JP6729602B2 - Method for manufacturing photoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子を製造する方法に関し、特に、エレクトロルミネッセンス素子、および太陽電池などの光電変換素子を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion element, and particularly to a method for manufacturing a photoelectric conversion element such as an electroluminescence element and a solar cell.

光電変換素子は、電圧印加によって発光が生じるエレクトロルミネッセンス素子や、光入射によって起電力が生じる太陽電池など、各種分野において広く使用されている。 Photoelectric conversion elements are widely used in various fields such as electroluminescence elements that emit light when a voltage is applied and solar cells that generate electromotive force when light is incident.

例えば、エレクトロルミネッセンス素子の一種である発光ダイオード(LED)は、一対の電極(陽極および陰極)と、これらの電極間に配置された発光層とを備える。両電極間に電圧を印加すると、それぞれの電極から、発光層にホールおよび電子が注入される。このホールと電子が発光層内で再結合した際に、結合エネルギーが生じ、この結合エネルギーによって発光層中の発光材料が励起される。励起した発光材料が基底状態に戻る際に発光が生じる。従って、LEDは、発光素子や照明として使用することができる。 For example, a light emitting diode (LED), which is a type of electroluminescence element, includes a pair of electrodes (anode and cathode) and a light emitting layer arranged between these electrodes. When a voltage is applied between both electrodes, holes and electrons are injected into the light emitting layer from each electrode. When the holes and electrons are recombined in the light emitting layer, binding energy is generated, and the light emitting material in the light emitting layer is excited by this binding energy. Light emission occurs when the excited light emitting material returns to the ground state. Therefore, the LED can be used as a light emitting element or lighting.

一方、太陽電池は、一対の電極と、これらの間に配置された光電変換層とを有する。光電変換層に光が入射されると、光電変換層でホールと電子が発生し、起電力が生じる。ホールおよび電子を、それぞれ、別の電極から取り出すことにより、系外に電力を取り出すことができる。 On the other hand, the solar cell has a pair of electrodes and a photoelectric conversion layer arranged between them. When light is incident on the photoelectric conversion layer, holes and electrons are generated in the photoelectric conversion layer to generate electromotive force. Electric power can be taken out of the system by taking out holes and electrons from separate electrodes.

LEDおよび太陽電池などの光電変換素子の分野においては、素子としての特性のさらなる向上のため、各種構成が提案されている(例えば特許文献1)。 In the field of photoelectric conversion elements such as LEDs and solar cells, various configurations have been proposed in order to further improve the characteristics of the elements (for example, Patent Document 1).

国際公開第2015/098458号International Publication No. 2015/098458

前述のように、光電変換素子に関しては、素子としての特性向上のため、各種対策が提案されている。例えば、前述の特許文献1には、光電変換素子において、亜鉛(Zn)とケイ素(Si)を含む酸化物の非晶質薄膜を、電子輸送層などに利用することが記載されている。 As described above, regarding the photoelectric conversion element, various measures have been proposed in order to improve the characteristics of the element. For example, Patent Document 1 described above describes that an amorphous thin film of an oxide containing zinc (Zn) and silicon (Si) is used for an electron transport layer in a photoelectric conversion element.

しかしながら、光電変換素子に対しては、現在もなお、エレクトロルミネッセンス素子の発光効率や太陽電池の発電効率などの特性の向上が要望されている。 However, the photoelectric conversion element is still required to have improved characteristics such as the luminous efficiency of the electroluminescent element and the power generation efficiency of the solar cell.

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、従来に比べて特性が有意に改善された光電変換素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photoelectric conversion element in which the characteristics are significantly improved as compared with the prior art.

本発明では、光電変換素子を製造する方法であって、
(1)基板に第1の電極を配置するステップと、
(2)前記第1の電極の上部に、亜鉛(Zn)および酸素(O)を含み、さらに、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも1つを含む金属酸化物で構成される第1の薄膜を配置するステップと、
(3)前記第1の電極および前記第1の薄膜を有する前記基板に、気体により圧力を印加するステップと、
(4)前記第1の薄膜の上部に、印加電圧を光に変換する層、または入射光を電力に変換する層である光電変換層を配置するステップと、
(5)前記光電変換層の上部に、第2の電極を配置するステップと、
を有する方法が提供される。
In the present invention, a method for manufacturing a photoelectric conversion element,
(1) disposing a first electrode on the substrate,
(2) A metal oxide containing zinc (Zn) and oxygen (O) and further containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn) on the first electrode. Disposing a first thin film,
(3) applying a pressure to the substrate having the first electrode and the first thin film with a gas,
(4) disposing a photoelectric conversion layer that is a layer that converts an applied voltage into light or a layer that converts incident light into electric power, above the first thin film;
(5) disposing a second electrode on the photoelectric conversion layer,
Is provided.

本発明では、従来に比べて特性が有意に改善された光電変換素子の製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a photoelectric conversion element, the characteristics of which are significantly improved as compared with the conventional method.

本発明の一実施形態による有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する方法のフローの一例を概略的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a flow of a method for manufacturing an organic electroluminescent element according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による方法によって製造される有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を概略的に示した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an organic electroluminescence device manufactured by the method according to the embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による有機太陽電池の製造方法のフローの一例を概略的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a flow of a method for manufacturing an organic solar cell according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による方法によって製造される有機太陽電池の構成を概略的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of an organic solar cell manufactured by a method according to an exemplary embodiment of the present invention. 各有機エレクトロルミネッセンス素子のサンプルにおいて得られた印加電圧と発光輝度の関係を示したグラフである。6 is a graph showing the relationship between the applied voltage and the emission luminance obtained in each organic electroluminescence element sample.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について、より詳しく説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

本発明の一実施形態では、光電変換素子を製造する方法であって、
(1)基板に第1の電極を配置するステップと、
(2)前記第1の電極の上部に、亜鉛(Zn)および酸素(O)を含み、さらに、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも1つを含む金属酸化物で構成される第1の薄膜を配置するステップと、
(3)前記第1の電極および前記第1の薄膜を有する前記基板に、気体により圧力を印加するステップと、
(4)前記第1の薄膜の上部に、印加電圧を光に変換する層、または入射光を電力に変換する層である光電変換層を配置するステップと、
(5)前記光電変換層の上部に、第2の電極を配置するステップと、
を有する方法が提供される。
In one embodiment of the present invention, a method of manufacturing a photoelectric conversion element,
(1) disposing a first electrode on the substrate,
(2) A metal oxide containing zinc (Zn) and oxygen (O) and further containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn) on the first electrode. Disposing a first thin film,
(3) applying a pressure to the substrate having the first electrode and the first thin film with a gas,
(4) disposing a photoelectric conversion layer that is a layer that converts an applied voltage into light or a layer that converts incident light into electric power, above the first thin film;
(5) disposing a second electrode on the photoelectric conversion layer,
Is provided.

ここで、本願において、「光電変換素子」とは、「光電変換層」を有する素子の総称を意味する。また、「光電変換層」は、光エネルギーが導入(照射)された際に電気エネルギーが生じる層(光−電変換層)の他、電気エネルギーが導入(印加)された際に発光が生じる層(電−光変換層)をも含む。 Here, in the present application, the “photoelectric conversion element” means a general term for elements having a “photoelectric conversion layer”. Further, the “photoelectric conversion layer” is a layer in which electric energy is generated when light energy is introduced (irradiated) (photo-electric conversion layer), and a layer in which light emission is generated when electric energy is introduced (applied). It also includes (electro-optical conversion layer).

例えば、「光電変換層」が電圧印加によって光を放射する発光層で構成される場合、そのような「光電変換層」を備える「光電変換素子」は、エレクトロルミネッセンス素子(EL素子)となる。なお、そのようなEL素子は、「光電変換層」が有機発光層で構成される有機EL素子であっても、「光電変換層」が無機発光層で構成される無機EL素子であってもよい。 For example, when the “photoelectric conversion layer” is composed of a light emitting layer that emits light when a voltage is applied, the “photoelectric conversion element” including such a “photoelectric conversion layer” is an electroluminescence element (EL element). Such an EL element may be an organic EL element in which the "photoelectric conversion layer" is composed of an organic light emitting layer or an inorganic EL element in which the "photoelectric conversion layer" is composed of an inorganic light emitting layer. Good.

一方、「光電変換層」が光照射によって起電力が生じる層で構成される場合、そのような「光電変換層」を備える「光電変換素子」は、太陽電池となる。なお、そのような太陽電池は、「光電変換層」が有機層で構成される有機太陽電池であっても、「光電変換層」が無機層で構成される無機太陽電池であってもよい。 On the other hand, when the “photoelectric conversion layer” is composed of a layer in which electromotive force is generated by light irradiation, the “photoelectric conversion element” including such a “photoelectric conversion layer” is a solar cell. In addition, such a solar cell may be an organic solar cell in which the “photoelectric conversion layer” is an organic layer or an inorganic solar cell in which the “photoelectric conversion layer” is an inorganic layer.

本発明による光電変換素子を製造する方法では、以下に詳しく示すように、従来に比べて、素子としての特性を有意に向上させることができる。 In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention, the characteristics of the element can be significantly improved as compared with the conventional one, as described in detail below.

以下、光電変換素子がエレクトロルミネッセンス素子および太陽電池である場合を例に、本発明の一実施形態による製造方法について、詳しく説明する。 Hereinafter, the manufacturing method according to one embodiment of the present invention will be described in detail by taking the case where the photoelectric conversion element is an electroluminescence element and a solar cell as an example.

(本発明の一実施形態によるEL素子の製造方法)
図1および図2を参照して、本発明の一実施形態によるEL素子の製造方法(以下、「第1の製造方法」という)について、説明する。なお、ここでは、EL素子として、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)を製造する場合を例に、以下説明する。
(Method of Manufacturing EL Element According to One Embodiment of the Present Invention)
A method of manufacturing an EL element according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “first manufacturing method”) will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In addition, here, the case where an organic electroluminescence element (organic EL element) is manufactured as an EL element will be described as an example.

図1には、第1の製造方法のフローの一例を概略的に示す。また、図2には、第1の製造方法によって製造されるEL素子の断面を概略的に示す。 FIG. 1 schematically shows an example of the flow of the first manufacturing method. Further, FIG. 2 schematically shows a cross section of an EL element manufactured by the first manufacturing method.

図1に示すように、第1の製造方法は、
(a)基板に第1の電極を配置するステップ(ステップS110)と、
(b)第1の電極の上部に、亜鉛(Zn)および酸素(O)を含み、さらに、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも1つを含む金属酸化物で構成される第1の薄膜を配置するステップ(ステップS120)と、
(c)第1の電極および前記第1の薄膜を有する基板に、気体により圧力を印加するステップ(ステップS130)と、
(d)第1の薄膜の上部に、第1の追加層を配置するステップ(ステップS140)と、
(e)第1の追加層の上部に、有機発光層を配置するステップ(ステップS150)と、
(f)有機発光層の上部に、第2の追加層を配置するステップ(ステップS160)と、
(g)第2の追加層の上部に、第2の電極を配置するステップ(ステップS170)と、
をこの順番に有する。
As shown in FIG. 1, the first manufacturing method is
(A) disposing the first electrode on the substrate (step S110),
(B) A metal oxide containing zinc (Zn) and oxygen (O) on the first electrode and further containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn). Disposing the thin film of No. 1 (step S120),
(C) applying a pressure to the substrate having the first electrode and the first thin film with a gas (step S130),
(D) placing a first additional layer on top of the first thin film (step S140),
(E) disposing an organic light emitting layer on top of the first additional layer (step S150),
(F) disposing a second additional layer on the organic light emitting layer (step S160),
(G) disposing a second electrode on the second additional layer (step S170),
In this order.

図2に示すように、この第1の製造方法では、例えば、基板110上に、第1の電極(陰極)120、第1の薄膜130、第1の追加層140、有機発光層150、第2の追加層160、および第2の電極(陽極)170をこの順に備える有機EL素子100が製造される。 As shown in FIG. 2, in the first manufacturing method, for example, on the substrate 110, the first electrode (cathode) 120, the first thin film 130, the first additional layer 140, the organic light emitting layer 150, the first The organic EL device 100 including the two additional layers 160 and the second electrode (anode) 170 in this order is manufactured.

