WO2017002935A1 - SEMICONDUCTOR MATERIAL, METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR MATERIAL, COMBINATION OF n-TYPE SEMICONDUCTOR MATERIAL AND p-TYPE SEMICONDUCTOR MATERIAL, METHOD FOR MANUFACTURING COMPOSITE SEMICONDUCTOR MATERIAL, COMPOSITE SEMICONDUCTOR MATERIAL, AND DEVICE - Google Patents

SEMICONDUCTOR MATERIAL, METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR MATERIAL, COMBINATION OF n-TYPE SEMICONDUCTOR MATERIAL AND p-TYPE SEMICONDUCTOR MATERIAL, METHOD FOR MANUFACTURING COMPOSITE SEMICONDUCTOR MATERIAL, COMPOSITE SEMICONDUCTOR MATERIAL, AND DEVICE Download PDF

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Abstract

The present invention is a semiconductor material containing an electroconductive polymer and a dopant. A semiconductor material causing the type of the semiconductor to be converted according to the concentration of a dopant has a high utility value and is capable of offering new uses.

Description

半導体材料、半導体材料の製造方法、n型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせ、複合型半導体材料の製造方法、複合型半導体材料および素子Semiconductor material, method for manufacturing semiconductor material, combination of n-type semiconductor material and p-type semiconductor material, method for manufacturing composite semiconductor material, composite semiconductor material and element
 本発明は、半導体材料、半導体材料の製造方法、n型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせ、複合型半導体材料の製造方法、複合型半導体材料および素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor material, a method for manufacturing a semiconductor material, a combination of an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material, a method for manufacturing a composite semiconductor material, a composite semiconductor material, and an element.
 熱電変換素子は、半導体の両端部に温度勾配を与えると熱起電力が発生されるゼーベック効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギーハーべスティング技術の一つである。こうした熱電変換素子は、各種産業分野で発生する廃熱エネルギーを利用価値の高い電力エネルギーに変換しうるものとして期待が高まっており、その材料の研究が活発に行われている。
 一定の熱源から、より大きい熱起電力及び出力を得るためには、多数のp及びn型熱電変換材料を直列に繋ぎモジュール化する必要がある。そしてモジュールを構成するp及びn型材料の熱電変換効率を上昇させるためにはそれぞれに適したキャリアドーピングが必要である。p及びn型材料の熱電特性を向上させるためにはp型材料には電子受容性ドーパント(acceptor、酸化剤)を、n型材料には電子供与性ドーパント(donor、還元剤)を用いてキャリアドーピングする必要がある。このように異なる材料を利用するため、作製プロセスが複雑になる。
 従来、熱電変換素子に用いる半導体は無機材料が主流であったが、無機材料は重くて硬いために加工しにくくて応用性に欠けるうえ、高い熱伝導率を有するため一定熱源から大きな温度勾配を得られないという問題がある。そこで、有機材料、なかでも導電性ポリマーを利用することが検討され始めている。しかし、現在報告されているn型有機熱電変換材料は非常に少なく、p型材料に比較してその熱電特性及び大気に対する安定性が非常に悪い。例えば、導電性ポリマーについては、非特許文献1に、ポリ(ピリジニウムフェニレン)類がn型半導体の機能を示すことが報告されている。非特許文献2には、n型の導電性ポリマーを用いた有機熱電変換素子について記載されているが、この文献以外にはn型の導電性ポリマーを用いた有機熱電変換素子に関する論文は見当たらない。
A thermoelectric conversion element is one of energy harvesting techniques that converts thermal energy into electrical energy using the Seebeck effect in which a thermoelectromotive force is generated when a temperature gradient is applied to both ends of a semiconductor. Such a thermoelectric conversion element is expected to be capable of converting waste heat energy generated in various industrial fields into electric energy having high utility value, and research on the material is actively conducted.
In order to obtain a larger thermoelectromotive force and output from a constant heat source, it is necessary to connect a large number of p-type and n-type thermoelectric conversion materials in series to form a module. In order to increase the thermoelectric conversion efficiency of the p-type and n-type materials constituting the module, carrier doping suitable for each is required. In order to improve the thermoelectric properties of p-type and n-type materials, an electron-accepting dopant (acceptor) is used for the p-type material, and an electron-donating dopant (donor, reducing agent) is used for the n-type material. Doping is necessary. Since different materials are used in this way, the manufacturing process becomes complicated.
Conventionally, semiconductors used in thermoelectric conversion elements have been mainly made of inorganic materials. However, inorganic materials are heavy and hard, so they are difficult to process and lack applicability, and because they have high thermal conductivity, they have a large temperature gradient from a constant heat source. There is a problem that it cannot be obtained. Therefore, the use of organic materials, particularly conductive polymers, has begun to be studied. However, there are very few n-type organic thermoelectric conversion materials currently reported, and their thermoelectric properties and stability to the atmosphere are very poor compared to p-type materials. For example, for conductive polymers, Non-Patent Document 1 reports that poly (pyridinium phenylene) s exhibit the function of n-type semiconductors. Non-patent document 2 describes an organic thermoelectric conversion element using an n-type conductive polymer, but there is no paper on an organic thermoelectric conversion element using an n-type conductive polymer other than this document. .
 しかしながら、導電性ポリマーの検討が行われているとはいえ、これまでの検討は導電性ポリマーそれ自体の分子構造に主眼が置かれている。このため、特に、導電性ポリマーとドーパントとの間の相互作用やドーパント濃度が及ぼす影響についてはあまり解明されておらず、実用化はほとんど進んでいないのが実情である。
 また、キャリア密度制御に使われる既存の方法も、実用面では問題を抱えている。例えば、浸漬時間制御は繊細なキャリア密度制御が難しく、電気化学法は有機材料を金属電極基板に付着させ電圧を印加するが必要があり、その後、熱電材料として利用するには必ず有機材料を金属電極基板から剥がさなければならないという短所がある。さらに、従来のモジュールは、異なる材料及びドーパントからなるp及びn型材料を用いているため、モジュール駆動時にp及びn型材料の熱膨張率の差からひずみが生じ、接触界面で物理的な亀裂が生じる危険性がある。
However, although studies have been made on conductive polymers, previous studies have focused on the molecular structure of the conductive polymer itself. For this reason, in particular, the interaction between the conductive polymer and the dopant and the influence of the dopant concentration have not been elucidated so much, and the practical application has hardly progressed.
In addition, existing methods used for carrier density control also have problems in practical use. For example, it is difficult to control the delicate carrier density with immersion time control, and the electrochemical method requires that an organic material be attached to a metal electrode substrate and a voltage be applied. There is a disadvantage that it must be peeled off from the electrode substrate. Furthermore, since the conventional module uses p-type and n-type materials made of different materials and dopants, distortion occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the p-type and n-type materials when the module is driven, and physical cracks occur at the contact interface. There is a risk of occurrence.
 このような状況下において本発明者らは、導電性ポリマーの利用価値を高めて、新たな利用形態を提供できるようにすることを目的として鋭意検討を重ねた。 Under such circumstances, the present inventors have conducted intensive studies for the purpose of increasing the utility value of the conductive polymer and providing a new utilization form.
 鋭意検討を進めた結果、本発明者らは、導電性ポリマーにドーパントを加えてドーパント濃度を上昇させていくと、ある特定の濃度で、半導体の型がn型かp型の一方から他方へ転換するという、驚くべき知見を得るに至った。そして、こうした特性を利用することにより、利用価値が極めて高く、新たな利用形態を提供できる半導体材料が実現することを見出した。本発明者らは、これらの知見に基づいて、上記の課題を解決する手段として、以下の本発明を提供するに至った。 As a result of diligent investigation, the present inventors added a dopant to a conductive polymer to increase the dopant concentration, and at a specific concentration, the semiconductor type is changed from one of n-type and p-type to the other. I have come to the surprising knowledge of the transformation. Then, it has been found that by utilizing such characteristics, a semiconductor material having extremely high utility value and capable of providing a new usage form is realized. Based on these findings, the present inventors have provided the following present invention as means for solving the above problems.
[1] 導電性ポリマーとドーパントを含む半導体材料であって、前記ドーパントの濃度によって半導体の型が転換することを特徴とする半導体材料。
[2] 前記ドーパントの濃度をゼロから上昇させて行ったときに、半導体材料の型がp型かn型の一方から他方へ転換する転換点が観測される、[1]に記載の半導体材料。
[3] 転換点よりもドーパント濃度が低い領域においてn型を示し、転換点よりもドーパント濃度が高い領域においてp型を示す、[2]に記載の半導体材料。
[4] 転換点よりもドーパント濃度が低い領域においてp型を示し、転換点よりもドーパント濃度が高い領域においてn型を示す、[2]に記載の半導体材料。
[5] 転換点におけるドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを0.01mM~10000mMのいずれかの濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当する、[2]~[4]のいずれか1項に記載の半導体材料。
[1] A semiconductor material containing a conductive polymer and a dopant, wherein the semiconductor type is changed depending on the concentration of the dopant.
[2] The semiconductor material according to [1], wherein when the concentration of the dopant is increased from zero, a turning point at which the semiconductor material changes from one of the p-type and the n-type to the other is observed. .
[3] The semiconductor material according to [2], which exhibits n-type in a region where the dopant concentration is lower than the turning point and shows p-type in a region where the dopant concentration is higher than the turning point.
[4] The semiconductor material according to [2], which exhibits p-type in a region where the dopant concentration is lower than the turning point and shows n-type in a region where the dopant concentration is higher than the turning point.
[5] The dopant concentration at the turning point corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 10,000 mM for 5 minutes. The semiconductor material according to any one of [2] to [4].
[6] 導電性ポリマーにドーパントをドープしてn型半導体材料とp型半導体材料を製造する半導体材料の製造方法であって、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料で、同じ導電性ポリマーおよび同じドーパントを用い、前記導電性ポリマーに対する前記ドーパントの濃度を変えることにより、半導体材料の型をn型またはp型に調整することを特徴とする半導体材料の製造方法。
[7] ドーパントの濃度をゼロから上昇させて行ったときに、半導体材料の型がn型からp型へ転換する転換点が観測され、前記n型半導体材料はドーパントの濃度を転換点におけるドーパントの濃度未満にして製造し、前記p型半導体材料はドーパントの濃度を転換点におけるドーパントの濃度超にして製造する、[6]に記載の半導体材料の製造方法。
[8] 転換点におけるドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを0.01mM~10000mMのいずれかの濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、前記p型半導体材料のドーパントの濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の濃度より0.01mM~100mM高い濃度を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当する、[7]に記載の半導体材料の製造方法。
[9] ドーパントの濃度をゼロから上昇させて行ったときに、半導体材料の型がp型からn型へ転換する転換点が観測され、前記p型半導体材料はドーパントの濃度を転換点におけるドーパントの濃度未満にして製造し、前記n型半導体材料はドーパントの濃度を転換点におけるドーパントの濃度超にして製造する、[6]に記載の半導体材料の製造方法。
[10] 転換点におけるドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを0.01mM~10000mMのいずれかの濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、前記n型半導体材料のドーパントの濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の濃度より0.01mM~100mMの高い濃度を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当する、[9]に記載の半導体材料の製造方法。
[11] 前記n型半導体材料のドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを特定の濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、前記p型半導体材料のドーパントの濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の前記特定の濃度より0.01mM~100mM高い濃度か0.01mM~100mM低い濃度を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当する、[6]~[10]のいずれか1項に記載の半導体材料の製造方法。
[12] n型半導体材料とp型半導体材料が一体化している[6]~[11]のいずれか1項に記載の半導体材料の製造方法。
[13] [6]~[12]のいずれか1項に記載の製造方法で製造した半導体材料。
[6] A semiconductor material manufacturing method for manufacturing an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material by doping a conductive polymer with a dopant, wherein the same conductive polymer is used for the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material. And using the same dopant and changing the concentration of the dopant with respect to the conductive polymer to adjust the type of the semiconductor material to n-type or p-type.
[7] When the dopant concentration is increased from zero, a turning point at which the type of the semiconductor material changes from n-type to p-type is observed, and the n-type semiconductor material has a dopant concentration at the turning point. The semiconductor material manufacturing method according to [6], wherein the p-type semiconductor material is manufactured with a dopant concentration exceeding the dopant concentration at the turning point.
[8] When the dopant concentration at the turning point corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 10,000 mM for 5 minutes, The dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 100 mM higher than the concentration of the dopant solution for 5 minutes. The method for producing a semiconductor material according to [7], which corresponds to
[9] When the dopant concentration is increased from zero, a turning point at which the type of the semiconductor material changes from p-type to n-type is observed, and the p-type semiconductor material has a dopant concentration at the turning point. The method for producing a semiconductor material according to [6], wherein the n-type semiconductor material is produced with a dopant concentration exceeding the dopant concentration at the turning point.
[10] When the dopant concentration at the turning point corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 10,000 mM for 5 minutes, The dopant on the surface of the conductive polymer when the dopant of the n-type semiconductor material is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 100 mM higher than that of the dopant solution for 5 minutes. The method for producing a semiconductor material according to [9], which corresponds to a concentration.
[11] When the dopant concentration of the n-type semiconductor material corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when a conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution of a specific concentration for 5 minutes, the p-type semiconductor When a conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 100 mM higher or 0.01 mM to 100 mM lower than the specific concentration of the dopant solution for 5 minutes. The method for producing a semiconductor material according to any one of [6] to [10], which corresponds to a dopant concentration on the surface of the conductive polymer.
[12] The method for producing a semiconductor material according to any one of [6] to [11], wherein the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are integrated.
[13] A semiconductor material manufactured by the manufacturing method according to any one of [6] to [12].
[14] n型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせであって、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料は、いずれも同じ導電性ポリマーと同じドーパントを混合した混合物であり、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料ではドーパントの濃度が異なることを特徴とする、n型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせ。
[15] 前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が、[6]~[12]のいずれか1項に記載の方法により製造されたn型半導体材料とp型半導体材料である[14]に記載の組み合わせ。
[14] A combination of an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material, wherein each of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material is a mixture in which the same conductive polymer and the same dopant are mixed, and the n-type semiconductor material A combination of an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material, wherein the dopant concentration differs between the semiconductor material and the p-type semiconductor material.
[15] The n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material manufactured by the method according to any one of [6] to [12] [14] Combination described in.
[16] n型半導体領域とp型半導体領域を有する複合型半導体材料の製造方法であって、導電性ポリマーを含むポリマー材料にドーパントを接触させて、ポリマー材料中のドーパント濃度を不均一にすることにより、前記n型半導体領域と前記p型半導体領域を形成することを特徴とする、複合型半導体材料の製造方法。
[17] 前記ポリマー材料の表面の一部をドーパントと接触させる[16]に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[18] 前記ポリマー材料の表面の一部に接触させるドーパントの濃度と、前記ポリマー材料の表面の他の部分に接触させるドーパントの濃度を異なる濃度とする[16]に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[19] 前記ポリマー材料の表面の一部におけるドーパントとの接触時間と、前記ポリマー材料の表面の他の部分におけるドーパントとの接触時間を異なる長さとする[16]~[18]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[20] 前記ポリマー材料の全表面をドーパントと接触させて、中心部のドーパント濃度を表面のドーパント濃度よりも低くする[16]に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[21] ドーパントと接触後に、ポリマー材料の中心部を通る1つの軸を切断面が横切らないように前記ポリマー材料を切断して、n型半導体領域/p型半導体領域/n型半導体領域が順に現れる複合型半導体材料か、p型半導体領域/n型半導体領域/p型半導体領域が順に現れる複合型半導体材料を得る[20]に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[22] ドーパントとの接触を、ドーパントを溶解した溶液と前記ポリマー材料を接触させることにより行う[16]~[21]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[23] ドーパントとの接触を、ドーパントを溶解した溶液中に前記ポリマー材料を浸漬することにより行う[16]~[22]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[24] ドーパントとの接触を、ドーパントを溶解した溶液を前記ポリマー材料に噴霧することにより行う[16]~[23]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[25] n型半導体領域とp型半導体領域を有する複合型半導体材料の製造方法であって、ドーパントと導電性ポリマーを含むポリマー材料にドーパントを溶解する溶剤を接触させて、前記ポリマー材料中のドーパント濃度を不均一にすることにより、前記n型半導体領域と前記p型半導体領域を形成することを特徴とする、複合型半導体材料の製造方法。
[26] 前記ポリマー材料の表面の一部を溶剤と接触させる[25]に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[27] 前記ポリマー材料の表面の一部における溶剤との接触時間と、前記ポリマー材料の表面の他の部分における溶剤との接触時間を異なる長さとする[25]または[26]に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[28] 前記ポリマー材料の全表面を溶剤と接触させて、中心部のドーパント濃度を表面のドーパント濃度よりも高くする[25]に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[29] 溶剤と接触後に、ポリマー材料の中心部を通る1つの軸を切断面が横切らないように前記ポリマー材料を切断して、n型半導体領域/p型半導体領域/n型半導体領域が順に現れる複合型半導体材料か、p型半導体領域/n型半導体領域/p型半導体領域が順に現れる複合型半導体材料を得る[28]に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[30] 溶剤との接触を、溶剤中に前記ポリマー材料を浸漬することにより行う[25]~[29]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[31] 溶剤との接触を、溶剤を前記ポリマー材料に噴霧することにより行う[25]~[30]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[16] A method for producing a composite semiconductor material having an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, wherein a dopant is brought into contact with a polymer material containing a conductive polymer to make the dopant concentration in the polymer material non-uniform. The n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region are thereby formed.
[17] The method for producing a composite semiconductor material according to [16], wherein a part of the surface of the polymer material is brought into contact with a dopant.
[18] The composite semiconductor material according to [16], wherein the concentration of the dopant brought into contact with a part of the surface of the polymer material is different from the concentration of the dopant brought into contact with another part of the surface of the polymer material. Production method.
[19] Any one of [16] to [18], wherein the contact time with the dopant in a part of the surface of the polymer material is different from the contact time with the dopant in another part of the surface of the polymer material. A method for producing a composite semiconductor material according to Item.
[20] The method for producing a composite semiconductor material according to [16], wherein the entire surface of the polymer material is brought into contact with a dopant so that the dopant concentration in the central portion is lower than the dopant concentration in the surface.
[21] After contact with the dopant, the polymer material is cut so that the cutting plane does not cross one axis passing through the central portion of the polymer material, and the n-type semiconductor region / p-type semiconductor region / n-type semiconductor region are sequentially The method for producing a composite semiconductor material according to [20], wherein the composite semiconductor material that appears or a composite semiconductor material in which a p-type semiconductor region / n-type semiconductor region / p-type semiconductor region appears in order is obtained.
[22] The method for producing a composite semiconductor material according to any one of [16] to [21], wherein the contact with the dopant is performed by bringing the solution in which the dopant is dissolved into contact with the polymer material.
[23] The method for producing a composite semiconductor material according to any one of [16] to [22], wherein the contact with the dopant is performed by immersing the polymer material in a solution in which the dopant is dissolved.
[24] The method for producing a composite semiconductor material according to any one of [16] to [23], wherein the contact with the dopant is performed by spraying a solution in which the dopant is dissolved onto the polymer material.
[25] A method for producing a composite semiconductor material having an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, wherein a solvent for dissolving a dopant is brought into contact with a polymer material containing a dopant and a conductive polymer, A method for producing a composite semiconductor material, wherein the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region are formed by making the dopant concentration non-uniform.
[26] The method for producing a composite semiconductor material according to [25], wherein a part of the surface of the polymer material is brought into contact with a solvent.
[27] The composite according to [25] or [26], wherein the contact time with the solvent in a part of the surface of the polymer material and the contact time with the solvent in another part of the surface of the polymer material have different lengths. Type semiconductor material manufacturing method.
[28] The method for producing a composite semiconductor material according to [25], wherein the entire surface of the polymer material is brought into contact with a solvent so that the dopant concentration at the center is higher than the dopant concentration at the surface.
[29] After contact with the solvent, the polymer material is cut so that the cutting plane does not cross one axis passing through the central portion of the polymer material, and the n-type semiconductor region / p-type semiconductor region / n-type semiconductor region are sequentially The method for producing a composite semiconductor material according to [28], wherein a composite semiconductor material that appears or a composite semiconductor material in which a p-type semiconductor region / n-type semiconductor region / p-type semiconductor region appears in order is obtained.
