WO2009122575A1 - 後処理装置及び後処理方法 - Google Patents
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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Definitions
- the present application belongs to a technical field of a post-processing apparatus and a post-processing method, and more specifically, a technical field of a post-processing apparatus and a post-processing method for performing post-processing after manufacturing a semiconductor device such as an organic thin film solar cell. Belonging to.
- the solar cell currently generalized is a solar cell using silicon or an inorganic compound material for a photoelectric conversion layer that generates photovoltaic power by generating a photovoltaic effect, and an organic compound is applied to the photoelectric conversion layer.
- the solar cell used is also being developed.
- a solar cell using this organic compound has features such as a simple manufacturing method, low production cost, and further coloring and flexibility.
- a solar cell in which the photoelectric conversion layer is constituted by an organic thin film containing a conductive polymer, fullerene, or the like has been developed.
- this organic thin film solar cell is further simplified in structure and manufacturing method and flexible because it does not use an electrolyte solution like a dye-sensitized solar cell.
- the current development issue is improvement of efficiency.
- the current efficiency is generally about 4% to 5% for single-junction type and about 6.5% for multi-junction type, and research on materials etc. is conducted with the aim of further improving efficiency. It is just being broken.
- Patent Document 1 As a technique for improving the efficiency, for example, there is a technique disclosed in Patent Document 1 below.
- an electric field is applied to the organic thin film solar cell while raising the temperature of the organic thin film solar cell itself to the glass transition temperature of the electron donor related to the organic thin film solar cell.
- it is intended to improve the efficiency by improving the orientation of the photoelectric conversion layer as an organic thin film.
- a direct current does not flow through the organic thin-film solar cell itself only by applying an electric field in the technique disclosed in Patent Document 1.
- Special Table 2005-526404 (Fig. 2 etc.)
- Patent Document 1 raises the organic thin-film solar cell itself to the glass transition temperature of the electron donor related to the organic thin-film solar cell as described above, the apparatus for that purpose itself Thus, the structure of the organic thin film solar cell is complicated, and the simple feature of the structure inherent in the organic thin film solar cell is annihilated. Furthermore, since a voltage application time for improving efficiency is required for several minutes or more, there is a problem that the production efficiency is remarkably lowered from the viewpoint of mass production of solar cells.
- the present application has been made in view of the above-described problems, and an example of the problem is a post-processing apparatus and a post-processing apparatus that can improve the efficiency of a semiconductor device including an organic thin film layer with a simpler apparatus. It is to provide a processing method.
- the invention according to claim 1 is directed to a semiconductor device in which an organic thin film layer is laminated between an electron collecting electrode and a hole collecting electrode, after the completion of the semiconductor device.
- voltage applying means having a negative electrode connected to the electron collecting electrode and a positive electrode connected to the hole collecting electrode, and applying a DC voltage to the semiconductor device at room temperature.
- a voltage application unit such as a step voltage application unit for supplying a direct current to the semiconductor device is provided.
- the invention according to claim 10 is directed to a semiconductor device in which an organic thin film layer is laminated between an electron collecting electrode and a hole collecting electrode, after the completion of the semiconductor device.
- a DC voltage is applied to the semiconductor device at room temperature by voltage applying means having a negative electrode connected to the electron collecting electrode and a positive electrode connected to the hole collecting electrode.
- Each embodiment described below is applied to a post-processing apparatus that performs processing for recovering efficiency as a characteristic of an organic thin-film solar cell as a semiconductor device after a certain period of time has elapsed after its manufacture. This is an embodiment in the case where is applied.
- an organic thin film solar cell B to be subjected to post-processing includes an aluminum electrode 10 as an electron collection electrode, an organic thin film photoelectric conversion layer 20, and a hole collection.
- the transparent electrode 30 which consists of ITO (Indium * tin * Oxide) etc. as an electrode has what has the cross-sectional shape laminated
- the aluminum electrode 10 functions as an electron collection electrode and the transparent electrode 30 functions as a hole collection electrode. ing.
- Patent Document 1 As an example of a specific composition as the organic thin film photoelectric conversion layer 20, for example, the paragraphs [0009] and [0010] of Patent Document 1 and those shown in FIG. 1 can be used.
- composition of the said organic thin film photoelectric converting layer 20 it is not limited to the said example, for example, various conjugated polymers and fullerene derivatives can be used.
- a metal electrode made of lithium fluoride (LiF), lithium oxide (Li 2 O) or the like is inserted between the aluminum electrode 10 and the organic thin film photoelectric conversion layer 20. May be. Furthermore, it can replace with the aluminum electrode 10 itself, and can also use electrodes, such as a silver electrode, a gold electrode, or an aluminum alloy.
