JP2013016671A - Transparent conductive film, method for producing the same, and organic thin-film solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は透明導電フィルムおよびその製造方法並びに有機薄膜太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a transparent conductive film, a method for producing the same, and an organic thin film solar cell.
近年、太陽電池の需要が高まり、軽量化(フレキシブル化)やコスト低減が期待できる有機エレクトロニクスデバイスが注目されている。特に、全固体型の有機薄膜太陽電池の期待が高まっている。 In recent years, the demand for solar cells has increased, and organic electronics devices that can be expected to be lightweight (flexible) and cost-cutting have attracted attention. In particular, expectations for all-solid-state organic thin-film solar cells are increasing.
有機薄膜太陽電池(有機光電変換素子からなる太陽電池)の構成としては、2つの異種電極(正極と負極)間に、電子供与材料(ドナー)と電子受容材料(アクセプター)を混合してなるバルクヘテロ接合型の光電変換層を配置してなるものが一般的であり、アモルファスシリコン等を用いてなる従来の薄膜太陽電池に比べて製造が容易で、低コストで任意の面積の太陽電池を製造しうるという利点があり、実用化が望まれている。 The structure of an organic thin film solar cell (solar cell comprising an organic photoelectric conversion element) is a bulk heterostructure formed by mixing an electron donating material (donor) and an electron accepting material (acceptor) between two different electrodes (positive electrode and negative electrode). It is common to have a junction-type photoelectric conversion layer arranged, and it is easier to manufacture than conventional thin-film solar cells using amorphous silicon or the like, and solar cells of any area can be manufactured at low cost. There is an advantage that it can be obtained, and practical application is desired.
有機薄膜太陽電池のような有機エレクトロニクスデバイスにおいては、受光側の電極は高い透明性を有することが発電効率の点から好ましい。透明電極としては、通常、透明導電性酸化物(TCO)が用いられており、なかでも、可視光透過性の高さと電気伝導率の高さが両立し、製造加工も容易な酸化インジウム錫(ITO)が主に使用されている。しかしながら、ITO材料は価格が近年高騰している上に、スパッタ等の物理的気相製膜法(PVD法)で形成しないと高品質なITO電極が得られないので製造コストが嵩む問題がある。そのために、代替となる電極材料が求められているのが現状である。 In an organic electronic device such as an organic thin film solar cell, it is preferable from the viewpoint of power generation efficiency that the electrode on the light receiving side has high transparency. As the transparent electrode, a transparent conductive oxide (TCO) is usually used. In particular, indium tin oxide (equivalent to high visible light transmission and high electrical conductivity, and easy to process) ITO) is mainly used. However, the price of ITO materials has been rising in recent years, and high-quality ITO electrodes cannot be obtained unless they are formed by a physical vapor deposition method (PVD method) such as sputtering. . For this reason, there is a demand for an alternative electrode material.
また、半透明など、光透過性を有する薄膜太陽電池とする場合は正極、負極共に光透過性が必要とされる。プラスチックフィルムを支持体としたフレキシブル薄膜太陽電池や導電性ポリマーを含む有機半導体を光電変換層とした有機薄膜太陽電池、更には両者を組合せた太陽電池は、有機材料が劣化しないように電極を低温形成する必要があるが、ITOなどのTCOを低温製膜するとその結晶性が悪くなり電極の抵抗が増大してしまう。 Moreover, when it is set as the thin film solar cell which has translucency, such as semi-transparency, both a positive electrode and a negative electrode require a light transmittance. Flexible thin-film solar cells using plastic film as a support, organic thin-film solar cells using an organic semiconductor containing a conductive polymer as a photoelectric conversion layer, and solar cells using a combination of both, have electrodes at low temperatures so that organic materials do not deteriorate. Although it is necessary to form it, when TCO such as ITO is formed at a low temperature, its crystallinity is deteriorated and the resistance of the electrode is increased.
特許文献1や特許文献2では、支持体上に正極用補助配線としてメッシュパターンの金属電極(メッシュ電極)を形成した後にTCOや導電性ポリマーからなる正極(正孔輸送層)を形成して、正極側の抵抗を低減した有機薄膜太陽電池が開示されている。しかしながら、正極用補助配線が形成された部分は遮光されてしまうので太陽電池の実効面積が減少し(開口率が低下し)変換効率が劣化してしまう。そのために、正極用補助配線は、その線幅を狭める必要があり、一方で導電性を低下させないよう、その膜厚を大きくする必要がある。ところが、正極用補助配線の端部に、その膜厚分の段差が生じるので、正極と負極が接触して短絡する短絡故障の発生率が増大してしまう。特許文献1では、正孔輸送層の膜厚をメッシュ電極の膜厚以上にする必要性を示唆しているが、正孔輸送層の膜厚増加は、コストアップに直結する上、正孔輸送層で吸収される入射光量が増大(透過率が低下)するので、太陽電池の更なる効率低下につながってしまう。
一方、特許文献2では、導電性を確保するために充分な膜厚のメッシュ電極が基板に埋込まれるようにして形成されると、(メッシュ電極による段差が低減されて)負極(対向電極)との短絡を効果的に抑制できる方法が記載されている。
In Patent Document 1 and Patent Document 2, after forming a mesh pattern metal electrode (mesh electrode) as a positive electrode auxiliary wiring on a support, a positive electrode (hole transport layer) made of TCO or a conductive polymer is formed, An organic thin film solar cell with reduced resistance on the positive electrode side is disclosed. However, since the portion where the positive electrode auxiliary wiring is formed is shielded from light, the effective area of the solar cell is reduced (the aperture ratio is reduced) and the conversion efficiency is deteriorated. Therefore, it is necessary to narrow the line width of the auxiliary wiring for positive electrode, while it is necessary to increase the film thickness so as not to lower the conductivity. However, since a step corresponding to the film thickness occurs at the end of the auxiliary wiring for positive electrode, the occurrence rate of short-circuit failure in which the positive electrode and the negative electrode contact and short-circuit increases. Patent Document 1 suggests that the thickness of the hole transport layer needs to be greater than or equal to the thickness of the mesh electrode. However, the increase in the thickness of the hole transport layer directly leads to an increase in cost, and the hole transport. The amount of incident light absorbed by the layer increases (transmittance decreases), leading to a further decrease in efficiency of the solar cell.
On the other hand, in Patent Document 2, when a mesh electrode having a sufficient thickness to ensure conductivity is formed so as to be embedded in a substrate (a step due to the mesh electrode is reduced), a negative electrode (counter electrode) The method which can suppress a short circuit with is effectively described.
しかしながら、特許文献2に記載されている製造方法は、製造工程数や工程時間が増大してコストアップにつながる上、特に支持体がプラスチックフィルムの場合は、支持体のエッチング工程や表面研磨工程により、支持体が劣化して表面凹凸増加につながり、かえって短絡故障が増大する。 However, the production method described in Patent Document 2 increases the number of production steps and the process time, leading to an increase in cost. In particular, when the support is a plastic film, the support is etched or surface-polished. The support deteriorates and leads to an increase in surface irregularities, which in turn increases short circuit failures.
また、特許文献3には、(導電性金属パターンと記載されている)メッシュパターン金属配線の開口部(透光部)のみに液体吐出(インクジェット)装置で透明樹脂を埋込んでから導電性ポリマーを成膜して表面段差を低減した補助電極が開示されている。しかしながら、この方法は、位置合せを含めて、工程時間が非常に増大してしまう。 Patent Document 3 discloses a conductive polymer after a transparent resin is embedded in a liquid discharge (inkjet) device only in an opening (translucent portion) of a mesh pattern metal wiring (described as a conductive metal pattern). An auxiliary electrode is disclosed in which a surface step is reduced by forming a film. However, this method greatly increases the process time including alignment.
更に、特許文献3では、メッシュパターン金属配線を形成した支持体(透明フィルム基材)上全面に紫外線硬化樹脂を成膜して、支持体(裏面)側から紫外線露光して洗浄することにより、金属配線開口部のみに透明樹脂を形成して表面段差を解消する方法も開示されている。 Furthermore, in Patent Document 3, an ultraviolet curable resin is formed on the entire surface of the support (transparent film substrate) on which the mesh pattern metal wiring is formed, and is exposed to ultraviolet light from the support (back surface) side and washed. A method of forming a transparent resin only at the metal wiring opening to eliminate the surface step is also disclosed.
特許文献3に記載の紫外線硬化樹脂を成膜して、支持体(裏面)側から紫外線露光して洗浄することにより、金属配線開口部のみに透明樹脂を形成して表面段差を解消する方法は、比較的容易な方法でコストの抑制も可能と考えられる。 The method of eliminating the surface step by forming a transparent resin only in the metal wiring opening by forming a film of the ultraviolet curable resin described in Patent Document 3 and exposing it to ultraviolet light from the support (back surface) side and washing it. The cost can be suppressed by a relatively easy method.
しかしながら、金属配線断面は理想的な矩形ではなく、現実は台形(端部断面が直角ではなくて鋭角)であるため、この方法によると、金属配線端部の斜面に成膜された紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されず洗浄工程で除去されてしまう。つまり、金属配線端部に透明樹脂が形成されない溝ができてしまうおそれがある。このような補助電極を用いた場合、その溝による表面段差で、下部電極と上部電極の接触ひいては短絡が発生する恐れがあると考えられる。 However, the cross section of the metal wiring is not an ideal rectangle and is actually a trapezoid (the cross section of the end is not a right angle but an acute angle), so according to this method, the UV curable resin formed on the slope of the end of the metal wiring Are not irradiated with ultraviolet light and are removed in the cleaning process. That is, there is a possibility that a groove in which the transparent resin is not formed is formed at the end portion of the metal wiring. When such an auxiliary electrode is used, it is considered that there is a possibility that a contact between the lower electrode and the upper electrode and a short circuit may occur due to a surface step due to the groove.
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、容易なプロセスにて製造可能であり、導電性、光透過性、および平滑性のいずれもが良好である透明導電フィルムを提供することを目的とするものである。また、本発明は短絡故障の発生が抑制された有機薄膜太陽電池をも提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a transparent conductive film that can be produced by an easy process and has good conductivity, light transmission, and smoothness. To do. Another object of the present invention is to provide an organic thin-film solar cell in which occurrence of short-circuit failure is suppressed.
本発明の透明導電フィルムは、
複数の開口部を有する補助金属配線と、前記開口部に充填された透明樹脂とを備えた補助電極層と、
該補助電極層上に形成された導電性樹脂層とを備え、
前記透明樹脂が、前記補助金属配線の少なくとも表面と親和性の低いモノマー組成物が重合されてなるものであることを特徴とするものである。
The transparent conductive film of the present invention is
An auxiliary electrode layer comprising an auxiliary metal wiring having a plurality of openings, and a transparent resin filled in the openings,
A conductive resin layer formed on the auxiliary electrode layer,
The transparent resin is obtained by polymerizing a monomer composition having a low affinity with at least the surface of the auxiliary metal wiring.
ここで、「親和性が低い」とは、表面にモノマー組成物を接触させた際に表面が濡れずにモノマー組成物が表面からはじかれることを意味し、補助金属配線の表面のモノマー組成物に対する接触角が70°以上である場合が好ましい。 Here, “low affinity” means that when the monomer composition is brought into contact with the surface, the surface does not get wet and the monomer composition is repelled from the surface. The monomer composition on the surface of the auxiliary metal wiring The contact angle with respect to is preferably 70 ° or more.
本発明の透明導電フィルムにおいて、前記補助金属配線の表面の水接触角と前記透明樹脂の水接触角との差が60°以上であることが好ましい。 The transparent conductive film of this invention WHEREIN: It is preferable that the difference of the water contact angle of the surface of the said auxiliary metal wiring and the water contact angle of the said transparent resin is 60 degrees or more.
本発明において、「接触角」とは、補助金属配線表面又は透明樹脂の構成材料を平坦な基板上に成膜し、成膜された膜に対するモノマー組成物又は水の接触角と定義する。 In the present invention, the “contact angle” is defined as the contact angle of the monomer composition or water with respect to the film formed on the surface of the auxiliary metal wiring or transparent resin on a flat substrate.
前記補助金属配線の表面に、前記表面の水接触角を変化させる表面処理剤を備えたものであってもよい。 The surface of the auxiliary metal wiring may be provided with a surface treatment agent that changes the water contact angle of the surface.
本発明透明導電フィルムにおいて、前記透明樹脂が、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなるものであることが好ましい。 In the transparent conductive film of the present invention, the transparent resin is preferably obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer.
本明細書において、「多官能(メタ)アクリルモノマー」とは、2つ以上の(メタ)アクリル基を有するモノマーを意味する。「(メタ)アクリル」とは、アクリルもしくはメタクリルを意味する。 In the present specification, the “polyfunctional (meth) acrylic monomer” means a monomer having two or more (meth) acrylic groups. “(Meth) acryl” means acrylic or methacrylic.
本発明の透明導電フィルムの製造方法は、
支持体上に、
複数の開口部を有する補助金属配線を形成する工程と、
該補助金属配線の少なくとも表面に対して親和性の低いモノマー組成物を、前記開口部及び前記補助金属配線の上面より塗布することにより前記開口部に前記モノマー組成物を充填する工程と、
前記モノマー組成物を重合する工程とを順次実施して補助電極層を形成し、
該補助電極層上に導電性樹脂層を形成することを特徴とするものである。
The method for producing the transparent conductive film of the present invention comprises:
On the support,
Forming an auxiliary metal wiring having a plurality of openings;
Filling the opening with the monomer composition by applying a monomer composition having a low affinity for at least the surface of the auxiliary metal wiring from the upper surface of the opening and the auxiliary metal wiring;
Sequentially performing the step of polymerizing the monomer composition to form an auxiliary electrode layer,
A conductive resin layer is formed on the auxiliary electrode layer.