[30] The method for producing a composite semiconductor material according to any one of [25] to [29], wherein the contact with the solvent is performed by immersing the polymer material in the solvent.
[31] The method for producing a composite semiconductor material according to any one of [25] to [30], wherein the contact with the solvent is performed by spraying the solvent onto the polymer material.
[32] ドーパント濃度が低い領域をn型半導体領域とし、ドーパント濃度が高い領域をp型半導体領域とする[16]~[31]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[33] ドーパント濃度が低い領域をp型半導体領域とし、ドーパント濃度が高い領域をn型半導体領域とする[16]~[31]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。
[34] [16]~[31]のいずれか1項に記載の製造方法で製造した複合型半導体材料。
[35] n型半導体領域とp型半導体領域を有する複合型半導体材料であって、前記n型半導体領域と前記p型半導体領域は、いずれも同じ導電性ポリマーと同じドーパントを混合した混合物であり、n型半導体領域とp型半導体領域ではドーパントの濃度が異なる、複合型半導体材料。
[36] ドーパント濃度が低い領域がn型半導体領域であり、ドーパント濃度が高い領域がp型半導体領域である[35]に記載の複合型半導体材料。
[37] ドーパント濃度が低い領域がp型半導体領域であり、ドーパント濃度が高い領域がn型半導体領域である[35]に記載の複合型半導体材料。
[38] n型半導体領域とp型半導体領域の境界領域において、ドーパント濃度が連続的に変化している[35]~[37]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。
[39] 複合型半導体材料が、一端と、その一端と接していない他端とを含む形状を有する[35]~[38]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。
[40] 前記一端から前記他端に向けてドーパント濃度が連続的に変化している[39]に記載の複合型半導体材料。
[41] 前記一端から前記他端に向けてドーパント濃度が減少している[39]または[40]に記載の複合型半導体材料。
[42] 前記一端がn型半導体領域に含まれ、前記他端がp型半導体領域に含まれる[39]~[41]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。
[43] 前記一端から前記他端に向けてドーパント濃度が低下した後に上昇している[39]または[41]に記載の複合型半導体材料。
[44] 前記一端から前記他端に向けてドーパント濃度が上昇した後に低下している[39]または[40]に記載の複合型半導体材料。
[45] 前記一端が第1のn型半導体領域に含まれ、前記他端が第2のn型半導体領域に含まれ、前記第1のn型半導体領域と前記第2のn型半導体領域の間にp型半導体領域が存在する[39]、[40]、[43]および[44]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。
[46] 前記一端が第1のp型半導体領域に含まれ、前記他端が第2のp型半導体領域に含まれ、前記第1のp型半導体領域と前記第2のp型半導体領域の間にn型半導体領域が存在する[39]、[40]、[43]および[44]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。
[47] 複合型半導体材料がフィルム状であって、前記複合型半導体材料の一端がフィルムの一方の表面であり、前記複合型半導体材料の他端がフィルムのもう一方の表面である、[39]~[46]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。
[32] The method for producing a composite semiconductor material according to any one of [16] to [31], wherein a region having a low dopant concentration is an n-type semiconductor region, and a region having a high dopant concentration is a p-type semiconductor region.
[33] The method for producing a composite semiconductor material according to any one of [16] to [31], wherein a region having a low dopant concentration is a p-type semiconductor region, and a region having a high dopant concentration is an n-type semiconductor region.
[34] A composite semiconductor material manufactured by the manufacturing method according to any one of [16] to [31].
[35] A composite semiconductor material having an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, wherein each of the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region is a mixture of the same conductive polymer and the same dopant. A composite semiconductor material in which the dopant concentration differs between the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region.
[36] The composite semiconductor material according to [35], wherein the region having a low dopant concentration is an n-type semiconductor region, and the region having a high dopant concentration is a p-type semiconductor region.
[37] The composite semiconductor material according to [35], wherein the region having a low dopant concentration is a p-type semiconductor region, and the region having a high dopant concentration is an n-type semiconductor region.
[38] The composite semiconductor material according to any one of [35] to [37], wherein the dopant concentration continuously changes in a boundary region between the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region.
[39] The composite semiconductor material according to any one of [35] to [38], wherein the composite semiconductor material has a shape including one end and the other end not in contact with the one end.
[40] The composite semiconductor material according to [39], wherein the dopant concentration continuously changes from the one end to the other end.
[41] The composite semiconductor material according to [39] or [40], wherein the dopant concentration decreases from the one end to the other end.
[42] The composite semiconductor material according to any one of [39] to [41], wherein the one end is included in an n-type semiconductor region and the other end is included in a p-type semiconductor region.
[43] The composite semiconductor material according to [39] or [41], which increases after the dopant concentration decreases from the one end toward the other end.
[44] The composite semiconductor material according to [39] or [40], which decreases after the dopant concentration increases from the one end toward the other end.
[45] The one end is included in a first n-type semiconductor region, the other end is included in a second n-type semiconductor region, and the first n-type semiconductor region and the second n-type semiconductor region The composite semiconductor material according to any one of [39], [40], [43], and [44], wherein a p-type semiconductor region exists between them.
[46] The one end is included in a first p-type semiconductor region, the other end is included in a second p-type semiconductor region, and the first p-type semiconductor region and the second p-type semiconductor region The composite semiconductor material according to any one of [39], [40], [43], and [44], in which an n-type semiconductor region is present.
[47] The composite semiconductor material is in a film form, and one end of the composite semiconductor material is one surface of the film, and the other end of the composite semiconductor material is the other surface of the film. ] The composite semiconductor material according to any one of [46] to [46].
[48] n型半導体材料とp型半導体材料を含む素子であって、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料は、いずれも同じ導電性ポリマーと同じドーパントを混合した混合物であり、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料ではドーパントの濃度が異なることを特徴とする素子。
[49] 前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が、[10]~[16]のいずれか1項に記載の製造方法により製造されたn型半導体材料とp型半導体材料である[48]に記載の素子。
[50] 前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が一体化している[48]または[49]に記載の素子。
[51] 前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が、[16]~[33]のいずれか1項に記載の製造方法により製造された複合型半導体材料である[48]~[50]に記載の素子。
[52] 前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が、[35]~[47]のいずれか1項に記載の複合型半導体材料である[48]~[50]に記載の素子。
[53] 前記n型半導体材料と前記p型半導体材料の少なくとも一方がフィルム状である[48]~[52]のいずれか1項に記載の素子。
[54] 熱電変換素子である[48]~[53]のいずれか1項に記載の素子。
[48] An element including an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material, wherein each of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material is a mixture in which the same conductive polymer and the same dopant are mixed, and the n An element characterized in that the dopant concentration differs between the p-type semiconductor material and the p-type semiconductor material.
[49] The n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material manufactured by the manufacturing method according to any one of [10] to [16] [48] ] The element as described in.
[50] The element according to [48] or [49], wherein the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are integrated.
[51] The n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are composite semiconductor materials manufactured by the manufacturing method according to any one of [16] to [33] [48] to [50] The element as described in.
[52] The element according to [48] to [50], wherein the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are composite semiconductor materials according to any one of [35] to [47].
[53] The device according to any one of [48] to [52], wherein at least one of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material is a film.
[54] The device according to any one of [48] to [53], which is a thermoelectric conversion device.
[55] 導電性ポリマーとドーパントを含む半導体材料のドーパント濃度を増加または減少させることにより、n型またはp型の半導体材料の少なくとも一部をp型またはn型へ転換することを含む、半導体材料の製造方法。
[56] 前記半導体材料の少なくとも一部のドーパント濃度を増加させる[55]に記載の半導体材料の製造方法。
[57] ドーパントを溶解させた溶液と前記半導体材料を接触させる[56]に記載の半導体材料の製造方法。
[58] 前記接触が、ドーパントを溶解させた溶液中に前記半導体材料を浸漬するものである[57]に記載の半導体材料の製造方法。
[59] 前記接触が、ドーパントを溶解させた溶液を前記半導体材料の表面に噴霧するものである[57]に記載の半導体材料の製造方法。
[60] 前記半導体材料の少なくとも一部のドーパント濃度を減少させる[55]に記載の半導体材料の製造方法。
[61] ドーパントを溶解する溶剤と前記半導体材料を接触させる[60]に記載の半導体材料の製造方法。
[62] 前記接触が、ドーパントを溶解する溶剤中に前記半導体材料を浸漬するものである[61]に記載の半導体材料の製造方法。
[63] 前記半導体材料がn型半導体材料であり、その少なくとも一部をp型へ転換する[55]~[62]のいずれか1項に記載の半導体材料の製造方法。
[64] 前記半導体材料がn型半導体材料であり、その全体をp型へ転換する[63]に記載の半導体材料の製造方法。
[65] 前記半導体材料がp型半導体材料であり、その少なくとも一部をn型へ転換する[55]~[62]のいずれか1項に記載の半導体材料の製造方法。
[66] 前記半導体材料がp型半導体材料であり、その全体をn型へ転換する[55]に記載の半導体材料の製造方法。
[67] [55]~[66]のいずれか1項に記載の製造方法により製造された半導体材料。
[55] A semiconductor material comprising converting at least a portion of an n-type or p-type semiconductor material to p-type or n-type by increasing or decreasing a dopant concentration of the semiconductor material containing a conductive polymer and a dopant. Manufacturing method.
[56] The method for producing a semiconductor material according to [55], wherein the dopant concentration of at least a part of the semiconductor material is increased.
[57] The method for producing a semiconductor material according to [56], wherein the semiconductor material is brought into contact with a solution in which a dopant is dissolved.
[58] The method for producing a semiconductor material according to [57], wherein the contact is performed by immersing the semiconductor material in a solution in which a dopant is dissolved.
[59] The method for producing a semiconductor material according to [57], wherein the contact is performed by spraying a solution in which a dopant is dissolved onto a surface of the semiconductor material.
[60] The method for manufacturing a semiconductor material according to [55], wherein the dopant concentration of at least a part of the semiconductor material is decreased.
[61] The method for producing a semiconductor material according to [60], wherein the semiconductor material is brought into contact with a solvent for dissolving the dopant.
[62] The method for producing a semiconductor material according to [61], wherein the contact is performed by immersing the semiconductor material in a solvent that dissolves the dopant.
[63] The method for producing a semiconductor material according to any one of [55] to [62], wherein the semiconductor material is an n-type semiconductor material, and at least a part of the semiconductor material is converted to a p-type.
[64] The method for producing a semiconductor material according to [63], wherein the semiconductor material is an n-type semiconductor material, and the whole is converted to a p-type.
[65] The method for producing a semiconductor material according to any one of [55] to [62], wherein the semiconductor material is a p-type semiconductor material, and at least a part of the semiconductor material is converted to an n-type.
[66] The method for producing a semiconductor material according to [55], wherein the semiconductor material is a p-type semiconductor material, and the whole is converted to an n-type.
[67] A semiconductor material manufactured by the manufacturing method according to any one of [55] to [66].
 本発明によれば、n型半導体およびp型半導体の両方に用いることや、ドーパント濃度を変えるだけでn型半導体領域とp型半導体領域を形成することができ、利用価値が高く、新たな利用形態を提供できる半導体材料を実現しうる。また、本発明の半導体材料の製造方法によれば、このような半導体材料を簡単な工程で効率よく製造することができる。さらに、本発明によれば、軽くて可撓性があり、所望の形状に容易に加工することが可能な素子を、広い分野で実用的に用いることができ、また、新規な電子部品や新規な装置の開発にも貢献できる。 According to the present invention, an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region can be formed by using both an n-type semiconductor and a p-type semiconductor, or by changing the dopant concentration. A semiconductor material capable of providing a form can be realized. Moreover, according to the manufacturing method of the semiconductor material of this invention, such a semiconductor material can be manufactured efficiently by a simple process. Furthermore, according to the present invention, an element that is light and flexible and can be easily processed into a desired shape can be used practically in a wide range of fields. Can contribute to the development of new devices.
本発明の素子を適用した熱電変換素子の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the thermoelectric conversion element to which the element of this invention is applied. 実施例1の素子について出力因子Sσ、ゼーベック係数S、電気伝導率σのNaNap濃度依存性を示すグラフである。Power factor S 2 sigma for the device of Example 1 is a graph showing the Seebeck coefficient S, the NaNap concentration dependence of the electrical conductivity sigma. 実施例1の素子について出力因子Sσ、ゼーベック係数S、電気伝導率σの温度依存性を示すグラフである。Power factor S 2 sigma for the device of Example 1 is a graph showing the Seebeck coefficient S, the temperature dependence of the electrical conductivity sigma.
 以下において、本発明の内容について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。なお、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および上限値として含む範囲を意味する。また、本発明に用いられる化合物の分子内に存在する水素原子の同位体種は特に限定されず、例えば分子内の水素原子がすべてHであってもよいし、一部または全部がH(デューテリウムD)であってもよい。
 また、本明細書において「半導体材料」という場合は、その形状は特に制限されず、同じ組成を有するものは形状を問わずにすべて包含される。
 本明細書において「フィルム」という場合は、平面上に広げたときに覆う平面の長手方向の長さがフィルムの厚みの10倍以上であるものを意味する。フィルム厚は制限されないが、例えば0.5nm~5mmとしたり、0.5nm~500nmとしたりすることができる。
Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments and specific examples of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments and specific examples. In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value. In addition, the isotope species of the hydrogen atom present in the molecule of the compound used in the present invention is not particularly limited. For example, all the hydrogen atoms in the molecule may be 1 H, or a part or all of the hydrogen atoms are 2 H. (Deuterium D) may be used.
In addition, in the present specification, the term “semiconductor material” is not particularly limited in shape, and includes all materials having the same composition regardless of the shape.
In the present specification, the term “film” means that the length in the longitudinal direction of a plane covered when spread on a plane is 10 times or more the thickness of the film. The film thickness is not limited, but can be, for example, 0.5 nm to 5 mm or 0.5 nm to 500 nm.
<半導体材料>
 本発明の半導体材料は、導電性ポリマーとドーパントを含む半導体材料であって、ドーパントの濃度によって半導体の型が転換することを特徴とするものである。
 本発明において「半導体の型」とは、「n型」または「p型」であり、ゼーベック係数Sの符号により判定することができる。本発明では、「正」のゼーベック係数Sを示すものは「p型」であると判定し、「負」のゼーベック係数Sを示すものは「n型」であると判定することとする。
 ゼーベック係数Sは、ゼーベック電圧を測定して電極温度差で除することにより得ることができる。
 本発明の半導体材料は、ドーパントの濃度をゼロから上昇させて行ったときに、半導体材料の型が転換する転換点が観測されるものである。「半導体の型の転換」は、ドーパントの濃度の上昇にともなってn型からp型に転換するものであってもよいし、ドーパントの濃度の上昇にともなってp型からn型の転換するものであってもよい。すなわち、本発明の半導体材料は、転換点よりもドーパント濃度が低い領域においてn型を示し、転換点よりもドーパント濃度が高い領域においてp型を示すものであってもよいし、転換点よりもドーパント濃度が低い領域においてp型を示し、転換点よりもドーパント濃度が高い領域においてn型を示すものであってもよい。以下の説明では、転換点よりもドーパント濃度が低い領域においてn型を示し、転換点よりもドーパント濃度が高い領域においてp型を示す半導体材料、または、そのような導電性ポリマーとドーパントの組み合わせを、「n-p型半導体材料」または「n-p型の組み合わせ」といい、転換点よりもドーパント濃度が低い領域においてp型を示し、転換点よりもドーパント濃度が高い領域においてn型を示す半導体材料、またはそのような導電性ポリマーとドーパントの組み合わせを、「p-n型半導体材料」または「p-n型の組み合わせ」ということがある。
<Semiconductor materials>
The semiconductor material of the present invention is a semiconductor material containing a conductive polymer and a dopant, and the semiconductor type is changed depending on the concentration of the dopant.
In the present invention, the “semiconductor type” is “n-type” or “p-type”, and can be determined by the sign of the Seebeck coefficient S. In the present invention, it is determined that a “positive” Seebeck coefficient S is “p-type” and that a “negative” Seebeck coefficient S is “n-type”.
The Seebeck coefficient S can be obtained by measuring the Seebeck voltage and dividing by the electrode temperature difference.
In the semiconductor material of the present invention, when the dopant concentration is increased from zero, a turning point at which the type of the semiconductor material changes is observed. “Semiconductor type conversion” may be a conversion from n-type to p-type with increasing dopant concentration, or a conversion from p-type to n-type with increasing dopant concentration. It may be. That is, the semiconductor material of the present invention may be n-type in a region where the dopant concentration is lower than the turning point, and p-type in a region where the dopant concentration is higher than the turning point. It may be p-type in a region where the dopant concentration is low and n-type in a region where the dopant concentration is higher than the turning point. In the following description, a semiconductor material that exhibits n-type in a region where the dopant concentration is lower than the turning point and p-type in a region where the dopant concentration is higher than the turning point, or a combination of such a conductive polymer and a dopant. "Np-type semiconductor material" or "np-type combination" indicating p-type in a region where the dopant concentration is lower than the turning point and showing n-type in the region where the dopant concentration is higher than the turning point A semiconductor material or a combination of such a conductive polymer and a dopant is sometimes referred to as a “pn-type semiconductor material” or a “pn-type combination”.
 転換点のドーパント濃度は、特に制限されない。転換点のドーパント濃度は、導電性ポリマーやドーパントの種類に依存し、これらの選択により制御することができる。例えば、ナトリウムナフタレニドのようにキャリアの生成効率が高いドーパントを用いた場合には、転換点は低濃度側になり、キャリアの生成効率が低いドーパントを用いた場合には、転換点は高濃度側になる。逆に言えば、転換点のドーパント濃度が比較的低いものは、ゼーベック係数S、電気伝導率σおよび出力因子Sσのドーパント濃度に依存した変化が大きく、転換点のドーパント濃度が比較的高いものは、これらの特性のドーパント濃度に依存した変化が小さい傾向を示す。
 転換点におけるドーパント濃度は、ドーパントを含まない導電性ポリマーを0.01mM~10000mMのいずれかの濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当することが好ましい。本明細書でいうドーパント溶液は、ドーパントを溶解することができる溶媒に溶解した溶液を意味しており、その溶媒は導電性ポリマーを溶解しないものであることが好ましい。浸漬の手順については、後掲の実施例を参照することができる。転換点のドーパント濃度が上記の範囲内であるものは、ドーパントを適度な濃度で用いつつ半導体材料の電気伝導率や出力因子等を精度よく制御することが可能である。また、転換点のドーパント濃度は、上記の範囲で、さらに、その半導体材料に要求される性能に応じた好適な値になるように設計することが好ましい。例えば、上記のように、転換点のドーパント濃度が比較的低いものは、ドーパント濃度が比較的低い領域で電気伝導率や出力因子を効率よく制御することができるため、ドーパントの添加量(不純物濃度)を小さくする必要がある用途に好適に用いることができる。一方、転換点のドーパント濃度が比較的高いものは、ドーパント濃度に依存した電気伝導率や出力因子の変化が小さいため、電気伝導率や出力因子等を精密に制御したり、製品の歩留まりを上げたりすることを重視する場合に有利である。
The dopant concentration at the turning point is not particularly limited. The dopant concentration at the turning point depends on the type of conductive polymer and dopant, and can be controlled by these selections. For example, when a dopant with high carrier generation efficiency such as sodium naphthalenide is used, the turning point is on the low concentration side, and when a dopant with low carrier generation efficiency is used, the turning point is high. On the concentration side. Conversely, when the dopant concentration at the turning point is relatively low, the change depending on the dopant concentration of the Seebeck coefficient S, electrical conductivity σ, and output factor S 2 σ is large, and the dopant concentration at the turning point is relatively high. Some tend to have small changes in these properties depending on the dopant concentration.
The dopant concentration at the turning point preferably corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 10,000 mM for 5 minutes. The dopant solution referred to in the present specification means a solution dissolved in a solvent capable of dissolving the dopant, and the solvent preferably does not dissolve the conductive polymer. As for the dipping procedure, the following examples can be referred to. When the dopant concentration at the turning point is within the above range, it is possible to accurately control the electrical conductivity, output factor, and the like of the semiconductor material while using the dopant in an appropriate concentration. Moreover, it is preferable to design the dopant concentration at the turning point so as to be a suitable value corresponding to the performance required for the semiconductor material in the above range. For example, as described above, when the dopant concentration at the turning point is relatively low, the electrical conductivity and output factor can be efficiently controlled in a region where the dopant concentration is relatively low. ) Can be suitably used for applications where it is necessary to reduce the size. On the other hand, when the dopant concentration at the turning point is relatively high, the change in electrical conductivity and output factor depending on the dopant concentration is small, so the electrical conductivity and output factor are precisely controlled and the product yield is increased. This is advantageous when importance is attached to the process.
