JPH04199687A - photovoltaic element - Google Patents
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- JPH04199687A JPH04199687A JP2326007A JP32600790A JPH04199687A JP H04199687 A JPH04199687 A JP H04199687A JP 2326007 A JP2326007 A JP 2326007A JP 32600790 A JP32600790 A JP 32600790A JP H04199687 A JPH04199687 A JP H04199687A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野]
本発明は、新規なポリシラン化合物を有機半導体層とし
て用いたSIS接合型光起電力素子に関し、更に詳述す
れば本発明は新規なポリシラン化合物よりなる有機半導
体層に屈折率調整剤を分布させた光起電力素子に関する
。Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to a SIS junction type photovoltaic device using a novel polysilane compound as an organic semiconductor layer. The present invention relates to a photovoltaic device in which a refractive index adjusting agent is distributed in an organic semiconductor layer consisting of the following.
[従来の技術J
従来、有機半導体を用いた光起電力素子は収集効率が非
常に低く、光電変換効率が低いため結晶シリコンやアモ
ルファスシリコンを用いたpn接合型、pin接合型光
起電力票子の研究に比較して実用化のための研究がたち
遅れているのが現状である。[Conventional Technology J Conventionally, photovoltaic devices using organic semiconductors have very low collection efficiency and low photoelectric conversion efficiency, so pn junction type and pin junction type photovoltaic devices using crystalline silicon or amorphous silicon have been developed. The current situation is that research for practical application is lagging behind research.
しかし、容易に薄膜形成ができることから生産コストの
低減が期待され、光電変換効率の向上を目的とした有機
半導体に関する研究が種々成されている。However, since thin films can be easily formed, it is expected that production costs will be reduced, and various studies have been conducted on organic semiconductors with the aim of improving photoelectric conversion efficiency.
光起電力素子用に適した有機半導体材料としては、アン
トラセン、テトラセン、メロシアニン、フタロシアニン
、ヒドロキシン・スクウアリリウム、クロロフィル、ビ
ロール等があるが、中でもメロシアニン、フタロシアニ
ン、ヒドロキシン・スクウアリリウム等は光起電力素子
用材料として設計開発された染料で、ショットキー障壁
セルの光電変換効率は、概ねAMOスペクトル光下で0
.2〜1%程度である。 [Jpn J、Appl、
Phys、、20゜5upp1.20−2.135 (
1980)、App、1. Phys、 Lett、
、 32.495(1978)、J、Chem、 Ph
ys、 、 71.1211 (1,979) ]光光
電変換率がこのように低い原因としては、主に有機半導
体におけるキャリアトラップ密度が大きいことが挙げら
れ、キャリアの寿命、移動度共に小さく、拡散長も短い
ものとなっているためであると考えられている。Organic semiconductor materials suitable for photovoltaic devices include anthracene, tetracene, merocyanine, phthalocyanine, hydroxyne squarylium, chlorophyll, virol, etc. Among them, merocyanine, phthalocyanine, hydroxyne squaryllium, etc. are suitable for photovoltaic devices. The photoelectric conversion efficiency of the Schottky barrier cell is approximately 0 under AMO spectrum light.
.. It is about 2 to 1%. [Jpn J, Appl,
Phys,,20゜5upp1.20-2.135 (
1980), App, 1. Phys, Lett.
, 32.495 (1978), J. Chem, Ph.
ys, , 71.1211 (1,979) ] The reason for such a low photovoltaic conversion rate is mainly due to the high carrier trap density in organic semiconductors. It is thought that this is because the length is also short.
また、一般に有機半導体は抵抗率が大きいので、オーム
接触を作りに(く、更に、入射光強度の増大にともなっ
て光電変換効率が低下するなどの問題点が指摘されてい
る。Furthermore, since organic semiconductors generally have a high resistivity, it is difficult to make ohmic contacts, and furthermore, problems have been pointed out, such as a decrease in photoelectric conversion efficiency as the intensity of incident light increases.
一方、上述した従来の炭素を主骨格とする有機半導体材
料に変わる材料として、ケイ素を主骨格とするポリシラ
ン化合物が注目されつつある。On the other hand, polysilane compounds having silicon as a main skeleton are attracting attention as materials to replace the above-mentioned conventional organic semiconductor materials having carbon as main skeleton.
古(は、ポリシランは溶剤に不溶のものと報告されてい
たが [ザ・ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル
・ソサエティー;±、2291pp(1924)] 、
近年、ポリシランが溶剤可溶性であり、フィルム形成が
容易であることが報告され[ザ・ジャーナル・オブ・ア
メリカン・セラミック・ソサエティー;旦、504 p
p (1978)]注目を集めるようになった。さらに
ポリシランは紫外線照射で光分解を起こすためレジスト
に応用する研究が報告されている[特開昭60−984
31号公報、特開昭60−119550号公報]。In ancient times, polysilane was reported to be insoluble in solvents [The Journal of the American Chemical Society; ±, 2291pp (1924)],
In recent years, it has been reported that polysilane is soluble in solvents and can be easily formed into films [The Journal of the American Ceramic Society; Dan, 504 p.
p (1978)] began to attract attention. Furthermore, since polysilane photodecomposes when exposed to ultraviolet rays, research has been reported to apply it to resists [JP-A-60-984]
No. 31, JP-A-60-119550].
また、ポリシランは主鎖のσ−結合によって電荷の移動
が可能な光半導体の特性を持ち、 [フィジカル・レビ
ュー;B長、2818 pp(1987)]電子写真感
光体への応用も期待されるようになった。しかし、この
ような電子材料への適用のためには、ポリシラン化合物
は溶剤可溶性でフィルム形成能があるだけではなく、微
細な欠陥のないフィルム形成、均質性の高いフィルム形
成のできることが必要となる。電子材料においては微細
な欠陥も許されないため、置換基についても構造が明確
でフィルム形成に異常を発生させない高品位のポリシラ
ン化合物が要求されている。In addition, polysilane has the property of a photosemiconductor in which charge can be transferred through the σ-bonds in its main chain, and it is expected to be applied to electrophotographic photoreceptors [Physical Review; B length, 2818 pp (1987)]. Became. However, in order to be applied to such electronic materials, polysilane compounds must not only be soluble in solvents and capable of forming films, but also be capable of forming films without minute defects and with high homogeneity. . Since even minute defects are unacceptable in electronic materials, there is a demand for high-quality polysilane compounds that have clear substituent structures and do not cause abnormalities in film formation.
従来からポリシラン化合物に関する合成研究例は種々報
告があるが、電子材料として用いるにはまだ問題点を残
している。低分子量のポリシラン化合物では全てのSi
基に有機基が置換した構造のものが報告されている〔ザ
・ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエテ
ィー[Journalof American Che
mical 5ociety ; 94. (11)3
806 pp(1972)] 、]特公昭63−380
33号公報]前者の刊行物に記載のものはジメチルシラ
ンの末端基にメチル基を置換した構造であり、後者の刊
行物に記載のものはジメチルシランの末端基にアルコキ
シ基を置換した構造であるが、いずれも重合度が2〜6
であり、高分子の特徴を示さない。つまり、低分子量の
ためにそのままではフィルム形成能がなく、産業上の利
用は難しい。高分子量のポリシラン化合物で全てのSi
基に有機基を置換した構造のものが最近報告されている
[日経ニューマテリアル8月15日号46ページ(19
88)]力゛濱、特殊な反応中間体を経由するため、合
成収率の低下が予想され工業的な大量生産は困難である
。Although various synthetic research examples regarding polysilane compounds have been reported, there are still problems in using them as electronic materials. In low molecular weight polysilane compounds, all Si
A structure in which the base is substituted with an organic group has been reported [Journal of American Chemical Society [Journal of American Che
mical 5ociety; 94. (11)3
806 pp (1972)], ]Special Publication 1986-380
Publication No. 33] The structure described in the former publication has a structure in which the terminal group of dimethylsilane is substituted with a methyl group, and the structure described in the latter publication has a structure in which the terminal group of dimethylsilane is substituted with an alkoxy group. However, both have a degree of polymerization of 2 to 6.
, and does not exhibit macromolecular characteristics. In other words, due to its low molecular weight, it does not have film-forming ability as it is, making it difficult to use industrially. High molecular weight polysilane compound removes all Si
A structure in which the base is substituted with an organic group has recently been reported [Nikkei New Materials, August 15 issue, page 46 (19
88)] Since the process involves special reaction intermediates, a decrease in the synthesis yield is expected, making industrial mass production difficult.
また、ポリシラン化合物の合成方法が[ザ・ジャーナル
・オブ・オルガノメタリック・ケミストリー、 198
pp、C27,(1980)又はザ・ジャーナル・オブ
・ポリマー・サイエンス、ポリマー・ケミストリー・エ
デイジョン;Vol、22,159−170pp(19
84)]により報告されている。しかし、報告されてい
るいずれの合成方法もポリシラン主鎖の縮合反応のみで
、末端基については全く言及はない。そしていずれの合
成方法の場合も未反応のクロル基や副反応による副生物
の生成があり、所望のポリシラン化合物を定常的に得る
のは回能である。In addition, a method for synthesizing polysilane compounds is described in [The Journal of Organometallic Chemistry, 198
pp, C27, (1980) or The Journal of Polymer Science, Polymer Chemistry Edition; Vol, 22, 159-170pp (19
84)]. However, all of the reported synthesis methods involve only a condensation reaction of the polysilane main chain, and there is no mention of terminal groups. In any of the synthesis methods, unreacted chlorine groups and byproducts are produced due to side reactions, and the ability to constantly obtain the desired polysilane compound is dependent on efficiency.
前記のポリシラン化合物を光導電体として使用する例も
、報告されているが(u、 s、 p、隘461855
1、u、 s、 p、隘4772525、特開昭62−
269964号公報)、未反応のクロル基や副反応によ
る副生物の影響が推測される。Examples of using the above-mentioned polysilane compounds as photoconductors have also been reported (U, S, P, 隘461855
1, u, s, p, 隘4772525, JP-A-62-
269964), the influence of unreacted chloro groups and by-products due to side reactions is presumed.
U、S、P、Nl 4618551では、前記のポリシ
ラン化合物を電子写真感光体として用いているが、一般
の複写機では印加電位が500〜800Vで良いのに、
異常に高い印加電位1000 Vを用いている。これは
通常の電位ではポリシランの構造欠陥により電子写真感
光体に欠陥を生じ、画像上の斑点状の異常現象を消失さ
せるためと考えられる。また、特開昭62−26996
4号公報では前記のポリシラン化合物を用いて電子写真
感光体を作製し、光感度を測定しているが、光感度が遅
く、従来知られているセレン感光体や有機感光体に比べ
何の利点も持たない。In U, S, P, Nl 4618551, the above-mentioned polysilane compound is used as an electrophotographic photoreceptor, but although the applied potential is only 500 to 800 V in a general copying machine,
An abnormally high applied potential of 1000 V is used. This is thought to be because, at a normal potential, structural defects in polysilane cause defects in the electrophotographic photoreceptor, and the abnormal spot-like phenomenon on the image disappears. Also, JP-A-62-26996
In Publication No. 4, an electrophotographic photoreceptor was prepared using the above-mentioned polysilane compound and its photosensitivity was measured, but the photosensitivity was slow and there was no advantage compared to conventionally known selenium photoreceptors or organic photoreceptors. I don't have either.
このような電子材料に利用するためには、まだ数多くの
問題点を残し、産業上に利用できるポリシラン化合物は
未だ提供されていないのが実状であり、特に、良好な半
導体特性が要求される光起電力素子への応用に関しては
全く検討がなされていない。In order to be used in such electronic materials, there are still many problems, and the reality is that polysilane compounds that can be used industrially have not yet been provided. No study has been made regarding its application to electromotive force elements.
[発明が解決しようとする課題]
本発明の目的は、前述の従来技術の問題点を解決し、安
価で、大面積に亘り均一で、光電変換効率が高効率の、
有機半導体を用いた光起電力素子を提供することにある
。[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and to provide a method that is inexpensive, uniform over a large area, and has high photoelectric conversion efficiency.
An object of the present invention is to provide a photovoltaic device using an organic semiconductor.
本発明の他の目的は、従来の有機半導体より大幅に特性
改善のなされた新規なポリシラン化合物を半導体層とし
て用いた光起電力素子を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a photovoltaic device using, as a semiconductor layer, a novel polysilane compound whose properties are significantly improved over conventional organic semiconductors.