本発明の有機薄膜太陽電池は、支持体と、上記本発明の透明導電フィルムと、
有機材料を含む光電変換層と、上部電極とをこの順に積層してなる光電変換素子を備えたことを特徴とするものである。
The organic thin film solar cell of the present invention comprises a support, the transparent conductive film of the present invention,
A photoelectric conversion element formed by laminating a photoelectric conversion layer containing an organic material and an upper electrode in this order is provided.
本発明の透明導電フィルムは、複数の開口部を有する補助金属配線と、開口部に充填された、補助金属配線の少なくとも表面と親和性の低いモノマー組成物を重合してなる透明樹脂とを備えた補助電極を備えている。かかるモノマー組成物は、支持体上に、補助金属配線を形成した後に、開口部と補助金属配線の上から塗布されるだけで、良好に補助金属配線を露出させて開口部に充填される。従って、本発明によれば、非常に容易なプロセスにて、補助金属配線の開口部に透明な平坦化層を形成することができ、すなわち、導電性、光透過性、および平滑性のいずれもが良好である透明導電フィルムを容易なプロセスにて提供することができる。 The transparent conductive film of the present invention includes an auxiliary metal wiring having a plurality of openings, and a transparent resin formed by polymerizing a monomer composition filled in the openings and having a low affinity with at least the surface of the auxiliary metal wiring. Auxiliary electrode is provided. Such a monomer composition forms an auxiliary metal wiring on a support, and then is applied from above the opening and the auxiliary metal wiring, so that the auxiliary metal wiring is well exposed and filled into the opening. Therefore, according to the present invention, a transparent flattening layer can be formed in the opening of the auxiliary metal wiring by a very easy process, that is, any of conductivity, light transmission, and smoothness can be formed. It is possible to provide a transparent conductive film having good quality by an easy process.
また、透明樹脂として多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる透明樹脂を用いる態様は、かかる樹脂の良好な耐熱性及び耐溶剤性により、後工程のアニール処理等の加熱処理や、透明樹脂上に成膜される物質による平滑性への悪影響をも抑制することができる。 Moreover, the aspect using the transparent resin formed by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer as the transparent resin is a heat treatment such as an annealing treatment in a subsequent process due to the good heat resistance and solvent resistance of the resin. In addition, the adverse effect on the smoothness caused by the material formed on the transparent resin can also be suppressed.
上記のように、本発明の透明導電フィルムは、導電性、光透過性、および平滑性のいずれもが良好であることから、かかる透明導電フィルムを正極として備えた本発明の光電変換素子は、短絡故障の発生が抑制されたものとなる。 As described above, since the transparent conductive film of the present invention has good conductivity, light transmittance, and smoothness, the photoelectric conversion element of the present invention having such a transparent conductive film as a positive electrode is The occurrence of short-circuit faults is suppressed.
<透明導電フィルム>
図面を参照して、本発明の透明導電フィルムの構成について説明する。図1は、本発明の透明導電フィルムの一実施の形態を示す概略断面図、図2は図1に示す透明導電フィルムの概略上面図、図3は透明導電フィルム1の製造工程を示す概略図である。なお、視認しやすくするため、図中、各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある(以下の図面についても同様)。図2では補助金属配線の構成を視認しやすくするために、透明樹脂と導電性樹脂層は省略して示している。
<Transparent conductive film>
The configuration of the transparent conductive film of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the transparent conductive film of the present invention, FIG. 2 is a schematic top view of the transparent conductive film shown in FIG. 1, and FIG. It is. In addition, in order to make it easy to visually recognize, the scale of each component in the drawing is appropriately different from the actual one (the same applies to the following drawings). In FIG. 2, the transparent resin and the conductive resin layer are omitted in order to make the configuration of the auxiliary metal wiring easily visible.
図1及び図2に示されるように、透明導電フィルム1は、補助金属配線(金属メッシュ,導電メッシュ)21と透明樹脂31とを備えた補助電極11と、導電性樹脂層12とを備えてなり、透明樹脂31は補助金属配線21の開口部20(開口部20は補助金属配線21に囲まれた領域)に位置し、補助金属配線21を平坦化するように設けられる。すなわち、透明樹脂31は、補助金属配線21の開口部20を埋めて補助金属配線21の段差を減少させる平坦化層であり、好ましくは透明樹脂31と補助金属配線21の上部には段差がなく面一となっている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the transparent conductive film 1 includes an auxiliary electrode 11 including an auxiliary metal wiring (metal mesh, conductive mesh) 21 and a transparent resin 31, and a conductive resin layer 12. Thus, the transparent resin 31 is located in the opening 20 of the auxiliary metal wiring 21 (the opening 20 is a region surrounded by the auxiliary metal wiring 21), and is provided so as to flatten the auxiliary metal wiring 21. That is, the transparent resin 31 is a planarization layer that fills the opening 20 of the auxiliary metal wiring 21 and reduces the level difference of the auxiliary metal wiring 21. Preferably, there is no level difference between the transparent resin 31 and the auxiliary metal wiring 21. It is the same.
透明導電フィルム1は、表面抵抗値が、20Ω/sq以下であることが好ましく、10Ω/sq以下であることがより好ましく、1Ω/sq以下であることが更に好ましい(JIS7194に従って測定)。また、400nm〜800nmの光波長範囲の平均透過率は50%以上であり、60%以上であることが好ましく、70%以上がより好ましい。光透過率は、支持体と同様、積分球式光透過率測定装置を用いて全光透過率として測定することができる。また、正極の一部として酸化モリブデンを用いてもよい。 The transparent conductive film 1 has a surface resistance value of preferably 20 Ω / sq or less, more preferably 10 Ω / sq or less, and still more preferably 1 Ω / sq or less (measured according to JIS7194). Further, the average transmittance in the light wavelength range of 400 nm to 800 nm is 50% or more, preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. Similar to the support, the light transmittance can be measured as the total light transmittance using an integrating sphere light transmittance measuring device. Further, molybdenum oxide may be used as part of the positive electrode.
図3に示されるように、透明導電フィルム1は、支持体10上に複数の開口部20を有する補助金属配線21を形成し(図3(a))、開口部20及び補助金属配線21の上面よりモノマー組成物30を塗布して開口部20にモノマー組成物30を充填し(図3(b))、モノマー組成物30を重合して(図3(c))透明樹脂31(平坦化層)として補助金属配線21と透明樹脂31を備えた補助電極層11を形成し(図3(d))、更に補助電極層11上に導電性樹脂層12を形成して製造することができる。 As shown in FIG. 3, the transparent conductive film 1 forms an auxiliary metal wiring 21 having a plurality of openings 20 on the support 10 (FIG. 3A), and the openings 20 and the auxiliary metal wiring 21 are formed. The monomer composition 30 is applied from the upper surface, and the opening 20 is filled with the monomer composition 30 (FIG. 3 (b)), and the monomer composition 30 is polymerized (FIG. 3 (c)). The auxiliary electrode layer 11 provided with the auxiliary metal wiring 21 and the transparent resin 31 is formed as a layer) (FIG. 3D), and the conductive resin layer 12 is further formed on the auxiliary electrode layer 11 to be manufactured. .
透明導電フィルム1において、透明樹脂31は、補助金属配線21の少なくとも表面と親和性の低いモノマー組成物30が重合されてなるものである。かかる構成によれば、図3(b)に示すモノマー組成物30の塗布の際に、補助金属配線21上に塗られたモノマー組成物30は、補助金属配線21の表面と親和性が低いために、該表面を濡らさずはじかれやすいため、塗液のほとんどは開口部20に塗布される。従って、その後の重合工程後に得られる補助電極層11は、補助金属配線21上に形成された透明樹脂31の除去工程を要することなく、良好に補助金属配線21の表面が露出された平坦性の良好なものとなる。 In the transparent conductive film 1, the transparent resin 31 is obtained by polymerizing a monomer composition 30 having a low affinity with at least the surface of the auxiliary metal wiring 21. According to such a configuration, the monomer composition 30 applied on the auxiliary metal wiring 21 has a low affinity with the surface of the auxiliary metal wiring 21 when the monomer composition 30 shown in FIG. In addition, most of the coating liquid is applied to the opening 20 because it is easily repelled without wetting the surface. Therefore, the auxiliary electrode layer 11 obtained after the subsequent polymerization step does not require the step of removing the transparent resin 31 formed on the auxiliary metal wiring 21, and has a flatness where the surface of the auxiliary metal wiring 21 is well exposed. It will be good.
上記のように、モノマー組成物30と補助金属配線21の表面との親和性の低さにより、重合前に補助金属配線21の表面に残っているモノマー組成物30の量は少ないが、残っているモノマー組成物30も重合過程における体積収縮時に親和性の低い補助金属配線21の表面から除去されていく。また、補助金属配線上に残ったとしても配線全体が被覆されるわけではなく、結果として、上部の導電ポリマー層と電気的接触が可能となる。補助金属配線21の表面と親和性の低いモノマー組成物30の重合体である透明樹脂31も、補助金属配線21の表面との親和性が低くなる。モノマー組成物30は、体積収縮を考慮して少し過剰に塗布することが好ましい。
以下に、透明導電フィルム1の各構成について説明する。
As described above, due to the low affinity between the monomer composition 30 and the surface of the auxiliary metal wiring 21, the amount of the monomer composition 30 remaining on the surface of the auxiliary metal wiring 21 before polymerization is small, but remains. The monomer composition 30 is also removed from the surface of the auxiliary metal wiring 21 having a low affinity at the time of volume shrinkage in the polymerization process. Moreover, even if it remains on the auxiliary metal wiring, the entire wiring is not covered, and as a result, electrical contact with the upper conductive polymer layer becomes possible. The transparent resin 31 that is a polymer of the monomer composition 30 having a low affinity with the surface of the auxiliary metal wiring 21 also has a low affinity with the surface of the auxiliary metal wiring 21. The monomer composition 30 is preferably applied in a slightly excessive amount in consideration of volume shrinkage.
Below, each structure of the transparent conductive film 1 is demonstrated.
<支持体>
支持体10は、補助金属配線21や透明樹脂31を保持できる表面平滑な基板あるいはフィルムであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、通常、透明導電フィルム1を形成した支持体10をそのまま有機薄膜太陽電池等に用いることから、透明性(使用する光の透過性)を有するものであることが好ましい。例としては、プラスチックフィルムやガラスの薄層板などが挙げられる。なお、仮支持体10を用いて透明導電フィルム1を形成し、この仮支持体を剥離して任意の透明支持体上に太陽電池を配置する場合には、仮支持体10は特に透明性を必要とせず、プラスチックフィルム、金属箔、紙にプラスチックや金属をラミネートした積層体などを任意に選択して用いることができる。
<Support>
The support 10 is not particularly limited as long as it is a substrate or film having a smooth surface that can hold the auxiliary metal wiring 21 and the transparent resin 31, and can be appropriately selected according to the purpose. Usually, the support on which the transparent conductive film 1 is formed. Since 10 is used as it is for an organic thin film solar cell or the like, it is preferable to have transparency (transparency of light to be used). Examples include a plastic film and a thin glass plate. In addition, when forming the transparent conductive film 1 using the temporary support body 10, and peeling this temporary support body and arrange | positioning a solar cell on arbitrary transparent supports, the temporary support body 10 has transparency especially. It is not necessary, and a plastic film, a metal foil, a laminate in which plastic or metal is laminated on paper can be arbitrarily selected and used.
以下、透明支持体の代表的な例としてプラスチックフィルム基板について説明する。 Hereinafter, a plastic film substrate will be described as a representative example of the transparent support.
(プラスチックフィルム基板)
プラスチックフィルム基板は、材質、厚み等に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基板に用いうるプラスチックフィルムの素材としては、具体的には、例えば、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィルンコポリマー、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂が挙げられる。
(Plastic film substrate)
There is no restriction | limiting in particular in a material, thickness, etc., a plastic film board | substrate can be suitably selected according to the objective. Specific examples of the plastic film material that can be used for the substrate include polyester resin, methacrylic resin, methacrylic acid-maleic acid copolymer, polystyrene resin, transparent fluororesin, polyimide resin, fluorinated polyimide resin, and polyamide resin. , Polyamideimide resin, polyetherimide resin, cellulose acylate resin, polyurethane resin, polyetheretherketone resin, polycarbonate resin, cycloaliphatic polyolefin resin, polyarylate resin, polyethersulfone resin, polysulfone resin, cycloolefin copolymer, Examples thereof include thermoplastic resins such as a fluorene ring-modified polycarbonate resin, an alicyclic ring-modified polycarbonate resin, a fluorene ring-modified polyester resin, and an acryloyl compound.
プラスチックフィルム基板としてはTgの高い耐熱性樹脂も好ましく用いられる。耐熱性樹脂の例としては、例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN:120℃)、ポリカーボネート(PC:140℃)、脂環式ポリオレフィン(例えば日本ゼオン(株)製 ゼオノア1600:160℃)、ポリアリレート(PAr:210℃)、ポリエーテルスルホン(PES:220℃)、ポリスルホン(PSF:190℃)、シクロオレフィンコポリマー(COC:特開2001−150584号公報の化合物:162℃)、フルオレン環変性ポリカーボネート(BCF−PC:特開2000−227603号公報の化合物:225℃)、脂環変性ポリカーボネート(IP−PC:特開2000−227603号公報の化合物:205℃)、アクリロイル化合物(特開2002−80616号公報の化合物:300℃以上)、ポリイミド等が挙げられ(括弧内はTgを示す)、これらは本発明における基材として好適である。 A heat resistant resin having a high Tg is also preferably used as the plastic film substrate. Examples of the heat resistant resin include, for example, polyethylene naphthalate (PEN: 120 ° C.), polycarbonate (PC: 140 ° C.), alicyclic polyolefin (for example, Zeonore 1600: 160 ° C. manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) PAr: 210 ° C), polyethersulfone (PES: 220 ° C), polysulfone (PSF: 190 ° C), cycloolefin copolymer (COC: compound of JP 2001-150584 A, 162 ° C), fluorene ring-modified polycarbonate (BCF) -PC: Compound disclosed in JP 2000-227603 A: 225 ° C., alicyclic modified polycarbonate (IP-PC: Compound disclosed in JP 2000-227603 A: 205 ° C.), acryloyl compound (JP 2002-80616 A) Compound: 300 ° C. or higher) Imide and the like (in parentheses indicate the Tg), they are suitable as substrates in the present invention.