以下、図1に示した各ステップについて説明する。なお、以下の説明では、明確化のため、各部材を表す際に、図2に示した参照符号を使用する。 Hereinafter, each step shown in FIG. 1 will be described. In the following description, the reference numerals shown in FIG. 2 are used to represent each member for clarity.

(ステップS110)
まず、基板110が準備される。
(Step S110)
First, the substrate 110 is prepared.

基板110は、上部に有機EL素子100を構成する各層を支持する役割を有する。基板110の材質は特に限られない。図2において、有機EL素子100の光取り出し面を下側(すなわち基板110側)とする場合、基板110は、透明な材料で構成される。例えば、基板110として、ガラス基板またはプラスチック基板等が使用される。 The substrate 110 has a role of supporting each layer constituting the organic EL element 100 on the upper portion. The material of the substrate 110 is not particularly limited. In FIG. 2, when the light extraction surface of the organic EL element 100 is on the lower side (that is, the substrate 110 side), the substrate 110 is made of a transparent material. For example, a glass substrate, a plastic substrate, or the like is used as the substrate 110.

次に、基板110の上に、第1の電極120が配置される。 Next, the first electrode 120 is disposed on the substrate 110.

第1の電極120は、通常、金属で構成される。なお、有機EL素子100の光取り出し面を下側(すなわち基板110側)とする場合、第1の電極120は、透明な材料で構成される。第1の電極120として、例えばITO(インジウムスズ酸化物)のような透明金属酸化物薄膜が使用される。 The first electrode 120 is usually made of metal. When the light extraction surface of the organic EL element 100 is the lower side (that is, the substrate 110 side), the first electrode 120 is made of a transparent material. As the first electrode 120, a transparent metal oxide thin film such as ITO (indium tin oxide) is used.

第1の電極120は、例えば、アルミニウム、銀、金、マグネシウム、カルシウム、チタニウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、イッテルビウム、ルテニウム、マンガン、モリブデン、バナジウム、クロム、タンタル、または、前述の金属の合金のような金属材料であってもよい。あるいは、第1の電極120は、例えば、ITO、アンチモン酸化物(Sb)、ジルコニウム酸化物(ZrO)、スズ酸化物(SnO)、亜鉛酸化物(ZnO)、IZO(Indium Zinc Oxide)、AZO(ZnO−Al:アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物)、GZO(ZnO−Ga:ガリウムがドーピングされた亜鉛酸化物)、NbドープTiO、TaドープTiO、およびIWZO(In−WO−ZnO:三酸化タングステンおよび酸化亜鉛がドーピングされたインジウム酸化物)等の金属酸化物であってもよい。The first electrode 120 may be, for example, aluminum, silver, gold, magnesium, calcium, titanium, yttrium, lithium, gadolinium, ytterbium, ruthenium, manganese, molybdenum, vanadium, chromium, tantalum, or an alloy of the aforementioned metals. Any metal material may be used. Alternatively, the first electrode 120 includes, for example, ITO, antimony oxide (Sb 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), IZO (Indium Zinc). oxide), AZO (ZnO-Al 2 O 3: aluminum zinc oxide doped), GZO (ZnO-Ga 2 O 3: gallium zinc oxide doped), Nb-doped TiO 2, Ta-doped TiO 2 , And IWZO (In 2 O 3 —WO 3 —ZnO: indium oxide doped with tungsten trioxide and zinc oxide).

第1の電極120の設置方法は、特に限られない。 The method for installing the first electrode 120 is not particularly limited.

第1の電極120は、例えば、蒸着法(真空蒸着法および電子ビーム蒸着法)、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法およびスパッタリング法等により、成膜してもよい。 The first electrode 120 may be formed by a vapor deposition method (vacuum vapor deposition method and electron beam vapor deposition method), an ion plating method, a laser ablation method, a sputtering method, or the like.

典型的には、第1の電極120の厚さは、50nm〜150nmの範囲である。50nm以上であれば、低抵抗な電極が形成されるので好ましい。150nm以下であれば、電極のエッジの段差が小さく、後から成膜される膜の被覆性がよく、発光面積または受光面積を広くできるため好ましい。第1の電極120として、透明な金属材料を使用する場合、第1の電極120の厚さは、2nm〜50nmの範囲であることが好ましい。2nm以上であれば、光電変換素子として適用可能な導電性が得られるので好ましい。50nm以下であれば、透明性が確保できるため好ましい。 Typically, the thickness of the first electrode 120 is in the range of 50 nm to 150 nm. When the thickness is 50 nm or more, a low resistance electrode is formed, which is preferable. When the thickness is 150 nm or less, the step difference at the edge of the electrode is small, the coverage of the film formed later is good, and the light emitting area or light receiving area can be widened, which is preferable. When a transparent metal material is used as the first electrode 120, the thickness of the first electrode 120 is preferably in the range of 2 nm to 50 nm. The thickness of 2 nm or more is preferable because the conductivity applicable to the photoelectric conversion element can be obtained. When it is 50 nm or less, transparency can be secured, which is preferable.

(ステップS120)
次に、第1の電極120の上部に、第1の薄膜130が配置される。
(Step S120)
Next, the first thin film 130 is disposed on the first electrode 120.

第1の薄膜130は、亜鉛(Zn)および酸素(O)を含み、さらに、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも1つを含む金属酸化物で構成される。 The first thin film 130 is made of a metal oxide containing zinc (Zn) and oxygen (O), and further containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn).

第1の薄膜130は、亜鉛(Zn)、ケイ素(Si)、および酸素(O)を含む金属酸化物(以下、ZSOという)で構成される場合、一般的に用いられるZnOなどの酸化物半導体と比べて仕事関数が例えば3.5eVと低くなり、特に、有機材料への電子注入特性に優れる。この場合、Zn/(Zn+Si)の値は、例えば、モル比で0.30〜0.95の範囲である。0.30以上であれば、十分に大きな電子移動度が得られ、光電変換素子の駆動電圧の上昇が抑えられる。0.95以下であれば、平滑な表面が得られるので短絡を抑制できる。Zn/(Zn+Si)の値は、モル比で0.70〜0.94であってもよく、0.80〜0.92であってもよく、0.85〜0.90であってもよい。 When the first thin film 130 is made of a metal oxide containing zinc (Zn), silicon (Si), and oxygen (O) (hereinafter, referred to as ZSO), it is a commonly used oxide semiconductor such as ZnO. The work function is as low as 3.5 eV, for example, and the electron injection characteristics to the organic material are particularly excellent. In this case, the value of Zn/(Zn+Si) is, for example, in the range of 0.30 to 0.95 in terms of molar ratio. When it is 0.30 or more, a sufficiently large electron mobility can be obtained, and an increase in drive voltage of the photoelectric conversion element can be suppressed. When it is 0.95 or less, a smooth surface can be obtained, so that short circuit can be suppressed. The molar ratio of Zn/(Zn+Si) may be 0.70 to 0.94, 0.80 to 0.92, or 0.85 to 0.90. ..

第1の薄膜130は、化学組成がxZnO−(1−x)SiO(x=0.30〜0.95)表わされることが好ましい。xが0.30以上であれば、十分に大きな電子移動度が得られ、光電変換素子の駆動電圧の上昇が抑えられる。xが0.95以下であれば、特に平滑な表面が得られるので短絡を抑制できる。xは0.70〜0.94であってもよく、0.80〜0.92であってもよく、0.85〜0.90であってもよい。The first thin film 130 preferably has a chemical composition represented by xZnO-(1-x)SiO 2 (x=0.30 to 0.95). When x is 0.30 or more, a sufficiently large electron mobility can be obtained, and an increase in drive voltage of the photoelectric conversion element can be suppressed. When x is 0.95 or less, a particularly smooth surface can be obtained, so that a short circuit can be suppressed. x may be 0.70 to 0.94, may be 0.80 to 0.92, or may be 0.85 to 0.90.

第1の薄膜130は、複合酸化物の形態であることが好ましい。 The first thin film 130 is preferably in the form of a complex oxide.

第1の薄膜130は、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)および酸素(O)を含む金属酸化物(以下、ZTOという)で構成される場合、エッチングレートが適切であり、エッチングし過ぎることなく所望の形状を形成できるため、有機EL素子または太陽電池を安定して製造できる。この場合、第1の薄膜130は、酸化物換算で、ZnOとSnOの合計100mol%に対して、SnOが15mol%以上、95mol%以下であることが好ましい。SnOが15mol%以上であれば、結晶化温度が高く、各種のプロセスにおいて施される熱処理工程において結晶化しにくい。SnOが95mol%以下であれば、焼結しやすく、良好な酸化物ターゲットが得られ、薄膜を形成しやすい。SnOは30mol%以上、70mol%以下であってもよく、35mol%以上、60mol%以下であってもよく、40mol%以上、50mol%以下であってもよい。When the first thin film 130 is composed of a metal oxide containing zinc (Zn), tin (Sn) and oxygen (O) (hereinafter referred to as ZTO), the etching rate is appropriate, and the first thin film 130 does not overetch. Since the desired shape can be formed, the organic EL element or the solar cell can be stably manufactured. In this case, the first thin film 130 preferably contains SnO 2 in an amount of 15 mol% or more and 95 mol% or less in terms of oxide, with respect to a total of 100 mol% of ZnO and SnO 2 . When SnO 2 is 15 mol% or more, the crystallization temperature is high, and it is difficult to crystallize in the heat treatment steps performed in various processes. When SnO 2 is 95 mol% or less, it is easy to sinter, a good oxide target is obtained, and a thin film is easily formed. SnO 2 may be 30 mol% or more and 70 mol% or less, 35 mol% or more and 60 mol% or less, and 40 mol% or more and 50 mol% or less.

第1の薄膜130は、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、ケイ素(Si)および酸素(O)を含む金属酸化物(以下、ZTSOという)で構成される場合、仕事関数が低く、かつ、とエッチングレートが適切であり、また、高い透明性が得られるため、有機EL素子または太陽電池の素子特性が向上する。この場合、第1の薄膜130は、酸化物換算で、ZnO、SnO、およびSiOの合計100mol%に対して、SnOが12mol%以上、97mol%以下であることが好ましい。SnOが15mol%以上であれば、結晶化温度が高く、各種のプロセスにおいて施される熱処理工程において結晶化しにくい。SnOが95mol%以下であれば、焼結しやすく、良好な酸化物ターゲットが得られ、薄膜を形成しやすい。SnOは30mol%以上、70mol%以下であってもよく、35mol%以上、60mol%以下であってもよく、40mol%以上、50mol%以下であってもよい。When the first thin film 130 is composed of a metal oxide containing zinc (Zn), tin (Sn), silicon (Si) and oxygen (O) (hereinafter referred to as ZTSO), it has a low work function and Since the etching rate is appropriate and high transparency is obtained, the device characteristics of the organic EL device or the solar cell are improved. In this case, the first thin film 130, in terms of oxide, ZnO, relative to SnO 2, and the total 100 mol% of SiO 2, SnO 2 is 12 mol% or more, and preferably not more than 97 mol%. When SnO 2 is 15 mol% or more, the crystallization temperature is high, and it is difficult to crystallize in the heat treatment steps performed in various processes. When SnO 2 is 95 mol% or less, it is easy to sinter, a good oxide target is obtained, and a thin film is easily formed. SnO 2 may be 30 mol% or more and 70 mol% or less, 35 mol% or more and 60 mol% or less, and 40 mol% or more and 50 mol% or less.

