JP7029119B2 - Laminated structure and its manufacturing method, and flexible electronics element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、有機薄膜太陽電池用基板、積層構造体およびその製造方法、ならびにフレキシブル・エレクトロニクス素子に関する。 The present invention relates to a substrate for an organic thin film solar cell, a laminated structure and a method for manufacturing the same, and a flexible electronic device.
近年、フレキシブル性を有する電子デバイス(以下、「フレキシブル・エレクトロニクス素子」とも称する)が注目されている。フレキシブル・エレクトロニクス素子の中でも、軽量化かつ低コスト化を期待できることから、フレキシブル有機電子デバイスが注目されており、特に有機薄膜太陽電池への期待が高まっている。 In recent years, flexible electronic devices (hereinafter, also referred to as "flexible electronic devices") have attracted attention. Among flexible electronic devices, flexible organic electronic devices are attracting attention because they can be expected to be lightweight and cost-effective, and in particular, expectations for organic thin-film solar cells are increasing.
これまで、薄膜太陽電池用の基板として、ガラス基板が主に使用されてきた。しかしながら、ガラス基板は割れやすく、取り扱いに十分な注意が必要であるとともに、フレキシブル性が低いとの欠点がある。そこで、可撓性を有する樹脂製の基板を使用した有機薄膜太陽電池が注目を集めている。 So far, glass substrates have been mainly used as substrates for thin-film solar cells. However, the glass substrate is fragile, requires sufficient care in handling, and has the disadvantages of low flexibility. Therefore, an organic thin-film solar cell using a flexible resin substrate is attracting attention.
例えば非特許文献1には、ポリエチレンテレフタラート(PET)フィルムを基板とした太陽電池が記載されている。また、非特文献2には、パリレンをCVD法で形成した膜上に、素子を形成すること等が記載されている。 For example, Non-Patent Document 1 describes a solar cell using a polyethylene terephthalate (PET) film as a substrate. Further, Non-Special Document 2 describes that an element is formed on a film obtained by forming parylene by a CVD method.
しかしながら、非特許文献1に記載のPETフィルムは、表面の平滑性が低い。そのため、PETフィルム上に透明電極層等を形成すると、素子が短絡しやすい、との課題があった。また、非特許文献2に記載のパリレンからなる膜は、表面平滑性だけでなく、機械的強度や耐熱性が低い、との課題もあった。 However, the PET film described in Non-Patent Document 1 has low surface smoothness. Therefore, when a transparent electrode layer or the like is formed on the PET film, there is a problem that the element is likely to be short-circuited. Further, the film made of parylene described in Non-Patent Document 2 has a problem that not only the surface smoothness but also the mechanical strength and the heat resistance are low.
また、フレキシブル性を有する基板上に、エレクトロニクス素子を構成する部材(以下、「エレクトロニクス素子部」とも称する)を作製しようとすると、基板が撓んだり、歪んだりすることがあり、所望の位置に精度よくエレクトロニクス素子部を形成することが難しい。そこで、剛性を有する基材上にフレキシブル性を有する基板を固定し、エレクトロニクス素子部を形成することが考えられる。しかしながらこの方法では、エレクトロニクス素子部の形成後、エレクトロニクス素子から基材を剥離することが難しく、エレクトロニクス素子部の破損が生じやすい等の課題があった。一方で、基材を剥離しやすくすると、エレクトロニクス素子部の形成時に、フレキシブル性を有する基板が基材から容易に剥離してしまう、との課題が生じやすかった。 Further, when an attempt is made to fabricate a member constituting an electronic element (hereinafter, also referred to as an "electronic element portion") on a flexible substrate, the substrate may be bent or distorted, and the substrate may be in a desired position. It is difficult to form the electronic element part with high accuracy. Therefore, it is conceivable to fix the flexible substrate on the rigid substrate to form the electronic element portion. However, this method has a problem that it is difficult to peel off the base material from the electronic element after the electronic element portion is formed, and the electronic element portion is easily damaged. On the other hand, if the base material is easily peeled off, there is a tendency that the flexible substrate is easily peeled off from the base material when the electronic element portion is formed.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、フレキシブル性を有し、機械的強度や耐熱性も高い、有機薄膜太陽電池用基板を提供する。また、フレキシブル性を有する基板と、剛性を有する基板とを備え、エレクトロニクス素子部の形成後には、剛性を有する基材を容易に剥離することが可能な積層構造体およびその製造方法、ならびにこれを用いたフレキシブル・エレクトロニクス素子の製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances. That is, the present invention provides a substrate for an organic thin film solar cell which has flexibility and high mechanical strength and heat resistance. Further, a laminated structure having a flexible substrate and a rigid substrate, and capable of easily peeling off the rigid substrate after forming the electronic element portion, and a manufacturing method thereof, and a method for manufacturing the same. A method for manufacturing a flexible electronic element used is provided.
すなわち、本発明の第1は、以下の有機薄膜太陽電池用基板に関する。
[1]下記(1)~(6)を全て満たす、有機薄膜太陽電池用基板。
(1)厚さ5μmにおける波長400±5nmの最大透過率が70%以上である
(2)厚さ5μmにおけるL*a*b*表色系のb*値が5以下である
(3)JIS P8115に準拠して測定される、厚さ10μmにおけるMIT耐折性試験での耐折回数が、1万回以上である
(4)ガラス転移温度が200℃以上である
(5)厚さ10μm以下である
(6)少なくとも一方の面の表面粗さ(Ra)が5nm以下である
That is, the first aspect of the present invention relates to the following organic thin film solar cell substrate.
[1] A substrate for an organic thin-film solar cell that satisfies all of the following (1) to (6).
(1) The maximum transmittance at a wavelength of 400 ± 5 nm at a thickness of 5 μm is 70% or more. (2) The L * a * b * color system b * value at a thickness of 5 μm is 5 or less. (3) JIS The number of folding resistance in the MIT folding resistance test at a thickness of 10 μm measured according to P8115 is 10,000 or more. (4) The glass transition temperature is 200 ° C. or more. (5) The thickness is 10 μm or less. (6) The surface roughness (Ra) of at least one surface is 5 nm or less.
[2]前記基板が、下記一般式(1)で表される繰り返し構成単位または下記一般式(2)で表される繰り返し構成単位を有するポリイミドを含む、[1]に記載の有機薄膜太陽電池用基板。
[3]前記一般式(1)で表される構成単位のR1が、
前記一般式(1)で表される構成単位のY1が、
Y1 of the structural unit represented by the general formula ( 1 ) is
本発明の第2は、以下の積層構造体およびその製造方法、ならびにこれを用いたフレキシブル・エレクトロニクス素子の製造方法に関する。
[4]基材と、フレキシブル・エレクトロニクス素子用基板とが、フッ素系樹脂層を介して積層されており、前記フッ素系樹脂層の表面の水接触角が13°以上85°以下である、積層構造体。
[5]前記フレキシブル・エレクトロニクス素子用基板が、下記一般式(3)で表される繰り返し構成単位または下記一般式(4)で表される繰り返し構成単位を有するポリイミドを含む、[4]に記載の積層構造体。
[4] The base material and the substrate for a flexible electronics element are laminated via a fluorine-based resin layer, and the water contact angle of the surface of the fluorine-based resin layer is 13 ° or more and 85 ° or less. Structure.
[5] The substrate for a flexible electronic device includes a polyimide having a repeating structural unit represented by the following general formula (3) or a repeating structural unit represented by the following general formula (4), according to [4]. Laminated structure.
[6]前記一般式(3)で表される構成単位のR1が、
[7]上記[4]~[6]のいずれかに記載の積層構造体の製造方法であって、基材上に、フッ素系樹脂層を形成する工程と、フッ素系樹脂層上に、フレキシブル・エレクトロニクス素子用の基板を形成する工程と、を含み、前記フッ素系樹脂層の表面の水接触角が13°以上85°以下である、積層構造体の製造方法。
[8]上記[4]~[6]のいずれかに記載の積層構造体のフレキシブル・エレクトロニクス素子用基板上にエレクトロニクス素子部を形成する工程と、前記エレクトロニクス素子部の形成後、フレキシブル・エレクトロニクス素子用の基板から、フッ素系樹脂層および基材を剥離する工程と、を有する、フレキシブル・エレクトロニクス素子の製造方法。
[7] The method for manufacturing a laminated structure according to any one of [4] to [6] above, wherein a step of forming a fluorine-based resin layer on a substrate and flexibility on the fluorine-based resin layer. A method for manufacturing a laminated structure, comprising a step of forming a substrate for an electronic element, wherein the water contact angle of the surface of the fluororesin layer is 13 ° or more and 85 ° or less.
[8] The step of forming the electronic element portion on the substrate for the flexible electronic element of the laminated structure according to any one of the above [4] to [6], and after forming the electronic element portion, the flexible electronic element. A method for manufacturing a flexible electronic device, comprising a step of peeling a fluorine-based resin layer and a base material from a substrate for use.
本発明によれば、フレキシブル性を有し、機械的強度や耐熱性も高い、有機薄膜太陽電池用基板とすることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a substrate for an organic thin film solar cell which has flexibility and high mechanical strength and heat resistance.
本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 In the present specification, the numerical range represented by using "-" means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
1.有機薄膜太陽電池用基板
本発明の有機薄膜太陽電池用基板(以下、単に「太陽電池用基板」とも称する)は、有機薄膜太陽電池の基板として用いられるものである。前述のように、従来、薄膜太陽電池の基板には、ガラス基板が主に使用されてきた。しかしながら、ガラス基板は割れやすく、取り扱いに十分な注意が必要であるとともに、フレキシブル性が低いとの欠点があった。一方で、樹脂からなる基板は、フレキシブル性を有するものの、機械的強度や耐熱性が不十分であることが多かった。また基板の表面粗さによっては、素子の短絡が生じるとの欠点があった。
1. 1. Substrate for Organic Thin-Film Solar Cell The substrate for organic thin-film solar cells of the present invention (hereinafter, also simply referred to as "substrate for solar cells") is used as a substrate for organic thin-film solar cells. As described above, conventionally, a glass substrate has been mainly used as a substrate for a thin-film solar cell. However, the glass substrate is fragile, requires sufficient care in handling, and has the disadvantages of low flexibility. On the other hand, although the substrate made of resin has flexibility, it often has insufficient mechanical strength and heat resistance. Further, there is a drawback that a short circuit occurs in the element depending on the surface roughness of the substrate.
これに対し、本発明の太陽電池用基板は、耐熱性が高く、適度な機械的強度および柔軟性を兼ね備える。また、光の透過性が高いため、有機薄膜太陽電池の受光面側の基板に使用することが可能である。さらに、表面粗さ(Ra)が十分に小さいことから、当該基板上に太陽電池の各種部材を形成したとしても、短絡を生じさせることが少ない。また、フレキシブル性(耐屈曲性)を有することから、種々の有機薄膜太陽電池に適用することが可能である。なお、本発明の太陽電池用基板は、有機薄膜太陽電池用の基板だけでなく、有機エレクトロルミネッセンス素子用の基板にも適用することが可能である。以下、本発明の太陽電池用基板について詳しく説明する。 On the other hand, the substrate for a solar cell of the present invention has high heat resistance, and has appropriate mechanical strength and flexibility. In addition, since it has high light transmission, it can be used as a substrate on the light receiving surface side of an organic thin-film solar cell. Further, since the surface roughness (Ra) is sufficiently small, even if various members of the solar cell are formed on the substrate, a short circuit is unlikely to occur. Further, since it has flexibility (bending resistance), it can be applied to various organic thin-film solar cells. The solar cell substrate of the present invention can be applied not only to a substrate for an organic thin film solar cell but also to a substrate for an organic electroluminescence element. Hereinafter, the solar cell substrate of the present invention will be described in detail.
1-1.物性
本発明の太陽電池用基板は、(1)厚さ5μmにおける波長400±5nmの最大透過率が70%以上であり、好ましくは74%以上であり、さらに好ましくは78%以上であり、さらに好ましくは80%以上であり、特に好ましくは85%以上である。最大透過率が当該範囲であると、太陽電池用基板を有機薄膜太陽電池の受光面側の基板に用いた時に、十分な光電変換効率を実現することができる。なお、本発明の太陽電池用基板を構成する材料として、ポリイミドが好ましく用いられるが、ポリイミドは、一般的に短波長側の光を吸収しやすい傾向がある。これに対し、波長400nm±5nmの最大透過率を70%以上とすることで、短波長側の光の透過率が高くなり、受光面側の基板としての有用性が非常に高くなる。
1-1. Physical Properties The substrate for a solar cell of the present invention (1) has a maximum transmittance of 70% or more, preferably 74% or more, more preferably 78% or more, and further preferably 78% or more at a wavelength of 400 ± 5 nm at a thickness of 5 μm. It is preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more. When the maximum transmittance is in this range, sufficient photoelectric conversion efficiency can be realized when the solar cell substrate is used as the substrate on the light receiving surface side of the organic thin film solar cell. Polyimide is preferably used as a material for constituting the substrate for a solar cell of the present invention, but polyimide generally tends to easily absorb light on the short wavelength side. On the other hand, by setting the maximum transmittance at a wavelength of 400 nm ± 5 nm to 70% or more, the transmittance of light on the short wavelength side becomes high, and the usefulness as a substrate on the light receiving surface side becomes very high.