本発明においてプラスチックフィルムは、光に対して透明であることが求められる。より具体的には、400nm〜800nmの波長範囲の光に対する光透過率は、通常80%以上であることが好ましく、より好ましくは85%以上、さらに90%以上であることが好ましい。光透過率は、積分球式光透過率測定装置を用いて全光透過率として測定することができる。プラスチックフィルムの厚みに関して特に制限はないが、典型的には1μm〜800μmであり、好ましくは10μm〜300μmである。 In the present invention, the plastic film is required to be transparent to light. More specifically, the light transmittance for light in the wavelength range of 400 nm to 800 nm is usually preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and further preferably 90% or more. The light transmittance can be measured as the total light transmittance using an integrating sphere light transmittance measuring device. Although there is no restriction | limiting in particular regarding the thickness of a plastic film, Typically, they are 1 micrometer-800 micrometers, Preferably they are 10 micrometers-300 micrometers.
(易接着層/下塗り層)
プラスチックフィルム基板は、易接着層もしくは下塗り層を有していてもよい。易接着層もしくは下塗り層の構成としては、単層であっても、多層構造であってもよい。易接着層はバインダーポリマーを含有することが必須であるが、適宜マット剤、界面活性剤、帯電防止剤、屈折率制御のための微粒子などを含有してもよい。易接着層に用いうるバインダーポリマーには特に制限はなく、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、及び、ゴム系樹脂などから適宜選択して用いることができる。
(Easily adhesive layer / undercoat layer)
The plastic film substrate may have an easy adhesion layer or an undercoat layer. The structure of the easy adhesion layer or the undercoat layer may be a single layer or a multilayer structure. The easy-adhesion layer must contain a binder polymer, but may appropriately contain a matting agent, a surfactant, an antistatic agent, fine particles for controlling the refractive index, and the like. There is no restriction | limiting in particular in the binder polymer which can be used for an easily bonding layer, It can select suitably from an acrylic resin, a polyurethane resin, a polyester resin, a rubber-type resin, etc., and can be used.
易接着層もしくは下塗り層の乾燥後の塗布膜厚は、50nm〜2μmの範囲であることが好ましい。なお、支持体を仮支持体として用いる場合には、支持体表面に易剥離性処理を施すことも可能である。 The coating film thickness after drying the easy-adhesion layer or the undercoat layer is preferably in the range of 50 nm to 2 μm. In addition, when using a support body as a temporary support body, it is also possible to give an easily peelable process to the support surface.
アクリル樹脂とはアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体を成分とするポリマーである。具体的には、例えばアクリル酸、メタクリル酸、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、アクリルアミド、アクリロニトリル、ヒドロキシルアクリレートなどを主成分とし、これらと共重合可能なモノマー(例えば、スチレン、ジビニルベンゼンなど)を共重合したポリマーであることが好ましい。 An acrylic resin is a polymer containing acrylic acid, methacrylic acid and derivatives thereof as components. Specifically, for example, acrylic acid, methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, acrylamide, acrylonitrile, hydroxyl acrylate, and the like as a main component and a monomer copolymerizable therewith (for example, styrene, A polymer obtained by copolymerizing divinylbenzene or the like is preferable.
ポリウレタン樹脂とは主鎖にウレタン結合を有するポリマーの総称であり、通常ポリイソシアネートとポリオールの反応によって得られる。ポリイソシアネートとしては、TDI(Tolylene Diisocyanate)、MDI(Methyl Diphenyl Isocyanate)、HDI(Hexylene diisocyanate)、IPDI(Isophoron diisocyanate)などがあり、ポリオールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどを好ましく挙げることができる。さらに、本発明のイソシアネートとしてはポリイソシアネートとポリオールの反応によって得られたポリウレタンポリマーに鎖延長処理をして分子量を増大させたポリマーも使用できる。 Polyurethane resin is a general term for polymers having a urethane bond in the main chain, and is usually obtained by reaction of polyisocyanate and polyol. Examples of the polyisocyanate include TDI (Tolylene Diisocyanate), MDI (Methyl Diphenylisocyanate), HDI (Hexylene diisocyanate), IPDI (Isophoron diisocyanate), and the like. And pentaerythritol. Furthermore, as the isocyanate of the present invention, a polymer obtained by subjecting a polyurethane polymer obtained by the reaction of polyisocyanate and polyol to chain extension treatment to increase the molecular weight can also be used.
ポリエステル樹脂とは主鎖にエステル結合を有するポリマーの総称であり、通常ポリカルボン酸とポリオールの反応で得られる。ポリカルボン酸としては、例えば、フマル酸、イタコン酸、アジピン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などがあり、ポリオールとしては例えば前述のものがある。 A polyester resin is a general term for polymers having an ester bond in the main chain, and is usually obtained by the reaction of a polycarboxylic acid and a polyol. Examples of the polycarboxylic acid include fumaric acid, itaconic acid, adipic acid, sebacic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, and naphthalenedicarboxylic acid. Examples of the polyol include those described above.
ゴム系樹脂とは合成ゴムのうちジエン系合成ゴムをいう。具体例としてはポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン−ジビニルベンゼン共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレンなどがある。 The rubber-based resin refers to a diene-based synthetic rubber among the synthetic rubbers. Specific examples include polybutadiene, styrene-butadiene copolymer, styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer, styrene-butadiene-divinylbenzene copolymer, butadiene-acrylonitrile copolymer, and polychloroprene.
<補助電極層>
<<補助金属配線>>
補助金属配線21を構成する金属材料の例としては、金、白金、鉄、銅、銀、アルミニウム、クロム、コバルト、ステンレス鋼等が挙げられる。金属材料の好ましい例としては、銅、銀、アルミニウム、金等の低抵抗金属が挙げられ、なかでも、製造コストと材料コストが低く、酸化されにくい銀もしくは銅が好ましく用いられる。
<Auxiliary electrode layer>
<< Auxiliary metal wiring >>
Examples of the metal material constituting the auxiliary metal wiring 21 include gold, platinum, iron, copper, silver, aluminum, chromium, cobalt, and stainless steel. Preferable examples of the metal material include low resistance metals such as copper, silver, aluminum, and gold. Among them, silver or copper that is low in manufacturing cost and material cost and hardly oxidizes is preferably used.
透明導電フィルム1において、補助金属配線21とモノマー組成物30又は透明樹脂31との親和性が低い必要がある。従って、補助金属配線21の材料は、用いるモノマー組成物30又は透明樹脂31との親和性を考慮して適宜選択すればよい。親和性の判断基準については、後記する。 In the transparent conductive film 1, the affinity between the auxiliary metal wiring 21 and the monomer composition 30 or the transparent resin 31 needs to be low. Therefore, the material of the auxiliary metal wiring 21 may be appropriately selected in consideration of the affinity with the monomer composition 30 or the transparent resin 31 to be used. The criteria for determining affinity will be described later.
また、補助金属配線21は、親和性の制御のために表面処理を施されたものとしてもよい。表面処理方法としては特に制限されないが、フッ化チオール等の界面の濡れ性を良好に制御可能な液体に浸漬させる方法や酸素プラズマ処理やUVオゾン処理等が挙げられる。 Further, the auxiliary metal wiring 21 may be subjected to surface treatment for affinity control. Although it does not restrict | limit especially as a surface treatment method, The method of immersing in the liquid which can control the wettability of interfaces, such as a thiol fluoride, oxygen plasma treatment, UV ozone treatment, etc. are mentioned.
なお、表面処理を施した場合は、後工程の導電性樹脂層の成膜前に、表面処理剤を除去することが好ましい。例えば、上記フッ化チオール系の表面処理剤であれば、硫酸と過酸化水素水の混合溶液に浸漬させることにより除去することができる。 In addition, when surface treatment is performed, it is preferable to remove the surface treatment agent before forming the conductive resin layer in the subsequent step. For example, the thiol fluoride surface treatment agent can be removed by immersing it in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.
補助金属配線21のパターン形状は特に限定されないが、光透過性及び導電性の観点から、メッシュ状のもの(メッシュパターン電極)が好ましい。メッシュパターンには特に制限がなく、正方形、長方形、菱形等の格子状、縞状(ストライプ状)、ハニカム、あるいは曲線の組合せを用いてもよい。 The pattern shape of the auxiliary metal wiring 21 is not particularly limited, but a mesh shape (mesh pattern electrode) is preferable from the viewpoint of light transmittance and conductivity. There is no particular limitation on the mesh pattern, and a lattice shape such as a square, a rectangle, or a rhombus, a stripe shape (stripe shape), a honeycomb, or a combination of curves may be used.
これらのメッシュデザインは開口率(光透過率)と表面抵抗(電気伝導率)が所望の値となるように調整される。このようなメッシュパターンの補助金属配線21とする場合、メッシュの開口率は通常は70%以上であり、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましい。 These mesh designs are adjusted so that the aperture ratio (light transmittance) and the surface resistance (electric conductivity) become desired values. When the auxiliary metal wiring 21 having such a mesh pattern is used, the mesh opening ratio is usually 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 85% or more.
補助金属配線21の表面抵抗は10Ω/□以下であることが好ましく、3Ω/□以下であることがさらに好ましく、1Ω/□以下であることがより好ましい。光透過率と電気伝導率はトレードオフの関係にあるため、開口率は大きいほど好ましいが、現実的には95%以下となる。 The surface resistance of the auxiliary metal wiring 21 is preferably 10Ω / □ or less, more preferably 3Ω / □ or less, and even more preferably 1Ω / □ or less. Since the light transmittance and the electrical conductivity are in a trade-off relationship, the larger the aperture ratio, the better. However, in practice, it becomes 95% or less.
補助金属配線21の厚みは特に制限は無いが、通常は0.02μm〜20μm程度である。 The thickness of the auxiliary metal wiring 21 is not particularly limited, but is usually about 0.02 μm to 20 μm.
補助金属配線21のメッシュパターンにおける線幅は、光透過性と導電性の観点から、平面視による線幅が1μm〜500μmの範囲であり、1μm〜100μmが好ましく、3μm〜20μmがより好ましい。 The line width in the mesh pattern of the auxiliary metal wiring 21 is in the range of 1 μm to 500 μm, preferably 1 μm to 100 μm, more preferably 3 μm to 20 μm, from the viewpoint of light transmittance and conductivity.
補助金属配線21のメッシュパターンにおけるピッチは小さい(メッシュが細かい)方が太陽電池の特性上有利である。しかしながらピッチが小さいと光の透過率が低下するので、妥協点が選ばれる。ピッチは金属細線の線幅に応じて変化するが、平面視によるピッチが50μm〜2000μmであることが好ましく、100μm〜1000μmがより好ましく、150μm〜500μmがさらに好ましい。 A smaller pitch in the mesh pattern of the auxiliary metal wiring 21 (fine mesh) is advantageous in terms of the characteristics of the solar cell. However, if the pitch is small, the light transmittance decreases, so a compromise is chosen. Although a pitch changes according to the line | wire width of a metal fine wire, it is preferable that the pitch by planar view is 50 micrometers-2000 micrometers, 100 micrometers-1000 micrometers are more preferable, 150 micrometers-500 micrometers are more preferable.
開口部の観点から言えば補助金属配線21の繰り返し単位となる開口部20の面積が1×10−9m2〜1×10−4m2であることが好ましく、3×10−9m2〜1×10−5m2であることがより好ましく、1×10−8m2〜1×10−6m2であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of the opening, the area of the opening 20 serving as a repeating unit of the auxiliary metal wiring 21 is preferably 1 × 10 −9 m 2 to 1 × 10 −4 m 2 , and 3 × 10 −9 m 2. It is more preferably ˜1 × 10 −5 m 2 , and further preferably 1 × 10 −8 m 2 to 1 × 10 −6 m 2 .
補助金属配線21の形成方法としては特に制限はなく、公知の形成方法を適宜使用しうる。例えば、予め作製したメッシュパターン金属を支持体表面に貼り合せる方法、導電材料をメッシュパターンに塗布する方法、蒸着もしくはスパッタ等のPVD法を用いて導電膜を全面に形成した後にエッチングしてメッシュパターンの導電膜を形成する方法、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの各種印刷法によりメッシュパターンの導電材料を塗布する方法、蒸着もしくはスパッタによりシャドウマスクを用いてメッシュパターンの金属補助配線を基材表面に直接形成する方法、特開2006−352073号公報、特開2009−231194号公報等に記載のハロゲン化銀感光材料を用いる方法(以下、銀塩法と呼ぶことがある)等が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as a formation method of the auxiliary metal wiring 21, A well-known formation method can be used suitably. For example, a method in which a mesh pattern metal prepared in advance is bonded to the support surface, a method in which a conductive material is applied to the mesh pattern, a conductive film is formed on the entire surface using a PVD method such as vapor deposition or sputtering, and then the mesh pattern is etched. A method of forming a conductive film, a method of applying a conductive material of a mesh pattern by various printing methods such as screen printing, ink jet printing, etc., a metal mask of a mesh pattern directly on the substrate surface using a shadow mask by vapor deposition or sputtering And a method using a silver halide photosensitive material described in JP-A-2006-352073, JP-A-2009-231194, and the like (hereinafter sometimes referred to as silver salt method).
