオフェン等が挙げられる。 Specific examples of polythiophene and derivatives thereof include polyalkylthiophenes such as poly-3-methylthiophene, poly-3-butylthiophene, poly-3-hexylthiophene, poly-3-octylthiophene, poly-3-decylthiophene, poly-3-dodecylthiophene, etc. Polyarylthiophene such as poly-3-phenylthiophene and poly-3- (p-alkylphenylthiophene); poly-3-butylisothionaphthene, poly-3-hexylisothionaphthene, poly-3-octylisothionaphthene, poly-3- And polyalkylisothionaphthene such as decylisothionaphthene; polyethylenedioxythiophene and the like.
また、カルバゾール、ベンゾチアジアゾールおよびチオフェンからなる共重合体であるPCDTBT(ポリ[N−9”−ヘプタ−デカニル−2,7−カルバゾール−アルト−5,5−(4’,7’−ジ−2−チエニル−2’,1’,3’−ベンゾチアジアゾール)])などの誘導体を用いてもよい。上記誘導体を用いることにより、光電変換効率を高めることができる。また、PTB7([ポリ{4,8−ビス[(2−エチルヘキシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−2,6−ジイル−lt−alt−3−フルオロ−2−[(2−エチルへキシル)カルボニル]チエノ[3,4−b]チオフェン−4,6−ジイル}])を用いてもよい。 PCDTBT (poly [N-9 "-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'-di-2), which is a copolymer of carbazole, benzothiadiazole and thiophene, is also used. Derivatives such as -thienyl-2 ′, 1 ′, 3′-benzothiadiazole)]) may be used, and the use of the above derivatives can increase the photoelectric conversion efficiency.In addition, PTB7 ([poly {4 , 8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene-2,6-diyl-lt-alt-3-fluoro-2-[(2-ethyl Hexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophene-4,6-diyl}]).
これらの導電性高分子は、溶媒に分散させた分散液を塗布することにより成膜される。従って、塗布法等により、安価な設備を用いて低コストでかつ大面積の光電変換素子を製造することができる。 These conductive polymers are formed by applying a dispersion liquid dispersed in a solvent. Accordingly, a photoelectric conversion element having a large area can be manufactured at low cost by using an inexpensive method using a coating method or the like.
n型半導体は、電子受容性の性質を有する材料で構成される。n型半導体としては、例えばフラーレンおよびその誘導体が好適に使用される。フラーレン誘導体は、フラーレン骨格を有する誘導体であれば特に限定されない。例えば、C60、C70、C76、C78、C84等を基本骨格として構成される誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体は、フラーレン骨格における炭素原子が任意の官能基で修飾されていてもよく、この官能基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。フラーレン誘導体には、フラーレン結合ポリマーも含まれる。溶剤に親和性の高い官能基を有し、溶媒への可溶性が高いフラーレン誘導体が好ましい。 An n-type semiconductor is composed of a material having an electron-accepting property. As the n-type semiconductor, for example, fullerene and derivatives thereof are preferably used. The fullerene derivative is not particularly limited as long as it is a derivative having a fullerene skeleton. For example, derivatives composed of C60, C70, C76, C78, C84, etc. as the basic skeleton can be given. In the fullerene derivative, carbon atoms in the fullerene skeleton may be modified with an arbitrary functional group, and these functional groups may be bonded to each other to form a ring. Fullerene derivatives also include fullerene bonded polymers. A fullerene derivative having a functional group with high affinity for the solvent and high solubility in the solvent is preferred.
フラーレン誘導体における官能基としては、例えば、水素原子;水酸基;フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;シアノ基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基、チエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。具体的には、C60H36、C70H36等の水素化フラーレン、C60、C70等のオキサイドフラーレン、フラーレン金属錯体等が挙げられる。上述した中でも、フラーレン誘導体として、60PCBM([6,6]−フェニルC61酪酸メチルエステル)または70PCBM([6,6]−フェニルC71酪酸メチルエステル)を使用することが特に好ましい。 Examples of the functional group in the fullerene derivative include hydrogen atom; hydroxyl group; halogen atom such as fluorine atom and chlorine atom; alkyl group such as methyl group and ethyl group; alkenyl group such as vinyl group; cyano group; methoxy group and ethoxy group. Alkoxy groups such as phenyl groups, aromatic hydrocarbon groups such as naphthyl groups, and aromatic heterocyclic groups such as thienyl groups and pyridyl groups. Specific examples include hydrogenated fullerenes such as C60H36 and C70H36, oxide fullerenes such as C60 and C70, and fullerene metal complexes. Among the above-described compounds, it is particularly preferable to use 60PCBM ([6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester) or 70PCBM ([6,6] -phenyl C71 butyric acid methyl ester) as the fullerene derivative.
