JP6562398B2 - Semiconductor device, solar cell, solar cell module, and composition - Google Patents

Semiconductor device, solar cell, solar cell module, and composition Download PDF

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Description

本発明は、半導体デバイス、太陽電池、太陽電池モジュール、及び組成物に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, a solar cell, a solar cell module, and a composition.

電界効果トランジスタ、電界発光素子(LED)、及び光電変換素子のような半導体デバイスにおいて、半導体材料が経時劣化することは、半導体デバイスの性能低下の原因となる。特に、非特許文献1及び2で用いられているペロブスカイト半導体は、水分により劣化しやすいことが知られている。このような課題を解決するために、例えば、防湿層のようなバリア層を設ける方法が模索されてきた(特許文献1)。   In semiconductor devices such as field effect transistors, electroluminescent elements (LEDs), and photoelectric conversion elements, deterioration of the semiconductor material over time causes a decrease in performance of the semiconductor devices. In particular, it is known that the perovskite semiconductor used in Non-Patent Documents 1 and 2 is easily deteriorated by moisture. In order to solve such a problem, for example, a method of providing a barrier layer such as a moisture-proof layer has been sought (Patent Document 1).

特開2011−77425号公報JP2011-77425A

Wang et al. Nanoscale, 2014, 6, 12287-12297.Wang et al. Nanoscale, 2014, 6, 12287-12297. Boix et al. Materials today, 2014, 17, 16-23.Boix et al. Materials today, 2014, 17, 16-23.

半導体デバイスのさらなる耐久性向上のために、バリア層を設けるだけでなく、半導体層自体の構成を工夫することにより、半導体デバイスの耐久性を向上させることが求められている。   In order to further improve the durability of a semiconductor device, it is required not only to provide a barrier layer but also to improve the durability of the semiconductor device by devising the configuration of the semiconductor layer itself.

本発明は、半導体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 this invention is to improve the durability of a semiconductor device.

本発明者らは、驚くべきことに、半導体層に絶縁性ポリマーを混合することにより、半導体デバイスの耐久性が向上することを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させた。   The present inventors have surprisingly found that the durability of a semiconductor device is improved by mixing an insulating polymer in a semiconductor layer, and the present invention has been completed based on this finding.

すなわち、本発明の要旨は、以下に存する。
[1]一対の電極と、前記一対の電極間に配置された半導体層と、を有する半導体デバイスであって、前記半導体層が、半導体化合物と下式(Ia)で表される繰り返し単位を含む絶縁性ポリマーとを含有することを特徴とする、半導体デバイス。
(式(Ia)において、R及びRはそれぞれ独立して炭化水素基又は水素原子を表し、R及びRは互いに結合して環を形成していてもよい。)
]R及びRが互いに結合して環を形成していることを特徴とする、[]に記載の半導体デバイス。
]前記絶縁性ポリマーを構成する繰り返し単位のうち、式(Ia)で表される繰り返し単位の割合が50モル%以上であることを特徴とする、[1]又は]のいずれかに記載の半導体デバイス。
]前記半導体層における、前記半導体化合物に対する前記絶縁性ポリマーの割合が0.1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする、[1]から[]のいずれかに記載の半導体デバイス。
]前記絶縁性ポリマーの重量平均分子量が10×10以上400×10以下であることを特徴とする、[1]から[]のいずれかに記載の半導体デバイス。
]前記絶縁性ポリマーはアモルファスポリマーであり、かつ屈折率が1.5以下であることを特徴とする、[1]から[]のいずれかに記載の半導体デバイス。
]1gのN,N−ジメチルホルムアミドに対する前記絶縁性ポリマーの25℃における溶解度が0.5mg以上であることを特徴とする、[1]から[]のいずれかに記載の半導体デバイス。
]前記半導体化合物がペロブスカイト半導体化合物を含有することを特徴とする、[1]から[]のいずれかに記載の半導体デバイス。
]光電変換素子であることを特徴とする、[1]から[]のいずれかに記載の半導体デバイス。
10]フィルファクターが0.7以上であることを特徴とする、[]に記載の半導体デバイス。
11][]又は[10]に記載の半導体デバイスを有する太陽電池。
12][11]に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A semiconductor device having a pair of electrodes and a semiconductor layer disposed between the pair of electrodes, wherein the semiconductor layer includes a semiconductor compound and a repeating unit represented by the following formula (Ia) A semiconductor device comprising an insulating polymer.
(In Formula (Ia), R 1 and R 2 each independently represent a hydrocarbon group or a hydrogen atom, and R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring.)
[2], wherein R 1 and the R 2 is bonded to each other to form a ring, the semiconductor device according to [1].
[ 3 ] The ratio of the repeating unit represented by the formula (Ia) among the repeating units constituting the insulating polymer is 50 mol% or more, either [1] or [ 2 ] A semiconductor device according to 1.
[ 4 ] The ratio of the insulating polymer to the semiconductor compound in the semiconductor layer is 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, according to any one of [1] to [ 3 ] Semiconductor device.
[ 5 ] The semiconductor device according to any one of [1] to [ 4 ], wherein the insulating polymer has a weight average molecular weight of 10 × 10 3 or more and 400 × 10 3 or less.
[ 6 ] The semiconductor device according to any one of [1] to [ 5 ], wherein the insulating polymer is an amorphous polymer and has a refractive index of 1.5 or less.
[ 7 ] The semiconductor device according to any one of [1] to [ 6 ], wherein a solubility of the insulating polymer in 1 g of N, N-dimethylformamide at 25 ° C. is 0.5 mg or more.
[ 8 ] The semiconductor device according to any one of [1] to [ 7 ], wherein the semiconductor compound contains a perovskite semiconductor compound.
[ 9 ] The semiconductor device according to any one of [1] to [ 8 ], which is a photoelectric conversion element.
[ 10 ] The semiconductor device according to [ 9 ], wherein a fill factor is 0.7 or more.
[ 11 ] A solar cell having the semiconductor device according to [ 9 ] or [ 10 ].
[ 12 ] A solar cell module having the solar cell according to [ 11 ].

半導体デバイスの耐久性を向上させることができる。   The durability of the semiconductor device can be improved.

一実施形態に係る電界効果トランジスタ素子を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the field effect transistor element which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る電界発光素子を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the electroluminescent element which concerns on one Embodiment. 一実施形態としての光電変換素子を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the photoelectric conversion element as one Embodiment. 一実施形態としての太陽電池を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the solar cell as one Embodiment. 一実施形態としての太陽電池モジュールを模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the solar cell module as one Embodiment. 実施例3−1に係るXRD測定結果である。It is an XRD measurement result which concerns on Example 3-1. 比較例3−1に係るXRD測定結果である。It is an XRD measurement result concerning Comparative Example 3-1.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The description of the constituent requirements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents unless it exceeds the gist.

<1.半導体デバイス>
本発明に係る半導体デバイスは、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。また、半導体層は、半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有している。
<1. Semiconductor devices>
A semiconductor device according to the present invention includes a pair of electrodes and a semiconductor layer disposed between the pair of electrodes. The semiconductor layer contains a semiconductor compound and an insulating polymer.

半導体層に絶縁性化合物を加えた場合、半導体層の機能が損なわれることが想定される。しかしながら、本願発明者らによれば、半導体層に絶縁性ポリマーを加えても半導体層の機能は大きくは損なわれず、場合によっては半導体層の機能が向上することが見出された。また、半導体層に絶縁性ポリマーを加えることにより、半導体デバイスの耐久性が向上することも見出された。   When an insulating compound is added to the semiconductor layer, it is assumed that the function of the semiconductor layer is impaired. However, according to the present inventors, it has been found that even if an insulating polymer is added to the semiconductor layer, the function of the semiconductor layer is not significantly impaired, and the function of the semiconductor layer is improved in some cases. It has also been found that adding an insulating polymer to the semiconductor layer improves the durability of the semiconductor device.

活性層への絶縁性ポリマーの添加により耐久性が向上する理由は明確ではないが、本願発明者らは以下のようにその理由を推測している。すなわち、半導体化合物のみを用いて半導体層を形成する場合、半導体化合物の結晶サイズが大きくなるとその結晶サイズは不均一になる傾向がある。このために、半導体層のモルフォロジーが良好でなくなり、また、半導体層と他の層との接合が不十分となる結果として、電流のリークが生じることが考えられる。一方で、絶縁性ポリマーを添加することにより、半導体化合物の結晶が不均一に成長することを抑制することができ、良好なモルフォロジーを有する半導体層が得られるために、電流のリークを抑制することができると考えられる。この結果、半導体デバイスの耐久性が向上するものと推測される。   The reason why the durability is improved by the addition of the insulating polymer to the active layer is not clear, but the inventors of the present application presume the reason as follows. That is, when a semiconductor layer is formed using only a semiconductor compound, the crystal size tends to be non-uniform when the crystal size of the semiconductor compound increases. For this reason, it is conceivable that current leakage occurs as a result of poor morphology of the semiconductor layer and insufficient bonding between the semiconductor layer and other layers. On the other hand, by adding an insulating polymer, the semiconductor compound crystal can be prevented from growing non-uniformly, and a semiconductor layer having a good morphology can be obtained, thereby suppressing current leakage. It is thought that you can. As a result, it is estimated that the durability of the semiconductor device is improved.

また、半導体層中の半導体化合物結晶のサイズが均一となることにより、半導体層の光透過率が向上することが考えられる。したがって、光電変換素子又は電界発光素子のように半導体層中を光が移動する場合において、光の利用効率又は放出効率が向上するものと考えられる。   Further, it is considered that the light transmittance of the semiconductor layer is improved by making the size of the semiconductor compound crystal in the semiconductor layer uniform. Therefore, when light moves through the semiconductor layer like a photoelectric conversion element or an electroluminescence element, it is considered that light utilization efficiency or emission efficiency is improved.

一方で、Masi et al. Scientific Reports, 5, 7758.には、半導体層に導電性ポリマーを加えることにより、半導体層を容易に形成できることが記載されている。しかしながら、本願発明者らの検討によれば、半導体層に導電性ポリマーを加えた場合、半導体層の機能が損なわれることが見出された。これは、導電性ポリマーを添加することにより活性層中の半導体化合物自体の速い電荷分離機能が阻害されること、又は、半導体化合物と導電性ポリマーとのエネルギー準位との関係により時間経過と共に半導体層の特性が変化すること、が原因であると考えられる。   On the other hand, Masi et al. Scientific Reports, 5, 7758. describes that a semiconductor layer can be easily formed by adding a conductive polymer to the semiconductor layer. However, according to the study by the present inventors, it has been found that when a conductive polymer is added to the semiconductor layer, the function of the semiconductor layer is impaired. This is because the addition of the conductive polymer inhibits the fast charge separation function of the semiconductor compound itself in the active layer, or the semiconductor over time due to the relationship between the energy level of the semiconductor compound and the conductive polymer. This is thought to be due to changes in the properties of the layers.

本明細書において半導体デバイスとは、半導体化合物を含有する半導体層を備える電子デバイスのことを指す。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。   In this specification, a semiconductor device refers to an electronic device provided with a semiconductor layer containing a semiconductor compound. An 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, or a chemical substance, or the voltage applied between the electrodes or A device that generates light, an electric field, a magnetic field, or the like by an electric 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 applying a chemical substance. Specific examples of control include rectification, switching, amplification, or oscillation.

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1.0x10−6cm/V・s以上、より好ましくは1.0x10−5cm/V・s以上、さらに好ましくは5.0x10−5cm/V・s以上、特に好ましくは1.0x10−4cm/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。 In this specification, “semiconductor” is defined by the magnitude of carrier mobility in a solid state. As is well known, the carrier mobility is an index indicating how fast (or many) charges (electrons or holes) can be transferred. Specifically, the “semiconductor” in this specification preferably has a carrier mobility at room temperature of preferably 1.0 × 10 −6 cm 2 / V · s or more, more preferably 1.0 × 10 −5 cm 2 / V · s or more. More preferably, it is 5.0 × 10 −5 cm 2 / V · s or more, and particularly preferably 1.0 × 10 −4 cm 2 / V · s or more. The carrier mobility can be measured, for example, by measuring the IV characteristics of the field effect transistor or the time-of-flight method.

半導体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デバイスが挙げられる。また、半導体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。   Examples of semiconductor devices include resistors, rectifiers (diodes), switching elements (transistors, thyristors), amplifier elements (transistors), memory elements, chemical sensors, etc., or devices obtained by combining or integrating these elements Is mentioned. Further, as a further example of a semiconductor device, there is an optical element. In the optical element, a photodiode or a phototransistor that generates a photocurrent, an electroluminescent element that emits light by applying an electric field, or a photoelectric conversion that generates electromotive force by light An element or a solar cell is included.

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。なかでも、一実施形態に係る半導体デバイスの好ましい例としては、電界効果トランジスタ素子(FET)、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。   As a more specific example of the semiconductor device, S.A. M.M. Examples include those described in Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition (Wiley Interscience 1981). Especially, as a preferable example of the semiconductor device which concerns on one Embodiment, a field effect transistor element (FET), an electroluminescent element (LED), a photoelectric conversion element, or a solar cell is mentioned.

電極の種類は特に限定さない。半導体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。電極の具体例は、いくつかの半導体デバイスに関して後に説明する。   The kind of electrode is not specifically limited. Depending on the type of semiconductor device, an electrode can be manufactured using an appropriate material. Specific examples of electrodes will be described later with respect to some semiconductor devices.

半導体化合物とは、半導体の材料となる化合物のことを指す。半導体化合物の種類も特に限定されない。例えば、半導体層は、p型半導体化合物を含有していてもよいし、n型半導体化合物を含有していてもよいし、これらの双方を含有していてもよい。また、半導体層は、ペロブスカイト半導体化合物を含有していてもよい。   A semiconductor compound refers to a compound that becomes a material of a semiconductor. The kind of semiconductor compound is not particularly limited. For example, the semiconductor layer may contain a p-type semiconductor compound, may contain an n-type semiconductor compound, or may contain both of them. The semiconductor layer may contain a perovskite semiconductor compound.

p型半導体化合物としては、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン又はポリアニリン等の共役コポリマー半導体のような高分子半導体化合物が挙げられる。また、p型半導体化合物として、ナフタセン、ペンタセン又はピレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも一つ以上を含み、かつ合計4個以上連結したもの;フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体、等の大環状化合物等のような低分子半導体化合物も挙げられる。また、単層カーボンナノチューブ又はグラフェン等もp型半導体化合物として使用することができる。   Examples of the p-type semiconductor compound include polymer semiconductor compounds such as conjugated copolymer semiconductors such as polythiophene, polyfluorene, polyphenylene vinylene, polythienylene vinylene, polyacetylene, and polyaniline. Further, as a p-type semiconductor compound, condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene or pyrene; oligothiophenes containing 4 or more thiophene rings such as α-sexithiophene; thiophene ring, benzene ring, fluorene ring, naphthalene ring , An anthracene ring, a thiazole ring, a thiadiazole ring, and a benzothiazole ring, and a total of four or more connected; a phthalocyanine compound and a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin and a metal complex thereof And low molecular semiconductor compounds such as macrocyclic compounds. Single-walled carbon nanotubes or graphene can also be used as the p-type semiconductor compound.

n型半導体化合物としては、例えば、フラーレン化合物、8−ヒドロキシキノリンアルミニウム等のキノリノール誘導体金属錯体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド若しくはペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン若しくはペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物、グラフェン又はn型ポリマー等が挙げられる。   Examples of the n-type semiconductor compound include fullerene compounds, quinolinol derivative metal complexes such as 8-hydroxyquinoline aluminum, condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetracarboxylic acid diimide, perylene diimide derivatives, and terpyridine. Metal complexes, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, Pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives, bipyridine derivatives, borane Conductor anthracene, a pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbon such as naphthacene or pentacene, and graphene, or n-type polymers and the like.

ペロブスカイト半導体化合物とは、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。ペロブスカイト半導体化合物としては、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AMXで表されるもの又は一般式AMX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。 A perovskite semiconductor compound refers to a semiconductor compound having a perovskite structure. The perovskite semiconductor compound is not particularly limited, and 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, examples of the perovskite compound include those represented by the general formula AMX 3 and those represented by the general formula A 2 MX 4 . Here, M represents a divalent cation, A represents a monovalent cation, and X represents a monovalent anion.

一方で、ペロブスカイト半導体は、水分により劣化しやすく、耐久性が低いことが知られている。本実施形態のように半導体層に絶縁性ポリマーを添加することは、このような特性を有するペロブスカイト半導体の耐久性を向上させられる点で、非常に有利である。このように、一実施形態において、半導体層が含有する半導体化合物は、ペロブスカイト半導体化合物を含有する。   On the other hand, perovskite semiconductors are known to be easily deteriorated by moisture and have low durability. Adding an insulating polymer to the semiconductor layer as in this embodiment is very advantageous in that the durability of the perovskite semiconductor having such characteristics can be improved. Thus, in one embodiment, the semiconductor compound contained in the semiconductor layer contains a perovskite semiconductor compound.

半導体層に含まれる半導体化合物としては、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。半導体化合物の具体例は、いくつかの半導体デバイスに関して後に説明する。   As the semiconductor compound contained in the semiconductor layer, an appropriate compound can be selected according to the type of the semiconductor device. Specific examples of semiconductor compounds will be described later with respect to several semiconductor devices.

絶縁性ポリマーとは、絶縁性を有するポリマーのことである。本明細書において、絶縁性ポリマー単体の電気抵抗率は1×10Ω・m以上であり、好ましくは1×10Ω・m以上であり、さらに好ましくは1×1010Ω・m以上である。絶縁性ポリマー単体の電気抵抗率が1×10Ω・m以上であることにより、半導体層中を流れるリーク電流を抑えることができると考えられる。 The insulating polymer is a polymer having insulating properties. In the present specification, the electrical resistivity of the insulating polymer alone is 1 × 10 6 Ω · m or more, preferably 1 × 10 8 Ω · m or more, and more preferably 1 × 10 10 Ω · m or more. is there. It is considered that the leakage current flowing in the semiconductor layer can be suppressed when the electric resistivity of the insulating polymer alone is 1 × 10 6 Ω · m or more.