補助金属配線21をメッシュ電極として形成する場合は、そのピッチが小さいため、銀塩法で形成することが好ましい。銀塩法で補助金属配線21を形成する場合、補助金属配線を形成するための塗液を支持体上に設け、補助金属配線21を形成するための塗膜に対してパターン露光を行う工程と、パターン露光された塗膜を現像する工程と、現像された塗膜を定着する工程とにより、支持体上に所望のパターンを有する補助金属配線21を形成することができる。 When the auxiliary metal wiring 21 is formed as a mesh electrode, it is preferably formed by a silver salt method because the pitch is small. When the auxiliary metal wiring 21 is formed by the silver salt method, a step of providing a coating liquid for forming the auxiliary metal wiring on the support and performing pattern exposure on the coating film for forming the auxiliary metal wiring 21; The auxiliary metal wiring 21 having a desired pattern can be formed on the support by developing the pattern-exposed coating film and fixing the developed coating film.
銀塩法で作製される補助金属配線21は、銀と親水性ポリマーの層である。親水性ポリマーの例としては、ゼラチン、ゼラチン誘導体、カゼイン、寒天、アルギン酸ソーダ、でんぷん、ポリビニルアルコールなどの水溶性ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロースエステル等が例示される。層内には銀や親水性ポリマーのほかにも塗布、現像、定着工程に由来する物質が含まれる。 The auxiliary metal wiring 21 produced by the silver salt method is a layer of silver and a hydrophilic polymer. Examples of the hydrophilic polymer include water-soluble polymers such as gelatin, gelatin derivatives, casein, agar, sodium alginate, starch, and polyvinyl alcohol, and cellulose esters such as carboxymethyl cellulose and hydroxyethyl cellulose. In addition to silver and hydrophilic polymer, the layer contains substances derived from the coating, developing and fixing processes.
銀塩法で補助配線を形成した後に銅めっきを施して、さらに抵抗の低い補助配線を得る方法も好ましく用いられる。 A method of forming an auxiliary wiring by the silver salt method and then performing copper plating to obtain an auxiliary wiring with lower resistance is also preferably used.
<<アライメントマーク>>
補助金属配線21を形成する工程において、後工程で積層する各機能膜やフィルム基板の重ね合せ精度を向上させて集積化密度を高めるため、位置検出用のアライメントマーク28を該金属配線と同時に形成することが好ましい。アライメントマークは、各機能膜の製造装置や印刷装置の画像認識仕様が指定するパターンを適宜形成するが、縞、十字、矩形、円やそれらを組み合わせた幾何学的模様や、記号、文字などが好ましく使用される。
<< Alignment mark >>
In the step of forming the auxiliary metal wiring 21, in order to improve the stacking accuracy of the functional films and film substrates to be stacked in the subsequent process and increase the integration density, the alignment mark 28 for position detection is formed simultaneously with the metal wiring. It is preferable to do. The alignment mark appropriately forms a pattern specified by the image recognition specifications of each functional film manufacturing device or printing device, but stripes, crosses, rectangles, circles, geometric patterns combining them, symbols, characters, etc. Preferably used.
<<透明樹脂(平坦化層)>>
透明樹脂31は、補助金属配線21の少なくとも表面と親和性の低いモノマー組成物30が重合されてなるものである。「課題を解決するための手段」の項において述べたように、補助金属配線21と透明樹脂31との親和性は、補助金属配線21の表面にモノマー組成物30を接触(塗布)させた際に、表面が濡れずにモノマー組成物30が表面からはじかれる程度低ければ特に制限されない。既に述べたように、モノマー組成物30が、かかる性質を有していれば、その重合体である透明樹脂31は補助金属配線21の良好な平坦化層となりうるが、補助金属配線21の表面のモノマー組成物30に対する接触角が70°以上であることが好ましい。
<< Transparent resin (flattening layer) >>
The transparent resin 31 is obtained by polymerizing the monomer composition 30 having a low affinity with at least the surface of the auxiliary metal wiring 21. As described in the section “Means for Solving the Problems”, the affinity between the auxiliary metal wiring 21 and the transparent resin 31 is determined when the monomer composition 30 is brought into contact with (applied to) the surface of the auxiliary metal wiring 21. Furthermore, there is no particular limitation as long as the monomer composition 30 is low enough to be repelled from the surface without being wetted. As already described, if the monomer composition 30 has such properties, the transparent resin 31 that is a polymer can be a good planarization layer of the auxiliary metal wiring 21, but the surface of the auxiliary metal wiring 21 can be obtained. The contact angle with respect to the monomer composition 30 is preferably 70 ° or more.
モノマー組成物30の材料選択において、上記のように補助金属配線21との親和性や接触角にて好ましいものを選択する他に、補助金属配線21の表面の水接触角と透明樹脂31の水接触角との差が大きいものを選択してもよい。この場合、水接触角の差は60°以上であることが好ましい。 In selecting the material of the monomer composition 30, in addition to selecting a material having a good affinity and contact angle with the auxiliary metal wiring 21 as described above, the water contact angle on the surface of the auxiliary metal wiring 21 and the water of the transparent resin 31 are selected. You may select a thing with a large difference with a contact angle. In this case, the difference in water contact angle is preferably 60 ° or more.
例えば、銀の水接触角は約20°である。従って、補助金属配線21として銀メッシュを用いた場合は、透明樹脂31としては水接触角が80°以上であるものを選択することが好ましい。 For example, the water contact angle of silver is about 20 °. Therefore, when a silver mesh is used as the auxiliary metal wiring 21, it is preferable to select the transparent resin 31 having a water contact angle of 80 ° or more.
また、透明樹脂31の表面には、後工程において、導電性樹脂層12が形成される。導電性樹脂層12の形成時に、その下地となる補助電極11(透明樹脂31)の表面は、その形成方法及び導電性樹脂層12の材料によってはその平滑性が損なわれる可能性がある。例えば、導電性樹脂層12を塗布法により形成する場合は、塗布液に対する透明樹脂31の耐性が低いと成膜時にその表面平滑性が低下する。また、導電性樹脂層12の形成時やその後のアニール処理等により加熱工程を必要とする場合も、透明樹脂31の耐熱性が低いと平滑性を損なう原因となる。従って、透明樹脂31は、耐熱性及び耐溶剤性に優れるものであることが好ましい。 Further, the conductive resin layer 12 is formed on the surface of the transparent resin 31 in a later step. When the conductive resin layer 12 is formed, the smoothness of the surface of the auxiliary electrode 11 (transparent resin 31) serving as a base may be impaired depending on the formation method and the material of the conductive resin layer 12. For example, when the conductive resin layer 12 is formed by a coating method, if the resistance of the transparent resin 31 to the coating solution is low, the surface smoothness is reduced during film formation. In addition, when the conductive resin layer 12 is formed or when a heating step is required due to subsequent annealing treatment or the like, if the heat resistance of the transparent resin 31 is low, smoothness is impaired. Therefore, it is preferable that the transparent resin 31 is excellent in heat resistance and solvent resistance.
また、透明樹脂31の原料となるモノマー組成物30の重合方法は特に制限されないが、光もしくは電子線を用いた光重合が好ましい。従って、透明樹脂31は、光重合性が良好で、透明性が高く、耐熱性及び耐溶剤性に優れるものであることが好ましい。 Moreover, the polymerization method of the monomer composition 30 which is a raw material of the transparent resin 31 is not particularly limited, but photopolymerization using light or an electron beam is preferable. Therefore, it is preferable that the transparent resin 31 has good photopolymerizability, high transparency, and excellent heat resistance and solvent resistance.
かかる透明樹脂31としては、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなるものが挙げられる。本明細書において、「多官能(メタ)アクリルモノマー」とは、2つ以上の(メタ)アクリル基を有するモノマーを意味する。「(メタ)アクリル」とは、アクリルもしくはメタクリルを意味する。 Examples of the transparent resin 31 include those obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer. In the present specification, the “polyfunctional (meth) acrylic monomer” means a monomer having two or more (meth) acrylic groups. “(Meth) acryl” means acrylic or methacrylic.
モノマー組成物30中には、モノマーの種類に応じて好適な光重合開始剤を含んでいることが好ましい。光及び電子線の波長は、モノマー及び重合開始剤の種類応じて適宜選択すればよい。また、モノマー組成物30中には、製造工程における照射光波長との関係で増感剤を添加してもよく、補助金属配線21表面との親和性を低下させるための添加剤を適宜含んでいてもよい。 The monomer composition 30 preferably contains a suitable photopolymerization initiator depending on the type of monomer. What is necessary is just to select the wavelength of light and an electron beam suitably according to the kind of monomer and a polymerization initiator. In addition, a sensitizer may be added to the monomer composition 30 in relation to the irradiation light wavelength in the manufacturing process, and an additive for reducing the affinity with the surface of the auxiliary metal wiring 21 is appropriately included. May be.
多官能(メタ)アクリルモノマーは、重合により架橋構造を形成することができるため、単官能(メタ)アクリルモノマーを用いた場合に比して、耐熱性及び耐溶剤性に優れる透明絶縁層30を形成することができる。ここで、耐溶剤性とは、有機溶剤及びモノマーに対する耐性を意味する。 Since the polyfunctional (meth) acrylic monomer can form a crosslinked structure by polymerization, the transparent insulating layer 30 having excellent heat resistance and solvent resistance as compared with the case where the monofunctional (meth) acrylic monomer is used. Can be formed. Here, the solvent resistance means resistance to organic solvents and monomers.
多官能(メタ)アクリルモノマーとしては、特に制限されないが、耐溶剤性、耐熱性の観点からは、(メタ)アクリル基を3つ以上有する(以下、3官能以上とする)モノマーであることが好ましい。3官能の(メタ)アクリルモノマーとしては、下記トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)及びペンタエリスリトールトリアクリレート(PETIA)が挙げられる。
しかしながらこれらの樹脂の水接触角θcは、TMPTAが約45°、PETIAが約40°と比較的小さく、例えば補助金属配線21として銀メッシュを用いた場合には、親和性が高いため透明樹脂31のモノマーとしては適さない。従って、かかる透明樹脂31は、水接触角θcが充分に大きい表面を有した補助金属配線21を用いる場合に非常に良好な平坦化層となる。例えば、銀メッシュをフッ化チオール等の表面処理液へ浸漬させると、その表面の水接触角は約120°となる。このように表面処理を施した銀メッシュを補助金属配線21として用いれば、TMPTAやPETIAは良好な平坦化層をとなりうる(後記実施例3を参照)。
However, the water contact angle θc of these resins is relatively small, about 45 ° for TMPTA and about 40 ° for PETIA. For example, when a silver mesh is used as the auxiliary metal wiring 21, the transparent resin 31 has high affinity. It is not suitable as a monomer. Therefore, the transparent resin 31 becomes a very good planarization layer when the auxiliary metal wiring 21 having a surface with a sufficiently large water contact angle θc is used. For example, when a silver mesh is immersed in a surface treatment solution such as thiol fluoride, the water contact angle on the surface is about 120 °. When the surface-treated silver mesh is used as the auxiliary metal wiring 21, TMPTA or PETIA can be a good flattened layer (see Example 3 described later).
一方、上記したように、補助金属配線21として、銀メッシュは好ましい材料である。銀メッシュを表面処理することなく用いることができる多官能(メタ)アクリルモノマーとしては、下記1,6ヘキサンジオールジアクリレート(θc≒95°)が挙げられる(2官能)。
また、ポリエチレングリコールジアクリレート(A−600)(2官能)も、θc≒80°であり、銀メッシュを表面処理することなく用いることができる多官能(メタ)アクリルモノマーである。しかしながら、A−600のように、(メタ)アクリル基同士を連結する部分(連結鎖)に酸素原子を含む構造の多官能(メタ)アクリルモノマーを重合して得られる樹脂は、酸素原子を含まない構造のものに比して形状保持性が低くなる。従って、多官能(メタ)アクリルモノマーとしては、(メタ)アクリル基同士を連結する部分(連結鎖)に酸素原子を含まない構造を有するものである方が好ましい。
上記した以外にも、2官能(メタ)アクリルモノマーとしては、例えば下記の化合物が例示される。
また、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物30は、その他のビニルモノマーを含んでもよい。多官能(メタ)アクリレートモノマーを含む組成物における多官能(メタ)アクリレートモノマーの組成比は50質量%〜100質量%であることが好ましく、60質量%〜100質量%であることがより好ましく、さらには70質量%〜100質量%であることがより好ましい。 Moreover, the composition 30 containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer may contain another vinyl monomer. The composition ratio of the polyfunctional (meth) acrylate monomer in the composition containing the polyfunctional (meth) acrylate monomer is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, Furthermore, it is more preferable that it is 70 mass%-100 mass%.
ビニルモノマーの例としては、(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、スチレン等が挙げられ、単官能(メタ)アクリルモノマーが好ましい。以下に、単官能(メタ)アクリルモノマーの好ましい具体例を示す。モノマー組成物30は、補助金属配線21の表面との親和性を考慮して適宜選択して調製し、用いればよい。
上記のように、透明樹脂31として多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物30を重合してなる透明樹脂を用いる態様は、かかる樹脂の良好な耐熱性及び耐溶剤性により、後工程のアニール処理等の加熱処理や、透明樹脂上に成膜される物質による平滑性への悪影響をも抑制することができる。 As described above, the embodiment using the transparent resin obtained by polymerizing the composition 30 containing the polyfunctional (meth) acrylic monomer as the transparent resin 31 is an annealing process in the subsequent process due to the good heat resistance and solvent resistance of the resin. The adverse effect on the smoothness due to the heat treatment such as the treatment and the substance formed on the transparent resin can also be suppressed.