第1の薄膜130は、ZTSOで構成される場合、酸化物換算で、ZnO、SnO、およびSiOの合計100mol%に対して、SiOが5mol%以上、30mol%以下であることが好ましい。SiOが5mol%以上、30mol%以下であれば、電子親和力が大きすぎず、体積抵抗率が高すぎない。SiOは7mol%以上、20mol%以下であってもよく、10mol%以上、15mol%以下であってもよい。When the first thin film 130 is made of ZTSO, it is preferable that SiO 2 is 5 mol% or more and 30 mol% or less with respect to a total of 100 mol% of ZnO, SnO 2 , and SiO 2 in terms of oxide. .. If SiO 2 is 5 mol% or more and 30 mol% or less, the electron affinity is not too large and the volume resistivity is not too high. SiO 2 may be 7 mol% or more and 20 mol% or less, or 10 mol% or more and 15 mol% or less.

第1の薄膜130は、さらに、チタン(Ti)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、ニオブ(Nb)、およびアルミニム(Al)からなる群から選択される一以上の金属成分を含んでもよい。これらの金属成分の含有量は、酸化物換算で、ZnO、SiO、SnO、およびその他の金属成分の酸化物の合計100mol%に対して、好ましくは15mol%以下であり、より好ましくは10mol%以下であり、さらに好ましくは5mol%以下である。なお、酸化物換算においては、これらの金属は、TiO、In、Ga、Nb、またはAlの形態として算出することとする。The first thin film 130 may further include one or more metal components selected from the group consisting of titanium (Ti), indium (In), gallium (Ga), niobium (Nb), and aluminum (Al). .. The content of these metal components is, in terms of oxide, preferably 15 mol% or less, and more preferably 10 mol, based on 100 mol% of the total of oxides of ZnO, SiO 2 , SnO 2 , and other metal components. % Or less, and more preferably 5 mol% or less. In terms of oxide, these metals are calculated in the form of TiO 2 , In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , Nb 2 O 5 , or Al 2 O 3 .

第1の薄膜130の薄膜の組成は、膜厚が200nm以上の場合は、EPMAを用いて基板補正を行うことにより、分析することができる。また、膜厚が700nm以上の場合、第1の薄膜130の組成は、SEM−EDXを用いて、10kVの加速電圧で分析することができる。また、XRFを用いて基板補正を行うことでも、分析することができる。また、ICPを使用する場合、第1の薄膜130は、1mm以上の体積を使用することにより、分析することができる。When the film thickness is 200 nm or more, the composition of the thin film of the first thin film 130 can be analyzed by performing substrate correction using EPMA. When the film thickness is 700 nm or more, the composition of the first thin film 130 can be analyzed by using SEM-EDX at an acceleration voltage of 10 kV. The analysis can also be performed by performing substrate correction using XRF. When using ICP, the first thin film 130 can be analyzed by using a volume of 1 mm 3 or more.

第1の薄膜130は、非晶質または非晶質の状態が支配的であることが好ましい。ここで、非晶質とは、X線回折測定で鋭いピークを与えない物質を意味する。具体的には、X線波長λが0.154nm、シェラー定数Kが0.9であるとき、下記式(1)で表されるシェラーの式で求められる結晶子径(シェラー径)が5.2nm以下である。シェラー径Lはシェラー定数をK、X線波長をλ、半値幅をβ、ピーク位置をθとすると、

L=Kλ/(βcosθ) 式(1)

で表される。また、非晶質の状態が支配的であるとは、非晶質が体積割合で50%より多く存在している状態のことである。第1の薄膜130が非晶質または非晶質の状態が支配的であれば、膜表面の平滑性が高く、素子の短絡防止が可能であるため好ましい。第1の薄膜130は、微結晶であっても、非晶質と微結晶が混在する形態であってもよい。ここで微結晶とは、シェラー径が5.2nmより大きく、100nmより小さい結晶である。第1の薄膜130が微結晶であれば、導電性が向上するため好ましい。第1の薄膜130が非晶質と微結晶が混在する形態であれば、平滑性と導電性とがともに向上するため好ましい。
The first thin film 130 is preferably amorphous or in an amorphous state. Here, the amorphous means a substance that does not give a sharp peak in X-ray diffraction measurement. Specifically, when the X-ray wavelength λ is 0.154 nm and the Scherrer constant K is 0.9, the crystallite diameter (Scherrer diameter) obtained by the Scherrer equation represented by the following equation (1) is 5. It is 2 nm or less. When the Scherrer constant L is K, the X-ray wavelength is λ, the half width is β, and the peak position is θ, the Scherrer diameter L is

L=Kλ/(β cos θ) Equation (1)

It is represented by. In addition, that the amorphous state is dominant means that the amorphous state is present in a volume ratio of more than 50%. It is preferable that the first thin film 130 is amorphous or is in an amorphous state because the film surface has high smoothness and short-circuiting of the element can be prevented. The first thin film 130 may be fine crystals or may be a mixture of amorphous and fine crystals. Here, the microcrystal is a crystal having a Scherrer diameter larger than 5.2 nm and smaller than 100 nm. It is preferable that the first thin film 130 be microcrystalline because the conductivity is improved. It is preferable that the first thin film 130 has a form in which amorphous and microcrystalline are mixed, because both smoothness and conductivity are improved.

第1の薄膜130の電子移動度は、10−4cm・V−1−1〜10cm・V−1−1であってもよく、10−3cm・V−1−1〜10cm・V−1−1であってもよく、10−2cm・V−1−1〜10cm・V−1−1であってもよい。The electron mobility of the first thin film 130 may be 10 −4 cm 2 ·V −1 s −1 to 10 2 cm 2 ·V −1 s −1 , and 10 −3 cm 2 ·V −1. s -1 to 10 may be a 2 cm 2 · V -1 s -1 , may be 10 -2 cm 2 · V -1 s -1 ~10 2 cm 2 · V -1 s -1 ..

第1の薄膜130の電子密度は、1×1018cm−3〜1×1021cm−3であってもよく、5×1018cm−3〜5×1020cm−3であってもよく、1×1019cm−3〜1×1020cm−3であってもよい。The electron density of the first thin film 130 may be 1×10 18 cm −3 to 1×10 21 cm −3 , or may be 5×10 18 cm −3 to 5×10 20 cm −3. It may be 1×10 19 cm −3 to 1×10 20 cm −3 .

このような電子移動度および電子密度を有する第1の薄膜130は、導電性が高く、電子輸送性が高いという特徴を有する。 The first thin film 130 having such electron mobility and electron density is characterized by high conductivity and high electron transportability.

第1の薄膜130の電子移動度は、ホール測定法またはタイムオブフライト(Time−of−Flight(TOF))法等により、求めることができる。第1の薄膜130の電子密度は、ヨウ素滴定法またはホール測定法等により求めることができる。 The electron mobility of the first thin film 130 can be obtained by a Hall measurement method, a time-of-flight (TOF) method, or the like. The electron density of the first thin film 130 can be obtained by an iodine titration method, a Hall measurement method, or the like.

第1の薄膜130の電子親和力は、2.0eV〜4.0eVであってもよく、2.2eV〜3.5eVであってもよく、2.5eV〜3.0eVであってもよい。電子親和力が2.0eV以上である場合、第1の薄膜130の電子注入特性が良好になり、有機EL素子100の発光効率が向上する。また、電子親和力が4.0eV以下である場合、有機EL素子100から十分な発光が得られ易い。このような特徴から、第1の薄膜130の設置により、有機EL素子100において、第1の電極120に対する電子注入性を高めることができる。 The electron affinity of the first thin film 130 may be 2.0 eV to 4.0 eV, 2.2 eV to 3.5 eV, or 2.5 eV to 3.0 eV. When the electron affinity is 2.0 eV or more, the electron injection characteristics of the first thin film 130 are good, and the light emission efficiency of the organic EL element 100 is improved. In addition, when the electron affinity is 4.0 eV or less, it is easy to obtain sufficient light emission from the organic EL element 100. Due to such characteristics, by providing the first thin film 130, it is possible to enhance the electron injecting property with respect to the first electrode 120 in the organic EL element 100.

第1の薄膜130のイオン化ポテンシャルは、5.5eV〜8.5eVであってもよく、5.7eV〜7.5eVであってもよく、5.9eV〜7.0eVであってもよい。このように大きいイオン化ポテンシャルを有する第1の薄膜130は、ホールブロック効果が高く、電子のみを選択的に輸送することができる。そのため、第1の薄膜130の設置により、第1の電極120に対するホールブロック性を高めることができる。 The ionization potential of the first thin film 130 may be 5.5 eV to 8.5 eV, 5.7 eV to 7.5 eV, or 5.9 eV to 7.0 eV. The first thin film 130 having such a large ionization potential has a high hole blocking effect and can selectively transport only electrons. Therefore, the hole blocking property with respect to the first electrode 120 can be improved by installing the first thin film 130.

第1の薄膜130の厚さは、これに限られるものではないが、10μm以下であってもよく、2μm以下であってもよく、1nm以上であってもよく、10nm以上であってもよい。 The thickness of the first thin film 130 is not limited to this, but may be 10 μm or less, 2 μm or less, 1 nm or more, or 10 nm or more. ..

(第1の薄膜130の形成方法)
第1の薄膜130は、例えば、亜鉛(Zn)およびケイ素(Si)を含むターゲットを用いた気相蒸着法により、基板110上に形成することができる。
(Method of forming first thin film 130)
The first thin film 130 can be formed on the substrate 110 by a vapor deposition method using a target containing zinc (Zn) and silicon (Si), for example.

本願において、「気相蒸着法」とは、物理気相成膜(PVD)法、PLD法、スパッタリング法、および真空蒸着法を含む、ターゲット原料を気化させてからこの原料を基板上に堆積させる成膜方法の総称を意味する。 In the present application, “vapor deposition method” includes physical vapor deposition (PVD) method, PLD method, sputtering method, and vacuum deposition method, and after vaporizing a target raw material, the raw material is deposited on a substrate. This is a generic term for film forming methods.

スパッタリング法には、DC(直流)スパッタリング法、高周波スパッタリング法、ヘリコン波スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、およびマグネトロンスパッタリング法等が含まれる。スパッタリング法では、大面積領域に、比較的均一に薄膜を成膜することができる。 The sputtering method includes a DC (direct current) sputtering method, a high frequency sputtering method, a helicon wave sputtering method, an ion beam sputtering method, a magnetron sputtering method and the like. By the sputtering method, a thin film can be formed relatively uniformly over a large area.

ターゲットは、ZnおよびSiを含むものであればよい。ZnおよびSiは、単独のターゲットに含まれていてもよく、複数のターゲットに別々に含まれていてもよい。ターゲットにおいて、ZnおよびSiは、それぞれ金属または金属酸化物として存在してもよく、合金または複合金属酸化物として存在してもよい。金属酸化物または複合金属酸化物は、結晶であってもよく、非晶質であってもよい。 The target should just contain Zn and Si. Zn and Si may be contained in a single target, or may be separately contained in a plurality of targets. In the target, Zn and Si may be present as a metal or a metal oxide, respectively, or may be present as an alloy or a complex metal oxide. The metal oxide or mixed metal oxide may be crystalline or amorphous.

ターゲットは、ZnおよびSiの他、Sn、Ti、In、Ga、Nb、およびAlからなる群から選択される一以上の金属成分を含んでもよい。Zn、Siおよびその他の金属成分は、単独のターゲットに含まれていてもよく、複数のターゲットに別々に含まれていてもよい。ターゲットにおいて、Zn、Siおよびその他の金属成分は、それぞれ金属または金属酸化物として存在してもよく、2種以上の金属の合金または複合金属酸化物として存在してもよい。金属酸化物または複合金属酸化物は、結晶であってもよく、非晶質であってもよい。 The target may contain one or more metal components selected from the group consisting of Sn, Ti, In, Ga, Nb, and Al, in addition to Zn and Si. Zn, Si and other metal components may be contained in a single target, or may be separately contained in a plurality of targets. In the target, Zn, Si and other metal components may be present as a metal or a metal oxide, respectively, or may be present as an alloy of two or more kinds of metals or a composite metal oxide. The metal oxide or mixed metal oxide may be crystalline or amorphous.