未修飾のフラーレンを使用する場合、C70を使用することが好ましい。フラーレンC70は、光キャリアの発生効率が高く、有機薄膜太陽電池に適している。 When using unmodified fullerene, it is preferable to use C70. Fullerene C70 has high photocarrier generation efficiency and is suitable for organic thin-film solar cells.
光活性層におけるn型半導体とp型半導体の混合比率(n:p)は、n型半導体の含有率がp型半導体がP3HT系の場合、およそ1:1であることが好ましい。またp型半導体がPCDTBT系の場合、およそ4:1であることが好ましい。 The mixing ratio (n: p) of the n-type semiconductor and the p-type semiconductor in the photoactive layer is preferably about 1: 1 when the content of the n-type semiconductor is a P3HT system. When the p-type semiconductor is a PCDTBT system, it is preferably about 4: 1.
有機半導体を塗布するためには、例えば溶媒に分散させて分散液を作製する。溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、テトラリン、デカリン、メシチレン、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類が挙げられる。特に、ハロゲン系の芳香族溶剤が好ましい。これらの溶剤を単独、もしくは混合して使用することが可能である。 In order to apply the organic semiconductor, for example, a dispersion is prepared by dispersing in an solvent. Examples of the solvent include toluene, xylene, tetralin, decalin, mesitylene, n-butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene and other unsaturated hydrocarbon solvents, and chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene and the like. Aromatic hydrocarbon solvents, carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, dichloroethane, chlorobutane, bromobutane, chloropentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohexane and other halogenated saturated hydrocarbon solvents, tetrahydrofuran, tetrahydropyran and other ethers Is mentioned. In particular, a halogen-based aromatic solvent is preferable. These solvents can be used alone or in combination.
上記実施形態の塗布装置及び塗布方法は、例えば光活性層523の成膜に用いることができる。このとき、光活性層523は、塗布パターン30の領域30aに相当する領域523aと、領域30bに相当する領域523bとを有する。また、中間層522および中間層524の成膜に上記塗布方法を用いてもよい。光活性層の成膜に上記実施形態の塗布装置または塗布方法を用いない場合、例えばスピンコート法、ディップコート法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、スプレー法、スクリーン印刷、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア・オフセット印刷、ディスペンサ塗布、ノズルコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法等を単独で、もしくは組み合わせて用いてもよい。
The coating apparatus and the coating method of the above embodiment can be used for forming the
中間層524は、光活性層523上に設けられる。中間層524は、光活性層523を挟んで中間層522に重畳する。中間層524は、電子輸送層または正孔輸送層の他方としての機能等を有する。
The
電極525は、中間層522および中間層524を挟んで光活性層523上に設けられる。複数の電極525は、互いに離間していることが好ましい。電極525は、隣接する次段のセル52の電極521に電気的に接続される。
The
電極525としては、例えば金属、金属酸化物、導電性高分子等を用いることができる。電極525を介して光を入射する場合、電極525は透光性を有する。
As the
電極525は、例えば白金、金、銀、銅、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、タングステン、チタン、ジルコニウム、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、サマリウム、テルビウム等の金属、それらを含む合金、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)のような導電性金属酸化物、PEDOT/PSS等の導電性高分子、グラフェン等の炭素材料が用いられる。銀ナノワイヤ、金ナノワイヤ、カーボンナノチューブ等のナノ導電材料を前述の材料に混入させて用いることもできる。電極525は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で上記材料の膜を成膜することにより形成される。以上がセル52の構造例の説明である。なお、セル52の構造を、電荷の取り出し方向が上記構造と逆方向の構造にしてもよい。
The
以上のように、実施形態の塗布装置および塗布方法を用いて光電変換素子を製造することができる。上記光電変換素子は、光電変換効率が高い。実施形態の塗布装置および塗布方法は、太陽電池に限定されず、例えば有機EL(Electro Luminescence:EL)方式の照明やディスプレイ等、図12に示すような多連短冊状のパターン塗布が有用となる技術全般に対して適用することができる。また、多連でなく、1本の短冊状のパターン塗布が有用となる技術全般に対して適用することができる。 As described above, a photoelectric conversion element can be manufactured using the coating apparatus and the coating method of the embodiment. The photoelectric conversion element has high photoelectric conversion efficiency. The coating apparatus and the coating method of the embodiment are not limited to solar cells, and for example, multiple strip pattern coating as shown in FIG. 12 such as an organic EL (Electro Luminescence: EL) type illumination or display is useful. Applicable to all technologies. Further, the present invention can be applied to all techniques that make it useful to apply a single strip-shaped pattern instead of multiple.