- the film thickness of the organic thin film photoelectric conversion layer 20 is preferably about 100 nm, for example, but more specifically, the film thickness is appropriately optimized depending on the material used as the organic thin film photoelectric conversion layer 20. It's all right.
- the post-processing apparatus S includes a step voltage application unit 1 as voltage application means, a DC power source 2 to which power is supplied from the outside as, for example, AC 100 volts, and an IV characteristic monitor unit 3. , Is configured.
- the step voltage application unit 1 based on the DC voltage supplied from the DC power source 2, and FIG. 1 (b) to exemplify step time T sp and step voltage V sp of one stage in the application time and the applied voltage
- a stepwise DC step voltage having a value is applied to the organic thin film solar cell B, and a direct current is passed through the organic thin film solar cell B.
- the negative electrode as the DC step voltage is connected to the aluminum electrode 10, and the positive electrode is connected to the transparent electrode 30.
- the maximum value of the DC step voltage (maximum value V max described later) is, for example, a current value less than the current value of the current (limit current) when the organic thin film solar cell B according to the embodiment causes dielectric breakdown. It is set as the voltage value which sends the direct current which has these to the said organic thin film solar cell B.
- specific examples of the s the step time T sp and step voltage V sp husband shows a later embodiment.
- the IV characteristic monitor unit 3 detects the current-voltage characteristic of the organic thin-film solar cell B while the DC step voltage is applied from the step voltage application unit 1, and the detection result is used as the step voltage application unit 1. Output to.
- the step voltage application unit 1 has an inflection point or an inefficiency in the current-voltage characteristic when there is the current-voltage characteristic as shown by a broken line in FIG. FIG. 1 (c) smooth as shown an example in solid lines in current continuous points gone - continuously until voltage characteristic, or overlapping the number, the DC step having a step time T sp and step voltage V sp A voltage is applied to the organic thin film solar cell B.
- the efficiency as the characteristic of the organic thin film solar cell B is improved by applying the DC step voltage described above, for example, by the direct current flowing through the organic thin film solar cell B by the application of the DC step voltage
- the contact property between at least one of the aluminum electrode 10 and the organic thin film photoelectric conversion layer 20 or between the organic thin film photoelectric conversion layer 20 and the transparent electrode 30 is improved, whereby the organic thin film photoelectric conversion layer 20 is improved. It is conceivable that the contact resistance between the aluminum electrode 10 and the transparent electrode 30 decreases.
- the booster 4 is replaced with the DC power source 2 in the post-processing apparatus S. It is also possible to use a post-processing device SS comprising
- the DC voltage which is the output voltage of the organic thin-film solar cell B
- the step voltage application unit 1 generates a DC step voltage by the same operation as the post-processing device S based on the DC voltage supplied from the boosting unit 4 and applies it to the organic thin film solar cell B.
- the application of the DC step voltage by the post-processing device SS is preferably executed about once a month, for example, by a timer (not shown) in the step voltage application unit 1. This application cycle is set in advance according to, for example, an expected deterioration state in the organic thin film solar cell B.
- the DC power source 2 that requires external power supply power is not required, so that it is necessary to integrally attach the post-processing device SS itself to the organic thin film solar cell B.
- Period for example, once a month as described above
- the organic thin-film solar cell B that is installed at an installation position (for example, on the roof of a house, etc.) and functions as a solar cell
- it is possible to apply a DC step voltage in a self-contained manner without using an external power supply at the timing.
- a power storage device such as a capacitor
- the current that flows by applying the DC step voltage according to the embodiment may be covered.
- the material of the organic thin film photoelectric conversion layer 20 is P3HT (polyhexylthiophene poly (3-hexylthiophene)) and PCBM (6 , 6-Phenyl C61-Butyric acid Methyl ester), the thickness is 100 nm.
- Curve factor measured immediately after manufacture of the organic thin film solar cell B are shown in the column of "at the time of manufacture” in Fig.3 (a). Furthermore, the conversion efficiency, the open circuit voltage, the current density of the short circuit current and the FF after the deterioration of the efficiency due to the organic thin film solar cell B being left for half a year from the time of manufacture are shown in FIG. This is shown in the “Previous” column.
- the step voltage V sp is set to 0.1 V and the step time T sp is set to 20 msec from 0 v to 10 v with respect to the organic thin film solar cell B whose efficiency has deteriorated after half a year from the time of manufacture.
- DC step voltage applied before those was 5.03mA / cm 2 as a current density of the short circuit current was increased to 5.25mA / cm 2.
- FF also decreased to 0.335 before application, but recovered to 0.650 after application.
- the efficiency (efficiency open circuit voltage ⁇ short circuit current ⁇ FF) as the organic thin film solar cell B was improved from 1.07% before application of the DC voltage to 2.17%.