絶縁性ポリマーの種類は、半導体化合物とともに半導体層を形成可能であれば特に限定されない。一実施形態において、絶縁性ポリマーとしては、安定性がより高い、主鎖が炭素原子で構成されているポリマーが用いられる。   The kind of insulating polymer is not particularly limited as long as a semiconductor layer can be formed together with a semiconductor compound. In one embodiment, as the insulating polymer, a polymer having a higher stability and a main chain composed of carbon atoms is used.

絶縁性ポリマーを含む半導体層を塗布法により形成できるように、絶縁性ポリマーは可溶性のポリマーであることが好ましく、非プロトン性極性溶媒への溶解性を示すことが好ましい。具体的には、1gのN,N−ジメチルホルムアミドに対する絶縁性ポリマーの25℃における溶解度は、0.5mg以上であることが好ましく、1.0mg以上であることがさらに好ましく、2.0mg以上であることがより好ましい。   The insulating polymer is preferably a soluble polymer, and preferably exhibits solubility in an aprotic polar solvent so that a semiconductor layer containing the insulating polymer can be formed by a coating method. Specifically, the solubility of the insulating polymer in 1 g of N, N-dimethylformamide at 25 ° C. is preferably 0.5 mg or more, more preferably 1.0 mg or more, and 2.0 mg or more. More preferably.

絶縁性ポリマーの種類に特段の制限はなく、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルポリピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリメチルビニルエーテル、ポリイソプロピルアクリルアミド等の非イオン性ポリマー;ポリアクリル酸ナトリウム、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリイソプロピレンスルホン酸ナトリウム、ポリナフタレンスルホン酸縮合体塩、ポリエチレンイミンザンテート塩等のカチオン性ポリマー;ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート四級塩、ジメチルジアリルアンモニウムクロライド、ポリアミジン、ポリビニルイミダゾリン、ジシアンジアミド系縮合体、エピクロルヒドリンジメチルアミン縮合体、ポリエチレンイミン等のアニオン性ポリマー;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート四級塩アクリル酸共重合体、ポリアクリルアミドのホフマン分解物等の両性ポリマーが挙げられる。   There are no particular restrictions on the type of insulating polymer, for example, nonionic polymers such as polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl polypyrrolidone, polyethylene glycol, polymethyl vinyl ether, polyisopropyl acrylamide; sodium polyacrylate, polystyrene Cationic polymers such as sodium sulfonate, sodium polyisopropylenesulfonate, polynaphthalenesulfonic acid condensate salt, polyethyleneimine xanthate salt; dimethylaminomethyl (meth) acrylate quaternary salt, dimethyldiallylammonium chloride, polyamidine, polyvinylimidazoline Anionic polymers such as dicyandiamide condensate, epichlorohydrin dimethylamine condensate, polyethyleneimine; Chill aminoethyl (meth) acrylate quaternary salt of acrylic acid copolymer, amphoteric polymers of Hofmann degradation products of polyacrylamide.

このような絶縁性ポリマーとして、特に、親水性置換基を有するポリビニル系のポリマーが好ましい。親水性置換基としては、ヒドロキシ基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(−COOR)、アルキルカルボニルオキシ基(−OCOR)、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアミド基(−NRCOR)、ニトロ基、スルホ基、スルホニルオキシ基、ホスホ基、ホスホノオキシ基、炭素数2〜10の複素環基(例えばピロリル基、ピロリジニル基又はチエニル基等)、及びこれらの親水性置換基を有する炭素数1〜10の炭化水素基、等が挙げられる。   As such an insulating polymer, a polyvinyl polymer having a hydrophilic substituent is particularly preferable. The hydrophilic substituent includes a hydroxy group, an alkoxy group, a carboxyl group, an alkoxycarbonyl group (—COOR), an alkylcarbonyloxy group (—OCOR), an amino group which may have a substituent, and a substituent. An amide group (-NRCOR), a nitro group, a sulfo group, a sulfonyloxy group, a phospho group, a phosphonooxy group, a heterocyclic group having 2 to 10 carbon atoms (for example, a pyrrolyl group, a pyrrolidinyl group, or a thienyl group), and Examples thereof include a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms having these hydrophilic substituents.

より具体的には、絶縁性ポリマーが下式(I)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
式(I)において、Zは親水性置換基を表す。親水性置換基としては、上述のものが好ましい。
More specifically, the insulating polymer preferably has a repeating unit represented by the following formula (I).
In the formula (I), Z represents a hydrophilic substituent. As the hydrophilic substituent, those described above are preferable.

一実施形態において、絶縁性ポリマーは下式(Ia)で表される繰り返し単位を有する。
式(Ia)において、R及びRはそれぞれ独立して、炭化水素基又は水素原子を表し、R及びRは互いに結合して環を形成していてもよい。炭化水素基としては、好ましくは炭素数1〜10の炭化水素基であり、より具体的には炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルケニル基、及び炭素数1〜10のアルキニル基、炭素数6〜10の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
In one embodiment, the insulating polymer has a repeating unit represented by the following formula (Ia).
In the formula (Ia), R 1 and R 2 each independently represent a hydrocarbon group or a hydrogen atom, and R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring. As a hydrocarbon group, Preferably it is a C1-C10 hydrocarbon group, More specifically, a C1-C10 alkyl group, a C1-C10 alkenyl group, and a C1-C10 Examples include alkynyl groups and aromatic hydrocarbon groups having 6 to 10 carbon atoms.

さらなる実施形態において、式(Ia)で表される繰り返し単位において、R及びRは互いに結合して環を形成している。例えば、R及びRは、炭素数2〜5のアルカンジイル基を構成していてもよい。 In a further embodiment, in the repeating unit represented by formula (Ia), R 1 and R 2 are bonded to each other to form a ring. For example, R 1 and R 2 may constitute an alkanediyl group having 2 to 5 carbon atoms.

式(I)及び(Ia)で表される繰り返し単位は、さらなる置換基を有していてもよい。さらなる置換基としては、ハロゲン基、ヒドロキシ基、シアノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基で置換されていてもよいアミノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数1〜10のアルキルカルボニル基、炭素数1〜10のアルキルチオ基、炭素数1〜10のアルケニル基、炭素数1〜10のアルキニル基、エステル基、アリールカルボニル基、アリールチオ基、アリールオキシ基、炭素数6〜10の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜10の複素環基等が挙げられる。   The repeating units represented by formulas (I) and (Ia) may have further substituents. Further substituents include a halogen group, a hydroxy group, a cyano group, a silyl group, a boryl group, an amino group optionally substituted with an alkyl group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms. , An alkylcarbonyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 1 to 10 carbon atoms, an ester group, an arylcarbonyl group, an arylthio group, an aryloxy group Group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 10 carbon atoms, or a heterocyclic group having 2 to 10 carbon atoms.

具体例として、絶縁性ポリマーは下式(Ib)で表される繰り返し単位を有することができる。
As a specific example, the insulating polymer may have a repeating unit represented by the following formula (Ib).

式(Ib)において、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子又は1価の置換基である。1価の置換基としては、特段の制限はないが、上記式(Ia)のさらなる置換基の例として挙げた置換基が挙げられる。すなわち、ハロゲン基、ヒドロキシ基、シアノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基で置換されていてもよいアミノ基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数1〜10のアルキルカルボニル基、炭素数1〜10のアルキルチオ基、炭素数1〜10のアルケニル基、炭素数1〜10のアルキニル基、エステル基、アリールカルボニル基、アリールチオ基、アリールオキシ基、炭素数6〜10の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜10の複素環基等が挙げられる。なお、これらの中でもR〜Rはそれぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基であることが好ましく、なかでも、R〜Rはそれぞれ水素原子であることが好ましい。 In formula (Ib), R 3 to R 8 are each independently a hydrogen atom or a monovalent substituent. The monovalent substituent is not particularly limited, and examples thereof include the substituents listed as examples of the further substituent of the formula (Ia). That is, a halogen group, a hydroxy group, a cyano group, a silyl group, a boryl group, an amino group optionally substituted with an alkyl group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, or 1 carbon atom -10 alkylcarbonyl group, C1-C10 alkylthio group, C1-C10 alkenyl group, C1-C10 alkynyl group, ester group, arylcarbonyl group, arylthio group, aryloxy group, carbon number A 6-10 aromatic hydrocarbon group or a C2-C10 heterocyclic group is mentioned. Among these, R 3 to R 8 are each independently preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and among them, R 3 to R 8 are preferably each a hydrogen atom. .

絶縁性ポリマーは、式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される、2以上の互いに異なる繰り返し単位を含んでいてもよく、さらに架橋されて架橋高分子を形成していてもよく、またヨウ素等の化合物と錯体を形成していてもよい。また、絶縁性ポリマーは、式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位以外の、例えば酢酸ビニル単位のような繰り返し単位を含んでいてもよく、例えば、絶縁性ポリマーは、式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位を含む共重合体であってもよい。絶縁性ポリマーを構成する繰り返し単位のうち、式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位の割合は、好ましくは30モル%以上であり、さらに好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上であり、特に好ましくは90モル%以上である。式(I)、(Ia)又は(Ib)で表される繰り返し単位の割合が30モル%以上であることにより、絶縁性ポリマーを含む塗布液の作製がより容易となる。   The insulating polymer may contain two or more different repeating units represented by the formula (I), (Ia) or (Ib), and may be further crosslinked to form a crosslinked polymer. Further, it may form a complex with a compound such as iodine. The insulating polymer may contain a repeating unit other than the repeating unit represented by the formula (I), (Ia) or (Ib), for example, a vinyl acetate unit. A copolymer containing a repeating unit represented by formula (I), (Ia) or (Ib) may also be used. The ratio of the repeating unit represented by the formula (I), (Ia) or (Ib) among the repeating units constituting the insulating polymer is preferably 30 mol% or more, more preferably 50 mol% or more. More preferably, it is 70 mol% or more, and particularly preferably 90 mol% or more. When the ratio of the repeating unit represented by the formula (I), (Ia) or (Ib) is 30 mol% or more, it becomes easier to produce a coating liquid containing an insulating polymer.

なお、絶縁性ポリマーの末端基としては、特段の制限はないが、水素原子、水酸基、トリアルキルシリル基、トリアリールシリル基又はビニル基等が挙げられる。   The terminal group of the insulating polymer is not particularly limited, and examples thereof include a hydrogen atom, a hydroxyl group, a trialkylsilyl group, a triarylsilyl group, and a vinyl group.

絶縁性ポリマーの重量平均分子量は、半導体層の耐久性が向上する効果が得られるのであれば特に限定されないが、好ましくは5×10以上であり、より好ましくは10×10以上である。また、好ましくは1000×10以下であり、より好ましくは400×10以下である。重量平均分子量がこの範囲にあることにより、半導体化合物の結晶成長を適切に制御できるものと考えられる。 The weight average molecular weight of the insulating polymer is not particularly limited as long as the effect of improving the durability of the semiconductor layer can be obtained, but is preferably 5 × 10 3 or more, and more preferably 10 × 10 3 or more. Moreover, it is preferably 1000 × 10 3 or less, more preferably 400 × 10 3 or less. It is considered that the crystal growth of the semiconductor compound can be appropriately controlled when the weight average molecular weight is in this range.

半導体層に含まれる半導体化合物と絶縁性ポリマーとの比率は、特に限定されない。耐久性を向上させる効果がより得られるように、半導体化合物に対する絶縁性ポリマーの割合は、好ましくは0.1質量%以上であり、さらに好ましくは0.5質量%以上であり、より好ましくは1.2質量%以上である。また、半導体デバイスの性能が十分に維持されるように、半導体化合物に対する絶縁性ポリマーの割合は、好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは5.0質量%以下であり、特に好ましくは3.0質量%以下である。   The ratio between the semiconductor compound and the insulating polymer contained in the semiconductor layer is not particularly limited. The ratio of the insulating polymer to the semiconductor compound is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1 so that the effect of improving durability can be obtained more. .2% by mass or more. Further, the ratio of the insulating polymer to the semiconductor compound is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, more preferably 5.0% so that the performance of the semiconductor device is sufficiently maintained. It is not more than mass%, particularly preferably not more than 3.0 mass%.

半導体層中において絶縁性ポリマーは均一に分散していることが好ましい。この観点から、絶縁性ポリマーの結晶性は高くないことが好ましい。具体的には、絶縁性ポリマーは、単体とした場合にアモルファス状態になるアモルファスポリマーであることが好ましい。アモルファスポリマーの具体例としては、ポリビニルピロリドン又はアクリル樹脂等が挙げられる。また、アモルファスポリマーは光透過性が高い傾向にある。したがって、光電変換素子又は電界発光素子のように半導体層中を光が移動する場合、絶縁性ポリマーがアモルファス状態にあることは、光の反射及び屈折が抑えられるために、高い光透過性を有するデバイスを得ることができる点で好ましい。そのため、絶縁性ポリマーは、単体とした場合の屈折率が1.8以下であることが好ましく、1.5以下であることがさらに好ましい。   It is preferable that the insulating polymer is uniformly dispersed in the semiconductor layer. From this viewpoint, it is preferable that the crystallinity of the insulating polymer is not high. Specifically, the insulating polymer is preferably an amorphous polymer that becomes amorphous when used alone. Specific examples of the amorphous polymer include polyvinyl pyrrolidone or acrylic resin. Amorphous polymers tend to be highly light transmissive. Therefore, when light moves in a semiconductor layer like a photoelectric conversion element or an electroluminescence element, the insulating polymer is in an amorphous state, so that reflection and refraction of light are suppressed, and thus it has high light transmittance. It is preferable at the point which can obtain a device. Therefore, the refractive index of the insulating polymer when used alone is preferably 1.8 or less, and more preferably 1.5 or less.

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 use of the semiconductor layer. As an example, the thickness of the semiconductor layer may be not less than 0.5 nm and not more than 500 nm.

半導体層には、半導体化合物及び絶縁性ポリマー以外に、他の化合物が添加されていてもよい。この場合、半導体層の半導体特性がよく発揮されるように、半導体層中の半導体化合物及び絶縁性ポリマーの割合は、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90質量%以上である。また半導体層は、異なる材料を含み又は異なる成分を有する複数の層で形成される積層構造を有していてもよい。   In addition to the semiconductor compound and the insulating polymer, other compounds may be added to the semiconductor layer. In this case, the ratio of the semiconductor compound and the insulating polymer in the semiconductor layer is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, so that the semiconductor characteristics of the semiconductor layer are well exhibited. Preferably it is 90 mass% or more. The semiconductor layer may have a stacked structure including a plurality of layers containing different materials or having different components.

半導体層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、半導体化合物又は半導体化合物前駆体と、絶縁性ポリマーと、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塗布法、並びに半導体化合物及び絶縁性ポリマーを共蒸着させる蒸着法等が挙げられる。簡易に半導体層を形成できる点で、塗布法を用いることは好ましい。   The method for forming the semiconductor layer is not particularly limited, and any method can be used. Specific examples include a coating method in which a semiconductor layer is formed by coating a coating solution containing a semiconductor compound or a semiconductor compound precursor and an insulating polymer, and a vapor deposition method in which the semiconductor compound and the insulating polymer are co-evaporated. Etc. It is preferable to use a coating method because a semiconductor layer can be easily formed.

半導体化合物前駆体とは、塗布液を塗布した後に半導体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半導体化合物へと変換可能な半導体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、半導体化合物前駆体を半導体化合物へと変換し、半導体化合物及び絶縁性ポリマーを含有する半導体層を形成することができる。   The semiconductor compound precursor refers to a material that can be converted into a semiconductor compound after coating a coating solution. A specific example is a semiconductor compound precursor that can be converted into a semiconductor compound by heating. For example, by heating a film obtained by applying a coating liquid, a semiconductor compound precursor can be converted into a semiconductor compound, and a semiconductor layer containing a semiconductor compound and an insulating polymer can be formed.

半導体化合物前駆体の具体例としては、加熱により後述する式(1)で表されるペロブスカイト半導体化合物へと変換可能である、後述する式(2)で表される化合物及び/又は後述する式(3)で表される化合物が挙げられ、具体的には金属ハロゲン化物及びアルキルアンモニウム塩ハロゲン化物が挙げられる。また、加熱によりポルフィリン化合物へと変換可能なビシクロポルフィリン化合物等も挙げられる。   Specific examples of the semiconductor compound precursor include a compound represented by the formula (2) described below and / or a formula (described later) which can be converted into a perovskite semiconductor compound represented by the formula (1) described below by heating. Examples of the compound represented by 3) include metal halides and alkylammonium salt halides. Moreover, the bicycloporphyrin compound etc. which can be converted into a porphyrin compound by heating are also mentioned.

塗布法に用いられる塗布液は、半導体化合物又は半導体化合物前駆体と、絶縁性ポリマーと、を溶媒に溶解させることにより作製することができる。溶媒としては、半導体化合物及び絶縁性ポリマーが溶解するのであれば特に限定されない。溶媒の例としては、ヘキサン、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、シクロヘキシルベンゼン、クロロ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;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;メタノール、エタノール若しくはプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、ジメチルスルホキシド、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;酢酸エチル、酢酸ブチル、γ−ブチロラクトン、若しくは乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類;又は、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。   The coating liquid used for the coating method can be prepared by dissolving a semiconductor compound or a semiconductor compound precursor and an insulating polymer in a solvent. The solvent is not particularly limited as long as the semiconductor compound and the insulating polymer are dissolved. Examples of the solvent include aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene, or orthodichlorobenzene; cyclopentane, Cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; fats such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, dimethyl sulfoxide or cyclohexanone Aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; S such as ethyl acetate, butyl acetate, γ-butyrolactone, or methyl lactate Le ethers; chloroform, methylene chloride, dichloroethane, halogenated hydrocarbons such as trichloroethane or trichlorethylene; ethers such as ethyl ether and tetrahydrofuran or dioxane; or an amide such as dimethylformamide or dimethylacetamide, and the like.