上記最大透過率は、太陽電池用基板を構成する樹脂の種類や構造によって調整することが可能である。太陽電池用基板がポリイミドを含む場合、その繰返し単位中に、脂環族を含めることで、上記最大透過率を格段に向上させることができる。また、ポリイミド製造時の条件を調整することでも、最大透過率を高めることができる。例えば、イナート雰囲気(例えば、窒素気流下)にして酸素濃度を下げることで、酸化による着色を抑制し、上記最大透過率を高めること等が可能である。 The maximum transmittance can be adjusted by the type and structure of the resin constituting the solar cell substrate. When the substrate for a solar cell contains polyimide, the maximum transmittance can be remarkably improved by including an alicyclic group in the repeating unit. In addition, the maximum transmittance can be increased by adjusting the conditions at the time of manufacturing the polyimide. For example, by lowering the oxygen concentration in an inert atmosphere (for example, under a nitrogen stream), it is possible to suppress coloring due to oxidation and increase the maximum transmittance.
なお、波長400nm±5nmの光線透過率は、分光光度計によって測定され、本明細書では、波長400nm±5nmの範囲内で測定される最大の透過率を、上記最大透過率とする。また、本明細書で特定する最大透過率は、太陽電池用基板の厚さを5μmとしたときの値である。例えば、厚さ5μmの太陽電池用基板について、上記最大透過率を測定してもよいが、異なる厚さの太陽電池用基板の最大透過率を測定し、当該測定値をランベルト・ベールの法則に従って換算してもよい。 The light transmittance at a wavelength of 400 nm ± 5 nm is measured by a spectrophotometer, and in the present specification, the maximum transmittance measured within the range of a wavelength of 400 nm ± 5 nm is defined as the maximum transmittance. Further, the maximum transmittance specified in the present specification is a value when the thickness of the solar cell substrate is 5 μm. For example, the maximum transmittance may be measured for a solar cell substrate having a thickness of 5 μm, but the maximum transmittance of solar cell substrates having different thicknesses may be measured, and the measured value shall be measured according to Lambert-Beer's law. It may be converted.
また、本発明の太陽電池用基板は、(2)厚さ5μmにおけるL*a*b*表色系のb*値が5以下であり、好ましくは4以下であり、さらに好ましくは3以下である。b*値が当該範囲であると、太陽電池用基板が無色となり、可視光の透過性が良好となる。つまり、太陽電池用基板を有機薄膜太陽電池の受光面側の基板として用いた時の光電変換効率が高まりやすくなる。当該b*値は、太陽電池用基板を構成する樹脂の種類等によって、調整することが可能である。例えば、太陽電池用基板がポリイミドを含む場合、その繰返し単位中に脂環式構造を多く含めることで、b*値を低くすることができる。また、ポリイミド製造時の条件の調整によっても、b*値を低くすることができる。例えば、イナート雰囲気(例えば、窒素気流下)にして酸素濃度を下げることで、酸化による着色を抑制し、b*値を低くすること等が可能である。 Further, in the solar cell substrate of the present invention, (2) the L * a * b * color system b * value at a thickness of 5 μm is 5 or less, preferably 4 or less, and more preferably 3 or less. be. When the b * value is in the range, the solar cell substrate becomes colorless and the transparency of visible light becomes good. That is, when the substrate for a solar cell is used as the substrate on the light receiving surface side of the organic thin film solar cell, the photoelectric conversion efficiency tends to increase. The b * value can be adjusted depending on the type of resin constituting the solar cell substrate and the like. For example, when the substrate for a solar cell contains polyimide, the b * value can be lowered by including a large amount of alicyclic structure in the repeating unit. Further, the b * value can be lowered by adjusting the conditions at the time of manufacturing the polyimide. For example, it is possible to suppress coloring due to oxidation and lower the b * value by lowering the oxygen concentration in an inert atmosphere (for example, under a nitrogen stream).
L*a*b*表色系のb*値は、スガ試験機製Color Cute i型を用いて測定することができる。具体的には、上記試験機を白色標準板によって校正した後、透過モード、測光方式8°diにて、太陽電池用基板のb*値を測定することで、特定される。なお、本明細書で特定するb*値は、太陽電池用基板の厚さを5μmとしたときの値であり、厚さ5μmの太陽電池用基板について、b*値を測定してもよい。一方で、異なる厚さの太陽電池用基板のb*値を測定し、これを常法に従って換算してもよい。 The b * value of the L * a * b * color system can be measured using a Color Cute i type manufactured by Suga Test Instruments. Specifically, it is specified by calibrating the tester with a white standard plate and then measuring the b * value of the solar cell substrate in a transmission mode and a photometric method of 8 ° di. The b * value specified in the present specification is a value when the thickness of the solar cell substrate is 5 μm, and the b * value may be measured for the solar cell substrate having a thickness of 5 μm. On the other hand, the b * values of the solar cell substrates having different thicknesses may be measured and converted according to a conventional method.
また、本発明の太陽電池用基板は、(3)JIS P8115に準拠して測定される、厚さ10μmにおけるMIT耐折性試験での耐折回数が、1万回以上であり、好ましくは2万回以上であり、より好ましくは3万回以上でありさらに好ましくは5万回以上である。MIT耐折性試験の耐折回数が1万回以上であると、太陽電池用基板を有機薄膜太陽電池に用いた際に、屈曲させて使用すること等が可能である。また、MIT耐折性試験の結果が1万回以上であれば、当該太陽電池用基板は十分な強度を有するといえる。また、耐折回数が3万回以上であれば1日に30回折り曲げても3年間、耐久性を確保することができる。耐折性は、例えば太陽電池用基板を構成する樹脂の種類や構造によって調整することが可能である。太陽電池用基板がポリイミドを含む場合、その繰返し単位中に、比較的柔軟な構造を有する構造単位(例えば脂環族ジアミン由来の構造単位や脂肪族ジアミン由来の構造単位等)を含めることで、耐折性を高めることができる。 Further, the substrate for a solar cell of the present invention has a folding resistance of 10,000 times or more in a MIT folding resistance test at a thickness of 10 μm, which is measured in accordance with (3) JIS P8115, and is preferably 2. It is 10,000 times or more, more preferably 30,000 times or more, and further preferably 50,000 times or more. When the number of folding times of the MIT folding resistance test is 10,000 or more, it is possible to bend the substrate for a solar cell when it is used for an organic thin-film solar cell. Further, if the result of the MIT folding resistance test is 10,000 times or more, it can be said that the solar cell substrate has sufficient strength. Further, if the number of folding times is 30,000 or more, durability can be ensured for 3 years even if the bending is performed 30 times a day. The folding resistance can be adjusted, for example, by the type and structure of the resin constituting the solar cell substrate. When the substrate for a solar cell contains polyimide, the repeating unit may include a structural unit having a relatively flexible structure (for example, a structural unit derived from an alicyclic diamine or a structural unit derived from an aliphatic diamine). Fold resistance can be improved.
MIT耐折性試験は、MIT耐折度試験機(例えば、安田精機製作所製、307型等)によって、試験片の一端を固定したうえで、他端を把持して試験片を往復折り曲げし、試験片が破断するまでの折り曲げ回数を測定することで特定することができる。 In the MIT fold resistance test, one end of the test piece is fixed by a MIT fold resistance tester (for example, Yasuda Seiki Seisakusho, 307 type, etc.), and then the other end is gripped and the test piece is reciprocally bent. It can be specified by measuring the number of bends until the test piece breaks.
本発明の太陽電池用基板は、(4)ガラス転移温度が200℃以上であり、好ましくは230℃~370℃であり、さらに好ましくは260℃~370℃であり、特に好ましくは280℃~370℃である。太陽電池用基板のガラス転移温度が200℃以上であると、有機薄膜太陽電池の作製の際に、当該基板に変形等が生じ難くなる。また、有機薄膜太陽電池の作製の際、アニール処理等が行われることもあるが、ガラス転移温度が200℃以上であれば、このような処理にも十分に耐えることが可能である。特に、酸化インジウムスズ(ITO)等の透明電極は、アニール温度を上げると導電性が向上するため、太陽電池用基板のガラス転移温度は高いほうが好ましい。太陽電池用基板のガラス転移温度は、太陽電池用基板を構成する樹脂の種類や構造によって調整することが可能である。太陽電池用基板がポリイミドを含む場合、ポリイミド中に含まれるイミド基の当量、ポリイミドを構成するジアミン成分またはテトラカルボン酸二無水物成分の構造等によってガラス転移温度を調整することができる。上記ガラス転移温度は、熱機械分析装置(TMA)にて測定される。 The substrate for a solar cell of the present invention has (4) a glass transition temperature of 200 ° C. or higher, preferably 230 ° C. to 370 ° C., more preferably 260 ° C. to 370 ° C., and particularly preferably 280 ° C. to 370 ° C. ℃. When the glass transition temperature of the solar cell substrate is 200 ° C. or higher, the substrate is less likely to be deformed when the organic thin film solar cell is manufactured. Further, an annealing treatment or the like may be performed when the organic thin film solar cell is manufactured, but if the glass transition temperature is 200 ° C. or higher, it is possible to sufficiently withstand such treatment. In particular, since the conductivity of a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO) improves when the annealing temperature is raised, it is preferable that the glass transition temperature of the substrate for a solar cell is high. The glass transition temperature of the solar cell substrate can be adjusted by the type and structure of the resin constituting the solar cell substrate. When the substrate for a solar cell contains polyimide, the glass transition temperature can be adjusted by the equivalent amount of imide groups contained in the polyimide, the structure of the diamine component or the tetracarboxylic acid dianhydride component constituting the polyimide, and the like. The glass transition temperature is measured by a thermomechanical analyzer (TMA).
また、本発明の太陽電池用基板は、(5)厚さ10μm以下であり、好ましくは0.5μm~5μmであり、さらに好ましくは1μm~3μmである。太陽電池用基板の厚さが当該範囲であると、太陽電池用基板を用いて作製される有機薄膜太陽電池の厚みを薄くすることができる。ただし、厚みが過度に薄いと、太陽電池用基板の機械的強度が低下しやすい。 The solar cell substrate of the present invention has (5) a thickness of 10 μm or less, preferably 0.5 μm to 5 μm, and more preferably 1 μm to 3 μm. When the thickness of the solar cell substrate is within the range, the thickness of the organic thin-film solar cell manufactured by using the solar cell substrate can be reduced. However, if the thickness is excessively thin, the mechanical strength of the solar cell substrate tends to decrease.
また、本発明の太陽電池用基板は、(6)少なくとも一方の面の表面粗さ(Ra)が5nm以下であり、好ましくは2nm以下であり、さらに好ましく1nm以下である。なお、本発明の太陽電池用基板は、一方の面のみ、表面粗さ(Ra)が5nm以下であってもよく、両面の表面粗さ(Ra)が5nm以下であってもよい。なお、一方の面のみ、表面粗さ(Ra)が5nm以下である場合、表面粗さが5nm以下である側に、有機薄膜太陽電池の各部材が形成される。 Further, in the solar cell substrate of the present invention, (6) the surface roughness (Ra) of at least one surface is 5 nm or less, preferably 2 nm or less, and more preferably 1 nm or less. The solar cell substrate of the present invention may have a surface roughness (Ra) of 5 nm or less on only one surface, or may have a surface roughness (Ra) of 5 nm or less on both sides. When the surface roughness (Ra) of only one surface is 5 nm or less, each member of the organic thin-film solar cell is formed on the side where the surface roughness is 5 nm or less.