単独のターゲットを用いる場合、ターゲットにおけるZn/(Zn+Si)の値は、モル比で0.30〜0.95であってもよく、0.70〜0.94であってもよく、0.80〜0.92であってもよく、0.85〜0.90であってもよい。単独のターゲットが、ZnおよびSiの他、Sn、Ti、In、Ga、Nb、およびAlからなる群から選択される一以上の金属成分を含む場合、これらの金属成分の含有量は、酸化物換算で、ZnO、SiOおよびその他の金属成分の酸化物の合計100mol%に対して、好ましくは15mol%以下であり、より好ましくは10mol%以下であり、さらに好ましくは5mol%以下である。なお、酸化物換算において、金属成分は、SnO、TiO、In、Ga、Nb、またはAlとして算出することとする。ターゲットの組成分析は、XRF法等により行うことができる。なお、形成される第1の薄膜130の組成は、用いたターゲットの組成比と異なることがある。When a single target is used, the Zn/(Zn+Si) value in the target may be 0.30 to 0.95, 0.70 to 0.94, or 0.80 in terms of molar ratio. ˜0.92, or 0.85 to 0.90. When the single target contains one or more metal components selected from the group consisting of Sn, Ti, In, Ga, Nb, and Al in addition to Zn and Si, the content of these metal components is In terms of conversion, it is preferably 15 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and further preferably 5 mol% or less with respect to 100 mol% of the total of oxides of ZnO, SiO 2, and other metal components. In terms of oxide, the metal component is calculated as SnO 2 , TiO 2 , In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , Nb 2 O 5 , or Al 2 O 3 . The composition analysis of the target can be performed by the XRF method or the like. The composition of the formed first thin film 130 may differ from the composition ratio of the target used.

複数のターゲットを用いる場合、例えば、金属SiのターゲットとZnOのターゲットを同時にスパッタすることで、第1の薄膜130を得ることができる。その他の複数のターゲットの組み合わせとしては、ZnOのターゲットとSiOのターゲットの組み合わせ、ZnOおよびSiOを含み、ZnO比率の異なる複数のターゲットの組み合わせ、金属Znのターゲットと金属Siのターゲットの組み合わせ、金属ZnのターゲットとSiOのターゲットの組み合わせ、金属Znまたは金属Siを含むターゲットとZnOおよびSiOを含むターゲットの組み合わせなどが挙げられる。When using a plurality of targets, for example, the first thin film 130 can be obtained by simultaneously sputtering a metal Si target and a ZnO target. Other combinations of a plurality of targets include a combination of a ZnO target and a SiO 2 target, a combination of a plurality of targets containing ZnO and SiO 2 and having different ZnO ratios, a combination of a metal Zn target and a metal Si target, Examples thereof include a combination of a metal Zn target and a SiO 2 target, and a combination of a target containing metal Zn or metal Si and a target containing ZnO and SiO 2 .

複数のターゲットを同時に用いる場合、それぞれのターゲットに印加する電力を調節することで所望の組成を有する第1の薄膜130を得ることができる。 When a plurality of targets are used at the same time, the first thin film 130 having a desired composition can be obtained by adjusting the power applied to each target.

第1の薄膜130を成膜する際には、第1の薄膜130が非晶質または非晶質の状態が支配的である場合、基板110は、「積極的に」は加熱しないことが好ましい。基板110の温度が上昇すると、第1の薄膜130が非晶質になりにくい場合があるためである。 When forming the first thin film 130, it is preferable that the substrate 110 is not “actively” heated when the first thin film 130 is amorphous or is in an amorphous state. .. This is because the first thin film 130 may not be likely to be amorphous when the temperature of the substrate 110 rises.

ただし、イオン衝撃などによるスパッタ工程自身によって、基板110が「付随的に」加熱される場合がある。この場合、どの程度基板110の温度が上昇するかは、スパッタの条件に依存する。基板110の温度上昇を避けるため、基板110を「積極的に」冷却してもよい。基板110が70℃以下で、第1の薄膜130の成膜を行うことが好ましい。基板110の温度は、60℃以下であってもよく、50℃以下であってもよい。 However, the substrate 110 may be “incidentally” heated by the sputtering process itself such as ion bombardment. In this case, how much the temperature of the substrate 110 rises depends on the sputtering conditions. The substrate 110 may be “aggressively” cooled to avoid an increase in the temperature of the substrate 110. It is preferable to form the first thin film 130 at a temperature of the substrate 110 of 70° C. or lower. The temperature of the substrate 110 may be 60° C. or lower, or 50° C. or lower.

スパッタリングガスの圧力(スパッタ装置のチャンバ内の圧力)は0.05Pa〜10Paの範囲が好ましく、0.1Pa〜5Paがより好ましく、0.2Pa〜3Paがさらに好ましい。この範囲であれば、スパッタリングガスの圧力が低すぎることがないため、プラズマが安定になる。また、スパッタリングガスの圧力が高すぎることがないため、イオン衝撃が増えることによる基板110の温度上昇を抑制することができる。 The pressure of the sputtering gas (the pressure in the chamber of the sputtering apparatus) is preferably in the range of 0.05 Pa to 10 Pa, more preferably 0.1 Pa to 5 Pa, even more preferably 0.2 Pa to 3 Pa. Within this range, the pressure of the sputtering gas will not be too low, and the plasma will be stable. Further, since the pressure of the sputtering gas is not too high, the temperature rise of the substrate 110 due to the increased ion bombardment can be suppressed.

使用されるスパッタリングガスは、特に限られない。スパッタリングガスは、不活性ガスまたは希ガスであってもよい。酸素を含有してもよい。不活性ガスとしては、例えば、Nガスが挙げられる。また、希ガスとしては、He(ヘリウム)、Ne(ネオン)、Ar(アルゴン)、Kr(クリプトン)、およびXe(キセノン)が挙げられる。これらは、単独で使用しても、他のガスと併用してもよい。あるいは、スパッタリングガスは、NO(一酸化窒素)やCO(一酸化炭素)のような還元性ガスであってもよい。The sputtering gas used is not particularly limited. The sputtering gas may be an inert gas or a noble gas. It may contain oxygen. Examples of the inert gas include N 2 gas. Examples of the rare gas include He (helium), Ne (neon), Ar (argon), Kr (krypton), and Xe (xenon). These may be used alone or in combination with other gas. Alternatively, the sputtering gas may be a reducing gas such as NO (nitrogen monoxide) or CO (carbon monoxide).

以上の方法により、第1の電極120の上に、第1の薄膜130を形成することができる。 By the above method, the first thin film 130 can be formed on the first electrode 120.

(ステップS130)
次に、第1の薄膜130に、気体による圧力が印加される。
(Step S130)
Next, gas pressure is applied to the first thin film 130.

ここで、第1の薄膜130に印加される圧力の値は、例えば、10kPa〜1000kPaの範囲であり、例えば大気圧(約101kPa)であってもよい。第1の薄膜130に印加される圧力が10kPa以上であれば、有機ELの発光特性を向上し、太陽電池の発電効率が向上する。50kPa以上が好ましく、80kPa以上がより好ましい。第1の薄膜130に印加される圧力が1000kPa以下であれば、大規模な高圧力印加装置を用いることなく、有機ELの発光特性や太陽電池の発電効率を向上できる。500kPa以下が好ましく、200kPa以下がより好ましい。 Here, the value of the pressure applied to the first thin film 130 is, for example, in the range of 10 kPa to 1000 kPa, and may be atmospheric pressure (about 101 kPa), for example. When the pressure applied to the first thin film 130 is 10 kPa or more, the emission characteristics of the organic EL are improved and the power generation efficiency of the solar cell is improved. It is preferably 50 kPa or more, more preferably 80 kPa or more. If the pressure applied to the first thin film 130 is 1000 kPa or less, the light emitting characteristics of the organic EL and the power generation efficiency of the solar cell can be improved without using a large-scale high pressure applying device. It is preferably 500 kPa or less, more preferably 200 kPa or less.

また、気体は、空気、窒素、または酸素等であってもよい。 Further, the gas may be air, nitrogen, oxygen, or the like.

第1の薄膜130に気体による圧力を印加する方法は、特に限られない。例えば、前記ステップS120をチャンバ内で実施した後、チャンバを開放して基板110をチャンバから取り出すことにより、第1の薄膜130に圧力を印加してもよい。この場合、取り出された基板110は、例えば、室温の大気、窒素雰囲気、または酸素雰囲気に晒されてもよい。 The method of applying the pressure by the gas to the first thin film 130 is not particularly limited. For example, after performing step S120 in the chamber, the chamber may be opened and the substrate 110 may be removed from the chamber to apply pressure to the first thin film 130. In this case, the taken-out substrate 110 may be exposed to, for example, room temperature air, a nitrogen atmosphere, or an oxygen atmosphere.

また、圧力を印加する時に、基板の温度を上げてもよい。具体的には、50℃〜300℃が好ましく、100℃〜200℃がより好ましく、120℃〜180℃がさらに好ましい。 Further, the temperature of the substrate may be raised when the pressure is applied. Specifically, 50°C to 300°C is preferable, 100°C to 200°C is more preferable, and 120°C to 180°C is further preferable.

(ステップS140)
次に、第1の薄膜130の上に、第1の追加層140が設置される。
(Step S140)
Next, the first additional layer 140 is disposed on the first thin film 130.

第1の追加層140は、電子注入層、電子輸送層、およびホールブロック層の少なくとも一つの機能を有してもよい。 The first additional layer 140 may have at least one function of an electron injection layer, an electron transport layer, and a hole blocking layer.

なお、このステップS140は、必須の工程ではなく、不要な場合、省略されてもよい。すなわち、第1の追加層140は、任意に設置され得る層である。これは、前述のステップS120で形成された第1の薄膜130が電子注入層、電子輸送層、および/またはホールブロック層としても機能することができるためである。 Note that this step S140 is not an essential step and may be omitted if unnecessary. That is, the 1st additional layer 140 is a layer which can be installed arbitrarily. This is because the first thin film 130 formed in step S120 described above can also function as an electron injection layer, an electron transport layer, and/or a hole blocking layer.

ただし、第1の追加層140が、後述する「エレクトライド層」で構成される場合、第1の追加層140を配置することにより、より良好な特性を有する有機EL素子100を提供することが可能となる。 However, when the first additional layer 140 is composed of an “electride layer” described later, the organic EL element 100 having better characteristics can be provided by disposing the first additional layer 140. It will be possible.

第1の追加層140を電子輸送層として配置する場合、第1の追加層140は、電子輸送性を有する材料から選定される。電子輸送層の成膜方法としては、従来の一般的な成膜方法が利用できる。 When disposing the first additional layer 140 as an electron transport layer, the first additional layer 140 is selected from materials having an electron transport property. As a film forming method of the electron transport layer, a conventional general film forming method can be used.

また、第1の追加層140を電子注入層として配置する場合、第1の追加層140は、電子注入性を有する材料から選定される。 When the first additional layer 140 is arranged as an electron injection layer, the first additional layer 140 is selected from materials having an electron injection property.

第1の追加層140は、例えば、フッ化リチウム、炭酸セシウム、塩化ナトリウム、フッ化セシウム、酸化リチウム、酸化バリウム、炭酸バリウム、および8−キノリノラトリチウムからなる群から選ばれる一以上であってもよい。電子注入層の成膜方法としては、従来の一般的な成膜方法が利用できる。 The first additional layer 140 is, for example, one or more selected from the group consisting of lithium fluoride, cesium carbonate, sodium chloride, cesium fluoride, lithium oxide, barium oxide, barium carbonate, and 8-quinolinolatolithium. May be. As a film forming method of the electron injection layer, a conventional general film forming method can be used.

また、第1の追加層140をホールブロック層として配置する場合、第1の追加層140は、ホールブロック性を有する材料から選定される。 Moreover, when disposing the first additional layer 140 as a hole blocking layer, the first additional layer 140 is selected from materials having a hole blocking property.