更に、本発明の他の目的は、入射光強度の変化及び経時
変化に対して安定な光起電力素子を提供することにある
。Furthermore, another object of the present invention is to provide a photovoltaic element that is stable against changes in incident light intensity and changes over time.
また、本発明の他の目的は光起電力素子への光入射量を
高め、光電変換効率を向上させた光起電力素子を提供す
ることにある。Another object of the present invention is to provide a photovoltaic device that increases the amount of light incident on the photovoltaic device and improves photoelectric conversion efficiency.
[課題を解決するための手段]
本発明は、前記目的を達成すべく本発明者が鋭意研究を
重ねたところ、下記一般式(1)で表される直鎖状ポリ
シラン化合物が従来の有機半導体に比較して飛躍的に特
性改善がなされることを発見し、更にこれを光起電力素
子として十分に動作、機能させるべく研究を重ね完成す
るに至ったものである。その骨子とするところは、(1
)一般式(I)
(但し、式中、R+は炭素数1又は2のアルキル基、R
2は炭素数3乃至8のアルキル基、シクロアルキル基、
アリール基又はアラルキル基、R3は炭素数1乃至4の
アルキル基、R4は炭素数1乃至4のアルキル基をそれ
ぞれ示す。A、A’は、それぞれ炭素数4乃至12のア
ルキル基、シクロアルキル基、アリール基又はアラルキ
ル基であり、両者は同じであっても或いは異なってもよ
い。n、mは、ポリマー中の総モノマーに対するそれぞ
れのモノマー数の割合を示すモル比であり、n+m=
1となり、0<n≦1.0≦m<1である。)
で表され重量平均分子量が6000乃至200000で
あるポリシラン化合物を有機半導体層として用いると共
に、屈折率が有機半導体と相異なる屈折率調整剤を前記
有機半導体層の膜厚方向に沿って分布させてSIS接合
型光起電力素子を構成するもので、また
(2)一般式(1)で示されるポリシラン化合物におい
て、A及びAoが炭素数5乃至12のアルキル基、又は
シクロアルキル基であること、更に(3)有機半導体層
における屈折率が光入射方向に沿って徐々に増大してな
ることを含むものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, the present inventor has made extensive research, and it has been found that a linear polysilane compound represented by the following general formula (1) can be used as a conventional organic semiconductor. They discovered that the characteristics were dramatically improved compared to the conventional photovoltaic device, and completed research to make it fully operational and functional as a photovoltaic device. The main points are (1)
) General formula (I) (wherein, R+ is an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, R
2 is an alkyl group having 3 to 8 carbon atoms, a cycloalkyl group,
An aryl group or an aralkyl group, R3 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R4 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. A and A' each represent an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group having 4 to 12 carbon atoms, and they may be the same or different. n and m are molar ratios indicating the proportion of each monomer number to the total monomers in the polymer, and n+m=
1, and 0<n≦1.0≦m<1. ) and having a weight average molecular weight of 6,000 to 200,000 as the organic semiconductor layer, and a refractive index adjusting agent having a refractive index different from that of the organic semiconductor is distributed along the thickness direction of the organic semiconductor layer. In the polysilane compound that constitutes the SIS junction type photovoltaic device and is represented by the general formula (1), A and Ao are an alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, or a cycloalkyl group; Furthermore, (3) the refractive index of the organic semiconductor layer gradually increases along the direction of light incidence.
以下5本発明の詳細な説明する。Hereinafter, five aspects of the present invention will be explained in detail.
本発明により提供される、−数式(1)で表され重量平
均分子量が6000乃至200000である新規なポリ
シラン化合物は、クロル基や副反応生成基を全く持たず
全てのSL基が酸素を含有しない特定の有機基で置換さ
れたものであって、前付がなく、トルエン、ベンゼン、
キシレン等の芳香族系溶剤、ジクロロメタン、ジクロロ
エタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン系溶剤
、その化テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン等
の溶剤に易溶であり、優れたフィルム形成能を有するも
のである。そして本発明の該ポリシラン化合物をもって
形成したフィルムは均質にして均一膜厚のもので、優れ
た耐熱性を有し、硬度に富み且つ靭性(toughne
sslに富むものである。The novel polysilane compound provided by the present invention, represented by the formula (1) and having a weight average molecular weight of 6,000 to 200,000, has no chlorine groups or side reaction-forming groups, and all SL groups do not contain oxygen. Substituted with a specific organic group, without a prefix, toluene, benzene,
It is easily soluble in aromatic solvents such as xylene, halogenated solvents such as dichloromethane, dichloroethane, chloroform, and carbon tetrachloride, and solvents such as tetrahydrofuran (THF) and dioxane, and has excellent film-forming ability. . The film formed using the polysilane compound of the present invention is homogeneous and has a uniform thickness, has excellent heat resistance, is rich in hardness, and has toughness.
It is rich in ssl.
こうしたことから本発明により提供される前記ポリシラ
ン化合物は、電子デバイス、中でも光起電力素子の作製
に利用でき、産業上の利用価値の高い高分子物質である
。For these reasons, the polysilane compound provided by the present invention is a polymeric substance that can be used in the production of electronic devices, especially photovoltaic elements, and has high industrial utility value.
本発明により提供される一般式(I)で表される新規な
ポリシラン化合物は、上述したように、その重量平均分
子量が6000乃至200000のものであるが、溶剤
への溶解性およびフィルム形成能の観点からするより好
ましいものは、重量平均分子量が8000乃至1200
00のものであり、最適なものは重量平均分子量が10
000乃至80000のものである。As mentioned above, the novel polysilane compound represented by the general formula (I) provided by the present invention has a weight average molecular weight of 6,000 to 200,000, but has poor solubility in solvents and film-forming ability. More preferable from this point of view are those having a weight average molecular weight of 8000 to 1200.
00, and the optimal one has a weight average molecular weight of 10
000 to 80,000.
なお、重量平均分子量について、それが6000以下で
あるものは高分子の特徴を示さず、フィルム形成能がな
い、また、200000以上であるものは溶剤に対して
の溶解性が悪く、所望のフィルム形成が困難である。Regarding the weight average molecular weight, those with a weight average molecular weight of 6,000 or less do not exhibit the characteristics of polymers and have no film-forming ability, while those with a weight average molecular weight of 200,000 or more have poor solubility in solvents and cannot be used to form the desired film. Difficult to form.
また、本発明の一般式(1)で表される上述のポリシラ
ン化合物は、形成するフィルムについて特に強靭性を望
む場合、その末端基A及びA。Moreover, when the above-mentioned polysilane compound represented by the general formula (1) of the present invention is desired to have particularly strong toughness in the film to be formed, the terminal groups A and A are used.
が、炭素数5乃至12のアルキル基、炭素数5乃至12
のシクロアルキル基、アリール基及びアラルキル基から
なる群から選択される基であることが望ましい。この場
合の最も好ましい本発明のポリシラン化合物は、末端基
A及びA″が炭素数5乃至12のアルキル基及び炭素数
5乃至12のシクロアルキル基の中から選択される基で
ある場合である。is an alkyl group having 5 to 12 carbon atoms, and an alkyl group having 5 to 12 carbon atoms.
Desirably, it is a group selected from the group consisting of a cycloalkyl group, an aryl group, and an aralkyl group. In this case, the most preferred polysilane compound of the present invention is one in which the terminal groups A and A'' are groups selected from an alkyl group having 5 to 12 carbon atoms and a cycloalkyl group having 5 to 12 carbon atoms.
本発明により提供される上述の新規ポリシラン化合物は
、一般につぎのようにして合成することができる。即ち
、酸素及び水分を無くした高純度不活性雰囲気下で、ジ
クロロシランモノマーをアルカリ金属からなる縮合触媒
に接触させてハロゲン脱離と縮重合を行い中間体ポリマ
ーを合成し、得られた該ポリマーを未反応のモノマーと
分離し、該ポリマーに所定のハロゲン化有機試薬をアル
カリ金属からなる縮合触媒の存在下で反応せしめて該ポ
リマーの末端に有機基を縮合せしめることにより合成さ
れる。The above novel polysilane compound provided by the present invention can generally be synthesized as follows. That is, in a high-purity inert atmosphere free of oxygen and moisture, dichlorosilane monomer is brought into contact with a condensation catalyst made of an alkali metal to perform halogen elimination and condensation polymerization to synthesize an intermediate polymer, and the resulting polymer It is synthesized by separating unreacted monomers from the polymer, and reacting the polymer with a predetermined halogenated organic reagent in the presence of a condensation catalyst made of an alkali metal to condense an organic group at the end of the polymer.
上記合成操作にあっては、出発物質たるジクロロシラン
、前記中間体ポリマー、ハロゲン化有機試薬及びアルカ
リ金属縮合触媒は、いずれも酸素や水分との反応性が高
いので、これら酸素や水分が存在する雰囲気の下では本
発明の目的とする上述のポリシラン化合物は得られない
。In the above synthesis operation, the starting material dichlorosilane, the intermediate polymer, the halogenated organic reagent, and the alkali metal condensation catalyst are all highly reactive with oxygen and moisture, so it is necessary to avoid the presence of oxygen and moisture. Under such an atmosphere, the above-mentioned polysilane compound which is the object of the present invention cannot be obtained.
したがって本発明のポリシラン化合物を得る上述の操作
は、酸素及び水分のいずれもが存在しない雰囲気下で実
施することが必要である。このため、反応系に酸素及び
水分のいずれもが存在するところとならないように反応
容器及び使用する試薬の全てについて留意が必要である
0例えば反応容器については、グローブボックス中で真
空吸引とアルゴンガス置換を行って水分や酸素の系内へ
の吸着がないようにする。使用するアルゴンガスは、い
ずれの場合にあっても予めシリカゲルカラムに通し脱水
して、ついで銅粉末を100’Cに加熱したカラムに通
して脱酸素処理して使用する。Therefore, the above-mentioned operation for obtaining the polysilane compound of the present invention needs to be carried out in an atmosphere in which neither oxygen nor moisture is present. For this reason, care must be taken regarding the reaction vessel and all reagents used to ensure that neither oxygen nor moisture is present in the reaction system. Perform substitution to prevent adsorption of moisture and oxygen into the system. In any case, the argon gas used is dehydrated by passing it through a silica gel column in advance, and then deoxidizing the copper powder by passing it through a column heated to 100'C.
出発原料たるジクロロシランモノマーについては、反応
系内への導入直前で脱酸素処理した上述のアルゴンガス
を使用して減圧蒸留を行った後に反応系内に導入する。The dichlorosilane monomer as a starting material is introduced into the reaction system after being distilled under reduced pressure using the above-mentioned argon gas which has been deoxygenated immediately before introduction into the reaction system.
特定の有機基を導入するための上記ハロゲン化有機試薬
及び使用する上記溶剤についても、ジクロロシランモノ
マーと同様に脱酸素処理した後に反応系内に導入する。The halogenated organic reagent and the solvent used for introducing a specific organic group are also deoxidized in the same manner as the dichlorosilane monomer before being introduced into the reaction system.
なお、溶剤の脱水処理は、上述の脱酸素処理したアルゴ
ンガスを使用して減圧蒸留した後、金属ナトリウムで更
に脱水処理する。Note that the solvent is dehydrated by distilling under reduced pressure using the deoxidized argon gas described above, and then further dehydrating with metallic sodium.
上記縮合触媒については、ワイヤー化或いはチップ化し
て使用するが、該操作は無水のパラフィン系溶剤中又は
^r、 Nx等の不活性ガス雰囲気中で行い、酸化が起
こらないようにして使用する。The above condensation catalyst is used in the form of wires or chips, and this operation is carried out in an anhydrous paraffinic solvent or in an atmosphere of an inert gas such as ^r, Nx, etc. to prevent oxidation.
本発明の一般式(I)で表される新規ポリシラン化合物
を製造するに際して使用する出発原料のジクロロシラン
モノマーは、後述する一数式:R+RzSIC1tで表
されるシラン化合物か又はこれと−数式: R5Ra5
iC1*で表されるシラン化合物が選択的に使用される
。The dichlorosilane monomer used as a starting material for producing the novel polysilane compound represented by the general formula (I) of the present invention is a silane compound represented by the following formula: R+RzSIC1t, or a silane compound represented by the formula: R5Ra5.
Silane compounds designated by iC1* are selectively used.