 以下において、本発明の半導体材料で用いうる導電性ポリマーおよびドーパントについて説明する。ただし、本発明において用いることができる導電性ポリマーおよびドーパントはこれらによって限定的に解釈されるべきものではない。 Hereinafter, conductive polymers and dopants that can be used in the semiconductor material of the present invention will be described. However, the conductive polymer and dopant that can be used in the present invention should not be construed as being limited thereto.
[導電性ポリマー]
 導電性ポリマーとしては、ポリ(ピリジニウムフェニレン)を好ましく用いることができる。ポリ(ピリジニウムフェニレン)は、下記の構造単位を有するポリマーであり、D. Izuhara. et al., J. Am. Chem. Soc. 131, 17724, (2009)に記載される合成法により合成することができる。ポリ(ピリジニウムフェニレン)は、水、CFCHOH、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノール、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロ-1-ブタノール、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロ-1-ペンタノールなどの極性溶媒に溶解する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 また、導電性ポリマーとして、分子鎖の中に共役系を有する共役高分子も用いることができる。共役高分子としては、共役系を有し、環構造が3環以上縮合した縮合多環構造からなる繰り返し単位(I)と、単環の芳香族炭化水素環、単環の芳香族ヘテロ環、またはこれらの環構造を含む縮合環構造からなる繰り返し単位(II)を有するものを好ましく用いることができる。
[Conductive polymer]
As the conductive polymer, poly (pyridinium phenylene) can be preferably used. Poly (pyridinium phenylene) is a polymer having the following structural unit, and is synthesized by a synthesis method described in D. Izuhara. Et al., J. Am. Chem. Soc. 131, 17724, (2009). Can do. Poly (pyridinium phenylene) is water, CF 3 CH 2 OH, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, 2,2,3,4,4,4-hexafluoro-1 -Soluble in polar solvents such as butanol, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro-1-pentanol.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
As the conductive polymer, a conjugated polymer having a conjugated system in the molecular chain can also be used. The conjugated polymer includes a repeating unit (I) having a conjugated system and a condensed polycyclic structure in which three or more ring structures are condensed, a monocyclic aromatic hydrocarbon ring, a monocyclic aromatic heterocycle, Or what has repeating unit (II) which consists of condensed ring structures containing these ring structures can be used preferably.
(繰り返し単位(I))
 繰り返し単位(I)の縮合多環構造は、共役系を有し、環構造が3環以上縮合した縮合多環構造からなる。縮合多環構造は、炭化水素環が3環以上縮合したもの、ヘテロ環が3環以上縮合したもの、炭化水素環とヘテロ環を組み合わせて3環以上縮合したもののいずれであってもよい。
 縮合多環構造を構成する炭化水素環は、芳香族炭化水素環であってもよいし、芳香族以外の炭化水素環であってもよい。炭化水素環の具体例として、ベンゼン環、ベンゾキノン環、シクロペンタジ工二ルア二オン等の芳香族炭化水素環、シクロペンタジエン環、シクロペンタン環等の脂肪族炭化水素環を挙げることができる。
(Repeating unit (I))
The condensed polycyclic structure of the repeating unit (I) has a conjugated system and consists of a condensed polycyclic structure in which three or more ring structures are condensed. The condensed polycyclic structure may be one in which three or more hydrocarbon rings are condensed, one in which three or more heterocycles are condensed, or one in which three or more rings are condensed by combining a hydrocarbon ring and a heterocycle.
The hydrocarbon ring constituting the condensed polycyclic structure may be an aromatic hydrocarbon ring or a non-aromatic hydrocarbon ring. Specific examples of the hydrocarbon ring include benzene rings, benzoquinone rings, aromatic hydrocarbon rings such as cyclopentadiene dianion, and aliphatic hydrocarbon rings such as cyclopentadiene ring and cyclopentane ring.
 縮合多環構造を構成するヘテロ環は、芳香族ヘテロ環であってもよいし、芳香族以外のヘテロ環であってもよい。ヘテロ環は、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、ケイ素原子、リン原子、セレン原子、テルル原子等のヘテロ原子を1種または2種以上含むことが好ましい。ヘテロ環の具体例として、ピロール環、チオフェン環、フラン環、セレノフェン環、テルロフエン環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、ピリジン環、ピリドンー2-オン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トリアジン環、セレノピラン環、テルロピラン環等の芳香族へテロ環、ピロリジン環、シロール環、パーヒドロシロール環、ピペリジン環、ピベラジン環、モルホリン環等を挙げることができる。繰り返し単位(I)は、これらのヘテロ環を少なくとも1つ有することが好ましい。 The heterocycle constituting the condensed polycyclic structure may be an aromatic heterocycle or a heterocycle other than aromatic. The heterocycle preferably contains one or more heteroatoms such as nitrogen atom, sulfur atom, oxygen atom, silicon atom, phosphorus atom, selenium atom and tellurium atom. Specific examples of the heterocyclic ring include pyrrole ring, thiophene ring, furan ring, selenophene ring, tellurophene ring, imidazole ring, pyrazole ring, oxazole ring, isoxazole ring, thiazole ring, isothiazole ring, pyridine ring, pyridone-2-one ring. , Pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrazine ring, triazine ring, selenopyran ring, telluropyran ring, aromatic heterocycle such as pyrrolidine ring, silole ring, perhydrosilole ring, piperidine ring, piperazine ring, morpholine ring, etc. it can. The repeating unit (I) preferably has at least one of these heterocycles.
 繰り返し単位(I)を構成する各環は、中性状態であってもよく、またオ二ウム塩などのカチオン状態であっても良い。また、繰り返し単位(I)を構成する各環は、置換基で置換されていてもよい。置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルキルオキシカルボ二ル基、アルキルチオ基、アルコキシアルキレンオキシ基、アルコキシアルキレンオキシアルキル基、クラウンエーテル基、アリール基、フルオロアルキル基、ジアルキルアミノ基等を挙げることができる。これらの置換基がアルキル基を有する場合、その炭素数は、1~14が好ましく、4~10がより好ましい。これらの置換基は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。また、各縮合環構造の末端や置換基に、カルボン酸基、スルホン酸基、水酸基、リン酸基等の親水性基が導入されていてもよい。を有していてもよい。 Each ring constituting the repeating unit (I) may be in a neutral state or a cationic state such as an onium salt. Each ring constituting the repeating unit (I) may be substituted with a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group, an alkoxy group, an alkyloxycarbonyl group, an alkylthio group, an alkoxyalkyleneoxy group, an alkoxyalkyleneoxyalkyl group, a crown ether group, an aryl group, a fluoroalkyl group, and a dialkylamino group. Can do. When these substituents have an alkyl group, the carbon number thereof is preferably 1 to 14, and more preferably 4 to 10. These substituents may be bonded to each other to form a cyclic structure. Moreover, hydrophilic groups, such as a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, and a phosphoric acid group, may be introduced into the terminal or substituent of each condensed ring structure. You may have.
 縮合環構造は、これらの環のうち1種類から構成されていてもよいし、2種類以上が組み合わされて構成されていてもよい。また、共役高分子を構成する繰り返し単位(I)は、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造であってもよい。  The fused ring structure may be composed of one of these rings, or may be composed of a combination of two or more. Further, the repeating units (I) constituting the conjugated polymer may all have the same structure or different structures.
 以下において、繰り返し単位(I)の具体例を例示する。下記式において、*は隣接する他の繰り返し単位との連結部位を表し、Rは各々独立に水素原子、炭素数1~15のアルキル基または炭素数1~15のアルコキシ基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(繰り返し単位(II)
 繰り返し単位(II)は、単環の芳香族炭化水素環、単環の芳香族ヘテロ環、またはこれらの環構造を含む縮合環構造から構成される。
 単環の芳香族炭化水素環の具体例としては、ベンゼン環、シクロペンタジエ二ルア二オン等を挙げることができる。
 単環の芳香族ヘテロ環としては、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、ケイ素原子、リン原子、セレン原子、テルル原子等のヘテロ原子を1種または2種以上含むことが好ましい。芳香族ヘテロ環の具体例として、チオフエン環、ピロール環、フラン環、イミダソール環、ピラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、シロール環、セレノフェン環、テルロフエン理、ピリジン環、ピリドンー2-オン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トリアジン環、セレノピラン環、テルロピラン環等を挙げることができる。
 繰り返し単位(B)が縮合環構造からなる場合、縮合環構造は、芳香族炭化水素環が2環以上縮合したもの、芳香族ヘテロ環が2環以上縮合したもの、芳香族炭化水素環と芳香族ヘテロ環が2環以上縮合したもの、さらに、これらの縮合環構造に芳香族以外の炭化水素環および芳香族以外のヘテロ環の少なくとも一方が1環以上縮合したもののいずれであってもよい。縮合環構造を形成しうる環構造として、ベンゼン環、シクロペンタジエン環、チオフエン環、ピロール環、フラン環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、シロール環、セレノフエン環、テルロフェン環、べンゾキノン環、ピリジン環、ピリドンー2一オン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トリアジン環、セレノピラン環、テルロピラン環、ピロリジンー2,5-ジオン環、チアジアゾール環等を挙げることができる。縮合環構造は、これらの環のうち1種類から構成されていてもよいし、2種類以上が組み合わされて構成されていてもよい。
 これらのうち、繰り返し単位(II)は、チオフエン環、チオフェン環を含む2環の縮合環構造、ベンゼン環、ベンゼン環を含む2環の縮合環構造であることが好ましい。
 繰り返し単位(II)を構成する各環は、中性状態であってもよく、またオ二ウム塩などのカチオン状態であってもよい。また、繰り返し単位(II)を構成する各環は置換基で置換されていてもよい。繰り返し単位(II)を構成する各環に置換しうる置換基の具体例および好ましい範囲については、繰り返し単位(I)を構成する各環に置換しうる置換基の具体例および好ましい範囲を参照することができる。
 また、共役高分子を構成する繰り返し単位(II)は、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造であってもよい。
Below, the specific example of repeating unit (I) is illustrated. In the following formula, * represents a connecting site with another adjacent repeating unit, and R each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(Repeating unit (II)
The repeating unit (II) is composed of a monocyclic aromatic hydrocarbon ring, a monocyclic aromatic heterocycle, or a condensed ring structure containing these ring structures.
Specific examples of the monocyclic aromatic hydrocarbon ring include a benzene ring and cyclopentadienyl anion.
The monocyclic aromatic heterocycle preferably contains one or more heteroatoms such as nitrogen atom, sulfur atom, oxygen atom, silicon atom, phosphorus atom, selenium atom and tellurium atom. Specific examples of the aromatic heterocycle include thiophene ring, pyrrole ring, furan ring, imidazole ring, pyrazole ring, oxazole ring, isoxazole ring, thiazole ring, isothiazole ring, silole ring, selenophene ring, tellurophene theory, pyridine ring, A pyridone-2-one ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrazine ring, triazine ring, selenopyran ring, telluropyran ring and the like can be mentioned.
When the repeating unit (B) is composed of a condensed ring structure, the condensed ring structure includes those obtained by condensing two or more aromatic hydrocarbon rings, those obtained by condensing two or more aromatic heterocycles, aromatic hydrocarbon rings and aromatics. Any of those obtained by condensing two or more aromatic heterocycles, and those obtained by condensing at least one of a non-aromatic hydrocarbon ring and a non-aromatic heterocycle to these condensed ring structures may be used. As a ring structure that can form a condensed ring structure, a benzene ring, cyclopentadiene ring, thiophene ring, pyrrole ring, furan ring, imidazole ring, pyrazole ring, oxazole ring, isoxazole ring, thiazole ring, isothiazole ring, silole ring, Examples include selenophene ring, tellurophen ring, benzoquinone ring, pyridine ring, pyridone-2-one ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrazine ring, triazine ring, selenopyran ring, telluropyran ring, pyrrolidine-2,5-dione ring, thiadiazole ring, etc. be able to. The fused ring structure may be composed of one of these rings, or may be composed of a combination of two or more.
Among these, the repeating unit (II) is preferably a bicyclic condensed ring structure including a thiophene ring or a thiophene ring, a benzene ring or a bicyclic condensed ring structure including a benzene ring.
Each ring constituting the repeating unit (II) may be in a neutral state or a cationic state such as an onium salt. Each ring constituting the repeating unit (II) may be substituted with a substituent. For specific examples and preferred ranges of substituents that can be substituted on each ring constituting the repeating unit (II), refer to specific examples and preferred ranges of substituents that can be substituted on each ring constituting the repeating unit (I). be able to.
Further, the repeating units (II) constituting the conjugated polymer may all have the same structure or different structures.
 以下において、繰り返し単位(II)の具体例を例示する。下記式において、*は隣接する他の繰り返し単位との連結部位を表し、Rは各々独立に水素原子、炭素数1~15のアルキル基または炭素数1~15のアルコキシ基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
Below, the specific example of repeating unit (II) is illustrated. In the following formula, * represents a connecting site with another adjacent repeating unit, and R each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 導電性ポリマーとして用いる共役高分子は、繰り返し単位(I)、(II)以外に、他の構造を含んでいてもよい。他の構造は、共役系の構造であることが好ましく、例えば、-CH=CH-(二重結合)、-C≡C一(三重結合)、一N=N一(アゾ結合)や、チオフ工ン系化合物、ピロール系化合物、アニリン系化合物、アセチレン系化合物、フェ二レン系化合物、フェニレンビ二レン系化合物等の共役系を有する化合物を合成系に追加することで導入される構造が挙げられる。これらの他の構造は、繰り返し単位として導入されていてもよい。 The conjugated polymer used as the conductive polymer may contain other structures in addition to the repeating units (I) and (II). The other structure is preferably a conjugated structure, for example, —CH═CH— (double bond), —C≡C one (triple bond), one N═N one (azo bond), thiof Examples include a structure introduced by adding a compound having a conjugated system such as a process compound, a pyrrole compound, an aniline compound, an acetylene compound, a phenylene compound, or a phenylene vinylene compound to the synthesis system. . These other structures may be introduced as repeating units.
 以下において、共役高分子の繰り返し単位の具体例を例示する。下記式において、*は隣接する他の繰り返し単位との連結部位を表し、Rは各々独立に水素原子、炭素数1~15のアルキル基または炭素数1~15のアルコキシ基を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Below, the specific example of the repeating unit of a conjugated polymer is illustrated. In the following formula, * represents a connecting site with another adjacent repeating unit, and R each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 共役高分子の配列形態は、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体のいずれであってもよい。また、共役高分子における繰り返し単位(I)と繰り返し単位(II)のモル比は、1:1程度であることが好ましい。
 共役高分子の分子量は、重量平均分子量で5000以上であることが好ましく、7000~300000であることがより好ましく、8000~100000であることがさらに好ましい。共役高分子の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
 導電性ポリマーは、上記の共役高分子のみから構成されていてもよいが、共役系の分子構造を有しない非共役高分子を含んでいてもよい。非共役高分子として、ビニル化合物、(メタ)アクリレート化合物、カーボネート化合物、エステル化合物、アミド化合物、イミド化合物、およびシロキサン化合物から選択される少なくとも1種をモノマーとして重合した高分子化合物を用いることができる。非共役高分子は、疎水性であることが好ましく、スルホン酸や水酸基などの親水性基を分子内に有しないことがより好ましい。また、非共役高分子は、溶解度パラメータ(SP値)が11以下であることが好ましい。
The arrangement form of the conjugated polymer may be any of a block copolymer, a random copolymer, and a graft copolymer. The molar ratio of the repeating unit (I) to the repeating unit (II) in the conjugated polymer is preferably about 1: 1.
The molecular weight of the conjugated polymer is preferably 5000 or more in terms of weight average molecular weight, more preferably 7000 to 300,000, and even more preferably 8000 to 100,000. The weight average molecular weight of the conjugated polymer can be measured by gel permeation chromatography (GPC).
The conductive polymer may be composed of only the conjugated polymer described above, but may include a non-conjugated polymer that does not have a conjugated molecular structure. As the non-conjugated polymer, a polymer compound obtained by polymerizing at least one selected from vinyl compounds, (meth) acrylate compounds, carbonate compounds, ester compounds, amide compounds, imide compounds, and siloxane compounds as monomers can be used. . The non-conjugated polymer is preferably hydrophobic, and more preferably has no hydrophilic group such as sulfonic acid or hydroxyl group in the molecule. The nonconjugated polymer preferably has a solubility parameter (SP value) of 11 or less.
[ドーパント]
 ドーパントは、導電性ポリマーに加えたときにキャリアを生成しうるものである。ドーパントとして、ナトリウムナフタレニド(sodium naphthalenide:NaNap)を好ましく用いることができる。る。
 また、この他のドーパントとして、オ二ウム塩化合物、酸化剤、酸性化合物、電子受容体化合物等を挙げることができる。
 ドーパントとして用いるオ二ウム塩化合物は、活性エネルギー線(放射線、電磁波等)の照射、熱の付与等のエネルギー付与によって酸を発生する化合物(酸発生剤、酸前駆体)であることが好ましい。このようなオニウム塩化合物として、スルホ二ウム塩、ヨード二ウム塩、アンモニウム塩、カルボニウム塩、ホスホ二ウム塩等を挙げることができ、なかでも、スルホ二ウム塩、ヨドニウム塩、アンモニウム塩、カルボ二ウム塩を好ましく用いることができる。
[Dopant]
The dopant is capable of generating carriers when added to the conductive polymer. As a dopant, sodium naphthalenide (NaNap) can be preferably used. The
Other dopants include onium salt compounds, oxidizing agents, acidic compounds, electron acceptor compounds, and the like.
The onium salt compound used as the dopant is preferably a compound (acid generator, acid precursor) that generates an acid upon application of energy such as irradiation with active energy rays (radiation, electromagnetic waves, etc.) or application of heat. Examples of such onium salt compounds include sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts, carbonium salts, phosphonium salts, and the like. Among them, sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts, carbohydrates, and the like. A dium salt can be preferably used.
 以下において、オ二ウム塩の具体例を例示する。下記式において、Rは各々独立に水素原子、炭素数1~15のアルキル基、炭素数1~15のフッ化アルキル基または炭素数6~18のアリール基を表し、Rは各々独立に水素原子またはハロゲン原子を表し、XはPF 、SbF 、CFSO 、CHPhSO 等の強酸のアニオンを表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Below, the specific example of onium salt is illustrated. In the following formulae, R 1 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, and R 2 each independently represents A hydrogen atom or a halogen atom is represented, and X represents an anion of a strong acid such as PF 6 , SbF 6 , CF 3 SO 3 , CH 3 PhSO 3 − and the like.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 ドーパントとして用いる酸化剤としては、Cl、Br、I、ICl、ICl、IBr、IF等のハロゲン、PF、AsF、SbF、BF3、BCl、BBr、SO等のルイス酸、FeCl、FeOCl、TiCl、ZrCl、HfCl、NbF、NbCl、TaCl、MoF、MoCl、WF、WCl、UF、LnCl(Ln=La、Ce、Pr、Nd、Smなどのランタノイド)等の遷移金属化合物を挙げることができ、その他にO、O、XeOF、(NO )(SbF )、(NO )(SbCl )、(NO )(BF )、FSOOOSOF、AgCIO、HIrCl、La(NO・6HO等も用いることができる。 Examples of the oxidizing agent used as the dopant include halogens such as Cl 2 , Br 2 , I 2 , ICl, ICl 3 , IBr and IF, PF 5 , AsF 5 , SbF 5 , BF 3, BCl 3 , BBr 3 , SO 3 and the like. Lewis acid, FeCl 3 , FeOCl, TiCl 4 , ZrCl 4 , HfCl 4 , NbF 5 , NbCl 5 , TaCl 5 , MoF 5 , MoCl 5 , WF 6 , WCl 6 , UF 6 , LnCl 3 (Ln = La, C, Transition metal compounds such as Pr, Nd, Sm, etc.), and in addition, O 2 , O 3 , XeOF 4 , (NO 2 + ) (SbF 6 ), (NO 2 + ) (SbCl 6 ) ), (NO 2 + ) (BF 4 ), FSO 2 OOSO 2 F, AgCIO 4 , H 2 IrCl 6 , La (NO 3 ) 3. 6H 2 O or the like can also be used.