後工程の導電性樹脂層12の形成前及び形成時(形成中)に、補助電極11において透明樹脂31が補助金属配線21から盛り上がっている状態となっていたり、透明樹脂31によって補助金属配線21の開口部が埋められていない場合、平坦化されていない部分に段差が生じる。この段差があるとその部分の導電性樹脂層12は厚みが薄くなるために、有機薄膜太陽電池等に用いる場合、段差の角部で上部電極との短絡が生じやすくなり、変換効率にも悪影響を及ぼす。 Before and at the time of forming the conductive resin layer 12 in a later process (during formation), the transparent resin 31 is raised from the auxiliary metal wiring 21 in the auxiliary electrode 11, or the auxiliary metal wiring 21 is formed by the transparent resin 31. If the opening is not filled, a step is formed in the unflattened portion. When this step is present, the conductive resin layer 12 at that portion becomes thin, and therefore, when used in an organic thin film solar cell or the like, a short circuit with the upper electrode is likely to occur at the corner of the step, which also adversely affects conversion efficiency. Effect.
上記のように、透明導電フィルム1では、補助電極11の平坦性を良好にすることができるため、導電性樹脂層12の膜厚の均一性を良好にし、太陽電池等の素子における短絡を生じにくくすることができる。 As described above, in the transparent conductive film 1, the flatness of the auxiliary electrode 11 can be improved, so that the uniformity of the film thickness of the conductive resin layer 12 is improved and a short circuit occurs in an element such as a solar cell. Can be difficult.
透明樹脂31と補助金属配線21の上部は段差がなく面一となっていることが好ましいが、上に形成する導電性樹脂層12の平坦性が確保できる程度の段差は許容される。透明樹脂31と補助金属配線21の上部との段差は10μm以下であることが好ましく、より好ましくは1μm以下であることが好ましく、さらには0.2μm以下であることが好ましい。 It is preferable that the transparent resin 31 and the upper part of the auxiliary metal wiring 21 have no step and are flush with each other, but a step that can ensure the flatness of the conductive resin layer 12 formed thereon is allowed. The step between the transparent resin 31 and the upper part of the auxiliary metal wiring 21 is preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less, and further preferably 0.2 μm or less.
<<導電性樹脂層12>>
導電性樹脂層12は、光透過性を有する各種導電材料から選ばれる。光透過性を有する導電材料としては、透明導電性ポリマーやITO(酸化インジウムスズ)等が挙げられるが、可撓性に優れることから導電性ポリマーを主成分とする層であることが好ましい。下部電極に好適な導電性ポリマー層は、特願2010−181078号(本出願時において未公開)に詳細が開示されている。
<< Conductive Resin Layer 12 >>
The conductive resin layer 12 is selected from various conductive materials having optical transparency. Examples of the light-transmitting conductive material include a transparent conductive polymer, ITO (indium tin oxide), and the like, but a layer containing a conductive polymer as a main component is preferable because of excellent flexibility. Details of a conductive polymer layer suitable for the lower electrode are disclosed in Japanese Patent Application No. 2010-181078 (not disclosed at the time of this application).
導電性樹脂層12の形成方法は特に制限されないが、例えば、水系塗布法等を採用することができる。
以上のように、透明導電フィルム1は構成されている。
Although the formation method in particular of the conductive resin layer 12 is not restrict | limited, For example, the water-system coating method etc. are employable.
As described above, the transparent conductive film 1 is configured.
透明導電フィルム1は、複数の開口部20を有する補助金属配線21と、開口部20に充填された、補助金属配線21の少なくとも表面と親和性の低いモノマー組成物30を重合してなる透明樹脂31とを備えた補助電極11を備えている。かかるモノマー組成物30は、支持体10上に、補助金属配線21を形成した後に、開口部20と補助金属配線21の上から塗布されるだけで、良好に補助金属配線21を露出させて開口部20に充填される。従って、本実施形態によれば、非常に容易なプロセスにて、補助金属配線21の開口部20に透明な平坦化層31を形成することができ、すなわち、導電性、光透過性、および平滑性のいずれもが良好である透明導電フィルム1を容易なプロセスにて提供することができる。 The transparent conductive film 1 is a transparent resin formed by polymerizing an auxiliary metal wiring 21 having a plurality of openings 20 and a monomer composition 30 filled in the openings 20 and having a low affinity with at least the surface of the auxiliary metal wiring 21. Auxiliary electrode 11 provided with 31 is provided. The monomer composition 30 is formed by forming the auxiliary metal wiring 21 on the support 10 and then applying the monomer composition 30 from above the opening 20 and the auxiliary metal wiring 21 so that the auxiliary metal wiring 21 is satisfactorily exposed. Part 20 is filled. Therefore, according to the present embodiment, the transparent planarization layer 31 can be formed in the opening 20 of the auxiliary metal wiring 21 by a very easy process, that is, conductivity, light transmission, and smoothness. The transparent conductive film 1 having good properties can be provided by an easy process.
また、透明樹脂31として多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物30を重合してなる透明樹脂31を用いる態様は、かかる樹脂の良好な耐熱性及び耐溶剤性により、後工程のアニール処理等の加熱処理や、透明樹脂31上に成膜される物質による平滑性への悪影響をも抑制することができる。 Moreover, the aspect using the transparent resin 31 which superposes | polymerizes the composition 30 containing a polyfunctional (meth) acryl monomer as the transparent resin 31 is an annealing process of a post process, etc. by the favorable heat resistance and solvent resistance of this resin. The adverse effects on the smoothness due to the heat treatment and the material deposited on the transparent resin 31 can also be suppressed.
<有機薄膜太陽電池>
透明導電フィルム1は、有機薄膜太陽電池等の透明電極として好適に用いることができる。その一実施形態としては、図4に示される、支持体10と、透明導電フィルム1(正極)と、有機材料を含む光電変換層22と、上部電極24(負極)とをこの順に積層してなる光電変換素子を備えた態様が挙げられる。なお、図4において図1中の構成要素と同等の構成要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略している。
以下、正極として透明導電フィルム1を備えた有機薄膜太陽電池2の好適な態様について、透明導電フィルム1以外の構成について述べる。
<Organic thin film solar cell>
The transparent conductive film 1 can be suitably used as a transparent electrode such as an organic thin film solar cell. As one embodiment, the support 10, the transparent conductive film 1 (positive electrode), the photoelectric conversion layer 22 containing an organic material, and the upper electrode 24 (negative electrode) shown in FIG. 4 are laminated in this order. The aspect provided with the photoelectric conversion element which becomes. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted unless particularly necessary.
Hereinafter, about the suitable aspect of the organic thin-film solar cell 2 provided with the transparent conductive film 1 as a positive electrode, structures other than the transparent conductive film 1 are described.
<支持体>
支持体については、上記したとおりであり、透明フィルム基板であることが好ましい。
<Support>
The support is as described above, and is preferably a transparent film substrate.
<光電変換層>
光電変換層22は、太陽光を受けて励起子(電子−正孔対)を生成した後に、その励起子が電子と正孔に解離して、電子が負極側へ、正孔が正極側へ、輸送されるという光電変換過程が高効率で発現する材料から選択して構成される。有機薄膜太陽電池とする場合は、有機材料からなる電子供与領域(ドナー)を含む光電変換層22を形成し、変換効率の観点から、バルクへテロ接合型の光電変換層(適宜、「バルクへテロ層」という。)が好ましく適用される。
<Photoelectric conversion layer>
After the photoelectric conversion layer 22 receives sunlight and generates excitons (electron-hole pairs), the excitons dissociate into electrons and holes, and electrons move to the negative electrode side and holes move to the positive electrode side. The photoelectric conversion process of being transported is selected from materials that are expressed with high efficiency. In the case of an organic thin film solar cell, a photoelectric conversion layer 22 including an electron donating region (donor) made of an organic material is formed, and from the viewpoint of conversion efficiency, a bulk heterojunction type photoelectric conversion layer (as appropriate, “to bulk”). "Terrorism layer") is preferably applied.
バルクヘテロ層は電子供与材料(ドナー)と電子受容材料(アクセプター)が混合された有機の光電変換層である。電子供与材料と電子受容材料の混合比は変換効率が最も高くなるように調整されるが、通常は、質量比で、10:90〜90:10の範囲から選ばれる。このような混合層の形成方法は、例えば、共蒸着法が用いられる。あるいは、両方の有機材料に共通する溶媒を用いて溶剤塗布することによって作製することも可能である。 The bulk hetero layer is an organic photoelectric conversion layer in which an electron donating material (donor) and an electron accepting material (acceptor) are mixed. The mixing ratio of the electron donating material and the electron accepting material is adjusted so that the conversion efficiency is the highest, but is usually selected from the range of 10:90 to 90:10 by mass ratio. As a method for forming such a mixed layer, for example, a co-evaporation method is used. Or it is also possible to produce by carrying out solvent application | coating using the solvent common to both organic materials.
バルクヘテロ層の膜厚は10〜500nmが好ましく、20〜300nmが特に好まし
い。
The thickness of the bulk hetero layer is preferably 10 to 500 nm, particularly preferably 20 to 300 nm.
電子供与材料(ドナー又は正孔輸送材料ともいう。)は、その最高被占軌道(HOMO)準位が4.5〜6.0eVのπ電子共役系化合物であり、具体的には、各種のアレーン(例えば、チオフェン、カルバゾール、フルオレン、シラフルオレン、チエノピラジン、チエノベンゾチオフェン、ジチエノシロール、キノキサリン、ベンゾチアジアゾール、チエノチオフェンなど)をカップリングさせた共役系ポリマー、フェニレンビニレン系ポリマー、ポルフィリン類、フタロシアニン類等が例示される。このほか、ケミカルレビュー第107巻、953〜1010頁(2007年)にHole−Transporting Materialsとして記載されている化合物群やジャーナル オブ ジアメリカン ケミカル ソサエティー第131巻、16048頁(2009年)に記載のポルフィリン誘導体も適用可能である。 An electron-donating material (also referred to as a donor or a hole-transporting material) is a π-electron conjugated compound having a maximum occupied orbital (HOMO) level of 4.5 to 6.0 eV. Conjugated polymers obtained by coupling arenes (for example, thiophene, carbazole, fluorene, silafluorene, thienopyrazine, thienobenzothiophene, dithienosilol, quinoxaline, benzothiadiazole, thienothiophene, etc.), phenylene vinylene polymers, porphyrins, phthalocyanines, etc. Is exemplified. In addition, the compound group described as Hole-Transporting Materials in Chemical Review Vol. 107, 953-1010 (2007) and the Porphyrin described in Journal of the American Chemical Society Vol. 131, page 16048 (2009) Derivatives are also applicable.
これらの中では、チオフェン、カルバゾール、フルオレン、シラフルオレン、チエノピラジン、チエノベンゾチオフェン、ジチエノシロール、キノキサリン、ベンゾチアジアゾール、チエノチオフェンからなる群より選ばれた構成単位をカップリングさせた共役系ポリマーが特に好ましい。具体例としてはポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリ−3−オクチルチオフェン(P3OT)、ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー第130巻、3020頁(2008年)に記載の各種ポリチオフェン誘導体、アドバンスト マテリアルズ第19巻、2295頁(2007年)に記載のPCTBT、ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー第130巻、732頁(2008年)に記載のPCDTQx、PCDTPP、PCDTPT、PCDTBX、PCDTPX、ネイチャー フォトニクス第3巻、649頁(2009年)に記載のPBDTTT−E、PBDTTT−C、PBDTTT−CF、アドバンスト マテリアルズ第22巻、E135〜E138頁(2010年)に記載のPTB7等が挙げられる。 Among these, a conjugated polymer obtained by coupling a structural unit selected from the group consisting of thiophene, carbazole, fluorene, silafluorene, thienopyrazine, thienobenzothiophene, dithienosilole, quinoxaline, benzothiadiazole, and thienothiophene is particularly preferable. Specific examples include poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly-3-octylthiophene (P3OT), various polythiophene derivatives described in Journal of the American Chemical Society Vol. 130, p. 3020 (2008), and Advanced Materials. PCTBT described in Vol. 19, page 2295 (2007), Journal of the American Chemical Society vol. 130, PCDTQx, PCDTPP, PCDTPT, PCDTBX, PCDTPX, Nature Photonics vol. 3, described in page 732 (2008), PBDTTT-E, PBDTTTT-C, PBDTTTT-CF described in page 649 (2009), PTB7 described in Advanced Materials Vol. 22, E135-E138 (2010), and the like. It is done.