上述の縮合触媒は、ハロゲン脱離して縮合反応をもたら
しめるアルカリ金属が望ましく使用され、該アルカリ金
属の具体例としてリチウム、ナトリウム、カリウムが挙
げられ、中でもリチウム及びナトリウムが好適である。As the above-mentioned condensation catalyst, an alkali metal capable of causing a condensation reaction by eliminating halogen is preferably used, and specific examples of the alkali metal include lithium, sodium, and potassium, with lithium and sodium being preferred.
上述のハロゲン化有機試薬は、A及びAoで表される置
換基を導入するためのものであって、ハロゲン化アルキ
ル化合物、ハロゲン化シクロアルキル化合物、ハロゲン
化アリール化合物及びハロゲン化アラルキル化合物から
なる群から選択される適当な化合物、即ち、−数式:A
−X及び/又は−数式:A’ −x (但し、Xはci
又はBr)で表され、後述する具体例の中の適当な化合
物が選択的に使用される。The above-mentioned halogenated organic reagent is for introducing substituents represented by A and Ao, and is a group consisting of a halogenated alkyl compound, a halogenated cycloalkyl compound, a halogenated aryl compound, and a halogenated aralkyl compound. A suitable compound selected from:
-X and/or -Formula: A' -x (where X is ci
or Br), and appropriate compounds from the specific examples described below are selectively used.
上述の中間体ポリマーを合成するに際して使用する一般
式: R5Ra5iC1*又はこれと−数式:RaR4
5IC12で表されるジクロロシランモノマーは、所定
の溶剤に溶解して反応系に導入される。General formula used in synthesizing the above intermediate polymer: R5Ra5iC1* or this - formula: RaR4
The dichlorosilane monomer represented by 5IC12 is dissolved in a predetermined solvent and introduced into the reaction system.
該溶剤としては、パラフィン系の無極性炭化水素系溶剤
が望ましく使用される。該溶剤の好ましい例としては、
n−ヘキサン、n−オクタン、n−ノナン、n−ドデカ
ン、シクロヘキサン及びシクロオクタンが挙げられる。As the solvent, a paraffinic non-polar hydrocarbon solvent is preferably used. Preferred examples of the solvent include:
Mention may be made of n-hexane, n-octane, n-nonane, n-dodecane, cyclohexane and cyclooctane.
そして生成する中間体ポリマーはこれらの溶剤に不溶で
あることから、該中間体ポリマーを未反応のジクロロシ
ランモノマーから分離するについて好都合である6分離
した中間体ポリマーは、ついで上述のハロゲン化有機試
薬と反応せしめるわけであるが、その際両者は同じ溶剤
に溶解せしめて反応に供される。この場合の溶剤として
はベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤が好
適に使用される。Since the resulting intermediate polymer is insoluble in these solvents, it is convenient to separate the intermediate polymer from unreacted dichlorosilane monomer.6 The separated intermediate polymer is then treated with the above-mentioned halogenated organic reagent. In this case, both are dissolved in the same solvent and subjected to the reaction. In this case, aromatic solvents such as benzene, toluene, and xylene are preferably used as the solvent.
上述のジクロロシランモノマーを上述のアルカリ金属触
媒を使用して縮合せしめて所望の中間体を得るについて
は、反応温度と反応時間を調節することにより得られる
中間体ポリマーの重合度を適宜制御できる。しかしなが
らその際の反応温度は60℃〜130℃の間に設定する
のが望ましい。When the desired intermediate is obtained by condensing the above-mentioned dichlorosilane monomer using the above-mentioned alkali metal catalyst, the degree of polymerization of the resulting intermediate polymer can be appropriately controlled by adjusting the reaction temperature and reaction time. However, the reaction temperature at that time is preferably set between 60°C and 130°C.
以上、説明した本発明の一般式(1)で表される上述の
新規ポリシラン化合物の製造方法の望ましい一態様例を
以下に述べる。A desirable embodiment of the method for producing the novel polysilane compound represented by the general formula (1) of the present invention described above will be described below.
即ち、本発明による上述の新規ポリシラン化合物の製造
方法は、(i)中間体ポリマーを製造する工程と(if
)該中間体ポリマーの末端に置換基A及びAoを導入す
る工程とからなる。That is, the method for producing the above-mentioned novel polysilane compound according to the present invention comprises (i) producing an intermediate polymer;
) Introducing substituents A and Ao to the terminals of the intermediate polymer.
上記(i)の工程はつぎのようにして行われる。The step (i) above is performed as follows.
即ち、反応容器の反応系内を酸素及び水分を完全に除い
てアルゴンで支配され所定の内圧に維持した状態にし、
無水のパラフィン系溶剤と無水の縮合触媒を入れ、つい
で無水のジクロロシランモノマーを入れ、全体を撹拌し
ながら所定温度に加熱して該モノマーの縮合を行う。こ
の際前記ジクロロシランモノマーの縮合度合は、反応温
度と反応時間を調節し、所望の重合度の中間体ポリマー
が生成されるようにする。That is, the reaction system in the reaction vessel is completely free of oxygen and moisture and is dominated by argon and maintained at a predetermined internal pressure.
An anhydrous paraffinic solvent and an anhydrous condensation catalyst are added, followed by an anhydrous dichlorosilane monomer, and the whole is heated to a predetermined temperature while stirring to condense the monomers. At this time, the degree of condensation of the dichlorosilane monomer is controlled by adjusting the reaction temperature and reaction time so that an intermediate polymer having a desired degree of polymerization is produced.
この際の反応は、下記の反応式(i)で表されるように
ジクロロシランモノマーのクロル基と触媒が脱塩反応を
起こしてSi基同志が縮合を繰り返してポリマー化して
中間体ポリマーを生成する。In this reaction, as shown in the reaction formula (i) below, the chloro group of the dichlorosilane monomer and the catalyst cause a desalting reaction, and the Si groups repeat condensation to form a polymer, producing an intermediate polymer. do.
R,R。R,R.
なお、具体的反応操作手順は、パラフィン系溶剤中に縮
合触媒(アルカリ金属)を仕込んでおき、加熱下で撹拌
しながらジクロロシランモノマーを滴下して添加する。The specific reaction procedure is as follows: a condensation catalyst (alkali metal) is placed in a paraffinic solvent, and dichlorosilane monomer is added dropwise while stirring under heating.
ポリマー化の度合は、反応液をサンプリングして確認す
る。The degree of polymerization is confirmed by sampling the reaction solution.
ポリマー化の簡単な確認はサンプリング液を揮発させフ
ィルムが形成できるかで判断できる。縮合が進み、ポリ
マーが形成されると白色固体となって反応系から析出し
てくる。ここで冷却し、反応系からモノマーを含む溶媒
をデカンテーションで分離し、中間体ポリマーを得る。Polymerization can be easily confirmed by evaporating the sampling liquid and determining whether a film can be formed. As the condensation progresses and a polymer is formed, it becomes a white solid that precipitates out of the reaction system. Here, it is cooled, and the solvent containing the monomer is separated from the reaction system by decantation to obtain an intermediate polymer.
ついで、前記(11)の工程を行う、即ち、得られた中
間体ポリマーの末端基のクロル基をハロゲン化有機剤と
縮合触媒(アルカリ金属)を用いて脱塩縮合を行いポリ
マー末端基を所定の有機基で置換する。この際の反応は
下記の反応式(it)で表される。Next, the step (11) is carried out, that is, the terminal chloro groups of the obtained intermediate polymer are subjected to desalting condensation using a halogenated organic agent and a condensation catalyst (alkali metal) to obtain a predetermined polymer terminal group. Substitute with an organic group. The reaction at this time is represented by the following reaction formula (it).
(但し、A=A’ でもよい)
このところは具体的には、ジクロロシランモノマーの縮
合で得られた中間体ポリマーに芳香族系溶剤を加え溶解
する。次に縮合触媒(アルカリ金属)を加え、室温でハ
ロゲン化有機剤を滴下する。この時ポリマー末端基同士
の縮合反応と競合するためハロゲン化有機剤を出発モノ
マーに対して当量に加えて更に0.O1〜0.1当量倍
の過剰量を添加する。徐々に加熱し、80℃〜100℃
で1時間加熱撹拌し、目的の反応を行う。(However, A=A' may also be used.) Specifically, an aromatic solvent is added to the intermediate polymer obtained by condensation of dichlorosilane monomers and dissolved. Next, a condensation catalyst (alkali metal) is added, and a halogenated organic agent is added dropwise at room temperature. At this time, in order to compete with the condensation reaction between polymer end groups, a halogenated organic agent is added in an equivalent amount to the starting monomer, and an additional 0. An excess amount of O1 to 0.1 times the equivalent is added. Gradually heat to 80℃~100℃
Heat and stir for 1 hour to carry out the desired reaction.
反応後冷却し、触媒のアルカリ金属を除去するため、メ
タノールを加える。次にポリシランをトルエンで抽出し
、シリカゲルカラムで精製する。After the reaction is cooled, methanol is added to remove the alkali metal of the catalyst. Next, polysilane is extracted with toluene and purified using a silica gel column.
かくして所望の本発明の新規ポリシラン化合物が得られ
る。Thus, the desired new polysilane compound of the present invention is obtained.
以下、ジクロルシランモノマー、及びハロゲン化有機剤
を具体的に例示する。The dichlorosilane monomer and the halogenated organic agent will be specifically illustrated below.
R3R81C1,びR5R45t(:imの注):下記
の化合物の中、a −2〜16,18,20,21゜2
3、24がR5R45iC1xに用いられ、a−1,2
゜11.1?、19,22,23.25がR5R45i
C1xに用いられる。R3R81C1, and R5R45t (:im note): Among the following compounds, a -2 ~ 16, 18, 20, 21゜2
3,24 is used for R5R45iC1x, a-1,2
゜11.1? , 19, 22, 23.25 are R5R45i
Used for C1x.
(cH,) *5ictt a−1(
fcH,1tcHh 5iC1,a−22f(C1,1
iC1! 5iCI2 a−25A−X及び
A’−Xの−例
(CI1 、CHCl1.CI
、 b−IC11,(CIl、14
CI b−2CI+、
(CH,l SC1b−3
C1l、 fcll、l I 、C1b−4CHI 1
cI1.l %Br b−
14CIls (cHtl + o叶
b−15また、得られるポリシランの具体例を以下に
示す。(cH,) *5ictt a-1(
fcH,1tcHh 5iC1,a-22f(C1,1
iC1! 5iCI2 a-25A-X and A'-X - Examples (CI1, CHCl1.CI
, b-IC11, (CIl, 14
CI b-2CI+,
(CH,l SC1b-3 C1l, fcll,l I, C1b-4CHI 1
cI1. l %Br b-
14CIls (cHtl + o Kano
b-15 Further, specific examples of the polysilane obtained are shown below.
CH3 瓢 CH。CH3 gourd CH.
CI。C.I.
C! H5 C11゜ ■ 1h ■ GH。C! H5 C11゜ ■ 1h ■ G.H.
CH。CH.
CI。C.I.
CIIm(CL) s + Si +T−(CI−)
sCH。CIIm(CL) s + Si +T-(CI-)
sCH.
ξ
CH(CH−1* c−18C
HICH,l。ξ CH(CH-1*c-18C
HICH, l.
CIl。CIl.
C11゜ CIl、 CH。C11゜ CIl, CH.
C113C)I。C113C)I.
CH,CI。CH, CI.
Hs ■ CH。Hs ■ CH.
CH。CH.
■
C11゜
注):上記構造式中のXとYはいずれも単量体重合単位
を示す、そしてnは、X/ (X+Y)、またmは、Y
/ (X+Y)の計算式によりそれぞれ求められる。■C11゜Note): In the above structural formula, both X and Y represent monomer polymerization units, and n is X/ (X+Y), or m is Y
/ (X+Y), respectively.
本発明においては上記の新規ポリシラン化合物を有機半
導体層として用いて光起電力素子を構成するものであり
、以下本発明の光起電力素子の構成について説明する。In the present invention, a photovoltaic device is constructed using the above novel polysilane compound as an organic semiconductor layer, and the structure of the photovoltaic device of the present invention will be explained below.
本発明の光起電力素子は、S I S (Semico
nduc−tor In5ulator Sem1co
nductor)接合を形成することによりポリシラン
半導体層中で生成した少数キャリアを有効に利用して高
い開放電圧を得ることができる。The photovoltaic device of the present invention is manufactured by SIS (Semiconductor)
nduc-tor In5ulator Sem1co
By forming a junction (inductor), minority carriers generated in the polysilane semiconductor layer can be effectively used to obtain a high open circuit voltage.