 酸性化合物としては、ポリリン酸、ヒドロキシ化合物、カルボキシ化合物、又はスルホン酸化合物、プロトン酸等を挙げることができる。プロトン酸には、HF、HCl、HNO、HSO、HClO、FSOH、ClSOH,CFSOH,各種有機酸,アミノ酸等などがある。
 電子受容体化合物としては、TICNQ(テトラシアノキノジメタン)、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ハロゲン化テトラシアノキノジメタン、1,1一ジシアノビニレン、1,1,2-トリシアノビニレン、ベンゾキノン、ペンタフルオロフェノール、ジシアノフルオレノン、シアノーフルオロアルキルスルホ二ルーフルオレノン、ピリジン、ピラジン、トリアジン、テトラジン、ピリドピラジン、ベンゾチアジアゾール、ヘテロサイクリックチアジアゾール、ポルフィリン、フタロシア二ン、ボロンキノレート系化合物、ボロンジケトネート系化合物、ボロンジイソインドメテン系化合物、力ルボラン系化合物、その他ホウ素原子含有化合物等を挙げることができる。
Examples of the acidic compound include polyphosphoric acid, hydroxy compound, carboxy compound, sulfonic acid compound, and protonic acid. Protic acids include HF, HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 , FSO 3 H, ClSO 3 H, CF 3 SO 3 H, various organic acids, amino acids, and the like.
Examples of electron acceptor compounds include TICNQ (tetracyanoquinodimethane), tetrafluorotetracyanoquinodimethane, halogenated tetracyanoquinodimethane, 1,1-dicyanovinylene, 1,1,2-tricyanovinylene, benzoquinone. , Pentafluorophenol, dicyanofluorenone, cyano-fluoroalkylsulfonylfluorenone, pyridine, pyrazine, triazine, tetrazine, pyridopyrazine, benzothiadiazole, heterocyclic thiadiazole, porphyrin, phthalocyanine, boron quinolate compounds, boron diketonate Compounds, boron diisoindomethene compounds, strong rubborane compounds, and other boron atom-containing compounds.
 本発明で用いる導電性ポリマーとドーパントの組合せは、ドーパント濃度を上げることによって転換点が現れるような組み合わせであればよく、特に制限されない。
 また、本発明の半導体材料は、導電性ポリマーとドーパントのみから構成されていてもよいし、導電性を有しないポリマーや低分子有機化合物等の、その他の成分を必要に応じて含んでいてもよい。半導体材料がその他の成分を含む場合、半導体材料の全質量に対する導電性ポリマーの割合は、90質量%以上であることが好ましく、99質量%以上であることがより好ましく、99.9質量%以上であることがさらに好ましい。
The combination of the conductive polymer and dopant used in the present invention is not particularly limited as long as the turning point appears by increasing the dopant concentration.
Moreover, the semiconductor material of the present invention may be composed only of a conductive polymer and a dopant, or may contain other components such as a polymer having no conductivity and a low molecular organic compound as necessary. Good. When the semiconductor material contains other components, the ratio of the conductive polymer to the total mass of the semiconductor material is preferably 90% by mass or more, more preferably 99% by mass or more, and 99.9% by mass or more. More preferably.
<半導体材料の製造方法>
 本発明の半導体材料の製造方法は、導電性ポリマーにドーパントをドープしてn型半導体材料とp型半導体材料を製造する半導体材料の製造方法であって、n型半導体材料とp型半導体材料とで、同じ導電性ポリマーおよび同じドーパントを用い、且つ、導電性ポリマーに対するドーパントの濃度を変えることにより半導体の型をn型またはp型に調整することを特徴とする。
 本発明の半導体材料の製造方法で用いる導電性ポリマー、ドーパント、および必要に応じて添加されるその他の成分の説明と好ましい範囲については、上記の半導体材料における導電性ポリマー、ドーパント、およびその他の成分の説明と好ましい範囲を参照することができる。
 本発明の半導体材料の製造方法において、導電性ポリマーにドーパントをドープする方法は、マトリックスである導電性ポリマーにドーパントが分散された状態になる方法であればよく、特に制限されない。具体的には、原料である導電性ポリマーにドーパントを予め混ぜ合わせておく方法や、成形された導電性ポリマーにドーパントを接触させる方法等を挙げることができる。成形された導電性ポリマーにドーパントを接触させる方法の具体的な説明については、下記の複合型半導体材料の製造方法における対応する記載を参照することができる。ただし、この半導体材料の製造方法では、ドーパントに接触させた後の導電性ポリマー中のドーパント濃度は、均一であってもよいし、不均一であってもよいが、均一であることが好ましい。
<Semiconductor material manufacturing method>
A method for producing a semiconductor material of the present invention is a method for producing an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material by doping a conductive polymer with a dopant, the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material, The semiconductor type is adjusted to n-type or p-type by using the same conductive polymer and the same dopant and changing the concentration of the dopant with respect to the conductive polymer.
For the description and preferred ranges of the conductive polymer, dopant, and other components added as necessary in the method for producing a semiconductor material of the present invention, the conductive polymer, dopant, and other components in the above semiconductor material The description and the preferred range can be referred to.
In the method for producing a semiconductor material of the present invention, the method of doping a dopant in a conductive polymer is not particularly limited as long as the dopant is dispersed in a conductive polymer as a matrix. Specifically, a method in which a dopant is mixed in advance with a conductive polymer as a raw material, a method in which a dopant is brought into contact with a molded conductive polymer, and the like can be given. For a specific description of the method of bringing the dopant into contact with the molded conductive polymer, the corresponding description in the following method for producing a composite semiconductor material can be referred to. However, in this method for producing a semiconductor material, the dopant concentration in the conductive polymer after contact with the dopant may be uniform or non-uniform, but is preferably uniform.
 半導体の型の調整は、下記のようにして行うことができる。
 まず、予備試験として、その導電性ポリマーとドーパントの組み合わせが「n-p型の組み合わせ」であるか「p-n型の組み合わせ」であるかを判定するとともに、半導体の型が転換する転換点を観測する。
 具体的には、導電性ポリマーにドーパントを加えて、導電性ポリマーに対するドーパントの濃度をゼロから上昇させていき、それと同時に半導体の型を判定する。半導体の型は、上記のようにゼーベック係数Sの符号により判定することができる。よって、この予備試験では、例えば導電性ポリマーに対するドーパント濃度をゼロから上昇させていくと同時に、その導電性ポリマーにドーパントを加えた組成物のゼーベック係数Sを測定し、ドーパント濃度に依存したゼーベック係数Sの変化を観測する。ここで、ドーパント濃度の上昇にともなってゼーベック係数Sが大きくなるものはn-p型の組み合わせであり、ゼーベック係数Sの符号が「負」から「正」へ転換するときのドーパント濃度を転換点と判定する。一方、ドーパント濃度の上昇にともなってゼーベック係数Sが小さくなるものは、p-n型の組み合わせであり、ゼーベック係数Sの符号が「正」から「負」へ転換するときのドーパント濃度を転換点と判定する。
The semiconductor mold can be adjusted as follows.
First, as a preliminary test, it is determined whether the combination of the conductive polymer and the dopant is an “np type combination” or “pn type combination”, and a turning point at which the semiconductor type changes. Observe.
Specifically, a dopant is added to the conductive polymer to increase the concentration of the dopant with respect to the conductive polymer from zero, and at the same time, the semiconductor type is determined. The semiconductor type can be determined by the sign of the Seebeck coefficient S as described above. Therefore, in this preliminary test, for example, the dopant concentration for the conductive polymer is increased from zero, and at the same time, the Seebeck coefficient S of the composition in which the dopant is added to the conductive polymer is measured, and the Seebeck coefficient depending on the dopant concentration is measured. Observe the change in S. Here, the increase in the Seebeck coefficient S with increasing dopant concentration is an np type combination, and the dopant concentration when the sign of the Seebeck coefficient S changes from “negative” to “positive” is a turning point. Is determined. On the other hand, the Seebeck coefficient S that decreases with increasing dopant concentration is a pn type combination, and the dopant concentration when the sign of the Seebeck coefficient S changes from “positive” to “negative” is a turning point. Is determined.
 そして、上記の予備試験で得られた判定結果に基づいた濃度で、導電性ポリマーにドーパントをドープすることによりn型半導体材料とp型半導体材料を製造する。例えば、n-p型の組み合わせであると判定された場合には、ドーパントの濃度を転換点におけるドーパント濃度未満に設定して導電性ポリマーにドープすることによりn型半導体材料を製造し、ドーパントの濃度を転換点におけるドーパント濃度超に設定して導電性ポリマーにドープすることによりp型半導体材料を製造する。また、p-n型の組み合わせであると判定された場合には、ドーパントの濃度を転換点におけるドーパント濃度未満に設定して導電性ポリマーにドープすることによりp型半導体材料を製造し、ドーパントの濃度を転換点におけるドーパント濃度超に設定して導電性ポリマーにドープすることによりn型半導体材料を製造する。 Then, an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material are manufactured by doping a conductive polymer with a dopant at a concentration based on the determination result obtained in the preliminary test. For example, when the n-p type combination is determined, an n-type semiconductor material is manufactured by doping the conductive polymer with the dopant concentration set to be lower than the dopant concentration at the turning point. A p-type semiconductor material is produced by doping the conductive polymer with the concentration set higher than the dopant concentration at the turning point. Also, if it is determined that the combination is a pn type, a p-type semiconductor material is produced by doping the conductive polymer with the dopant concentration set to be lower than the dopant concentration at the turning point, The n-type semiconductor material is manufactured by doping the conductive polymer with the concentration set to be higher than the dopant concentration at the turning point.
 ドーパント濃度は、転換点を指標にして、転換点におけるドーパント濃度未満またはドーパント濃度超というように広い範囲から選択することが可能であるが、転換点におけるドーパント濃度超の範囲からドーパント濃度を選択するに当たっては、より転換点に近いドーパント濃度を選択することが好ましい。これにより、性能が高いn型半導体材料およびp型半導体材料を得ることができる。具体的には、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがn-p型の組み合わせである場合には、p型半導体材料のドーパントの濃度を、転換点におけるドーパント濃度より0.01%~10%高い濃度にすることが好ましく、0.01%~5%高い濃度にすることがより好ましく、0.1%~1%高い濃度にすることがさらに好ましい。また、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがp-n型の組み合わせである場合には、n型半導体材料のドーパントの濃度を、転換点におけるドーパントの濃度より0.01%~10%高い濃度にすることが好ましく、0.01%~5%高い濃度にすることがより好ましく、0.1%~1%高い濃度にすることがさらに好ましい。さらに、n型半導体材料のドーパント濃度と、p型半導体材料のドーパント濃度の差は、ドーパント濃度が高い方を基準として0.01%~99.99%であることが好ましい。 The dopant concentration can be selected from a wide range such as less than or above the dopant concentration at the turning point using the turning point as an index, but the dopant concentration is selected from the range above the dopant concentration at the turning point. In this case, it is preferable to select a dopant concentration closer to the turning point. Thereby, an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material having high performance can be obtained. Specifically, when the combination of the conductive polymer and the dopant is an np type combination, the concentration of the dopant of the p-type semiconductor material is 0.01% to 10% higher than the dopant concentration at the turning point. The concentration is preferably 0.01% to 5% higher, more preferably 0.1% to 1% higher. Further, when the combination of the conductive polymer and the dopant is a pn type combination, the concentration of the dopant of the n-type semiconductor material is set to be 0.01% to 10% higher than the concentration of the dopant at the turning point. The concentration is preferably 0.01% to 5% higher, more preferably 0.1% to 1% higher. Furthermore, the difference between the dopant concentration of the n-type semiconductor material and the dopant concentration of the p-type semiconductor material is preferably 0.01% to 99.99% based on the higher dopant concentration.
 転換点におけるドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを0.01mM~10000mMのいずれかの濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、n-p型の組み合わせにおけるp型半導体材料のドーパントの濃度は、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の濃度より好ましくは0.01mM~100mM高い濃度、より好ましくは0.01~10mM高い濃度、さらにより好ましくは0.01mM~3.0mM高い濃度、さらになお好ましくは0.01mM~1.0mM高い濃度を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当することが好ましい。また、n-p型の組み合わせにおけるn型半導体材料のドーパント濃度は、ドーパントを含まない導電性ポリマーを特定の濃度Mのドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、前記p型半導体材料のドーパントの濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の前記特定の濃度Mより0.01mM~100mM高い濃度[(M+0.01)~(M+100)mM]を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当することが好ましい。
 転換点におけるドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを0.01mM~10000mMのいずれかの濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、p-n型の組み合わせにおけるn型半導体材料のドーパントの濃度は、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の濃度より好ましくは0.01mM~100mM高い濃度、より好ましくは0.01~10mM高い濃度、さらにより好ましくは0.01mM~3.0mM高い濃度、さらになお好ましくは0.01mM~1.0mM高い濃度を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当することが好ましい。また、p-n型の組み合わせにおけるp型半導体材料のドーパント濃度は、ドーパントを含まない導電性ポリマーを特定の濃度Mのドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、前記n型半導体材料のドーパントの濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の前記特定の濃度Mより0.01mM~100mM高い濃度[(M+0.01)~(M+100)mM]を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当することが好ましい。
 なお、上記の説明では、濃度の好ましい範囲を技術的に意義があるように特定するために、浸漬時間を5分に固定して説明を行っているが、実際に採用できる浸漬時間は5分に限定されるものではない。浸漬時間は例えば30秒~2時間の範囲内で選択したり、1分~1時間の範囲内で選択したり、3分~30分の範囲内で選択したりすることも可能である。ドーパント濃度が高いドーパント溶液を用いる場合は、浸漬時間を比較的短くすることが可能であり、逆にドーパント濃度が低いドーパント溶液を用いる場合は、浸漬時間を比較的長くする調整を行うことができる。
 また、浸漬を行う際のドーパント溶液の温度も、上記の説明では室温(25℃)を前提にしているが、実際に採用できる温度は室温に限定されるものではない。例えば、1~200℃の範囲内で選択したり、5~150℃の範囲内で選択したり、10~100℃の範囲内で選択したり、15~80℃の範囲内で選択したりすることも可能である。浸漬温度を高くした場合は、ドーパント濃度が比較的低いドーパント溶液を用いたり、浸漬時間を比較的短くしたりする調整を行うことが可能である。逆に浸漬温度を低くした場合は、ドーパント濃度が比較的高いドーパント溶液を用いたり、浸漬時間を比較的長くしたりする調整を行うことが可能である。ドーパント溶液の濃度と温度、浸漬時間については、調整したい半導体材料の種類や性能に応じて適宜総合的に勘案して決定することができる。
When the dopant concentration at the turning point corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 10,000 mM for 5 minutes, np The concentration of the dopant of the p-type semiconductor material in the combination of types is such that the conductive polymer containing no dopant is preferably 0.01 mM to 100 mM higher than the concentration of the dopant solution, more preferably 0.01 to 10 mM higher, More preferably, it corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when immersed for 5 minutes in a dopant solution having a higher concentration of 0.01 mM to 3.0 mM, and still more preferably 0.01 mM to 1.0 mM. . Further, the dopant concentration of the n-type semiconductor material in the np-type combination corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer not containing the dopant is immersed in a dopant solution having a specific concentration M for 5 minutes. When the dopant concentration of the p-type semiconductor material is 0.01 mM to 100 mM higher than the specific concentration M of the dopant solution [(M + 0.01) to (M + 100) mM] It is preferable to correspond to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when immersed in a dopant solution having a concentration of 5 minutes.
When the dopant concentration at the turning point corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 10,000 mM for 5 minutes, pn The concentration of the dopant of the n-type semiconductor material in the combination of types is such that the conductive polymer containing no dopant is preferably 0.01 mM to 100 mM higher than the concentration of the dopant solution, more preferably 0.01 to 10 mM higher, More preferably, it corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when immersed for 5 minutes in a dopant solution having a higher concentration of 0.01 mM to 3.0 mM, and still more preferably 0.01 mM to 1.0 mM. . The dopant concentration of the p-type semiconductor material in the pn-type combination corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when a conductive polymer not containing the dopant is immersed in a dopant solution having a specific concentration M for 5 minutes. When the dopant concentration of the n-type semiconductor material is 0.01 mM to 100 mM higher than the specific concentration M of the dopant solution [(M + 0.01) to (M + 100) mM] It is preferable to correspond to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when immersed in a dopant solution having a concentration of 5 minutes.
In the above description, in order to specify a preferable range of concentration so as to be technically significant, the description is made with the immersion time fixed at 5 minutes, but the actual immersion time is 5 minutes. It is not limited to. The immersion time can be selected, for example, within a range of 30 seconds to 2 hours, selected within a range of 1 minute to 1 hour, or selected within a range of 3 minutes to 30 minutes. When a dopant solution with a high dopant concentration is used, the immersion time can be made relatively short. Conversely, when a dopant solution with a low dopant concentration is used, adjustment can be made to make the immersion time relatively long. .
In addition, the temperature of the dopant solution at the time of immersion is assumed to be room temperature (25 ° C.) in the above description, but the temperature that can be actually used is not limited to room temperature. For example, select within the range of 1 to 200 ° C, select within the range of 5 to 150 ° C, select within the range of 10 to 100 ° C, select within the range of 15 to 80 ° C It is also possible. When the immersion temperature is increased, it is possible to use a dopant solution having a relatively low dopant concentration or to adjust the immersion time to be relatively short. On the other hand, when the immersion temperature is lowered, it is possible to use a dopant solution having a relatively high dopant concentration or to adjust the immersion time to be relatively long. The concentration and temperature of the dopant solution, and the immersion time can be determined by comprehensively considering appropriately according to the type and performance of the semiconductor material to be adjusted.
 本発明の半導体材料の製造方法で得られる半導体材料は、n型半導体材料とp型半導体材料が分離して別部材になっているものであってもよいし、n型半導体材料とp型半導体材料が一体化したものであってもよい。n型半導体材料とp型半導体材料が一体化した形態は、n型半導体材料とp型半導体材料を別々に作製し、作製した各半導体材料を接合して一体化することにより形成してもよいし、上記のn型半導体材料とp型半導体材料を製造する工程で、1つの導電性ポリマーのなかで、その一部がn型半導体材料になり、残りがp型半導体材料になるように、ドーパント濃度に分布を生じさせることで製造してもよい。 The semiconductor material obtained by the method for producing a semiconductor material of the present invention may be one in which the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are separated into separate members, or the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor The material may be integrated. The form in which the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are integrated may be formed by separately manufacturing the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material, and joining and integrating the manufactured semiconductor materials. In the step of manufacturing the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material, a part of the conductive polymer becomes an n-type semiconductor material and the rest becomes a p-type semiconductor material. You may manufacture by producing distribution in dopant concentration.
<n型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせ>
 本発明のn型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせは、n型半導体材料とp型半導体材料が、いずれも同じ導電性ポリマーと同じドーパントを混合した混合物であり、且つ、n型半導体材料とp型半導体材料でドーパントの濃度が異なることを特徴とする。
 本発明のn型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせで用いる導電性ポリマー、ドーパント、および必要に応じて添加されるその他の成分の説明と好ましい範囲については、上記の半導体材料における導電性ポリマー、ドーパント、およびその他の成分の説明と好ましい範囲を参照することができる。n型半導体材料とp型半導体材料のドーパント濃度の好ましい範囲については、上記の半導体材料の製造方法におけるn型半導体材料とp型半導体材料のドーパント濃度の好ましい範囲を参照することができる。
 本発明のn型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせにおいて、n型半導体材料とp型半導体材料は分離した別々の部材であってもよいし、一体化した1つのものであってもよい。また、n型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせは、別々の部材であるn型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせであってもよいし、一体化したn型半導体材料とp型半導体材料であってもよいし、一体化したn型半導体材料とp型半導体材料を複数の組み合わせたものであってもよいし、別々の部材であるn型半導体材料およびp型半導体材料の少なくとも一方と、一体化したn型半導体材料とp型半導体材料の1つまたはその複数を組み合わせたものであってもよい。
 こうしたn型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせを構成する各半導体材料は、例えば上記の半導体材料の製造方法を用いて簡単に製造することができる。
<Combination of n-type semiconductor material and p-type semiconductor material>
The combination of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material of the present invention is a mixture in which both the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are mixed with the same conductive polymer and the same dopant, and the n-type semiconductor material and The p-type semiconductor material is characterized in that the dopant concentration is different.
