JP6378383B1 - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態による半導体素子は、第一電極と、第二電極と、活性層と、基板とを具備し、前記活性層に含まれる結晶の配向に異方性があることを特徴とする。この素子は、前記活性層を、活性層の前駆体化合物と前記前駆体化合物を溶解し得る有機溶媒とを含む塗布液を塗布し、その塗膜表面に平行な一方向に結晶を成長させることにより製造することができる。
【選択図】図2
Description
前記活性層を、活性層の前駆体化合物と前記前駆体化合物を溶解し得る有機溶媒とを含む塗布液を塗布し、ガスを吹き付けることによって形成させることを特徴とするものである。
以下、実施形態により製造される半導体素子の構成部材について、光電変換素子を例に説明する。
基板16は、ほかの構成部材を支持するためのものである。この基板16は、その表面に電極を形成することができるものである。このため、電極形成時にかかる熱や、接触する有機溶媒によって変質しないものであることが好ましい。基板16の材料としては、例えば、(i)無アルカリガラス、石英ガラス等の無機材料、(ii)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有機材料、(iii)ステンレス鋼(SUS)、アルミニウム、チタン、シリコン等の金属材料等が挙げられる。また基板16には別の光電変換層を有してもよくタンデム構造を形成することができる。
第一電極11と第二電極15は導電性を有するものであれば、従来知られている任意のものから選択することができる。ただし、光入射面側の電極の材料は、透明または半透明の導電性を有する材料から選択すべきである。透明または半透明の電極材料としては、例えば導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が挙げられる。第一電極11と第二電極15は、一方または両方が複数の材料が積層された構造を有していてもよい。
実施形態による半導体素子が備える光電変換層(活性層)13は、従来知られている任意のものから選択することができる。実施形態において活性層は結晶を含んでおり、典型的には少なくとも一部にペロブスカイト構造を有するものである。このペロブスカイト構造とは、結晶構造のひとつであり、ペロブスカイトと同じ結晶構造をいう。典型的には、ペロブスカイト構造はイオンA、B、およびXからなり、イオンBがイオンAに比べて小さい場合にペロブスカイト構造をとる場合がある。この結晶構造の化学組成は、例えば下記一般式(1)で表すことができる。
ABX3 (1)
X線源: CuKα線(平行光学系 発散角 約0.04°)/45kV 200mA、
スリット系(入射): Soller 0.5°〜0.1mm(w)×5mm(h)、
スリット系(受光): 20mm(w)×20mm(h)〜Soller 0.5°〜20mm(w)×20mm(h)、
入射角: 0.24°、
ステップ幅: 0.04°、
ステップ速度: 0.5°/分
で測定できる。X線の照射面積は、特に入射角ωに依存するものであるが、1mm2から4cm2になる。広い範囲で結晶の配向が認められることが好ましいが、1mm2で結晶の配向が認められた場合でも実施形態による効果が発現する。
実施形態による光電変換素子は、必要に応じて、第一バッファー層12と第二バッファー層14とを具備する。これらの層は、それぞれ光電変換素子と第一電極または第二電極に挟まれている。これらの層は、存在する場合には、いずれかが正孔輸送層として機能し、他方が電子輸送層として機能する。光電変換素子が、より優れた変換効率を達成するためには、これらの層を具備することが好ましいが、実施形態においては必ずしも必須ではなく、これらのいずれか、または両方が具備されていなくてもよい。また、第一バッファー層12と第二バッファー層14の両方または一方が、異なる材料が積層された積層構造を有していてもよい。これらのバッファー層の材料としては、有機材料、金属酸化物、金属酸化物を用いることができる。
第一バッファー層または第二バッファー層に加えて、またはそれらの代わりに、電極の上に下地層を形成させておくことができる。
実施形態による半導体素子の製造方法は、ペロブスカイト構造を有する活性層の形成に特徴がある。基板、第一電極、第二電極、必要に応じて形成させるバッファー層については、材料や製造方法に制限は無く、従来知られている任意の方法で製造することができる。以下に実施形態による半導体素子の製造方法について説明する。
まず、基材上に第一電極を形成させる。電極は任意の方法で形成させることができる。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、塗布法等から選択される方法が用いられる。