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 In addition, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
(実施例1)
厚さ200μmのPEN(ポリエチレンナフタレート)のフィルムの基板上に、第1の電極として厚さ150nmのITO膜を形成した基板を用意した。次に、第1の中間層として厚さ約1nmのPEIE(ポリエチレンイミン、80%エトキシレート)を成膜した。
Example 1
A substrate in which an ITO film having a thickness of 150 nm was formed as a first electrode on a substrate of a PEN (polyethylene naphthalate) film having a thickness of 200 μm was prepared. Next, PEIE (polyethyleneimine, 80% ethoxylate) having a thickness of about 1 nm was formed as a first intermediate layer.
次に、SUS303製の塗布ヘッドを用いて光活性層の材料を第1の中間層上に塗布した。光活性層の材料として、モノクロロベンゼン1mlに、PTB7([ポリ{4,8−ビス[(2−エチルヘキシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−2,6−ジイル−lt−alt−3−フルオロ−2−[(2−エチルへキシル)カルボニル]チエノ[3,4−b]チオフェン−4,6−ジイル}])を8mg、PC70BM(/[6,6]フェニルC71ブチル酸メチルエスター)を12mg分散させた塗布液を用いた。 Next, the material of the photoactive layer was applied on the first intermediate layer using a coating head made of SUS303. As a material for the photoactive layer, 1 ml of monochlorobenzene was added to PTB7 ([poly {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene-2,6. -Diyl-lt-alt-3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophene-4,6-diyl}]), 8 mg, PC70BM (/ [6 6] A coating solution in which 12 mg of phenyl C71 methyl butyrate ester) was dispersed was used.
塗布ヘッドとしては、23個の塗布領域を有する塗布ヘッドを用いた。塗布領域の幅は12.0mmである。また、塗布領域の間の溝部の幅は1.2mmであり、深さは0.5mmである。塗布ヘッドと基板との間隙は、0.88mm(880μm)とした。 As the coating head, a coating head having 23 coating areas was used. The width of the application area is 12.0 mm. Moreover, the width | variety of the groove part between application | coating areas is 1.2 mm, and the depth is 0.5 mm. The gap between the coating head and the substrate was 0.88 mm (880 μm).
塗布領域のそれぞれに供給機構としてシリンジポンプを配置し、一つの塗布領域あたり光活性層の材料を45μl吐出させ、23連のメニスカス柱を形成した。このとき、塗布方向におけるメニスカス柱の幅(ニップ長ともいう)は、カメラ撮影画像を用いて測定した結果、約5mmであった。 A syringe pump was disposed as a supply mechanism in each of the coating regions, and 45 μl of the material of the photoactive layer was discharged per coating region to form 23 meniscus columns. At this time, the width (also referred to as nip length) of the meniscus column in the coating direction was about 5 mm as a result of measurement using a camera image.
次に、10mm/sの速度で基板を移動させて光活性層の材料の塗布を開始した。その後、光活性層の材料を100mmの長さになるまで塗布した時点で塗布方向におけるメニスカス柱の幅は約4.3mmまで短くなっていた。この時点で基板の移動を一旦停止させ、塗布領域のそれぞれに光活性層の材料を6.4μl補充した。これにより、塗布方向におけるメニスカス柱の幅は最初の約5mmに戻っていた。 Next, the substrate was moved at a speed of 10 mm / s to start application of the photoactive layer material. Thereafter, when the photoactive layer material was applied to a length of 100 mm, the width of the meniscus column in the coating direction was reduced to about 4.3 mm. At this point, the movement of the substrate was temporarily stopped, and 6.4 μl of the photoactive layer material was replenished to each of the coating areas. As a result, the width of the meniscus column in the coating direction returned to about 5 mm.