太陽電池用基板の表面粗さ(Ra)が5nm以下であると、当該基板上に薄膜太陽電池の各部材を積層した際、短絡等が生じ難くなる。なお、太陽電池用基板の表面粗さは、太陽電池用基板を構成する材料の種類や、その作製方法によって調整することが可能である。太陽電池用基板がポリイミドを含む場合、例えば当該基板の形成方法(塗布法により、自由表面を形成すること等)によって、表面粗さを小さくすることが可能である。また、太陽電池用基板を構成する樹脂の種類によっては、化学機械研磨等の精密研磨を行うことで、上記表面粗さを実現してもよい。また太陽電池用基板がポリイミドを含む場合、基板形成(イミド化)時の昇温速度、ポリアミド酸ワニスの粘度および濃度の調整等によっても、表面粗さを小さくすることができる。上記表面粗さ(Ra)は、原子間力顕微鏡(AFM)によって測定することができる。さらに接触型の表面粗さ計で測定することも可能である。 When the surface roughness (Ra) of the solar cell substrate is 5 nm or less, short circuits and the like are less likely to occur when each member of the thin-film solar cell is laminated on the substrate. The surface roughness of the solar cell substrate can be adjusted by the type of the material constituting the solar cell substrate and the manufacturing method thereof. When the substrate for a solar cell contains polyimide, the surface roughness can be reduced by, for example, a method for forming the substrate (such as forming a free surface by a coating method). Further, depending on the type of resin constituting the substrate for a solar cell, the above surface roughness may be realized by performing precision polishing such as chemical mechanical polishing. When the substrate for a solar cell contains polyimide, the surface roughness can be reduced by adjusting the temperature rise rate at the time of substrate formation (imidization), the viscosity and concentration of the polyamic acid varnish, and the like. The surface roughness (Ra) can be measured by an atomic force microscope (AFM). It is also possible to measure with a contact type surface roughness meter.
1-2.組成
本発明の有機薄膜太陽電池を構成する材料は、上記物性を有し、かつ有機系の材料であれば特に制限されないが、以下の一般式(1)および/または一般式(2)で表される繰返し単位を有するポリイミドが含まれることが好ましい。ポリイミドには、一般式(1)で表される繰返し単位および一般式(2)で表される繰返し単位のうち、いずれか一方のみが含まれていてもよく、両方が含まれていてもよい。また、当該ポリイミドには、一般式(1)で表される繰返し単位および/または一般式(2)で表される繰返し単位以外の繰返し単位が含まれていてもよいが、ポリイミドを構成する繰返し単位の総量に対して、一般式(1)で表される繰返し単位および一般式(2)で表される繰返し単位の総量が50モル%以上であることが好ましく、80モル%以上であることがより好ましく、90モル%以上であることがさらに好ましく、95モル%以上であることが特に好ましい。これらの総量が50モル%以上であると、上述の物性を有する太陽電池用基板が得られやすく、物性が均一になりやすく、特にガラス転移温度を高くすることができる。
1-2. Composition The material constituting the organic thin-film solar cell of the present invention is not particularly limited as long as it has the above physical characteristics and is an organic material, but is represented by the following general formulas (1) and / or general formulas (2). It is preferable to include a polyimide having a repeating unit to be used. The polyimide may contain only one of the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2), or may contain both. .. Further, the polyimide may contain a repeating unit other than the repeating unit represented by the general formula (1) and / or the repeating unit represented by the general formula (2), but the repeating unit constituting the polyimide may be contained. The total amount of the repeating unit represented by the general formula (1) and the repeating unit represented by the general formula (2) is preferably 50 mol% or more, and is 80 mol% or more, based on the total amount of the units. Is more preferable, 90 mol% or more is further preferable, and 95 mol% or more is particularly preferable. When the total amount thereof is 50 mol% or more, a substrate for a solar cell having the above-mentioned physical properties can be easily obtained, the physical properties can be made uniform, and the glass transition temperature can be particularly increased.
これらの中でも、R1は、
一方、上記一般式(1)において、Y1は、芳香環を含む炭素数6~27の4価の基を表す。Y1の具体例には、以下に示す4価の基が含まれる。
これらの中でも、Y1は、
一方、上記一般式(2)におけるY2は、脂環式炭化水素構造を含む炭素数4~12の4価の基を表す。Y2の例には、以下に示す4価の基が含まれる。
1-3.有機薄膜太陽電池について
本発明の太陽電池用基板は、上述のように、有機薄膜太陽電池の基板として用いることができる。以下に、有機薄膜太陽電池の構成の一例を示すが、有機薄膜太陽電池の構成は当該構造に限定されない。有機薄膜太陽電池は、受光面側基板/第1の電極/電子輸送層/光電変換層/正孔輸送層/第2の電極/裏面側基板がこの順に積層された構造とすることができる。
1-3. About the organic thin film solar cell The substrate for the solar cell of the present invention can be used as the substrate of the organic thin film solar cell as described above. An example of the configuration of the organic thin-film solar cell is shown below, but the configuration of the organic thin-film solar cell is not limited to the structure. The organic thin-film solar cell may have a structure in which a light receiving surface side substrate / first electrode / electron transport layer / photoelectric conversion layer / hole transport layer / second electrode / back surface side substrate are laminated in this order.
受光面側基板および裏面側基板には、上述の太陽電池用基板を用いることができ、いずれか一方にのみ使用してもよく、両方に使用してもよい。本発明の太陽電池用基板は、上述のように、光透過性が高い。したがって、受光面側の基板として、非常に有用である。 As the light receiving surface side substrate and the back surface side substrate, the above-mentioned solar cell substrate can be used, and may be used for only one of them or for both of them. As described above, the substrate for a solar cell of the present invention has high light transmission. Therefore, it is very useful as a substrate on the light receiving surface side.
また、第1の電極は、負極であり、光電変換層と電気的に接続される。第1の電極は、有機薄膜太陽電池の受光面側に位置することから、例えば酸化インジウムスズ(ITO)、酸化アルミニウム亜鉛(AZO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)等の透明導電性の金属化合物等から構成される。 Further, the first electrode is a negative electrode and is electrically connected to the photoelectric conversion layer. Since the first electrode is located on the light receiving surface side of the organic thin film solar cell, for example, a transparent conductive metal compound such as indium tin oxide (ITO), aluminum zinc oxide (AZO), zinc oxide (IZO), etc. Consists of.
また、電子輸送層は、第1の電極と光電変換層との間に設けられ、光電変換層から第1の電極に電子を移動させやすくする機能を担う層である。なお、電子輸送層は、光電変換層から第1の電極に正孔を移動させにくくする機能を担っていてもよい。電子輸送層は、電子移動度が高い材料で形成されていればよく、公知の有機半導体分子や、ZnO等の無機化合物を含む層とすることができる。 Further, the electron transport layer is provided between the first electrode and the photoelectric conversion layer, and is a layer having a function of facilitating the transfer of electrons from the photoelectric conversion layer to the first electrode. The electron transport layer may have a function of making it difficult for holes to move from the photoelectric conversion layer to the first electrode. The electron transport layer may be formed of a material having high electron mobility, and may be a layer containing a known organic semiconductor molecule or an inorganic compound such as ZnO.
また、光電変換層は、電子供与性を有する公知のp型有機半導体と、電子受容性を有し、p型有機半導体とバルクヘテロ接合を形成する公知のn型有機半導体とがナノレベルで混合された層等とすることができる。p型有機半導体としては、例えば特開2016-17117号公報に記載の高分子化合物が挙げられる。一方、n型有機半導体としては、フラーレン、フラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、化学修飾を施したカーボンナノチューブなどの炭素材料や、縮合環芳香族化合物、5~7員のヘテロ環化合物、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等が挙げられる。光電変換層には目的に応じてペロブスカイト型化合物を使うことも有効である。また目的に応じて、光電変換層に電流もしくは電界発光材料を使って、発光デバイスとすることも可能である。 Further, in the photoelectric conversion layer, a known p-type organic semiconductor having electron donating property and a known n-type organic semiconductor having electron acceptability and forming a bulk heterojunction with the p-type organic semiconductor are mixed at the nano level. It can be a layer or the like. Examples of the p-type organic semiconductor include the polymer compounds described in JP-A-2016-17117. On the other hand, n-type organic semiconductors include carbon materials such as fullerene, fullerene derivatives, carbon nanotubes, and chemically modified carbon nanotubes, fused ring aromatic compounds, 5- to 7-membered heterocyclic compounds, polyarylene compounds, and fluorene. Examples thereof include a compound, a cyclopentadiene compound, a silyl compound, and a metal complex having a nitrogen-containing heterocyclic compound as a ligand. It is also effective to use a perovskite-type compound for the photoelectric conversion layer depending on the purpose. Further, depending on the purpose, it is also possible to use a current or electroluminescent material for the photoelectric conversion layer to make a light emitting device.
また、正孔輸送層は、第2の電極と光電変換層との間に設けられ、光電変換層から第2の電極に正孔を移動させやすくする機能を担う層である。正孔輸送層は、光電変換層から第1の電極に電子を移動させにくくする機能を担っていてもよい。正孔輸送層は、例えば公知の導電性高分子や、MoO3、WO3等の無機化合物、有機半導体分子等を含む層とすることができる。 Further, the hole transport layer is provided between the second electrode and the photoelectric conversion layer, and is a layer having a function of facilitating the movement of holes from the photoelectric conversion layer to the second electrode. The hole transport layer may have a function of making it difficult for electrons to move from the photoelectric conversion layer to the first electrode. The hole transport layer can be, for example, a layer containing a known conductive polymer, an inorganic compound such as MoO 3 or WO 3 , an organic semiconductor molecule, or the like.
さらに、第2の電極は陽極であり、光電変換層と電気的に接続される。第2の電極の材料は導電性を有していれば特に限定されず、例えば、Au、Pt、Ag、Cu、Al、Mg、Li、Kなどの金属、あるいはカーボン電極などを用いることができる。 Further, the second electrode is an anode and is electrically connected to the photoelectric conversion layer. The material of the second electrode is not particularly limited as long as it has conductivity, and for example, a metal such as Au, Pt, Ag, Cu, Al, Mg, Li, K, or a carbon electrode can be used. ..
1-4.太陽電池用基板の製造方法
本発明の太陽電池用基板の製造方法の製造方法は、太陽電池用基板が上述の物性を満たす限りにおいて特に制限されない。例えば、上述のポリイミドを含む太陽電池用基板を作製する方法としては、特定の構造を有するジアミンと、特定の構造を有するテトラカルボン酸二無水物とを、溶媒中で重合反応させてアミド酸含有ワニスとし、当該アミド酸含有ワニスを、基材上に塗布する。そして、当該基材上でアミド酸をイミド化(イミド閉環)させた後、ポリイミド基板(太陽電池用基板)を、基材から剥離することで得られる。
1-4. Method for Manufacturing a Substrate for a Solar Cell The method for manufacturing a substrate for a solar cell of the present invention is not particularly limited as long as the substrate for a solar cell satisfies the above-mentioned physical properties. For example, as a method for producing a substrate for a solar cell containing the above-mentioned polyimide, a diamine having a specific structure and a tetracarboxylic acid dianhydride having a specific structure are polymerized in a solvent to contain an amid acid. As a varnish, the amic acid-containing varnish is applied onto the substrate. Then, it is obtained by imidizing (imide closing) the amic acid on the substrate and then peeling the polyimide substrate (solar cell substrate) from the substrate.
ただし、基材上に直接ポリアミド酸ワニスを塗布し、ポリアミド酸をイミド化させると、得られるポリイミド基板を、基材から剥離することが難しいことがある。そこで、太陽電池用基板は、「積層構造体の製造方法」で説明する方法で作製することが好ましい。なお、ポリイミド作製に用いるジアミン、テトラカルボン酸二無水物、および溶媒や、各種製造条件については、「積層構造体の製造方法」で詳しく説明する。 However, if the polyamic acid varnish is directly applied onto the base material to imidize the polyamic acid, it may be difficult to peel off the obtained polyimide substrate from the base material. Therefore, it is preferable to manufacture the substrate for a solar cell by the method described in "Method for manufacturing a laminated structure". The diamine, tetracarboxylic dianhydride, and solvent used for the production of polyimide and various production conditions will be described in detail in "Method for producing laminated structure".
2.積層構造体
本発明の積層構造体は、基材と、フッ素系樹脂層と、フレキシブル・エレクトロニクス素子用基板(以下、「素子用基板」とも称する)とが、積層された構造を有する。
2. 2. Laminated Structure The laminated structure of the present invention has a structure in which a base material, a fluorine-based resin layer, and a substrate for a flexible electronics element (hereinafter, also referred to as “element substrate”) are laminated.
一般的に、フレキシブル性を有する素子用基板上にエレクトロニクス素子部を形成すると、素子用基板が撓んだり歪んだりすることがあり、エレクトロニクス素子部の位置がずれたり、得られるフレキシブル・エレクトロニクス素子に歪み等が生じることがある。そこで、素子用基板を基材に固定し、素子用基板を基材で支持した状態で、エレクトロニクス素子部を形成することが考えられる。しかしながら、当該手法では、エレクトロニクス素子部の形成後、素子用基板から基材を剥離することが難しく、得られる素子が破損しやすい等の課題があった。 Generally, when an electronic element portion is formed on a flexible element substrate, the element substrate may be bent or distorted, the position of the electronic element portion may be displaced, or the obtained flexible electronic element may be formed. Distortion may occur. Therefore, it is conceivable to fix the element substrate to the base material and form the electronic element portion in a state where the element substrate is supported by the base material. However, this method has a problem that it is difficult to peel off the base material from the element substrate after the electronic element portion is formed, and the obtained element is easily damaged.