(第一バッファー層および下地層の形成)
(活性層の形成)
実施態様による方法では、塗布された塗膜中でペロブスカイト結晶を配向させる。このように結晶を配向させるために、塗膜にガスを吹き付ける。なお、ガスの吹きつけによって、最終的に良質のペロブスカイト層が得られる。
必要に応じて、第二バッファー層または下地層を形成させた後、第二電極を形成させる。第一電極と同様に第二電極は任意の方法で形成させることができる。
図3に示される構造の素子を作製した。まず、ガラス基板に上に第一電極としてITO膜を形成させた。このITO膜の上に、PEDOT:PSSを含む下地層を形成させた。正孔輸送層としても機能する。PEDOTを含む下地層としてはHIL1.1(商品名、Heraeus社)を5000rpmでスピンコートした後、140℃で10分間乾燥させた。次に、ペロブスカイト層(MAPb(I(1−x)Brx)3を形成するため前駆体溶液を塗布した。前駆体化合物としてヨウ化メチルアンモニウムと、臭化メチルアンモニウムと、ヨウ化鉛を利用した。これらをDMFとDMSOの混合溶媒に溶解させて調製した。DMFとDMSOの体積比率は3:1とした。このとき、ヨウ化メチルアンモニウムは159mg/ml、臭化メチルアンモニウムは112mg/ml、ヨウ化鉛は461mg/mlになるように調整した。この溶液を2倍に希釈した後、後述の製膜法でペロブスカイト層を製膜した。次にPCBMの濃度が20mg/mlになるようにジクロロベンゼン(DCB)に溶解した溶液を調製し、形成された活性層の上に500rpmでスピンコートした。PCBMまで塗布した基板は、さらに、その上にBCPを10nm真空蒸着で成膜した。このPCBM層とBCP層は電子輸送層として機能する第二バッファー層となる。さらにバッファー層の上にAgを100nmの厚さとなるように真空蒸着して第二電極とした。
ペロブスカイト層の成膜方法が異なる光電変換素子を作成した。それ以外の素子構造や成膜条件は同じである。ペロブスカイト層の前駆体溶液を下地層の上に800rpmでスピンコートした。まず、滴下後、塗膜の吸収スペクトルがペロブスカイト構造の吸収スペクトルに変化する前にガスの吹きつけを開始した後、ペロブスカイト構造の吸収スペクトルが現れたら吹きつけを停止した。ガスは窒素ガスを用い、内径8mmのノズルから8L/分で吹き付けた。ノズルは、基板の中央部分の法線上にノズルの中心が位置する様に配置し、ノズルから基板までの距離は5mmとした。吹き付けは45秒間実施した。図12(A)は実施例1によるペロブスカイト層、図12(B)は比較例1によるペロブスカイト層を上から観察した結果を示している。比較例1では、ガスが接触した部分に円形状の文様が生じてしまうことがわかる。図13(A)および(B)にはAFMによる断面プロファイルを示した。図13(B)からわかるように比較例1では一部に400nm近い高低差が有り、これはピンホールがあることが確認された。図13(A)に示される実施例1の断面プロファイルに認められる高低差は50nm程度であり、急激な高低差が無いことからピンホールが無いと判断できた。
ペロブスカイト層の成膜方法が異なる光電変換素子を作成した。それ以外の素子構造や成膜条件は同じである。スピンコーターに基板を取り付けた後、ペロブスカイト層の前駆体溶液を滴下してから回転を始めるが、回転の途中でクロロベンゼン等の貧溶媒を滴下した。滴下後に平滑な膜が形成される。図14にIV特製を示した。変換効率は7.9%であった。理想係数は3.6であった。Rsc、Rsは実施例1よりも悪化しており、暗電流増えている。これを耐熱試験した結果が図9である。50時間程度で急激に変換効率1%以下になった。
実施例1と同じ条件で素子を作製するが、ガス吹きつけを行わずに溶液中に浸漬した。図15に示したようにFFの悪いIVカーブが得られた。暗電流特性も悪化し、理想係数は4.6であった。変換効率は2.9%(復路)に悪化した。図16には浸漬の無い場合(図16(A))と浸漬のある場合(図16(B))の表面の状態の違いを示した。浸漬が無い場合、表面にマーブル模様が発生していることがわかる。不均一な結晶成長が示唆されている。
実施例1と同じ条件で素子を作製するが、溶媒にジエチルエーテルを使用して、浸漬時間を変更してIV特性を測定した。以後の測定では、ヒステリシスの様子がわかるようにIV測定の往路と復路を示した。ペロブスカイトの前駆体溶液は2倍に希釈して塗布した。吹きつけ時間は全て20秒に揃えた場合、浸漬時間30分では図17に示したように変換効率は5.4%と5%になった。60分では図18に示したように変換効率は1.6%と5.4%になった。120分では図19に示したように変換効率は1.5%と4.3%になった。時間と共に変換効率は低下し、ヒステリシスが増加することがわかる。