更に、本発明の光起電力素子において用いられるポリシ
ラン化合物は比較的短波長光に対して感度が高いので、
従来の有機半導体を用いた光起電力素子に比較して高い
開放電圧を得ることができ光電変換効率の大幅な向上が
可能である。Furthermore, since the polysilane compound used in the photovoltaic device of the present invention is sensitive to relatively short wavelength light,
Compared to conventional photovoltaic devices using organic semiconductors, it is possible to obtain a higher open circuit voltage and significantly improve photoelectric conversion efficiency.
本発明の光起電力素子において用いられるポリシラン化
合物は、多くの種類の溶剤に溶は易く、優れたフィルム
形成能を有するので大面積に亙り均一に膜形成ができ、
支持体との密着性にも優れ、特性の均一性にも優れてい
る。The polysilane compound used in the photovoltaic device of the present invention is easily soluble in many types of solvents and has excellent film-forming ability, so that it can be uniformly formed over a large area.
It has excellent adhesion to the support and excellent uniformity of properties.
従って、電力用に大面積を必要とする太陽電池の光起電
力素子として好適に用いることができる。Therefore, it can be suitably used as a photovoltaic element for a solar cell that requires a large area for electric power.
本発明において用いられるポリシラン化合物は、安定し
た分子構造を有するので、特性安定性に優れ、光電変換
効率の経時変化が従来の有機半導体を用いた光起電力素
子に比較して飛躍的に小さく、また、光電変換効率も従
来の有機半導体を用いた光起電力素子に比較して大幅に
向上している。The polysilane compound used in the present invention has a stable molecular structure, so it has excellent property stability, and the change in photoelectric conversion efficiency over time is dramatically smaller than that of conventional photovoltaic devices using organic semiconductors. Furthermore, the photoelectric conversion efficiency is significantly improved compared to conventional photovoltaic devices using organic semiconductors.
また、入射光量の増大にともなう光電変換効率の低下と
いった現象も大幅に改善されている。更に5耐熱性にも
優れ、温度変化の厳しい条件下に右いても安定した出力
特性が得られる。Furthermore, the phenomenon of a decrease in photoelectric conversion efficiency due to an increase in the amount of incident light has been significantly improved. Furthermore, it has excellent heat resistance, and stable output characteristics can be obtained even under conditions of severe temperature changes.
本発明において用いられるポリシラン化合物は、分子量
分布やその側鎖の置換基を変えることで任意に光吸収特
性を変化させることができ使用環境に合わせた光起電力
素子の設計が可能となる。The light absorption properties of the polysilane compound used in the present invention can be arbitrarily changed by changing the molecular weight distribution or the substituents on its side chains, making it possible to design a photovoltaic device tailored to the usage environment.
本発明の光起電力素子において、光入射は金属層側より
行われるので、金属層及び絶縁層における光の吸収をで
きるだけ抑えることが必要である。更に、金属層におい
ては、金属の仕事関数に起因する障壁の高さ、絶縁層に
おいては、障壁の高さ及び少数キャリアのトンネル確率
の大きさが収集効率を大きく支配するので、前記各層の
構成材料及び膜厚を適宜選択することが必要である。In the photovoltaic device of the present invention, since light is incident from the metal layer side, it is necessary to suppress absorption of light in the metal layer and the insulating layer as much as possible. Furthermore, in the case of a metal layer, the height of the barrier caused by the work function of the metal, and in the case of an insulating layer, the height of the barrier and the magnitude of the tunneling probability of minority carriers greatly control the collection efficiency. It is necessary to select the material and film thickness appropriately.
以下に本発明の光起電力素子の層構成の例を示すが、本
発明の光起電力素子はこれにより何ら限定されるもので
はない。Examples of the layer structure of the photovoltaic device of the present invention are shown below, but the photovoltaic device of the present invention is not limited thereby.
第1図(A)および(B)は、本発明の光起電力素子と
して本発明に係わるポリシラン半導体膜を用いた場合の
層構成の典型的な例を模式的に示す図である。FIGS. 1(A) and 1(B) are diagrams schematically showing a typical example of a layer structure when a polysilane semiconductor film according to the present invention is used as a photovoltaic element according to the present invention.
第1図(A)に′示す例は、支持体101上に下部電極
102.屈折率調整剤を半導体層103の膜厚方向に沿
って分布させたポリシラン半導体層103、絶縁層10
4、半導体!105、反射防止膜106、集電電極10
7をこの順に堆積形成した光起電力素子100である。In the example shown in FIG. 1(A), a lower electrode 102 is placed on a support 101. A polysilane semiconductor layer 103 in which a refractive index adjusting agent is distributed along the thickness direction of the semiconductor layer 103, and an insulating layer 10
4. Semiconductors! 105, antireflection film 106, current collecting electrode 10
7 is deposited in this order.
なお、本光起電力素子では反射防止膜106の側より光
の入射が行われる。Note that in this photovoltaic element, light is incident from the antireflection film 106 side.
第1図(B)に示す例は、透光性支持体101上に集電
電極107、反射防止膜106、半導体層105、絶縁
層104、屈折率調整剤を半導体層103の膜厚方向に
沿って分布させたポリシラン半導体層103、下部電極
102をこの順に堆積形成した光起電力素子100であ
る。なお、本光起電力素子では透光性支持体101の側
より光の入射が行われる。In the example shown in FIG. 1(B), a current collector electrode 107, an antireflection film 106, a semiconductor layer 105, an insulating layer 104, and a refractive index adjuster are placed on a transparent support 101 in the thickness direction of the semiconductor layer 103. This is a photovoltaic device 100 in which a polysilane semiconductor layer 103 and a lower electrode 102 are deposited in this order. Note that in this photovoltaic element, light is incident from the transparent support 101 side.
以下、これらの光起電力素子の構成について詳しく説明
する。The configurations of these photovoltaic elements will be explained in detail below.
ボリシランパ
本発明の光起電力素子におけるポリシラン半導体層10
3用に好適に用いられるポリシラン化合物としては、前
述したc−1乃至C−43の新規なポリシラン化合物を
挙げることができる。Polysilane semiconductor layer 10 in the photovoltaic device of the present invention
Examples of polysilane compounds suitably used for No. 3 include the novel polysilane compounds c-1 to C-43 described above.
これらのポリシラン化合物は、良好な半導体特性を有す
るだけでなく、成形性にも優れている。These polysilane compounds not only have good semiconductor properties but also excellent moldability.
支持体上へのフィルム形成法としては、塗布法、スピン
コーティング法、デイプ法、電着法、昇華蒸着法等を挙
げることができ、用いる支持体の形状等により適宜選択
する。Examples of the method for forming a film on the support include a coating method, a spin coating method, a dipping method, an electrodeposition method, and a sublimation vapor deposition method, which are appropriately selected depending on the shape of the support used and the like.
そして、各々のフィルム形成方法において、後述する屈
折率調整剤の分散方法により、屈折率調整剤をポリシラ
ン半導体層中に分布するものである。In each film forming method, the refractive index adjusting agent is distributed in the polysilane semiconductor layer by the refractive index adjusting agent dispersion method described later.
SIS接合を形成し、十分な光電変換効率を得るために
、屈折率調整剤の分散したポリシラン半導体層の膜厚と
しては好ましくはlnm乃至5X10’nm、より好ま
しくは5nm乃至+5X10’nff1、最適には10
nm乃至5X10’止とされるのが望ましい。In order to form an SIS junction and obtain sufficient photoelectric conversion efficiency, the thickness of the polysilane semiconductor layer in which the refractive index adjusting agent is dispersed is preferably lnm to 5X10'nm, more preferably 5nm to +5X10'nff1, and optimally. is 10
It is preferable that the thickness is in the range of nm to 5×10′.
本発明に於いて用いられる屈折率調整剤は、前記ポリシ
ラン化合物にて形成される有機半導体層中にその膜厚方
向に沿って所望の濃度分布を持って分散せしめるが、該
屈折率調整剤の材質としては無機化合物、金属、又は有
機化合物のいずれでも良く、前記ポリシラン化合物中に
均一に分散させることが出来て、且つポリシラン化合物
の有機半導体としての特性を損なわないものが選択され
る。The refractive index adjusting agent used in the present invention is dispersed in the organic semiconductor layer formed of the polysilane compound with a desired concentration distribution along the film thickness direction. The material may be an inorganic compound, metal, or organic compound, and a material is selected that can be uniformly dispersed in the polysilane compound and does not impair the properties of the polysilane compound as an organic semiconductor.
屈折率調整剤として具体的には、CaFm、 LiF。Specifically, the refractive index adjusting agent includes CaFm and LiF.
MgO,SiO,A1*0.CaCO5,MgFt、T
i0t、FezO5,CeO,。MgO, SiO, A1*0. CaCO5, MgFt, T
i0t, FezO5, CeO,.
wO,NaF、CdS、ZnS、BitOn等の無機化
合物、Be。Inorganic compounds such as wO, NaF, CdS, ZnS, BitOn, Be.
Mg、 Ca、 Sr、 Ba、 La、 Ce、 C
r、 Mn、 Nf、 Cu、 Ag、 Au、 AI
、 Sb等の金属、エボナイト、こは(、酒石酸、ショ
糖、パラフィン、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂
、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン、ポリエ
チレン、ポリエステル、ポリスチレン、メタクリル酸メ
チル樹脂、メラミン樹脂等の有機化合物及び合成樹脂を
挙げられ、これらは粉体、又は超微粒子の形で前記ポリ
シラン化合物中に単独又は混合して分散させるのが好ま
しい。Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, C
r, Mn, Nf, Cu, Ag, Au, AI
, metals such as Sb, ebonite, amber (, tartaric acid, sucrose, paraffin, vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, vinyl acetate resin, silicone resin, nylon, polyethylene, polyester, polystyrene, methyl methacrylate resin, melamine resin, etc. These organic compounds and synthetic resins are preferably dispersed in the polysilane compound alone or in combination in the form of powder or ultrafine particles.
具体的分散方法としては、粉体、又は超微粒子状の前記
屈折率調整剤をポリシラン化合物のフィルム形成時に調
製するポリシラン溶解液(ポリシラン化合物を溶剤に溶
解したもの)中に混合し、十分に撹拌を行った調製液を
各種フィルム形成装置にセットし、フィルムを形成させ
ることが望ましい、また、昇華蒸着法等に於いてはポリ
シランフィルム形成時に直接前記屈折率調整剤の超微粒
子をフィルム形成面に噴射させ混入させても良い。As a specific dispersion method, the refractive index adjusting agent in the form of powder or ultrafine particles is mixed into a polysilane solution (a polysilane compound dissolved in a solvent) prepared when forming a film of a polysilane compound, and thoroughly stirred. It is desirable to set the prepared solution in various film forming devices and form a film.Also, when forming a polysilane film using a sublimation vapor deposition method, etc., ultrafine particles of the refractive index adjusting agent are directly applied to the film forming surface. It may be mixed by spraying.
前記屈折率調整剤がポリシラン化合物がら成る有機半導
体層中にその膜厚方向に沿って分散しているその分布形
としては、本発明に於いて用いられる金属層、絶縁層の
屈折率、及びこれらに接合されるポリシラン化合物フィ
ルムの屈折率との関係に於いて適宜決定されるが、好ま
しくは光の入射側から徐々に屈折率が増大するようにす
るのが望ましい。そして、千の屈折率の変化率は比較的
緩やかな方が好ましいが、階段状であっても各々の変化
率の差が小さければ特に支障はない。The refractive index adjusting agent is dispersed in the organic semiconductor layer made of a polysilane compound along the thickness direction of the organic semiconductor layer. Although the refractive index is appropriately determined in relation to the refractive index of the polysilane compound film bonded to the refractive index, it is preferable that the refractive index gradually increases from the light incident side. Although it is preferable that the rate of change of the refractive index is relatively gentle, there is no particular problem even if the rate of change is step-like as long as the difference between the rates of change is small.