ペロブスカイト半導体化合物を使用する場合、塗布液の溶媒としては、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。   When a perovskite semiconductor compound is used, as a solvent for the coating solution, Brandrup, J. et al. The solubility parameter (SP value) described in et al. “Polymer Handbook, 4th Ed.” Is preferably 9 or more, and more preferably 10 or more. Examples thereof include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, pyridine, and γ-butyrolactone. As the solvent, a mixed solvent of two or more kinds of 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.

このような、半導体化合物又は半導体化合物前駆体、絶縁性ポリマー、及び溶媒を含有する塗布液は、半導体層形成用の組成物として用いることができる。特に、ペロブスカイト半導体化合物又はペロブスカイト半導体化合物前駆体、絶縁性ポリマー、及び溶媒を含有する組成物は、耐久性を備えるペロブスカイト半導体層を形成するために有用である。また、このような組成物は、高い光透過率を有するペロブスカイト型半導体層を形成するためにも有用である。組成物はさらに添加剤を含有していてもよいが、好ましくは組成物の主成分は半導体化合物若しくは半導体化合物前駆体、絶縁性ポリマー、及び溶媒である。   Such a coating liquid containing a semiconductor compound or a semiconductor compound precursor, an insulating polymer, and a solvent can be used as a composition for forming a semiconductor layer. In particular, a composition containing a perovskite semiconductor compound or a perovskite semiconductor compound precursor, an insulating polymer, and a solvent is useful for forming a perovskite semiconductor layer having durability. Such a composition is also useful for forming a perovskite semiconductor layer having high light transmittance. The composition may further contain an additive, but the main component of the composition is preferably a semiconductor compound or a semiconductor compound precursor, an insulating polymer, and a solvent.

組成物中に含まれる半導体化合物又は半導体化合物前駆体と絶縁性ポリマーとの比率は、特に限定されない。耐久性を向上させる効果がより得られるように、組成物中に含まれる半導体化合物の質量、又は組成物中に含まれる半導体化合物前駆体により形成可能な半導体化合物の質量に対する、組成物中に含まれる絶縁性ポリマーの質量の割合は、好ましくは0.1質量%以上であり、さらに好ましくは0.5質量%以上であり、より好ましくは1.2質量%以上である。また、半導体デバイスの性能が十分に維持されるように、半導体化合物又は半導体化合物前駆体に対する絶縁性ポリマーの割合は、好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは5.0質量%以下であり、特に好ましくは3.0質量%以下である。   The ratio of the semiconductor compound or semiconductor compound precursor contained in the composition and the insulating polymer is not particularly limited. Included in the composition with respect to the mass of the semiconductor compound contained in the composition or the mass of the semiconductor compound that can be formed by the semiconductor compound precursor contained in the composition so that the effect of improving durability can be obtained more The ratio of the mass of the insulating polymer is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and more preferably 1.2% by mass or more. Further, the ratio of the insulating polymer to the semiconductor compound or the semiconductor compound precursor is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, so that the performance of the semiconductor device is sufficiently maintained. Preferably it is 5.0 mass% or less, Most preferably, it is 3.0 mass% or less.

また、組成物中に含まれる半導体化合物又は半導体化合物前駆体の濃度も、特に限定されず、適切な厚さの半導体層が形成されるように適宜選択することができる。塗布成膜が円滑に進むように、半導体化合物又は半導体化合物前駆体の濃度は好ましくは10重量%以上であり、さらに好ましくは15重量%以上であり、一方で好ましくは60重量%以下であり、さらに好ましくは45重量%以下である。   Further, the concentration of the semiconductor compound or the semiconductor compound precursor contained in the composition is not particularly limited, and can be appropriately selected so that a semiconductor layer having an appropriate thickness is formed. The concentration of the semiconductor compound or semiconductor compound precursor is preferably 10% by weight or more, more preferably 15% by weight or more, while preferably 60% by weight or less, so that the coating film formation proceeds smoothly. More preferably, it is 45 weight% or less.

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。   Although any method can be used as a coating method of the coating solution, for example, spin coating method, ink jet method, doctor blade method, drop casting method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, Examples thereof include a spray coating method, an air knife coating method, a wire barber coating method, a pipe doctor method, an impregnation / coating method, and a curtain coating method.

塗布液を塗布した後に乾燥を行うとともに、必要に応じて半導体化合物前駆体を半導体化合物へと変換する処理を行うことにより、半導体層を形成することができる。乾燥方法は特に限定されず、例えば加熱乾燥を行ってもよい。   A semiconductor layer can be formed by performing drying after applying the coating solution and performing a process of converting the semiconductor compound precursor into a semiconductor compound as necessary. The drying method is not particularly limited, and for example, heat drying may be performed.

以下、本発明に係る半導体デバイスの例として、電界効果トランジスタ素子、電界発光素子、光電変換素子、及び太陽電池について詳細に説明する。   Hereinafter, a field effect transistor element, an electroluminescence element, a photoelectric conversion element, and a solar cell will be described in detail as examples of the semiconductor device according to the present invention.

<2.電界効果トランジスタ(FET)>
本発明に係る電界効果トランジスタ(FET)素子は、半導体層と、一対の電極であるソース電極及びドレイン電極と、ゲート電極とを有する。この半導体層は、上述のように半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有している。
<2. Field Effect Transistor (FET)>
A field effect transistor (FET) device according to the present invention includes a semiconductor layer, a pair of electrodes, a source electrode and a drain electrode, and a gate electrode. This semiconductor layer contains the semiconductor compound and the insulating polymer as described above.

以下、一実施形態に係るFET素子について詳細に説明する。図1は、本発明に係るFET素子の構造例を模式的に表す図である。図1において、51が半導体層、52が絶縁体層、53及び54がソース電極及びドレイン電極、55がゲート電極、56が基材をそれぞれ示す。半導体層51は、半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有している。もっとも、別の実施形態において、FET素子は、ソース電極53とドレイン電極54との間のチャネルとして働く半導体層51とは異なる、半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有する半導体層を有していてもよい。図1(A)〜(D)にはそれぞれ異なる構造のFET素子が記載されているが、どれも本発明に係るFET素子の構造例を示している。FET素子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2013/180230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。   Hereinafter, the FET element according to an embodiment will be described in detail. FIG. 1 is a diagram schematically showing a structural example of an FET element according to the present invention. In FIG. 1, 51 is a semiconductor layer, 52 is an insulator layer, 53 and 54 are source and drain electrodes, 55 is a gate electrode, and 56 is a substrate. The semiconductor layer 51 contains a semiconductor compound and an insulating polymer. However, in another embodiment, the FET element has a semiconductor layer containing a semiconductor compound and an insulating polymer, which is different from the semiconductor layer 51 acting as a channel between the source electrode 53 and the drain electrode 54. Also good. Although FIGS. 1A to 1D show FET elements having different structures, each of them shows a structure example of an FET element according to the present invention. There is no particular limitation on these constituent members constituting the FET element and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, techniques described in publicly known documents such as International Publication No. 2013/180230 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194 can be used.

一実施形態に係るFET素子において、半導体層51は、基材56上に直接又は他の層を介して半導体を膜状に形成することにより作製される。半導体層51の膜厚に制限は無く、例えば横型の電界効果トランジスタ素子の場合、所定の膜厚以上であれば素子の特性は半導体層51の膜厚には依存しない。ただし、膜厚が厚くなりすぎると漏れ電流が増加してくることが多いため、半導体層の膜厚は、好ましくは0.5nm以上、さらに好ましくは10nm以上であり、コストの観点から好ましくは1μm以下、さらに好ましくは200nm以下である。   In the FET element according to one embodiment, the semiconductor layer 51 is produced by forming a semiconductor film on the substrate 56 directly or via another layer. The film thickness of the semiconductor layer 51 is not limited. For example, in the case of a horizontal field effect transistor element, the element characteristics do not depend on the film thickness of the semiconductor layer 51 as long as the film thickness is equal to or greater than a predetermined film thickness. However, since the leakage current often increases when the film thickness becomes too thick, the film thickness of the semiconductor layer is preferably 0.5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and preferably 1 μm from the viewpoint of cost. Hereinafter, it is more preferably 200 nm or less.

半導体層51の特性としては、室温におけるキャリア移動度が好ましくは1.0x10−6cm/V・s以上、さらに好ましくは1.0x10−5cm/V・s以上、より好ましくは5.0x10−5cm/V・s以上、特に好ましくは1.0x10−4cm/V・s以上である。 As the characteristics of the semiconductor layer 51, the carrier mobility at room temperature is preferably 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, particularly preferably 1.0 × 10 −4 cm 2 / V · s or more.

<3.電界発光素子(LED)>
本発明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半導体層である発光層と、を有する。電界発光素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子との再結合エネルギーによって蛍光性物質が発光する原理を利用した自発光素子である。一実施形態において、この発光層は、上述のように半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有している。しかしながら、別の実施形態において、電界発光素子が、発光層とは異なる、半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有する半導体層を有していてもよい。例えば、電子輸送層又は正孔輸送層等が、半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有する半導体層であってもよい。
<3. Electroluminescent device (LED)>
An electroluminescent element (LED) according to the present invention includes an anode and a cathode that are a pair of electrodes, and a light emitting layer that is a semiconductor layer disposed between the electrodes. An electroluminescent element is a self-luminous element that utilizes the principle that a fluorescent substance emits light by recombination energy between holes injected from an anode and electrons injected from a cathode when an electric field is applied. In one embodiment, the light emitting layer contains a semiconductor compound and an insulating polymer as described above. However, in another embodiment, the electroluminescent element may have a semiconductor layer containing a semiconductor compound and an insulating polymer, which is different from the light emitting layer. For example, the electron transport layer or the hole transport layer may be a semiconductor layer containing a semiconductor compound and an insulating polymer.

図2は、本発明に係る電界発光素子の一実施形態を模式的に示す断面図である。図2において、符号31は基材、32は陽極、33は正孔注入層、34は正孔輸送層、35は発光層、36は電子輸送層、37は電子注入層、38は陰極、39は電界発光素子を示している。発光層35は、半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有している。なお、電界発光素子が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。例えば、必ずしも、正孔注入層33、正孔輸送層34、電子輸送層36、及び電子注入層37を設ける必要はない。電界発光素子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2013/180230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。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of the electroluminescent element according to the present invention. In FIG. 2, reference numeral 31 is a base material, 32 is an anode, 33 is a hole injection layer, 34 is a hole transport layer, 35 is a light emitting layer, 36 is an electron transport layer, 37 is an electron injection layer, 38 is a cathode, 39 Indicates an electroluminescent element. The light emitting layer 35 contains a semiconductor compound and an insulating polymer. Note that the electroluminescent element does not need to have all of these constituent members, and the necessary constituent members can be arbitrarily selected. For example, the hole injection layer 33, the hole transport layer 34, the electron transport layer 36, and the electron injection layer 37 are not necessarily provided. There are no particular restrictions on these constituent members constituting the electroluminescent element and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, techniques described in publicly known documents such as International Publication No. 2013/180230 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194 can be used.

発光層35の形成方法に制限はない。例えば、湿式成膜法又は乾式成膜法を用いることができる。また、素子の発光効率を向上させる目的、発光色を変える目的、及び素子の駆動寿命を改善する目的等で、ホスト材料に蛍光色素や燐光性金属錯体等の別の化合物をドープすることにより発光層35を作製してもよい。例えば、蛍光色素をドープすることで、
1)高効率の蛍光色素による発光効率の向上
2)蛍光色素の選択による発光波長の可変化
3)濃度消光を起こす蛍光色素が使用可能となる
4)薄膜性の悪い蛍光色素も使用可能となる
5)電荷トラップ解消により駆動安定性が向上する、等の効果が期待される。
There is no restriction | limiting in the formation method of the light emitting layer 35. FIG. For example, a wet film formation method or a dry film formation method can be used. In addition, for the purpose of improving the light emission efficiency of the device, changing the emission color, and improving the drive life of the device, the host material emits light by doping with another compound such as a fluorescent dye or a phosphorescent metal complex. Layer 35 may be made. For example, by doping with a fluorescent dye,
1) Improvement of luminous efficiency by high-efficiency fluorescent dyes 2) Variable emission wavelength by selection of fluorescent dyes 3) Use of fluorescent dyes that cause concentration quenching 4) Use of fluorescent dyes with poor thin film properties 5) It is expected that driving stability is improved by eliminating charge traps.

また、発光層35中に正孔輸送材料を混合することも、特に素子の駆動安定性を向上させる目的のために有効である。発光層35中に混合される正孔輸送材料の量は、5〜50質量%の範囲であることが好ましい。   In addition, mixing a hole transport material in the light emitting layer 35 is also effective for the purpose of improving the driving stability of the device. The amount of the hole transport material mixed in the light emitting layer 35 is preferably in the range of 5 to 50% by mass.

発光層35の膜厚に制限はなく、発光層35に望まれる条件を満たしながら発光量を確保できるように、好ましくは3nm以上、さらに好ましくは10nm以上であり、好ましくは300nm以下、さらに好ましくは100nm以下である。   The thickness of the light emitting layer 35 is not limited, and is preferably 3 nm or more, more preferably 10 nm or more, preferably 300 nm or less, more preferably so that the amount of light emission can be secured while satisfying the conditions desired for the light emitting layer 35. 100 nm or less.

なお、図2は本発明に係る電界発光素子の一実施形態を示すものにすぎず、本発明に係る電界発光素子が図示された構成に限定されるわけではない。例えば、図2とは逆の積層構造とすること、すなわち、基板31上に陰極38、電子注入層37、電子輸送層36、発光層35、正孔輸送層34、正孔注入層33及び陽極32をこの順に積層することも可能である。   2 shows only one embodiment of the electroluminescent element according to the present invention, and the electroluminescent element according to the present invention is not limited to the illustrated configuration. For example, a stacked structure opposite to that shown in FIG. 2 is adopted, that is, a cathode 38, an electron injection layer 37, an electron transport layer 36, a light emitting layer 35, a hole transport layer 34, a hole injection layer 33, and an anode It is also possible to stack 32 in this order.

本発明に係る電界発光素子の構成は特に限定されず、単一の素子であっても、アレイ状に配置された構造からなる素子であっても、陽極と陰極とがX−Yマトリックス状に配置された構造の素子であってもよい。   The configuration of the electroluminescent device according to the present invention is not particularly limited, and the anode and the cathode are arranged in an XY matrix, whether it is a single device or an element having a structure arranged in an array. It may be an element having an arranged structure.

<4.光電変換素子>
本発明に係る光電変換素子は、一対の電極であるカソード及びアノードと、電極間に配置された半導体層である活性層と、を有する。また、一実施形態に係る光電変換素子は、基材、電子取り出し層、及び正孔取り出し層を含むその他の構成要素を有していてもよい。一実施形態において、活性層は、上述のように半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有している。しかしながら、別の実施形態において、光電変換素子が、活性層とは異なる、半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有する半導体層を有していてもよい。例えば、電子取り出し層又は正孔取り出し層等が、半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有する半導体層であってもよい。
<4. Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element according to the present invention includes a cathode and an anode that are a pair of electrodes, and an active layer that is a semiconductor layer disposed between the electrodes. In addition, the photoelectric conversion element according to an embodiment may include other components including a base material, an electron extraction layer, and a hole extraction layer. In one embodiment, the active layer contains a semiconductor compound and an insulating polymer as described above. However, in another embodiment, the photoelectric conversion element may have a semiconductor layer containing a semiconductor compound and an insulating polymer different from the active layer. For example, the electron extraction layer or the hole extraction layer may be a semiconductor layer containing a semiconductor compound and an insulating polymer.

図3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3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107、カソード(電極)101、電子取り出し層(バッファ層)102、活性層103、正孔取り出し層(バッファ層)104、仕事関数チューニング層105及びアノード(電極)106がこの順に形成された層構造を有する。活性層103は、半導体化合物と絶縁性ポリマーとを含有している。なお、必ずしも電子取り出し層102、正孔取り出し層104及び仕事関数チューニング層105を設ける必要はない。また、仕事関数チューニング層がカソード101と電子取り出し層102との間に存在してもよい。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention. The photoelectric conversion element shown in FIG. 3 is a photoelectric conversion element used in a general thin-film solar cell, but the photoelectric conversion element according to the present invention is not limited to that shown in FIG. A photoelectric conversion element 100 according to an embodiment of the present invention includes a base material 107, a cathode (electrode) 101, an electron extraction layer (buffer layer) 102, an active layer 103, a hole extraction layer (buffer layer) 104, work function tuning. The layer 105 and the anode (electrode) 106 have a layer structure formed in this order. The active layer 103 contains a semiconductor compound and an insulating polymer. Note that the electron extraction layer 102, the hole extraction layer 104, and the work function tuning layer 105 are not necessarily provided. A work function tuning layer may be present between the cathode 101 and the electron extraction layer 102.

<4−1.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カソード101及びアノード106から取り出される。
<4-1. Active layer (103)>
The active layer 103 is a layer where photoelectric conversion is performed. When the photoelectric conversion element 100 receives light, the light is absorbed by the active layer 103 to generate carriers, and the generated carriers are extracted from the cathode 101 and the anode 106.