電子受容材料(アクセプター又は電子輸送材料ともいう。)は、その最低空軌道(LUMO)準位が3.5〜4.5eVであるようなπ電子共役系化合物であり、具体的にはフラーレンおよびその誘導体、フェニレンビニレン系ポリマー、ナフタレンテトラカルボン酸イミド誘導体、ペリレンテトラカルボン酸イミド誘導体等が挙げられる。これらの中では、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体の具体例としてはC60、フェニル−C61−酪酸メチルエステル(文献等でPCBM、[60]PCBM、あるいはPC61BMと称されるフラーレン誘導体)、C70、フェニル−C71−酪酸メチルエステル(多くの文献等でPCBM、[70]PCBM、あるいはPC71BMと称されるフラーレン誘導体)、およびアドバンスト ファンクショナル マテリアルズ第19巻、779〜788頁(2009年)に記載のフラーレン誘導体、ジャーナル オブ ジ アメリカケミカル ソサエティー第131巻、16048頁(2009年)に記載のフラーレン誘導体SIMEF等が挙げられる。 An electron-accepting material (also referred to as an acceptor or an electron-transporting material) is a π-electron conjugated compound having a lowest orbital (LUMO) level of 3.5 to 4.5 eV, specifically fullerene and Examples thereof include phenylene vinylene-based polymers, naphthalene tetracarboxylic imide derivatives, and perylene tetracarboxylic imide derivatives. Of these, fullerene derivatives are preferred. Specific examples of the fullerene derivative include C 60 , phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester (fullerene derivatives referred to as PCBM, [60] PCBM, or PC 61 BM in literatures), C 70 , phenyl-C 71 -butyric acid. Methyl esters (fullerene derivatives referred to as PCBM, [70] PCBM, or PC 71 BM in many literatures) and fullerene derivatives described in Advanced Functional Materials, Vol. 19, pp. 779-788 (2009) And the fullerene derivative SIMEF described in Journal of the American Chemical Society, vol. 131, page 16048 (2009).
<電子輸送層>
必要に応じて、光電変換層(バルクヘテロ層)22と負極の間に電子輸送材料からなる電子輸送層を設置しても良い。電子輸送層に用いることのできる電子輸送材料としては、前記の光電変換層で挙げた電子受容材料および、ケミカル レビュー第107巻、953〜1010頁(2007年)にElectron−Transporting and Hole−Blocking Materialsとして記載されているものが挙げられる。各種金属酸化物も安定性が高い電子輸送層の材料として好ましく利用され、例えば、酸化リチウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ストロンチウム、酸化ニオブ、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化バリウムが挙げられる。これらのうち比較的に安定な酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛がより好ましい。電子輸送層の膜厚は0.1〜500nmであり、好ましくは0.5〜300nmである。電子輸送層は、塗布などによる湿式製膜法、蒸着やスパッタ等のPVD法による乾式製膜法、転写法、印刷法など、いずれによっても好適に形成することができる。
<Electron transport layer>
If necessary, an electron transport layer made of an electron transport material may be disposed between the photoelectric conversion layer (bulk hetero layer) 22 and the negative electrode. Examples of the electron transporting material that can be used for the electron transporting layer include the electron-accepting materials mentioned in the photoelectric conversion layer and Electron-Transporting and Hole-Blocking Materials in Chemical Review Vol. 107, pages 953 to 1010 (2007). Are described. Various metal oxides are also preferably used as materials for highly stable electron transport layers, such as lithium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, calcium oxide, titanium oxide, zinc oxide, strontium oxide, niobium oxide, ruthenium oxide, and indium oxide. Zinc oxide and barium oxide. Of these, relatively stable aluminum oxide, titanium oxide, and zinc oxide are more preferable. The film thickness of the electron transport layer is 0.1 to 500 nm, preferably 0.5 to 300 nm. The electron transport layer can be suitably formed by any of a wet film formation method by coating or the like, a dry film formation method by PVD method such as vapor deposition or sputtering, a transfer method, or a printing method.
<上部電極(負極)>
上部電極24を構成する材料としては、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。上部電極24が負極として機能する場合は、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、銅、亜鉛、ストロンチウム、銀、インジウム、錫、バリウム、ビスマスなどの金属やこれらの合金が好ましく用いられる。上部電極が正極として機能する場合は、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、パラジウム、銀、タンタル、タングステン、白金、金などの金属やこれらの合金、TCO,導電性ポリマーが好ましく用いられる。これらは、1種のみで使用しても、2種以上を混合または積層してもよい。
<Upper electrode (negative electrode)>
The material constituting the upper electrode 24 can be appropriately selected from known electrode materials. When the upper electrode 24 functions as a negative electrode, metals such as magnesium, aluminum, calcium, titanium, chromium, manganese, iron, copper, zinc, strontium, silver, indium, tin, barium, bismuth, and alloys thereof are preferably used. It is done. When the upper electrode functions as a positive electrode, metals such as cobalt, nickel, copper, molybdenum, palladium, silver, tantalum, tungsten, platinum, and gold, alloys thereof, TCO, and conductive polymers are preferably used. These may be used alone, or two or more may be mixed or laminated.
上部電極24の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことできる。例えば、塗布や印刷による湿式製膜法、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のPVD法や各種化学的気相製膜法(CVD法)による乾式製膜法などの中から、前記した構成材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って形成することができる。 There is no restriction | limiting in particular about the formation method of the upper electrode 24, It can carry out according to a well-known method. For example, from the wet film forming method by coating or printing, the vacuum deposition method, the sputtering method, the PVD method such as the ion plating method, the dry film forming method by various chemical vapor deposition methods (CVD method), etc. It can be formed according to a method appropriately selected in consideration of suitability with the constituent material.
上部電極24をパターニングする場合は、フォトリソグラフィなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、シャドウマスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等を行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。 When patterning the upper electrode 24, it may be performed by chemical etching such as photolithography, or may be performed by physical etching using a laser or the like, or vacuum deposition or sputtering may be performed with a shadow mask overlapped. However, it may be performed by a lift-off method or a printing method.
また、上部電極24と半導体層との間に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の弗化物、酸化物等による誘電体層を0.1〜5nmの厚みで挿入してもよい。この誘電体層は、一種の電子注入層と見ることもできる。誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のPVD法により形成することができる。 Further, a dielectric layer made of an alkali metal or alkaline earth metal fluoride or oxide may be inserted between the upper electrode 24 and the semiconductor layer in a thickness of 0.1 to 5 nm. This dielectric layer can also be regarded as a kind of electron injection layer. The dielectric layer can be formed by, for example, a PVD method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method.
上部電極24の厚みは、その構成材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、導電性の観点から、通常、0.01μm〜10μm程度であり、0.05μm〜1μmが好ましい。 The thickness of the upper electrode 24 can be appropriately selected depending on the constituent material and cannot be generally defined. However, from the viewpoint of conductivity, it is usually about 0.01 μm to 10 μm, and 0.05 μm to 1 μm is preferable.
<その他の半導体層>
必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、電子注入層、正孔阻止層、励起子拡散防止層等の補助層を有していてもよい。なお、本明細書において、透明導電フィルム1と上部電極24の間に形成された、バルクヘテロ層、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層、励起子拡散防止層など、電子や正孔を輸送する層の総称として「半導体層」の言葉を用いる。
<Other semiconductor layers>
If necessary, it may have auxiliary layers such as a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, a hole blocking layer, and an exciton diffusion preventing layer. In this specification, a bulk hetero layer, a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, an electron transport layer, and a hole blocking formed between the transparent conductive film 1 and the upper electrode 24 are used. The term “semiconductor layer” is used as a general term for layers that transport electrons and holes, such as layers and exciton diffusion prevention layers.
有機薄膜太陽電池2は、上記半導体層の結晶化やバルクヘテロ層の相分離促進を目的として、種々の方法でアニールしてもよい。アニールの方法としては、蒸着中の基板温度を50℃〜150℃に加熱する方法や、塗布後の乾燥温度を50℃〜150℃とする方法などがある。また、第二電極の形成が終了したのちに50℃〜150℃に加熱してアニールしてもよい。 The organic thin film solar cell 2 may be annealed by various methods for the purpose of crystallization of the semiconductor layer and promotion of phase separation of the bulk hetero layer. Examples of the annealing method include a method of heating the substrate temperature during vapor deposition to 50 ° C. to 150 ° C. and a method of setting the drying temperature after coating to 50 ° C. to 150 ° C. Further, after the formation of the second electrode is completed, annealing may be performed by heating to 50 ° C. to 150 ° C.
<保護層>
有機薄膜太陽電池2は、保護層によって保護されていてもよい。保護層の材料としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化珪素(SiOx)、酸化チタン、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物、窒化珪素(SiNx)等の金属窒化物、窒化酸化珪素(SiOxNy)等の金属窒化酸化物(金属酸化窒化物)、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム、弗化カルシウム等の金属弗化物、ダイヤモンド状炭素(DLC)、などの無機材料が挙げられる。また、有機材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリパラキシリレン、ポリビニルアルコール等のポリマーが挙げられる。これらのうち、金属の酸化物、窒化物、窒化酸化物やDLCが好ましく、珪素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が特に好ましい。保護層は単層でも多層構成であっても良い。保護層の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、MBE(分子線エピタキシ)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法などのPVD法や、原子層堆積法(ALD法またはALE法)を含む各種CVD法、塗布法、印刷法、転写法を適用できる。
<Protective layer>
The organic thin film solar cell 2 may be protected by a protective layer. Materials for the protective layer include metal oxides such as magnesium oxide, aluminum oxide, silicon oxide (SiO x ), titanium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, and hafnium, and metal nitride such as silicon nitride (SiN x ). Metal nitride oxides (metal oxynitrides) such as silicon nitride oxide (SiO x N y ), metal fluorides such as lithium fluoride, magnesium fluoride, aluminum fluoride, calcium fluoride, diamond-like carbon (DLC) ), And the like. Examples of the organic material include polymers such as polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polyparaxylylene, and polyvinyl alcohol. Of these, metal oxides, nitrides, nitride oxides and DLC are preferred, and silicon, aluminum oxides, nitrides and nitride oxides are particularly preferred. The protective layer may be a single layer or a multilayer structure. The method for forming the protective layer is not particularly limited. For example, the vacuum deposition method, the sputtering method, the MBE (molecular beam epitaxy) method, the cluster ion beam method, the ion plating method, the plasma polymerization method, or the like, Various CVD methods including a layer deposition method (ALD method or ALE method), coating methods, printing methods, and transfer methods can be applied.
<ガスバリア層>
水分子や酸素分子など活性因子の浸透を阻止する目的の保護層を特にガスバリア層ともいい、有機薄膜太陽電池はガスバリア層を有することが好ましい。ガスバリア層は、水分子や酸素分子等の活性因子を遮断する層であれば、特に制限はないが、保護層として先に例示した材料が通常利用される。これらは純物質でもよいし、複数組成からなる混合物や傾斜組成でもよい。これらのうち、珪素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が好ましい。
<Gas barrier layer>
A protective layer intended to prevent the penetration of active factors such as water molecules and oxygen molecules is also called a gas barrier layer, and the organic thin-film solar cell preferably has a gas barrier layer. The gas barrier layer is not particularly limited as long as it is a layer that blocks active factors such as water molecules and oxygen molecules, but the materials exemplified above as the protective layer are usually used. These may be pure substances, or may be a mixture of multiple compositions or a gradient composition. Of these, silicon, aluminum oxide, nitride, and nitride oxide are preferable.
ガスバリア層は単層でも、複数層でも良い。有機材料層と無機材料層の積層でも良く、複数の無機材料層と複数の有機材料層の交互積層でも良い。有機材料層は平滑性があれば特に制限はないが、(メタ)アクリレートの重合物からなる層などが好ましく例示される。無機材料層は、上述の保護層材料が好ましく、珪素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が特に好ましい。 The gas barrier layer may be a single layer or a plurality of layers. An organic material layer and an inorganic material layer may be laminated, or a plurality of inorganic material layers and a plurality of organic material layers may be alternately laminated. Although there will be no restriction | limiting in particular if an organic material layer has smoothness, The layer etc. which consist of a polymer of (meth) acrylate are illustrated preferably. The above-mentioned protective layer material is preferable for the inorganic material layer, and silicon, aluminum oxide, nitride, and nitride oxide are particularly preferable.
無機材料層の厚みに関しては特に限定されないが、1層に付き、通常は5〜500nmであり、好ましくは10〜200nmである。無機材料層は複数のサブレイヤーから成る積層構造であってもよい。この場合、各サブレイヤーが同じ組成であっても異なる組成であってもよい。また、米国特許出願公開2004/0046497号明細書に開示してあるようにポリマーからなる有機材料層との界面が明確で無く、組成が膜厚方向で連続的に変化する層であってもよい。 Although it does not specifically limit regarding the thickness of an inorganic material layer, It attaches to 1 layer, Usually, it is 5-500 nm, Preferably it is 10-200 nm. The inorganic material layer may have a laminated structure including a plurality of sublayers. In this case, each sublayer may have the same composition or a different composition. Further, as disclosed in US Patent Application Publication No. 2004/0046497, the interface with the organic material layer made of a polymer is not clear, and the layer may be a layer whose composition changes continuously in the film thickness direction. .
<封止フィルム>
ガスバリア層をプラスチックフィルム基板上にあらかじめ形成したものを本発明では封止フィルムと表現している。有機光電変換素子からなる太陽電池を形成した後に、封止フィルムを公知の接着剤やシーラントで貼り合せる製造方法が、該太陽電池の製造工程数を削減できるので好ましく使用されている。特に、太陽電池の支持体10がプラスチックフィルムからなる場合は、支持体の裏面(下部電極を形成しない面)側からも水分子や酸素分子などの活性分子が浸透するので、該太陽電池の両面に封止フィルムを貼り合せる(ラミネートする)ことが好ましい。
<Sealing film>
In the present invention, a gas barrier layer formed in advance on a plastic film substrate is expressed as a sealing film. A production method of bonding a sealing film with a known adhesive or sealant after forming a solar cell made of an organic photoelectric conversion element is preferably used because the number of production steps of the solar cell can be reduced. In particular, when the support 10 of the solar cell is made of a plastic film, active molecules such as water molecules and oxygen molecules penetrate from the back surface (surface not forming the lower electrode) side of the support. It is preferable to attach (laminate) the sealing film to the substrate.