For the description and preferred ranges of the conductive polymer, dopant, and other components added as necessary in the combination of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material of the present invention, the conductive polymer in the semiconductor material described above, Reference can be made to descriptions and preferred ranges of dopants and other components. For the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material, reference can be made to the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material in the method for manufacturing a semiconductor material.
In the combination of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material of the present invention, the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material may be separate separate members, or may be an integrated one. The combination of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material may be a combination of an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material which are separate members, or an integrated n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material. Or a combination of a plurality of integrated n-type semiconductor materials and p-type semiconductor materials, or at least one of n-type semiconductor material and p-type semiconductor material which are separate members. , Or a combination of one or more of an integrated n-type semiconductor material and p-type semiconductor material.
Each semiconductor material constituting a combination of such an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material can be easily manufactured using, for example, the above-described method for manufacturing a semiconductor material.
<複合型半導体材料の製造方法>
 本発明で製造する複合型半導体材料は、n型半導体領域とp型半導体領域を有するものである。以下において、この複合半導体材料を製造する方法として、第1の複合型半導体材料の製造方法および第2の複合型半導体材料の製造方法について説明する。
<Method for producing composite semiconductor material>
The composite semiconductor material manufactured by the present invention has an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region. Hereinafter, as a method for manufacturing this composite semiconductor material, a method for manufacturing a first composite semiconductor material and a method for manufacturing a second composite semiconductor material will be described.
[第1の複合型半導体材料の製造方法]
 本発明に係る第1の複合型半導体材料の製造方法は、n型半導体領域とp型半導体領域を有する複合型半導体材料の製造方法であって、導電性ポリマーを含むポリマー材料にドーパントを接触させて、ポリマー材料中のドーパント濃度を不均一にすることにより、n型半導体領域とp型半導体領域を形成することを特徴とする。
 導電性ポリマーを含むポリマー材料にドーパントを接触させると、接触させたドーパントがポリマー材料中に浸透して拡散し、ポリマー材料がドーパントを含んだ状態になる。本発明の複合型半導体材料の製造方法では、こうしたポリマー材料へのドーパントの接触を、ポリマー材料中でドーパント濃度が不均一になるように行う。これにより、ポリマー材料中に、上記の転換点におけるドーパント濃度未満である低濃度領域と、転換点におけるドーパント濃度超である高濃度領域が形成され、各領域により、n型半導体領域またはp型半導体領域を構成することができる。
 本発明の複合型半導体材料の製造方法において、ポリマー材料は、導電性ポリマーのみから構成されていてもよいし、必要に応じて、その他の成分を含んでいてもよい。ポリマー材料がその他の成分を含む場合、ポリマー材料の全質量に対する導電性ポリマーの割合は、80質量%以上であることが好ましいく、90質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがさらに好ましい。
 ポリマー材料に含まれる導電性ポリマー、必要に応じて添加されるその他の成分、ドーパントの説明と好ましい範囲については、上記の半導体材料における導電性ポリマー、必要に応じて添加されるその他の成分、およびドーパントの説明と好ましい範囲を参照することができる。n型半導体領域とp型半導体領域のドーパント濃度の好ましい範囲については、上記の半導体材料の製造方法におけるn型半導体材料とp型半導体材料のドーパント濃度の好ましい範囲を参照することができる。
[First Composite Semiconductor Material Manufacturing Method]
A first method for producing a composite semiconductor material according to the present invention is a method for producing a composite semiconductor material having an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, wherein a dopant is brought into contact with a polymer material containing a conductive polymer. The n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region are formed by making the dopant concentration in the polymer material non-uniform.
When a dopant is brought into contact with a polymer material containing a conductive polymer, the contacted dopant penetrates and diffuses into the polymer material, so that the polymer material contains the dopant. In the method for producing a composite semiconductor material of the present invention, the contact of the dopant with the polymer material is performed so that the dopant concentration is not uniform in the polymer material. As a result, a low-concentration region that is less than the dopant concentration at the above-mentioned turning point and a high-concentration region that is higher than the dopant concentration at the turning point are formed in the polymer material. An area can be configured.
In the method for producing a composite semiconductor material of the present invention, the polymer material may be composed only of a conductive polymer or may contain other components as necessary. When the polymer material includes other components, the ratio of the conductive polymer to the total mass of the polymer material is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and 99% by mass or more. More preferably it is.
For the conductive polymer contained in the polymer material, other components added as necessary, description and preferred ranges of the dopant, the conductive polymer in the semiconductor material, other components added as necessary, and Reference can be made to the dopant descriptions and preferred ranges. For the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region, the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material in the above-described method for manufacturing a semiconductor material can be referred to.
 ポリマー材料にドーパントを接触させる方法は、ポリマー材料中のドーパント濃度が最終的に不均一になるものであればよい。例えば、ポリマー材料の表面の一部をドーパントと接触させるとともに、これと条件を変えて、ポリマー材料の表面の他の部分をドーパントと接触させる方法を用いることができる。その具体例として、ポリマー材料の表面の一部に接触させるドーパントの濃度と、ポリマー材料の表面の他の部分に接触させるドーパントの濃度を異なる濃度とする方法や、ポリマー材料の表面の一部におけるドーパントとの接触時間と、ポリマー材料の表面の他の部分におけるドーパントとの接触時間を異なる長さとする方法が挙げられる。
 接触させるドーパントの濃度を異なる濃度にする方法では、低い濃度でドーパントを接触させた領域付近が低濃度領域になり、高い濃度でドーパントを接触させた領域付近が高濃度領域になる。よって、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがn-p型の組み合わせである場合には、低い濃度でドーパントを接触させた領域付近がn型半導体領域になり、高い濃度でドーパントを接触させた領域付近がp型半導体領域になる。導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがp-n型の組み合わせである場合には、これとは逆に、低い濃度でドーパントを接触させた領域付近がp型半導体領域になり、高い濃度でドーパントを接触させた領域付近がn型半導体領域になる。
 また、ドーパントとの接触時間を異なる長さとする方法では、短い時間でドーパントと接触させた領域付近が低濃度領域になり、長い時間でドーパントと接触させた領域付近が高濃度領域になる。よって、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがn-p型の組み合わせである場合には、短い時間でドーパントと接触させた領域付近がn型半導体領域になり、長い時間でドーパントと接触させた領域付近がp型半導体領域になる。導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがp-n型の組み合わせである場合には、これとは逆に、短い時間でドーパントと接触させた領域付近がp型半導体領域になり、長い時間でドーパントと接触させた領域付近がn型半導体領域になる。
The method of bringing the dopant into contact with the polymer material may be any method as long as the dopant concentration in the polymer material is finally nonuniform. For example, it is possible to use a method in which a part of the surface of the polymer material is brought into contact with the dopant and the other conditions are changed to bring another part of the surface of the polymer material into contact with the dopant. Specific examples thereof include a method in which the concentration of the dopant that is in contact with a part of the surface of the polymer material is different from the concentration of the dopant that is in contact with another part of the surface of the polymer material, Examples include a method in which the contact time with the dopant is different from the contact time with the dopant in other portions of the surface of the polymer material.
In the method in which the concentration of the dopant to be contacted is different, the vicinity of the region where the dopant is contacted at a low concentration becomes a low concentration region, and the vicinity of the region where the dopant is contacted at a high concentration becomes a high concentration region. Therefore, when the combination of the conductive polymer and the dopant is an np type combination, the vicinity of the region where the dopant is contacted at a low concentration becomes the n-type semiconductor region, and the vicinity of the region where the dopant is contacted at a high concentration Becomes a p-type semiconductor region. When the combination of the conductive polymer and the dopant is a pn type combination, conversely, the region where the dopant is contacted at a low concentration becomes a p-type semiconductor region, and the dopant is contacted at a high concentration. The vicinity of the region thus formed becomes an n-type semiconductor region.
Further, in the method of setting the contact time with the dopant to different lengths, the vicinity of the region in contact with the dopant in a short time becomes a low concentration region, and the vicinity of the region in contact with the dopant in a long time becomes a high concentration region. Therefore, when the combination of the conductive polymer and the dopant is an np type combination, the vicinity of the region in contact with the dopant in a short time becomes the n-type semiconductor region, and the vicinity of the region in contact with the dopant in a long time Becomes a p-type semiconductor region. When the combination of the conductive polymer and the dopant is a pn type combination, on the contrary, the vicinity of the region in contact with the dopant in a short time becomes a p-type semiconductor region, and the contact with the dopant in a long time. The vicinity of the region thus formed becomes an n-type semiconductor region.
 また、ポリマー材料にドーパントを接触させる方法として、ポリマー材料の全表面をドーパントと接触させて、中心部のドーパント濃度を表面のドーパント濃度よりも低くする方法を用いてもよい。この方法では、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがn-p型の組み合わせである場合には、ポリマー材料の中心部側の領域がn型半導体領域になり、表面側の領域がp型半導体領域になる。導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがp-n型の組み合わせである場合には、ポリマー材料の中心部側の領域がp型半導体領域になり、表面側の領域がn型半導体領域になる。n型半導体領域とp型半導体領域の比率は、ポリマー材料に接触させるドーパントの濃度と接触時間により制御することができる。この方法によれば、ドーパントとの接触工程を1回行うだけで、n型半導体領域とp型半導体領域の両方を形成できるというメリットがある。
 こうして表面側と中心部側にn型またはp型半導体領域が形成されたポリマー材料を、その中心部を通る1つの軸を切断面が横切らないように切断すると、n型半導体領域/p型半導体領域/n型半導体領域が順に現れるか、p型半導体領域/n型半導体領域/p型半導体領域が順に現れ、複合型半導体材料として取扱い性よく用いることができる。ポリマー材料の切断は、例えば平面視で四角形状のフィルムの場合、4辺の端から特定の長さ分(耳部)だけ切り落とすようにして行うことができる。
Further, as a method of bringing the dopant into contact with the polymer material, a method may be used in which the entire surface of the polymer material is brought into contact with the dopant so that the dopant concentration at the center is lower than the dopant concentration at the surface. In this method, when the combination of the conductive polymer and the dopant is an np type combination, the region on the central side of the polymer material becomes the n-type semiconductor region, and the region on the surface side becomes the p-type semiconductor region. Become. When the combination of the conductive polymer and the dopant is a pn type combination, the region on the center side of the polymer material becomes a p-type semiconductor region, and the region on the surface side becomes an n-type semiconductor region. The ratio between the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region can be controlled by the concentration of the dopant brought into contact with the polymer material and the contact time. According to this method, there is an advantage that both the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region can be formed by performing the contact step with the dopant only once.
When the polymer material in which the n-type or p-type semiconductor region is formed on the surface side and the center side in this way is cut so that the cutting plane does not cross one axis passing through the center portion, the n-type semiconductor region / p-type semiconductor The region / n-type semiconductor region appears in order, or the p-type semiconductor region / n-type semiconductor region / p-type semiconductor region appears in order, and can be used as a composite semiconductor material with good handleability. For example, in the case of a rectangular film in a plan view, the polymer material can be cut by cutting off a specific length (ear portion) from the ends of the four sides.
 ポリマー材料とドーパントとの接触は、ドーパントをポリマー材料表面に直接供給することで行ってもよいが、ドーパントを溶解した溶液をポリマー材料と接触させることにより行うことが好ましい。これにより、溶液におけるドーパント濃度を変化させることにより、得られる複合型半導体材料のn型半導体領域およびp型半導体領域のドーパント濃度や占有比を容易に制御することができる。ドーパントを溶解した溶液をポリマー材料と接触させる方法としては、ドーパントを溶解した溶液中にポリマー材料を浸漬する方法や、ドーパントを溶解した溶液をポリマー材料に噴霧する方法等を挙げることができる。ここで、「浸漬」とは、静置された溶液中にポリマー材料を置くことの他、流れている溶液中や攪拌されている溶液中にポリマー材料を置くことも含む。以下においても、溶液中にポリマー材料や半導体材料を浸漬するといった場合の「浸漬」は、この「浸漬」と同じ意味であることとする。なお、これらの方法を、ポリマー材料の表面の一部をドーパントと接触させる方法に用いる場合には、ポリマー材料の表面の他の部分を覆うマスクを用いることにより、その表面の一部のみを選択的に溶液と接触させることができる。 The contact between the polymer material and the dopant may be performed by directly supplying the dopant to the surface of the polymer material, but is preferably performed by bringing a solution in which the dopant is dissolved into contact with the polymer material. Thereby, the dopant concentration and occupation ratio of the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region of the obtained composite semiconductor material can be easily controlled by changing the dopant concentration in the solution. Examples of the method for bringing the solution in which the dopant is dissolved into contact with the polymer material include a method in which the polymer material is immersed in the solution in which the dopant is dissolved, and a method in which the solution in which the dopant is dissolved is sprayed on the polymer material. Here, “immersion” includes placing the polymer material in a solution that is allowed to stand, as well as placing the polymer material in a flowing solution or a stirred solution. Hereinafter, “immersion” in the case of immersing a polymer material or a semiconductor material in a solution has the same meaning as this “immersion”. In addition, when these methods are used for a method in which a part of the surface of the polymer material is brought into contact with the dopant, only a part of the surface is selected by using a mask that covers the other part of the surface of the polymer material. In contact with the solution.
[第2の複合型半導体材料の製造方法]
 本発明に係る第2の複合型半導体材料の製造方法は、n型半導体領域とp型半導体領域を有する複合型半導体材料の製造方法であって、ドーパントと導電性ポリマーを含むポリマー材料にドーパントを溶解する溶剤を接触させて、ポリマー材料中のドーパント濃度を不均一にすることにより、n型半導体領域とp型半導体領域を形成することを特徴とする。
 ドーパントと導電性ポリマーを含むポリマー材料にドーパントを溶解する溶剤を接触させると、ポリマー材料に含まれるドーパントの一部が溶剤中に溶出し、ポリマー材料中のドーパント濃度が不均一になる。これにより、上記の転換点におけるドーパント濃度未満である低濃度領域と、転換点におけるドーパント濃度超である高濃度領域が形成され、各領域により、n型半導体領域またはp型半導体領域を構成することができる。
[Method for producing second composite semiconductor material]
A second method for producing a composite semiconductor material according to the present invention is a method for producing a composite semiconductor material having an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, wherein a dopant is added to a polymer material containing a dopant and a conductive polymer. An n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region are formed by bringing a dissolving solvent into contact with each other to make the dopant concentration in the polymer material nonuniform.
When the solvent which dissolves the dopant is brought into contact with the polymer material containing the dopant and the conductive polymer, a part of the dopant contained in the polymer material is eluted in the solvent, and the dopant concentration in the polymer material becomes nonuniform. As a result, a low concentration region that is less than the dopant concentration at the turning point and a high concentration region that exceeds the dopant concentration at the turning point are formed, and each region constitutes an n-type semiconductor region or a p-type semiconductor region. Can do.
 本発明の複合型半導体材料の製造方法において、ポリマー材料は、導電性ポリマーとドーパントのみから構成されていてもよいし、必要に応じて、その他の成分を含んでいてもよい。
 ポリマー材料に含まれる導電性ポリマー、ドーパント、および必要に応じて添加されるその他の成分の説明と好ましい範囲については、上記の半導体材料における導電性ポリマー、ドーパント、および必要に応じて添加されるその他の成分の説明と好ましい範囲を参照することができる。n型半導体領域とp型半導体領域のドーパント濃度の好ましい範囲については、上記の半導体材料の製造方法におけるn型半導体材料とp型半導体材料のドーパント濃度の好ましい範囲を参照することができる。
In the method for producing a composite semiconductor material of the present invention, the polymer material may be composed of only a conductive polymer and a dopant, or may contain other components as necessary.
For the explanation and preferred ranges of the conductive polymer, dopant, and other components added as necessary in the polymer material, the conductive polymer, dopant in the semiconductor material, and other components added as necessary Reference can be made to the description and preferred ranges of the components. For the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region, the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material in the above-described method for manufacturing a semiconductor material can be referred to.
 ポリマー材料に溶剤を接触させる方法は、ポリマー材料中のドーパント濃度が最終的に不均一になるものであればよい。例えば、ポリマー材料の表面の一部を溶剤と接触させる方法や、ポリマー材料の表面の一部を溶剤と接触させるとともに、これと条件を変えて、ポリマー材料の表面の他の部分を溶剤と接触させる方法を用いることができる。後者の具体例として、ポリマー材料の表面の一部における溶剤との接触時間と、ポリマー材料の表面の他の部分における溶剤との接触時間を異なる長さとする方法が挙げられる。
 ポリマー材料の表面の一部を溶剤と接触させる方法では、溶剤と接触させた領域付近が低濃度領域になり、溶剤と接触させていない領域付近が高濃度領域になる。よって、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがn-p型の組み合わせである場合、溶剤と接触させた領域付近がn型半導体領域になり、溶剤と接触させていない領域付近がp型半導体領域になる。導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがp-n型の組み合わせである場合には、これとは逆に、溶剤と接触させた領域付近がp型半導体領域になり、溶剤と接触させていない領域付近がn型半導体領域になる。
 また、ドーパントとの接触時間を異なる長さとする方法では、長い時間で溶剤と接触させた領域付近が低濃度領域になり、短い時間で溶剤と接触させた領域付近が高濃度領域になる。よって、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがn-p型の組み合わせである場合には、長い時間で溶剤と接触させた領域付近がn型半導体領域になり、短い時間で溶剤と接触させた領域付近がp型半導体領域になる。導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがp-n型の組み合わせである場合には、これとは逆に、長い時間で溶剤と接触させた領域付近がp型半導体領域になり、短い時間で溶剤と接触させた領域付近がn型半導体領域になる。
The method of bringing the solvent into contact with the polymer material may be any method as long as the dopant concentration in the polymer material is finally nonuniform. For example, a method in which a part of the surface of the polymer material is brought into contact with the solvent, or a part of the surface of the polymer material is brought into contact with the solvent, and the conditions are changed so that another part of the surface of the polymer material is brought into contact with the solvent. Can be used. As a specific example of the latter, there is a method in which the contact time with the solvent in a part of the surface of the polymer material is different from the contact time with the solvent in another part of the surface of the polymer material.
In the method in which a part of the surface of the polymer material is brought into contact with the solvent, the vicinity of the region in contact with the solvent is a low concentration region, and the vicinity of the region not in contact with the solvent is a high concentration region. Therefore, when the combination of the conductive polymer and the dopant is an np type combination, the vicinity of the region in contact with the solvent becomes the n-type semiconductor region, and the vicinity of the region not in contact with the solvent becomes the p-type semiconductor region. . When the combination of the conductive polymer and the dopant is a pn type combination, on the contrary, the vicinity of the region in contact with the solvent becomes the p-type semiconductor region, and the vicinity of the region not in contact with the solvent It becomes an n-type semiconductor region.
Further, in the method in which the contact time with the dopant is set to different lengths, the vicinity of the region in contact with the solvent in a long time becomes a low concentration region, and the vicinity of the region in contact with the solvent in a short time becomes a high concentration region. Therefore, when the combination of the conductive polymer and the dopant is an np type combination, the vicinity of the region in contact with the solvent in a long time becomes the n-type semiconductor region, and the vicinity of the region in contact with the solvent in a short time Becomes a p-type semiconductor region. When the combination of the conductive polymer and the dopant is a pn type combination, on the contrary, the region in contact with the solvent in a long time becomes a p-type semiconductor region, and the contact with the solvent in a short time. The vicinity of the region thus formed becomes an n-type semiconductor region.