これに対し、本発明の積層構造体では、基材と、素子用基板とが、フッ素系樹脂層を介して積層されている。したがって、積層構造体の素子用基板上にエレクトロニクス素子部を作製した後、素子用基板とフッ素系樹脂層との界面で、容易に剥離することが可能となる。
以下、本発明の積層構造体の各構成について説明する。
On the other hand, in the laminated structure of the present invention, the base material and the substrate for the element are laminated via the fluorine-based resin layer. Therefore, after the electronic element portion is formed on the element substrate of the laminated structure, it can be easily peeled off at the interface between the element substrate and the fluorine-based resin layer.
Hereinafter, each configuration of the laminated structure of the present invention will be described.
2-1.基材
基材は、素子用基板を十分に支持可能な剛性を有し、かつその表面に後述のフッ素系樹脂層を均一に形成可能な基板であれば特に制限されない。基材の形状は、作製するエレクトロニクス素子の形状に合わせて適宜選択され、例えば平板状の基板であってもよく、屈曲した構造を有する基板等であってもよい。
2-1. Base material The base material is not particularly limited as long as it has rigidity enough to support a substrate for an element and can uniformly form a fluorine-based resin layer described later on the surface thereof. The shape of the base material is appropriately selected according to the shape of the electronic element to be manufactured, and may be, for example, a flat plate-shaped substrate, a substrate having a bent structure, or the like.
また、基材の材料は特に制限されず、アルカリ金属酸化物(Na2O、K2O)を含有するアルカリガラス基板であってもよく、無アルカリガラス基板であってもよい。また、基材として、Siウェハや剛性の高いポリマーフィルム等を用いてもよい。 The material of the base material is not particularly limited, and may be an alkali glass substrate containing an alkali metal oxide (Na 2 O, K 2 O) or a non-alkali glass substrate. Further, as the base material, a Si wafer, a highly rigid polymer film, or the like may be used.
またさらに、基材の厚みは、通常50~3000μmであることが好ましく、より好ましくは100~1000μmであり、さらに好ましくは100~700μmである。基材の厚みが当該範囲であると、積層構造体上にエレクトロニクス素子部を形成する際の取扱性が良好となる。また、積層構造体の強度が高くなりやすい。なお、厚さが100μm以下の無機ガラス板は強度が多少低い場合があるが、基材として、このような無機ガラス板を用いる場合、破損防止のために、表面のクラックを埋める硬化性樹脂コーティングで処理することで、好適に使用することができる。 Furthermore, the thickness of the base material is usually preferably 50 to 3000 μm, more preferably 100 to 1000 μm, and even more preferably 100 to 700 μm. When the thickness of the base material is within the range, the handleability when forming the electronic element portion on the laminated structure becomes good. In addition, the strength of the laminated structure tends to increase. An inorganic glass plate having a thickness of 100 μm or less may have a slightly lower strength, but when such an inorganic glass plate is used as a base material, a curable resin coating that fills cracks on the surface is used to prevent damage. It can be suitably used by treating with.
また、基材の表面のうち、フレキシブル・エレクトロニクス素子用基板が積層される面の表面粗さ(Ra)は十分に小さいことが好ましく、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。表面粗さは、原子間力顕微鏡(AFM)によって測定することができる。また、表面粗さ(Ra)は、接触式の表面粗さ計によって測定することもできる。表面粗さが大きくなると、基材が割れやすくなったり、フレキシブル・エレクトロニクス素子用基板が剥離し難くなったり、後方散乱が大きくなる場合がある。 Further, among the surfaces of the base material, the surface roughness (Ra) of the surface on which the substrate for the flexible electronic device is laminated is preferably sufficiently small, preferably 10 nm or less, and more preferably 5 nm or less. preferable. Surface roughness can be measured by an atomic force microscope (AFM). The surface roughness (Ra) can also be measured by a contact type surface roughness meter. When the surface roughness becomes large, the base material may be easily cracked, the substrate for a flexible electronic element may be difficult to peel off, or backscattering may become large.
2-2.フッ素系樹脂層
フッ素系樹脂層は、基材とフレキシブル・エレクトロニクス素子用基板との間に形成される層であり、分子構造中にフッ素を含む樹脂を含む層である。フッ素系樹脂層の表面の水接触角が13°以上85°以下であり、水接触角は、好ましくは23°以上80°以下であり、さらに好ましくは23°以上70°以下である。後述するように、素子用基板は、通常、フッ素系樹脂層上に、樹脂前駆体を含むワニス等を塗布して形成される。このとき、フッ素系樹脂層表面の水接触角が高すぎると、ワニスを弾いてしまい、均一に素子用基板を形成することができない。これに対し、フッ素系樹脂層表面の水接触角が85°以下であれば、素子用基板をムラなく均一に形成することができる。一方、フッ素系樹脂層表面の水接触角が高くなると、エレクトロニクス素子部の形成後、素子用基板を剥離する際に、素子用基板とフッ素系樹脂層との界面での剥離が生じ難くなるが、フッ素系樹脂層表面の水接触角を13°以上とすることで、良好な剥離性が得られやすい。フッ素系樹脂層表面の水接触角は、フッ素系樹脂層の種類や、表面処理等によって、調整することが可能である。
2-2. Fluorine-based resin layer The fluorine-based resin layer is a layer formed between a base material and a substrate for a flexible electronic element, and is a layer containing a resin containing fluorine in its molecular structure. The water contact angle on the surface of the fluororesin layer is 13 ° or more and 85 ° or less, and the water contact angle is preferably 23 ° or more and 80 ° or less, and more preferably 23 ° or more and 70 ° or less. As will be described later, the device substrate is usually formed by applying a varnish or the like containing a resin precursor on a fluorine-based resin layer. At this time, if the water contact angle on the surface of the fluororesin layer is too high, the varnish is repelled and the device substrate cannot be uniformly formed. On the other hand, when the water contact angle on the surface of the fluororesin layer is 85 ° or less, the element substrate can be formed uniformly and evenly. On the other hand, if the water contact angle on the surface of the fluorine-based resin layer is high, peeling at the interface between the element substrate and the fluorine-based resin layer is less likely to occur when the element substrate is peeled off after the electronic element portion is formed. By setting the water contact angle on the surface of the fluorine-based resin layer to 13 ° or more, good peelability can be easily obtained. The water contact angle on the surface of the fluororesin layer can be adjusted by the type of the fluororesin layer, the surface treatment, and the like.
ここで、フッ素系樹脂層表面の水接触角とは、フッ素系樹脂層を露出させたときの水接触角であり、例えば積層構造体から、素子用基板を剥離することで、測定することができる。また、フッ素系樹脂層表面の水接触角は、液滴法により測定することができる。 Here, the water contact angle on the surface of the fluorine-based resin layer is the water contact angle when the fluorine-based resin layer is exposed, and can be measured, for example, by peeling the element substrate from the laminated structure. can. Further, the water contact angle on the surface of the fluororesin layer can be measured by the sessile drop method.
フッ素系樹脂層は、例えば、公知のフッ素系樹脂(例えばハイドロフルオロエーテル)を基材上に塗布し、乾燥させること等により形成することが可能である。フッ素樹脂の市販品の例には、ノベック 2702、1700、1720、7000、7100、7200、7300、71IPE(いずれもスリーエム社製);テフロン(登録商標)AF1600、AF2400(いずれも三井・デュポン フロロケミカル社製)等が含まれる。これらは1種単独で、または2種以上を混合して用いることができる。 The fluorine-based resin layer can be formed, for example, by applying a known fluorine-based resin (for example, hydrofluoroether) onto a substrate and drying it. Examples of commercially available fluororesin products include Novell 2702, 1700, 1720, 7000, 7100, 7200, 7300, 71IPE (all manufactured by 3M); Teflon® AF1600, AF2400 (all Mitsui and DuPont Fluorochemicals). (Manufactured by the company) etc. are included. These can be used alone or in combination of two or more.
また、フッ素系樹脂層は、フッ素系樹脂を含む層の形成後、例えば酸素プラズマ処理等が行われたものであってもよい。酸素プラズマ処理を行うことで、水接触角を所望の範囲に調整することができる。 Further, the fluorine-based resin layer may be one that has been subjected to, for example, oxygen plasma treatment after the formation of the layer containing the fluorine-based resin. By performing oxygen plasma treatment, the water contact angle can be adjusted to a desired range.
フッ素系樹脂層の厚さは、0.01~10μmであることが好ましく、0.1~3μmであることがより好ましい。フッ素系樹脂層の厚さが0.01μm以上であると、素子基板の剥離性が十分に高まりやすい。 The thickness of the fluororesin layer is preferably 0.01 to 10 μm, more preferably 0.1 to 3 μm. When the thickness of the fluororesin layer is 0.01 μm or more, the peelability of the element substrate tends to be sufficiently enhanced.
2-3.フレキシブル・エレクトロニクス素子用基板
素子用基板は、フレキシブル・エレクトロニクス素子を形成するための基板であればよく、その種類は特に制限されない。フレキシブル・エレクトロニクス素子の例には、例えば、有機薄膜太陽電池等の太陽電池、LED素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、及びトランジスタ等が含まれる。
2-3. Substrate for flexible electronics element The element substrate may be a substrate for forming a flexible electronics element, and the type thereof is not particularly limited. Examples of flexible electronic devices include, for example, solar cells such as organic thin film solar cells, LED devices, organic electroluminescence devices, transistors and the like.
ここで、素子用基板は、耐熱性やフレキシブル性、透明性等の観点から、前述の有機薄膜太陽電池用基板で説明した基板と同様の物性を有し、かつ上述のポリイミドを含む基板であることが好ましい。 Here, the substrate for an element has the same physical properties as the substrate described in the above-mentioned substrate for an organic thin-film solar cell from the viewpoints of heat resistance, flexibility, transparency, etc., and is a substrate containing the above-mentioned polyimide. Is preferable.
2-4.積層構造体の製造方法
上述の積層構造体は、基材上にフッ素系樹脂層を形成する工程と、当該フッ素系樹脂層上に素子用基板を形成する工程と、を行うことで、製造することができる。
2-4. Method for Manufacturing a Laminated Structure The above-mentioned laminated structure is manufactured by performing a step of forming a fluorine-based resin layer on a base material and a step of forming a substrate for an element on the fluorine-based resin layer. be able to.
・フッ素系樹脂層形成工程
まず、前述の基材を準備し、当該基材上にフッ素系樹脂層形成用組成物塗布する。フッ素系樹脂層形成用組成物は、前述のフッ素系樹脂もしくはその前駆体と、溶媒とを含む組成物等とすることができる。
-Fluorine-based resin layer forming step First, the above-mentioned base material is prepared, and the composition for forming a fluorine-based resin layer is applied onto the base material. The composition for forming a fluorine-based resin layer can be a composition containing the above-mentioned fluorine-based resin or a precursor thereof and a solvent.
フッ素系樹脂層形成用組成物の塗布方法は特に制限されず、例えばスピンコート法、バーコート法、ディップコート法、スリットコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、ダイコート法等とすることができる。 The method for applying the composition for forming a fluororesin layer is not particularly limited, and examples thereof include a spin coating method, a bar coating method, a dip coating method, a slit coating method, a spray coating method, a gravure coating method, and a die coating method. ..
フッ素系樹脂層形成用組成物の塗布後、当該組成物中の溶媒を除去し、乾燥させる。乾燥方法は、フッ素系樹脂層形成用組成物中に含まれる成分に応じて適宜選択され、例えば加熱乾燥を行ってもよく、室温乾燥を行ってもよい。 After applying the composition for forming a fluororesin layer, the solvent in the composition is removed and dried. The drying method is appropriately selected according to the components contained in the composition for forming the fluororesin layer, and may be, for example, heat-dried or room-temperature dried.
さらに、フッ素系樹脂層形成用組成物の乾燥後、必要に応じて、表面に酸素プラズマ処理等を行ってもよい。酸素プラズマの処理条件は、フッ素系樹脂層の表面の水接触角が13°以上85°以下となるように、適宜選択する。 Further, after the composition for forming the fluororesin layer is dried, the surface may be subjected to oxygen plasma treatment or the like, if necessary. The treatment conditions for oxygen plasma are appropriately selected so that the water contact angle on the surface of the fluororesin layer is 13 ° or more and 85 ° or less.