<機能性層>
支持体10の裏面側(下部電極を形成しない面側)には機能性層を設けてもよい。例えば、ガスバリア層、マット剤層、反射防止層、ハードコート層、防曇層、防汚層、易接着層等が挙げられる。このほか、機能性層に関しては特開2006−289627号公報の段落番号〔0036〕〜〔0038〕に詳しく記載されており、ここに記載の機能性層を目的に応じて設けてもよい。
<Functional layer>
A functional layer may be provided on the back side of the support 10 (the side on which the lower electrode is not formed). Examples thereof include a gas barrier layer, a matting agent layer, an antireflection layer, a hard coat layer, an antifogging layer, an antifouling layer, and an easy adhesion layer. In addition, the functional layer is described in detail in paragraphs [0036] to [0038] of JP-A-2006-289627, and the functional layer described herein may be provided according to the purpose.
有機薄膜太陽電池2の厚さは特に限定されないが、光透過性を有する有機薄膜太陽電池とする場合は、50μm〜1mmであることが好ましく、100μm〜500μmであることがより好ましい。 Although the thickness of the organic thin film solar cell 2 is not specifically limited, When setting it as the organic thin film solar cell which has a light transmittance, it is preferable that they are 50 micrometers-1 mm, and it is more preferable that they are 100 micrometers-500 micrometers.
上記のように、透明導電フィルム1は、導電性、光透過性、および平滑性のいずれもが良好である。従って透明導電フィルム1を正極として備えた本発明の光電変換素子は、上部電極24(負極)との短絡故障の発生が抑制され、変換効率の優れたものとなる。 As described above, the transparent conductive film 1 has good conductivity, light transmittance, and smoothness. Therefore, the photoelectric conversion element of the present invention provided with the transparent conductive film 1 as a positive electrode is suppressed in occurrence of short circuit failure with the upper electrode 24 (negative electrode), and has excellent conversion efficiency.
なお、上記では、最も単純な構造の有機薄膜太陽電池2について説明したが、透明導電フィルム1は、複数の光電変換層を積層した、いわゆるタンデム型構成の有機薄膜太陽電池等、種々の態様の有機薄膜太陽電池にも適用可能である。タンデム型素子の場合は直列接続型であっても、並列接続型であってもよい。 In addition, although the organic thin film solar cell 2 of the simplest structure was demonstrated above, the transparent conductive film 1 of various aspects, such as an organic thin film solar cell of what is called a tandem structure which laminated | stacked the several photoelectric converting layer, etc. It is applicable also to an organic thin film solar cell. In the case of a tandem type element, it may be a serial connection type or a parallel connection type.
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。 Examples and comparative examples according to the present invention will be described.
(実施例1)
<補助金属配線の形成>
支持体としてポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム(100μm厚、50mm角)を用意し、一表面に、補助金属配線として、0.01mm幅、0.2mmピッチ、2μm厚の正方格子状の補助銀配線を形成した。
Example 1
<Formation of auxiliary metal wiring>
A polyethylene naphthalate (PEN) film (100 μm thick, 50 mm square) is prepared as a support, and on one surface, as auxiliary metal wiring, 0.01 mm width, 0.2 mm pitch, and 2 μm thick square lattice auxiliary silver wiring Formed.
補助銀配線の形成方法は、以下の通りとした。 The method for forming the auxiliary silver wiring was as follows.
[ハロゲン化銀乳剤の調製]
反応容器内で下記溶液Aを34℃に保ち、特開昭62−160128号公報記載の混合撹拌装置を用いて高速に撹拌しながら、硝酸(濃度6%)を用いて水素イオン濃度pHを2.95に調整した。引き続き、ダブルジェット法を用いて下記溶液Bと下記溶液Cを一定の流量で8分6秒間かけて添加した。添加終了後に、炭酸ナトリウム(濃度5%)を用いてpHを5.90に調整し、続いて下記溶液Dと溶液Eを添加した。
[Preparation of silver halide emulsion]
The following solution A was kept at 34 ° C. in the reaction vessel, and the hydrogen ion concentration pH was adjusted to 2 using nitric acid (concentration 6%) while stirring at high speed using the mixing and stirring apparatus described in JP-A-62-160128. .95. Subsequently, the following solution B and the following solution C were added at a constant flow rate over 8 minutes and 6 seconds using the double jet method. After completion of the addition, the pH was adjusted to 5.90 using sodium carbonate (concentration 5%), and then the following solution D and solution E were added.
(溶液A)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 18.7g
塩化ナトリウム 0.31g
溶液I(下記) 1.59cm3
純水 1,246cm3
(Solution A)
Alkali-treated inert gelatin (average molecular weight 100,000) 18.7g
Sodium chloride 0.31g
Solution I (below) 1.59 cm 3
Pure water 1,246cm 3
(溶液B)
硝酸銀 169.9g
硝酸(濃度6%) 5.89cm3
純水にて全量を317.1cm3とした。
(Solution B)
169.9g of silver nitrate
Nitric acid (concentration 6%) 5.89 cm 3
The total amount was 317.1 cm 3 with pure water.
(溶液C)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 5.66g
塩化ナトリウム 58.8g
臭化カリウム 13.3g
溶液I(下記) 0.85cm3
溶液II(下記) 2.72cm3
純水にて全量を317.1cm3とした。
(Solution C)
Alkali-treated inert gelatin (average molecular weight 100,000) 5.66 g
Sodium chloride 58.8g
13.3 g of potassium bromide
Solution I (below) 0.85 cm 3
Solution II (below) 2.72 cm 3
The total amount was 317.1 cm 3 with pure water.
(溶液D)
2−メチル−4ヒドロキシ−1,3,3a,7−テトラアザインデン 0.56g
純水 112.1cm3
(Solution D)
2-Methyl-4hydroxy-1,3,3a, 7-tetraazaindene 0.56 g
Pure water 112.1cm 3
(溶液E)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 3.96g
溶液I(下記) 0.40cm3
純水 128.5cm3
(Solution E)
Alkali-treated inert gelatin (average molecular weight 100,000) 3.96 g
Solution I (below) 0.40 cm 3
Pure water 128.5cm 3
〈溶液I〉
ポリイソプロピレンポリエチレンオキシジ琥珀酸エステルナトリウム塩の10質量%メタノール溶液
<Solution I>
10% by mass methanol solution of polyisopropylene polyethylene oxydioxalate sodium salt
〈溶液II〉
六塩化ロジウム錯体の10質量%水溶液
<Solution II>
10% by weight aqueous solution of rhodium hexachloride complex
上記操作終了後に、常法に従い40℃にてフロキュレーション法を用いて脱塩及び水洗処理を施し、溶液Fと防黴剤を加えて60℃でよく分散し、40℃にてpHを5.90に調整して、最終的に臭化銀を10mol%含む平均粒子径0.09μm、変動係数10%の塩臭化銀立方体粒子乳剤を得た。 After completion of the above operation, desalting and washing with water using a flocculation method are performed at 40 ° C. according to a conventional method. To 90.90 to obtain a silver chlorobromide cubic grain emulsion finally containing 10 mol% of silver bromide and having an average grain size of 0.09 μm and a coefficient of variation of 10%.
(溶液F)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 16.5g
純水 139.8cm3
(Solution F)
Alkali-treated inert gelatin (average molecular weight 100,000) 16.5g
Pure water 139.8cm 3
上記塩臭化銀立方体粒子乳剤に対し、チオ硫酸ナトリウムをハロゲン化銀1mol当たり20mg用い、40℃にて80分間化学増感を行い、化学増感終了後に4−ヒドロキシ−6−メチル−1,3,3a,7−テトラザインデン(TAI)をハロゲン化銀1mol当たり500mg、1−フェニル−5−メルカプトテトラゾールをハロゲン化銀1mol当たり150mg添加して、ハロゲン化銀乳剤を得た。このハロゲン化銀乳剤のハロゲン化銀粒子とゼラチンの体積比(ハロゲン化銀粒子/ゼラチン)は0.625であった。 The silver chlorobromide cubic grain emulsion was subjected to chemical sensitization at 40 ° C. for 80 minutes using 20 mg of sodium thiosulfate per mol of silver halide, and after completion of chemical sensitization, 4-hydroxy-6-methyl-1, 500 mg of 3,3a, 7-tetrazaindene (TAI) per 1 mol of silver halide and 150 mg of 1-phenyl-5-mercaptotetrazole per 1 mol of silver halide were added to obtain a silver halide emulsion. This silver halide emulsion had a volume ratio of silver halide grains to gelatin (silver halide grains / gelatin) of 0.625.
[塗布]
さらに硬膜剤としてテトラキス(ビニルスルホニルメチル)メタンをゼラチン1g当たり200mgの比率となるようにして添加し、また塗布助剤(界面活性剤)として、スルホ琥珀酸ジ(2−エチルヘキシル)ナトリウムを添加し、表面張力を調整した。
[Application]
Furthermore, tetrakis (vinylsulfonylmethyl) methane was added as a hardening agent at a ratio of 200 mg / g gelatin, and di (2-ethylhexyl) sodium sulfosuccinate was added as a coating aid (surfactant). The surface tension was adjusted.
こうして得られた塗布液を、銀換算の目付け量が0.625g・m−2となるように、下塗り層を施したPENフィルム基板(支持体)上に塗布した後、50℃24時間のキュア処理を実施して感光材料を得た。 The coating solution thus obtained was applied onto a PEN film substrate (support) with an undercoat layer so that the basis weight in terms of silver was 0.625 g · m −2, and then cured at 50 ° C. for 24 hours. Processing was carried out to obtain a photosensitive material.
[露光]
得られた感光材料を、メッシュパターンのフォトマスク(線幅0.01mm、ピッチ0.2mm)を介して紫外線露光した。
[exposure]
The obtained photosensitive material was exposed to ultraviolet rays through a photomask having a mesh pattern (line width 0.01 mm, pitch 0.2 mm).
[化学現像]
露光した感光材料を、下記現像液(DEV−1)を用いて25℃で60秒間の現像処理を行った後、下記定着液(FIX−1)を用いて25℃で120秒間の定着処理を行った。
[Chemical development]
The exposed photosensitive material is subjected to development processing at 25 ° C. for 60 seconds using the following developer (DEV-1), and then subjected to fixing processing at 25 ° C. for 120 seconds using the following fixing solution (FIX-1). went.
(DEV−1)
純水 500cm3
メトール 2g
無水亜硫酸ナトリウム 80g
ハイドロキノン 4g
ホウ砂 4g
チオ硫酸ナトリウム 10g
臭化カリウム 0.5g
水を加えて全量を1000cm3とした。
(DEV-1)
Pure water 500cm 3
Metol 2g
80 g of anhydrous sodium sulfite
Hydroquinone 4g
4g borax
Sodium thiosulfate 10g
Potassium bromide 0.5g
Water was added to bring the total volume to 1000 cm 3 .
(FIX−1)
純水 750cm3
チオ硫酸ナトリウム 250g
無水亜硫酸ナトリウム 15g
氷酢酸 15cm3
カリミョウバン 15g
水を加えて全量を1000cm3とした。
(FIX-1)
Pure water 750cm 3
Sodium thiosulfate 250g
Anhydrous sodium sulfite 15g
Glacial acetic acid 15cm 3
Potash alum 15g
Water was added to bring the total volume to 1000 cm 3 .
[物理現像]
次に、下記物理現像液(PDEV−1)を用いて30℃で10分間物理現像を行った後、水道水で10分間洗い流して水洗処理を行った。
[Physical development]
Next, physical development was performed at 30 ° C. for 10 minutes using the following physical developer (PDEV-1), and then washed with tap water for 10 minutes.
(PDEV−1)
純水 900cm3
クエン酸 10g
クエン酸三ナトリウム 1g
アンモニア水(28%) 1.5g
ハイドロキノン 2.3g
硝酸銀 0.23g
水を加えて全量を1000cm3とした。
(PDEV-1)
Pure water 900cm 3
Citric acid 10g
Trisodium citrate 1g
Ammonia water (28%) 1.5g
Hydroquinone 2.3g
Silver nitrate 0.23g
Water was added to bring the total volume to 1000 cm 3 .
[電解めっき]
物理現像処理の後に、下記電解めっき液を用いて25℃で電解銅めっき処理を施した後、水洗、乾燥処理を行った。なお電解銅めっきにおける電流制御は3Aで1分間、次いで1Aで12分間、計13分間かけて実施した。めっき処理終了後に、水道水で10分間洗い流して水洗処理を行い、乾燥風(50℃)を用いてドライ状態になるまで乾燥した。
[Electrolytic plating]
After the physical development treatment, electrolytic copper plating treatment was performed at 25 ° C. using the following electrolytic plating solution, followed by washing with water and drying treatment. In addition, the current control in electrolytic copper plating was performed over 3 minutes, 3 minutes for 1 minute and then 12 minutes for 1A. After the completion of the plating treatment, the plate was rinsed with tap water for 10 minutes to carry out a water washing treatment, and dried using a dry air (50 ° C.) until it was in a dry state.
(電解めっき液)
硫酸銅(五水和物) 200g
硫酸 50g
塩化ナトリウム 0.1g
水を加えて全量を1000cm3とした。
(Electrolytic plating solution)
Copper sulfate (pentahydrate) 200g
50g of sulfuric acid
Sodium chloride 0.1g
Water was added to bring the total volume to 1000 cm 3 .