第1の追加層140は、例えばHOMO準位の高い材料等であってもよい。あるいは、第1の追加層140は、無機酸化物、金属酸化物等であってもよい。第1の追加層140としては、例えば、IGZO(In−Ga−Zn−O)、ITO(In−Sn−O)、ISZO(In−Si−Zn−O)、IGO(In−Ga−O)、ITZO(In−Sn−Zn−O)、IZO(In−Zn−O)、およびIHZO(In−Hf−Zn−O)等が挙げられる。ホールブロック層の成膜方法としては、従来の一般的な成膜方法が利用できる。 The first additional layer 140 may be, for example, a material having a high HOMO level or the like. Alternatively, the first additional layer 140 may be an inorganic oxide, a metal oxide, or the like. As the first additional layer 140, for example, IGZO (In-Ga-Zn-O), ITO (In-Sn-O), ISZO (In-Si-Zn-O), IGO (In-Ga-O). , ITZO (In-Sn-Zn-O), IZO (In-Zn-O), and IHZO (In-Hf-Zn-O). As a film forming method for the hole blocking layer, a conventional general film forming method can be used.

ここで、特に、第1の追加層140は、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドで構成されることが好ましい。 Here, in particular, the first additional layer 140 is preferably composed of an electride of an amorphous oxide containing calcium atoms and aluminum atoms.

「カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライド」とは、カルシウム原子、アルミニウム原子および酸素原子から構成される非晶質を溶媒とし、電子を溶質とする溶媒和からなる非晶質固体物質を意味する。非晶質酸化物中の電子は、陰イオンとして働く。電子はバイポーラロンとして存在してもよい。バイポーラロンは、2つのケージが隣接し、さらにそれぞれのケージに、電子(溶質)が包接されて構成されている。ただし、非晶質酸化物のエレクトライドの状態は上記に限られず、ひとつのケージに2つの電子(溶質)が包接されてもよい。また、これらのケージが複数凝集した状態でもよく、凝集したケージは微結晶とみなすこともできるため、非晶質中に微結晶が含まれた状態も本発明において非晶質とみなす。「非晶質酸化物のエレクトライド」の薄膜におけるアルミニウム原子とカルシウム原子のモル比(Ca/Al)は、0.3〜5.0の範囲が好ましく、0.55〜1.00の範囲がより好ましく、0.8〜0.9の範囲がさらに好ましく、0.84〜0.86の範囲が特に好ましい。 "Electride of amorphous oxide containing calcium atom and aluminum atom" means an amorphous solvent composed of an amorphous solvent composed of calcium atom, aluminum atom and oxygen atom and a solute of electrons. Means a solid substance. The electrons in the amorphous oxide act as anions. The electron may exist as a bipolaron. Bipolaron has two cages adjacent to each other, and electrons (solute) are included in each cage. However, the state of the electride of the amorphous oxide is not limited to the above, and two electrons (solute) may be included in one cage. Further, a plurality of these cages may be aggregated, and the aggregated cages can be regarded as microcrystals. Therefore, a state in which microcrystals are contained in amorphous is also regarded as amorphous in the present invention. The molar ratio (Ca/Al) of aluminum atoms to calcium atoms in the thin film of "amorphous oxide electride" is preferably in the range of 0.3 to 5.0, and in the range of 0.55 to 1.00. The range of 0.8 to 0.9 is more preferable, and the range of 0.84 to 0.86 is particularly preferable.

「非晶質酸化物のエレクトライド」の組成は、12CaO・7Alであることが好ましいが、これに限られず、例えば、下記の(1)〜(4)の化合物が例示される。
(1)Ca原子の一部乃至全部が、Sr、Mg、および/またはBaなどの金属原子に置換された同型化合物。例えば、Ca原子の一部乃至全部がSrに置換された化合物としては、ストロンチウムアルミネートSr12Al1433があり、CaとSrの混合比が任意に変化された混晶として、カルシウムストロンチウムアルミネートCa12−xSrAl1433(xは1〜11の整数;平均値の場合は0超12未満の数)などがある。
(2)Al原子の一部乃至全部が、Si、Ge、Ga、In、およびBからなる群から選択される一種以上の原子に置換された同型化合物。例えば、Ca12Al10Si35などが挙げられる。
(3)12CaO・7Al(上記(1)、(2)の化合物を含む)中の金属原子および/または非金属原子(ただし、酸素原子を除く)の一部が、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、およびCuからなる群から選択される一種以上の遷移金属原子もしくは典型金属原子、Li、Na、およびKからなる群から選択される一種以上のアルカリ金属原子、またはCe、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、およびYbからなる群から選択される一種以上の希土類原子と置換された同型化合物。
(4)ケージに包接されているフリー酸素イオンの一部乃至全部が、他の陰イオンに置換された化合物。他の陰イオンとしては、例えば、H、H 、H2−、O、O 、OH、F、Cl、およびS2−などの陰イオンや、窒素(N)の陰イオンなどがある。
(5)ケージの骨格の酸素の一部が、窒素(N)などで置換された化合物。
The composition of the “amorphous oxide electride” is preferably 12CaO·7Al 2 O 3 , but not limited to this, and examples thereof include the following compounds (1) to (4).
(1) A homomorphic compound in which some or all of the Ca atoms are replaced with metal atoms such as Sr, Mg, and/or Ba. For example, as a compound in which some or all of the Ca atoms are replaced with Sr, there is strontium aluminate Sr 12 Al 14 O 33. Cation Ca 12-x Sr X Al 14 O 33 (x is an integer of 1 to 11; in the case of an average value, a number greater than 0 and less than 12) and the like.
(2) A homomorphic compound in which some or all of Al atoms are replaced with one or more atoms selected from the group consisting of Si, Ge, Ga, In, and B. For example, like Ca 12 Al 10 Si 4 O 35 .
(3) Some of the metal atoms and/or non-metal atoms (excluding oxygen atoms) in 12CaO.7Al 2 O 3 (including the compounds of the above (1) and (2)) are Ti, V, One or more transition metal atoms or typical metal atoms selected from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu, and one or more alkali metal atoms selected from the group consisting of Li, Na, and K, Or a homomorphic compound substituted with one or more rare earth atoms selected from the group consisting of Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb.
(4) A compound in which some or all of the free oxygen ions included in the cage are replaced with other anions. Examples of the other anion include anions such as H , H 2 , H 2 , O , O 2 , OH , F , Cl , and S 2 , and nitrogen (N). There are anions, etc.
(5) A compound in which part of oxygen in the cage skeleton is replaced with nitrogen (N) or the like.

以下、そのような非晶質酸化物のエレクトライドで構成される第1の追加層140を、特に「エレクトライド層」と称する。 Hereinafter, the first additional layer 140 composed of such an electride of an amorphous oxide is particularly referred to as an "electride layer".

エレクトライド層は、電子輸送層、電子注入層および/またはホールブロック層として利用することができる。 The electride layer can be used as an electron transport layer, an electron injection layer and/or a hole blocking layer.

エレクトライド層の成膜方法は、特に限られない。エレクトライド層は、例えば、蒸着法で成膜されてもよい。エレクトライド層は、例えば、10−3Pa〜10−7Paの真空中で原料を加熱し、蒸着してもよい。また、エレクトライド層は、スパッタリング法等により、成膜してもよい。The method for forming the electride layer is not particularly limited. The electride layer may be formed by, for example, a vapor deposition method. The electride layer may be deposited by heating the raw material in a vacuum of 10 −3 Pa to 10 −7 Pa, for example. Further, the electride layer may be formed by a sputtering method or the like.

エレクトライド層は、導電性が高く、有意に高いイオン化ポテンシャルを有するとともに、仕事関数が低いという特徴を有する。このため、エレクトライド層を設けることにより、より良好な特性を有する有機EL素子100を製造することが可能となる。 The electride layer has high conductivity, a significantly high ionization potential, and a low work function. Therefore, by providing the electride layer, it becomes possible to manufacture the organic EL element 100 having better characteristics.

なお、このステップS140では、電子注入層、電子輸送層、およびホールブロック層のうちの2以上の層が配置されてもよい。例えば、第1の追加層140がホールブロック層である場合、図2において、第1の追加層140と第1の薄膜130の間に、さらに、電子輸送層および/または電子注入層が配置されてもよい。あるいは、第1の追加層140が電子注入層である場合、図2において、第1の追加層140の上部に、さらに、電子輸送層および/またはホールブロック層が配置されてもよい。あるいは、第1の追加層140が電子輸送層である場合、図2において、第1の薄膜130と第1の追加層140の間に、さらに電子注入層が配置され、および/または第1の追加層140の上部に、さらにホールブロック層が配置されてもよい。 In this step S140, two or more layers of the electron injection layer, the electron transport layer, and the hole blocking layer may be arranged. For example, when the first additional layer 140 is a hole blocking layer, an electron transport layer and/or an electron injection layer is further disposed between the first additional layer 140 and the first thin film 130 in FIG. May be. Alternatively, when the first additional layer 140 is an electron injection layer, an electron transport layer and/or a hole blocking layer may be further arranged on the first additional layer 140 in FIG. Alternatively, when the first additional layer 140 is an electron transport layer, an electron injection layer is further disposed between the first thin film 130 and the first additional layer 140 in FIG. A hole blocking layer may be further disposed on the additional layer 140.

(ステップS150)
次に、第1の追加層140の上部に、有機発光層150が配置される。
(Step S150)
Then, the organic light emitting layer 150 is disposed on the first additional layer 140.

有機発光層150は、有機EL素子用の発光材料として知られる材料で構成される。 The organic light emitting layer 150 is made of a material known as a light emitting material for an organic EL element.

有機発光層150は、例えば、エピドリジン、2,5−ビス[5,7−ジ−t−ペンチル−2−ベンゾオキサゾリル]チオフェン、2,2’−(1,4−フェニレンジビニレン)ビスベンゾチアゾール、2,2’−(4,4’−ビフェニレン)ビスベンゾチアゾール、5−メチル−2−{2−[4−(5−メチル−2−ベンゾオキサゾリル)フェニル]ビニル}ベンゾオキサゾール、2,5−ビス(5−メチル−2−ベンゾオキサゾリル)チオフェン、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ペリノン、1,4−ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン、2−(4−ビフェニル)−6−フェニルベンゾオキサゾール、アルミニウムトリスオキシン、マグネシウムビスオキシン、ビス(ベンゾ−8−キノリノール)亜鉛、ビス(2−メチル−8−キノリノラールト)アルミニウムオキサイド、インジウムトリスオキシン、アルミニウムトリス(5−メチルオキシン)、リチウムオキシン、ガリウムトリスオキシン、カルシウムビス(5−クロロオキシン)、ポリ亜鉛−ビス(8−ヒドロキシ−5−キノリノリル)メタン、ジリチウムエピンドリジオン、亜鉛ビスオキシン、1,2−フタロペリノン、1,2−ナフタロペリノン等であってもよい。 The organic light emitting layer 150 includes, for example, epidridine, 2,5-bis[5,7-di-t-pentyl-2-benzoxazolyl]thiophene, 2,2′-(1,4-phenylenedivinylene)bis. Benzothiazole, 2,2'-(4,4'-biphenylene)bisbenzothiazole, 5-methyl-2-{2-[4-(5-methyl-2-benzoxazolyl)phenyl]vinyl}benzoxazole , 2,5-bis(5-methyl-2-benzoxazolyl)thiophene, anthracene, naphthalene, phenanthrene, pyrene, chrysene, perylene, perinone, 1,4-diphenylbutadiene, tetraphenylbutadiene, coumarin, acridine, stilbene , 2-(4-biphenyl)-6-phenylbenzoxazole, aluminum trisoxine, magnesium bisoxine, bis(benzo-8-quinolinol) zinc, bis(2-methyl-8-quinolinolato) aluminum oxide, indium trisoxine, Aluminum tris(5-methyloxine), lithium oxine, gallium trisoxine, calcium bis(5-chlorooxine), polyzinc-bis(8-hydroxy-5-quinolinolyl)methane, dilithium epindridione, zinc bisoxine, It may be 1,2-phthaloperinone, 1,2-naphthaloperinone or the like.