前記分布形の形成方法は、具体的には、(i)ポリシラ
ン化合物フィルム形成用のポリシラン溶解液中に混合さ
せる前記屈折率調整剤の濃度を変えた調製液を数種類調
製し、濃度の異なる前記調製液を用いて順次ポリシラン
フィルムを形成、積層させる方法、(ii)前記ポリシ
ラン溶解液を吐出させる工程において、前記屈折率調整
剤の粉末又は超微粒子を前記ポリシラン溶解液中に連続
的に導入量を変化させながら混合、撹拌しつつ基板上に
塗布、又は吐出させる方法、(iii)電解電圧を連続
的に変化させ、また電解液中に分散させる前記屈折率調
整剤の濃度を連続的に変化させる方法、(LV)ポリシ
ラン化合物の昇華速度を連続的に変化させ、また昇華雰
囲気中に混入させる前記屈折率調整剤の量を連続的に変
化させる方法、(V)上記各々の方法に於いて屈折率調
整剤の濃度の変わりに種類、組成を変えた方法等が挙げ
られる。Specifically, the method for forming the distribution shape includes (i) preparing several types of preparation solutions with different concentrations of the refractive index adjusting agent to be mixed into a polysilane solution for forming a polysilane compound film, and A method of sequentially forming and laminating a polysilane film using a prepared solution, (ii) a step of discharging the polysilane solution, in which the amount of powder or ultrafine particles of the refractive index adjusting agent is continuously introduced into the polysilane solution (iii) Continuously changing the electrolytic voltage and continuously changing the concentration of the refractive index adjusting agent dispersed in the electrolytic solution. (LV) a method of continuously changing the sublimation rate of the polysilane compound and continuously changing the amount of the refractive index modifier mixed into the sublimation atmosphere; (V) each of the above methods. Examples include a method in which the type or composition of the refractive index adjusting agent is changed instead of the concentration.
本発明に於いて、前記ポリシラン化合物で構成される有
機半導体層中に分散させる前記屈折率調整剤の濃度は、
ポリシラン化合物の有機半導体としての特性、及び物理
的、機械的特性等を損わない範囲に保たれることが望ま
しい。そして、その範囲は用いるポリシラン化合物、及
び屈折率調整剤の種類、組合せによってそれぞれ異なる
ので一概に定義することは困難である。In the present invention, the concentration of the refractive index adjusting agent dispersed in the organic semiconductor layer composed of the polysilane compound is as follows:
It is desirable that the content be maintained within a range that does not impair the properties of the polysilane compound as an organic semiconductor, as well as its physical and mechanical properties. The range varies depending on the type and combination of the polysilane compound and refractive index adjusting agent used, and therefore it is difficult to define it unconditionally.
本発明に於いて、ポリシラン化合物で構成される有機半
導体層中に屈折率調整剤の濃度及び/又は種類を膜厚方
向に沿って変化、分散させることにより、金属層、絶縁
層との界面からポリシラン半導体層中への光入射量を大
幅に増加せしめることが可能となり、光励起キャリアの
発生量の増大とともに、その発生確率が膜厚方向に変化
する為、キャリア移動度が向上し、その結果光起電力素
子としての光電変換効率が大幅に向上する。In the present invention, by changing and dispersing the concentration and/or type of refractive index adjusting agent in the organic semiconductor layer composed of a polysilane compound along the film thickness direction, It is possible to significantly increase the amount of light incident into the polysilane semiconductor layer, and as the amount of photoexcited carriers generated increases, the probability of their generation changes in the film thickness direction, improving carrier mobility, and as a result, light The photoelectric conversion efficiency as an electromotive force element is significantly improved.
また、本発明において、屈折率調整剤がポリシラン化合
物中の面方向に関して均一に分散、分布させることによ
って、ポリシランフィルム中の応力緩和がなされ密着性
が向上し、また、フィルム強度も向上する為、どの様な
基板材質にも対応出来て、耐久性に優れた光起電力素子
を形成することが出来る。更に、特定の波長成分のみで
はなく、比較的広範囲の波長成分の光を吸収出来る様に
なる為、光劣化することなくその特性を向上できる。In addition, in the present invention, by uniformly dispersing and distributing the refractive index adjusting agent in the plane direction of the polysilane compound, stress in the polysilane film is relaxed, adhesion is improved, and film strength is also improved. It is possible to form a photovoltaic element that is compatible with any substrate material and has excellent durability. Furthermore, since it becomes possible to absorb light of a relatively wide range of wavelength components instead of only a specific wavelength component, its characteristics can be improved without photodeterioration.
豊導止1
本発明において、S I S (Semiconduc
tor In5−ulator Sem1conduc
tor)接合を形成するにあたり好適に用いられる半導
体層の材料としては、いわゆる半導体特性を示すもので
あれば用いることができるが、具体的には、C,Si、
Ge、 Sn等の周期律表第1V族元素からなる、い
わゆる■族半導体、Zn、 Cd及び0. Se、 S
、 Te等の周期律表第1I族、第vr族元素からなる
、いわゆるTI−Vl半導体、B、AI。Toyodo stop 1 In the present invention, SIS (Semiconductor)
tor In5-ulator Sem1conduc
tor) The material for the semiconductor layer that is suitably used for forming the junction can be any material that exhibits so-called semiconductor characteristics, and specifically, C, Si,
So-called group III semiconductors consisting of Group 1V elements of the periodic table such as Ge and Sn, Zn, Cd and O. Se, S
, so-called TI-Vl semiconductors, B, and AI, which are composed of elements of Group 1I and Group Vr of the periodic table, such as Te.
Ga、 In及びN、 P、 As、 Sb等の周期律
表第1II族、第■族からなる、いわゆる■−V族半導
体、および5n02゜In201. ZnO,CdO,
rTO(Tn20s+5nO2)等の金属酸化物にドー
ピング処理を行ったいわゆる酸化物半導体を挙げること
ができる。So-called ■-V group semiconductors consisting of Ga, In, N, P, As, Sb, Group 1II and Group II of the periodic table, and 5n02°In201. ZnO, CdO,
Examples include so-called oxide semiconductors in which metal oxides such as rTO (Tn20s+5nO2) are subjected to doping treatment.
更に、該半導体層の膜厚は下部のポリシラン半導体層へ
の光の透過が十分に確保されることが必要であり、好ま
しくは5μm以下、より好ましくは2μm以下、最適に
は0.8μm以下であることが望ましい。Furthermore, the thickness of the semiconductor layer needs to sufficiently ensure the transmission of light to the polysilane semiconductor layer below, and is preferably 5 μm or less, more preferably 2 μm or less, and optimally 0.8 μm or less. It is desirable that there be.
一方、該半導体層105を適切な膜厚に設定することで
反射防止膜106として兼用することもできる。On the other hand, by setting the semiconductor layer 105 to an appropriate thickness, it can also be used as an antireflection film 106.
上述の半導体薄膜はプラズマCVD法、HR−CVD法
、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等
で形成することができ所望に応じて適宜選択する。The semiconductor thin film described above can be formed by a plasma CVD method, an HR-CVD method, a vacuum evaporation method, an electron beam evaporation method, a sputtering method, or the like, and can be appropriately selected according to needs.
把虚1
本発明において、S I S (Semiconduc
tor In5−ulator 5elllicond
uctor)接合を形成するにあたり好適に用いられる
絶縁層材料として、具体的にはSjO*、 5isN4
. Al*Os、 TfO*、 Ta*Os等の金属酸
化物、金属窒化物、PSG等の各種シリケートガラス、
及び水の吸着した複合酸化物等が挙げられる。Confidence 1 In the present invention, SIS (Semiconductor
tor In5-ulator 5ellicond
Specifically, SjO*, 5isN4 are suitably used insulating layer materials for forming the junction.
.. Metal oxides such as Al*Os, TfO*, Ta*Os, metal nitrides, various silicate glasses such as PSG,
and complex oxides that have adsorbed water.
更に、絶縁層の膜厚は少数キャリアのトンネル確率の低
下及び障壁高さの増大による開放電圧の低下を最小限に
抑えるため好ましくは5乃至30人、より好ましくは5
乃至20人とすることが望ましい。Further, the thickness of the insulating layer is preferably 5 to 30, more preferably 5 to 30, in order to minimize the decrease in minority carrier tunneling probability and the decrease in open circuit voltage due to increase in barrier height.
It is desirable that the number of participants be between 20 and 20 people.
これらの絶縁層材料の形成方法としては、スパッタリン
グ法、蒸着法等の物理的形成法の他、プラズマCVD法
等の気相化学反応法を用いることができ、所望に応じて
適宜選択される。As a method for forming these insulating layer materials, in addition to physical formation methods such as sputtering and vapor deposition, gas phase chemical reaction methods such as plasma CVD can be used, and these are appropriately selected depending on needs.
叉拉跡
本発明において用いられる支持体101は、導電性のも
のであっても、また絶縁性のものであってもよい、更に
は、透光性のものであっても、又、非透光性のものであ
っても良いが、支持体lO1の側より光入射が行われる
場合には、もちろん透光性であることが必要である。そ
れらの具体例として、Fe、 Ni、 Cr、 Mg、
AI、 Mo、 Ta、 V、 Tj、 Nb、 Pb
。Scratch marks The support 101 used in the present invention may be conductive or insulating, and furthermore may be translucent or non-transparent. Although it may be a photosensitive material, it is of course necessary to be translucent when light is incident from the side of the support lO1. Specific examples thereof include Fe, Ni, Cr, Mg,
AI, Mo, Ta, V, Tj, Nb, Pb
.
^u、 Ag、 Pt等の金属またはこれらの合金、例
えばステンレス、ジュラルミン、ニクロム、真鍮等が挙
げられる。Examples include metals such as Ag, Pt, and alloys thereof, such as stainless steel, duralumin, nichrome, and brass.
これらの他、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボ
ネート、セルロース、アセテート、ポリプロピレン、ポ
リ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポ
リアミド、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等
の合成樹脂のフィルムまたはシート、及び、ガラス、セ
ラミックス等が挙げられる。In addition to these, examples include films or sheets of synthetic resins such as polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose, acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, polyimide, and polyethylene terephthalate, as well as glass and ceramics. .
また、Si、 Ge、 NaCl、 CaFz、 Li
F、 BaFt等の単結晶体または多結晶体よりスライ
スしてウェハー状等に加工したもの、及びこれらの上に
格子定数の近い物質をエピタキシャル成長させたものが
挙げられる。Also, Si, Ge, NaCl, CaFz, Li
Examples include those sliced from a single crystal or polycrystal such as F or BaFt and processed into a wafer shape, and those on which a substance with a similar lattice constant is epitaxially grown.
支持体の形状は目的、用途に応じて平滑表面、あるいは
凹凸表面の板状、長尺ベルト状、円筒状等で、その厚さ
は、所望の光起電力素子を形成し得るように適宜決定さ
れるが、可撓性が要求される場合、または支持体の側か
ら光入射がなされる場合には、支持体としての機能が十
分発揮される範囲内で可能な限り薄くすることができる
。しかしながら、支持体の製造上、及び取り扱い上、機
械強度等の点から、通常は10LLm以上とされる。The shape of the support may be a smooth surface or a plate with an uneven surface, a long belt shape, a cylindrical shape, etc. depending on the purpose and use, and its thickness is determined as appropriate so as to form the desired photovoltaic element. However, when flexibility is required or when light is incident from the side of the support, it can be made as thin as possible within a range that allows the support to function adequately. However, from the viewpoints of manufacturing and handling of the support, mechanical strength, etc., the thickness is usually set to 10 LLm or more.
!糧
本発明の光起電力素子においては、当該素子の構成形態
により適宜の電極が選択使用される。具体的には、下部
電極、集電電極を挙げることができる。! In the photovoltaic device of the present invention, appropriate electrodes are selected and used depending on the configuration of the device. Specifically, a lower electrode and a current collecting electrode can be mentioned.
旦3町!煙
本発明において用いる下部電極102は、ポリシラン半
導体層103からの電流を取り出しの目的で設けること
から、ポリシラン半導体層と良好なオーム接触をしてい
る必要がある。Dan 3 town! Since the lower electrode 102 used in the present invention is provided for the purpose of extracting current from the polysilane semiconductor layer 103, it needs to have good ohmic contact with the polysilane semiconductor layer.
本発明において用いられる下部電極102は、上述した
支持体101の材質または光入射方向によって設置する
位置が異なる。The position of the lower electrode 102 used in the present invention differs depending on the material of the support 101 described above or the direction of light incidence.