実施例2と同じ条件で素子を作製するが、ペロブスカイトの前駆体溶液は希釈せずに使用した。浸漬時間を60分し、吹きつけ時間を50秒としたときのIV特性を図20に示した。変換効率は1.2%と1.2%に減少した。吹きつけ時間を65秒としたときのIV特性は図21に示した。変換効率は0.5%と0.2%であった。吹きつけ時間は、実施例2の20秒が好ましいことがわかる。
実施例2と同じ条件で素子を作製するが、溶媒にクロロベンゼンを使用して、浸漬時間を変更してIV特性を測定した。このとき、ペロブスカイトの前駆体溶液は2倍に希釈して使用した。吹きつけ時間を50秒に揃えた場合、浸漬3分では図22に示したように変換効率は8.5%と8.1%であった。浸漬15分では図23に示したように変換効率は10.3%と10.0%であった。浸漬30分では図24に示したように変換効率は10.4%と10.1%であった。浸漬60分では図25に示したように変換効率は4.2%と7.5%であった。浸漬時間は30分未満、特に15分から30分が好ましいことがわかる。
実施例2と同じ条件で素子を作製するが、溶媒にクロロベンゼンを使用して、浸漬時間を変更してIV測定を測定した。吹きつけ時間を20秒に揃えた場合、浸漬3分では図26に示したように変換効率は8.2%と10.1%であった。浸漬30分では図27に示したように変換効率は9.5%と9.6%であった。浸漬60分では図28に示したように変換効率は0.5%と6.6%であった。吹きつけ時間20秒においても、浸漬時間は30分未満が好ましいことがわかる。
実施例4と同じ条件で素子を作製するが、溶媒への浸漬を行わない素子を作製した。このとき、吹きつけ時間50秒の時、図29に示したように変換効率は7.5%と7.8%であった。実施例4と比較すると変換効率が10.4%と10.1%から低下していることがわかる。吹きつけが無いと変換効率が低下することがわかる。また、吹きつけが無い場合、表面には白い文様が現れていることから、表面性が低下したことがわかる。
実施例4と同じ条件で素子を作製するが、ペロブスカイトの前駆体溶液は希釈せずに使用した。浸漬時間を30分としたとき、図30に示したように変換効率5.1%と8.4%、浸漬45分のとき、図31に示したように9.2%と9.2%、浸漬60分のとき、図32に示したように8.9%と9.5%であった。全体的に低い値となったことから、ペロブスカイト前駆体溶液は、希釈すると高い変換効率が得られる。
実施例4と同じ条件で素子を作製するが、吹きつけ時間50秒、浸漬時間30分に固定し、アニール時間を変更した。70℃に到達後の時間が10分のとき、図33に示したように変換効率は9.3%と9.2%、図34に示したように60分のとき10.2%と10.1%、図35に示したように3時間のとき0.46%と0.48%であった。以上の結果から、アニール時間が30分から60分で高い効率が得られることがわかった。
実施例1に準じて素子を作製するが、下地層をCuOxを含む層に変更した。CuOx層は銅(II)アセチルアセトナートをジクロロベンゼンに1mg/mlになるように溶解した後、これを4倍に希釈して4000rpmで30秒間スピンコートした。これを80℃で20分加熱した。最後にメタノールを3000rpmで60秒間スピンコートした。なお、浸漬時間を30秒、アニール時間を100℃30分に変更した。吹きつけ時間を変更したときのIV特性と表面状態は図36に示すとおりである。図36(A)、36(B)、および36(C)は、ガス吹きつけの時間が0秒、10秒、および20秒の場合の結果を示している。ガス吹き付け時間が0秒の時は、表面にマーブル模様が観察された。ガス吹き付け時間が10秒のときに良好なIV特性が得られた。20秒のとき変換効率13%を得ることができた。ガス吹きつけ量が少ないときは、ガス吹きつけ後の呈色は目視で判別できない程度だが、ガス吹きつけ時間を短くすることで高い変換効率が得られる傾向にある。アニール時間は10分に短くすると12.3%、20分にすると12.4%であることから、30分以上がより好ましいことがわかる。
実施例9と同じ条件で素子を作製するが、ペロブスカイトの前駆体化合物はヨウ化ホルムアミニジウム(FAI)を155mg/ml、ヨウ化鉛(PbI2)を458mg/ml、臭化メチルアンモニウム(MABr)を20mg/ml、臭化鉛(PbBr)を73mg/ml、ヨウ化セシウム(CsI)を19mg/ml、ヨウ化ルビジウム(RbI)を16mg/mlで、DMFとDMSOの体積比が4:1の溶媒に溶解した。これを前駆体溶液として素子を作製した。