有機発光層150は、蒸着法または転写法などの乾式プロセスで成膜してもよい。あるいは、有機発光層150は、スピンコート法、スプレーコート法、グラビア印刷法などの湿式プロセスで成膜してもよい。 The organic light emitting layer 150 may be formed by a dry process such as a vapor deposition method or a transfer method. Alternatively, the organic light emitting layer 150 may be formed by a wet process such as a spin coating method, a spray coating method, or a gravure printing method.

典型的には、有機発光層150の厚さは、1nm〜100nmの範囲である。また、有機発光層150は、ホール輸送層と兼用されてもよい。 Typically, the organic light emitting layer 150 has a thickness in the range of 1 nm to 100 nm. The organic light emitting layer 150 may also be used as the hole transport layer.

(ステップS160)
次に、有機発光層150の上部に、第2の追加層160が配置される。なお、このステップS160は、必須の工程ではなく、不要な場合、省略されてもよい。
(Step S160)
Next, the second additional layer 160 is disposed on the organic light emitting layer 150. Note that this step S160 is not an essential step and may be omitted if unnecessary.

第2の追加層160は、ホール注入層、ホール輸送層、および電子ブロック層の少なくとも一つの機能を有する。 The second additional layer 160 has at least one function of a hole injection layer, a hole transport layer, and an electron block layer.

第2の追加層160がホール注入層として形成される場合、第2の追加層160は、ホール注入性を有する材料から選定される。 When the second additional layer 160 is formed as a hole injecting layer, the second additional layer 160 is selected from materials having a hole injecting property.

第2の追加層160は、例えば、CuPcおよびスターバーストアミン等であってもよい。あるいは、ホール注入層は、金属酸化物、例えば、モリブデン、タングステン、レニウム、バナジウム、インジウム、スズ、亜鉛、ガリウム、チタンおよびアルミニウムから群から選定される一以上の金属を含む酸化物材料であってもよい。 The second additional layer 160 may be, for example, CuPc and starburst amine. Alternatively, the hole injection layer is a metal oxide, for example, an oxide material containing one or more metals selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, rhenium, vanadium, indium, tin, zinc, gallium, titanium and aluminum. Good.

ホール注入層の成膜方法は、特に限られない。ホール注入層は、蒸着法または転写法などの乾式プロセスで成膜してもよい。あるいは、ホール注入層は、スピンコート法、スプレーコート法、グラビア印刷法などの湿式プロセスで成膜してもよい。 The method for forming the hole injection layer is not particularly limited. The hole injection layer may be formed by a dry process such as a vapor deposition method or a transfer method. Alternatively, the hole injection layer may be formed by a wet process such as a spin coating method, a spray coating method, or a gravure printing method.

典型的には、ホール注入層の厚さは、1nm〜50nmの範囲である。 Typically, the hole injection layer thickness is in the range of 1 nm to 50 nm.

また、第2の追加層160がホール輸送層として形成される場合、第2の追加層160は、ホール輸送性を有する材料から選定される。ホール輸送層の成膜方法としては、従来の一般的な成膜方法が利用できる。 In addition, when the second additional layer 160 is formed as a hole transport layer, the second additional layer 160 is selected from materials having a hole transport property. As a film forming method of the hole transport layer, a conventional general film forming method can be used.

ホール輸送層は、例えば、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物およびフルオレン誘導体を含むアミン化合物などであってもよい。具体的には、ホール輸送層は、4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TPD)、2−TNATA、4,4’,4”−トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)、4,4’−N,N’−ジカルバゾールビフェニル(CBP)、スピロ−NPD、スピロ−TPD、スピロ−TAD、TNBなどであってもよい。 The hole transport layer may be, for example, an arylamine compound, an amine compound containing a carbazole group, an amine compound containing a fluorene derivative, or the like. Specifically, the hole transport layer includes 4,4′-bis[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl (α-NPD), N,N′-bis(3-methylphenyl)-( 1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine (TPD), 2-TNATA, 4,4′,4″-tris(N-(3-methylphenyl)N-phenylamino)triphenylamine (MTDATA ), 4,4′-N,N′-dicarbazole biphenyl (CBP), spiro-NPD, spiro-TPD, spiro-TAD, TNB and the like.

ホール輸送層は、従来の一般的な成膜プロセスを用いて成膜することができる。 The hole transport layer can be formed using a conventional general film forming process.

典型的には、ホール輸送層の厚さは、1nm〜100nmの範囲である。 Typically, the hole transport layer thickness is in the range of 1 nm to 100 nm.

また、第2の追加層160が電子ブロック層として形成される場合、第2の追加層160は、電子ブロック性を有する材料から選定される。 When the second additional layer 160 is formed as an electron blocking layer, the second additional layer 160 is selected from materials having an electron blocking property.

電子ブロック層は、例えばLUMO準位の低い材料であってもよい。電子ブロック層は、例えば、トリス(フェニルピラゾール)イリジウム(Tris(phenylpyrazole)iridium:Ir(ppz)3))等であってもよい。 The electron block layer may be a material having a low LUMO level, for example. The electron block layer may be, for example, tris(phenylpyrazole)iridium (Tris(phenylpyrazole)iridium:Ir(ppz)3)) or the like.

なお、このステップS160では、ホール注入層、ホール輸送層、および電子ブロック層のうちの2以上の層が配置されてもよい。例えば、第2の追加層160が電子ブロック層である場合、図2において、第2の追加層160の上部に、さらに、ホール輸送層および/またはホール注入層が配置されてもよい。 In this step S160, two or more layers of the hole injection layer, the hole transport layer, and the electron block layer may be arranged. For example, when the second additional layer 160 is an electron blocking layer, a hole transport layer and/or a hole injection layer may be further disposed on the second additional layer 160 in FIG.

あるいは、第2の追加層160がホール注入層である場合、図2において、有機発光層150と第2の追加層160の間に、さらに、ホール輸送層および/または電子ブロック層が配置されてもよい。あるいは、第2の追加層160がホール輸送層である場合、図2において、第2の追加層160と有機発光層150の間に、さらに、電子ブロック層が配置され、および/または第2の追加層160の上部に、さらに、ホール注入層が配置されてもよい。 Alternatively, when the second additional layer 160 is a hole injection layer, in FIG. 2, a hole transport layer and/or an electron blocking layer is further disposed between the organic light emitting layer 150 and the second additional layer 160. Good. Alternatively, when the second additional layer 160 is a hole transport layer, in FIG. 2, an electron blocking layer is further disposed between the second additional layer 160 and the organic light emitting layer 150, and/or a second electron blocking layer is provided. A hole injection layer may be further disposed on the additional layer 160.

(ステップS170)
次に、第2の追加層160の上に、第2の電極170が配置される。
(Step S170)
Next, the second electrode 170 is disposed on the second additional layer 160.

第2の電極170としては、通常、金属または金属酸化物が使用される。使用材料は、仕事関数が4eV以上であるものが好ましい。有機EL素子100の光取り出し面を第2の電極170側とする場合、第2の電極170は、透明である必要がある。 A metal or metal oxide is usually used for the second electrode 170. The material used preferably has a work function of 4 eV or more. When the light extraction surface of the organic EL element 100 is on the second electrode 170 side, the second electrode 170 needs to be transparent.

第2の電極170は、例えば、アルミニウム、銀、錫、金、炭素、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、タングステン、バナジウム、または、前述の金属の合金のような金属材料であってもよい。あるいは、第2の電極170は、例えば、ITO、アンチモン酸化物(Sb)、ジルコニウム酸化物(ZrO)、スズ酸化物(SnO)、亜鉛酸化物(ZnO)、IZO(Indium Zinc Oxide)、AZO(ZnO−Al:アルミニウムがドーピングされた亜鉛酸化物)、GZO(ZnO−Ga:ガリウムがドーピングされた亜鉛酸化物)、NbドープTiO、TaドープTiOおよびIWZO(In−WO−ZnO:三酸化タングステンおよび酸化亜鉛がドーピングされたインジウム酸化物)等の金属酸化物であってもよい。The second electrode 170 may be a metallic material such as, for example, aluminum, silver, tin, gold, carbon, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, tungsten, vanadium, or an alloy of the aforementioned metals. .. Alternatively, the second electrode 170 includes, for example, ITO, antimony oxide (Sb 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), IZO (Indium Zinc). oxide), AZO (ZnO-Al 2 O 3: aluminum zinc oxide doped), GZO (ZnO-Ga 2 O 3: gallium zinc oxide doped), Nb-doped TiO 2, Ta-doped TiO 2 And a metal oxide such as IWZO (In 2 O 3 —WO 3 —ZnO: indium oxide doped with tungsten trioxide and zinc oxide).

第2の電極170の成膜方法は、特に限られない。第2の電極170は、蒸着法、スパッタリング法、塗布法等の公知の成膜技術により、形成してもよい。 The method of forming the second electrode 170 is not particularly limited. The second electrode 170 may be formed by a known film forming technique such as a vapor deposition method, a sputtering method, or a coating method.

典型的には、第2の電極170の厚さは、50nm〜150nmの範囲である。透明電極として金属材料を使用する場合の第2の電極170の厚さは、2nm〜50nmの範囲であることが好ましい。 Typically, the second electrode 170 has a thickness in the range of 50 nm to 150 nm. When a metal material is used as the transparent electrode, the thickness of the second electrode 170 is preferably in the range of 2 nm to 50 nm.

以上の工程により、図2に示したような有機EL素子100を製造することができる。 Through the above steps, the organic EL device 100 as shown in FIG. 2 can be manufactured.

前述のように、第1の製造方法で製造された有機EL素子100は、従来の有機EL素子に比べて、良好な特性を発揮することができる。 As described above, the organic EL element 100 manufactured by the first manufacturing method can exhibit better characteristics than the conventional organic EL element.

なお、第1の製造方法ではステップS140の後にステップS130を行ってもよい。すなわち、第1の薄膜130の上に第1の追加層140を設置した後に、気体による圧力が印加されてもよい。このようにすれば、第1の薄膜130と第1の追加層140を連続して成膜できるため、生産性が向上する。 In the first manufacturing method, step S130 may be performed after step S140. That is, the pressure of the gas may be applied after the first additional layer 140 is placed on the first thin film 130. In this way, the first thin film 130 and the first additional layer 140 can be continuously formed, so that the productivity is improved.

以上の記載では、第1の製造方法により有機EL素子100が製造される場合を例に、その特徴について説明した。ただし、これは単なる一例であって、第1の製造方法により、無機EL素子が製造されてもよい。この場合、前述のステップS150において、有機発光層150の代わりに、無機発光層が利用される。また、第1の薄膜130を除く各層の構成として、無機EL素子に適した材料が使用される。無機発光層としては、CdSまたはCdSeの量子ドットが分散されていることが好ましい。 In the above description, the characteristics of the organic EL element 100 are described by taking the case where the organic EL element 100 is manufactured by the first manufacturing method as an example. However, this is merely an example, and the inorganic EL element may be manufactured by the first manufacturing method. In this case, in step S150 described above, the inorganic light emitting layer is used instead of the organic light emitting layer 150. A material suitable for the inorganic EL element is used for the structure of each layer except the first thin film 130. As the inorganic light emitting layer, it is preferable that quantum dots of CdS or CdSe are dispersed.

(本発明の一実施形態による太陽電池子の製造方法)
次に、図3および図4を参照して、本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法(以下、「第2の製造方法」という)について、説明する。なお、ここでは、太陽電池として、有機太陽電池を製造する場合を例に、以下説明する。
(Method for manufacturing solar cell according to one embodiment of the present invention)
Next, with reference to FIGS. 3 and 4, a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “second manufacturing method”) will be described. In addition, here, the case where an organic solar cell is manufactured as a solar cell will be described as an example.

図3には、第2の製造方法のフローの一例を概略的に示す。また、図4には、第2の製造方法によって製造される太陽電池の断面を概略的に示す。 FIG. 3 schematically shows an example of the flow of the second manufacturing method. Further, FIG. 4 schematically shows a cross section of a solar cell manufactured by the second manufacturing method.