例えば、第1図(A)の層構成の場合には支持体101
とポリシラン半導体層103との間に設けるが、支持体
101に十分な導電性を有する材料を用いた場合には下
部電極102は設けず、支持体101が下部電極を兼ね
ることができる。−方、支持体101が絶縁性の場合、
または、支持体101が導電性であってもシート抵抗が
高い場合には、電流取り出し用に下部電極102を必ず
設ける必要がある。For example, in the case of the layer structure shown in FIG. 1(A), the support 101
However, if a material having sufficient conductivity is used for the support 101, the lower electrode 102 is not provided and the support 101 can also serve as the lower electrode. - On the other hand, when the support body 101 is insulating,
Alternatively, even if the support 101 is conductive, if the sheet resistance is high, it is necessary to provide the lower electrode 102 for current extraction.
第1図(B)の場合には透光性の支持体101を用いて
おり、支持体101の側から光入射がなされるので、下
部電極102は電流取り出し用および当該電極での光反
射の目的で、支持体101と対向してポリシラン半導体
N103を挟んで設けている。In the case of FIG. 1(B), a transparent support 101 is used, and since light is incident from the side of the support 101, the lower electrode 102 is used for current extraction and for light reflection at the electrode. For this purpose, a polysilane semiconductor N103 is provided facing the support 101 with a polysilane semiconductor N103 sandwiched therebetween.
電極材料としては、AI、 Mg、 Cr、 Cu、A
g、 Au、 Pt、 Ti。As electrode materials, AI, Mg, Cr, Cu, A
g, Au, Pt, Ti.
Mo、W等の金属、またはこれらの合金を挙げることが
でき、ポリシラン半導体層の特性に合わせ適宜選択使用
する。又、これらの金属の薄膜は、真空蒸着法、電子ビ
ーム蒸着法、スパッタリング法等で形成する。更に、形
成した金属薄膜はシート抵抗値としては好ましくは50
Ω以下、より好ましくは10Ω以下であることが望まし
い。Examples include metals such as Mo and W, and alloys thereof, and are appropriately selected and used depending on the characteristics of the polysilane semiconductor layer. Further, these metal thin films are formed by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering, or the like. Furthermore, the formed metal thin film preferably has a sheet resistance value of 50
It is desirable that the resistance is Ω or less, more preferably 10Ω or less.
豆旦栗111
本発明において用いる集電電極107は、半導体層10
5および反射防止膜106の表面抵抗値を低減させる目
的で反射防止膜106上に設ける。Mametankuri 111 The current collecting electrode 107 used in the present invention is the semiconductor layer 10
5 and on the antireflection film 106 for the purpose of reducing the surface resistance value of the antireflection film 106.
電極材料としてはAg、 Cr、 Ni、^1.^u、
Pt、 Ti、 W、 Mo。The electrode materials include Ag, Cr, Ni, ^1. ^u、
Pt, Ti, W, Mo.
Cu等の金属、またはこれらの合金を挙げることができ
る。これらの金属薄膜は積層して用いることができる。Examples include metals such as Cu, and alloys thereof. These metal thin films can be used in a stacked manner.
又、半導体層への光入射が十分に確保されるよう、その
形状及び面積を適宜設計する。Further, the shape and area of the semiconductor layer are appropriately designed to ensure sufficient light incidence on the semiconductor layer.
例えば、その形状は光起電力素子の受光面に対して一様
に広がり、且つ受光面積に対してその面積は好ましくは
15%以下、より好ましくは10%以下であることが望
ましい。For example, it is desirable that the shape spreads uniformly over the light-receiving surface of the photovoltaic element, and that its area is preferably 15% or less, more preferably 10% or less of the light-receiving area.
又、シート抵抗値としては、好ましくは50Ω以下、よ
り好ましくは10Ω以下にすることが望ましい。Further, the sheet resistance value is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.
叉1■わ[狽
本発明の光起電力素子においては、光収集効率を高める
ために半導体層105上に反射防止膜106を設けるこ
とが効果的であり、更には半導体N105を反射防止J
li106として兼用することもできる。1. In the photovoltaic device of the present invention, it is effective to provide an anti-reflection film 106 on the semiconductor layer 105 in order to increase the light collection efficiency, and furthermore, it is effective to provide the anti-reflection film 106 on the semiconductor layer 105.
It can also be used as li106.
当該膜は光学的な反射防止作用を要求されるとともに半
導体層からの電流取り出し用の電極の機能を有するもの
である。The film is required to have an optical antireflection effect and also has the function of an electrode for extracting current from the semiconductor layer.
従って、可視光域の透過率は85%以上であることが望
ましく、膜厚は0.8μm程度で反射防止条件を満たす
適切な膜厚に設定する。もちろん、屈折率の異なる材質
の薄膜を積層して用いることもできる。Therefore, it is desirable that the transmittance in the visible light region is 85% or more, and the film thickness is set to be approximately 0.8 μm, which is an appropriate film thickness that satisfies the anti-reflection conditions. Of course, it is also possible to use a stack of thin films made of materials with different refractive indexes.
また、電気導電性については光起電力素子の出力に対し
て抵抗成分とならぬようにシート抵抗値は100Ω以下
とすることが望ましい。Regarding electrical conductivity, it is desirable that the sheet resistance value be 100Ω or less so as not to become a resistance component with respect to the output of the photovoltaic element.
このような特性を備えた材料としては、具体的には、5
nOa、 In2O5,ZnO,CdO,ITO(In
aOs+5nOz)等の金属酸化物薄膜が挙げられる。Specifically, materials with such characteristics include 5
nOa, In2O5, ZnO, CdO, ITO(In
Examples include metal oxide thin films such as aOs+5nOz).
これらの金属酸化物薄膜の形成方法としては、反応性抵
抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性スパッタリン
グ法、スプレー法等を用いることができ、所望に応じて
適宜選択する。As methods for forming these metal oxide thin films, reactive resistance heating evaporation, electron beam evaporation, reactive sputtering, spraying, etc. can be used, and these methods are appropriately selected depending on needs.
本発明において良好なSIS接合を形成させる手段とし
ては、ポリシラン半導体層と絶縁層との界面、及び絶縁
層と半導体層との界面の形成は真空中または不活性ガス
雰囲気中で連続して行うことが望ましい。In the present invention, as a means for forming a good SIS junction, the interface between the polysilane semiconductor layer and the insulating layer and the interface between the insulating layer and the semiconductor layer are formed continuously in a vacuum or an inert gas atmosphere. is desirable.
特に、ポリシラン半導体層を溶剤を用いた方法にて作製
する場合には、溶剤の乾燥を十分に行うことが必要であ
る。また、溶剤の乾燥にあたってはポリシラン化合物の
ガラス転移点を越えない温度で実施することが好ましい
。In particular, when producing a polysilane semiconductor layer by a method using a solvent, it is necessary to thoroughly dry the solvent. Furthermore, it is preferable to dry the solvent at a temperature that does not exceed the glass transition point of the polysilane compound.
[実施例]
以下に実施例を挙げて本発明の光起電力素子について更
に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により
何ら限定されるものではない。[Examples] The photovoltaic device of the present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples in any way.
[合成例]
最初に、本発明において用いるポリシラン化合物の合成
法を、合成例を挙げてより詳述に説明するが、本発明に
おいて用いるポリシラン化合物の合成法はこれらの方法
に限定されることはない。[Synthesis Example] First, the method for synthesizing the polysilane compound used in the present invention will be explained in more detail by giving a synthesis example, but the method for synthesizing the polysilane compound used in the present invention is not limited to these methods. do not have.
金製1土
真空吸引とアルゴン置換を行ったグローブボックスの中
に三ツロフラスコを用意し、これにリフラッ多スコンデ
ンサーと温度計と滴下ロートを取り付けて、滴下ロート
のバイパス管からアルゴンガスを通した。A Mitsuro flask was prepared in a glove box that had been vacuum-suctioned and replaced with argon, and a reflux condenser, thermometer, and dropping funnel were attached to it, and argon gas was passed through the bypass pipe of the dropping funnel. .
この三ツロフラスコ中に脱水ドデカン100グラムとワ
イヤー状金属ナトリウム0.3モルを仕込み、攪拌しな
がら100℃に加熱した。次にジクロロシランモノマー
(チッソ側り(a−7)0゜1モルを脱水ドデカン30
グラムに溶解させて、用意した溶液を反応系にゆっくり
滴下した。100 g of dehydrated dodecane and 0.3 mol of wire-shaped sodium metal were placed in this Mitsuroh flask and heated to 100° C. with stirring. Next, 0.1 mole of dichlorosilane monomer (Tisso side (a-7)) was added to 30% of dehydrated dodecane.
The prepared solution was slowly added dropwise to the reaction system.
滴下後、100℃で1時間線重合させることにより、白
色固体を析出させた。この後冷却し、ドデカンをデカン
テーションして、さらに脱水トルエン100グラムを加
えることにより、白色固体を溶解させた後、この溶液金
属ナトリウム0.旧モルを加えた0次に、n−へキシル
クロライド(東京化成製)(b−3)0.旧モルをトル
エン10m1に溶解させた溶液を反応系に攪拌しながら
ゆっくり滴下して添加し、100℃で1時間加熱した。After the dropwise addition, a white solid was precipitated by linear polymerization at 100° C. for 1 hour. This is followed by cooling, decanting the dodecane, and adding 100 grams of anhydrous toluene to dissolve the white solid, followed by 0.0% sodium metal solution. To the 0th order to which old moles were added, n-hexyl chloride (manufactured by Tokyo Kasei) (b-3) 0. A solution of old moles dissolved in 10 ml of toluene was slowly added dropwise to the reaction system with stirring, and heated at 100° C. for 1 hour.
この後冷却し、過剰の金属ナトリウムを処理するため、
メタノール50mJ2をゆっくり滴下した。After this, it is cooled and the excess metal sodium is disposed of.
50 mJ2 of methanol was slowly added dropwise.
これにより懸濁層とトルエン層とが生成した。This produced a suspended layer and a toluene layer.
次に、トルエン層を分離し、減圧濃縮した後シリカゲル
カラムクロマトグラフィーで展冊して精製し、ポリシラ
ン化合物1kl (C−1)を得た。Next, the toluene layer was separated, concentrated under reduced pressure, and purified by spreading with silica gel column chromatography to obtain 1 kl of polysilane compound (C-1).
収率は65%であった。The yield was 65%.
このポリシラン化合物の重量平均分子量はGPC法によ
りTHF展開し測定した結果、75.000であった(
ポリスチレンな標準とした)。The weight average molecular weight of this polysilane compound was determined to be 75.000 by GPC method using THF development (
(polystyrene standard).
同定は、IRはKBrベレットを作製しN1colet
FT−IR750にコレ−・ジャパン製)により測定し
た。また、NMRはサンプルをCDCl5に溶解し、F
T−NMRFX−90Q(日本電子製)により測定した
。結果を第5表に示す。For identification, IR produced a KBr pellet and N1colet
It was measured using FT-IR750 (manufactured by Collet Japan). In addition, for NMR, the sample was dissolved in CDCl5 and F
Measurement was performed using T-NMRFX-90Q (manufactured by JEOL Ltd.). The results are shown in Table 5.
なお、本発明で得られたポリシラン化合物においては、
未反応(7)Si−CI 、副生成物(7)Si−0−
3i 。In addition, in the polysilane compound obtained by the present invention,
Unreacted (7) Si-CI, by-product (7) Si-0-
3i.
5i−0−Rに帰属されるIR吸収は全く存在しなかっ
た。There was no IR absorption assigned to 5i-0-R.
命戊■名
真空吸引とアルゴン置換を行ったグローブボックスの中
に三ツロフラスコを用意し、これにリフラックスコンデ
ンサーと温度計と滴下ロートを取り付けて、滴下ロート
のバイパス曽からアルゴンガスを通した。A Mitsuro flask was prepared in a glove box that had been vacuum-suctioned and replaced with argon, and a reflux condenser, thermometer, and dropping funnel were attached to it, and argon gas was passed through the dropping funnel's bypass.
この三ツロフラスコ中に脱水ドデカン100グラムと1
mm角の金属リチウム0.3モルを仕込み、攪拌しなが
ら100℃に加熱した0次にジクロロシランモノマー(
チッソ側製)(a−7)0.1モルを脱水ドデカン30
グラムに溶解させて用意した溶液を反応系にゆっくり滴
下した0滴下後、100℃で2時間線重合させると、白
色固体が析出した。この後冷却し、ドデカンをデカンテ
ーションして、さらに脱水トルエン100グラムを加え
ることにより、白色固体を溶解させ、金属リチウム0.