活性層103の構造は特に限定されない。例えば、活性層103はp型半導体化合物を含有する層と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ってもよい。このような活性層103に光が入射すると、層界面でキャリア分離が起こり、生じたキャリア(正孔及び電子)がカソード101及びアノード106へと輸送される。この場合、どの層が絶縁性ポリマーを含有していてもよい。例えば、全ての層が絶縁性ポリマーを含有していてもよい。   The structure of the active layer 103 is not particularly limited. For example, the active layer 103 may be a heterojunction type active layer including a layer containing a p-type semiconductor compound and a layer containing an n-type semiconductor compound. When light enters such an active layer 103, carrier separation occurs at the layer interface, and the generated carriers (holes and electrons) are transported to the cathode 101 and the anode 106. In this case, any layer may contain an insulating polymer. For example, all the layers may contain an insulating polymer.

一実施形態において、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る。i層においては、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが相分離している。i層に光が入射すると、相界面でキャリア分離が起こり、生じたキャリア(正孔及び電子)がカソード101及びアノード106へと輸送される。i層には、p型半導体化合物を含有する層と、n型半導体化合物を含有する層との少なくとも一方が積層されていてもよい。この場合も、どの層が絶縁性ポリマーを含有していてもよい。   In one embodiment, the active layer 103 is a bulk hetero active layer having a layer (i layer) in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed. In the i layer, the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound are phase-separated. When light enters the i layer, carrier separation occurs at the phase interface, and the generated carriers (holes and electrons) are transported to the cathode 101 and the anode 106. In the i layer, at least one of a layer containing a p-type semiconductor compound and a layer containing an n-type semiconductor compound may be laminated. Again, any layer may contain an insulating polymer.

他の実施形態において、活性層103は、ペロブスカイト半導体化合物を含有する層であり、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半導体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。   In other embodiments, the active layer 103 is a layer containing a perovskite semiconductor compound, and a solar cell having such an active layer 103 is known as a perovskite solar cell. In the perovskite semiconductor, a perovskite semiconductor compound having a perovskite structure forms a crystal. In such crystals, fast charge separation occurs and the diffusion distance of holes and electrons is long, so that efficient charge separation occurs.

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500nm以下、さらに好ましくは400nm以下、より好ましくは300nm以下である。   There is no particular limitation on the thickness of the active layer 103. In terms of the ability to absorb more light, the thickness of the active layer 103 is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, and particularly preferably 120 nm or more. On the other hand, the thickness of the active layer 103 is preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less, and more preferably 300 nm or less in that the series resistance decreases.

(ヘテロ接合型の活性層及びバルクヘテロ型の活性層)
ヘテロ接合型又はバルクヘテロ型の活性層103が含有するp型半導体化合物に特段の制限はなく、低分子半導体化合物であっても高分子半導体化合物であってもよい。また、2種以上のp型半導体化合物を用いてもよい。電荷分離を促進する観点から、1.0eV以上1.8eV以下のエネルギーバンドギャップを有するp型半導体化合物を用いることは好ましい。また、簡易な塗布プロセスを用いて活性層103を形成できる点で、溶媒に溶解可能な高分子半導体化合物を用いることは好ましい。
(Heterojunction type active layer and bulk hetero type active layer)
The p-type semiconductor compound contained in the heterojunction type or bulk hetero type active layer 103 is not particularly limited and may be a low-molecular semiconductor compound or a high-molecular semiconductor compound. Two or more p-type semiconductor compounds may be used. From the viewpoint of promoting charge separation, it is preferable to use a p-type semiconductor compound having an energy band gap of 1.0 eV to 1.8 eV. In addition, it is preferable to use a polymer semiconductor compound that can be dissolved in a solvent in that the active layer 103 can be formed using a simple coating process.

p型の高分子半導体化合物としては、特段の制限はないが、二種以上のモノマー単位の共重合体である高分子半導体化合物を用いることが好ましい。このような光電子半導体化合物の例としては、Accounts of Chemical Research, 2012, 45, 723-733、Macromolecules, 2012, 45, 607-632、Chemistry of Materials, 2011, 23, 456-469、Energy & Environmental Science, 2011, 4, 1225-1237、Progress in Polymer Science, 2011, 36, 1326-1414、Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 10416-10434、及びProgress in Polymer Science, 2012, 37, 1292-1331に記載されるものが挙げられる。また、これらの高分子半導体化合物の誘導体を用いることもできるし、上記の文献に記載されたモノマーの共重合により得られる高分子半導体化合物を用いることもできる。さらには、溶解性、結晶性、成膜性、HOMOエネルギー準位、及びLUMOエネルギー準位等を制御するために、これらの高分子半導体化合物に対して置換基を導入してもよい。   The p-type polymer semiconductor compound is not particularly limited, but a polymer semiconductor compound that is a copolymer of two or more monomer units is preferably used. Examples of such optoelectronic semiconductor compounds include Accounts of Chemical Research, 2012, 45, 723-733, Macromolecules, 2012, 45, 607-632, Chemistry of Materials, 2011, 23, 456-469, Energy & Environmental Science. , 2011, 4, 1225-1237, Progress in Polymer Science, 2011, 36, 1326-1414, Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 10416-10434, and Progress in Polymer Science, 2012, 37, 1292-1331. What is done. Moreover, the derivative | guide_body of these high molecular semiconductor compounds can also be used, and the high molecular semiconductor compound obtained by copolymerization of the monomer described in said literature can also be used. Furthermore, in order to control solubility, crystallinity, film formability, HOMO energy level, LUMO energy level, and the like, substituents may be introduced into these polymer semiconductor compounds.

ヘテロ接合型又はバルクヘテロ型の活性層103が含有するn型半導体化合物に特段の制限はなく、例えば、半導体層が含んでいてもよいn型半導体化合物として例示したものを用いることができる。   There is no particular limitation on the n-type semiconductor compound contained in the heterojunction type or bulk hetero type active layer 103. For example, those exemplified as the n-type semiconductor compound that may be contained in the semiconductor layer can be used.

これらの中でも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体が好ましく、フラーレン化合物、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はn型ポリマーがより好ましく、フラーレン化合物が特に好ましい。フラーレン化合物としては、特段の制限はないが、C60誘導体又はC70誘導体が特に好ましく、C61PCBM又はC71PCBMが特に好ましい。また、2種以上のn型半導体化合物を用いてもよい。 Among these, fullerene compounds, borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimides or N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives are preferable, fullerene compounds, N- Alkyl substituted perylene diimide derivatives, N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides or n-type polymers are more preferred, and fullerene compounds are particularly preferred. The fullerene compound, but no particular restriction, particularly preferably C 60 derivatives or C 70 derivatives, C 61 PCBM or C 71 PCBM is particularly preferred. Two or more n-type semiconductor compounds may be used.

バルクヘテロ型の活性層103において、i層におけるn型半導体化合物に対するp型半導体化合物の質量比率(p型半導体化合物/n型半導体化合物)は、特段の制限はないが、良好な相分離構造を得ることにより光電変換効率を向上させる点で、0.15以上であることが好ましく、0.3以上であることがより好ましく、一方、4以下であることが好ましく、2以下であることがさらに好ましく、0.8以下であることが特に好ましい。   In the bulk hetero type active layer 103, the mass ratio of the p-type semiconductor compound to the n-type semiconductor compound in the i layer (p-type semiconductor compound / n-type semiconductor compound) is not particularly limited, but a good phase separation structure is obtained. In view of improving the photoelectric conversion efficiency, it is preferably 0.15 or more, more preferably 0.3 or more, on the other hand, preferably 4 or less, and more preferably 2 or less. Is particularly preferably 0.8 or less.

(ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層)
ペロブスカイト半導体化合物としては、特段の制限はなく、上述したものを用いることができる。好ましいペロブスカイト化合物の構造としては、一般式AMXで表されるものと一般式AMXで表されるものとが挙げられる。
(Active layer containing perovskite semiconductor compound)
The perovskite semiconductor compound is not particularly limited, and those described above can be used. Preferred structures of the perovskite compound include those represented by the general formula AMX 3 and those represented by the general formula A 2 MX 4 .

1価のカチオンAに特段の制限はないが、例えば、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又は置換基を有していてもよいホスホ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又はアリールアンモニウムイオンが挙げられる。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 the monovalent cation A is not particularly limited, for example, those described in the above-mentioned book of Galasso can be used. More specific examples include cations including Group 1 and Group 13 to Group 16 elements of the periodic table. Among these, cesium ion, rubidium ion, ammonium ion which may have a substituent, or phosphonium ion which may have a substituent are preferable. As an example of the ammonium ion which may have a substituent, a primary ammonium ion or a secondary ammonium ion is mentioned. There is no particular limitation on the substituent. Specific examples of the ammonium ion that may have a substituent include alkylammonium ions and arylammonium ions. In particular, in order to avoid steric hindrance, a monoalkylammonium ion having a three-dimensional crystal structure is preferable. From the viewpoint of improving stability, it is preferable to use an alkylammonium ion substituted with one or more fluorine groups. Moreover, the combination of 2 or more types of 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, guanidinium ion, formamidinium ion, acetamidinium ion or imidazolium And ions.

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。 The divalent cation M is not particularly limited, but is preferably a divalent metal cation or a semimetal cation. Specific examples include cations of Group 14 elements of the periodic table, and more specific examples include lead cations (Pb 2+ ), tin cations (Sn 2+ ), and germanium cations (Ge 2+ ). Moreover, the combination of 2 or more types of cations can also be used as the cation M. From the viewpoint of obtaining a stable photoelectric conversion element, it is particularly preferable to use a lead cation or two or more cations including a lead cation.

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。半導体のバンドギャップを広げすぎない観点から、ヨウ化物イオンを用いることが好ましい。   Examples of monovalent anions X include halide ion, acetate ion, nitrate ion, sulfate ion, borate ion, acetylacetonate ion, carbonate ion, citrate ion, sulfur ion, tellurium ion, thiocyanate ion, titanate. An ion, a zirconate ion, a 2,4-pentanedionate ion, or a silicofluorine ion. In order to adjust the band gap, X may be one type of anion or a combination of two or more types of anions. Among these, X is preferably a halide ion or a combination of a halide ion and other anions. Examples of the halide ion X include chloride ion, bromide ion or iodide ion. From the viewpoint of not excessively widening the band gap of the semiconductor, it is preferable to use iodide ions.

ペロブスカイト半導体化合物の好ましい例としては、有機−無機ペロブスカイト半導体化合物が挙げられ、特にハライド系有機−無機ペロブスカイト半導体化合物が挙げられる。ペロブスカイト半導体化合物の具体例としては、CHNHPbI、CHNHPbBr、CHNHPbCl、CHNHSnI、CHNHSnBr、CHNHSnCl、CHNHPbI(3−x)Cl、CHNHPbI(3−x)Br、CHNHPbBr(3−x)Cl、CHNHPb(1−y)Sn、CHNHPb(1−y)SnBr、CHNHPb(1−y)SnCl、CHNHPb(1−y)Sn(3−x)Cl、CHNHPb(1−y)Sn(3−x)Br、及びCHNHPb(1−y)SnBr(3−x)Cl、並びに、上記の化合物においてCHNHの代わりにCFHNH、CFHNH、又はCFNH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。 Preferable examples of the perovskite semiconductor compound include organic-inorganic perovskite semiconductor compounds, and particularly halide organic-inorganic perovskite semiconductor compounds. Specific examples of the perovskite semiconductor compound include CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 SnI 3 , CH 3 NH 3 SnBr 3 , and CH 3 NH 3 Sn 3. CH 3 NH 3 PbI (3-x) Cl x , CH 3 NH 3 PbI (3-x) Br x , CH 3 NH 3 PbBr (3-x) Cl x , CH 3 NH 3 Pb (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 , CFH 2 NH 3 instead of CH 3 NH 3 in serial of compounds, CF 2 HNH 3, or those using CF 3 NH 3, include like. Note that x is an arbitrary value from 0 to 3, and y is an arbitrary value from 0 to 1.

光電変換効率を向上させる観点から、ペロブスカイト半導体化合物としては、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。   From the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency, it is preferable to use a semiconductor compound having an energy band gap of 1.0 eV to 3.5 eV as the perovskite semiconductor compound.

活性層103は、2種類以上のペロブスカイト半導体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半導体化合物が活性層103に含まれていてもよい。   The active layer 103 may contain two or more types of perovskite semiconductor compounds. For example, two or more types of perovskite semiconductor compounds in which at least one of A, B, and X is different may be included in the active layer 103.

活性層103に含まれるペロブスカイト半導体化合物の量は、良好な光電変換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。上限に制限はなく、100質量%以下である。   The amount of the perovskite semiconductor compound contained in the active layer 103 is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more so that good photoelectric conversion characteristics can be obtained. It is. There is no restriction | limiting in an upper limit, and it is 100 mass% or less.

また、活性層103は、ペロブスカイト半導体化合物に加えて、添加物を含有していてもよい。添加物は特に限定されないが、添加物としては、例えばハロゲン化物、酸化物、又は硫化物、硫酸塩、硝酸塩若しくはアンモニウム塩等の無機塩のような、無機化合物が挙げられる。活性層103中の添加剤の量は、良好な光電変換特性が得られるように、好ましくは50質量%以下であり、さらに好ましくは30質量%以下であり、より好ましくは20質量%以下である。下限に制限はなく、0質量%以上である。   The active layer 103 may contain an additive in addition to the perovskite semiconductor compound. The additive is not particularly limited, and examples of the additive include inorganic compounds such as halides, oxides, or inorganic salts such as sulfides, sulfates, nitrates, and ammonium salts. The amount of the additive in the active layer 103 is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less so that good photoelectric conversion characteristics can be obtained. . There is no restriction | limiting in a lower limit, and it is 0 mass% or more.

(活性層の形成方法)
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。以下に、塗布法により活性層103を形成する方法について説明する。
(Method for forming active layer)
The formation method of the active layer 103 is not particularly limited, and any method can be used. Specific examples include a coating method and a vapor deposition method (or a co-evaporation method). It is preferable to use a coating method because the active layer 103 can be easily formed. Hereinafter, a method for forming the active layer 103 by a coating method will be described.

バルクヘテロ型の活性層103は、p型半導体化合物と、n型半導体化合物と、絶縁性ポリマーと、溶媒と、を含む塗布液を調製し、この塗布液を塗布することにより形成することができる。この塗布液は、さらに添加剤を含有していてもよい。また、溶媒として、高沸点溶媒と低沸点溶媒との混合溶媒を用いてもよい。このような添加剤又は混合溶媒を用いることにより、溶媒の揮発速度を調整することができ、半導体化合物の組織化を促進して相分離構造を最適化することができる。   The bulk hetero type active layer 103 can be formed by preparing a coating liquid containing a p-type semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, an insulating polymer, and a solvent, and applying the coating liquid. This coating solution may further contain an additive. Moreover, you may use the mixed solvent of a high boiling point solvent and a low boiling point solvent as a solvent. By using such an additive or mixed solvent, the volatilization rate of the solvent can be adjusted, and the organization of the semiconductor compound can be promoted to optimize the phase separation structure.

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。   Although any method can be used as a coating method of the coating solution, for example, spin coating method, ink jet method, doctor blade method, drop casting method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, Examples thereof include a spray coating method, an air knife coating method, a wire barber coating method, a pipe doctor method, an impregnation / coating method, and a curtain coating method.

塗布液を塗布した後に、加熱乾燥を行ってもよい。バルクヘテロ型の活性層103に対して加熱を行うことにより、活性層の自己組織化を促進することができる。加熱温度は、自己組織化の効果が得られるように、好ましくは50℃以上、さらに好ましくは80℃以上であり、一方、熱による損傷が生じないように、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℃以下である。加熱する時間としては、自己組織化の効果が得られるように、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、処理効率を向上させる観点から、好ましくは3時間以下、さらに好ましくは1時間以下である。   You may heat-dry after apply | coating a coating liquid. By heating the bulk hetero active layer 103, self-organization of the active layer can be promoted. The heating temperature is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, so that the effect of self-organization can be obtained. On the other hand, preferably no higher than 300 ° C., more preferably so as not to cause damage due to heat. It is 280 degrees C or less, More preferably, it is 250 degrees C or less. The heating time is preferably 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more, so that the effect of self-organization can be obtained. On the other hand, from the viewpoint of improving the processing efficiency, preferably 3 hours or less, more preferably Is less than 1 hour.

塗布液の溶媒としては、p型半導体化合物、n型半導体化合物及び絶縁性ポリマーを均一に溶解できるものであれば、特に限定されない。例えば、半導体層を塗布法により形成する際に用いることができる溶媒として挙げたものを用いることができる。なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロ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;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;又は、エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類である。一方で環境負荷の観点からは、非ハロゲン系溶媒を用いることが好ましい。   The solvent of the coating solution is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve the p-type semiconductor compound, the n-type semiconductor compound, and the insulating polymer. For example, what was mentioned as a solvent which can be used when forming a semiconductor layer by the apply | coating method can be used. Among them, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; cycloaliphatic carbonization such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin Hydrogen; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; or ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. On the other hand, it is preferable to use a non-halogen solvent from the viewpoint of environmental burden.

より好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン若しくはシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;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;テトラヒドロフラン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の非ハロゲン系脂環式炭化水素類;又は、1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。溶媒としては1種の溶媒を単独で用いてもよいし、任意の2種以上の溶媒を任意の比率で併用してもよい。   More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone Non-halogen alicyclic hydrocarbons such as tetrahydrofuran, cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; or non-halogen aliphatic ethers such as 1,4-dioxane; . Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene. As the solvent, one kind of solvent may be used alone, or any two or more kinds of solvents may be used in any ratio.