- the step time T sp to 20 msec has a step voltage V sp and 0.1 V.
- the maximum value V max of the applied voltage was changed from 3 V to 15 V, and the other experimental conditions were the same (step time T sp ; 20 msec, step voltage V sp ; 0.1 V). In this case, the efficiency was improved even when the maximum value V max of the applied voltage was 3V, and the efficiency was improved when the maximum value V max was less than 15V.
- the organic thin-film solar cell B (the material of the organic thin-film photoelectric conversion layer 20 and the like after one week has elapsed from the time of manufacture is shown in FIG. 3A).
- the experimental results when the step voltage Vsp is changed with respect to will be described with reference to FIG. In this case the experiment, the step time T sp to 20 msec, is set to 10V the maximum value V max.
- the efficiency is improved when the step voltage V sp is 0.1 V. Therefore, there is a possibility that the efficiency can be improved even with a step voltage V sp lower than this. .
- the step voltage Vsp is reduced, the total application time as the DC step voltage may be increased. This has to consider the possibility that the time for post-treatment will be prolonged when considering mass production of the organic thin-film solar cell B.
- the organic thin film solar cell B (the material of the organic thin film photoelectric conversion layer 20 and the like after one week has elapsed from the time of manufacture is shown in FIG. 3 (a)).
- the experimental results when the step time Tsp is changed with respect to will be described with reference to FIG. In this experiment the case, has a step voltage V sp 0.1 V, and 10V maximum value V max.
- step time T sp As shown in FIG. 3 (d), the same and other experimental conditions are changed to 10msec and 100msec step time T sp from normal 20msec was (step voltage V sp; 10V; 0.1V, the maximum value V max) If, in the case of a longer time step T sp until 100 msec FF decreases conversely, it resulted also reduced as efficiently as a result. Thus, as the step time T sp, experiments on needs less than 100 ms, approximately 20msec from 10msec is considered appropriate.
- the negative electrode is formed on the aluminum electrode 10 and the positive electrode is formed on the transparent electrode 30 with respect to the completed organic thin film solar cell B. Since a direct current is applied to the organic thin film solar cell B by applying a direct current voltage from the direct current step voltage application unit 1 connected to each other, the characteristics as the organic thin film solar cell B are improved / recovered and the efficiency is improved. be able to.
- the characteristics as the organic thin-film solar cell B can be surely avoided while avoiding unnecessary voltage application. Can be improved / recovered.
- the characteristics of the organic thin film solar cell B can be improved / recovered more effectively.
- the maximum value V max of the DC voltage applied to the organic thin film solar cell B is 15 volts or less, the characteristics of the organic thin film solar cell B can be improved / recovered more effectively.
- the value of the step voltage Vsp in the DC step voltage applied to the organic thin film solar cell B is set to 0.1 V or more and 10 V or less, the characteristics of the organic thin film solar cell B are improved / recovered more effectively. In addition, the characteristics of the organic thin-film solar cell B can be improved / recovered in a shorter time.
- the step time Tsp is shorter than 100 milliseconds in the DC voltage applied to the organic thin film solar cell B, the characteristics of the organic thin film solar cell B can be improved / recovered more effectively.
- the step voltage V sp and step time T sp during application of the DC step voltage is set to respective constant, in addition to this, along the time axis A DC step voltage may be applied so that the step voltage V sp (or the step time T sp ) decreases step by step. Even in this case, it is considered that the characteristic improvement / recovery of the organic thin film solar cell B can be performed more effectively.
- a DC step voltage is applied to the organic thin-film solar cell B at least once, preferably a preset number of times, while omitting the IV characteristic monitor unit 3. It is good also as a structure.
- a direct current flows through the organic thin film solar cell B by applying a direct current step voltage to the organic thin film solar cell B.
- the current limit is performed with the maximum value of 5 A / cm 2 .
- the present application is applied to the post-processing apparatus for the organic thin-film solar cell B.
- the present application is applied to improve the characteristics (efficiency) of all semiconductor devices having a thin film laminated structure. It may be applicable.