・素子用基板の形成工程
続いて、上記フッ素系樹脂層上に、素子用基板を形成する。素子用基板の形成方法は、樹脂の種類に応じて適宜選択されるが、ポリイミドを主に含む素子用基板を作製する方法としては、特定の構造を有するジアミンと、特定の構造を有するテトラカルボン酸二無水物とを、溶媒中で重合反応させてアミド酸含有ワニスとする。そして、当該アミド酸含有ワニスを、フッ素系樹脂層上に塗布した後、アミド酸をイミド化(イミド閉環)させる。これにより、基材、フッ素系樹脂層、および素子用基板が積層された積層構造体が得られる。
-Step of forming the element substrate Next, the element substrate is formed on the above-mentioned fluorine-based resin layer. The method for forming the substrate for an element is appropriately selected depending on the type of resin, but as a method for producing a substrate for an element mainly containing polyimide, a diamine having a specific structure and a tetracarboxylic acid having a specific structure are used. The acid dianhydride is polymerized in a solvent to obtain an amic acid-containing varnish. Then, the amidic acid-containing varnish is applied onto the fluororesin layer, and then the amidic acid is imidized (imide ring closure). As a result, a laminated structure in which the base material, the fluorine-based resin layer, and the substrate for the element are laminated can be obtained.
(ポリアミド酸ワニスの調製)
まず、所定の構造を有するジアミンと、特定の構造を有するテトラカルボン酸二無水物とを、溶媒中で重合反応させてアミド酸含有ワニスとする。
(Preparation of polyamic acid varnish)
First, a diamine having a predetermined structure and a tetracarboxylic acid dianhydride having a specific structure are polymerized in a solvent to obtain an amic acid-containing varnish.
ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物は、調製するポリイミドの構造に合わせて適宜選択される。例えば、上記一般式(1)で表される繰返し構造を有するポリイミドを含む素子用基板を作製する場合、脂環式炭化水素構造を有するジアミンまたは直鎖脂肪族ジアミンと、芳香環を含むテトラカルボン酸二無水物とを反応させて、ポリアミド酸を調製する。ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物は、それぞれ一種のみ用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Diamine and tetracarboxylic dianhydride are appropriately selected according to the structure of the polyimide to be prepared. For example, when a substrate for an element containing a polyimide having a repeating structure represented by the above general formula (1) is produced, a diamine or a linear aliphatic diamine having an alicyclic hydrocarbon structure and a tetracarboxylic containing an aromatic ring are produced. Polyamide acid is prepared by reacting with an acid dianhydride. The diamine and the tetracarboxylic dianhydride may be used alone or in combination of two or more.
脂環式炭化水素構造を有するジアミンの例には、シクロブタンジアミン、シクロヘキサンジアミン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン〕、ジアミノビシクロヘプタン、ジアミノメチルビシクロヘプタン(ノルボルナンジアミンなどのノルボルナンジアミン類を含む)、ジアミノオキシビシクロヘプタン、ジアミノメチルオキシビシクロヘプタン(オキサノルボルナンジアミンを含む)、イソホロンジアミン、ジアミノトリシクロデカン、ジアミノメチルトリシクロデカン、ビス(アミノシクロへキシル)メタン、ビス(アミノシクロヘキシル)イソプロピリデン等が含まれる。 Examples of diamines having an alicyclic hydrocarbon structure include cyclobutanediamine, cyclohexanediamine, bis (aminomethyl) cyclohexane], diaminobicycloheptane, diaminomethylbicycloheptane (including norbornanediamines such as norbornanediamine), and diaminooxy. Includes bicycloheptane, diaminomethyloxybicycloheptane (including oxanorbornanediamine), isophoronediamine, diaminotricyclodecane, diaminomethyltricyclodecane, bis (aminocyclohexyl) methane, bis (aminocyclohexyl) isopropylidene, etc. ..
直鎖状脂肪族ジアミンの例には、1,5-ジアミノペンタン、1,6-ジアミノヘキサン、1,7-ジアミノヘプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、1,11-ジアミノウンデカン、1,12-ジアミノドデカン等が含まれる。 Examples of linear aliphatic diamines are 1,5-diaminopentane, 1,6-diaminohexane, 1,7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, 1,10-diamino. Decan, 1,11-diaminoundecane, 1,12-diaminododecane and the like are included.
また、芳香環を含むテトラカルボン酸二無水物の例には、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、1,4-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物、2,2-ビス[(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、4,4’-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシ)ビフェニル二無水物、ナフタレン2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン1,2,5,6-テトラカルボン酸二無水物、4,4’-(9-フルオレニリデン)ビス無水フタル酸等が含まれる。 Examples of tetracarboxylic acid dianhydrides containing aromatic rings include pyromellitic acid dianhydrides, 3,3', 4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydrides, 2,3,3', 4. '-Biphenyltetracarboxylic acid dianhydride, 3,3', 4,4'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, 1,4-bis (3) , 4-Dicarboxyphenoxy) benzene dianhydride, 2,2-bis [(3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] propane dianhydride, 4,4'-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) biphenyl Dianhydride, Naphthalene 2,3,6,7-Tetracarboxylic Acid Dianhydride, Naphthalene1,2,5,6-Tetracarboxylic Acid Dianhydride, 4,4'-(9-Fluorenilidene) Bisphthalic Anhydride Etc. are included.
一方、上記一般式(2)で表される繰返し構造を有するポリイミドを含む素子用基板を作製する場合、芳香環を含むジアミンと、脂環式炭化水素構造を含むテトラカルボン酸二無水物とを反応させて、ポリアミド酸を調製する。ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物は、それぞれ一種のみ用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 On the other hand, in the case of producing a substrate for an element containing a polyimide having a repeating structure represented by the above general formula (2), a diamine containing an aromatic ring and a tetracarboxylic acid dianhydride containing an alicyclic hydrocarbon structure are used. The reaction is carried out to prepare a polyamic acid. The diamine and the tetracarboxylic dianhydride may be used alone or in combination of two or more.
芳香環を含むジアミンの例には、ベンゼン環を1つ有するジアミンである、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-キシリレンジアミン、m-キシリレンジアミン;ベンゼン環を2つ有するジアミンである、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,3’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、2,2-ジ(4-アミノフェニル)プロパン、1,5-ジアミノナフタレン、;ベンゼン環を3つ有するジアミンである、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4-ビス(3-アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノベンゾイル)ベンゼン、2,6-ビス(3-アミノフェノキシ)ピリジン;ベンゼン環を4つ有するジアミンである、4,4’-ビス(3-アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4-(3-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン;等が含まれる。 Examples of diamines containing an aromatic ring are p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, p-xylylene diamine, m-xylylene diamine, which are diamines having one benzene ring; diamines having two benzene rings. There are 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,3'-diaminodiphenyl sulfide, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'- Diaminodiphenylsulfone, 3,3'-diaminobenzophenone, 4,4'-diaminobenzophenone, 3,3'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 2,2-di (4-aminophenyl) propane, 1 , 5-Diaminonaphthalene ,; 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (3), a diamine having three benzene rings. -Aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminobenzoyl) benzene, 1,3-bis (4-aminobenzoyl) benzene, 1,4-bis (3-Aminobenzoyl) benzene, 1,4-bis (4-aminobenzoyl) benzene, 2,6-bis (3-aminophenoxy) pyridine; 4,4'-bis, a diamine having four benzene rings. (3-Aminophenoxy) biphenyl, 4,4'-bis (4-aminophenoxy) biphenyl, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ketone, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ketone, Bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfide, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfide, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (4-amino) phenyl] Phenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ether, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ether, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] Propane; etc. are included.
一方、脂環式炭化水素構造を含むテトラカルボン酸二無水物の例には、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2.]オクト-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン-2,3,5,6-テトラカルボン酸二無水物、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,3,5-トリカルボン酸-6-酢酸二無水物,1-メチル-3-エチルシクロヘキサ-1-エン-3-(1,2),5,6-テトラカルボン酸二無水物、デカヒドロ-1,4,5,8-ジメタノナフタレン-2,3,6,7-テトラカルボン酸二無水物、4-(2,5-ジオキソテトラヒドロフラン-3-イル)-テトラリン-1,2-ジカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジシクロヘキシルテトラカルボン酸二無水物等が含まれる。 On the other hand, examples of tetracarboxylic acid dianhydrides containing an alicyclic hydrocarbon structure include cyclobutanetetracarboxylic acid dianhydrides, 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic acid dianhydrides, 1,2, 4,5-Cyclohexanetetracarboxylic acid dianhydride, bicyclo [2.2.1] heptane-2,3,5,6-tetracarboxylic acid dianhydride, bicyclo [2.2.2. ] Oct-7-en-2,3,5,6-tetracarboxylic acid dianhydride, Bicyclo [2.2.2] Octane-2,3,5,6-tetracarboxylic acid dianhydride, 2,3 , 5-Tricarboxycyclopentylacetic acid dianhydride, Bicyclo [2.2.1] heptane-2,3,5-tricarboxylic acid-6-acetic acid dianhydride, 1-methyl-3-ethylcyclohex-1-ene -3- (1,2), 5,6-tetracarboxylic acid dianhydride, decahydro-1,4,5,8-dimethanonaphthalene-2,3,6,7-tetracarboxylic acid dianhydride, 4 -(2,5-Dioxotetracarboxylate-3-yl) -tetralin-1,2-dicarboxylic acid dianhydride, 3,3', 4,4'-dicyclohexyltetracarboxylic acid dianhydride and the like are included.
ポリアミド酸ワニスは、例えば、上記ジアミンと、テトラカルボン酸二無水物とを、非プロトン性極性溶媒または水溶性アルコール系溶媒中で重合することにより得られる。非プロトン性極性溶媒の例には、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルフォスフォラアミド等;エーテル系化合物である、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-(メトキシメトキシ)エトキシエタノール、2-イソプロポキシエタノール、2-ブトキシエタノール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2-ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどが含まれる。水溶性アルコール系溶媒の例には、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、tert-ブチルアルコール、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-ブテン-1,4-ジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、1,2,6-ヘキサントリオール、ジアセトンアルコール等が含まれる。 The polyamic acid varnish can be obtained, for example, by polymerizing the above diamine and tetracarboxylic acid dianhydride in an aprotic polar solvent or a water-soluble alcohol-based solvent. Examples of aprotonic polar solvents include N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, hexamethylphosphoramide, etc .; ether-based compounds, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2- (methoxymethoxy) ethoxyethanol, 2-isopropoxyethanol, 2-butoxyethanol, tetrahydrofurfuryl alcohol, diethylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol, tri Ethylene Glycol Monoethyl Ether, Tetraethylene Glycol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, Dipropylene Glycol, Dipropylene Glycol Monomethyl Ether, Dipropylene Glycol Monoethyl Ether, Tripropylene Glycol Monomethyl Ether, Polyethylene Glycol, polypropylene glycol, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether and the like are included. Examples of water-soluble alcohol solvents include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, tert-butyl alcohol, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol. 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 2-butane-1,4-diol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 1,2,6-hexane Includes triol, diacetone alcohol and the like.
これらの溶剤は1種単独で、もしくは2種以上を混合して用いることができる。これらの中でも、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドンもしくはこれらの組み合わせが好ましい。 These solvents can be used alone or in combination of two or more. Among these, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone or a combination thereof is preferable.
ポリアミド酸ワニスの調製手順に特に制限はない。例えば、撹拌機及び窒素導入管を備えた容器を用意する。窒素置換した容器内に前述の溶媒を投入し、固形分濃度が30重量%程度となるようにジアミンを加えて攪拌し、溶解させる。この溶液に、ジアミン化合物に対して、モル比率が1程度となるようにテトラカルボン酸二無水物を加え、温度を調整して1~50時間程度攪拌する。これにより、ポリアミド酸が溶媒に分散されたポリアミド酸ワニスを得ることができる。 There are no particular restrictions on the procedure for preparing the polyamic acid varnish. For example, prepare a container equipped with a stirrer and a nitrogen introduction pipe. The above-mentioned solvent is put into a nitrogen-substituted container, diamine is added so that the solid content concentration becomes about 30% by weight, and the mixture is stirred and dissolved. To this solution, tetracarboxylic dianhydride is added so that the molar ratio is about 1 with respect to the diamine compound, the temperature is adjusted, and the mixture is stirred for about 1 to 50 hours. This makes it possible to obtain a polyamic acid varnish in which the polyamic acid is dispersed in a solvent.