次に、10mm/sの速度で基板の移動を再開させて光活性層の材料を塗布した。その後、光活性層の材料の補充動作と基板の移動動作を繰り返して光活性層の材料を塗布することにより光活性層を形成した。光活性層では、領域30aに相当する長さ約90mmの第1の領域において、幅が約12.5mm、厚さは約100nmで、幅、膜厚ともに均一な塗布パターンであった。領域30bに相当する長さ約10mmの第2の領域では、厚さが約200nmであった。
Next, the movement of the substrate was resumed at a speed of 10 mm / s to apply the photoactive layer material. Thereafter, the photoactive layer material was applied by repeating the replenishment operation of the photoactive layer material and the moving operation of the substrate to form the photoactive layer. In the photoactive layer, in the first region having a length of about 90 mm corresponding to the
その後、蒸着法により光活性層上に第2の中間層として厚さ5nmの三酸化モリブデンを成膜し、蒸着法により第2の中間層上に第2の電極として厚さ150nmの銀膜を成膜することにより有機薄膜太陽電池モジュールを作製した。作製した有機薄膜太陽電池モジュールをAM1.5G、1000W/m2のソーラーシミュレータを用いて光電変換効率を測定したところ、6.7%であった。 Thereafter, a molybdenum trioxide film having a thickness of 5 nm is formed as a second intermediate layer on the photoactive layer by a vapor deposition method, and a silver film having a thickness of 150 nm is formed as a second electrode on the second intermediate layer by a vapor deposition method. An organic thin film solar cell module was produced by forming a film. It was 6.7% when the photoelectric conversion efficiency was measured using the solar simulator of AM1.5G and 1000 W / m < 2 > for the produced organic thin film solar cell module.
(実施例2)
光活性層の形成方法以外は実施例1と同様の方法および材料により有機薄膜太陽電池モジュールを作製した。光活性層の形成は以下のようにして行った。
(Example 2)
An organic thin film solar cell module was produced by the same method and materials as in Example 1 except for the method for forming the photoactive layer. The photoactive layer was formed as follows.
まず基板に対して0.88mmの間隙で塗布ヘッドを配置した。次に、塗布領域のそれぞれに供給機構としてシリンジポンプを配置し、一つの塗布領域あたり光活性層の材料を45μl吐出させ、23連のメニスカス柱を形成した。このとき、塗布方向におけるメニスカス柱の幅は、カメラ撮影画像を用いて測定した結果、約5mmであった。 First, the coating head was arranged with a gap of 0.88 mm with respect to the substrate. Next, a syringe pump was arranged as a supply mechanism in each of the application areas, and 45 μl of the material of the photoactive layer was discharged per application area to form 23 meniscus columns. At this time, the width of the meniscus column in the coating direction was about 5 mm as a result of measurement using a camera image.
次に、5mm/sの速度で第1の方向に基板を移動させると同時に、塗布ヘッドを第1の方向と反対側の第2の方向に5mm/sの速度で移動させることにより光活性層の材料を塗布した。このとき、基板と塗布機構の相対速度は実施例1と同じ10mm/sとなり、塗布材料の厚さも同じ約100nmであった。 Next, the photoactive layer is moved by moving the substrate in the first direction at a speed of 5 mm / s and simultaneously moving the coating head in the second direction opposite to the first direction at a speed of 5 mm / s. The material was applied. At this time, the relative speed of the substrate and the coating mechanism was 10 mm / s, which was the same as in Example 1, and the thickness of the coating material was also about 100 nm.
基板と塗布ヘッドの相対位置が100mm離れた時点(基板の絶対位置は+50mmで塗布ヘッドの絶対位置は−50mm)で塗布方向におけるメニスカス柱の幅は約4.3mmまで短くなっていた。この時点で塗布ヘッドおよび基板を第1の方向に5mm/sの速度で移動させた。このとき、基板と塗布ヘッドとの相対速度は0mm/sとなる。これと同時に塗布領域のそれぞれに6.4μlの塗布材料を補充した。このとき塗布方向におけるメニスカス柱の幅は最初の約5mmに戻っていた。 At the time when the relative position of the substrate and the coating head was 100 mm apart (the absolute position of the substrate was +50 mm and the absolute position of the coating head was −50 mm), the width of the meniscus column in the coating direction was reduced to about 4.3 mm. At this point, the coating head and the substrate were moved in the first direction at a speed of 5 mm / s. At this time, the relative speed between the substrate and the coating head is 0 mm / s. At the same time, 6.4 μl of coating material was replenished to each of the coating areas. At this time, the width of the meniscus column in the coating direction was restored to about 5 mm.