Abstract
より簡便な装置により有機薄膜層を含む半導体装置の効率を向上させることが可能な後処理装置及び後処理方法を提供する。 有機薄膜太陽電池Ｂに対して、その完成後における後処理を施す後処理装置Ｓにおいて、そのアルミニウム電極１０に負極が接続され且つその透明電極３０に正極が接続されたステップ電圧印加部１であって、室温において有機薄膜太陽電池Ｂに対して直流ステップ電圧を印加するステップ電圧印加部１を備える。
Description
本願は、後処理装置及び後処理方法の技術分野に属し、より詳細には、例えば有機薄膜太陽電池等の半導体装置に対して製造後の後処理を施す後処理装置及び後処理方法の技術分野に属する。
近年、環境保護に対する関心が高まるに従い、二酸化炭素の排出を大幅に削減し得る太陽電池に注目が集まっている。
ここで、現在一般化している太陽電池は、光起電力効果を発揮して電力を発生させる光電変換層にシリコンや無機化合物材料を用いた太陽電池であるが、当該光電変換層に有機化合物を用いた太陽電池の開発も行われている。この有機化合物を用いる太陽電池は、製法が簡便で生産コストを低く抑えることができ、更に着色性や柔軟性等を持たせることができる等の特長を有する。
また、光電変換層に有機化合物を用いる太陽電池の一種類として、導電性ポリマーやフラーレン等を含有する有機薄膜により光電変換層を構成する太陽電池の開発も行われている。この有機薄膜太陽電池は、上述した光電変換層として有機化合物を用いること自体の特長に加えて、更に構造や製法が簡便になると共に、色素増感太陽電池のように電解液を用いないため柔軟性や寿命向上の点でも有利であるという特長を有しているが、現在の開発課題はその効率の向上である。現在の当該効率としては、概ね、単接合型では４％乃至５％程度、多接合型では６．５％程度であるとされており、更なる効率の向上を目指して材料等の研究が行われているところである。
ここで、当該効率向上のための技術としては、例えば下記特許文献１に開示されている技術がある。この特許文献１に開示されている技術では、有機薄膜太陽電池に係る電子供与体のガラス転移温度まで有機薄膜太陽電池自体の温度を上昇させつつ当該有機薄膜太陽電池に対して電界を印加することで、有機薄膜たる光電変換層の配向性を改善してその効率を向上させようとするものである。このとき、特許文献１に開示されている技術における電界の印加のみでは、有機薄膜太陽電池自体に直流電流は流れていないものと考えられる。
特表２００５－５２６４０４公報（第２図等）
しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術は、上述したように有機薄膜太陽電池自体を当該有機薄膜太陽電池に係る電子供与体のガラス転移温度まで上昇させるものであるため、そのための装置自体の構成が複雑化し、有機薄膜太陽電池が本来有する構造の簡易性なる特長を滅殺するものであった。更に、効率向上のための電圧印加時間が数分以上必要であるため、太陽電池の大量生産の観点から見た場合に生産効率が著しく低下するという問題点もあった。
そこで、本願は上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、より簡便な装置により有機薄膜層を含む半導体装置の効率を向上させることが可能な後処理装置及び後処理方法を提供することにある。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、有機薄膜層が電子収集電極と正孔収集電極との間に積層されてなる半導体装置に対して、当該半導体装置の完成後における後処理を施す後処理装置において、前記電子収集電極に負極が接続され且つ前記正孔収集電極に正極が接続された電圧印加手段であって、室温において前記半導体装置に対して直流電圧を印加して当該半導体装置に直流電流を流すステップ電圧印加部等の電圧印加手段を備える。
上記の課題を解決するために、請求項１０に記載の発明は、有機薄膜層が電子収集電極と正孔収集電極との間に積層されてなる半導体装置に対して、当該半導体装置の完成後における後処理を施す後処理方法において、前記電子収集電極に負極が接続され且つ前記正孔収集電極に正極が接続された電圧印加手段により、室温において前記半導体装置に対して直流電圧を印加して当該半導体装置に直流電流を流す電圧印加工程を含む。
１ ステップ電圧印加部
２ 直流電源
３ Ｉ－Ｖ特性モニタ部
４ 昇圧部
１０ アルミニウム電極
２０ 有機薄膜光電変換層