02モルを加えた。In this Mitsuro flask, 100 grams of dehydrated dodecane and 1
0.3 mol of metal lithium (mm square) was charged and heated to 100°C with stirring.0-order dichlorosilane monomer (
(manufactured by Chisso) (a-7) 0.1 mol is dehydrated dodecane 30
A solution prepared by dissolving the solution in grams was slowly added dropwise to the reaction system, and then linear polymerization was carried out at 100° C. for 2 hours to precipitate a white solid. After this time, the white solid is dissolved by cooling, decanting the dodecane, and adding 100 grams of dehydrated toluene to dissolve the lithium metal.
02 mol was added.
次に、クロルベンゼン(東京化成製)(b−7)0.0
2モルをトルエン10mj2に溶解させた溶液を反応系
に攪拌しながらゆっくり滴下して添加し、100℃で1
時間加熱した。この後冷却し、過剰の金属リチウムを処
理するため、メタノール50m1をゆっくり滴下した。Next, chlorobenzene (manufactured by Tokyo Kasei) (b-7) 0.0
A solution of 2 moles dissolved in 10 mj2 of toluene was slowly added dropwise to the reaction system with stirring, and the mixture was heated at 100°C for 1
heated for an hour. Thereafter, the mixture was cooled, and 50 ml of methanol was slowly added dropwise to remove excess metal lithium.
これにより懸濁層とトルエン層とが生成した。This produced a suspended layer and a toluene layer.
次に、トルエン層を分離し、減圧濃縮した後、シリカゲ
ルカラムクロマトグラフィーで展開して精製し、ポリシ
ラン化合物Th2(c−3)を得た。収率は72%であ
り、GPCで測定した重量平均分子量は92.000で
あった。同定の結果を第5表に示した。Next, the toluene layer was separated, concentrated under reduced pressure, and then developed and purified using silica gel column chromatography to obtain polysilane compound Th2 (c-3). The yield was 72%, and the weight average molecular weight measured by GPC was 92.000. The identification results are shown in Table 5.
五戊舅j
真空吸引とアルゴン置換を行ったグローブホックスの中
に三ツロフラスコを用意し、これにリフラックスコンデ
ンサーと温度計と滴下ロートを取り付けて、滴下ロート
のバイパス管からアルゴンガスな通した。A Mitsuro flask was prepared in a globe hox that had been vacuum-suctioned and replaced with argon, and a reflux condenser, thermometer, and dropping funnel were attached to it, and argon gas was passed through the dropping funnel's bypass pipe.
この三ツロフラスコ中に脱水n−ヘキサン100グラム
と1mm角の金属ナトリウム0.3モルを仕込み、攪拌
しながら80℃に加熱した。次にジクロロシランモノマ
ー(チッソ側製)(a−7)0.1モルを脱水n−ヘキ
サンに溶解させて用意した溶液を反応系にゆっくりと滴
下した0滴下後80℃で3時間線重合させると、白色固
体が析出した。100 g of dehydrated n-hexane and 0.3 mole of metal sodium in a 1 mm square were placed in this Mitsuro flask and heated to 80° C. with stirring. Next, a solution prepared by dissolving 0.1 mole of dichlorosilane monomer (manufactured by Chisso) (a-7) in dehydrated n-hexane was slowly added dropwise to the reaction system. After 0 drops, line polymerization was carried out at 80°C for 3 hours. A white solid precipitated out.
この後冷却し、n−ヘキサンをデカンテーションして、
さらに脱水トルエン100グラムを加えることにより白
色固体を溶解させた後、これに金属ナトリウム0.01
モルを加えた0次に、ベンジルクロライド(東京化成製
) (b−12) 0.01モルをトルエン10m1
に溶解させた溶液を反応系に攪拌しながらゆっくり滴下
して添加し、80℃で1時間加熱した。この後冷却し、
過剰の金属ナトリウムを処理するため、メタノール50
m1をゆっくり滴下した。これにより懸濁層とトルエン
層とが生成した。After this, it is cooled, and the n-hexane is decanted.
Further, 100 g of dehydrated toluene was added to dissolve the white solid, and then 0.01 g of metallic sodium was added.
Next, add 0.01 mole of benzyl chloride (manufactured by Tokyo Kasei) (b-12) to 10 ml of toluene.
A solution dissolved in the mixture was slowly added dropwise to the reaction system while stirring, and the mixture was heated at 80° C. for 1 hour. After this, cool
To dispose of excess sodium metal, methanol 50
ml was slowly added dropwise. This produced a suspended layer and a toluene layer.
次に、トルエン層を分離し減圧濃縮した後、シリカゲル
カラムクロマトグラフィーで展開して精製し、ポリシラ
ン化合物Th3(c−4)を得た。Next, the toluene layer was separated and concentrated under reduced pressure, and then developed and purified by silica gel column chromatography to obtain polysilane compound Th3 (c-4).
収率は61%であり、重量平均分子量は47.000で
あった。同定の結果を第5表に示した。The yield was 61% and the weight average molecular weight was 47,000. The identification results are shown in Table 5.
なお、このポリシラン化合物においては未反応の5i−
CI 、副生成物の5i−0−Si、 5i−0−Hに
帰属されるTR吸収は全く存在しなかった。In addition, in this polysilane compound, unreacted 5i-
There was no TR absorption attributed to CI, by-products 5i-0-Si, and 5i-0-H.
伍腹匠至圭孟に
第1表に示すジクロロシランモノマーと末端基処理剤を
用いて実施例3と同様に合成を行った。Synthesis was carried out in the same manner as in Example 3 using the dichlorosilane monomers and end group treating agents shown in Table 1 at Takumi Gohara.
合成したポリシランの収率、重量平均分子量、IRおよ
びNMRデータを第5表に示す。Table 5 shows the yield, weight average molecular weight, IR and NMR data of the synthesized polysilane.
なお、このポリシラン化合物においては未反応の5i−
CI 、副生成物の5t−0−3i、 5i−0−Hに
帰属されるTR吸収は全く存在しなかった。In addition, in this polysilane compound, unreacted 5i-
There was no TR absorption attributed to CI, by-products 5t-0-3i, and 5i-0-H.
比較企底」ユ
合成例3と同様にしてジクロロシランモノマー(チッソ
側製)(a−7)を縮合させポリマーの末端基を処理し
ない以外は実施例3と同様に合成しポリシラン化合物N
cD−1を得た。収率は60%で重量平均分子量は46
.000であった。同定結果を第5表に示した。Polysilane Compound N
cD-1 was obtained. The yield was 60% and the weight average molecular weight was 46.
.. It was 000. The identification results are shown in Table 5.
なお、このポリシラン化合物においては末端基には未反
応の5t−CI 、副生成物の5i−0−Hに帰属され
るTR吸収が認められた。In this polysilane compound, TR absorption attributed to unreacted 5t-CI and by-product 5i-0-H was observed in the terminal group.
創腹叢旦ニ土工
第2表に示すジクロロシランモノマーを用いて反応時間
を第2表のように変化させて合成例3と同様に縮重合を
行い、さらに末端基処理は第2表の化合物を用いて合成
例3と同様にポリシランを合成し、精製してポリシラン
化合物販6〜10を得た。Polycondensation was carried out in the same manner as in Synthesis Example 3 using the dichlorosilane monomer shown in Table 2 and changing the reaction time as shown in Table 2. Polysilane was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 3 using the following formula, and purified to obtain polysilane compounds 6 to 10.
合成したポリシラン化合物の収率、重量平均分子量、I
RおよびNMRを第5表に示す。Yield, weight average molecular weight, I of the synthesized polysilane compound
R and NMR are shown in Table 5.
なお、このポリシラン化合物においては未反応の5i−
CI 、副生成物の5i−0−Si、 5i−0−Rに
帰属されるIR吸収は全くなかった。In addition, in this polysilane compound, unreacted 5i-
There was no IR absorption attributed to CI, by-products 5i-0-Si, and 5i-0-R.
嵐校倉戒しス
合成例6においてジクロロシランモノマーの反応時間を
10分とする以外は合成例6と全く同様に合成しポリシ
ラン化合物mD−2を得た。Polysilane compound mD-2 was synthesized in exactly the same manner as in Synthesis Example 6 except that the reaction time of the dichlorosilane monomer in Synthesis Example 6 was changed to 10 minutes.
合成したポリシランの収率、重量平均分子量、IRおよ
びNMRを第5表に示す。Table 5 shows the yield, weight average molecular weight, IR and NMR of the synthesized polysilane.
なお、このポリシラン化合物においては、未反応の5i
−CI 、副生成物の5i−0−5i 、 5i−0−
Rに帰属されるIR吸収は全く存在しなかった。Note that in this polysilane compound, unreacted 5i
-CI, by-products 5i-0-5i, 5i-0-
There was no IR absorption assigned to R.
含戒10−辷二上A
第3表に示すジクロロシランモノマーと末端基処理剤を
用いて合成例1と同様に合成を行った。Containment 10-A Synthesis was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1 using the dichlorosilane monomer and end group treatment agent shown in Table 3.
合成したポリシランの収率、重量平均分子量、IRおよ
びNMRデータを第5表に示す。Table 5 shows the yield, weight average molecular weight, IR and NMR data of the synthesized polysilane.
なお、シランモノマーの共重合比はNMRのプロトン数
より求めた。The copolymerization ratio of the silane monomers was determined from the number of protons in NMR.
ル校盆底■1
真空吸引とアルゴン置換を行ったグローブボックスの中
に三ツロフラスコを用意し、これにリフラックスコンデ
ンサーと温度計と滴下ロートを取り付けて、滴下ロート
のバイパス管からアルゴンガスな通した。1 Prepare a three-way flask in a glove box that has been vacuum-suctioned and replaced with argon, attach a reflux condenser, thermometer, and dropping funnel, and supply argon gas from the bypass pipe of the dropping funnel. did.
この三ツロフラスコ中に脱水ドデカン100グラムとワ
イヤー状金属ナトリウム(1,3モルを仕込み、攪拌し
ながら、100’Cに加熱した。次にジクロロシランモ
ノマー(チッソ側製)を0.1モルを脱水ドデカン30
グラムに溶解させて用意した溶液を反応系にゆっくり滴
下した。滴下後、100℃で1時間縮重合させることに
より、白色固体を析出させた。この後冷却し、過剰の金
属ナトリウムを処理するため、メタノール50m1をゆ
っくり滴下した。100 grams of dehydrated dodecane and 1.3 mol of wire-shaped sodium metal were placed in this Mitsuro flask and heated to 100'C while stirring. Next, 0.1 mol of dichlorosilane monomer (manufactured by Chisso) was dehydrated. dodecane 30
The prepared solution was slowly added dropwise to the reaction system. After the dropwise addition, a white solid was precipitated by condensation polymerization at 100° C. for 1 hour. Thereafter, the mixture was cooled, and 50 ml of methanol was slowly added dropwise to remove excess metal sodium.
次に、白色固体を鴻巣し、n−ヘキサンとメタノールで
洗浄を繰り返し、ポリシラン化合物PkLD−3を得た
。Next, the white solid was dried and washed repeatedly with n-hexane and methanol to obtain a polysilane compound PkLD-3.
このポリシラン化合物はトルエン、クロロホルム、TH
F等の有機溶剤に不溶のため、同定はIRで行った。結
果を第5表に示す。This polysilane compound contains toluene, chloroform, TH
Since it is insoluble in organic solvents such as F, identification was performed by IR. The results are shown in Table 5.
嵐校丘成1
真空吸引とアルゴン置換を行ったグローブボックスの中
に三ツロフラスコを用意し、これにリフラックスコンデ
ンサーと温度計と滴下ロートを取り付けて、滴下ロート
のバイパス管からアルゴンガスを通した。Arashikou Sei 1 A Mitsuro flask was prepared in a glove box with vacuum suction and argon replacement, a reflux condenser, thermometer, and dropping funnel were attached to it, and argon gas was passed through the bypass pipe of the dropping funnel. .
この三ツロフラスコに脱水ドデカン100グラムとワイ
ヤー状金属ナトリウム0.3モルを仕込み、攪拌しなが
ら100℃に加熱した。100 g of dehydrated dodecane and 0.3 mol of wire-shaped sodium metal were placed in this Mitsurofask and heated to 100° C. with stirring.