 また、ポリマー材料にドーパントを接触させる方法として、ポリマー材料の全表面を溶剤と接触させて、中心部のドーパント濃度を表面のドーパント濃度よりも高くする方法を用いてもよい。この方法では、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがn-p型の組み合わせである場合には、ポリマー材料の表面側の領域がn型半導体領域になり、中心部側の領域がp型半導体領域になる。導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがp-n型の組み合わせである場合には、ポリマー材料の表面側の領域がp型半導体領域になり、中心部側の領域がn型半導体領域になる。n型半導体領域とp型半導体領域の比率は、ポリマー材料に接触させる溶剤の種類や接触時間により制御することができる。
 こうして表面側と中心部側にn型またはp型半導体領域が形成されたポリマー材料を、その中心部を通る1つの軸を切断面が横切らないように切断すると、n型半導体領域/p型半導体領域/n型半導体領域が順に現れるか、p型半導体領域/n型半導体領域/p型半導体領域が順に現れ、複合型半導体材料として取扱い性よく用いることができる。ポリマー材料の切断は、例えば平面視で四角形状のフィルムの場合、4辺の端から特定の長さ分(耳部)だけ切り落とすようにして行うことができる。
Further, as a method for bringing the dopant into contact with the polymer material, a method may be used in which the entire surface of the polymer material is brought into contact with a solvent so that the dopant concentration at the center is higher than the dopant concentration at the surface. In this method, when the combination of the conductive polymer and the dopant is an np type combination, the region on the surface side of the polymer material becomes the n-type semiconductor region, and the region on the center side becomes the p-type semiconductor region. Become. When the combination of the conductive polymer and the dopant is a pn type combination, the region on the surface side of the polymer material becomes a p-type semiconductor region, and the region on the center side becomes an n-type semiconductor region. The ratio of the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region can be controlled by the type of solvent to be brought into contact with the polymer material and the contact time.
When the polymer material in which the n-type or p-type semiconductor region is formed on the surface side and the center side in this way is cut so that the cutting plane does not cross one axis passing through the center portion, the n-type semiconductor region / p-type semiconductor The region / n-type semiconductor region appears in order, or the p-type semiconductor region / n-type semiconductor region / p-type semiconductor region appears in order, and can be used as a composite semiconductor material with good handleability. For example, in the case of a rectangular film in a plan view, the polymer material can be cut by cutting off a specific length (ear portion) from the ends of the four sides.
 ポリマー材料と溶剤との接触は、溶剤中にポリマー材料を浸漬する方法や、溶剤をポリマー材料に噴霧する方法等により行うことができる。ここで、「浸漬」とは、静置された溶剤中にポリマー材料を置くことの他、流れている溶剤中や攪拌されている溶剤中にポリマー材料を置くことも含む。
以下においても、溶剤中にポリマー材料や半導体材料を浸漬するといった場合の「浸漬」は、この「浸漬」と同じ意味であることとする。なお、これらの方法を、ポリマー材料の表面の一部を溶剤と接触させる方法に用いる場合には、ポリマー材料の表面の他の部分を覆うマスクを用いることにより、その表面の一部のみを選択的に溶剤と接触させることができる。
The contact between the polymer material and the solvent can be performed by a method of immersing the polymer material in the solvent, a method of spraying the solvent onto the polymer material, or the like. Here, “immersion” includes placing the polymer material in a solvent that is allowed to stand, as well as placing the polymer material in a flowing solvent or a solvent that is being stirred.
In the following, “immersion” in the case of immersing a polymer material or a semiconductor material in a solvent has the same meaning as this “immersion”. In addition, when these methods are used in a method in which a part of the surface of the polymer material is brought into contact with the solvent, only a part of the surface is selected by using a mask that covers the other part of the surface of the polymer material. Can be contacted with a solvent.
<複合型半導体材料>
 本発明の複合型半導体材料は、n型半導体領域とp型半導体領域を有する複合型半導体材料であって、n型半導体領域とp型半導体領域は、いずれも同じ導電性ポリマーと同じドーパントを混合した混合物であり、n型半導体領域とp型半導体領域ではドーパントの濃度が異なるものである。
 本発明の複合型半導体材料は、n型半導体領域とp型半導体領域で、同じ導電性ポリマーと同じドーパントを用いつつ、ドーパントの濃度は異なっている。言い換えれば、本発明の複合半導体材料は、ドーパント濃度が低い領域とドーパント濃度が高い領域を有しており、それぞれがn型半導体領域またはp型半導体領域を構成している。ここで、各濃度の領域と各半導体領域との関係は、特に制限されず、ドーパント濃度が低い領域がn型半導体領域であり、ドーパント濃度が高い領域がp型半導体領域であってもよいし、ドーパント濃度が低い領域がp型半導体領域であり、ドーパント濃度が高い領域がn型半導体領域であってもよい。ここでいうドーパント濃度が低い領域および高い領域は、それぞれ、上記の転換点が観測される導電性ポリマーとドーパントの組み合わせである場合には、転換点におけるドーパント濃度未満の領域(低濃度領域)、転換点におけるドーパント濃度超の領域(高濃度領域)と同義として扱うことができる。そして、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがn-p型の組み合わせである場合には、低濃度領域がn型半導体領域を構成し、高濃度領域がp型半導体領域を構成する。導電性ポリマーとドーパントの組み合わせがp-n型の組み合わせである場合には、低濃度領域がp型半導体領域を構成し、高濃度領域がn型半導体領域を構成する。
 導電性ポリマー、ドーパント、必要に応じて添加されるその他の成分の説明と好ましい範囲については、上記の半導体材料における導電性ポリマー、ドーパント、必要に応じて添加されるその他の成分の説明と好ましい範囲を参照することができる。n型半導体領域とp型半導体領域のドーパント濃度の好ましい範囲については、上記の半導体材料の製造方法におけるn型半導体材料とp型半導体材料のドーパント濃度の好ましい範囲を参照することができる。
<Composite semiconductor materials>
The composite semiconductor material of the present invention is a composite semiconductor material having an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, and both the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region are mixed with the same conductive polymer and the same dopant. The n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region have different dopant concentrations.
The composite semiconductor material of the present invention uses the same conductive polymer and the same dopant in the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region, but has different dopant concentrations. In other words, the composite semiconductor material of the present invention has a region with a low dopant concentration and a region with a high dopant concentration, each of which constitutes an n-type semiconductor region or a p-type semiconductor region. Here, the relationship between each concentration region and each semiconductor region is not particularly limited, and a region having a low dopant concentration may be an n-type semiconductor region, and a region having a high dopant concentration may be a p-type semiconductor region. The region having a low dopant concentration may be a p-type semiconductor region, and the region having a high dopant concentration may be an n-type semiconductor region. The region where the dopant concentration is low and the region where the dopant concentration is low are a combination of a conductive polymer and a dopant where the above-mentioned turning point is observed, respectively, a region lower than the dopant concentration at the turning point (low-concentration region), It can be treated as synonymous with a region exceeding the dopant concentration at the turning point (high concentration region). When the combination of the conductive polymer and the dopant is an np type combination, the low concentration region constitutes an n type semiconductor region, and the high concentration region constitutes a p type semiconductor region. When the combination of the conductive polymer and the dopant is a pn type combination, the low concentration region constitutes the p type semiconductor region, and the high concentration region constitutes the n type semiconductor region.
Description and preferred range of conductive polymer, dopant, and other components added as necessary, and description and preferred range of conductive polymer, dopant, and other components added as necessary in the above semiconductor materials Can be referred to. For the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region, the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material in the above-described method for manufacturing a semiconductor material can be referred to.
 本発明の複合型半導体材料は、n型半導体領域とp型半導体領域の境界領域において、ドーパント濃度が連続的に変化していることが好ましい。こうした複合型半導体材料は、上記の複合型半導体材料の製造方法を用いて容易に製造することができる。 In the composite semiconductor material of the present invention, it is preferable that the dopant concentration is continuously changed in the boundary region between the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region. Such a composite semiconductor material can be easily manufactured by using the above-described method for manufacturing a composite semiconductor material.
 複合型半導体材料の形状は、特に制限されず、いかなる形状であってもよいが、一端と、その一端と接していない他端とを含む形状であることが好ましく、フィルム状であって、複合型半導体材料の一端がフィルムの一方の表面であり、複合型半導体材料の他端がフィルムのもう一方の表面であるような形状であることが好ましい。 The shape of the composite semiconductor material is not particularly limited and may be any shape, but is preferably a shape including one end and the other end not in contact with the one end, and is in the form of a film. It is preferable that one end of the mold type semiconductor material be one surface of the film and the other end of the composite type semiconductor material be the other surface of the film.
 また、本発明の複合型半導体材料は、一端と、その一端と接していない他端とを含む形状である場合、一端と他端の間でドーパント濃度が変化していることが好ましく、そのドーパント濃度の変化が連続的であることがより好ましく、さらに、一端と他端の間に、低濃度領域と高濃度領域が交互に存在していることが好ましい。一端と他端の間の好ましいドーパント濃度の変化パターンとして、(1)一端から他端に向けてドーパント濃度が低下しているパターン、(2)一端から他端に向けてドーパント濃度が低下した後に上昇しているパターン、(3)一端から他端に向けてドーパント濃度が上昇した後に低下しているパターンを挙げることができる。(1)のパターンでは、一端側の領域を高濃度領域、他端側の領域を低濃度領域とすることができ、この場合、一端がn型半導体領域に含まれ、他端がp型半導体領域に含まれる形態、もしくは、一端がp型半導体領域に含まれ、他端がn型半導体領域に含まれる形態を得ることができる。(2)のパターンでは、一端側の領域および他端側の領域を高濃度領域とし、中央付近の領域を低濃度領域とすることがきる。(3)のパターンでは、一端側の領域および他端側の領域を低濃度領域とし、中央付近の領域を高濃度領域とすることがきる。(2)および(3)のパターンでは、一端が第1のn型半導体領域に含まれ、他端が第2のn型半導体領域に含まれ、第1のn型半導体領域と第2のn型半導体領域の間にp型半導体領域が存在する形態、もしくは、一端が第1のp型半導体領域に含まれ、他端が第2のp型半導体領域に含まれ、第1のp型半導体領域と第2のp型半導体領域の間にn型半導体領域が存在する形態を得ることができる。 In addition, when the composite semiconductor material of the present invention has a shape including one end and the other end not in contact with the one end, the dopant concentration is preferably changed between the one end and the other end. It is more preferable that the concentration change is continuous, and it is preferable that low concentration regions and high concentration regions exist alternately between one end and the other end. As a preferable change pattern of the dopant concentration between the one end and the other end, (1) a pattern in which the dopant concentration decreases from one end to the other end, and (2) after the dopant concentration decreases from one end to the other end. An increasing pattern, (3) a pattern decreasing after the dopant concentration increases from one end to the other end can be mentioned. In the pattern of (1), the region on one end side can be a high concentration region and the region on the other end side can be a low concentration region. In this case, one end is included in the n-type semiconductor region and the other end is a p-type semiconductor. A form included in the region or a form in which one end is included in the p-type semiconductor region and the other end is included in the n-type semiconductor region can be obtained. In the pattern (2), the region on one end side and the region on the other end side can be set as a high concentration region, and the region near the center can be set as a low concentration region. In the pattern (3), the region on one end side and the region on the other end side can be set as a low concentration region, and the region near the center can be set as a high concentration region. In the patterns (2) and (3), one end is included in the first n-type semiconductor region, the other end is included in the second n-type semiconductor region, and the first n-type semiconductor region and the second n-type semiconductor region are included. A p-type semiconductor region is present between the p-type semiconductor regions, or one end is included in the first p-type semiconductor region and the other end is included in the second p-type semiconductor region. A mode in which an n-type semiconductor region exists between the region and the second p-type semiconductor region can be obtained.
<半導体材料の他の製造方法>
 本発明の半導体材料の製造方法は、導電性ポリマーとドーパントを含む半導体材料のドーパント濃度を増加または減少させることにより、n型またはp型の半導体材料の少なくとも一部をp型またはn型へ転換することを特徴とする。
 本発明の半導体材料の製造方法では、導電性ポリマーとドーパントを含む半導体材料のドーパント濃度を増加または減少させる。ドーパント濃度を増加または減少させる前の半導体材料は、n型半導体材料であってもよいし、p型半導体材料であってもよいが、ドーパント濃度を増加または減少させることにより半導体の型が転換するものを使用する。具体的には、導電性ポリマーとドーパントの組み合わせが、上記のn-p型またはp-n型の組み合わせである半導体材料を好ましく用いることができる。
 ドーパント濃度を増加または減少させる前の半導体材料が、n型半導体材料である場合、その一部をp型に転換してもよいし、全体をp型へ転換してもよい。n型半導体材料がn-p型の組み合わせである場合には、初期のドーパント濃度は転換点におけるドーパント濃度未満になっており、その濃度から転換点におけるドーパント濃度超に濃度を増加させることにより、その少なくとも一部をp型に転換することができる。また、n型半導体材料がp-n型の組み合わせである場合には、初期のドーパント濃度は転換点におけるドーパント濃度超になっており、その濃度から転換点におけるドーパント濃度未満に濃度を減少させることにより、その少なくとも一部をp型に転換することができる。
 ドーパント濃度を増加または減少させる前の半導体材料が、p型半導体材料である場合、その一部をn型に転換してもよいし、全体をn型へ転換してもよい。p型半導体材料がn-p型の組み合わせである場合には、初期のドーパント濃度は転換点におけるドーパント濃度超になっており、その濃度から転換点におけるドーパント濃度未満に濃度を減少させることにより、その少なくとも一部をn型に転換することができる。また、p型半導体材料がp-n型の組み合わせである場合には、初期のドーパント濃度は転換点におけるドーパント濃度未満になっており、その濃度から転換点におけるドーパント濃度超に濃度を増加させることにより、その少なくとも一部をn型に転換することができる。
 半導体材料のドーパント濃度を増加させる方法としては、ドーパントを溶解させた溶液と半導体材料を接触させる方法を用いることが好ましい。ドーパントを溶解させた溶液を半導体材料と接触させる方法としては、ドーパントを溶解させた溶液中に半導体材料を浸漬する方法や、ドーパントを溶解させた溶液を半導体材料に噴霧する方法等を挙げることができる。
 半導体材料のドーパント濃度を減少させる方法としては、ドーパントを溶解する溶剤と半導体材料を接触させる方法を用いることが好ましい。ドーパントを溶解する溶剤を半導体材料と接触させる方法としては、ドーパントを溶解する溶剤中に半導体材料を浸漬する方法や、ドーパントを溶解する溶剤を半導体材料に噴霧する方法等を挙げることができる。
 ここで「浸漬」についての説明は、上記の複合体型半導体材料の製造方法における対応する説明を参照することができる。
<Other manufacturing methods for semiconductor materials>
The method for producing a semiconductor material of the present invention converts at least a part of an n-type or p-type semiconductor material into a p-type or an n-type by increasing or decreasing the dopant concentration of the semiconductor material containing a conductive polymer and a dopant. It is characterized by doing.
In the method for producing a semiconductor material of the present invention, the dopant concentration of the semiconductor material containing a conductive polymer and a dopant is increased or decreased. The semiconductor material before increasing or decreasing the dopant concentration may be an n-type semiconductor material or a p-type semiconductor material, but the semiconductor type is changed by increasing or decreasing the dopant concentration. Use things. Specifically, a semiconductor material in which the combination of the conductive polymer and the dopant is the above-described np type or pn type combination can be preferably used.
When the semiconductor material before increasing or decreasing the dopant concentration is an n-type semiconductor material, a part of the semiconductor material may be converted to p-type, or the whole may be converted to p-type. When the n-type semiconductor material is an np-type combination, the initial dopant concentration is less than the dopant concentration at the turning point, and by increasing the concentration from that concentration to more than the dopant concentration at the turning point, At least a part of it can be converted to p-type. In addition, when the n-type semiconductor material is a pn-type combination, the initial dopant concentration is higher than the dopant concentration at the turning point, and the concentration is reduced below that at the turning point. Can convert at least a part thereof to p-type.
When the semiconductor material before increasing or decreasing the dopant concentration is a p-type semiconductor material, a part thereof may be converted to n-type, or the whole may be converted to n-type. When the p-type semiconductor material is an np-type combination, the initial dopant concentration is above the dopant concentration at the turning point, and by reducing the concentration below that at the turning point, At least a part of it can be converted to n-type. Further, when the p-type semiconductor material is a pn type combination, the initial dopant concentration is less than the dopant concentration at the turning point, and the concentration is increased from that concentration to the dopant concentration at the turning point. Thus, at least a part thereof can be converted to n-type.
As a method for increasing the dopant concentration of the semiconductor material, it is preferable to use a method in which a solution in which the dopant is dissolved is brought into contact with the semiconductor material. Examples of a method for bringing the solution in which the dopant is dissolved into contact with the semiconductor material include a method in which the semiconductor material is immersed in a solution in which the dopant is dissolved, a method in which a solution in which the dopant is dissolved is sprayed on the semiconductor material, and the like. it can.
As a method for reducing the dopant concentration of the semiconductor material, it is preferable to use a method in which a solvent for dissolving the dopant is brought into contact with the semiconductor material. Examples of the method for bringing the solvent for dissolving the dopant into contact with the semiconductor material include a method for immersing the semiconductor material in a solvent for dissolving the dopant, a method for spraying a solvent for dissolving the dopant on the semiconductor material, and the like.
Here, for the explanation of “immersion”, the corresponding explanation in the method for producing a composite semiconductor material can be referred to.
<素子>
 本発明の素子は、n型半導体材料とp型半導体材料を含む素子であって、n型半導体材料とp型半導体材料は、いずれも同じ導電性ポリマーと同じドーパントを混合した混合物であり、n型半導体材料とp型半導体材料ではドーパントの濃度が異なることを特徴とするものである。
 導電性ポリマー、ドーパント、必要に応じて添加されるその他の成分の説明と好ましい範囲については、上記の半導体材料における導電性ポリマー、ドーパント、必要に応じて添加されるその他の成分の説明と好ましい範囲を参照することができる。n型半導体領域とp型半導体領域のドーパント濃度の好ましい範囲については、上記の半導体材料の製造方法におけるn型半導体材料とp型半導体材料のドーパント濃度の好ましい範囲を参照することができる。
 本発明の素子は、n型半導体材料とp型半導体材料が、本発明の半導体材料の製造方法または半導体材料の他の製造方法により製造されたn型半導体材料とp型半導体材料であることが好ましい。
 また、本発明の素子は、n型半導体材料とp型半導体材料が一体化していることが好ましく、一体化したn型半導体材料とp型半導体材料が、本発明の複合型半導体材料であるか、本発明の複合型半導体材料の製造方法により製造された複合型半導体材料であることがより好ましい。
 さらに、本発明の素子は、n型半導体材料とp型半導体材料の少なくとも一方がフィルム状であることが好ましい。
 本発明の素子は、熱電変換素子として好適に用いることができる。本発明の素子は、n型半導体材料とp型半導体材料が導電性ポリマーとドーパントを混合した混合物であるため、軽くて可撓性があり、所望の形状に容易に加工することができる。また、本発明の素子は、n型半導体材料およびp型半導体材料で同じ導電性ポリマーおよび同じドーパントを用い、各半導体材料で異なるのはドーパント濃度だけであるため、上記のように極めて簡単な工程で製造することができる。このため、本発明の素子を熱電変換素子に適用することにより、多様な分野に利用でき、利用価値の高い熱電変換素子を提供することができる。
 図1に、本発明を適用した熱電変換素子の一例を示す。
 図1に示す熱電変換素子は、一対の電極1、2と、一対の電極1、2の間に設けられた熱電変換層3と、これら各部1、2、3を支持する基板4を有している。熱電変換層3は、n型半導体領域とp型半導体領域を有しており、n型半導体領域とp型半導体領域の各端部が各電極と接するように配設されている。そして、この熱電変換素子では、熱電変換層3が、本発明の複合型半導体材料で構成されている。
 図1は、温度勾配を基板に対して鉛直方向に与える縦型素子の具体例であるが、温度勾配を基板に対して水平方向に与える横型素子を採用することもできる。
 こうした熱電変換素子において、各半導体領域の両端部間(図中矢印方向)で温度差を生じさせるとn型半導体領域では電子が高温側から低温側に拡散し、p型半導体領域では正孔が高温側から低温側に拡散して起電力が発生する。これを電極1、2を通じて外部に取り出すことにより、電力エネルギーとして利用することができる。
<Element>
The element of the present invention is an element including an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material, and each of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material is a mixture in which the same conductive polymer and the same dopant are mixed, and n The p-type semiconductor material and the p-type semiconductor material have different dopant concentrations.