高沸点溶媒としては、常圧下での沸点が180℃以上250℃以下である溶媒を用いることが好ましく、具体例としてはテトラリン、デカリン又はアセトフェノン等が挙げられる。低沸点溶媒としては、常圧下での沸点が60℃以上150℃以下である溶媒を用いることが好ましく、具体例としては、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン又はエチルメチルケトン等が挙げられる。このような沸点の溶媒を組み合わせることにより、半導体化合物の組織化を促進することができる。環境負荷の観点から、これらの高沸点溶媒及び低沸点溶媒は非ハロゲン系溶媒であることが好ましい。   As the high boiling point solvent, it is preferable to use a solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower under normal pressure, and specific examples include tetralin, decalin, acetophenone, and the like. As the low boiling point solvent, a solvent having a boiling point of 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower under normal pressure is preferably used, and specific examples include toluene, xylene, tetrahydrofuran, ethyl methyl ketone, and the like. By combining solvents having such boiling points, the organization of the semiconductor compound can be promoted. From the viewpoint of environmental burden, these high-boiling solvents and low-boiling solvents are preferably non-halogen solvents.

高沸点溶媒と低沸点溶媒との比率は、特に制限されない。半導体化合物の組織化を促進しやすい点で、重量比(高沸点溶媒/低沸点溶媒)が1/20以上であることが好ましく、1/15以上であることがさらに好ましく、1/10以上であることがより好ましい。一方、重量比(高沸点溶媒/低沸点溶媒)が10/1以下であることが好ましく、2/1以下であることがさらに好ましく、1/1以下であることがより好ましく、1/2以下であることが特に好ましい。   The ratio between the high boiling point solvent and the low boiling point solvent is not particularly limited. In terms of facilitating the organization of the semiconductor compound, the weight ratio (high boiling point solvent / low boiling point solvent) is preferably 1/20 or more, more preferably 1/15 or more, and 1/10 or more. More preferably. On the other hand, the weight ratio (high boiling point solvent / low boiling point solvent) is preferably 10/1 or less, more preferably 2/1 or less, more preferably 1/1 or less, and more preferably 1/2 or less. It is particularly preferred that

低沸点溶媒と高沸点溶媒との組み合わせの例としては、非ハロゲン芳香族炭化水素類と脂環式炭化水素類、非ハロゲン芳香族炭化水素類と芳香族ケトン類、エーテル類と脂環式炭化水素類、エーテル類と芳香族ケトン類、脂肪族ケトン類と脂環式炭化水素類、又は脂肪族ケトン類と芳香族ケトン類、等が挙げられる。好ましい組み合わせの具体例としては、トルエンとテトラリン、キシレンとテトラリン、トルエンとアセトフェノン、キシレンとアセトフェノン、テトラヒドロフランとテトラリン、テトラヒドロフランとアセトフェノン、メチルエチルケトンとテトラリン、メチルエチルケトンとアセトフェノン等が挙げられる。   Examples of combinations of low and high boiling solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons and alicyclic hydrocarbons, non-halogen aromatic hydrocarbons and aromatic ketones, ethers and alicyclic carbonization. Examples thereof include hydrogens, ethers and aromatic ketones, aliphatic ketones and alicyclic hydrocarbons, or aliphatic ketones and aromatic ketones. Specific examples of preferred combinations include toluene and tetralin, xylene and tetralin, toluene and acetophenone, xylene and acetophenone, tetrahydrofuran and tetralin, tetrahydrofuran and acetophenone, methyl ethyl ketone and tetralin, methyl ethyl ketone and acetophenone, and the like.

塗布液が添加剤を含む場合、塗布液全体に対する添加剤の量は、半導体化合物の組織化を促進しやすい点で、0.01質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがさらに好ましく、一方、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがさらに好ましい。   When the coating solution contains an additive, the amount of the additive with respect to the entire coating solution is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more in terms of facilitating the organization of the semiconductor compound. More preferably, it is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less.

塗布液は、p型半導体化合物の溶液と、n型半導体化合物の溶液と、絶縁性ポリマーの溶液とをそれぞれ調製した後に、これらの溶液を混合することにより作製することができる。また、塗布液は、溶媒にp型半導体化合物、n型半導体化合物及び絶縁性ポリマーを溶解させることによっても作製することができる。   The coating solution can be prepared by preparing a solution of a p-type semiconductor compound, a solution of an n-type semiconductor compound, and a solution of an insulating polymer, and then mixing these solutions. The coating liquid can also be prepared by dissolving a p-type semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and an insulating polymer in a solvent.

塗布液中のp型半導体化合物とn型半導体化合物との合計濃度は、特に限定されない。十分な厚さの活性層を形成する観点から、合計濃度は塗布液全体に対して0.3質量%以上であることが好ましい。また、半導体化合物を十分に溶解させる観点から、合計濃度は塗布液全体に対して20質量%以下であることが好ましい。   The total concentration of the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound in the coating solution is not particularly limited. From the viewpoint of forming an active layer having a sufficient thickness, the total concentration is preferably 0.3% by mass or more based on the entire coating solution. Further, from the viewpoint of sufficiently dissolving the semiconductor compound, the total concentration is preferably 20% by mass or less with respect to the entire coating solution.

ヘテロ接合型の活性層103は、p型半導体化合物と溶媒とを含む塗布液と、n型半導体化合物と溶媒とを含む塗布液をそれぞれ調製し、これらの塗布液を順番に塗布することにより形成することができる。p型半導体化合物を含む塗布液と、n型半導体化合物を含む塗布液と、の少なくとも一方は、さらに絶縁性ポリマーを含んでいる。溶媒及び塗布方法に特段の制限はなく、バルクヘテロ型の活性層の形成方法において説明した溶媒及び塗布方法を使用することができる。バルクヘテロ型の活性層を作製する場合と同様、それぞれの塗布液を塗布した後に加熱乾燥を行うことが好ましい。また、バルクヘテロ型の活性層を作製する場合と同様、それぞれの塗布液は添加剤を含んでいてもよい。   The heterojunction active layer 103 is formed by preparing a coating solution containing a p-type semiconductor compound and a solvent and a coating solution containing an n-type semiconductor compound and a solvent, and sequentially applying these coating solutions. can do. At least one of the coating liquid containing the p-type semiconductor compound and the coating liquid containing the n-type semiconductor compound further contains an insulating polymer. There is no particular limitation on the solvent and the coating method, and the solvent and the coating method described in the method for forming the bulk hetero type active layer can be used. As in the case of producing a bulk hetero type active layer, it is preferable to heat-dry after applying each coating solution. In addition, as in the case of producing a bulk hetero type active layer, each coating solution may contain an additive.

ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層103を形成する場合にも、活性層103の形成方法に特段の制限はない。一例としては、下記式(2)で表される化合物と、下記式(3)で表わされる化合物と、絶縁性ポリマーと、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)で表される化合物と絶縁性ポリマーとを含有する活性層103を作製することができる。   Even when the active layer 103 containing the perovskite semiconductor compound is formed, there is no particular limitation on the method of forming the active layer 103. As an example, a coating solution containing a compound represented by the following formula (2), a compound represented by the following formula (3), an insulating polymer, and a solvent is prepared, and this coating solution is applied. A method is mentioned. Such a coating solution can be prepared by heating and stirring the compound in the solution. According to this method, an active layer 103 containing a compound represented by the following formula (1) and an insulating polymer can be produced.

別の例としては、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塗布した後、下記式(2)で表される化合物と溶媒とを含有する塗布液を塗布し、加熱アニールする方法が挙げられる。式(3)で表される化合物を含有する塗布液と、式(2)で表される化合物を含有する塗布液と、の少なくとも一方は、さらに絶縁性ポリマーを含んでいる。この方法によっても、下記式(1)で表される化合物と絶縁性ポリマーとを含有する活性層103を作製することができる。   As another example, after applying a coating liquid containing a compound represented by the following formula (3) and a solvent, a coating liquid containing a compound represented by the following formula (2) and a solvent was applied. And a method of heat annealing. At least one of the coating liquid containing the compound represented by Formula (3) and the coating liquid containing the compound represented by Formula (2) further contains an insulating polymer. Also by this method, the active layer 103 containing the compound represented by the following formula (1) and the insulating polymer can be produced.

AMX ・・・(1)
AX ・・・(2)
MX ・・・(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、MX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MXは、ベロブスカイト半導体化合物AMXの前駆体である。
AMX 3 (1)
AX (2)
MX 2 (3)
The definitions of A, M and X are as described above. Specific examples of the AX include halogenated alkyl ammonium salts, metal halides Examples of MX 2. AX and MX 2 are precursors of the velovskite semiconductor compound AMX 3 .

加熱攪拌又は加熱アニールの際の加熱温度は、化合物の反応を十分に促進する観点から、60℃以上であることが好ましく、一方、副反応を避ける観点から、150℃以下であることが好ましい。また、加熱攪拌時間は、化合物の反応を十分に促進する観点から、2時間以上であることが好ましく、生産効率を向上させる観点から、24時間以下であることが好ましい。なお、アニールの方法は、特段の制限はなく、常圧下、または、減圧下、ホットプレートにより行ってもよいし、近赤外線加熱装置(NIR)により行ってもよい。   The heating temperature at the time of heating and stirring or heating annealing is preferably 60 ° C. or higher from the viewpoint of sufficiently promoting the reaction of the compound, and is preferably 150 ° C. or lower from the viewpoint of avoiding side reactions. The heating and stirring time is preferably 2 hours or longer from the viewpoint of sufficiently promoting the reaction of the compound, and preferably 24 hours or shorter from the viewpoint of improving production efficiency. The annealing method is not particularly limited, and may be performed with a hot plate under normal pressure or reduced pressure, or may be performed with a near infrared heating device (NIR).

式(3)で表される化合物に対する式(2)で表される化合物のモル分率(2/3)は、特段の制限はない。しかしながら、活性層中にBXが残存すると光電変換素子の変換効率が低下する傾向がある。また、後述する加熱処理により式(2)で表される化合物を除去できても、式(3)で表される化合物は加熱により除去することが困難であることが多い。そのため、式(3)で表される化合物が層中に残存しないように活性層103を形成することが好ましい。この点から、式(3)で表される化合物に対する式(2)で表される化合物のモル分率(2/3)は100モル%以上であることが好ましく、一方、600モル%以下であることが好ましく、400モル%以下であることが特に好ましい。 The molar fraction (2/3) of the compound represented by the formula (2) with respect to the compound represented by the formula (3) is not particularly limited. However, when BX 2 remains in the active layer, the conversion efficiency of the photoelectric conversion element tends to decrease. Moreover, even if the compound represented by Formula (2) can be removed by the heat treatment described later, the compound represented by Formula (3) is often difficult to remove by heating. Therefore, it is preferable to form the active layer 103 so that the compound represented by the formula (3) does not remain in the layer. From this point, the molar fraction (2/3) of the compound represented by the formula (2) with respect to the compound represented by the formula (3) is preferably 100 mol% or more, while it is 600 mol% or less. It is preferable that it is 400 mol% or less.

また、塗布液全量に対する式(2)で表される化合物及び/又は式(3)で表される化合物の合計量は、十分な厚さの活性層103を作製するために、好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上、特に好ましくは20質量%以上である。一方で、溶媒中での析出を避けるために、好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは45質量%以下、特に好ましくは40質量%以下である。   The total amount of the compound represented by the formula (2) and / or the compound represented by the formula (3) with respect to the total amount of the coating solution is preferably 10 masses in order to produce the active layer 103 having a sufficient thickness. % Or more, more preferably 15% by mass or more, and particularly preferably 20% by mass or more. On the other hand, in order to avoid precipitation in a solvent, it is preferably 50% by mass or less, more preferably 45% by mass or less, and particularly preferably 40% by mass or less.

また、結晶形成を促進するために、塗布液がさらに添加物を含んでいてもよい。この場合、添加物の量は、良好な光電変換性能が得られるように、式(2)で表される化合物及び/又は(3)で表される化合物の合計量に対して、好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下、特に好ましくは10質量%以下である。   Moreover, in order to accelerate | stimulate crystal formation, the coating liquid may contain the additive further. In this case, the amount of the additive is preferably 50 with respect to the total amount of the compound represented by the formula (2) and / or the compound represented by (3) so that good photoelectric conversion performance can be obtained. It is not more than mass%, more preferably not more than 30 mass%, particularly preferably not more than 10 mass%.

ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層103を形成する場合も、塗布液を塗布した後に加熱乾燥を行うことが好ましい。加熱により配位している溶媒及び残存する式(2)で表わされる化合物が層中から除去されて結晶化が促進され、光電変換効率が向上する傾向にある。結晶化の進行は塗布液の濃度に依存するため、塗布液の濃度が薄い場合又は溶媒の含有量が少ない場合には、加熱時間を短くすることが好ましい。   Also when forming the active layer 103 containing a perovskite semiconductor compound, it is preferable to heat-dry after apply | coating a coating liquid. The solvent coordinated by heating and the remaining compound represented by the formula (2) are removed from the layer, crystallization is promoted, and the photoelectric conversion efficiency tends to be improved. Since the progress of crystallization depends on the concentration of the coating solution, it is preferable to shorten the heating time when the concentration of the coating solution is low or the content of the solvent is small.

この際の加熱温度は、特段の制限はないが、十分に結晶化を促進する観点から、好ましくは70℃以上、さらに好ましくは90℃以上であり、一方、ペロブスカイト半導体化合物の分解及び副反応を抑制するために、好ましくは150℃以下、さらに好ましくは130℃以下、より好ましくは120℃以下である。加熱する時間にも特段の制限はないが、十分に結晶化を促進する観点から、好ましくは10分以上、さらに好ましくは30分以上、より好ましくは1時間以上であり、一方、生産効率を向上させる観点から、好ましくは3時間以下、さらに好ましくは2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。   The heating temperature at this time is not particularly limited, but is preferably 70 ° C. or higher, more preferably 90 ° C. or higher, from the viewpoint of sufficiently promoting crystallization. On the other hand, decomposition and side reactions of the perovskite semiconductor compound are performed. In order to suppress, it is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 130 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or lower. The heating time is not particularly limited, but is preferably 10 minutes or longer, more preferably 30 minutes or longer, more preferably 1 hour or longer from the viewpoint of sufficiently promoting crystallization, while improving the production efficiency. From the viewpoint of making it, it is preferably 3 hours or less, more preferably 2 hours or less. These heating may be performed under normal pressure or under reduced pressure.

<4−2.バッファ層(102,104)>
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。一実施形態において、光電変換素子100は、カソード101と活性層103との間に電子取り出し層102を有し、活性層103とアノード106との間に正孔取り出し層104を有する。もっとも、光電変換素子100は、電子取り出し層102と正孔取り出し層104との一方のみを有していてもよいし、電子取り出し層102と正孔取り出し層104とのどちらも有さなくてもよい。
<4-2. Buffer layer (102, 104)>
The buffer layer can be generally classified into an electron extraction layer and a hole extraction layer. In one embodiment, the photoelectric conversion element 100 includes an electron extraction layer 102 between the cathode 101 and the active layer 103, and a hole extraction layer 104 between the active layer 103 and the anode 106. However, the photoelectric conversion element 100 may have only one of the electron extraction layer 102 and the hole extraction layer 104, or may not include either the electron extraction layer 102 or the hole extraction layer 104. Good.

電子取り出し層102と正孔取り出し層104とは、一対の電極(101,106)間に、活性層103を挟むように配置されることが好ましい。すなわち、光電変換素子100が電子取り出し層102と正孔取り出し層104の両者を含む場合、アノード(電極)106、正孔取り出し層104、活性層103、電子取り出し層102、及びカソード(電極)101をこの順に配置することができる。光電変換素子100が電子取り出し層102を含み正孔取り出し層104を含まない場合は、アノード(電極)106、活性層103、電子取り出し層102、及びカソード(電極)101をこの順に配置することができる。電子取り出し層102と正孔取り出し層104とは積層順序が逆であってもよい。また、電子取り出し層102と正孔取り出し層104の少なくとも一方が異なる複数の膜により構成されていてもよい。   The electron extraction layer 102 and the hole extraction layer 104 are preferably disposed so as to sandwich the active layer 103 between a pair of electrodes (101, 106). That is, when the photoelectric conversion element 100 includes both the electron extraction layer 102 and the hole extraction layer 104, the anode (electrode) 106, the hole extraction layer 104, the active layer 103, the electron extraction layer 102, and the cathode (electrode) 101. Can be arranged in this order. When the photoelectric conversion element 100 includes the electron extraction layer 102 and does not include the hole extraction layer 104, the anode (electrode) 106, the active layer 103, the electron extraction layer 102, and the cathode (electrode) 101 may be arranged in this order. it can. The stacking order of the electron extraction layer 102 and the hole extraction layer 104 may be reversed. Further, at least one of the electron extraction layer 102 and the hole extraction layer 104 may be composed of a plurality of different films.

(電子取り出し層)
電子取り出し層102の材料に特に限定は無く、活性層103からカソード101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、又は本発明に係る有機無機ペロブスカイト化合物が挙げられる。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、酸化アルミニウム又は酸化インジウム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。
(Electronic extraction layer)
There is no particular limitation on the material of the electron extraction layer 102, and any material can be used as long as it can improve the efficiency of extracting electrons from the active layer 103 to the cathode 101. Specifically, inorganic compounds, organic compounds, or organic / inorganic perovskite compounds according to the present invention described in publicly known documents such as International Publication Nos. 2013/171517, 2013/180230, and 2012-191194. Is mentioned. For example, examples of the inorganic compound include salts of alkali metals such as lithium, sodium, potassium, and cesium, and metal oxides such as zinc oxide, titanium oxide, aluminum oxide, and indium oxide. Examples of the organic compound include bathocuproin (BCP), bathophenanthrene (Bphen), (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3), boron compound, oxadiazole compound, benzimidazole compound, naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA), Examples include perylene tetracarboxylic acid anhydride (PTCDA), fullerene compounds, or phosphine compounds having a double bond with a Group 16 element of the periodic table such as phosphine oxide compounds or phosphine sulfide compounds.