３０ 透明電極
４０ 基板
Ｂ 有機薄膜太陽電池
Ｓ、ＳＳ 後処理装置
２ 直流電源
３ Ｉ－Ｖ特性モニタ部
４ 昇圧部
１０ アルミニウム電極
２０ 有機薄膜光電変換層
３０ 透明電極
４０ 基板
Ｂ 有機薄膜太陽電池
Ｓ、ＳＳ 後処理装置
次に、本願を実施するための最良の形態について、図１乃至図３を用いて説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、半導体装置としての有機薄膜太陽電池の特性としての効率を、その製造後ある程度の期間が経過した後に回復させるための処理を行う後処理装置に対して本願を適用した場合の実施の形態である。
本願に係る後処理の対象となる有機薄膜太陽電池Ｂは、一例としては図１（ａ）に示すように、電子収集電極としてのアルミニウム電極１０と、有機薄膜光電変換層２０と、正孔収集電極としてのＩＴＯ（Indium tin Oxide）等からなる透明電極３０と、が、基板４０上に積層された断面形状を有するものが挙げられるが、これに限定されるものではない。なお、実施形態に係る有機薄膜太陽電池Ｂでは、上記特許文献１に開示されている太陽電池とは異なり、アルミニウム電極１０が電子収集電極として、透明電極３０が正孔収集電極として、夫々機能している。
このとき、有機薄膜光電変換層２０としての具体的な組成の一例としては、例えば上記特許文献１の段落番号［０００９］及び［００１０］並びに第１図に示されたものを用いることができる。
このとき、当該有機薄膜光電変換層２０の組成としては、上記一例に限定されるものではなく、例えば種々の共役ポリマーやフラーレン誘導体を用いることができる。また、上記アルミニウム電極１０及び透明電極３０に加えて、フッ化リチウム（ＬiＦ）や酸化リチウム（Ｌi２Ｏ）等からなる金属電極をアルミニウム電極１０と有機薄膜光電変換層２０との間に挿入しても良い。更に、アルミニウム電極１０自体に代えて、銀電極や金電極又はアルミニウム合金等の電極を用いることもできる。
また、有機薄膜光電変換層２０の膜厚としては、例えば膜厚１００ｎｍ程度とするのが好適であるが、より具体的には有機薄膜光電変換層２０として使用する材料により適宜その膜厚を最適化すれば良い。
一方、実施形態に係る後処理装置Ｓは、電圧印加手段としてのステップ電圧印加部１と、外部から例えば交流１００ボルトとして電源電力が供給される直流電源２と、Ｉ－Ｖ特性モニタ部３と、により構成されている。
この構成において、ステップ電圧印加部１は、直流電源２から供給される直流電圧に基づき、図１（ｂ）に例示するステップ時間Ｔｓｐ及びステップ電圧Ｖｓｐを一段階分の印加時間及び印加電圧値とする階段状の直流ステップ電圧を有機薄膜太陽電池Ｂに印加して当該有機薄膜太陽電池Ｂに直流電流を流す。このとき、直流ステップ電圧としての負極がアルミニウム電極１０に接続され、正極が透明電極３０に接続されている。このとき、当該直流ステップ電圧の最大値（後述する最大値Ｖｍａｘ）は、例えば、実施形態に係る有機薄膜太陽電池Ｂが絶縁破壊を起こす時の電流（制限電流）の電流値未満の電流値を有する直流電流を、当該有機薄膜太陽電池Ｂに流す電圧値とされる。また、当該ステップ時間Ｔｓｐ及びステップ電圧Ｖｓｐ夫々の具体例は、後ほど実施例として示す。
一方、Ｉ－Ｖ特性モニタ部３は、ステップ電圧印加部１から直流ステップ電圧が印加されている間における有機薄膜太陽電池Ｂの電流－電圧特性を検出し、その検出結果をステップ電圧印加部１に出力する。これによりステップ電圧印加部１は、当該直流ステップ電圧の印加前において図１（ｃ）に破線で一例を示す如き当該電流－電圧特性があったとき、当該電流－電圧特性における変曲点又は不連続点がなくなって図１（ｃ）に実線で一例を示す如き滑らかな電流－電圧特性となるまで連続して、又は回数を重ねて、上記ステップ時間Ｔｓｐ及びステップ電圧Ｖｓｐを有する直流ステップ電圧を有機薄膜太陽電池Ｂに印加する。
なお、上述した直流ステップ電圧を印加することにより有機薄膜太陽電池Ｂの特性としての効率が改善される原理としては、例えば、当該直流ステップ電圧の印加によって有機薄膜太陽電池Ｂに流れる直流電流により、上記アルミニウム電極１０と有機薄膜光電変換層２０との間、又は当該有機薄膜光電変換層２０と透明電極３０との間の少なくともいずれか一方における接触性が改善され、これにより有機薄膜光電変換層２０とアルミニウム電極１０及び透明電極３０夫々と間の接触抵抗が少なくなることが考えられる。