11 第1の電極
12 第1のバッファー層
13 活性層
14 第2のバッファー層
15 第2の電極
16 基板
Claims (14)
- 第一電極と、第二電極と、活性層と、基板とを具備する半導体素子であって、前記活性層界面に略平行な方向に、前記活性層中に含まれる結晶の配向に異方性があることを特徴とする半導体素子。
- 前記結晶の構造がペロブスカイト構造である、請求項1に記載の半導体素子。
- 前記活性層の表面の一点における、第1の方向からの斜入射X線回折の回折強度と、前記活性層表面を90°回転させた第2の方向からの斜入射X線回折の回折強度とが異なる、請求項1または2に記載の半導体素子。
- 前記回折強度が、前記結晶の(220)面に対応するピーク強度である、請求項1〜3に記載の半導体素子。
- 前記第1の方向からの斜入射X線回折の回折強度と、前記第2の方向からの斜入射X線回折の回折強度との比が、1.05以上である、請求項3または4に記載の半導体素子。
- さらに、第一バッファー層または第二バッファー層を具備する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体素子。
- さらに下地層を有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体素子。
- 第一電極と、第二電極と、活性層と、基板とを具備する半導体素子の製造方法であって、
前記活性層は、前記活性層の前駆体化合物と前記前駆体化合物を溶解し得る有機溶媒とを含む塗布液を塗布し、ガスを吹き付けることによって形成させることを特徴とする方法。 - 前記塗布液を塗布することにより形成された塗膜の表面に前記ガスの層流を吹き付けることを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記ガスを吹き付けた後、前記塗膜を溶媒に浸漬することをさらに含む、請求項8または9に記載の方法。
- 前記塗膜を溶媒に浸漬した後、アニールすることをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記活性層がペロブスカイト構造を有する、請求項8〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記前駆体化合物を溶解し得る溶媒がDMSOを含む、請求項8〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記溶媒に浸漬する工程で使用する溶媒がジクロロベンゼンまたはクロロベンゼンである、請求項8〜13のいずれか1項に記載の方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR100544117B1 (ko) * | 2003-05-01 | 2006-01-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 박막 트랜지스터를 구비한 평판표시장치 |
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WO2009002943A2 (en) * | 2007-06-22 | 2008-12-31 | Ultradots, Inc. | Solar modules with enhanced efficiencies via use of spectral concentrators |
TWI361492B (en) * | 2008-07-25 | 2012-04-01 | Au Optronics Corp | Thin film transistor substrate, electric apparatus, and method for fabricating the same |
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KR101461641B1 (ko) | 2013-01-10 | 2014-12-05 | 한국화학연구원 | 내구성과 고성능의 무유기 하이브리드 태양전지 |
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US9614169B2 (en) | 2014-06-30 | 2017-04-04 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Back contact perovskite solar cell |
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