電子取り出し層102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。なお、溶媒としては、活性層103の形成方法の説明において挙げた溶媒を用いることができる。湿式成膜法を用いる場合の、電子取り出し層102の材料を含有す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。例えば、スピンコート法、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・コート法及びカーテンコート法が挙げられる。また、塗布法として1種の方法のみを用いてもよいし、2種以上の方法を組み合わせて用いることもできる。   There is no particular limitation on the method for forming the electron extraction layer 102. When a compound having sublimation properties is used as a material, it can be formed by a dry film formation method such as a vacuum evaporation method. Further, when a compound soluble in a solvent is used as a material, it can be formed by a wet film forming method such as a spin coating method or an ink jet method. Note that as the solvent, the solvents described in the description of the method for forming the active layer 103 can be used. In the case of using the wet film forming method, any method can be used as a coating method of the coating liquid containing the material of the electron extraction layer 102. Examples thereof include spin coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, wire barber coating, pipe doctor method, impregnation / coating method, and curtain coating method. Moreover, only 1 type of method may be used as a coating method, and it can also be used in combination of 2 or more types.

電子取り出し層102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102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 film thickness of the electron extraction layer 102 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 electron extraction layer 102 is within the above range, uniform application is facilitated, and the electron extraction function can be exhibited well.

(正孔取り出し層)
正孔取り出し層104の材料に特に限定は無く、活性層103からアノード106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。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、又は本発明に係る有機無機ペロブスカイト化合物が挙げられる。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。
(Hole extraction layer)
The material of the hole extraction layer 104 is not particularly limited as long as it is a material capable of improving the efficiency of extracting holes from the active layer 103 to the anode 106. Specifically, inorganic compounds, organic compounds, or organic / inorganic perovskite compounds according to the present invention described in publicly known documents such as International Publication Nos. 2013/171517, 2013/180230, and 2012-191194. Is mentioned. For example, examples of the inorganic compound include metal oxides such as copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, iron oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, and tungsten oxide. In addition, as an organic compound, a conductive polymer in which polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, or the like is doped with sulfonic acid, iodine, or the like (for example, PEDOT: PSS or doped P3HT), a sulfonyl group as a substituent And polythiophene derivatives, conductive organic compounds such as arylamine, Nafion, or lithium-doped spiro-OMeTAD.

正孔取り出し層104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104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104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 total film thickness of the hole extraction layer 104 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 thickness of the hole extraction layer 104 is 0.5 nm or more, the function as a buffer material is performed well, and when the thickness of the hole extraction layer 104 is 400 nm or less, holes are easily extracted. Thus, the photoelectric conversion efficiency can be improved.

正孔取り出し層104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。なお、溶媒としては、活性層103の形成方法の説明において挙げた溶媒を用いることができる。   There is no limitation on the formation method of the hole extraction layer 104. When a compound having sublimation property is used, it can be formed by a dry film forming method such as a vacuum vapor deposition method. Further, when a compound soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet film forming method such as a spin coating method or an ink jet method. Note that as the solvent, the solvents described in the description of the method for forming the active layer 103 can be used.

<4−3.電極(101,106)>
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106と、電子の捕集に適したカソード101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。
<4-3. Electrode (101, 106)>
The electrode has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Therefore, it is preferable to use the anode 106 suitable for collecting holes and the cathode 101 suitable for collecting electrons as the pair of electrodes. Any one of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucency means that sunlight passes through 40% or more. Moreover, it is preferable that the transparent electrode has a solar ray transmittance of 70% or more because more light passes through the transparent electrode and reaches the active layer 103. The light transmittance can be measured with a spectrophotometer (for example, U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech).

カソード101及びアノード106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。   There are no particular limitations on the constituent members of the cathode 101 and the anode 106 and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, members described in publicly known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194 and a manufacturing method thereof can be used.

<4−4.仕事関数チューニング層(105)>
仕事関数チューニング層105は、カソード101又はアノード106の仕事関数を調整する。しかしながら、カソード101又はアノード106が適切に機能しうるのであれば、仕事関数チューニング層105を設ける必要はない。
<4-4. Work function tuning layer (105)>
The work function tuning layer 105 adjusts the work function of the cathode 101 or the anode 106. However, if the cathode 101 or the anode 106 can function properly, it is not necessary to provide the work function tuning layer 105.

仕事関数チューニング層105の種類は特に限定されず、公知のものを使用することができる。仕事関数チューニング層105の材料の例としては、ポリエチレンイミンエトキシレート(PEIE)若しくは分岐ポリエチレンイミン(PEI)等のアミン系ポリマー若しくはオリゴマーが、塗布による成膜が容易な点で好ましい。この場合、有機溶媒への溶解性を上げる観点から、仕事関数チューニング層105の材料の分子量は、好ましくは100以上、より好ましくは1000以上、特に好ましくは10000であり、一方で、好ましくは1000000以下、好ましくは500000以下であり、特に好ましくは200000以下である。   The kind of the work function tuning layer 105 is not particularly limited, and a known one can be used. As an example of the material of the work function tuning layer 105, an amine polymer or an oligomer such as polyethyleneimine ethoxylate (PEIE) or branched polyethyleneimine (PEI) is preferable from the viewpoint of easy film formation by coating. In this case, from the viewpoint of increasing the solubility in an organic solvent, the molecular weight of the material of the work function tuning layer 105 is preferably 100 or more, more preferably 1000 or more, particularly preferably 10,000, while preferably 1,000,000 or less. , Preferably 500,000 or less, particularly preferably 200,000 or less.

仕事関数チューニング層105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。なお、溶媒としては、活性層103の形成方法の説明において挙げた溶媒を用いることができる。   There is no limitation on the method of forming the work function tuning layer 105. When a compound having sublimation property is used, it can be formed by a dry film forming method such as a vacuum vapor deposition method. Further, when a compound soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet film forming method such as a spin coating method or an ink jet method. Note that as the solvent, the solvents described in the description of the method for forming the active layer 103 can be used.

<4−5.その他の層>
光電変換素子110は、図3に示す構成要素以外の構成要素を有していてもよい。例えば、光電変換素子110は、活性層103と電極(101,106)との間に絶縁体層を有していてもよい。具体的な例としては、活性層103と電子取り出し層104との間に絶縁体層を設けることができる。絶縁体層とは、直流電流を通さない絶縁体を含有する層のことを指す。このような絶縁体層を設けることにより、水分等の物質が活性層103に到達することを効果的に抑制することができる。その一方で、薄い絶縁体層を設けても光電変換素子110の機能は保たれる。これは、トンネル効果のために電子又は正孔であるキャリアが絶縁体層を透過するためであると考えられる。
<4-5. Other layers>
The photoelectric conversion element 110 may have components other than the components shown in FIG. For example, the photoelectric conversion element 110 may have an insulator layer between the active layer 103 and the electrodes (101, 106). As a specific example, an insulator layer can be provided between the active layer 103 and the electron extraction layer 104. The insulator layer refers to a layer containing an insulator that does not pass a direct current. By providing such an insulator layer, it is possible to effectively suppress substances such as moisture from reaching the active layer 103. On the other hand, even if a thin insulator layer is provided, the function of the photoelectric conversion element 110 is maintained. This is thought to be because carriers that are electrons or holes pass through the insulator layer due to the tunnel effect.

絶縁体層の材料に特に制限はないが、例えばフッ素樹脂又はケイ素樹脂を用いることができる。絶縁体層による防湿性を向上させる観点から、絶縁体層の厚さは、1.0nm以上であることが好ましく、5.0nm以上であることがさらに好ましく、10nm以上であることが特に好ましい。また、トンネル効果によるキャリアの移動を促進する観点から、絶縁体層の厚さは、30nm以下であることが好ましく、25nm以下であることがさらに好ましく、20nm以下であることが特に好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the material of an insulator layer, For example, a fluororesin or a silicon resin can be used. From the viewpoint of improving moisture resistance due to the insulator layer, the thickness of the insulator layer is preferably 1.0 nm or more, more preferably 5.0 nm or more, and particularly preferably 10 nm or more. Further, from the viewpoint of promoting the movement of carriers due to the tunnel effect, the thickness of the insulator layer is preferably 30 nm or less, more preferably 25 nm or less, and particularly preferably 20 nm or less.

<4−6.基材(107)>
光電変換素子100は、通常は支持体となる基材107を有する。もっとも、本発明に係る光電変換素子は基材107を有さなくてもよい。基材107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。
<4-6. Substrate (107)>
The photoelectric conversion element 100 has the base material 107 used as a support body normally. But the photoelectric conversion element which concerns on this invention does not need to have the base material 107. FIG. The material of the base material 107 is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. For example, publicly known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, or Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-191194. The materials described in can be used.

<4−7.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。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。
<4-7. Method for manufacturing photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element 100 can be manufactured by forming each layer constituting the photoelectric conversion element 100 in accordance with the above-described method. There is no particular limitation on the method of forming each layer constituting the photoelectric conversion element 100, and the layers can be formed by a sheet-to-sheet (manyoba) method or a roll-to-roll method.

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。   The roll-to-roll method is a method in which a flexible base material wound in a roll shape is fed out and processed intermittently or continuously while being wound up by a take-up roll. is there. According to the roll-to-roll method, it is possible to batch-process long substrates of the order of km, and the roll-to-roll method is more suitable for mass production than the sheet-to-sheet method. On the other hand, when attempting to form each layer by the roll-to-roll method, the film may be damaged or partially peeled due to the contact between the film-forming surface and the roll due to its structure.

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, and more preferably 1 m or less. On the other hand, the lower limit is preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, 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 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 not more than the above upper limit from the viewpoint of high handleability of the roll, and it is preferable that the diameter is not less than the lower limit from the viewpoint that the layer formed in each step is less likely to be broken by bending stress. . The lower limit of the width of the roll is preferably 5 cm or more, more preferably 10 cm or more, 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, more preferably 2 m or less. It is preferable that the width is equal to or less than the upper limit in terms of high handleability of the roll.

また、カソード101又はアノード106を積層した後に、光電変換素子100を好ましくは50℃以上、さらに好ましくは80℃以上、一方、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(この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある)。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、例えば電子取り出し層102とカソード101、電子取り出し層102と活性層103等の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の温度を300℃以下にすることは、光電変換素子100に含まれる有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内において異なる温度を用いた段階的な加熱を行ってもよい。   Further, after the cathode 101 or the anode 106 is laminated, the photoelectric conversion element 100 is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, on the other hand, preferably 300 ° C. or lower, more preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. Heating is preferably performed in the following temperature range (this step may be referred to as an annealing treatment step). By performing the annealing process at a temperature of 50 ° C. or higher, the adhesion between the layers of the photoelectric conversion element 100, for example, the adhesion between the layers such as the electron extraction layer 102 and the cathode 101 and the electron extraction layer 102 and the active layer 103 is improved. This is preferable because the effect of By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element can be improved. It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 300 ° C. or lower because the organic compound contained in the photoelectric conversion element 100 is less likely to be thermally decomposed. In the annealing process, stepwise heating using different temperatures within the above temperature range may be performed.

加熱時間としては、熱分解を抑えながら密着性を向上させるために、好ましくは1分以上、さらに好ましくは3分以上、一方、好ましくは180分以下、さらに好ましくは60分以下である。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 heating time is preferably 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more, on the other hand, preferably 180 minutes or less, more preferably 60 minutes or less in order to improve adhesion while suppressing thermal decomposition. The annealing treatment step is preferably terminated when the open-circuit voltage, the short-circuit current, and the fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a constant value. Further, the annealing treatment step is preferably performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere in order to prevent thermal oxidation of the constituent materials. 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. The heating may be performed batchwise or continuously.

<4−8.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/cm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。
<4-8. Photoelectric conversion characteristics>
The photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element 100 can be obtained as follows. The photoelectric conversion element 100 is irradiated with light having an AM1.5G condition at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 using a solar simulator, and current-voltage characteristics are measured. From the obtained current-voltage curve, photoelectric conversion characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE), short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF), series resistance, and shunt resistance can be obtained.

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 photoelectric conversion element 100 is not particularly limited, but is preferably 1% or more, more preferably 1.5% or more, and more preferably 2% or more. On the other hand, there is no particular limitation on the upper limit, and the higher the better. Further, the fill factor of the photoelectric conversion element 100 is not particularly limited, but is preferably 0.6 or more, more preferably 0.7 or more, and more preferably 0.9 or more. On the other hand, there is no particular limitation on the upper limit, and the higher the better.

また、光電変換素子を実用化するには、製造が簡便かつ安価であること以外に、高い光電変換効率及び高い耐久性を有することが重要である。この観点から、光電変換素子100を1週間大気暴露する前後での光電変換効率の耐久性は、60%以上が好ましく、80%以上がより好ましく、高ければ高いほどよい。光電変換効率の耐久性は、光電変換素子100を大気暴露する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。
耐久性(%)=((大気暴露N時間後の光電変換効率)/(大気暴露直前の光電変換効率))×100
Moreover, in order to put a photoelectric conversion element into practical use, it is important to have high photoelectric conversion efficiency and high durability in addition to simple and inexpensive manufacture. From this viewpoint, the durability of the photoelectric conversion efficiency before and after exposing the photoelectric conversion element 100 to the atmosphere for one week is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, and the higher the better. The durability of the photoelectric conversion efficiency can be calculated as follows based on the photoelectric conversion efficiency before and after the photoelectric conversion element 100 is exposed to the atmosphere.
Durability (%) = ((photoelectric conversion efficiency after N hours exposure to air) / (photoelectric conversion efficiency immediately before exposure to air)) × 100

<5.太陽電池>
本発明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4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4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4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、本発明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4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。
<5. Solar cell>
The photoelectric conversion element 100 according to the present invention is preferably used as a solar cell, particularly a solar cell element of a thin film solar cell. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a thin-film solar cell that is a solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the thin-film solar cell 14 according to this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a solar cell. The element 6, the sealing material 7, the getter material film 8, the gas barrier film 9, and the back sheet 10 are provided in this order. The thin film solar cell 14 according to the present embodiment has the photoelectric conversion element according to the present invention as the solar cell element 6. And light is irradiated from the side (downward in Drawing 4) in which weatherproof protective film 1 was formed, and solar cell element 6 generates electricity. In addition, the thin film solar cell 14 does not need to have all these structural members, and can select a required structural member arbitrarily.

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 constituting the thin-film solar cell and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, techniques described in publicly known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, or 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。   There is no restriction | limiting in the use of the solar cell which concerns on this invention, especially the thin film solar cell 14 mentioned above, It can use for arbitrary uses. For example, a solar cell according to one embodiment includes a solar cell for building materials, a solar cell for automobiles, a solar cell for interiors, a solar cell for railways, a solar cell for ships, a solar cell for airplanes, a solar cell for spacecraft, and a solar cell for home appliances. It can be used as a battery, a solar cell for mobile phones or a solar cell for toys.

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、本発明に係る太陽電池、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 solar cell 14 described above, may be used as it is, or may be used as a component of the solar cell module. For example, as shown in FIG. 5, a solar cell according to the present invention, in particular, a solar cell module 13 provided with the above-described thin film solar cell 14 on a substrate 12 is manufactured, and the solar cell module 13 is installed at a place of use. Can be used. A well-known technique can be used as the base material 12, for example, as the material of the base material 12, a material described in International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194. Can be used. For example, when a building material plate is used as the substrate 12, a solar cell panel for an outer wall of a building can be produced as the solar cell module 13 by providing the thin film solar cell 14 on the surface of the plate.

<6.本発明に係るさらなる半導体デバイス>
本発明に係るさらなる半導体デバイスは、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。一実施形態において、半導体層の格子サイズは25nm以下である。ここで、格子サイズとは、半導体層に含まれる半導体化合物結晶の大きさのことを意味し、X線回折測定に基づいてシェラーの式を用いて算出することができる。半導体層の格子サイズを小さくすることにより、半導体層の表面粗さが小さくなって層界面がより平滑になるため、短絡等による性能劣化を抑制することが可能となる。また、半導体層がより緻密になり、耐久性を向上させることができる。
<6. Further Semiconductor Device According to the Present Invention>
A further semiconductor device according to the present invention includes a pair of electrodes and a semiconductor layer disposed between the pair of electrodes. In one embodiment, the semiconductor layer has a lattice size of 25 nm or less. Here, the lattice size means the size of the semiconductor compound crystal contained in the semiconductor layer, and can be calculated using the Scherrer equation based on the X-ray diffraction measurement. By reducing the lattice size of the semiconductor layer, the surface roughness of the semiconductor layer is reduced and the layer interface becomes smoother, so that it is possible to suppress performance deterioration due to a short circuit or the like. Further, the semiconductor layer becomes denser and durability can be improved.

また、半導体デバイスを光デバイスとして用いる場合、半導体層の光透過率が高いことが好ましいことがある。例えば、光電変換素子においては、活性層の光透過率を高めることにより、活性層内部に到達する光を増加させることができる。ここで、半導体層の格子サイズを小さくすることにより、半導体層中における光の反射及び/又は散乱を抑えることができるため、半導体層の光透過率も高めることができる。また、半導体層の格子サイズを小さくすることにより、半導体層の表面粗さを小さくすることができ、半導体層表面における光の反射及び/又は散乱を抑えることができるため、半導体層の光透過率も高めることができる。   Moreover, when using a semiconductor device as an optical device, it may be preferable that the light transmittance of a semiconductor layer is high. For example, in a photoelectric conversion element, the light reaching the active layer can be increased by increasing the light transmittance of the active layer. Here, by reducing the lattice size of the semiconductor layer, light reflection and / or scattering in the semiconductor layer can be suppressed, so that the light transmittance of the semiconductor layer can also be increased. Further, by reducing the lattice size of the semiconductor layer, the surface roughness of the semiconductor layer can be reduced, and light reflection and / or scattering on the surface of the semiconductor layer can be suppressed. Can also be increased.