Description and preferred range of conductive polymer, dopant, and other components added as necessary, and description and preferred range of conductive polymer, dopant, and other components added as necessary in the above semiconductor materials Can be referred to. For the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region, the preferable range of the dopant concentration of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material in the above-described method for manufacturing a semiconductor material can be referred to.
In the element of the present invention, the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material manufactured by the method for manufacturing a semiconductor material of the present invention or another method for manufacturing a semiconductor material. preferable.
In the element of the present invention, it is preferable that the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are integrated, and whether the integrated n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are the composite semiconductor material of the present invention. More preferably, the composite semiconductor material is manufactured by the method for manufacturing a composite semiconductor material of the present invention.
Furthermore, in the element of the present invention, it is preferable that at least one of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material is a film.
The element of the present invention can be suitably used as a thermoelectric conversion element. Since the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are a mixture of a conductive polymer and a dopant, the element of the present invention is light and flexible and can be easily processed into a desired shape. In addition, since the element of the present invention uses the same conductive polymer and the same dopant in the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material, and only the dopant concentration is different in each semiconductor material, the process is extremely simple as described above. Can be manufactured. Therefore, by applying the element of the present invention to a thermoelectric conversion element, a thermoelectric conversion element that can be used in various fields and has high utility value can be provided.
FIG. 1 shows an example of a thermoelectric conversion element to which the present invention is applied.
The thermoelectric conversion element shown in FIG. 1 includes a pair of electrodes 1 and 2, a thermoelectric conversion layer 3 provided between the pair of electrodes 1 and 2, and a substrate 4 that supports these portions 1, 2, and 3. ing. The thermoelectric conversion layer 3 has an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, and is arranged so that each end of the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region is in contact with each electrode. And in this thermoelectric conversion element, the thermoelectric conversion layer 3 is comprised with the composite type semiconductor material of this invention.
FIG. 1 shows a specific example of a vertical element that gives a temperature gradient in the vertical direction with respect to the substrate, but a horizontal element that gives a temperature gradient in the horizontal direction with respect to the substrate can also be adopted.
In such a thermoelectric conversion element, when a temperature difference is generated between both ends of each semiconductor region (in the direction of the arrow in the figure), electrons diffuse in the n-type semiconductor region from the high temperature side to the low temperature side, and holes in the p-type semiconductor region. An electromotive force is generated by diffusing from the high temperature side to the low temperature side. By taking this out through the electrodes 1 and 2, it can be used as electric energy.
<熱電材料>
 本発明は、水、酸素に対する安定なn型熱電材料の開発の可能性を大きく広げるものである。
 熱電材料はキャリアドーピング(キャリア密度上昇)に従い、電気伝導率(electrical conductivity, σ)の上昇及びゼーベック係数(Seebeck coefficient, S)の減衰(Trade-off)が生じるため、熱電変換素子には最適の変換効率を示すキャリア密度領域がある。従って、従来の研究ではこの最適キャリア密度よりp型において酸化しすぎないように、また、n型において還元しすぎないようにキャリア密度を制御し、熱電変換材料を作製してきた。
 本発明では、キャリア密度の制御(酸化若しくは還元)をドーパントの濃度制御により行うことができるため、従来の方法と比較してキャリア密度の制御をより簡単に行うことができる。さらに本発明により、最適キャリア密度以上にキャリアドーピング(過還元処理)を行い、それに従うn型有機熱電変換材料のp型への極性変化現象を見出し、その原理を一般化することで、p型ポリマー材料も過酸化させることでn型材料に極性変更可能になる。
 大気中で安定なn型熱電変換材料を作製するには、空気中の酸素及び水と反応し劣化してしまわないように、ドーピングされたn型材料のフェルミ準位が中性条件で真空準位に対して5.0eV以上、酸性条件で真空準位に対して5.6eV以上深い準位であることが必要とされる。しかしながら、通常、p型有機材料を酸化させると、フェルミ準位は真空準位に対して深い準位シフトするが、n型有機材料を還元させるとフェルミ準位は真空準位に対して浅い準位にシフトする。そのため、ドーピングされたn型材料の大気安定性は非常に悪く、有機熱電変換材料開発の最も大きな障害となっている。しかしながら本発明で導入された概念を用いれば、p型ポリマー材料を過酸化させることでn型材料へ極性を転換し、それに従いフェルミ準位をより深い領域にシフトできるため、従来報告されているp型ポリマー材料を用いて大気中で安定なn型有機熱電変換材料の作製が可能となる。
<Thermoelectric material>
The present invention greatly expands the possibility of developing a stable n-type thermoelectric material against water and oxygen.
Thermoelectric materials are subject to carrier doping (increased carrier density), and electrical conductivity (σ) increases and Seebeck coefficient (S) decays (Trade-off). There is a carrier density region that indicates conversion efficiency. Therefore, in the conventional research, the thermoelectric conversion material has been manufactured by controlling the carrier density so as not to be oxidized too much in the p-type and not too reduced in the n-type than the optimum carrier density.
In the present invention, the carrier density can be controlled (oxidation or reduction) by controlling the dopant concentration, so that the carrier density can be controlled more easily than the conventional method. Furthermore, according to the present invention, carrier doping (over-reduction treatment) more than the optimum carrier density is performed, and the phenomenon of polarity change to the p-type of the n-type organic thermoelectric conversion material according thereto is found, and the principle is generalized. The polarity of the polymer material can be changed to that of the n-type material by peroxidation.
In order to produce an n-type thermoelectric conversion material that is stable in the atmosphere, the Fermi level of the doped n-type material is vacuum-stated under neutral conditions so that it does not react and deteriorate with oxygen and water in the air. It is required that the level be 5.0 eV or more with respect to the position and 5.6 eV or more deep with respect to the vacuum level under acidic conditions. However, when the p-type organic material is oxidized, the Fermi level shifts deeper than the vacuum level. However, when the n-type organic material is reduced, the Fermi level is shallower than the vacuum level. Shift to place. Therefore, the atmospheric stability of the doped n-type material is very poor, which is the biggest obstacle to the development of organic thermoelectric conversion materials. However, if the concept introduced in the present invention is used, the polarity is changed to an n-type material by peroxidizing a p-type polymer material, and the Fermi level can be shifted to a deeper region accordingly. A p-type polymer material can be used to produce an n-type organic thermoelectric conversion material that is stable in the atmosphere.
 以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下に示す材料、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
 なお、以下の説明において、THFはテトラヒドロフランを表す。濃度単位であるMはmol/Lを表す。rpmは1分間の回転数を表す。
The features of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The following materials, processing details, processing procedures, and the like can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.
In the following description, THF represents tetrahydrofuran. The concentration unit M represents mol / L. rpm represents the number of revolutions per minute.
(実施例1)
 ポリ(ピリジニウムフェニレン)(12.0mg)をCFCHOH(4mL)に溶解した溶液をガラス基板(25mm×25mm)上にスピンコート(1000rpm、60秒)することにより、250~350nm厚のフィルムを製膜した。その後、フィルムを150℃で30分間アニーリングして脱水・乾燥させた。得られたフィルムを、ドナー材料であるナトリウムナフタレニドの脱水THF溶液(ドーパント溶液)に5分間浸し、ドーピングを行った。
 ここで用いたドーパント溶液は、まず攪拌中のナフタレンとTHFの混合物にナトリウムを添加して1日攪拌することにより200mM濃度の母液を得て、これをTHFで所定の倍率に希釈することにより調製した。ドーパント溶液は、0mM、1.0mM、1.5mM、2.0mM、2.2mM、2.5mM、2.8mM、3.0mMの各濃度のものを調製して用いた。
 ドーピングが終わったサンプルのフィルム上に、真空蒸着法で100nm厚のAg電極を形成することにより、熱電変換素子を完成させた。
 得られた各熱電変換素子について、単一素子としての熱電特性評価を行った。
 熱電変換素子の性能指数ZTは下記式により表される。よって、ここではゼーベック係数S、電気伝導率σ、出力因子Sσを測定することにより、熱電特性評価を行った。
(Example 1)
A solution in which poly (pyridinium phenylene) (12.0 mg) was dissolved in CF 3 CH 2 OH (4 mL) was spin-coated (1000 rpm, 60 seconds) on a glass substrate (25 mm × 25 mm), so that a thickness of 250 to 350 nm was obtained. A film was formed. Thereafter, the film was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to be dehydrated and dried. The obtained film was immersed in a dehydrated THF solution (dopant solution) of sodium naphthalenide as a donor material for 5 minutes for doping.
The dopant solution used here is prepared by first adding sodium to the stirring naphthalene and THF mixture and stirring for one day to obtain a 200 mM mother liquor, which is diluted with THF to a predetermined magnification. did. The dopant solutions having concentrations of 0 mM, 1.0 mM, 1.5 mM, 2.0 mM, 2.2 mM, 2.5 mM, 2.8 mM, and 3.0 mM were prepared and used.
A thermoelectric conversion element was completed by forming an Ag electrode having a thickness of 100 nm on the sample film after doping by a vacuum deposition method.
About each obtained thermoelectric conversion element, thermoelectric characteristic evaluation as a single element was performed.
The figure of merit ZT of the thermoelectric conversion element is expressed by the following formula. Therefore, thermoelectric characteristic evaluation was performed here by measuring Seebeck coefficient S, electrical conductivity σ, and output factor S 2 σ.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
(上式において、Sはゼーベック係数(V/K)、σは電気伝導率(S/m)、κは熱伝導率(W/mK)、Tは(高温電極温度+低温電極温度)/2で計算される電極平均温度(K)を表す。
 Sσは出力因子(power factor)と呼ばれる。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
(In the above equation, S is the Seebeck coefficient (V / K), σ is the electric conductivity (S / m), κ is the thermal conductivity (W / mK), and T is (high temperature electrode temperature + low temperature electrode temperature) / 2. The electrode average temperature (K) calculated by
S 2 σ is called a power factor. )
 具体的には、2つのK-typeの熱電対を用いることで、温度勾配を与えたときの温度、熱起電力を測定し、4本のクロメル線を用いることで4端子電気伝導率測定を行った。すなわち、横型素子における4つの電極中の2つの間に温度勾配を与えて、ゼーベック係数を測定した。
 現在有機材料の熱電特性に関する研究・特許などの様々な報告があるが、その熱電特性に関しては信頼性が非常に低い。特に熱起電力を測るための電圧計のInput impedenceに対してサンプルの電極間抵抗(Output impedence)が大きすぎる場合、熱起電力がoff-set浮遊起電力覆われ、正確なゼーベック係数を見積もることが難しい。そのため、本発明で利用した熱電特性測定系では、電圧計のInput impedenceとサンプルのOutput impedenceの関係及び温度勾配を与えられるサンプルの電極間距離を十分考慮した上、さらに、ゼーベック係数の既知の材料(クロメル、アルメル、ニッケル、金、銀)などの参照材料のゼーベック係数を測定することで測定系の信頼性を確認した。
 以上の全ての作業は窒素環境のグローブボックス内にて大気暴露せずに行った。
Specifically, by using two K-type thermocouples, the temperature and thermoelectromotive force when a temperature gradient is applied are measured, and by using four chromel wires, 4-terminal electrical conductivity measurement is performed. went. That is, the Seebeck coefficient was measured by applying a temperature gradient between two of the four electrodes in the lateral element.
Currently, there are various reports such as research and patents on thermoelectric properties of organic materials, but their reliability is very low. In particular, if the sample's interelectrode resistance (Output impedence) is too large for the input impedence of the voltmeter to measure the thermoelectromotive force, the thermoelectromotive force is covered with the off-set stray electromotive force, and an accurate Seebeck coefficient is estimated. Is difficult. Therefore, in the thermoelectric characteristic measurement system used in the present invention, the relationship between the input impedence of the voltmeter and the output impedence of the sample and the distance between the electrodes of the sample that can be given a temperature gradient are further considered, and further, a material with a known Seebeck coefficient is used. The reliability of the measurement system was confirmed by measuring the Seebeck coefficient of reference materials such as (chromel, alumel, nickel, gold, silver).
All the above operations were performed without exposure to air in a glove box in a nitrogen environment.
 図2は、各熱電変換素子の調製時に用いたドーパント溶液のドーパント濃度と、熱電変換素子の25℃における電気伝導率σ、ゼーベック係数S、出力因子Sσの関係を示すグラフである。図1から明らかなように、ドーパント濃度が大きくなるにしたがって電気伝導率σは上昇し、ドーパント濃度が2.5mMのときに電気伝導率σは最大値を計測した。その後、ドーパント濃度が2.8mM、3.0mMと大きくなるにしたがって、電気伝導率σは下降した。ゼーベック係数Sについては、ドーパント濃度が2.5mMまでは負でn型を示したが、ドーパント濃度が2.8mM、3.0mMのときは正でp型を示した。これにより、ドーパント溶液のドーパント濃度を大きくすることにより、n型からp型へ変化することが確認された。出力因子Sσについては、ドーパント濃度が1.0~2.5mMにて高い値を計測し、なかでも2.0~2.5mMでは特に高い値を示した。
 図3は、ドーパント濃度が1,0mM、2.0mM、2.5mM、2,8mMの各ドーパント溶液を用いて調製した熱電変換素子の温度による特性変化を示すグラフである。それぞれ、温度と電気伝導率σ、ゼーベック係数S、出力因子Sσの関係を調べた。いずれの熱電変換素子も、温度上昇に伴って電気伝導率σが大きくなったことから、ホッピング伝導由来の特性を示すことが確認された。2,8mMのドーパント溶液を用いて調製した熱電変換素子は、温度を上昇してもゼーベック係数Sが正で、p型を示した。また、1,0mM、2.0mM、2.5mMのドーパント溶液を用いて調製した熱電変換素子は、温度を上昇してもゼーベック係数Sは負で、n型を示した。いずれの濃度のドーパント溶液を用いて調製した熱電変換素子も温度上昇に伴ってゼーベック係数Sの絶対値は大きくなった。また、いずれの熱電変換素子も、温度上昇に伴って出力因子Sσが大きくなった。特に2.5mMのドーパント溶液を用いて調製した熱電変換素子の100℃における出力因子Sσは0.8μW/mKであり、n型の可溶性導電ポリマーとしては過去に例のない高出力因子を示した。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the dopant concentration of the dopant solution used at the time of preparing each thermoelectric conversion element and the electrical conductivity σ, Seebeck coefficient S, and output factor S 2 σ at 25 ° C. of the thermoelectric conversion element. As is clear from FIG. 1, the electrical conductivity σ increased as the dopant concentration increased, and the maximum value of the electrical conductivity σ was measured when the dopant concentration was 2.5 mM. Thereafter, the electrical conductivity σ decreased as the dopant concentration increased to 2.8 mM and 3.0 mM. The Seebeck coefficient S was negative and n-type until the dopant concentration was 2.5 mM, but positive and p-type when the dopant concentration was 2.8 mM and 3.0 mM. This confirmed that the n-type was changed to the p-type by increasing the dopant concentration of the dopant solution. As for the output factor S 2 σ, a high value was measured at a dopant concentration of 1.0 to 2.5 mM, and a particularly high value was shown at 2.0 to 2.5 mM.
FIG. 3 is a graph showing changes in characteristics with temperature of thermoelectric conversion elements prepared using dopant solutions having dopant concentrations of 1.0 mM, 2.0 mM, 2.5 mM, and 2,8 mM. The relationship between temperature, electrical conductivity σ, Seebeck coefficient S, and output factor S 2 σ was examined. It was confirmed that any thermoelectric conversion element exhibited characteristics derived from hopping conduction because the electrical conductivity σ increased with increasing temperature. A thermoelectric conversion element prepared using a 2,8 mM dopant solution showed a p-type with a positive Seebeck coefficient S even when the temperature was increased. Moreover, the thermoelectric conversion element prepared using a 10 mM, 2.0 mM, and 2.5 mM dopant solution showed n-type with a negative Seebeck coefficient S even when the temperature was increased. The absolute value of the Seebeck coefficient S of the thermoelectric conversion element prepared using any concentration of dopant solution increased with increasing temperature. Moreover, in any thermoelectric conversion element, the output factor S 2 σ increased as the temperature increased. In particular, a thermoelectric conversion element prepared using a 2.5 mM dopant solution has an output factor S 2 σ at 100 ° C. of 0.8 μW / mK 2, which is a high output factor unprecedented as an n-type soluble conductive polymer. showed that.
 本発明の半導体材料は、導電性ポリマーを用いる半導体材料であって、利用価値が高く、新たな利用形態を提供することができるため、熱電変換素子等の様々な素子において主要な半導体材料として効果的に用いられる。このため、本発明は産業上の利用可能性が高い。 The semiconductor material of the present invention is a semiconductor material using a conductive polymer, has high utility value, and can provide a new usage form. Therefore, it is effective as a main semiconductor material in various elements such as thermoelectric conversion elements. Used. For this reason, this invention has high industrial applicability.
 1、2 電極
 3   熱電変換層
 4   基板
1, 2 Electrode 3 Thermoelectric conversion layer 4 Substrate

Claims (67)

  1.  導電性ポリマーとドーパントを含む半導体材料であって、前記ドーパントの濃度によって半導体の型が転換することを特徴とする半導体材料。 A semiconductor material comprising a conductive polymer and a dopant, wherein the semiconductor type is changed depending on the concentration of the dopant.
  2.  前記ドーパントの濃度をゼロから上昇させて行ったときに、半導体材料の型がp型かn型の一方から他方へ転換する転換点が観測される、請求項1に記載の半導体材料。 The semiconductor material according to claim 1, wherein when the concentration of the dopant is increased from zero, a turning point at which the semiconductor material changes from one of the p-type and the n-type to the other is observed.
  3.  転換点よりもドーパント濃度が低い領域においてn型を示し、転換点よりもドーパント濃度が高い領域においてp型を示す、請求項2に記載の半導体材料。 3. The semiconductor material according to claim 2, wherein the semiconductor material exhibits n-type in a region where the dopant concentration is lower than the turning point and p-type in a region where the dopant concentration is higher than the turning point.
  4.  転換点よりもドーパント濃度が低い領域においてp型を示し、転換点よりもドーパント濃度が高い領域においてn型を示す、請求項2に記載の半導体材料。 3. The semiconductor material according to claim 2, wherein the semiconductor material exhibits p-type in a region where the dopant concentration is lower than the turning point and n-type in a region where the dopant concentration is higher than the turning point.
  5.  転換点におけるドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを0.01mM~10000mMのいずれかの濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当する、請求項2~4のいずれか1項に記載の半導体材料。 The dopant concentration at the turning point corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution of any concentration of 0.01 mM to 10,000 mM for 5 minutes. 5. The semiconductor material according to any one of 4 above.
  6.  導電性ポリマーにドーパントをドープしてn型半導体材料とp型半導体材料を製造する半導体材料の製造方法であって、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料で、同じ導電性ポリマーおよび同じドーパントを用い、前記導電性ポリマーに対する前記ドーパントの濃度を変えることにより、半導体材料の型をn型またはp型に調整することを特徴とする半導体材料の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor material, wherein a conductive polymer is doped with a dopant to manufacture an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material, wherein the same conductive polymer and the same dopant are used in the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material. And changing the concentration of the dopant with respect to the conductive polymer to adjust the type of the semiconductor material to n-type or p-type.
  7.  ドーパントの濃度をゼロから上昇させて行ったときに、半導体材料の型がn型からp型へ転換する転換点が観測され、前記n型半導体材料はドーパントの濃度を転換点におけるドーパントの濃度未満にして製造し、前記p型半導体材料はドーパントの濃度を転換点におけるドーパントの濃度超にして製造する、請求項6に記載の半導体材料の製造方法。 When the dopant concentration is increased from zero, a turning point is observed at which the semiconductor material type changes from n-type to p-type, and the n-type semiconductor material has a dopant concentration lower than the dopant concentration at the turning point. The method for producing a semiconductor material according to claim 6, wherein the p-type semiconductor material is produced with a dopant concentration exceeding a dopant concentration at a turning point.
  8.  転換点におけるドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを0.01mM~10000mMのいずれかの濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、前記p型半導体材料のドーパントの濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の濃度より0.01mM~100mM高い濃度を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当する、請求項7に記載の半導体材料の製造方法。 When the dopant concentration at the turning point corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution of any concentration of 0.01 mM to 10,000 mM for 5 minutes, the p-type The dopant concentration of the semiconductor material corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer not containing the dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 100 mM higher than the concentration of the dopant solution for 5 minutes. The manufacturing method of the semiconductor material of Claim 7.