図3に示すように、第2の製造方法は、
(a)基板に第1の電極を配置するステップ(ステップS210)と、
(b)第1の電極の上部に、亜鉛(Zn)および酸素(O)を含み、さらに、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも1つを含む金属酸化物で構成される第1の薄膜を配置するステップ(ステップS220)と、
(c)第1の電極および前記第1の薄膜を有する基板に、気体により圧力を印加するステップ(ステップS230)と、
(d)第1の薄膜の上部に、第1の追加層を配置するステップ(ステップS240)と、
(e)第1の追加層の上部に、有機光電変換層を配置するステップ(ステップS250)と、
(f)有機光電変換層の上部に、第2の追加層を配置するステップ(ステップS260)と、
(g)第2の追加層の上部に、第2の電極を配置するステップ(ステップS270)と、
をこの順番に有する。
As shown in FIG. 3, the second manufacturing method is
(A) disposing the first electrode on the substrate (step S210),
(B) A metal oxide containing zinc (Zn) and oxygen (O) on the first electrode and further containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn). Disposing the thin film of No. 1 (step S220),
(C) applying pressure to the substrate having the first electrode and the first thin film with a gas (step S230),
(D) disposing a first additional layer on the top of the first thin film (step S240),
(E) placing an organic photoelectric conversion layer on top of the first additional layer (step S250),
(F) disposing a second additional layer on the organic photoelectric conversion layer (step S260),
(G) disposing a second electrode on the second additional layer (step S270),
In this order.

図4に示すように、この第2の製造方法では、例えば、基板210上に、第1の電極(陰極)220、第1の薄膜230、第1の追加層240、有機光電変換層250、第2の追加層260、および第2の電極(陽極)270をこの順に備える有機太陽電池200が製造される。 As shown in FIG. 4, in the second manufacturing method, for example, on the substrate 210, the first electrode (cathode) 220, the first thin film 230, the first additional layer 240, the organic photoelectric conversion layer 250, The organic solar cell 200 including the second additional layer 260 and the second electrode (anode) 270 in this order is manufactured.

ここで、図3と図1の比較から、第2の製造方法は、第1の製造方法とほぼ同様の構成を有することは明らかである。また、図4と図2の比較から、第2の製造方法により製造される有機太陽電池200は、第1の製造方法により製造される有機EL素子100とほぼ同様の構成を有することは明らかである。 Here, from the comparison between FIG. 3 and FIG. 1, it is clear that the second manufacturing method has substantially the same configuration as the first manufacturing method. Further, from the comparison between FIG. 4 and FIG. 2, it is clear that the organic solar cell 200 manufactured by the second manufacturing method has substantially the same configuration as the organic EL element 100 manufactured by the first manufacturing method. is there.

より具体的には、第2の製造方法では、ステップS250において、有機発光層150(図2参照)の代わりに、有機光電変換層250(図4参照)が設置される点が異なっている。 More specifically, the second manufacturing method is different in that the organic photoelectric conversion layer 250 (see FIG. 4) is provided in place of the organic light emitting layer 150 (see FIG. 2) in step S250.

有機光電変換層250としては、従来から使用されているものが使用できる。また、有機光電変換層250の形成方法として、従来から使用されているものが使用できる。 As the organic photoelectric conversion layer 250, a conventionally used one can be used. Further, as a method for forming the organic photoelectric conversion layer 250, a conventionally used method can be used.

従って、当業者は、前述の第1の製造方法に関する記載から、第2の製造方法の各ステップを容易に理解することができる。このため、第2の製造方法については、詳しい説明を省略する。 Therefore, a person skilled in the art can easily understand each step of the second manufacturing method from the above description of the first manufacturing method. Therefore, detailed description of the second manufacturing method is omitted.

第2の製造方法においても、従来に比べて良好な特性を有する有機太陽電池を製造することができる。 Also in the second manufacturing method, it is possible to manufacture an organic solar cell having better characteristics than ever before.

さらに、第2の製造方法により、無機太陽電池が製造されてもよい。この場合、前述のステップS250において、有機光電変換層250の代わりに、無機光電変換層が利用される。また、第1の薄膜230を除く各層の構成として、無機太陽電池に適した材料が使用されればよい。 Furthermore, an inorganic solar cell may be manufactured by the second manufacturing method. In this case, in step S250 described above, the inorganic photoelectric conversion layer is used instead of the organic photoelectric conversion layer 250. Further, as the structure of each layer except the first thin film 230, a material suitable for an inorganic solar cell may be used.

以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.

(例1)
以下の方法により有機EL素子を製造した。
(Example 1)
An organic EL device was manufactured by the following method.

有機EL素子の製造にはスパッタリング装置を用いた。スパッタリング装置にはチャンバが接続され、10kPa以下の圧力下のチャンバ内でのメタルマスクの交換が可能である。 A sputtering device was used for manufacturing the organic EL element. A chamber is connected to the sputtering apparatus, and the metal mask can be replaced within the chamber under a pressure of 10 kPa or less.

(基板準備〜第1の薄膜の形成)
まず、基板上に陰極を形成した。基板には、縦30mm×横30mm×厚さ0.7mmの無アルカリガラス基板を用いた。
(Preparation of substrate to formation of first thin film)
First, the cathode was formed on the substrate. As the substrate, a non-alkali glass substrate having a length of 30 mm, a width of 30 mm and a thickness of 0.7 mm was used.

陰極は、以下の手順で、スパッタリング法により成膜した。 The cathode was formed by a sputtering method according to the following procedure.

洗浄したガラス基板とメタルマスクを、スパッタリング装置のチャンバ内に配置した。また、陰極成膜用のターゲットをチャンバ内に設置した。ターゲットとしては、直径2インチの円形のAlターゲットを用いた。スパッタカソードに電力100Wを印加し、ガラス基板上にAl膜を成膜した。 The cleaned glass substrate and metal mask were placed in the chamber of the sputtering apparatus. Further, a target for cathode film formation was set in the chamber. A circular Al target with a diameter of 2 inches was used as the target. Power of 100 W was applied to the sputter cathode to form an Al film on the glass substrate.

メタルマスクにより、Al膜は、厚さ80nm、幅1mm、長さ18mmのパターン状に成膜された。成膜時のスパッタガスはArとし、スパッタガスの圧力は0.4Paとした。 The Al film was formed into a pattern with a thickness of 80 nm, a width of 1 mm, and a length of 18 mm by using a metal mask. The sputtering gas during film formation was Ar, and the pressure of the sputtering gas was 0.4 Pa.

次に、基板をチャンバに入れた状態のまま、スパッタリング法により、陰極上に第1の薄膜を成膜した。第1の薄膜は、ZnとSiを含む金属酸化物の膜とした。 Next, with the substrate kept in the chamber, a first thin film was formed on the cathode by a sputtering method. The first thin film was a metal oxide film containing Zn and Si.

ターゲットには、モル比でZn:Si=80:20の組成のものを使用した。成膜時のターゲットとガラス基板の間の距離は、100mmとした。成膜時のスパッタガスは、ArとOの混合ガスとし、スパッタガスの圧力は、0.4Paとした。なお、Arの流量は39.9sccmとし、Oの流量は0.1sccmとした。RFプラズマパワーは、100Wであった。A target having a composition of Zn:Si=80:20 in molar ratio was used. The distance between the target and the glass substrate during film formation was 100 mm. The sputtering gas during film formation was a mixed gas of Ar and O 2 , and the pressure of the sputtering gas was 0.4 Pa. The flow rate of Ar was 39.9 sccm and the flow rate of O 2 was 0.1 sccm. RF plasma power was 100W.

これにより、第1の薄膜として、Zn、SiおよびOを含む金属酸化物の膜が形成された。膜厚は40nmであった。 As a result, a metal oxide film containing Zn, Si and O was formed as the first thin film. The film thickness was 40 nm.

(第1の薄膜の大気暴露〜パターニング)
その後、基板をスパッタリング装置から取り出し、第1の層を室温の大気圧に暴露した。また、以下の方法により、第1の薄膜のパターン化処理を実施した。
(First thin film exposed to air-patterning)
After that, the substrate was taken out of the sputtering apparatus, and the first layer was exposed to room temperature and atmospheric pressure. Moreover, the patterning process of the 1st thin film was implemented by the following method.

まず、スピンコータを用いて、第1の薄膜の上にフォトレジスト(S9912G)を塗布した。具体的には、最初に500rpmで5秒間、フォトレジストを塗布した後、さらに4000rpmで20秒間、フォトレジストを塗布した。 First, a photoresist (S9912G) was applied on the first thin film using a spin coater. Specifically, the photoresist was first applied at 500 rpm for 5 seconds, and then the photoresist was further applied at 4000 rpm for 20 seconds.

次に、基板を100℃のホットプレート上で1分間加熱し、フォトレジストを第1の薄膜に密着させた。次に、露光機を用いて、所望のパターンが得られるように、フォトレジストを露光した。その後、現像液(CD26:シプレー社)を用いて、フォトレジストを40秒間現像し、不要なフォトレジスト部分を除去した。 Next, the substrate was heated on a hot plate at 100° C. for 1 minute to bring the photoresist into close contact with the first thin film. Next, the photoresist was exposed using an exposure machine so that a desired pattern was obtained. After that, the photoresist was developed for 40 seconds using a developing solution (CD26: Shipley Co., Ltd.) to remove unnecessary photoresist portions.

その後、再度100℃のホットプレート上で基板を1分間加熱し、フォトレジストを第1の薄膜に再密着させた。 Then, the substrate was heated again on a hot plate at 100° C. for 1 minute to re-adhere the photoresist to the first thin film.

次に、基板を0.01mol/リットルのエチレンジアミン4酢酸2水素ナトリウム水溶液(関東化学製)中に2.5分間浸漬し、露出している第1の薄膜をエッチングした。その後、基板を純水で洗浄し、エアブローにより基板を乾燥させた。 Next, the substrate was immersed for 2.5 minutes in a 0.01 mol/liter aqueous solution of ethylenediaminetetraacetic acid sodium dihydrogen (manufactured by Kanto Kagaku) to etch the exposed first thin film. Then, the substrate was washed with pure water and dried by air blow.

次に、基板を、70℃に加熱したレジスト剥離液104(東京応化製)に3分間浸漬させ、さらに25℃のレジスト剥離液104に1分間浸漬させ、レジストを除去した。その後、基板をイソプロピルアルコール中に1分間浸漬し、基板を乾燥させた。 Next, the substrate was dipped in a resist stripping solution 104 (manufactured by Tokyo Ohka) heated to 70° C. for 3 minutes, and further dipped in the resist stripping solution 104 at 25° C. for 1 minute to remove the resist. After that, the substrate was immersed in isopropyl alcohol for 1 minute to dry the substrate.

これにより、Al膜上に、幅1mm×長さ15mmのパターン化された第1の薄膜が形成された。 As a result, a patterned first thin film having a width of 1 mm and a length of 15 mm was formed on the Al film.

(第1の追加層の形成〜陽極の形成)
次に、前述のスパッタリング装置のチャンバ内に基板を再度配置し、第1の薄膜の上に、第1の追加層を成膜した。
(Formation of first additional layer to formation of anode)
Next, the substrate was placed again in the chamber of the above-described sputtering apparatus, and the first additional layer was formed on the first thin film.

第1の追加層は、CaとAlを含む非晶質酸化物のエレクトライド層とし、スパッタリング法により成膜した。ターゲットには、結晶質C12A7エレクトライドを使用した。成膜条件は、RFパワー100Wで、 成膜ガスとしてArを用いて、全圧を0.1Paとした。エレクトライド層において、Ca原子とAl原子のモル比は、12:14である。膜厚は5nmであった。 The first additional layer was an amorphous oxide electride layer containing Ca and Al, and was formed by a sputtering method. A crystalline C12A7 electride was used as a target. The film forming conditions were RF power of 100 W, Ar was used as a film forming gas, and the total pressure was 0.1 Pa. In the electride layer, the molar ratio of Ca atoms to Al atoms is 12:14. The film thickness was 5 nm.