塗布ヘッドの絶対位置が塗布開始時と同じ±0mmまで戻った時点で、基板を第1の方向に5mm/sの速度で移動させ、塗布ヘッドを第2の方向に5mm/sの速度で移動させることで光活性層の材料を塗布した。上記動作を繰り返すことで光活性層を形成した。長さ約90mmの第1の領域の幅は約12.5mm、厚さは約100nmで、幅、膜厚ともに均一な塗布パターンであった。長さ約10mmの第2の領域の厚さは約200nmであった。 When the absolute position of the coating head returns to ± 0 mm, the same as when coating starts, the substrate is moved in the first direction at a speed of 5 mm / s, and the coating head is moved in the second direction at a speed of 5 mm / s. The material of the photoactive layer was applied. A photoactive layer was formed by repeating the above operation. The width of the first region having a length of about 90 mm was about 12.5 mm, the thickness was about 100 nm, and the coating pattern was uniform in both width and thickness. The thickness of the second region having a length of about 10 mm was about 200 nm.
さらに、作製した有機薄膜太陽電池モジュールの光電変換効率を実施例1と同様の方法で測定したところ6.9%であった。 Furthermore, it was 6.9% when the photoelectric conversion efficiency of the produced organic thin film solar cell module was measured by the method similar to Example 1. FIG.
(比較例1)
光活性層の形成方法以外は実施例1と同様の方法および材料により有機薄膜太陽電池モジュールを作製した。光活性層の形成は以下のようにして行った。
(Comparative Example 1)
An organic thin film solar cell module was produced by the same method and materials as in Example 1 except for the method for forming the photoactive layer. The photoactive layer was formed as follows.
まず基板に対して0.88mmの間隙で塗布ヘッドを配置した。次に、塗布領域のそれぞれに供給機構としてシリンジポンプを配置し、一つの塗布領域あたり光活性層の材料を45μl吐出させ、23連のメニスカス柱を形成した。このとき、塗布方向におけるメニスカス柱の幅は、カメラ撮影画像を用いて測定した結果、約5mmであった。 First, the coating head was arranged with a gap of 0.88 mm with respect to the substrate. Next, a syringe pump was arranged as a supply mechanism in each of the application areas, and 45 μl of the material of the photoactive layer was discharged per application area to form 23 meniscus columns. At this time, the width of the meniscus column in the coating direction was about 5 mm as a result of measurement using a camera image.
次に、10mm/sの速度で基板を移動させて光活性層材料の塗布を開始した。途中で塗布液の追加供給を行わずに基板の端部まで基板を移動させることにより光活性層を形成した。さらに、実施例と同様に有機薄膜太陽電池モジュールの光電変換効率を測定したところ、0.8%であった。これは、塗布方向に沿って光活性層が細くなったことにより、第2の電極が第1の電極とショートしたためである。 Next, the substrate was moved at a speed of 10 mm / s to start application of the photoactive layer material. The photoactive layer was formed by moving the substrate to the edge of the substrate without performing additional supply of the coating solution in the middle. Furthermore, it was 0.8% when the photoelectric conversion efficiency of the organic thin-film solar cell module was measured similarly to the Example. This is because the second electrode is short-circuited with the first electrode because the photoactive layer becomes thinner along the coating direction.
(比較例2)
光活性層の形成方法以外は実施例1と同様の方法および材料により有機薄膜太陽電池モジュールを作製した。光活性層の形成は以下のようにして行った。
(Comparative Example 2)
An organic thin film solar cell module was produced by the same method and materials as in Example 1 except for the method for forming the photoactive layer. The photoactive layer was formed as follows.
まず基板に対して0.88mmの間隙で塗布ヘッドを配置した。次に、塗布領域のそれぞれに供給機構としてシリンジポンプを配置し、一つの塗布領域あたり光活性層の材料を45μl吐出させ、23連のメニスカス柱を形成した。このとき、塗布方向におけるメニスカス柱の幅は、カメラ撮影画像を用いて測定した結果、約5mmであった。 First, the coating head was arranged with a gap of 0.88 mm with respect to the substrate. Next, a syringe pump was arranged as a supply mechanism in each of the application areas, and 45 μl of the material of the photoactive layer was discharged per application area to form 23 meniscus columns. At this time, the width of the meniscus column in the coating direction was about 5 mm as a result of measurement using a camera image.