  9.  ドーパントの濃度をゼロから上昇させて行ったときに、半導体材料の型がp型からn型へ転換する転換点が観測され、前記p型半導体材料はドーパントの濃度を転換点におけるドーパントの濃度未満にして製造し、前記n型半導体材料はドーパントの濃度を転換点におけるドーパントの濃度超にして製造する、請求項6に記載の半導体材料の製造方法。 When the dopant concentration is increased from zero, a turning point is observed at which the semiconductor material type changes from p-type to n-type, and the p-type semiconductor material has a dopant concentration lower than the dopant concentration at the turning point. The method for producing a semiconductor material according to claim 6, wherein the n-type semiconductor material is produced with a dopant concentration exceeding a dopant concentration at a turning point.
  10.  転換点におけるドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを0.01mM~10000mMのいずれかの濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、前記n型半導体材料のドーパントの濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の濃度より0.01mM~100mM高い濃度を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当する、請求項9に記載の半導体材料の製造方法。 When the dopant concentration at the turning point corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution of any concentration of 0.01 mM to 10,000 mM for 5 minutes, the n-type The dopant concentration of the semiconductor material corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when the conductive polymer not containing the dopant is immersed in a dopant solution having a concentration of 0.01 mM to 100 mM higher than the concentration of the dopant solution for 5 minutes. The manufacturing method of the semiconductor material of Claim 9.
  11.  前記n型半導体材料のドーパント濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを特定の濃度のドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当するとき、前記p型半導体材料のドーパントの濃度が、ドーパントを含まない導電性ポリマーを前記ドーパント溶液の前記特定の濃度より0.01mM~100mM高い濃度か0.01mM~100mM低い濃度を有するドーパント溶液に5分間浸漬したときの導電性ポリマー表面におけるドーパント濃度に相当する、請求項6~10のいずれか1項に記載の半導体材料の製造方法。 When the dopant concentration of the n-type semiconductor material corresponds to the dopant concentration on the surface of the conductive polymer when a conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution of a specific concentration for 5 minutes, the dopant of the p-type semiconductor material Conductive polymer when a conductive polymer containing no dopant is immersed in a dopant solution having a concentration 0.01 mM to 100 mM higher or 0.01 mM to 100 mM lower than the specific concentration of the dopant solution for 5 minutes. The method for producing a semiconductor material according to any one of claims 6 to 10, which corresponds to a dopant concentration on a surface.
  12.  n型半導体材料とp型半導体材料が一体化している請求項6~11のいずれか1項に記載の半導体材料の製造方法。 12. The method for producing a semiconductor material according to claim 6, wherein the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are integrated.
  13.  請求項6~12のいずれか1項に記載の製造方法で製造した半導体材料。 A semiconductor material produced by the production method according to any one of claims 6 to 12.
  14.  n型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせであって、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料は、いずれも同じ導電性ポリマーと同じドーパントを混合した混合物であり、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料ではドーパントの濃度が異なることを特徴とする、n型半導体材料とp型半導体材料の組み合わせ。 A combination of an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material, each of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material being a mixture of the same conductive polymer and the same dopant, A combination of an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material, wherein the p-type semiconductor material has a different dopant concentration.
  15.  前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が、請求項6~12のいずれか1項に記載の方法により製造されたn型半導体材料とp型半導体材料である請求項14に記載の組み合わせ。 The combination according to claim 14, wherein the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material manufactured by the method according to any one of claims 6 to 12.
  16.  n型半導体領域とp型半導体領域を有する複合型半導体材料の製造方法であって、導電性ポリマーを含むポリマー材料にドーパントを接触させて、ポリマー材料中のドーパント濃度を不均一にすることにより、前記n型半導体領域と前記p型半導体領域を形成することを特徴とする、複合型半導体材料の製造方法。 A method for producing a composite semiconductor material having an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, wherein a dopant is brought into contact with a polymer material containing a conductive polymer, thereby making the dopant concentration in the polymer material non-uniform. A method of manufacturing a composite semiconductor material, wherein the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region are formed.
  17.  前記ポリマー材料の表面の一部をドーパントと接触させる請求項16に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to claim 16, wherein a part of the surface of the polymer material is brought into contact with a dopant.
  18.  前記ポリマー材料の表面の一部に接触させるドーパントの濃度と、前記ポリマー材料の表面の他の部分に接触させるドーパントの濃度を異なる濃度とする請求項16に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to claim 16, wherein the concentration of the dopant brought into contact with a part of the surface of the polymer material is different from the concentration of the dopant brought into contact with another part of the surface of the polymer material.
  19.  前記ポリマー材料の表面の一部におけるドーパントとの接触時間と、前記ポリマー材料の表面の他の部分におけるドーパントとの接触時間を異なる長さとする請求項16~18のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The composite according to any one of claims 16 to 18, wherein the contact time with the dopant in a part of the surface of the polymer material is different from the contact time with the dopant in another part of the surface of the polymer material. Type semiconductor material manufacturing method.
  20.  前記ポリマー材料の全表面をドーパントと接触させて、中心部のドーパント濃度を表面のドーパント濃度よりも低くする請求項16に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to claim 16, wherein the entire surface of the polymer material is brought into contact with a dopant so that the dopant concentration at the center is lower than the dopant concentration at the surface.
  21.  ドーパントと接触後に、ポリマー材料の中心部を通る1つの軸を切断面が横切らないように前記ポリマー材料を切断して、n型半導体領域/p型半導体領域/n型半導体領域が順に現れる複合型半導体材料か、p型半導体領域/n型半導体領域/p型半導体領域が順に現れる複合型半導体材料を得る請求項20に記載の複合型半導体材料の製造方法。 After contacting with the dopant, the polymer material is cut so that the cutting plane does not cross one axis passing through the central part of the polymer material, and the n-type semiconductor region / p-type semiconductor region / n-type semiconductor region appears in order 21. The method for producing a composite semiconductor material according to claim 20, wherein the semiconductor material or a composite semiconductor material in which a p-type semiconductor region / n-type semiconductor region / p-type semiconductor region appears in order is obtained.
  22.  ドーパントとの接触を、ドーパントを溶解した溶液と前記ポリマー材料を接触させることにより行う請求項16~21のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to any one of claims 16 to 21, wherein the contact with the dopant is performed by bringing a solution in which the dopant is dissolved into contact with the polymer material.
  23.  ドーパントとの接触を、ドーパントを溶解した溶液中に前記ポリマー材料を浸漬することにより行う請求項16~22のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to any one of claims 16 to 22, wherein the contact with the dopant is performed by immersing the polymer material in a solution in which the dopant is dissolved.
  24.  ドーパントとの接触を、ドーパントを溶解した溶液を前記ポリマー材料に噴霧することにより行う請求項16~23のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to any one of claims 16 to 23, wherein the contact with the dopant is performed by spraying the polymer material with a solution in which the dopant is dissolved.
  25.  n型半導体領域とp型半導体領域を有する複合型半導体材料の製造方法であって、ドーパントと導電性ポリマーを含むポリマー材料にドーパントを溶解する溶剤を接触させて、前記ポリマー材料中のドーパント濃度を不均一にすることにより、前記n型半導体領域と前記p型半導体領域を形成することを特徴とする、複合型半導体材料の製造方法。 A method of manufacturing a composite semiconductor material having an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, wherein a solvent for dissolving a dopant is brought into contact with a polymer material containing a dopant and a conductive polymer, and the dopant concentration in the polymer material is determined. A method for producing a composite type semiconductor material, wherein the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region are formed by making it non-uniform.
  26.  前記ポリマー材料の表面の一部を溶剤と接触させる請求項25に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to claim 25, wherein a part of the surface of the polymer material is brought into contact with a solvent.
  27.  前記ポリマー材料の表面の一部における溶剤との接触時間と、前記ポリマー材料の表面の他の部分における溶剤との接触時間を異なる長さとする請求項25または26に記載の複合型半導体材料の製造方法。 27. Production of a composite semiconductor material according to claim 25 or 26, wherein the contact time with the solvent in a part of the surface of the polymer material and the contact time with the solvent in another part of the surface of the polymer material are different in length. Method.
  28.  前記ポリマー材料の全表面を溶剤と接触させて、中心部のドーパント濃度を表面のドーパント濃度よりも高くする請求項25に記載の複合型半導体材料の製造方法。 26. The method for producing a composite semiconductor material according to claim 25, wherein the entire surface of the polymer material is brought into contact with a solvent so that the dopant concentration at the center is higher than the dopant concentration at the surface.
  29.  溶剤と接触後に、ポリマー材料の中心部を通る1つの軸を切断面が横切らないように前記ポリマー材料を切断して、n型半導体領域/p型半導体領域/n型半導体領域が順に現れる複合型半導体材料か、p型半導体領域/n型半導体領域/p型半導体領域が順に現れる複合型半導体材料を得る請求項28に記載の複合型半導体材料の製造方法。 After contacting with the solvent, the polymer material is cut so that the cutting plane does not cross one axis passing through the central part of the polymer material, and the n-type semiconductor region / p-type semiconductor region / n-type semiconductor region appears in order 29. The method for producing a composite semiconductor material according to claim 28, wherein the semiconductor material is a composite semiconductor material in which a p-type semiconductor region / n-type semiconductor region / p-type semiconductor region appears in order.
  30.  溶剤との接触を、溶剤中に前記ポリマー材料を浸漬することにより行う請求項25~29のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to any one of claims 25 to 29, wherein the contact with the solvent is performed by immersing the polymer material in the solvent.
  31.  溶剤との接触を、溶剤を前記ポリマー材料に噴霧することにより行う請求項25~30のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to any one of claims 25 to 30, wherein the contact with the solvent is carried out by spraying the solvent onto the polymer material.
  32.  ドーパント濃度が低い領域をn型半導体領域とし、ドーパント濃度が高い領域をp型半導体領域とする請求項16~31のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to any one of claims 16 to 31, wherein the region having a low dopant concentration is an n-type semiconductor region, and the region having a high dopant concentration is a p-type semiconductor region.
  33.  ドーパント濃度が低い領域をp型半導体領域とし、ドーパント濃度が高い領域をn型半導体領域とする請求項16~31のいずれか1項に記載の複合型半導体材料の製造方法。 The method for producing a composite semiconductor material according to any one of claims 16 to 31, wherein a region having a low dopant concentration is a p-type semiconductor region, and a region having a high dopant concentration is an n-type semiconductor region.
  34.  請求項16~31のいずれか1項に記載の製造方法で製造した複合型半導体材料。 A composite semiconductor material produced by the production method according to any one of claims 16 to 31.
  35.  n型半導体領域とp型半導体領域を有する複合型半導体材料であって、前記n型半導体領域と前記p型半導体領域は、いずれも同じ導電性ポリマーと同じドーパントを混合した混合物であり、n型半導体領域とp型半導体領域ではドーパントの濃度が異なる、複合型半導体材料。 A composite semiconductor material having an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, wherein each of the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region is a mixture obtained by mixing the same conductive polymer and the same dopant. A composite semiconductor material in which the dopant concentration differs between the semiconductor region and the p-type semiconductor region.
  36.  ドーパント濃度が低い領域がn型半導体領域であり、ドーパント濃度が高い領域がp型半導体領域である請求項35に記載の複合型半導体材料。 36. The composite semiconductor material according to claim 35, wherein the region having a low dopant concentration is an n-type semiconductor region, and the region having a high dopant concentration is a p-type semiconductor region.
  37.  ドーパント濃度が低い領域がp型半導体領域であり、ドーパント濃度が高い領域がn型半導体領域である請求項35に記載の複合型半導体材料。 36. The composite semiconductor material according to claim 35, wherein the region having a low dopant concentration is a p-type semiconductor region, and the region having a high dopant concentration is an n-type semiconductor region.
  38.  n型半導体領域とp型半導体領域の境界領域において、ドーパント濃度が連続的に変化している請求項35~37のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。 The composite semiconductor material according to any one of claims 35 to 37, wherein a dopant concentration continuously changes in a boundary region between the n-type semiconductor region and the p-type semiconductor region.
  39.  複合型半導体材料が、一端と、その一端と接していない他端とを含む形状を有する請求項35~38のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。 The composite semiconductor material according to any one of claims 35 to 38, wherein the composite semiconductor material has a shape including one end and the other end not in contact with the one end.
  40.  前記一端から前記他端に向けてドーパント濃度が連続的に変化している請求項39に記載の複合型半導体材料。 40. The composite semiconductor material according to claim 39, wherein the dopant concentration continuously changes from the one end to the other end.
  41.  前記一端から前記他端に向けてドーパント濃度が減少している請求項39または40に記載の複合型半導体材料。 41. The composite semiconductor material according to claim 39 or 40, wherein a dopant concentration decreases from the one end to the other end.
  42.  前記一端がn型半導体領域に含まれ、前記他端がp型半導体領域に含まれる請求項39~41のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。 The composite semiconductor material according to any one of claims 39 to 41, wherein the one end is included in an n-type semiconductor region and the other end is included in a p-type semiconductor region.
  43.  前記一端から前記他端に向けてドーパント濃度が低下した後に上昇している請求項39または41に記載の複合型半導体材料。 42. The composite semiconductor material according to claim 39 or 41, wherein a dopant concentration increases after decreasing from one end toward the other end.
  44.  前記一端から前記他端に向けてドーパント濃度が上昇した後に低下している請求項39または40に記載の複合型半導体材料。 41. The composite semiconductor material according to claim 39 or 40, wherein the concentration decreases after the dopant concentration increases from the one end toward the other end.
  45.  前記一端が第1のn型半導体領域に含まれ、前記他端が第2のn型半導体領域に含まれ、前記第1のn型半導体領域と前記第2のn型半導体領域の間にp型半導体領域が存在する請求項39、40、43および44のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。 The one end is included in a first n-type semiconductor region, the other end is included in a second n-type semiconductor region, and p is interposed between the first n-type semiconductor region and the second n-type semiconductor region. 45. The composite semiconductor material according to any one of claims 39, 40, 43, and 44, wherein a type semiconductor region is present.
  46.  前記一端が第1のp型半導体領域に含まれ、前記他端が第2のp型半導体領域に含まれ、前記第1のp型半導体領域と前記第2のp型半導体領域の間にn型半導体領域が存在する請求項39、40、43および44のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。 The one end is included in a first p-type semiconductor region, the other end is included in a second p-type semiconductor region, and n between the first p-type semiconductor region and the second p-type semiconductor region. 45. The composite semiconductor material according to any one of claims 39, 40, 43, and 44, wherein a type semiconductor region is present.
  47.  複合型半導体材料がフィルム状であって、前記複合型半導体材料の一端がフィルムの一方の表面であり、前記複合型半導体材料の他端がフィルムのもう一方の表面である、請求項39~46のいずれか1項に記載の複合型半導体材料。 The composite semiconductor material is in the form of a film, and one end of the composite semiconductor material is one surface of the film, and the other end of the composite semiconductor material is the other surface of the film. The composite semiconductor material according to any one of the above.
  48.  n型半導体材料とp型半導体材料を含む素子であって、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料は、いずれも同じ導電性ポリマーと同じドーパントを混合した混合物であり、前記n型半導体材料と前記p型半導体材料ではドーパントの濃度が異なることを特徴とする素子。 An element including an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material, wherein each of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material is a mixture in which the same conductive polymer and the same dopant are mixed, and the n-type semiconductor material And the p-type semiconductor material have different dopant concentrations.
  49.  前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が、請求項10~16のいずれか1項に記載の製造方法により製造されたn型半導体材料とp型半導体材料である請求項48に記載の素子。 The element according to claim 48, wherein the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 10 to 16. .
  50.  前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が一体化している請求項48または49に記載の素子。 The element according to claim 48 or 49, wherein the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are integrated.
  51.  前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が、請求項16~33のいずれか1項に記載の製造方法により製造された複合型半導体材料である請求項48~50のいずれか1項に記載の素子。 The n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are composite semiconductor materials manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 16 to 33. Elements.
  52.  前記n型半導体材料と前記p型半導体材料が、請求項35~47のいずれか1項に記載の複合型半導体材料である請求項48~50のいずれか1項に記載の素子。 The device according to any one of claims 48 to 50, wherein the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material are the composite semiconductor material according to any one of claims 35 to 47.
  53.  前記n型半導体材料と前記p型半導体材料の少なくとも一方がフィルム状である請求項48~52のいずれか1項に記載の素子。 The device according to any one of claims 48 to 52, wherein at least one of the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material is in a film form.
  54.  熱電変換素子である請求項48~53のいずれか1項に記載の素子。 The element according to any one of claims 48 to 53, which is a thermoelectric conversion element.
  55.  導電性ポリマーとドーパントを含む半導体材料のドーパント濃度を増加または減少させることにより、n型またはp型の半導体材料の少なくとも一部をp型またはn型へ転換することを含む、半導体材料の製造方法。 A method for producing a semiconductor material, comprising converting at least a part of an n-type or p-type semiconductor material to p-type or n-type by increasing or decreasing a dopant concentration of the semiconductor material containing a conductive polymer and a dopant. .
  56.  前記半導体材料の少なくとも一部のドーパント濃度を増加させる請求項55に記載の半導体材料の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor material according to claim 55, wherein the dopant concentration of at least a part of the semiconductor material is increased.
  57.  ドーパントを溶解させた溶液と前記半導体材料を接触させる請求項56に記載の半導体材料の製造方法。 57. The method for producing a semiconductor material according to claim 56, wherein the semiconductor material is brought into contact with a solution in which a dopant is dissolved.
  58.  前記接触が、ドーパントを溶解させた溶液中に前記半導体材料を浸漬するものである請求項57に記載の半導体材料の製造方法。 58. The method for producing a semiconductor material according to claim 57, wherein the contact is performed by immersing the semiconductor material in a solution in which a dopant is dissolved.
  59.  前記接触が、ドーパントを溶解させた溶液を前記半導体材料の表面に噴霧するものである請求項57に記載の半導体材料の製造方法。 58. The method of manufacturing a semiconductor material according to claim 57, wherein the contact is to spray a solution in which a dopant is dissolved onto a surface of the semiconductor material.
  60.  前記半導体材料の少なくとも一部のドーパント濃度を減少させる請求項55に記載の半導体材料の製造方法。 The method for producing a semiconductor material according to claim 55, wherein the dopant concentration of at least a part of the semiconductor material is reduced.
  61.  ドーパントを溶解する溶剤と前記半導体材料を接触させる請求項60に記載の半導体材料の製造方法。 The method for producing a semiconductor material according to claim 60, wherein the semiconductor material is brought into contact with a solvent for dissolving the dopant.
  62.  前記接触が、ドーパントを溶解する溶剤中に前記半導体材料を浸漬するものである請求項61に記載の半導体材料の製造方法。 62. The method for producing a semiconductor material according to claim 61, wherein the contact is to immerse the semiconductor material in a solvent that dissolves the dopant.
  63.  前記半導体材料がn型半導体材料であり、その少なくとも一部をp型へ転換する請求項55~62のいずれか1項に記載の半導体材料の製造方法。 The method for producing a semiconductor material according to any one of claims 55 to 62, wherein the semiconductor material is an n-type semiconductor material, and at least a part of the semiconductor material is converted to a p-type.
  64.  前記半導体材料がn型半導体材料であり、その全体をp型へ転換する請求項63に記載の半導体材料の製造方法。 64. The method of manufacturing a semiconductor material according to claim 63, wherein the semiconductor material is an n-type semiconductor material, and the whole is converted to a p-type.
  65.  前記半導体材料がp型半導体材料であり、その少なくとも一部をn型へ転換する請求項55~62のいずれか1項に記載の半導体材料の製造方法。 The method for producing a semiconductor material according to any one of claims 55 to 62, wherein the semiconductor material is a p-type semiconductor material, and at least a part of the semiconductor material is converted to an n-type.
  66.  前記半導体材料がp型半導体材料であり、その全体をn型へ転換する請求項55に記載の半導体材料の製造方法。 56. The method of manufacturing a semiconductor material according to claim 55, wherein the semiconductor material is a p-type semiconductor material, and the whole is converted to an n-type.
  67.  請求項55~66のいずれか1項に記載の製造方法により製造された半導体材料。 A semiconductor material manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 55 to 66.
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