また、本願に係る後処理装置としては、図１により構成及び動作を説明した後処理装置Ｓの他に、図２に例示するように、後処理装置Ｓにおける直流電源２に代えて昇圧部４を備える後処理装置ＳＳを用いることもできる。
この後処理装置ＳＳにおいては、有機薄膜太陽電池Ｂの出力電圧たる直流電圧を昇圧部４において昇圧し、その出力を直流電圧としてステップ電圧印加部１に供給する。そして、当該ステップ電圧印加部１は、昇圧部４から供給される当該直流電圧に基づき、上記後処理装置Ｓと同様の動作により直流ステップ電圧を発生させて有機薄膜太陽電池Ｂに印加する。この後処理装置ＳＳによる直流ステップ電圧の印加は、ステップ電圧印加部１内の図示しないタイマによる計時により、例えば一ヶ月に一回程度実行することが望ましい。この印加周期は、例えば有機薄膜太陽電池Ｂにおける予想劣化状態等により予め設定されるものである。
この後処理装置ＳＳの構成の場合、外部からの電源電力を必要とする直流電源２が不要となることから、有機薄膜太陽電池Ｂに当該後処理装置ＳＳ自体を一体的に取り付けることで、必要とされる設置位置（例えば家屋の屋根の上等）に設置されて太陽電池として機能している有機薄膜太陽電池Ｂに対して、予め設定されている周期（例えば上記した一ヶ月に一回）及びタイミングで外部電源を不要として自己完結的に直流ステップ電圧を印加することが可能となる。また、後処理装置ＳＳ内にコンデンサ等の蓄電装置を内蔵することで、実施形態に係る直流ステップ電圧の印加によって流す電流を賄っても良い。
次に、本願に係る上記ステップ時間Ｔｓｐ及びステップ電圧Ｖｓｐ夫々の具体例を含む実施例について、図３を用いて説明する。
先ず、本願に係る後処理装置Ｓを用いて直流ステップ電圧を印加する前後の実験結果を、図３（ａ）を用いて説明する。なお、図３（ａ）に示す実験に用いられた有機薄膜太陽電池Ｂの諸元としては、有機薄膜光電変換層２０の材質がＰ３ＨＴ（ポリヘキシルチオフェンpoly(3-hexylthiophene)）とＰＣＢＭ（6,6-Phenyl C61-Butyric acid Methyl ester）のブレンド膜、厚さが１００ｎｍである。また、有機薄膜太陽電池Ｂの製造直後に測定した変換効率、開放電圧、短絡電流の電流密度及びＦＦ（Fill Factor。曲線因子）を図３（ａ）中「製造時」の欄に示す。更に、当該有機薄膜太陽電池Ｂを製造時から半年間放置したことにより効率が劣化した後の、当該変換効率、開放電圧、短絡電流の電流密度及びＦＦを図３（ａ）中「半年後印加前」の欄に示す。
そして図３（ａ）に示すように、製造時から半年経過後の効率劣化した有機薄膜太陽電池Ｂに対して０ｖから１０ｖまで、ステップ電圧Ｖｓｐを０．１Ｖとし且つステップ時間Ｔｓｐを２０ｍｓｅｃとして直流ステップ電圧を印加したところ、印加前に短絡電流の電流密度として５．０３ｍＡ／ｃｍ２であったものが５．２５ｍＡ／ｃｍ２まで増大した。これに加えて、ＦＦも印加前では０．３３５まで低下していたところ、印加後には０．６５０にまで回復した。これらにより、有機薄膜太陽電池Ｂとしての効率（効率＝開放電圧×短絡電流×ＦＦ）が、直流電圧の印加前の１．０７％から２．１７％にまで向上した。これにより半年前の製造時（２．２６％）に近い変換効率まで回復することができた。
次に、製造時から一週間が経過した有機薄膜太陽電池Ｂ（有機薄膜光電変換層２０の材質等は、図３（ａ）に結果を示す実験に供したものと同一である）に対して、その最大値Ｖｍａｘを変化させて直流ステップ電圧を印加した場合の実験結果について、図３（ｂ）を用いて説明する。この場合の実験においては、ステップ時間Ｔｓｐを２０ｍｓｅｃ、ステップ電圧Ｖｓｐを０．１Ｖとしている。
図３（ｂ）に示すように、印加電圧の最大値Ｖｍａｘを３Ｖから１５Ｖまで変化させ、その他の実験条件を同じ（ステップ時間Ｔｓｐ；２０ｍｓｅｃ、ステップ電圧Ｖｓｐ；０．１Ｖ）とした場合、印加電圧の最大値Ｖｍａｘが３Ｖであっても効率の向上が得られ、最大値Ｖｍａｘが１５Ｖ未満の場合に効率の向上が得られた。
ここで、最大値Ｖｍａｘが１５Ｖの場合でも効率の低下は直流ステップ電圧の印加前から僅かである。よって、有機薄膜太陽電池Ｂの製造条件によっては最大値Ｖｍａｘが１５Ｖの場合でも効率の向上を望めると考えられる。
次に、図３（ｂ）に示す場合と同様に製造時から一週間が経過した有機薄膜太陽電池Ｂ（有機薄膜光電変換層２０の材質等は、図３（ａ）に結果を示す実験に供したものと同一である）に対して、そのステップ電圧Ｖｓｐを変化させた場合の実験結果について、図３（ｃ）を用いて説明する。この場合の実験においては、ステップ時間Ｔｓｐを２０ｍｓｅｃ、最大値Ｖｍａｘを１０Ｖとしている。