(ポリアミド酸ワニスの塗布およびイミド化)
上述のポリアミド酸ワニスを、前述のフッ素系樹脂層上に塗布し、加熱し、ポリアミド酸をイミド化させる。ここで、ポリアミド酸ワニスの塗布方法は特に制限されず、例えば例えばスピンコート法、バーコート法、ディップコート法、スリットコート法、スプレーコート法、グラビアコート法、ダイコート法等とすることができる。
(Applying and imidizing polyamic acid varnish)
The above-mentioned polyamic acid varnish is applied onto the above-mentioned fluororesin layer and heated to imidize the polyamic acid. Here, the method for applying the polyamic acid varnish is not particularly limited, and for example, a spin coating method, a bar coating method, a dip coating method, a slit coating method, a spray coating method, a gravure coating method, a die coating method, or the like can be used.
ポリアミド酸のイミド化は、通常の加熱乾燥炉で行うことができる。乾燥炉の雰囲気としては、空気、イナートガス(窒素、アルゴン)等が利用できるが、酸素濃度が5%以下の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。環境雰囲気中の酸素濃度を低くすることで、得られる素子用基板(ポリイミド基板)の透明性を高めることができる。また、得られる素子用基板(ポリイミド基板)の耐折性や引張強度も高まりやすい。不活性ガスの環境雰囲気における酸素濃度は、0.1%以下がより好ましい。 The imidization of the polyamic acid can be carried out in a normal heating and drying oven. As the atmosphere of the drying furnace, air, inert gas (nitrogen, argon) or the like can be used, but it is preferable to use an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 5% or less. By lowering the oxygen concentration in the environmental atmosphere, the transparency of the obtained element substrate (polyimide substrate) can be improved. In addition, the folding resistance and tensile strength of the obtained element substrate (polyimide substrate) are likely to increase. The oxygen concentration of the inert gas in the environmental atmosphere is more preferably 0.1% or less.
一方、イミド化時の平均昇温速度は、50~300℃の範囲で、例えば0.25~50℃/分ことができ、好ましくは1~10℃/分、より好ましくは2~5℃/分である。昇温速度は、一定としてもよく、2段階以上に変えてもよい。2段階以上に変える場合は、各昇温速度を0.25~50℃/分とすることが好ましい。得られる素子用基板(ポリイミド基板)の透明性が高くなり、さらに、引張強度や耐折性も高くなる。さらに、昇温は、連続的でも段階的(逐次的)でもよいが、連続的とすることが、得られる素子用基板(ポリイミド基板)の外観不良やイミド化反応に伴う白化を抑制できる点から好ましい。なお、塗膜は必ずしも300℃まで加熱する必要はない。昇温終了温度が300℃未満である場合、150℃からその昇温終了温度までの範囲における平均昇温速度を0.25~50℃/分とすることが好ましい。 On the other hand, the average heating rate during imidization can be, for example, 0.25 to 50 ° C./min, preferably 1 to 10 ° C./min, and more preferably 2 to 5 ° C./min in the range of 50 to 300 ° C. Minutes. The rate of temperature rise may be constant or may be changed to two or more steps. When changing to two or more steps, it is preferable to set each heating rate to 0.25 to 50 ° C./min. The transparency of the obtained element substrate (polyimide substrate) is increased, and the tensile strength and folding resistance are also increased. Further, the temperature rise may be continuous or stepwise (sequential), but the continuous temperature rise can suppress the appearance defect of the obtained element substrate (polyimide substrate) and the whitening due to the imidization reaction. preferable. The coating film does not necessarily have to be heated to 300 ° C. When the temperature rise end temperature is less than 300 ° C., the average temperature rise rate in the range from 150 ° C. to the temperature rise end temperature is preferably 0.25 to 50 ° C./min.
昇温終了(到達最高)温度は、通常、高めの温度、具体的にはポリイミドのガラス転移温度Tgより10℃以上高い温度とすることが好ましい。昇温終了(到達最高)温度を当該温度とすることで、塗膜に含まれる残存溶剤を除去しやすくなる。また、得られる素子用基板(ポリイミド基板)の耐折性が高くなる。昇温終了(到達最高)温度は、例えば200~300℃が好ましく、より好ましくは250~290℃であり、さらに好ましくは270~290℃である。昇温終了後の加熱時間は、例えば1秒~10時間程度とすることができる。 The temperature at which the temperature rise ends (reached maximum) is usually preferably a higher temperature, specifically, a temperature higher than the glass transition temperature Tg of the polyimide by 10 ° C. or more. By setting the temperature at which the temperature rise ends (maximum reached) to that temperature, it becomes easier to remove the residual solvent contained in the coating film. In addition, the folding resistance of the obtained element substrate (polyimide substrate) is improved. The temperature at which the temperature rise ends (reached maximum) is, for example, preferably 200 to 300 ° C, more preferably 250 to 290 ° C, and even more preferably 270 to 290 ° C. The heating time after the temperature rise is completed can be, for example, about 1 second to 10 hours.
2-5.積層構造体を用いたフレキシブル・エレクトロニクス素子の製造方法
上述の積層構造体を用いてフレキシブル・エレクトロニクス素子を製造する場合、まず、積層構造体の素子用基板上にエレクトロニクス素子部を形成する工程を行い、その後、フレキシブル・エレクトロニクス素子用の基板から、フッ素系樹脂層および基材を剥離する工程を行う。
2-5. Method for manufacturing a flexible electronic element using a laminated structure When manufacturing a flexible electronic element using the above-mentioned laminated structure, first, a step of forming an electronic element portion on a substrate for the element of the laminated structure is performed. After that, a step of peeling the fluororesin layer and the base material from the substrate for the flexible electronic element is performed.
本発明の方法によれば、剛性を有する基材によって支持しながら、エレクトロニクス素子部を形成することが可能である。したがって、エレクトロニクス素子部の形成時に、素子用基板が撓んだりすること等がなく、所望の位置に精度よくエレクトロニクス素子部を形成することが可能である。 According to the method of the present invention, it is possible to form an electronic element portion while being supported by a rigid base material. Therefore, the element substrate does not bend when the electronic element portion is formed, and the electronic element portion can be accurately formed at a desired position.
一方で、エレクトロニクス素子部を形成した後は、素子用基板から基材およびフッ素系樹脂層を容易に剥離することが可能である。したがって、エレクトロニクス素子部を破損させること等なく、剥離を行うことが可能であり、フレキシブル性を有するエレクトロニクス素子が容易に得られる。 On the other hand, after forming the electronic device portion, the base material and the fluorine-based resin layer can be easily peeled off from the device substrate. Therefore, it is possible to perform peeling without damaging the electronic element portion, and a flexible electronic element can be easily obtained.
以下において、実施例を参照して本発明を説明する。実施例によって、本発明の範囲は限定して解釈されない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. By way of examples, the scope of the invention is not construed as limiting.
1.積層構造体の作製
[実施例1、2、および比較例1~3]
・フッ素系樹脂層の形成
フッ素系コーティング剤1(3M社製、NOVEC 1700)およびフッ素系コーティング剤2(3M社製、NOVEC7100)を表1に示す質量比で混合したフッ素系樹脂層形成用組成物を、無機ガラス板からなる基材(アルカリガラス、0.7mm厚)上に200μl滴下し、スピンコートした。スピンコートの条件は、2000rpm、60秒間とした。その後、当該積層体を室温で3分静置し、無機ガラス板上に厚さ100nmのフッ素系樹脂層を形成した。得られたフッ素系樹脂層の表面に、酸素プラズマ処理を行った。プラズマ処理は、SAMCO社製PC300にて、酸素ガス流量5sccm、電力50Wで30秒間行った。得られたフッ素系樹脂層の表面の水接触角を液滴法により測定した。水接触角は、5箇所について測定を行い、これらの平均値とした。結果を表1に示す。
1. 1. Preparation of laminated structure [Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3]
-Formation of a fluorine-based resin layer A composition for forming a fluorine-based resin layer in which a fluorine-based coating agent 1 (3M, NOVEC 1700) and a fluorine-based coating agent 2 (3M, NOVEC 7100) are mixed in the mass ratio shown in Table 1. 200 μl of the substance was dropped onto a substrate made of an inorganic glass plate (alkali glass, 0.7 mm thick) and spin-coated. The conditions for spin coating were 2000 rpm and 60 seconds. Then, the laminated body was allowed to stand at room temperature for 3 minutes to form a fluorine-based resin layer having a thickness of 100 nm on an inorganic glass plate. The surface of the obtained fluorine-based resin layer was treated with oxygen plasma. The plasma treatment was carried out on a PC300 manufactured by SAMCO with an oxygen gas flow rate of 5 sccm and an electric power of 50 W for 30 seconds. The water contact angle on the surface of the obtained fluorine-based resin layer was measured by the sessile drop method. The water contact angle was measured at 5 points and used as the average value. The results are shown in Table 1.
・ポリイミド基板(フレキシブル・エレクトロニクス素子用基板)の作製
温度計、攪拌機、窒素導入管、滴下ロートを備えた300mLの5つ口セパラブルフラスコに、1,4-ジアミノシクロヘキサン(CHDA)5.71g(0.05モル)、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(14BAC)7.11g(0.05モル)、およびN,N‐ジメチルアセトアミド(DMAc)229.7gを加えて撹拌した。
-Preparation of polyimide substrate (substrate for flexible electronics element) 5.71 g (CHDA) of 1,4-diaminocyclohexane (CHDA) was placed in a 300 mL 5-port separable flask equipped with a thermometer, agitator, nitrogen introduction tube, and dropping funnel. 0.05 mol), 7.11 g (0.05 mol) of 1,4-bis (aminomethyl) cyclohexane (14BAC) and 229.7 g of N, N-dimethylacetamide (DMAc) were added and stirred.
ここに、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物(ODPA)30.9g(0.1モル)を装入し、反応容器を120℃に保持したオイルバス中に5分間浴し、速やかに再溶解していく様子を確認した。オイルバスを外してから、さらに18時間室温で攪拌し、ポリアミド酸を含むポリアミド酸ワニスを得た。当該ポリアミド酸ワニスを、上述のフッ素系樹脂層の上に200μl/cm2となるように滴下し、スピンコートした。スピンコートの条件は、5000rpm、60秒間とした。その後、当該積層体をイナートオーブンにて、昇温速度2℃/分で270℃まで昇温させ、270°で2時間焼成した。これにより、無機ガラス板上に厚さ1μmのポリイミド基板を形成した。 30.9 g (0.1 mol) of bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride (ODPA) was charged therein, and the reaction vessel was bathed in an oil bath maintained at 120 ° C. for 5 minutes. , It was confirmed that it was rapidly redissolved. After removing the oil bath, the mixture was further stirred at room temperature for 18 hours to obtain a polyamic acid varnish containing polyamic acid. The polyamic acid varnish was dropped onto the above-mentioned fluororesin layer at a rate of 200 μl / cm 2 and spin-coated. The conditions for spin coating were 5000 rpm and 60 seconds. Then, the laminate was heated to 270 ° C. at a heating rate of 2 ° C./min in an inert oven and fired at 270 ° C. for 2 hours. As a result, a polyimide substrate having a thickness of 1 μm was formed on the inorganic glass plate.
[比較例4]
無機ガラス板上にポリアミド酸ワニスを塗布した以外は、実施例1と同様にポリイミド基板を作製した。
[Comparative Example 4]
A polyimide substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the polyamic acid varnish was applied onto the inorganic glass plate.
・評価
得られた積層構造体について、ポリイミド基板の成膜性、およびポリイミド基板の剥離性を以下のように評価した。
-Evaluation With respect to the obtained laminated structure, the film-forming property of the polyimide substrate and the peelability of the polyimide substrate were evaluated as follows.
(ポリイミド基板の成膜性)
得られた積層構造体のポリイミド基板の表面について、一部凝集による厚膜領域、または液の弾きによる成膜ができていない(極端に厚さが薄い)領域(不均一な領域)の有無を目視により確認した。そして、成膜性を以下の基準で評価した。
〇:全体に対して不均一な領域の面積がおおむね10%未満であった
×:全体に対して不均一な領域の面積が10%以上であった
(Film film property of polyimide substrate)
Regarding the surface of the polyimide substrate of the obtained laminated structure, whether or not there is a thick film region due to partial aggregation or a region (non-uniform region) where film formation is not possible (extremely thin) due to liquid repelling. It was confirmed visually. Then, the film forming property was evaluated according to the following criteria.
〇: The area of the non-uniform area with respect to the whole was generally less than 10% ×: The area of the non-uniform area with respect to the whole was 10% or more.