このような半導体デバイスは、例えば、上述したように半導体層に絶縁性ポリマーを加えることにより作製することができる。しかしながら、作製方法はこの方法には限定されず、半導体層の格子サイズを小さくすることで上記のような効果を得ることができる。一実施形態において、上記の効果を得るために、半導体層の格子サイズは20nm以下であることが特に好ましい。また、格子サイズの下限に特段の制限はないが、導電性の低下を防ぐために5nm以上であることが好ましく、10nm以上であることが好ましい。   Such a semiconductor device can be produced, for example, by adding an insulating polymer to the semiconductor layer as described above. However, the manufacturing method is not limited to this method, and the above effect can be obtained by reducing the lattice size of the semiconductor layer. In one embodiment, in order to obtain the above effect, the lattice size of the semiconductor layer is particularly preferably 20 nm or less. Moreover, although there is no special restriction | limiting in the minimum of a lattice size, in order to prevent a conductive fall, it is preferable that it is 5 nm or more, and it is preferable that it is 10 nm or more.

また、半導体層の表面粗さ(Rq)は、特段の制限はないが、上記の効果を得るために10nm以下であることが好ましく、5nm以下であることがより好ましい。一方、下限は特に限定されない。表面粗さ(Rq,二乗平均平方根粗さ)は、JIS B 0601:2013に従って測定できる。その他の構成については、上述した半導体デバイスと同様の構成を採用することができ、例えば半導体層はペロブスカイト半導体化合物を含有していてもよい。   Further, the surface roughness (Rq) of the semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably 10 nm or less, and more preferably 5 nm or less in order to obtain the above effect. On the other hand, the lower limit is not particularly limited. The surface roughness (Rq, root mean square roughness) can be measured according to JIS B 0601: 2013. About another structure, the structure similar to the semiconductor device mentioned above can be employ | adopted, for example, the semiconductor layer may contain the perovskite semiconductor compound.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

[実施例1]
(活性層塗布液の調製)
モル比が1:1:4となるようにヨウ化鉛(II)(0.84g)、塩化鉛(II)(0.51g)及びヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI,1.16g)をバイアルに量りとり、ポリビニルピロリドン(PVP,49.4mg,重量平均分子量Mw=40×10)とN、N−ジメチルホルムアミド(8mL)を加えた。次に、得られた混合液を67℃で6時間加熱撹拌した。その後、得られた溶液をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルター(孔径0.2μm)で濾過することにより、活性層塗布液を作製した。得られた活性層塗布液中での、ヨウ化鉛(II)、塩化鉛(II)とヨウ化メチルアンモニウムとの合計濃度は、25質量%であった。こうして作製された活性層塗布液を用いることにより、モル比1:1:2のヨウ化鉛(II)、塩化鉛(II)、及びヨウ化メチルアンモニウムで構成されるペロブスカイト半導体化合物(1.93g)を形成できると考えられた。形成可能なペロブスカイト半導体化合物に対する、活性層塗布液に含まれるポリビニルピロリドンの質量比は2.6質量%であった。
[Example 1]
(Preparation of active layer coating solution)
Lead (II) iodide (0.84 g), lead (II) chloride (0.51 g) and methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I, 1.16 g) so that the molar ratio is 1: 1: 4 Was weighed into a vial and polyvinylpyrrolidone (PVP, 49.4 mg, weight average molecular weight Mw = 40 × 10 3 ) and N, N-dimethylformamide (8 mL) were added. Next, the obtained mixed liquid was heated and stirred at 67 ° C. for 6 hours. Thereafter, the resulting solution was filtered through a polytetrafluoroethylene (PTFE) filter (pore size: 0.2 μm) to prepare an active layer coating solution. The total concentration of lead (II) iodide, lead (II) chloride and methylammonium iodide in the resulting active layer coating solution was 25% by mass. By using the active layer coating solution thus prepared, a perovskite semiconductor compound (1.93 g) composed of lead (II) iodide, lead (II) chloride and methylammonium iodide in a molar ratio of 1: 1: 2. ). The mass ratio of polyvinyl pyrrolidone contained in the active layer coating solution to the perovskite semiconductor compound that can be formed was 2.6% by mass.

(光電変換素子の作製)
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、洗浄剤(横浜油脂工業社製,精密ガラス基板用洗浄剤セミクリーンM−LO,15mL)を用いた超音波洗浄、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。
(Preparation of photoelectric conversion element)
For a glass substrate (manufactured by Geomat Co., Ltd.) with a patterned indium tin oxide (ITO) transparent conductive film, use a detergent (Yokohama Yushi Kogyo Co., Ltd., Semi-clean M-LO, 15 mL). Ultrasonic cleaning, ultrasonic cleaning using ultrapure water, drying by nitrogen blowing, and UV-ozone treatment were performed.

次に、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)分散液(PEDOT:PSS,ヘレウス社製)をオートバイアル(孔径0.45μm)でろ過した後、室温で、上記の基板上に3000rpmの速度でスピンコートすることにより、厚さ約35nmの正孔取り出し層を形成した。得られた基板を120℃で30分間加熱した。   Next, after filtering a poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrene sulfonic acid) dispersion (PEDOT: PSS, manufactured by Heraeus) with a motorcycle al (pore diameter 0.45 μm), at room temperature, the above-mentioned A hole extraction layer having a thickness of about 35 nm was formed by spin coating on the substrate at a speed of 3000 rpm. The obtained substrate was heated at 120 ° C. for 30 minutes.

次に、基板をグローブボックスに導入し、窒素雰囲気下115℃で20分間加熱処理した。冷却後、基板上に活性層塗布液(0.1mL)を6000rpmの速度でスピンコートすることにより、厚さ約100nmの層を形成し、さらにホットプレート上100℃で25分間加熱アニールした。以上のようにして、活性層を形成した。こうして形成された活性層には、ハライド系有機−無機ペロブスカイト半導体化合物と、絶縁性ポリマーであるポリビニルピロリドンとが含まれる。   Next, the substrate was introduced into a glove box and heat-treated at 115 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere. After cooling, an active layer coating solution (0.1 mL) was spin-coated on the substrate at a speed of 6000 rpm to form a layer having a thickness of about 100 nm, and further heat-annealed on a hot plate at 100 ° C. for 25 minutes. As described above, an active layer was formed. The active layer thus formed contains a halide organic-inorganic perovskite semiconductor compound and polyvinylpyrrolidone which is an insulating polymer.

次に、活性層上に、アモルファスフッ素樹脂ポリマー溶液CYTOP(旭硝子社製,0.4質量%に調製,0.1mL)を、6000rpmの回転下で添加することにより、絶縁体層を形成した。絶縁体層の厚さは15nmであった。   Next, an amorphous fluororesin polymer solution CYTOP (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., prepared to 0.4% by mass, 0.1 mL) was added on the active layer at a rotation of 6000 rpm to form an insulator layer. The thickness of the insulator layer was 15 nm.

なお、CYTOPの特性は、体積抵抗率:>1017Ωcm(JIS K6911)、比誘電率:2.0〜2.1(100Hz〜1MHz,室温,JEC−6150)、屈折率:1.34(JIS K7142,25℃〜)、水接触角:110°、ガラス転移温度:108℃である。また200μm厚のCYTOPフィルムの可視光線透過率は95%である。さらに、100μm厚のCYTOPフィルムの水蒸気透過率は、0.2g/m(24時間)であった。 The characteristics of CYTOP are: volume resistivity:> 10 17 Ωcm (JIS K6911), relative dielectric constant: 2.0 to 2.1 (100 Hz to 1 MHz, room temperature, JEC-6150), refractive index: 1.34 ( JIS K7142, 25 ° C.-), water contact angle: 110 °, glass transition temperature: 108 ° C. The visible light transmittance of the 200 μm thick CYTOP film is 95%. Furthermore, the water vapor transmission rate of the CYTOP film having a thickness of 100 μm was 0.2 g / m 2 (24 hours).

次に、フェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM,フロンティアカーボン社製,20mg)をクロロベンゼン(1mL)に溶解させた溶液を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルター(孔径0.2μm)で濾過した。得られた溶液(0.1mL)を活性層上に2000rpmの速度でスピンコートすることにより、厚さ約70nmの電子取り出し層を形成した。 Next, a solution in which phenyl C 61 butyric acid methyl ester (PCBM, manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd., 20 mg) was dissolved in chlorobenzene (1 mL) was filtered through a polytetrafluoroethylene (PTFE) filter (pore diameter: 0.2 μm). The obtained solution (0.1 mL) was spin-coated on the active layer at a speed of 2000 rpm, thereby forming an electron extraction layer having a thickness of about 70 nm.

次に、電子取り出し層上に、ポリエチレンイミンエトキシレート(PEIE)のメタノール溶液(0.2質量%,0.1mL)を、6000rpmの回転下で添加することにより、厚さ約10nmの仕事関数チューニング層を形成した。   Next, a methanol solution (0.2% by mass, 0.1 mL) of polyethyleneimine ethoxylate (PEIE) is added on the electron extraction layer at a rotation of 6000 rpm, thereby tuning the work function with a thickness of about 10 nm. A layer was formed.

次に、仕事関数チューニング層上に、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150nmの銀膜を蒸着させ、電極を形成した。こうして、25×30mm角の光電変換素子を作製した。   Next, a silver film having a thickness of about 150 nm was deposited on the work function tuning layer by a resistance heating type vacuum deposition method using a patterning mask to form an electrode. Thus, a 25 × 30 mm square photoelectric conversion element was produced.

[実施例2]
活性層塗布液を調製する際に用いたポリビニルピロリドンの質量を19.8mg(1.0質量%(ペロブスカイト半導体化合物に対する質量比、以下同じ))としたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 2]
Except that the mass of polyvinyl pyrrolidone used in preparing the active layer coating solution was 19.8 mg (1.0 mass% (mass ratio to the perovskite semiconductor compound, the same shall apply hereinafter)), A conversion element was produced.

[実施例3]
活性層塗布液を調製する際に用いたポリビニルピロリドンの質量を39.5mg(2.0質量%)としたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 3]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the mass of polyvinyl pyrrolidone used in preparing the active layer coating solution was 39.5 mg (2.0 mass%).

[実施例4]
活性層塗布液を調製する際に用いたポリビニルピロリドンの質量を59.3mg(3.1質量%)としたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 4]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the mass of polyvinyl pyrrolidone used in preparing the active layer coating solution was 59.3 mg (3.1 mass%).

[実施例5]
活性層塗布液を調製する際に用いたポリビニルピロリドンの重量平均分子量が10×10であり、質量が29.6mg(1.5質量%)であったことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 5]
The polyvinyl pyrrolidone used in preparing the active layer coating solution had a weight average molecular weight of 10 × 10 3 and a mass of 29.6 mg (1.5% by mass), as in Example 1. A photoelectric conversion element was produced.

[実施例6]
活性層塗布液を調製する際に用いたポリビニルピロリドンの重量平均分子量が10×10であり、質量が59.3mg(3.1質量%)であったことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 6]
The polyvinyl pyrrolidone used in preparing the active layer coating solution had a weight average molecular weight of 10 × 10 3 and a mass of 59.3 mg (3.1% by mass), as in Example 1. A photoelectric conversion element was produced.

[実施例7]
活性層塗布液を調製する際に用いたポリビニルピロリドンの重量平均分子量が360×10であり、質量が29.6mg(1.5質量%)であったことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 7]
The polyvinyl pyrrolidone used in preparing the active layer coating solution had a weight average molecular weight of 360 × 10 3 and a mass of 29.6 mg (1.5% by mass), as in Example 1. A photoelectric conversion element was produced.

[実施例8]
活性層塗布液を調製する際に、ポリビニルピロリドンの代わりに重量平均分子量66×10のポリビニルピロリドン−酢酸ビニル共重合体(70:30,29.6mg,1.5質量%)を用いたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 8]
In preparing the active layer coating solution, a polyvinylpyrrolidone-vinyl acetate copolymer (70:30, 29.6 mg, 1.5 mass%) having a weight average molecular weight of 66 × 10 3 was used instead of polyvinylpyrrolidone. A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except for.

[実施例9]
活性層塗布液を調製する際に、ポリビニルピロリドンの代わりに重量平均分子量45×10のポリビニルピロリドン−酢酸ビニル共重合体(50:50,29.6mg,1.5質量%)を用いたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 9]
When preparing the active layer coating solution, a polyvinylpyrrolidone-vinyl acetate copolymer (50:50, 29.6 mg, 1.5 mass%) having a weight average molecular weight of 45 × 10 3 was used instead of polyvinylpyrrolidone. A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except for.

[実施例10]
活性層塗布液を調製する際に、ポリビニルピロリドンの代わりに重量平均分子量45×10のポリビニルピロリドン−ヨウ素錯体(アルドリッチ社製,29.6mg,1.5質量%)を用いたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 10]
Except for using polyvinylpyrrolidone-iodine complex (Aldrich, 29.6 mg, 1.5 mass%) having a weight average molecular weight of 45 × 10 3 instead of polyvinylpyrrolidone when preparing the active layer coating solution, A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1.

[実施例11]
活性層塗布液を調製する際に、ポリビニルピロリドンの代わりに架橋ポリビニルピロリドン(Alfa社製,29.6mg,1.5質量%)を用いたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 11]
When preparing the active layer coating solution, a photoelectric conversion element was prepared in the same manner as in Example 1 except that crosslinked polyvinylpyrrolidone (Alfa, 29.6 mg, 1.5 mass%) was used instead of polyvinylpyrrolidone. Produced.

[実施例12]
活性層塗布液を調製する際に、ポリビニルピロリドンの代わりに重量平均分子量60×10のポリ(4−ビニルピリジン)(29.6mg,1.5質量%)を用いたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 12]
Except that poly (4-vinylpyridine) (29.6 mg, 1.5% by mass) having a weight average molecular weight of 60 × 10 3 was used instead of polyvinylpyrrolidone in preparing the active layer coating solution. The photoelectric conversion element was produced similarly to 1.

[実施例13]
活性層塗布液を調製する際に、ポリビニルピロリドンの代わりに重量平均分子量160×10のポリ(4−ビニルピリジン)(29.6mg,1.5質量%)を用いたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Example 13]
Except that poly (4-vinylpyridine) (29.6 mg, 1.5% by mass) having a weight average molecular weight of 160 × 10 3 was used instead of polyvinylpyrrolidone in preparing the active layer coating solution. The photoelectric conversion element was produced similarly to 1.

[比較例1]
活性層塗布液にポリビニルピロリドンを加えなかったことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Comparative Example 1]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that polyvinylpyrrolidone was not added to the active layer coating solution.

[比較例2]
活性層塗布液にポリビニルピロリドンを加えなかったこと、及び活性層上に絶縁体層を形成しなかったことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Comparative Example 2]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that polyvinylpyrrolidone was not added to the active layer coating solution and an insulator layer was not formed on the active layer.

[比較例3]
活性層塗布液を調製する際に、ポリビニルピロリドンの代わりに導電性ポリマーであるポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン](MEH−PPV,29.6mg,1.5質量%)を用いたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。
[Comparative Example 3]
In preparing the active layer coating solution, poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV, 29.6 mg) which is a conductive polymer instead of polyvinylpyrrolidone. , 1.5 mass%) was used, and a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1.

[光電変換素子の評価]
実施例1〜13及び比較例1〜3で得られた光電変換素子に1mm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/cmのソーラシミュレータを用いた。この測定結果から、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、形状因子FF、及び光電変換効率PCE(%)を算出した。光電変換素子を作製した直後の測定結果に基づいて算出されたこれらの値を表1に示す。
[Evaluation of photoelectric conversion element]
A 1 mm square metal mask was attached to the photoelectric conversion elements obtained in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3, and current-voltage characteristics between the ITO electrode and the silver electrode were measured. A source meter (manufactured by Keithley, Model 2400) was used for the measurement, and a solar simulator having 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, open circuit voltage Voc (V), short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), form factor FF, and photoelectric conversion efficiency PCE (%) were calculated. Table 1 shows these values calculated based on the measurement results immediately after producing the photoelectric conversion element.

ここで、開放電圧Vocとは電流値=0(mA/cm)の際の電圧値であり、短絡電流密度Jscとは電圧値=0(V)の際の電流密度である。形状因子FFとは内部抵抗を表すファクターであり、最大出力をPmaxとすると次式で表される。
FF = Pmax/(Voc×Jsc)
また、光電変換効率PCEは、入射エネルギーをPinとすると次式で与えられる。
PCE = (Pmax/Pin)×100
= (Voc×Jsc×FF/Pin)×100
Here, the open circuit voltage Voc is a voltage value when the current value = 0 (mA / cm 2 ), and the short circuit current density Jsc is a current density when the voltage value = 0 (V). The form factor FF is a factor representing the internal resistance, and is represented by the following expression when the maximum output is Pmax.
FF = Pmax / (Voc × Jsc)
Further, the photoelectric conversion efficiency PCE is given by the following equation when the incident energy is Pin.
PCE = (Pmax / Pin) × 100
= (Voc x Jsc x FF / Pin) x 100

また、実施例1〜13及び比較例1〜3で得られた光電変換素子の耐久性を評価した。結果を表1に示す。耐久性は、21〜22℃、湿度35〜45%の条件下で測定を繰り返し行った場合に、作製直後の変換効率(初期変換効率)に対して変換効率が80%となるまでの時間により評価した。表1において、×は、24時間未満で変換効率が初期変換効率の80%以下になったことを示す。また、△は、24時間以上48時間未満で変換効率が初期変換効率の80%以下になったことを示す。また、○は、48時間以上500時間未満で変換効率が初期変換効率の80%以下になったことを示す。また、◎は、500時間経過しても変換効率が初期変換効率の80%以下にならなかったことを示す。   Moreover, durability of the photoelectric conversion element obtained in Examples 1-13 and Comparative Examples 1-3 was evaluated. The results are shown in Table 1. Durability depends on the time until the conversion efficiency reaches 80% with respect to the conversion efficiency (initial conversion efficiency) immediately after production when measurement is repeatedly performed under conditions of 21 to 22 ° C. and humidity of 35 to 45%. evaluated. In Table 1, x indicates that the conversion efficiency is 80% or less of the initial conversion efficiency in less than 24 hours. Further, Δ indicates that the conversion efficiency is 80% or less of the initial conversion efficiency in 24 hours or more and less than 48 hours. Moreover, (circle) shows that conversion efficiency became 80% or less of initial stage conversion efficiency in 48 hours or more and less than 500 hours. Further, ◎ indicates that the conversion efficiency did not become 80% or less of the initial conversion efficiency even after 500 hours.