図３（ｃ）に示すように、ステップ電圧Ｖｓｐを５Ｖ、１Ｖ及び０．１Ｖと変化させその他の実験条件を同じ（ステップ時間Ｔｓｐ；２０ｍｓｅｃ、最大値Ｖｍａｘ；１０Ｖ）とした場合（単なる直流電圧１０Ｖを２０ミリ秒印加した場合を比較例として含む）には、単なる直流電圧１０Ｖを印加した場合を含めて全てのステップ電圧Ｖｓｐにおいて効率の向上が得られた。
更に、単なる直流電圧１０Ｖを印加した場合の他に、ステップ電圧Ｖｓｐが０．１Ｖの場合において効率が改善されたため、これより低いステップ電圧Ｖｓｐとしても効率の改善が図られる可能性がある。しかしながらステップ電圧Ｖｓｐを小さくした場合、直流ステップ電圧としてのトータルの印加時間が長くなる可能性がある。このことは、有機薄膜太陽電池Ｂの大量生産を考えたとき、後処理に供する時間が長時間化することとなる可能性を考慮しなければならない。
最後に、図３（ｂ）に示す場合と同様に製造時から一週間が経過した有機薄膜太陽電池Ｂ（有機薄膜光電変換層２０の材質等は、図３（ａ）に結果を示す実験に供したものと同一である）に対して、そのステップ時間Ｔｓｐを変化させた場合の実験結果について、図３（ｄ）を用いて説明する。この場合の実験においては、ステップ電圧Ｖｓｐを０．１Ｖ、最大値Ｖｍａｘを１０Ｖとしている。
図３（ｄ）に示すように、ステップ時間Ｔｓｐを通常の２０ｍｓｅｃから１０ｍｓｅｃ及び１００ｍｓｅｃに変化させその他の実験条件を同じ（ステップ電圧Ｖｓｐ；０．１Ｖ、最大値Ｖｍａｘ；１０Ｖ）とした場合、ステップ時間Ｔｓｐを１００ｍｓｅｃまで長くした場合には逆にＦＦが低下し、結果として効率としても低下する結果となった。これにより、ステップ時間Ｔｓｐとしては、実験上は１００ミリ秒より短い必要があり、１０ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃ程度が適切であると考えられる。
以上説明したように、実施形態及び実施例に係る後処理装置Ｓ又はＳＳの動作によれば、完成後の有機薄膜太陽電池Ｂに対して、そのアルミニウム電極１０に負極が、透明電極３０に正極が夫々接続された直流ステップ電圧印加部１から直流電圧を印加して当該有機薄膜太陽電池Ｂに直流電流を流すので、有機薄膜太陽電池Ｂとしての特性が改善／回復され、その効率を向上させることができる。
また、室温において直流電圧を印加するので、有機薄膜太陽電池Ｂ自体を加熱する必要がなく、後処理装置Ｓ又はＳＳとしての構成を簡略化することができる。
更に、少なくとも一度、直流ステップ電圧を印加すると共に、好ましくは有機薄膜太陽電池Ｂの電流－電圧特性における変曲点及び不連続点のいずれもが解消されるまで直流電圧の印加を継続することにより、製造直後の状態にまで有機薄膜太陽電池Ｂの特性を改善／回復することができる。
更にまた、Ｉ－Ｖ特性モニタ部３により電流－電圧特性を検出しつつ直流電圧の印加の可否を決定し得ることから、不要な電圧印加を避けつつ、有機薄膜太陽電池Ｂとしての特性を確実に改善／回復させることができる。
また、時間軸に対して階段状に変化する直流ステップ電圧を有機薄膜太陽電池Ｂに印加するので、より効果的に有機薄膜太陽電池Ｂとしての特性改善／回復を行うことができる。
更にまた、有機薄膜太陽電池Ｂに印加される直流電圧の最大値Ｖｍａｘを１５ボルト以下とすれば、より効果的に有機薄膜太陽電池Ｂの特性改善／回復を行うことができる。
また、有機薄膜太陽電池Ｂに印加される直流ステップ電圧におけるステップ電圧Ｖｓｐの値を０．１ボルト以上１０ボルト以下とすれば、より効果的に有機薄膜太陽電池Ｂの特性改善／回復を行うことができると共に、より短時間に有機薄膜太陽電池Ｂの特性改善／回復を行うことができる。
更に、有機薄膜太陽電池Ｂに印加される直流電圧においてステップ時間Ｔｓｐを１００ミリ秒より短い時間とすれば、より効果的に有機薄膜太陽電池Ｂの特性改善／回復を行うことができる。
なお、上述した実施形態に係る後処理装置Ｓ又はＳＳの動作では、直流ステップ電圧の印加中におけるステップ電圧Ｖｓｐ及びステップ時間Ｔｓｐを夫々一定としたが、これ以外に、時間軸に沿って段階的にステップ電圧Ｖｓｐ（又はステップ時間Ｔｓｐ）が減少するように直流ステップ電圧を印加するように構成しても良い。この場合でも、より効果的に有機薄膜太陽電池Ｂの特性改善／回復を行うことができると考えられる。