(ポリイミド基板の剥離性)
得られた積層構造体から、ポリイミド基板を剥離した。具体的には、ポリイミド基板の無機ガラス板の外周側の4辺に、メスにて切込みを入れた。そして、当該4辺にテープを接着させ、「ロ」の字型の構造のポリイミド基板を得た。剥離は、テープを手またはピンセットで保持しながら行った。このときのポリイミド基板の剥離性を以下の基準で評価した。
〇:「ロ」の字型の基板のうち、90%以上にポリイミド膜が形成されていた
△:「ロ」の字型の基板のうち、50%以上90%未満にポリイミド膜が形成されていた
×:破れや無機ガラス板への残りなどにより、ポリイミド膜の形成面積が「ロ」の字型の基板の50%未満であった
(Removability of polyimide substrate)
The polyimide substrate was peeled off from the obtained laminated structure. Specifically, cuts were made with a scalpel on the four sides of the inorganic glass plate of the polyimide substrate on the outer peripheral side. Then, tape was adhered to the four sides to obtain a polyimide substrate having a "square" shape. The peeling was performed while holding the tape by hand or with tweezers. The peelability of the polyimide substrate at this time was evaluated according to the following criteria.
〇: Polyimide film was formed on 90% or more of the “B” -shaped substrate Δ: Polyimide film was formed on 50% or more and less than 90% of the “B” -shaped substrate. ×: The formation area of the polyimide film was less than 50% of the “square” -shaped substrate due to tearing or remaining on the inorganic glass plate.
上記表1に示されるように、表面の水接触角が13°以上85°以下であるフッ素系樹脂層上にポリイミド基板を作製した場合には、ポリイミド基板の成膜性およびポリイミド基板の剥離性が良好であった(実施例1および2)。一方で、フッ素系樹脂層の水接触角が85°を超えると、ポリイミド基板の成膜性が低下し(比較例1)、フッ素系樹脂層の水接触角が13°未満になると、ポリイミド基板の剥離性が低下した(比較例2~4)。 As shown in Table 1 above, when the polyimide substrate is formed on a fluorine-based resin layer having a water contact angle of 13 ° or more and 85 ° or less on the surface, the film-forming property of the polyimide substrate and the peelability of the polyimide substrate are formed. Was good (Examples 1 and 2). On the other hand, when the water contact angle of the fluorine-based resin layer exceeds 85 °, the film-forming property of the polyimide substrate deteriorates (Comparative Example 1), and when the water contact angle of the fluorine-based resin layer becomes less than 13 °, the polyimide substrate (Comparative Examples 2 to 4).
[実施例3~5、および比較例5~6]
・フッ素系樹脂層の形成
フッ素系コーティング剤3(3M社製、NOVEC 2702)およびフッ素系コーティング剤4(3M社製、NOVEC7200)を表2に示す質量比で混合したフッ素系樹脂層形成用組成物を用いた以外は、実施例1と同様に、ガラス基板、フッ素系樹脂層、およびポリイミド基板(フレキシブル・エレクトロニクス素子用基板)が積層された積層構造体を作製した。当該積層構造体について、実施例1等と同様にポリイミド基板の成膜性、およびポリイミド基板の剥離性を評価した結果を表2に示す。併せて、上述の比較例4(フッ素系樹脂層を含まない)積層構造体の評価結果も表2に示す。
[Examples 3 to 5 and Comparative Examples 5 to 6]
-Formation of a fluorine-based resin layer A composition for forming a fluorine-based resin layer in which a fluorine-based coating agent 3 (3M, NOVEC 2702) and a fluorine-based coating agent 4 (3M, NOVEC 7200) are mixed in the mass ratio shown in Table 2. A laminated structure in which a glass substrate, a fluorinated resin layer, and a polyimide substrate (a substrate for a flexible electronics element) were laminated was produced in the same manner as in Example 1 except that a material was used. Table 2 shows the results of evaluating the film-forming property of the polyimide substrate and the peelability of the polyimide substrate for the laminated structure in the same manner as in Example 1. At the same time, Table 2 also shows the evaluation results of the above-mentioned Comparative Example 4 (not including the fluororesin layer) laminated structure.
上記表2に示されるように、表面の水接触角が13°以上85°以下であるフッ素系樹脂層上にポリイミド基板を作製した場合には、ポリイミド基板の成膜性およびポリイミド基板の剥離性が良好であり、実用状問題ない範囲であった(実施例3~5)。一方で、水接触角が13°未満になると、ポリイミド基板の剥離性が低下した(比較例4~6)。 As shown in Table 2 above, when the polyimide substrate is formed on a fluorine-based resin layer having a water contact angle of 13 ° or more and 85 ° or less on the surface, the film-forming property of the polyimide substrate and the peelability of the polyimide substrate are formed. Was good, and there was no problem in practical use (Examples 3 to 5). On the other hand, when the water contact angle was less than 13 °, the peelability of the polyimide substrate decreased (Comparative Examples 4 to 6).
2.有機薄膜太陽電池の作製
[実施例6]
・積層構造体の作製
無機ガラス板からなる基材(アルカリガラス、0.7mm厚)を準備した。そして無機ガラス板にSAMCO社製PC300にて、酸素ガス流量5sccm、電力300Wで10分間、酸素プラズマ処理を行った。その後、フッ素系コーティング剤1(3M社製、NOVEC 1700)およびフッ素系コーティング剤2(3M社製、NOVEC7100)を1:6の質量比で混合したフッ素系樹脂層形成用組成物を、無機ガラス板上に200μl滴下し、スピンコートした。スピンコートの条件は、2000rpm、60秒間とした。その後、当該積層体を室温で3分静置し、無機ガラス板上に厚さ100nmのフッ素系樹脂層を形成した。得られたフッ素系樹脂層の表面に、SAMCO社製PC300にて、酸素ガス流量5sccm、電力50Wで30秒間酸素プラズマ処理を行った。得られたフッ素系樹脂層の表面の水接触角は、29.0°であった。なお、水接触角は、液適法により5箇所について測定を行った結果の平均値とした。続いて、実施例1と同様に、当該フッ素系樹脂層上にポリイミド基板(厚さ1.3μm)を作製した。当該ポリイミド基板の物性を、表3に示す。
2. 2. Fabrication of Organic Thin-Film Solar Cell [Example 6]
-Preparation of laminated structure A base material (alkaline glass, 0.7 mm thick) made of an inorganic glass plate was prepared. Then, the inorganic glass plate was subjected to oxygen plasma treatment with a PC300 manufactured by SAMCO for 10 minutes at an oxygen gas flow rate of 5 sccm and an electric power of 300 W. Then, a composition for forming a fluorine-based resin layer in which a fluorine-based coating agent 1 (3M, NOVEC 1700) and a fluorine-based coating agent 2 (3M, NOVEC 7100) were mixed at a mass ratio of 1: 6 was obtained from inorganic glass. 200 μl was dropped onto the plate and spin coated. The conditions for spin coating were 2000 rpm and 60 seconds. Then, the laminated body was allowed to stand at room temperature for 3 minutes to form a fluorine-based resin layer having a thickness of 100 nm on an inorganic glass plate. The surface of the obtained fluorine-based resin layer was subjected to oxygen plasma treatment for 30 seconds with a PC300 manufactured by SAMCO at an oxygen gas flow rate of 5 sccm and an electric power of 50 W. The water contact angle on the surface of the obtained fluorine-based resin layer was 29.0 °. The water contact angle was taken as the average value of the results of measurements at 5 points by the liquid method. Subsequently, a polyimide substrate (thickness 1.3 μm) was produced on the fluorine-based resin layer in the same manner as in Example 1. The physical characteristics of the polyimide substrate are shown in Table 3.
・有機薄膜太陽電池の作製
上述の積層構造体のポリイミド基板上に、酸化インジウムスズ(ITO)層をスパッタ法で成膜した。ITO層(第1の電極)の厚さは100nmとした。得られたITO層に、SAMCO社製PC300にて、酸素ガス流量5sccm、電力300Wで1分間酸素プラズマ処理を行った。
続いて、2-メトキシエタノール5mlに酢酸亜鉛二水和物549mg、およびエタノールアミン160μlを溶解させた溶液を、ITO層上に滴下し、スピンコートした。スピンコートの条件は、5000rpmm、30秒間とした。その後、当該積層体を70℃に加熱した後、180℃まで昇温させて30分間保持し、室温まで冷却させて、ZnO層(電子輸送層)を得た。
-Preparation of Organic Thin Film Solar Cell An indium tin oxide (ITO) layer was formed by a sputtering method on a polyimide substrate of the above-mentioned laminated structure. The thickness of the ITO layer (first electrode) was 100 nm. The obtained ITO layer was subjected to oxygen plasma treatment for 1 minute with a PC300 manufactured by SAMCO at an oxygen gas flow rate of 5 sccm and an electric power of 300 W.
Subsequently, a solution prepared by dissolving 549 mg of zinc acetate dihydrate and 160 μl of ethanolamine in 5 ml of 2-methoxyethanol was added dropwise onto the ITO layer and spin-coated. The conditions for spin coating were 5000 rpmm and 30 seconds. Then, the laminate was heated to 70 ° C., heated to 180 ° C., held for 30 minutes, and cooled to room temperature to obtain a ZnO layer (electron transport layer).
次に、o-ジクロロベンゼン中に、下記式(7)で表される構造を有するPNTz4Tと、下記式(8)で表される構造を有するPC71BMとを1:2の質量比で溶解させた溶液を準備した。そして、ZnO層上に加熱スピンコートした。スピンコートの条件は、100℃、600rpm、20秒間とした。これにより、厚さ250~300nmの光電変換層を得た。
続いて、上記光電変換層上に酸化MoOx層(正孔輸送層)およびAg層(第2の電極)を真空蒸着法で成膜した。成膜時の圧力は、いずれも1×10-3Pa未満とした。さらに酸化モリブデンの成膜レートは、0.1Å/s以下、銀の成膜レートは1Å/s以下とした。また、MoO3層の厚みは7.5nm、Ag層の厚みは100nmとした。その後、当該積層体から、無機ガラス板およびフッ素系樹脂層を剥離し、有機薄膜太陽電池を得た。 Subsequently, an oxidized MoO x layer (hole transport layer) and an Ag layer (second electrode) were formed on the photoelectric conversion layer by a vacuum vapor deposition method. The pressure at the time of film formation was set to less than 1 × 10 -3 Pa. Further, the film formation rate of molybdenum oxide was 0.1 Å / s or less, and the film formation rate of silver was 1 Å / s or less. The thickness of the MoO 3 layer was 7.5 nm, and the thickness of the Ag layer was 100 nm. Then, the inorganic glass plate and the fluorine-based resin layer were peeled off from the laminate to obtain an organic thin-film solar cell.
[比較例7]
CHDA、14BAC、ODPAの代わりに、4,4’-オキシジアニリン(ODA)20.0g(0.100モル)および無水ピロメリット酸(PMDA)21.8g(0.100モル)を使用し、DMAcの使用量を177.7gに変更した他は、実施例1と同様の方法でポリアミド酸を含むポリアミド酸ワニスを得た。そして、実施例6と同様の方法により、有機薄膜太陽電池を作製した。
[Comparative Example 7]
Instead of CHDA, 14BAC, ODPA, 20.0 g (0.100 mol) of 4,4'-oxydianiline (ODA) and 21.8 g (0.100 mol) of pyromellitic anhydride (PMDA) were used. A polyamic acid varnish containing polyamic acid was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of DMAc used was changed to 177.7 g. Then, an organic thin-film solar cell was produced by the same method as in Example 6.
[比較例8]
積層構造体の代わりに、無機ガラス板(アルカリガラス、厚み0.7mm)を使用した以外は、実施例6と同様に有機薄膜太陽電池を作製した。
[Comparative Example 8]
An organic thin-film solar cell was produced in the same manner as in Example 6 except that an inorganic glass plate (alkaline glass, thickness 0.7 mm) was used instead of the laminated structure.
[評価]
実施例6で作製したポリイミド基板、比較例7で使用したポリイミド基板、および比較例8で使用した無機ガラス板の物性を評価した。結果を表3に示す。
[evaluation]
The physical characteristics of the polyimide substrate produced in Example 6, the polyimide substrate used in Comparative Example 7, and the inorganic glass plate used in Comparative Example 8 were evaluated. The results are shown in Table 3.
(厚さ5μmにおける波長400nm±5nmの最大透過率の測定)
実施例6、比較例7で用いた各ポリアミド酸ワニスを用い、スピンコートの条件だけを変えて、厚みが5μmとなるポリイミド基板を作製した。
得られたポリイミド基板、ならびに比較例8で使用した無機ガラス板の波長400nm±5nmの光線透過率を、島津製作所社製 分光光度計(MultiSpec-1500)で測定した。そして、厚み5μmにおける波長400nm±5nmにおける最大透過率を算出した。
(Measurement of maximum transmittance at a wavelength of 400 nm ± 5 nm at a thickness of 5 μm)
Using each of the polyamic acid varnishes used in Example 6 and Comparative Example 7, a polyimide substrate having a thickness of 5 μm was prepared by changing only the spin coating conditions.