<透明樹脂の形成>
以上のようにして補助銀配線を形成した後、光重合開始剤(Lamberti製、Esacure KTO 46)を添加した1,6ヘキサンジオールジアクリレート(新中村化学製)の2‐アセトキシ‐1‐メトキシプロパン(PGMEA)溶液(モノマー組成物)を回転塗布して補助銀配線の開口部を充填した。このとき、補助銀配線の上部表面には若干の塗液が付着している状態であった。
<Formation of transparent resin>
After forming the auxiliary silver wiring as described above, 2-acetoxy-1-methoxypropane of 1,6-hexanediol diacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) to which a photopolymerization initiator (Lamberti, Esacure KTO 46) is added. The (PGMEA) solution (monomer composition) was spin-coated to fill the openings of the auxiliary silver wiring. At this time, a slight coating liquid was attached to the upper surface of the auxiliary silver wiring.
次に、塗布膜全面に対して紫外線(波長365nm)照射して塗布膜を重合させて透明樹脂(平坦化層)を形成して、補助銀配線と透明樹脂を備えた補助電極を形成した。得られた補助電極は、補助銀配線の上部表面が良好に露出され、且つ、平坦性が良好なものであった。 Next, the entire surface of the coating film was irradiated with ultraviolet rays (wavelength 365 nm) to polymerize the coating film to form a transparent resin (planarization layer), thereby forming an auxiliary electrode including auxiliary silver wiring and transparent resin. In the obtained auxiliary electrode, the upper surface of the auxiliary silver wiring was well exposed and the flatness was good.
その後、この補助電極上に、ジメチルスルホキシド(DMSO)を添加したポリエチレンジオキシチオフェン‐ポリスチレンスルホン酸水溶液(PEDOT−PSS:H.C.Starck Clevios製、Clevios PH 500)(以下では「PEDOT−PSS水溶液I」と略記する。)を回転塗布し、100℃で20分間加熱処理して導電性樹脂層(膜厚0.2μm)を形成した。これにより、PEN支持体上形成された透明導電フィルムを得た。得られた透明導電フィルムの表面導電性を確認したところ、良好な導電性が確認された。 Thereafter, a polyethylene dioxythiophene-polystyrene sulfonic acid aqueous solution (PEDOT-PSS: HC Stark Clios, Clevios PH 500) (hereinafter referred to as “PEDOT-PSS aqueous solution”) added with dimethyl sulfoxide (DMSO) on the auxiliary electrode. I ”) and spin-coated at 100 ° C. for 20 minutes to form a conductive resin layer (film thickness 0.2 μm). This obtained the transparent conductive film formed on the PEN support body. When the surface conductivity of the obtained transparent conductive film was confirmed, good conductivity was confirmed.
次に、別組成のPEDOT−PSS水溶液(H.C.Starck Clevios製、Clevios P VP.AI4083)(以下では「PEDOT−PSS水溶液II」と略記する。)を透明導電フィルム上に回転塗布し、100℃で20分間加熱処理した。これにより正孔輸送層(膜厚0.04μm)を形成した。 Next, a PEDOT-PSS aqueous solution having a different composition (manufactured by HC Stark Clevios, Clevios P VP.AI4083) (hereinafter abbreviated as “PEDOT-PSS aqueous solution II”) is spin-coated on the transparent conductive film. Heat treatment was performed at 100 ° C. for 20 minutes. This formed a positive hole transport layer (film thickness 0.04 micrometer).
電子供与材料としてP3HT(Merck製、lisicon SP001)、及び、電子受容材料としてPC61BM(フロンティアカーボン製、nanom spectra E100H)をクロロベンゼンに溶解させた組成物を、乾燥窒素雰囲気で正孔輸送層上に回転塗布し、110℃で20分間加熱処理した。これによりバルクヘテロ接合型の光電変換層(膜厚0.2μm)を形成した。 A composition in which P3HT (manufactured by Merck, licicon SP001) as an electron donating material and PC 61 BM (manufactured by Frontier Carbon, nanom spectra E100H) as an electron accepting material in chlorobenzene was dissolved in a dry nitrogen atmosphere on the hole transport layer. Was spin-coated and heat-treated at 110 ° C. for 20 minutes. Thereby, a bulk heterojunction photoelectric conversion layer (film thickness: 0.2 μm) was formed.
光電変換層上に、弗化リチウム(膜厚1nm)とアルミニウム(膜厚0.4μm)を連続して真空蒸着して上部電極(負極)を形成して有機薄膜太陽電池を得た。上部電極形成時、素子面積が1.1cm2となるようにシャドウマスクを用いた。 On the photoelectric conversion layer, lithium fluoride (film thickness: 1 nm) and aluminum (film thickness: 0.4 μm) were continuously vacuum deposited to form an upper electrode (negative electrode) to obtain an organic thin film solar cell. When forming the upper electrode, a shadow mask was used so that the element area was 1.1 cm 2 .
上記のようにして得られた有機薄膜太陽電池について、PENフィルム支持体の裏面(透明導電フィルムを形成しない面)側から擬似太陽光を80mW・cm−2照射して変換効率を測定した。具体的には、有機薄膜太陽電池へキセノンランプ(Newport製96000)にエアマスフィルタ(Newport製84094)を組合せた光源を照射しながら、ソースメータ(Keithley Instruments製Model 2400)により電圧を印加して電流値を測定した。得られた電流−電圧特性からPeccell I−V Curve Analyzer(ペクセル・テクノロジーズ製ver.2.1)を用いて変換効率を算出した。得られた変換効率は2.5%であった。 About the organic thin-film solar cell obtained as mentioned above, simulated sunlight was irradiated from the back surface (surface which does not form a transparent conductive film) side of a PEN film support 80mW * cm- 2 , and conversion efficiency was measured. Specifically, a current is applied to an organic thin film solar cell by applying a voltage from a source meter (Model 2400 manufactured by Keithley Instruments) while irradiating a light source in which an xenon lamp (Newport 96000) is combined with an air mass filter (Newport 84094). The value was measured. Conversion efficiency was calculated from the obtained current-voltage characteristics using Peccell IV Curve Analyzer (Pexcel Technologies ver. 2.1). The conversion efficiency obtained was 2.5%.
(実施例2)
モノマーとして、ポリエチレングリコールジアクリレート(A−600:新中村化学工業製)を用いた以外は実施例1と同様にして透明導電フィルム及び有機薄膜太陽電池を作製した。得られた透明導電フィルムの表面導電性は良好であり、太陽電池の変換効率は1.6%であった。
(Example 2)
A transparent conductive film and an organic thin film solar cell were produced in the same manner as in Example 1 except that polyethylene glycol diacrylate (A-600: manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) was used as the monomer. The surface conductivity of the obtained transparent conductive film was good, and the conversion efficiency of the solar cell was 1.6%.
(実施例3)
実施例1と同様の補助銀配線に表面処理を施して表面濡れ性を変化させたものを補助金属配線とし、モノマーとして、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA:共栄社化学製)を用い、透明導電層の成膜以降の条件は実施例1と同様にして透明導電フィルム及び有機薄膜太陽電池を作製した。
(Example 3)
The same auxiliary silver wiring as in Example 1 was subjected to a surface treatment to change the surface wettability to make an auxiliary metal wiring, and trimethylolpropane triacrylate (TMPTA: manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) was used as a monomer. The transparent conductive film and the organic thin-film solar cell were produced in the same manner as in Example 1 after the film formation.
表面処理は、支持体ごと0.1mM フッ化チオール溶液(HS- (CH2)11- O- (CF2)5-CF3:アルテック株式会社製FO-001シリーズ)に1時間浸漬した後、エタノールで洗浄し、室温で乾燥させることにより行った。かかるフッ化チオール溶液は、自己組織化単分子膜を形成しやすいことから、表面処理剤として好適である。 The surface treatment is performed by immersing the entire support in a 0.1 mM thiol fluoride solution (HS- (CH 2 ) 11 -O- (CF 2 ) 5 -CF 3 : FO-001 series manufactured by Altec Co., Ltd.) for 1 hour. This was performed by washing with ethanol and drying at room temperature. Such a thiol fluoride solution is suitable as a surface treatment agent because it easily forms a self-assembled monolayer.
また、補助電極形成後、支持体ごと、12wt.%硫酸と5wt.%過酸化水素水に30秒浸漬させて表面処理剤を除去した後に透明導電層の成膜を行った。その結果、得られた透明導電フィルムの表面導電性は良好であり、太陽電池の変換効率は2.7%であった。 After forming the auxiliary electrode, the support was immersed in 12 wt.% Sulfuric acid and 5 wt.% Hydrogen peroxide for 30 seconds to remove the surface treatment agent, and then a transparent conductive layer was formed. As a result, the surface conductivity of the obtained transparent conductive film was good, and the conversion efficiency of the solar cell was 2.7%.
(比較例1)
モノマーとして、TMPTAを用いた以外は実施例1と同様にして透明導電フィルムを作製した。この例では、まず、TMPTAを含むモノマー組成物を補助銀配線上に塗布した段階で、補助銀配線の上面のほぼ全体がモノマー組成物により濡れていることが確認された。また、得られた透明導電フィルムにおいても表面導電性は確認されなかった。透明導電フィルムの断面観察をSEM(走査型電子顕微鏡)により行ったところ、TMPTAが、補助銀配線の上面の表面全体を被覆してしまっていることが確認された。
(Comparative Example 1)
A transparent conductive film was produced in the same manner as in Example 1 except that TMPTA was used as the monomer. In this example, first, it was confirmed that almost the entire upper surface of the auxiliary silver wiring was wetted by the monomer composition when the monomer composition containing TMPTA was applied onto the auxiliary silver wiring. Moreover, surface conductivity was not confirmed also in the obtained transparent conductive film. When cross-sectional observation of the transparent conductive film was performed by SEM (scanning electron microscope), it was confirmed that TMPTA covered the entire surface of the upper surface of the auxiliary silver wiring.
(比較例2)
モノマーとして、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PETIA:ダイセル・サイテック製)を用いた以外は実施例1と同様にして透明導電フィルムを作製した。この例においても、比較例1と同様、PETIAを含むモノマー組成物を補助銀配線上に塗布した段階で、補助銀配線の上面のほぼ全体がモノマー組成物により濡れていることが確認された。また、得られた透明導電フィルムにおいても表面導電性は確認されなかった。比較例1と同様にしての断面観察を行ったところ、PETIAが、補助銀配線の上面の表面全体を被覆してしまっていることが確認された。
(Comparative Example 2)
A transparent conductive film was produced in the same manner as in Example 1 except that pentaerythritol triacrylate (PETIA: manufactured by Daicel Cytec) was used as the monomer. Also in this example, as in Comparative Example 1, it was confirmed that almost the entire upper surface of the auxiliary silver wiring was wetted by the monomer composition when the monomer composition containing PETIA was applied onto the auxiliary silver wiring. Moreover, surface conductivity was not confirmed also in the obtained transparent conductive film. When a cross-sectional observation was performed in the same manner as in Comparative Example 1, it was confirmed that PETIA had covered the entire upper surface of the auxiliary silver wiring.
(評価)
上記実施例1〜3及び比較例1〜2の各例における材料の組み合わせと接触角値、及び評価結果を表1に示す。表中の接触角は、補助金属配線の表面又は透明樹脂の構成材料を平坦な基板上に成膜し、成膜された膜に対する水の接触角である。表1に示されるように、本発明の有効性が確認された。
Table 1 shows combinations of materials, contact angle values, and evaluation results in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. The contact angle in the table is the contact angle of water with respect to the film formed by depositing the surface of the auxiliary metal wiring or the constituent material of the transparent resin on a flat substrate. As shown in Table 1, the effectiveness of the present invention was confirmed.
1 透明導電フィルム
2 有機薄膜太陽電池
10 支持体
11 補助電極
12 導電性樹脂層
22 光電変換層
24 上部電極層
31 透明樹脂(平坦化層)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent conductive film 2 Organic thin film solar cell 10 Support body 11 Auxiliary electrode 12 Conductive resin layer 22 Photoelectric conversion layer 24 Upper electrode layer 31 Transparent resin (flattening layer)
Claims (10)
該補助電極層上に形成された導電性樹脂層とを備え、
前記透明樹脂が、前記補助金属配線の少なくとも表面と親和性の低いモノマー組成物が重合されてなるものであることを特徴とする透明導電フィルム。 An auxiliary electrode layer comprising an auxiliary metal wiring having a plurality of openings, and at least a transparent resin filled in the openings;
A conductive resin layer formed on the auxiliary electrode layer,
The transparent conductive film, wherein the transparent resin is obtained by polymerizing a monomer composition having a low affinity with at least the surface of the auxiliary metal wiring.
有機材料を含む光電変換層と、上部電極とをこの順に積層してなる光電変換素子を備えたことを特徴とする有機薄膜太陽電池。 A support, and the transparent conductive film according to any one of claims 1 to 7,
An organic thin-film solar cell comprising a photoelectric conversion element formed by laminating a photoelectric conversion layer containing an organic material and an upper electrode in this order.
複数の開口部を有する補助金属配線を形成する工程と、
該補助金属配線の少なくとも表面に対して親和性の低いモノマー組成物を、前記開口部及び前記補助金属配線の上面より塗布することにより前記開口部に前記モノマー組成物を充填する工程と、
前記モノマー組成物を重合する工程とを順次実施して補助電極層を形成し、
該補助電極層上に導電性樹脂層を形成することを特徴とする透明導電フィルムの製造方法。 On the support,
Forming an auxiliary metal wiring having a plurality of openings;
Filling the opening with the monomer composition by applying a monomer composition having a low affinity for at least the surface of the auxiliary metal wiring from the upper surface of the opening and the auxiliary metal wiring;
Sequentially performing the step of polymerizing the monomer composition to form an auxiliary electrode layer,
A method for producing a transparent conductive film, comprising forming a conductive resin layer on the auxiliary electrode layer.
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2011
- 2011-07-05 JP JP2011148793A patent/JP2013016671A/en not_active Withdrawn
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