また、より構成を簡略化した後処理装置としては、Ｉ－Ｖ特性モニタ部３を省略しつつ、少なくとも一回、好ましくは予め設定された回数だけ直流ステップ電圧を有機薄膜太陽電池Ｂに印加する構成としても良い。
更に、実施形態に係る後処理装置Ｓ又はＳＳにおいては、有機薄膜太陽電池Ｂに直流ステップ電圧を印加することにより当該有機薄膜太陽電池Ｂに直流電流が流れるが、大量に直流電流が流れると有機薄膜太陽電池Ｂが熱により破壊される可能性がある。そこで、予め有機薄膜太陽電池Ｂの面積から予想される電流値よりも少し高い電流値に電流制限を行う必要がある。上述した実施形態では最大値５Ａ／ｃｍ２として当該電流制限を行った。
また、上述した実施形態では、有機薄膜太陽電池Ｂに対する後処理装置に本願を適用した場合について説明したが、これ以外に、薄膜積層構造の半導体装置全般について、その特性（効率）改善に本願を適用できる可能性もある。
Claims (10)
- 有機薄膜層が電子収集電極と正孔収集電極との間に積層されてなる半導体装置に対して、当該半導体装置の完成後における後処理を施す後処理装置において、
前記電子収集電極に負極が接続され且つ前記正孔収集電極に正極が接続された電圧印加手段であって、室温において前記半導体装置に対して直流電圧を印加して当該半導体装置に直流電流を流す電圧印加手段を備えることを特徴とする後処理装置。 - 請求項１に記載の後処理装置において、
前記電圧印加手段は、時間軸に対して階段状に変化する直流ステップ電圧を前記直流電圧として前記半導体装置に対して印加することを特徴とする後処理装置。 - 請求項１又は２に記載の後処理装置において、
前記電圧印加手段は、最大値が１５ボルト以下である前記直流電圧を前記半導体装置に対して印加することを特徴とする後処理装置。 - 請求項２に記載の後処理装置において、
前記電圧印加手段は、前記直流ステップ電圧における電圧変化一段階分の値が０．１ボルト以上１０ボルト以下である当該直流ステップ電圧を前記直流電圧として前記半導体装置に対して印加することを特徴とする後処理装置。 - 請求項１から４のいずれか一項に記載の後処理装置において、
前記電圧印加手段は、前記直流電圧において同一電圧を維持する時間が１００ミリ秒より短くなるように当該直流電圧を前記半導体装置に対して印加することを特徴とする後処理装置。 - 請求項２に記載の後処理装置において、
前記電圧印加手段は、前記直流ステップ電圧における電圧変化一段階分の値が、前記時間軸に沿って前記段階毎に減少するように当該直流ステップ電圧を前記直流電圧として前記半導体装置に対して印加することを特徴とする後処理装置。 - 請求項１から６のいずれか一項に記載の後処理装置において、
前記直流電圧が印加されている期間における前記半導体装置の電流－電圧特性を検出する検出手段を更に備え、
前記電圧印加手段は、当該電流－電圧特性に変曲点又は不連続点の少なくともいずれか一方が存在するとき、当該変曲点及び不連続点のいずれもが解消されるまで前記直流電圧の印加を継続することを特徴とする後処理装置。 - 請求項１から７のいずれか一項に記載の後処理装置において、
前記半導体装置自体からの出力電圧を昇圧する昇圧手段を更に備え、
前記電圧印加手段は、前記昇圧された出力電圧を前記直流電圧に変換して前記半導体装置に供給することを特徴とする後処理装置。 - 請求項１から８のいずれか一項に記載の後処理装置において、
前記電圧印加手段は、前記半導体装置について絶縁破壊を考慮して予め設定された当該半導体装置に係る制限電流値よりも低い電流値の前記直流電流を当該半導体装置に対して流すように前記直流電圧を当該半導体装置に印加することを特徴とする後処理装置。 - 有機薄膜層が電子収集電極と正孔収集電極との間に積層されてなる半導体装置に対して、当該半導体装置の完成後における後処理を施す後処理方法において、
前記電子収集電極に負極が接続され且つ前記正孔収集電極に正極が接続された電圧印加手段により、室温において前記半導体装置に対して直流電圧を印加して当該半導体装置に直流電流を流す電圧印加工程を含むことを特徴とする後処理方法。
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- 2008-04-02 WO PCT/JP2008/056594 patent/WO2009122575A1/ja active Application Filing
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