また、実施例1〜13及び比較例1〜3で得られた光電変換素子の透過性の評価を行った。透過性は、上部電極(銀電極)を形成する前における光電変換素子の透過スペクトルに従って評価した。すなわち、ブランクを空気として透過スペクトルを測定し、400〜800nmの波長範囲における平均透過率を算出した。得られた結果を表1に示す。   Moreover, the transmittance | permeability of the photoelectric conversion element obtained in Examples 1-13 and Comparative Examples 1-3 was evaluated. The permeability was evaluated according to the transmission spectrum of the photoelectric conversion element before forming the upper electrode (silver electrode). That is, a transmission spectrum was measured using a blank as air, and an average transmittance in a wavelength range of 400 to 800 nm was calculated. The obtained results are shown in Table 1.

表1に示すように、活性層が絶縁性ポリマーを含有している実施例1〜13においては、比較例1〜3と比べて耐久性が大幅に向上することが確認された。また、活性層が絶縁性ポリマーを含有している実施例1〜13においては、フィルファクター(FF)の値が大幅に向上することが分かった。さらには、絶縁性ポリマーの添加により、光電変換素子の光透過率も向上することが分かった。さらに、実施例1〜13において、活性層が絶縁性ポリマーを含有しているにもかかわらず、作製直後の光電変換効率はほとんど低下せず、むしろ向上しているものが多数確認された。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 13 in which the active layer contains an insulating polymer, it was confirmed that the durability was significantly improved as compared with Comparative Examples 1 to 3. Moreover, it turned out that the value of a fill factor (FF) improves significantly in Examples 1-13 in which an active layer contains an insulating polymer. Furthermore, it has been found that the light transmittance of the photoelectric conversion element is improved by the addition of the insulating polymer. Further, in Examples 1 to 13, despite the fact that the active layer contains an insulating polymer, the photoelectric conversion efficiency immediately after the production was hardly lowered, but a number of improvements were confirmed.

[実施例14]
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、洗浄剤(横浜油脂工業社製,精密ガラス基板用洗浄剤セミクリーンM−LO,15mL)を用いた超音波洗浄、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。次に、活性層塗布液を調製する際に用いたポリビニルピロリドンの質量を57.0mg(3.0質量%(ペロブスカイト半導体化合物に対する質量比、以下同じ))としたことを除き、実施例1と同様の方法で活性層塗布液を作製し、基板上に該活性層塗布液(0.1mL)を6000rpm/45秒の速度でスピンコートし、その後、ホットプレート上100℃で25分間加熱アニールした。
[Example 14]
For a glass substrate (manufactured by Geomat Co., Ltd.) with a patterned indium tin oxide (ITO) transparent conductive film, use a detergent (Yokohama Yushi Kogyo Co., Ltd., Semi-clean M-LO, 15 mL). Ultrasonic cleaning, ultrasonic cleaning using ultrapure water, drying by nitrogen blowing, and UV-ozone treatment were performed. Next, Example 1 except that the mass of polyvinyl pyrrolidone used in preparing the active layer coating solution was 57.0 mg (3.0 mass% (mass ratio to the perovskite semiconductor compound, the same shall apply hereinafter)). An active layer coating solution was prepared in the same manner, and the active layer coating solution (0.1 mL) was spin-coated on the substrate at a speed of 6000 rpm / 45 seconds, and then heat-annealed on a hot plate at 100 ° C. for 25 minutes. .

このようにして得られた膜の格子サイズ及び表面粗さを測定した。なお、格子サイズは以下の条件でX線回折ピークを測定し、下記のシェラーの式により算出した。また、表面粗さは原子間力顕微鏡(AFM)により、バネ板の先端に探針を取り付けたカンチレバーを、試料表面より数nmの距離にまで近づけて、探針先端の原子と試料の原子の間に働く原子間力によって試料の凹凸を測定し、その差を求めることで測定した。   The lattice size and surface roughness of the film thus obtained were measured. The lattice size was calculated by the following Scherrer equation after measuring the X-ray diffraction peak under the following conditions. Also, the surface roughness was measured by using an atomic force microscope (AFM) to bring the cantilever with the probe attached to the tip of the spring plate to a distance of several nanometers from the sample surface. The unevenness of the sample was measured by the interatomic force acting between them, and the difference was obtained.

(測定条件)
測定装置 リガク社製SmartLab
光学系 斜入射X線回折光学系
測定条件 out of plane法
X線出力 45kV、200mA(CuKα)
走査軸 2θ
入射角(θ) 0.02°
走査範囲(2θ) 3−40°
走査速度 3°/min
(Measurement condition)
Measuring device SmartLab manufactured by SmartLab
Optical system Oblique incident X-ray diffraction optical system Measurement conditions out of plane method X-ray output 45 kV, 200 mA (CuKα)
Scanning axis 2θ
Incident angle (θ) 0.02 °
Scanning range (2θ) 3-40 °
Scanning speed 3 ° / min

(シェラーの式)
T=Kλ/β・cosθ
(T=格子サイズ、K=形状因子、λ=X線波長、β=ピーク半値全幅、θ=ブラッグ角)
なお、形状因子は0.94を用いた。
(Scherrer's formula)
T = Kλ / β · cos θ
(T = lattice size, K = form factor, λ = X-ray wavelength, β = peak full width at half maximum, θ = Bragg angle)
The shape factor used was 0.94.

[実施例15]
活性層塗布液を調製する際に用いたポリビニルピロリドンの質量を114.0mg(5.9質量%(ペロブスカイト半導体化合物に対する質量比、以下同じ))としたことを除き、実施例14と同様の方法により活性層を成膜し、格子サイズ及び表面粗さを測定した。得られた結果を表2に示す。
[Example 15]
The same method as in Example 14 except that the mass of polyvinylpyrrolidone used in preparing the active layer coating solution was 114.0 mg (5.9 mass% (mass ratio to the perovskite semiconductor compound, the same applies hereinafter)). The active layer was formed by, and the lattice size and the surface roughness were measured. The obtained results are shown in Table 2.

[実施例16]
活性層塗布液を調製する際に用いたポリビニルピロリドンの質量を190.0mg(9.8質量%(ペロブスカイト半導体化合物に対する質量比、以下同じ))としたことを除き、実施例14と同様の方法により活性層を成膜し、格子サイズ及び表面粗さを測定した。得られた結果を表2に示す。
[Example 16]
The same method as in Example 14 except that the mass of polyvinylpyrrolidone used in preparing the active layer coating solution was 190.0 mg (9.8 mass% (mass ratio to the perovskite semiconductor compound, the same applies hereinafter)). The active layer was formed by, and the lattice size and the surface roughness were measured. The obtained results are shown in Table 2.

[比較例4]
ポリビニルピロリドンを添加しなかったこと以外は、実施例14と同様の方法により活性層を成膜し、格子サイズ及び表面粗さを測定した。得られた結果を表2に示す。
[Comparative Example 4]
An active layer was formed by the same method as in Example 14 except that polyvinylpyrrolidone was not added, and the lattice size and the surface roughness were measured. The obtained results are shown in Table 2.

表2の結果から、絶縁性ポリマーを添加しない比較例4に係る活性層の格子サイズは38nmであった。一方で、実施例14〜16に係る活性層の格子サイズは16nm〜17nmと非常に小さいことが確認できた。すなわち、表1及び表2の結果を踏まえて考えると、絶縁性ポリマーを添加しない場合、活性層の格子サイズが大きいために、素子に光が入射した際に、光の反射及び/又は散乱により素子の光の透過率が低くなってしまったと考えられる。一方で、絶縁性ポリマーを添加することにより、活性層の格子サイズが小さくなるために、光の反射、散乱等を抑えることができ、その結果、素子の透過率が向上したと考えられる。   From the results in Table 2, the lattice size of the active layer according to Comparative Example 4 to which no insulating polymer was added was 38 nm. On the other hand, it was confirmed that the lattice size of the active layers according to Examples 14 to 16 was as small as 16 nm to 17 nm. That is, when considering the results in Tables 1 and 2, when no insulating polymer is added, the active layer has a large lattice size, so that when light is incident on the device, reflection and / or scattering of light occurs. It is considered that the light transmittance of the element has been lowered. On the other hand, by adding an insulating polymer, the lattice size of the active layer is reduced, so that reflection and scattering of light can be suppressed, and as a result, the transmittance of the element is considered to be improved.

また、比較例4に係る活性層の表面粗さが14.55nmであったのに対して、実施例14〜16に係る活性層の表面粗さは2.85nm〜3.11nmとなり、比較例4と比較して大幅に小さくなることが確認できた。すなわち、表1及び表2の結果を踏まえて考えると、絶縁性ポリマーを添加しない場合、活性層の表面粗さが大きいために、素子に光が入射した際に、光の反射及び/又は散乱により素子の光の透過率が低くなってしまったと考えられる。一方で、絶縁性ポリマーを添加した場合は、活性層の表面粗さが小さくなるために、光の反射、散乱等を抑えることができ、その結果、素子の透過率が向上したと考えられる。このように実施例14〜16において活性層の表面粗さが小さくなることは、活性層の格子サイズが小さくなったことを反映しているものと考えられる。また、以上のような格子サイズ及び表面粗さに関する特性は、各実施例に係る光電変換素子の耐久性によい影響を与えているものと考えられる。   The surface roughness of the active layer according to Comparative Example 4 was 14.55 nm, whereas the surface roughness of the active layer according to Examples 14 to 16 was 2.85 nm to 3.11 nm. It was confirmed that it was significantly smaller than 4. That is, when considering the results of Tables 1 and 2, when no insulating polymer is added, the active layer has a large surface roughness, so that when light is incident on the device, the light is reflected and / or scattered. Therefore, it is considered that the light transmittance of the element has been lowered. On the other hand, when the insulating polymer is added, the surface roughness of the active layer is reduced, so that reflection, scattering, etc. of light can be suppressed, and as a result, the transmittance of the element is considered to be improved. Thus, in Examples 14-16, it is thought that the surface roughness of an active layer becomes small reflecting that the lattice size of the active layer became small. Moreover, it is thought that the characteristics regarding the lattice size and the surface roughness as described above have a good influence on the durability of the photoelectric conversion element according to each example.

[実施例17]
ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層の結晶構造を確認するために、以下のようにXRD測定を行った。すなわち、実施例14と同様の方法により基板上に活性層塗布液を塗布し、加熱処理を行い、それぞれ26℃又は60℃下においてXRD測定を行った。なお、XRD測定は、温度以外は実施例14と同様の条件で行った。得られた結果を図6に示す。
[Example 17]
In order to confirm the crystal structure of the active layer containing the perovskite semiconductor compound, XRD measurement was performed as follows. That is, the active layer coating solution was applied onto the substrate by the same method as in Example 14, heat treatment was performed, and XRD measurement was performed at 26 ° C. or 60 ° C., respectively. The XRD measurement was performed under the same conditions as in Example 14 except for the temperature. The obtained result is shown in FIG.

[比較例5]
比較例4と同様の方法により基板上に活性層塗布液を塗布し、加熱処理を行い、それぞれ26℃又は60℃下においてXRD測定を行った。なお、XRD測定は、温度以外は実施例14と同様の条件で行った。得られた結果を図7に示す。
[Comparative Example 5]
The active layer coating solution was applied onto the substrate by the same method as in Comparative Example 4, heat treatment was performed, and XRD measurement was performed at 26 ° C. or 60 ° C., respectively. The XRD measurement was performed under the same conditions as in Example 14 except for the temperature. The obtained results are shown in FIG.

図7の結果を参照すると、比較例5において、活性層は60℃の場合立方晶系の構造であったのに対して、26℃の場合正方晶系の構造であったことが確認できる。一方、図6の結果を参照すると、実施例17においては、26℃及び60℃でともに活性層は立方晶系の構造となることが確認できる。これらの結果を評価すると、絶縁性ポリマーを添加しないペロブスカイト化合物含有活性層は、温度が低下すると立方晶系から正方晶系に変化してしまうために耐久性が低いものと考えられる。一方、絶縁性ポリマーを添加したペロブスカイト化合物含有活性層は温度が低下しても立方晶系を維持することができるために、温度変化に伴い構造が変化せず、高い耐久性を有するものと考えられる。   Referring to the results in FIG. 7, it can be confirmed that in Comparative Example 5, the active layer had a cubic structure at 60 ° C., whereas it had a tetragonal structure at 26 ° C. On the other hand, referring to the results of FIG. 6, in Example 17, it can be confirmed that the active layer has a cubic structure at both 26 ° C. and 60 ° C. When these results are evaluated, it is considered that the perovskite compound-containing active layer to which no insulating polymer is added has a low durability because the perovskite compound-containing active layer changes from a cubic system to a tetragonal system when the temperature decreases. On the other hand, the perovskite compound-containing active layer to which an insulating polymer is added can maintain a cubic system even when the temperature is lowered, so that the structure does not change with temperature change and is considered to have high durability. It is done.

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
31 基材
32 陽極
33 正孔注入層
34 正孔輸送層
35 発光層
36 電子輸送層
37 電子注入層
38 陰極
39 電界発光素子
51 半導体層
52 絶縁体層
53,54 ソース電極及びドレイン電極
55 ゲート電極
56 基材
100 光電変換素子
101 カソード
102 電子取り出し層
103 活性層
104 正孔取り出し層
105 仕事関数チューニング層
106 アノード
107 基材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Weatherproof protective film 2 Ultraviolet cut film 3,9 Gas barrier film 4,8 Getter material film 5,7 Sealing material 6 Solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Solar cell module 14 Thin film solar cell 31 Base material 32 Anode 33 Hole injection layer 34 Hole transport layer 35 Light emitting layer 36 Electron transport layer 37 Electron injection layer 38 Cathode 39 Electroluminescent device 51 Semiconductor layer 52 Insulator layers 53 and 54 Source electrode and drain electrode 55 Gate electrode 56 Base material 100 Photoelectric conversion Element 101 Cathode 102 Electron extraction layer 103 Active layer 104 Hole extraction layer 105 Work function tuning layer 106 Anode 107 Base material

Claims (12)

一対の電極と、前記一対の電極間に配置された半導体層と、を有する半導体デバイスであって、前記半導体層が、半導体化合物と下式(Ia)で表される繰り返し単位を含む絶縁性ポリマーとを含有することを特徴とする、半導体デバイス。
(式(Ia)において、R及びRはそれぞれ独立して炭化水素基又は水素原子を表し、R及びRは互いに結合して環を形成していてもよい。)
An insulating polymer comprising a pair of electrodes and a semiconductor layer disposed between the pair of electrodes, wherein the semiconductor layer includes a semiconductor compound and a repeating unit represented by the following formula (Ia) A semiconductor device comprising:
(In Formula (Ia), R 1 and R 2 each independently represent a hydrocarbon group or a hydrogen atom, and R 1 and R 2 may be bonded to each other to form a ring.)
及びRが互いに結合して環を形成していることを特徴とする、請求項に記載の半導体デバイス。 Characterized in that R 1 and R 2 are bonded to each other to form a ring, the semiconductor device according to claim 1. 前記絶縁性ポリマーを構成する繰り返し単位のうち、式(Ia)で表される繰り返し単位の割合が50モル%以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio of the repeating unit represented by the formula (Ia) among the repeating units constituting the insulating polymer is 50 mol% or more. 前記半導体層における、前記半導体化合物に対する前記絶縁性ポリマーの割合が0.1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする、請求項1乃至の何れか1項に記載の半導体デバイス。 Wherein in the semiconductor layer, the ratio of the insulating polymer to the semiconductor compound is equal to or less than 10 mass% 0.1 mass% or more, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3. 前記絶縁性ポリマーの重量平均分子量が10×10以上400×10以下であることを特徴とする、請求項1乃至の何れか1項に記載の半導体デバイス。 Characterized in that said weight average molecular weight of the insulating polymer is 10 × 10 3 or more 400 × 10 3 or less, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4. 前記絶縁性ポリマーはアモルファスポリマーであり、かつ屈折率が1.5以下であることを特徴とする、請求項1乃至の何れか1項に記載の半導体デバイス。 The insulating polymer is amorphous polymer, and wherein the refractive index of 1.5 or less, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5. 1gのN,N−ジメチルホルムアミドに対する前記絶縁性ポリマーの25℃における溶解度が0.5mg以上であることを特徴とする、請求項1乃至の何れか1項に記載の半導体デバイス。 1g of N, N-solubility at 25 ° C. of the insulating polymer to dimethyl formamide and wherein the at least 0.5 mg, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6. 前記半導体化合物がペロブスカイト半導体化合物を含有することを特徴とする、請求項1乃至の何れか1項に記載の半導体デバイス。 It said semiconductor compound is characterized by containing a perovskite semiconductor compound, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 7. 光電変換素子であることを特徴とする、請求項1乃至の何れか1項に記載の半導体デバイス。 Characterized in that it is a photoelectric conversion element, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 8. フィルファクターが0.7以上であることを特徴とする、請求項に記載の半導体デバイス。 The semiconductor device according to claim 9 , wherein a fill factor is 0.7 or more. 請求項又は10に記載の半導体デバイスを有する太陽電池。 A solar cell comprising the semiconductor device according to claim 9 or 10 . 請求項11に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。 A solar cell module comprising the solar cell according to claim 11 .
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