次に、第1の追加層の上に、Ir(ppy)(トリス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III))とCBP(4,4’−ジ(9H−カルバゾール−9−イル)−1,1’−ビフェニル)を共蒸着し、有機発光層を成膜した。層中のIr(ppy)は、6重量%とした。有機発光層の膜厚は、15nmであった。Then, on top of the first additional layer, Ir(ppy) 3 (tris(2-phenylpyridinato)iridium(III)) and CBP(4,4′-di(9H-carbazol-9-yl)). -1,1'-biphenyl) was co-evaporated to form an organic light emitting layer. Ir(ppy) 3 in the layer was 6% by weight. The film thickness of the organic light emitting layer was 15 nm.

次に、蒸着法により、50nmのホール輸送層(CBP)を成膜し、さらに5nmのホール注入層(酸化モリブデン)を成膜した。これらはメタルマスクを用いてパターン化されており、パターンの大きさは、1mm×15mmであった。 Next, a 50 nm hole transport layer (CBP) was formed by a vapor deposition method, and a 5 nm hole injection layer (molybdenum oxide) was further formed. These were patterned using a metal mask, and the size of the pattern was 1 mm×15 mm.

さらに、陽極として、蒸着法により、20nmのAu層を成膜した。Au層は、幅1mm、長さ20mmのパターンとして形成した。 Further, a 20 nm Au layer was formed as an anode by a vapor deposition method. The Au layer was formed as a pattern having a width of 1 mm and a length of 20 mm.

これにより、1mm□の発光領域を有する有機EL素子(以下、「サンプル1」と称する)が製造された。 As a result, an organic EL element having a light emitting region of 1 mm□ (hereinafter referred to as “sample 1”) was manufactured.

(例2)
例1と同様の方法により、有機EL素子を製造した。
(Example 2)
An organic EL device was manufactured by the same method as in Example 1.

ただし、この例2では、第1の薄膜の大気暴露およびパターニングの後に、基板を前述のスパッタリング装置のチャンバ内に配置し、プラズマ処理を実施した。 However, in this example 2, after the first thin film was exposed to the atmosphere and patterned, the substrate was placed in the chamber of the above-described sputtering apparatus and plasma treatment was performed.

プラズマには、Arプラズマを使用した。Ar流量は20sccmとし、圧力は0.6Paとした。プラズマカソードと基板の間の距離は100mmとした。RFプラズマパワーは50Wであった。 Ar plasma was used as plasma. The Ar flow rate was 20 sccm, and the pressure was 0.6 Pa. The distance between the plasma cathode and the substrate was 100 mm. RF plasma power was 50W.

その後、例1と同様の方法で、第1の追加層の形成以降の工程を実施した。 Then, in the same manner as in Example 1, the steps subsequent to the formation of the first additional layer were performed.

これにより、有機EL素子(以下、「サンプル2」と称する)が製造された。 As a result, an organic EL element (hereinafter referred to as “Sample 2”) was manufactured.

(例3)
例1と同様の方法により有機EL素子を製造した。
(Example 3)
An organic EL device was manufactured by the same method as in Example 1.

ただし、この例3では、第1の薄膜の形成後に、チャンバから基板を取り出さずに第1の追加層を成膜し、第1の追加層を形成後に、大気暴露を実施した。その後、チャンバ内に基板を再度配置し、第1の追加層の上に、有機発光層、ホール輸送層、ホール注入層、および陽極を成膜した。これにより、1mm□の発光領域を有する有機EL素子(以下、「サンプル3」と称する)が製造された。ここで、第1の薄膜は、メタルマスクを用いてパターン化されており、パターンの大きさは1mm×15mmであった。 However, in this example 3, after forming the first thin film, the first additional layer was formed without removing the substrate from the chamber, and after forming the first additional layer, exposure to the atmosphere was performed. After that, the substrate was placed again in the chamber, and the organic light emitting layer, the hole transport layer, the hole injection layer, and the anode were formed on the first additional layer. As a result, an organic EL element having a light emitting region of 1 mm□ (hereinafter referred to as “sample 3”) was manufactured. Here, the first thin film was patterned using a metal mask, and the size of the pattern was 1 mm×15 mm.

(例4)
例1と同様の方法により、有機EL素子を製造した。
(Example 4)
An organic EL device was manufactured by the same method as in Example 1.

ただし、この例4では、第1の薄膜の形成後に、第1の薄膜の大気暴露およびパターニングは実施しなかった。すなわち、例4では、第1の薄膜の形成後に、チャンバから基板を取り出さずに、そのまま第1の追加層の成膜、およびそれ以降の工程を実施した。 However, in this Example 4, after the formation of the first thin film, the first thin film was not exposed to air and patterned. That is, in Example 4, after forming the first thin film, the film formation of the first additional layer and the subsequent steps were performed without removing the substrate from the chamber.

これにより、有機EL素子(以下、「サンプル4」と称する)が製造された。 As a result, an organic EL element (hereinafter referred to as “Sample 4”) was manufactured.

(評価)
前述の各サンプルを用いて、発光特性の評価を実施した。
(Evaluation)
The above-mentioned samples were used to evaluate the light emission characteristics.

電流電圧特性は電流電圧計(Keithley6430)を用い、輝度評価には色彩輝度計(トプコン社BM−7)を用いた。また、すべての測定は循環精製機を備えたユニコ社製グローブボックス内で行った。グローブボックス内の雰囲気は窒素であった。 A current-voltage meter (Keithley 6430) was used for current-voltage characteristics, and a color luminance meter (BM-7, Topcon Corporation) was used for luminance evaluation. All measurements were performed in a Unico glove box equipped with a circulation refiner. The atmosphere in the glove box was nitrogen.

図5は例1〜4の評価結果である。図5において、横軸は印加電圧であり、縦軸はサンプルの発光輝度である。 FIG. 5 shows the evaluation results of Examples 1 to 4. In FIG. 5, the horizontal axis is the applied voltage and the vertical axis is the emission brightness of the sample.

図5に示すように、サンプル1、サンプル2、およびサンプル3では、サンプル4に比べて、同等の発光に必要な駆動電圧が低下しており、発光性能が向上していることがわかる。特に、サンプル2では、サンプル4に比べて、発光性能が大きく向上した。 As shown in FIG. 5, in Sample 1, Sample 2, and Sample 3, the drive voltage required for equivalent light emission is lower than that in Sample 4, and it is understood that the light emission performance is improved. Particularly, in Sample 2, the light emission performance was significantly improved as compared with Sample 4.

このように、第1の薄膜に圧力を加える工程を経ることにより、素子の特性が向上することが確認された。 In this way, it was confirmed that the characteristics of the device are improved by going through the step of applying pressure to the first thin film.

また、本願は2015年11月30日に出願した日本国特許出願2015−234103号に基づく優先権を主張するものであり同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。 Further, the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-234103 filed on November 30, 2015, and the entire contents of the Japanese application are incorporated herein by reference.

100 有機エレクトロルミネッセンス素子
110 基板
120 第1の電極(陰極)
130 第1の薄膜
140 第1の追加層
150 有機発光層
160 第2の追加層
170 第2の電極(陽極)
200 有機太陽電池
210 基板
220 第1の電極(陰極)
230 第1の薄膜
240 第1の追加層
250 有機光電変換層
260 第2の追加層
270 第2の電極(陽極)
100 organic electroluminescence element 110 substrate 120 first electrode (cathode)
130 First Thin Film 140 First Additional Layer 150 Organic Light Emitting Layer 160 Second Additional Layer 170 Second Electrode (Anode)
200 organic solar cell 210 substrate 220 first electrode (cathode)
230 first thin film 240 first additional layer 250 organic photoelectric conversion layer 260 second additional layer 270 second electrode (anode)

Claims (11)

光電変換素子を製造する方法であって、
(1)基板に第1の電極を配置するステップと、
(2)前記第1の電極の上部に、亜鉛(Zn)および酸素(O)を含み、さらに、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも1つを含む金属酸化物で構成される第1の薄膜を配置するステップと、
(3)前記第1の電極および前記第1の薄膜を有する前記基板に、気体により圧力を印加するステップと、
(4)前記第1の薄膜の上部に、印加電圧を光に変換する層、または入射光を電力に変換する層である光電変換層を配置するステップと、
(5)前記光電変換層の上部に、第2の電極を配置するステップと、
を有し、
前記(3)のステップは、前記基板を50℃〜300℃にした状態で実施される、方法。
A method of manufacturing a photoelectric conversion element, comprising:
(1) disposing a first electrode on the substrate,
(2) A metal oxide containing zinc (Zn) and oxygen (O) and further containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn) on the first electrode. Disposing a first thin film,
(3) applying a pressure to the substrate having the first electrode and the first thin film with a gas,
(4) disposing a photoelectric conversion layer that is a layer that converts an applied voltage into light or a layer that converts incident light into electric power, above the first thin film;
(5) disposing a second electrode on the photoelectric conversion layer,
Have a,
The method of the said (3) is implemented in the state which made the said board|substrate 50 to 300 degreeC .
前記(3)のステップでは、前記圧力は、大気によって印加される、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein in the step (3), the pressure is applied by the atmosphere. 前記圧力は大気圧である、請求項1または2に記載の方法。 The method of claim 1 or 2, wherein the pressure is atmospheric pressure. 前記(2)のステップは、チャンバ内で実施され、
前記(3)のステップは、前記チャンバを開放することにより実施される、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の方法。
The step (2) above is performed in a chamber,
The method according to claim 1, wherein the step (3) is performed by opening the chamber.
前記第1の薄膜は、mol比で、Zn/(Zn+Si)が0.3〜0.95の範囲である、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the first thin film has a molar ratio of Zn/(Zn+Si) of 0.3 to 0.95. 前記第1の薄膜は、さらに、チタン(Ti)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、ニオブ(Nb)、およびアルミニム(Al)からなる群から選択される一以上の金属成分を含む、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の方法。 The first thin film further contains one or more metal components selected from the group consisting of titanium (Ti), indium (In), gallium (Ga), niobium (Nb), and aluminum (Al). Item 6. A method according to any one of items 1 to 5. さらに、前記(3)のステップと(4)のステップの間に、
前記第1の薄膜の上部に、第1の追加層を設置するステップ
を有し、前記第1の追加層は、電子注入層、電子輸送層、およびホールブロック層のうちの少なくとも一つである、請求項1乃至6のいずれか一つに記載の方法。
Furthermore, between the steps (3) and (4) above,
A step of providing a first additional layer on the first thin film, wherein the first additional layer is at least one of an electron injection layer, an electron transport layer, and a hole blocking layer. 7. The method according to any one of claims 1 to 6.
前記第1の追加層は、カルシウム原子およびアルミニウム原子を含む非晶質酸化物のエレクトライドで構成される、請求項7に記載の方法。 The method of claim 7, wherein the first additional layer is composed of an electride of an amorphous oxide containing calcium atoms and aluminum atoms. さらに、前記(4)のステップと(5)のステップの間に、
(6)前記光電変換層の上部に、電子ブロック層、ホール輸送層、およびホール注入層のうちの少なくとも一つを形成するステップ、
を有する、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の方法。
Further, between the steps (4) and (5) above,
(6) Forming at least one of an electron block layer, a hole transport layer, and a hole injection layer on the photoelectric conversion layer,
The method according to claim 1, further comprising:
前記光電変換層は、有機発光層であり、
前記光電変換素子として、有機エレクトロルミネッセンス素子が製造される、請求項1乃至9のいずれか一つに記載の方法。
The photoelectric conversion layer is an organic light emitting layer,
The method according to claim 1, wherein an organic electroluminescence element is manufactured as the photoelectric conversion element.
前記光電変換層は、有機光電変換層であり、
前記光電変換素子として、有機太陽電池が製造される、請求項1乃至9のいずれか一つに記載の方法。
The photoelectric conversion layer is an organic photoelectric conversion layer,
The method according to claim 1, wherein an organic solar cell is manufactured as the photoelectric conversion element.
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