The light transmittance of the obtained polyimide substrate and the inorganic glass plate used in Comparative Example 8 at a wavelength of 400 nm ± 5 nm was measured with a spectrophotometer (MultiSpec-1500) manufactured by Shimadzu Corporation. Then, the maximum transmittance at a wavelength of 400 nm ± 5 nm at a thickness of 5 μm was calculated.
(厚さ5μmにおけるL*a*b*表色系におけるb*値)
実施例6、比較例7で用いた各ポリアミド酸ワニスを用い、スピンコートの条件だけを変えて、厚みが5μmとなるポリイミド基板を作製した。
得られたポリイミド基板、ならびに比較例8で使用した無機ガラス板のL*a*b*表色系におけるb*値を、スガ試験機製Color Cute i型を用いて、透過モード、測光方式8°diにて白色標準板による校正を行った後、測定した。比較例8で使用した無機ガラス板については、測定値を、基板の厚みが5μmである場合のb*値に換算した。
(L * a * b * b * value in the munsell color system at a thickness of 5 μm)
Using each of the polyamic acid varnishes used in Example 6 and Comparative Example 7, a polyimide substrate having a thickness of 5 μm was prepared by changing only the spin coating conditions.
The L * a * b * b * values in the color system of the obtained polyimide substrate and the inorganic glass plate used in Comparative Example 8 were set to the transmission mode and the photometric method 8 ° using the Color Cute i type manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. After calibrating with a white standard plate with di, the measurement was performed. For the inorganic glass plate used in Comparative Example 8, the measured value was converted into the b * value when the thickness of the substrate was 5 μm.
(MIT耐折性)
実施例6、比較例7で用いた各ポリアミド酸ワニスを用い、スピンコートの条件だけを変えて、厚みが10μmとなるポリイミド基板を作製した。
得られたポリイミド基板を、長さ約120mm×幅15mmの形状にカットし、試験片とした。この試験片を、安田精機製作所製 MIT型耐折試験機(307型)にセットして、曲率半径0.38mm、荷重0.5Kg、折り曲げ確度270度(左右135度)、折り曲げ速度175回/分の条件で破断するまでの回数を測定した。なお、比較例8で使用したガラス基板については、耐折性を測定することができなかった。
耐折性は、MIT耐折度試験機(安田精機製作所製、307型)を用い、上記試験片について、試験片の一端を固定したうえで、他端を把持して試験片を往復折り曲げし、試験片が破断するまでの折り曲げ回数を測定した。測定条件は以下の通りとした。
なお、試験時には、試験片の一方側への折り曲げを1回と数えた。試験は3回行い、3回の試験結果の算術平均値について有効数値2ケタで四捨五入した値を耐折性の測定結果とした。また、耐折性の測定結果の上限値は、100万回とした。
(MIT fold resistance)
Using each of the polyamic acid varnishes used in Example 6 and Comparative Example 7, a polyimide substrate having a thickness of 10 μm was prepared by changing only the spin coating conditions.
The obtained polyimide substrate was cut into a shape having a length of about 120 mm and a width of 15 mm to obtain a test piece. This test piece is set in a MIT type folding resistance tester (307 type) manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho, and has a radius of curvature of 0.38 mm, a load of 0.5 kg, a bending accuracy of 270 degrees (left and right 135 degrees), and a bending speed of 175 times /. The number of times until it broke was measured under the condition of minutes. The folding resistance of the glass substrate used in Comparative Example 8 could not be measured.
For the folding resistance, a MIT folding resistance tester (manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho, type 307) was used, and after fixing one end of the test piece, the other end was gripped and the test piece was bent back and forth. , The number of bends until the test piece broke was measured. The measurement conditions were as follows.
At the time of the test, bending to one side of the test piece was counted as one time. The test was performed three times, and the arithmetic mean value of the three test results was rounded to the nearest double digit as the measurement result of folding resistance. The upper limit of the folding resistance measurement result was set to 1 million times.
(測定条件)
曲げ半径:R=0.38mm
荷重:0.5kgf
折り曲げ角度:270°(左右135°)
折り曲げ速度:175回/分
試験回数:n=3
(Measurement condition)
Bending radius: R = 0.38mm
Load: 0.5kgf
Bending angle: 270 ° (135 ° left and right)
Bending speed: 175 times / min Number of tests: n = 3
(ガラス転移温度(Tg)の測定)
実施例6、比較例7で用いた各ポリアミド酸ワニスを用い、スピンコートの条件だけを変えて、厚みが5μmとなるポリイミド基板を作製した。
得られたポリイミド基板を、幅4mm、長さ20mmに裁断した。これを島津製作所社製 熱分析装置(TMA-50)で測定した。
(Measurement of glass transition temperature (Tg))
Using each of the polyamic acid varnishes used in Example 6 and Comparative Example 7, a polyimide substrate having a thickness of 5 μm was prepared by changing only the spin coating conditions.
The obtained polyimide substrate was cut into a width of 4 mm and a length of 20 mm. This was measured with a thermal analyzer (TMA-50) manufactured by Shimadzu Corporation.
(表面粗さ(Ra)の測定)
実施例6で使用したポリイミド基板および比較例8で使用した無機ガラス板の表面粗さ(Ra)は、AFM(SII社製NanoNavi IIs Nanocute)により測定した。
(Measurement of surface roughness (Ra))
The surface roughness (Ra) of the polyimide substrate used in Example 6 and the inorganic glass plate used in Comparative Example 8 was measured by AFM (NanoNavi IIs Nanocute manufactured by SII).
(規格化光電変換効率(PCE))
実施例6および比較例8で作製した薄膜太陽電池(活性領域 0.04cm2)に、ソーラシュミレーターでAM1.5G条件の光を照射強度1000W/m2で照射して、大気圧下、ケースレー社製2400 ソースメータで電流-電圧特性を測定した。得られた電流-電圧曲線から、規格化光電変換効率(PCE)を測定した。
(Standardized photoelectric conversion efficiency (PCE))
The thin-film solar cells (active region 0.04 cm 2 ) produced in Example 6 and Comparative Example 8 were irradiated with light under AM 1.5 G conditions with a solar simulator at an irradiation intensity of 1000 W / m 2 , and under atmospheric pressure, Caseley Co., Ltd. The current-voltage characteristics were measured with a 2400 source meter manufactured by Japan. The normalized photoelectric conversion efficiency (PCE) was measured from the obtained current-voltage curve.
表3に示すように、厚さ5μmにおける波長400nm±5nmの最大透過率が70%以上であり、厚さ5μmにおけるL*a*b*表色系におけるb*値が5以下であり、かつガラス転移温度が200℃以上であり、さらに表面粗さ(Ra)が5nm以下であるポリイミド基板を用いて作製した有機薄膜太陽電池は、ガラス基板を用いた有機薄膜太陽電池(比較例8)と同等の規格化光電変換効率(PCE)を実現することができた(実施例6)。当該有機薄膜太陽電池用のポリイミド基板は、光の透過率が高いだけでなく、耐熱性を備え、さらに表面粗さが小さいことから、短絡等も生じ難かったと推察される。また、当該ポリイミド基板は、MIT耐折性が十分に高く、十分なフレキシブル性も有していた。 As shown in Table 3, the maximum transmittance at a wavelength of 400 nm ± 5 nm at a thickness of 5 μm is 70% or more, the L * a * b * color system b * value at a thickness of 5 μm is 5 or less, and The organic thin-film solar cell manufactured by using a polyimide substrate having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher and a surface roughness (Ra) of 5 nm or less is different from that of an organic thin-film solar cell using a glass substrate (Comparative Example 8). The same standardized photoelectric conversion efficiency (PCE) could be realized (Example 6). It is presumed that the polyimide substrate for the organic thin-film solar cell not only has high light transmittance, but also has heat resistance and has a small surface roughness, so that short circuits and the like are unlikely to occur. In addition, the polyimide substrate had sufficiently high MIT folding resistance and sufficient flexibility.
これに対し、最大透過率やb*値が上記特定を満たさないポリイミド基板を用いて有機薄膜太陽電池を作製した場合には、光の透過率が低く、十分な光電変換効率を得ることができなかった(比較例7)。一方、ガラス基板を用いた有機薄膜太陽電池では、十分な光電変換効率を得ることは可能であったが、フレキシブル性が低かった(比較例8)。 On the other hand, when an organic thin-film solar cell is manufactured using a polyimide substrate whose maximum transmittance and b * value do not satisfy the above specifications, the light transmittance is low and sufficient photoelectric conversion efficiency can be obtained. There was no (Comparative Example 7). On the other hand, in an organic thin-film solar cell using a glass substrate, it was possible to obtain sufficient photoelectric conversion efficiency, but the flexibility was low (Comparative Example 8).
本発明の有機薄膜太陽電池用基板は、光の透過性が高く、フレキシブル性を有し、さらに表面粗さが低い。したがって、各種有機薄膜太陽電池に適用することが可能である。また、本発明の積層構造体は、フレキシブル・エレクトロニクス素子用の基板を容易に剥離することができる。したがって、各種フレキシブル・エレクトロニクス素子の作製に用いることができる。 The substrate for an organic thin-film solar cell of the present invention has high light transmission, flexibility, and low surface roughness. Therefore, it can be applied to various organic thin film solar cells. Further, the laminated structure of the present invention can easily peel off the substrate for the flexible electronic device. Therefore, it can be used for manufacturing various flexible electronic devices.
Claims (5)
前記フッ素系樹脂層の表面の水接触角が13°以上85°以下であり、
前記フレキシブル・エレクトロニクス素子用基板は、下記(1)~(6)を全て満たす、
積層構造体。
(1)厚さ5μmにおける波長400±5nmの最大透過率が70%以上である
(2)厚さ5μmにおけるL*a*b*表色系のb*値が5以下である
(3)JIS P8115に準拠して測定される、厚さ10μmにおけるMIT耐折性試験での耐折回数が、1万回以上である
(4)ガラス転移温度が200℃以上である
(5)厚さが0.5~5μmである
(6)少なくとも一方の面の表面粗さ(Ra)が5nm以下である The base material and the substrate for flexible electronic devices are laminated via a fluorine-based resin layer.
The water contact angle on the surface of the fluororesin layer is 13 ° or more and 85 ° or less.
The substrate for a flexible electronic device satisfies all of the following (1) to (6).
Laminated structure.
(1) The maximum transmittance at a wavelength of 400 ± 5 nm at a thickness of 5 μm is 70% or more. (2) The L * a * b * color system b * value at a thickness of 5 μm is 5 or less. (3) JIS The number of fold resistance in the MIT fold resistance test at a thickness of 10 μm measured according to P8115 is 10,000 or more. (4) The glass transition temperature is 200 ° C or more. (5) The thickness is 0. .5 to 5 μm (6) The surface roughness (Ra) of at least one surface is 5 nm or less.
請求項1に記載の積層構造体。
The laminated structure according to claim 1 .
前記一般式(3)で表される構成単位のY1が、
前記一般式(4)で表される構成単位のR2が、
からなる群から選ばれる少なくとも一種の2価の基であり、
前記一般式(4)で表される構成単位のY2が、
請求項2に記載の積層構造体。 R 1 of the structural unit represented by the general formula (3) is
Y 1 of the structural unit represented by the general formula (3) is
R 2 of the structural unit represented by the general formula (4) is
It is at least one kind of divalent group selected from the group consisting of
Y 2 of the structural unit represented by the general formula (4) is
The laminated structure according to claim 2 .
基材上に、フッ素系樹脂層を形成する工程と、
フッ素系樹脂層上に、フレキシブル・エレクトロニクス素子用の基板を形成する工程と、
を含み、
前記フッ素系樹脂層の表面の水接触角が13°以上85°以下である、
積層構造体の製造方法。 The method for manufacturing a laminated structure according to any one of claims 1 to 3 .
The process of forming a fluororesin layer on the substrate and
The process of forming a substrate for flexible electronic devices on a fluorine-based resin layer,
Including
The water contact angle on the surface of the fluororesin layer is 13 ° or more and 85 ° or less.
A method for manufacturing a laminated structure.
前記エレクトロニクス素子部の形成後、フレキシブル・エレクトロニクス素子用の基板から、フッ素系樹脂層および基材を剥離する工程と、
を有する、フレキシブル・エレクトロニクス素子の製造方法。 A step of forming an electronic device portion on a flexible electronic device substrate of the laminated structure according to any one of claims 1 to 3 .
After forming the electronic element portion, a step of peeling the fluorine-based resin layer and the base material from the substrate for the flexible electronic element, and
A method for manufacturing a flexible electronic device.
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