次に、10mm/sの速度で基板を移動させつつ、供給機構により基板が100mm移動する間に6.4μlの光活性層の材料が吐出されるような吐出速度で連続的に光活性層の材料を補充しながら光活性層の材料を塗布することにより光活性層を形成した。さらに、実施例と同様に有機薄膜太陽電池モジュールの光電変換効率を測定したところ、3.2%であった。これは、光活性層の材料を常時供給することにより光活性層の厚さのばらつきが大きくなったためである。 Next, while moving the substrate at a speed of 10 mm / s, the photoactive layer of the photoactive layer is continuously discharged at a discharge speed such that 6.4 μl of the material of the photoactive layer is discharged while the substrate is moved 100 mm by the supply mechanism. The photoactive layer was formed by applying the photoactive layer material while replenishing the material. Furthermore, it was 3.2% when the photoelectric conversion efficiency of the organic thin-film solar cell module was measured similarly to the Example. This is because the variation in the thickness of the photoactive layer is increased by constantly supplying the material of the photoactive layer.
以上のように、本実施例の光電変換素子を有する有機薄膜太陽電池モジュールは、比較例の有機薄膜太陽電池モジュールよりも高い光電変換効率を有する。 As mentioned above, the organic thin film solar cell module which has the photoelectric conversion element of a present Example has a photoelectric conversion efficiency higher than the organic thin film solar cell module of a comparative example.
1…塗布ヘッド、2…供給機構、3…移動機構、4…移動機構、4a…ローラー、4b…ローラー、5…制御機構、6…制御機構、7…制御機構、10…塗布対象物、10a…領域、10b…領域、10c…領域、11…主軸、11a…溝部、12…塗布領域、12a…外周面、20…塗布材料、21…シリンジポンプ、22…ニードル、30…塗布パターン、30a…領域、30b…領域、31…メニスカス柱、31a…曲面、40…回転軸、41…偏心カム、51…基板、52…セル、521…電極、522…中間層、523…光活性層、523a…領域、523b…領域、524…中間層、525…電極。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記塗布材料を供給した後に、前記塗布面の一方向に沿って前記塗布ヘッドまたは前記塗布対象物を移動させることにより、前記塗布面の第1の領域から第2の領域まで前記塗布材料を塗布する工程と、
前記第2の領域まで前記塗布材料を塗布した後に、前記第2の領域上で前記塗布ヘッドまたは前記塗布対象物を停止させつつ前記塗布ヘッドと前記塗布面との間に前記第1の量よりも少ない第2の量の塗布材料を補充する、または前記塗布材料を塗布する工程における前記塗布ヘッドまたは前記塗布対象物の移動速度よりも遅い速度で前記塗布面の一方向に沿って前記塗布ヘッドまたは前記塗布対象物を移動させつつ前記塗布ヘッドと前記塗布面との間に前記第2の量の塗布材料を補充する工程と、
前記第2の量の塗布材料を補充した後に、前記第2の量の塗布材料を補充する工程における前記塗布ヘッドまたは前記塗布対象物の移動速度よりも速い速度で前記塗布面の一方向に沿って前記塗布ヘッドまたは前記塗布対象物を移動させることにより、前記塗布面の前記第2の領域から第3の領域まで前記塗布材料を塗布する工程と、を具備する、塗布方法。 Supplying a first amount of a coating material between the coating head and the coating surface by superimposing a coating head and a coating surface of a coating object;
After supplying the coating material, the coating material is applied from the first region to the second region of the coating surface by moving the coating head or the coating object along one direction of the coating surface. And a process of
After applying the coating material to the second region, the first amount is applied between the coating head and the coating surface while stopping the coating head or the coating object on the second region. The coating head along one direction of the coating surface at a speed slower than the moving speed of the coating head or the object to be coated in the step of replenishing the second amount of coating material with a smaller amount or coating the coating material Or replenishing the second amount of coating material between the coating head and the coating surface while moving the coating object;
After supplemented with the second amount of the coating material, along one direction of the coated surface at a speed higher than the moving speed of the coating head or the object to be coated in the step of replenishing the second amount of the coating material And applying the coating material from the second region to the third region of the coating surface by moving the coating head or the coating object.
前記塗布ヘッドを前記塗布面の第1の方向に沿って移動させ、前記塗布対象物を前記第1の方向と反対側の第2の方向に沿って移動させることにより、前記塗布面の第1の領域から第2の領域まで前記塗布材料を塗布する工程と、
前記第2の領域まで前記塗布材料を塗布した後に、前記塗布ヘッドおよび前記塗布対象物を前記第2の方向に沿って移動させつつ、前記塗布ヘッドと前記塗布面との間に前記塗布材料を補充する工程と、
前記塗布材料を補充した後に、前記塗布ヘッドを前記第1の方向に沿って移動させ、前記塗布対象物を前記第2の方向に沿って移動させることにより、前記塗布面の前記第2の領域から第3の領域まで前記塗布材料を塗布する工程と、を具備する、塗布方法。 A step of superposing a coating head and a coating surface of a coating object, and supplying a coating material between the coating head and the coating surface;
The coating head is moved along a first direction of the coating surface, and the coating object is moved along a second direction opposite to the first direction, whereby the first of the coating surface is moved. Applying the coating material from the region to the second region;
After applying the coating material to the second region, the coating material is moved between the coating head and the coating surface while moving the coating head and the coating object along the second direction. A replenishment step;
After replenishing the coating material, the second area of the coating surface is obtained by moving the coating head along the first direction and moving the coating target along the second direction. And a step of applying the coating material from the first region to the third region.
塗布材料を収容し、前記塗布ヘッドと塗布対象物の塗布面との間に前記塗布材料を供給する供給機構と、
前記塗布ヘッドと前記塗布面との重畳部が前記塗布面の一方向に沿って移動するように、前記塗布ヘッドおよび前記塗布対象物の少なくとも一方を前記一方向に沿って移動させる移動機構と、
前記塗布ヘッドおよび前記塗布対象物の少なくとも一方が移動する前に前記塗布ヘッドと前記塗布面との間に第1の量の塗布材料が供給され、且つ前記重畳部が前記塗布面の第1の領域から第2の領域まで移動した後に前記塗布ヘッドと前記塗布面との間に前記第1の量よりも少ない第2の量の塗布材料が補充されるように、前記供給機構による前記塗布ヘッドと前記塗布面との間に対する前記塗布材料の供給の開始および停止を制御する第1の制御機構と、
前記第2の量の塗布材料が補充されるときに前記第2の領域上で前記塗布ヘッドまたは前記塗布対象物が停止するように、または前記第2の量の塗布材料が補充されるときに前記第1の領域から前記第2の領域まで前記重畳部が移動する際の前記塗布ヘッドまたは前記塗布対象物の移動速度よりも遅い速度で前記一方向に沿って前記塗布ヘッドまたは前記塗布対象物が移動するように、前記塗布材料の供給の開始および停止に応じて前記移動機構による前記塗布ヘッドおよび前記塗布対象物の少なくとも一方の移動方向および移動速度の少なくとも一つを制御する第2の制御機構と、を具備する、塗布装置。 An application head;
A supply mechanism for containing a coating material and supplying the coating material between the coating head and a coating surface of a coating object;
As overlapped portion between the coating head and the coated surface is moved in one direction of the coated surface, and a moving mechanism for moving along at least one prior Symbol first direction of the coating head and the coating object ,
Before at least one of the coating head and the coating object moves, a first amount of coating material is supplied between the coating head and the coating surface, and the overlapping portion is a first portion of the coating surface. The coating head by the supply mechanism is replenished with a second amount of coating material smaller than the first amount between the coating head and the coating surface after moving from a region to a second region. A first control mechanism for controlling the start and stop of the supply of the coating material between the coating surface and the coating surface;
When the second amount of coating material is replenished, the coating head or the coating object stops on the second area, or when the second amount of coating material is replenished The application head or the application object along the one direction at a speed slower than the moving speed of the application head or the application object when the overlapping portion moves from the first area to the second area. A second control for controlling at least one of the moving direction and the moving speed of at least one of the coating head and the coating object by the moving mechanism in accordance with the start and stop of the supply of the coating material A coating apparatus comprising: a mechanism;
前記第1のローラーおよび前記第2のローラーは、前記塗布ヘッドと前記塗布対象物との間隙を変更するための偏心カムを有する、請求項4に記載の塗布装置。 The moving mechanism includes a first roller and a second roller that support the application object,
The coating apparatus according to claim 4, wherein the first roller and the second roller have an eccentric cam for changing a gap between the coating head and the coating object.
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