次にジフェニルジクロシランモノマー(チッソ側製)を
0.1モルを脱水ドデカン30グラムに溶解させて用意
した溶液を反応系にゆっくり滴下した。滴下後、100
℃で1時間縮重合させることにより、白色固体を析出さ
せた。Next, a solution prepared by dissolving 0.1 mole of diphenyl dichlorosilane monomer (manufactured by Chisso) in 30 grams of dehydrated dodecane was slowly dropped into the reaction system. After dripping, 100
A white solid was precipitated by condensation polymerization at ℃ for 1 hour.
この後冷却し、過剰の金属ナトリウムを処理するため、
メタノール50m1をゆっくり滴下した。After this, it is cooled and the excess metal sodium is disposed of.
50ml of methanol was slowly added dropwise.
次に、白色固体を鴻巣し、n−ヘキサンとメタノールで
洗浄を繰り返し、ポリシラン化合物隘D−4を得た。Next, the white solid was dried and washed repeatedly with n-hexane and methanol to obtain polysilane compound D-4.
このポリシラン化合物はトルエン、クロロホルム、TH
F等の有機溶剤に不溶のため、同定はIRで行った。結
果を第5表に示す。This polysilane compound contains toluene, chloroform, TH
Since it is insoluble in organic solvents such as F, identification was performed by IR. The results are shown in Table 5.
五腹皿工二二±l
第4表に示すジクロロシランモノマーと末端基処理剤を
用いて合成例1と同様に合成を行った。Synthesis was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1 using the dichlorosilane monomer and end group treatment agent shown in Table 4.
合成したポリシランの収率、重量平均分子量、IRおよ
びNMRデータを第5表に示す。Table 5 shows the yield, weight average molecular weight, IR and NMR data of the synthesized polysilane.
なお、シランモノマーの共重合比はNMRのプロトン数
より求めた。The copolymerization ratio of the silane monomers was determined from the number of protons in NMR.
に癒旦ユ
第1図(A)に示すMIS接合型光起電力素子10dを
以下の操作にて作製した。なお、本実施例では半導体層
105は反射防止層106を兼ねる。An MIS junction type photovoltaic device 10d shown in FIG. 1(A) was fabricated by the following operations. Note that in this embodiment, the semiconductor layer 105 also serves as the antireflection layer 106.
まず、精密洗浄を行った1 00mmX 100mmX
0、2mmの大きさのステンレス製支持体101をスパ
ッタリング装置内にいれ10−’Torr以下に真空排
気した後、八g(純度99.999’1%)をターゲッ
ト金属、Arガスをスパッタリング用ガスとして用い、
内圧5m丁orr 、 RF放電電力200Wにて、前
記支持体101上に下部電極102となるAg薄膜を室
温で約1500人堆積した。First, the 100mm x 100mm x precision-cleaned
A stainless steel support 101 with a size of 0.2 mm is placed in a sputtering device and evacuated to below 10 Torr, and then 8g (purity 99.999'1%) is used as a target metal and Ar gas is used as a sputtering gas. used as
About 1,500 Ag thin films, which will become the lower electrode 102, were deposited on the support 101 at room temperature under an internal pressure of 5 mtorr and an RF discharge power of 200 W.
次に、予め十分に脱水されたトルエン14中に前述の合
成例1で合成したポリシラン化合物N11(c−1)を
200重量部溶解させた塗布液を調製し、更に、これを
10等分し、それぞれに5in2超微粒子(平均粒径8
0人)を1.0.9 、0.8 。Next, a coating solution was prepared by dissolving 200 parts by weight of the polysilane compound N11 (c-1) synthesized in Synthesis Example 1 in toluene 14, which had been sufficiently dehydrated in advance, and this was further divided into 10 equal parts. , each with 5in2 ultrafine particles (average particle size 8
0 people) 1.0.9, 0.8.
0.7 、0.6 、0.5 、0.4 、0.3 、
0.2 、0.1mg混合し、十分に攪拌してポリシラ
ンフィルム形成用調製液((1)〜(10) )を10
種類用意した。そして、これらを^r雰囲気のグローブ
ボックス中に設置されたスピンコーターの】0個の液溜
めに入れた。0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3,
0.2 and 0.1 mg were mixed and thoroughly stirred to form a polysilane film formation preparation solution ((1) to (10)) of 10
We have prepared various types. Then, these were placed in the ]0 liquid reservoir of a spin coater installed in a glove box with an atmosphere of ^r.
ひき続き、前記下部電極102まで形成された支持体1
01をスパッタリング装置内より不活性ガスであるAr
雰囲気下で取り出し、前記グローブボックス中に設置さ
れたスピンコーターに直ちにセットした。基板の移送に
あたっては、Ar充填のキャリアーボックスを用いた。Subsequently, the support 1 is formed up to the lower electrode 102.
Ar is an inert gas from within the sputtering equipment.
It was taken out under the atmosphere and immediately set in the spin coater installed in the glove box. An Ar-filled carrier box was used to transfer the substrate.
A「気流中でスピンコーターにより、まずポリシランフ
ィルム形成用調整液(10)を用い、前記下部電極10
2上に約250人の膜厚のポリシラン半導体膜を室温で
形成し、ひき続き、ポリシランフィルム形成用調整液(
9)乃至(1)を夫々用いて約250人ずつポリシラン
半導体膜を積層、形成し、膜厚方向に5iOz超微粒子
が分散、分布したポリシラン半導体層103を形成した
。更に、Ar気流中で支持体101を70℃に加熱しな
がら溶剤の乾燥を行った。A: Using a spin coater in an air stream, first use the polysilane film forming adjustment solution (10) to coat the lower electrode 10.
A polysilane semiconductor film with a thickness of approximately 250 nm is formed on the film at room temperature, and then a polysilane film formation conditioning solution (
Approximately 250 people stacked and formed a polysilane semiconductor film using each of 9) to (1) to form a polysilane semiconductor layer 103 in which 5iOz ultrafine particles were dispersed and distributed in the film thickness direction. Furthermore, the solvent was dried while heating the support 101 to 70° C. in an Ar gas flow.
次に、上記操作にてポリシラン半導体層103まで形成
された支持体101を、Ar充填のキャリアーボックス
中に取り出し、直ちにRFプラズマCVD装置内にセッ
トして、基板温度を70℃に加熱しつつ、10−3To
rr以下まで真空排気し十分脱ガスを行ったのち、Si
H4ガス2.2secm 、 02ガス0、5secm
を導入し、内圧を0.3Torrに保ちつつ28Wの放
電パワーにて、ポリシラン半導体層103上に絶縁層1
04としての5ins膜を15人堆積した。Next, the support body 101, which has been formed up to the polysilane semiconductor layer 103 by the above operation, is taken out into an Ar-filled carrier box, and immediately set in an RF plasma CVD apparatus, while heating the substrate temperature to 70°C. 10-3To
After sufficiently degassing by evacuation to below rr, Si
H4 gas 2.2sec, 02 gas 0.5sec
was introduced, and the insulating layer 1 was formed on the polysilane semiconductor layer 103 with a discharge power of 28 W while keeping the internal pressure at 0.3 Torr.
15 people deposited a 5ins film as No. 04.
次に、上記操作にて絶縁層104まで形成された支持体
101を、Ar充填のキャリアーボックス中に取り出し
、直ちにDCマグネトロンスパッタリング装置内にセッ
トして、基板温度を70℃とし、InzO3−5n01
焼結体をターゲットとして用い、八r10z/L (1
00/4010.5 )の混合ガスをスパッタリングガ
ス用ガス、Ph3ガスをドーピングガスとして用い、内
圧3.OmTorr 、スパッタ電圧405■にて、前
記絶縁層104上に反射防止層を兼ねた半導体層105
としてのn型ITOgを720人堆積した。Next, the support 101, which has been formed up to the insulating layer 104 by the above operation, is taken out into an Ar-filled carrier box, and immediately set in a DC magnetron sputtering device, the substrate temperature is set to 70° C., and InzO3-5n01
Using a sintered body as a target, 8r10z/L (1
00/4010.5) was used as the sputtering gas and Ph3 gas was used as the doping gas, and the internal pressure was set to 3. A semiconductor layer 105 that also serves as an antireflection layer is formed on the insulating layer 104 at OmTorr and a sputtering voltage of 405 cm.
720 people deposited n-type ITOg.
冷却後、反射防止層を兼ねた半導体層105まで形成さ
れた支持体101を取り出し、前記半導体層105の上
面に集電電極パターン形成用の櫛歯状のパーマロイ製マ
スクを密着させて真空蒸着装置にセットし、10−’T
orr以下に真空排気した後、抵抗加熱法により前記半
導体層105上に櫛歯状の集電電極107としてのAg
N膜を1μm蒸着した。After cooling, the support 101 on which the semiconductor layer 105, which also serves as an antireflection layer, has been formed is taken out, and a comb-shaped permalloy mask for forming a current collecting electrode pattern is closely attached to the upper surface of the semiconductor layer 105, and then transferred to a vacuum evaporation apparatus. and set it to 10-'T.
After evacuation to a temperature below orr, Ag is deposited as a comb-shaped current collecting electrode 107 on the semiconductor layer 105 by a resistance heating method.
A 1 μm thick N film was deposited.
上述の操作にて形成された光起電力素子を素子患1とし
、その特性を以下のようにして評価した。The photovoltaic element formed by the above-described operation was designated as element 1, and its characteristics were evaluated as follows.
まず、素子No/ lの反射防止層106側より波長5
00nm、光強度0.1 mW/cm2の光を照射した
ときの光電変換効率を測定した。さらに、波長は変えず
光強度を0.2 mW/cm”、0.3 mW/cm”
と変えた時の光電変換効率を測定した。First, from the antireflection layer 106 side of element No.
The photoelectric conversion efficiency was measured when irradiating light with a wavelength of 0.00 nm and a light intensity of 0.1 mW/cm2. Furthermore, the light intensity was changed to 0.2 mW/cm" and 0.3 mW/cm" without changing the wavelength.
The photoelectric conversion efficiency was measured when the
さらに、この素子隘1にAMI光(100mW/cm”
)を10時間連続照射後、前記測定法による光電変換
効率(波長500nm、光強度0.1 mW/am2)
を測定し、初期光電変換効率に対する変化率を求めた。Furthermore, AMI light (100mW/cm"
) After continuous irradiation for 10 hours, the photoelectric conversion efficiency measured by the above measurement method (wavelength 500 nm, light intensity 0.1 mW/am2)
was measured, and the rate of change with respect to the initial photoelectric conversion efficiency was determined.
又、曲げMl”J機に該素子No/ lをセットし、1
0’回の繰り返し曲げ試験を行い、膜の密着性、及び光
電変換率の変化について評価した。Also, set the element No./l on the bending Ml"J machine, and
A repeated bending test was performed 0' times, and changes in film adhesion and photoelectric conversion rate were evaluated.
以上の評価結果を第6表中に示す。The above evaluation results are shown in Table 6.
この結果より、本実施例にて作製された光起電力素子は
光強度の変化に関係なく高い光電変換効率を示し、光劣
化が少なく、また、機械的強度が強く、密着性に優れ安
定した特性を示した。From these results, the photovoltaic device produced in this example showed high photoelectric conversion efficiency regardless of changes in light intensity, had little photodeterioration, had strong mechanical strength, and had excellent adhesion and stability. The characteristics were shown.
夫嵐叢l二j
実施例1において、ポリシラン半導体層103形成時に
用いたポリシラン化合物No、1.(c−1)の代わり
に、前述の合成例2〜5において合成したポリシラン化
合物N0.2〜5を用いた以外は同様の操作にて光起電
力素子を作製し、素子隘2〜5とした。In Example 1, polysilane compound No. 1 was used when forming the polysilane semiconductor layer 103. A photovoltaic device was prepared using the same procedure except that polysilane compounds No. 2 to 5 synthesized in Synthesis Examples 2 to 5 above were used in place of (c-1), and device dimensions 2 to 5 were used. did.
これらの素子について実施例1と同様の測定評価を行っ
た。評価結果を第6表中に示す。The same measurements and evaluations as in Example 1 were performed on these elements. The evaluation results are shown in Table 6.
これらの結果により、本実施例にて作製された光起電力
素子はいずれも光強度の変化によらず高い光電変換効率
を示し、光劣化が少なく、また、機械的強度が強く、密
着性に優れ安定した特性を示した。From these results, all of the photovoltaic devices fabricated in this example showed high photoelectric conversion efficiency regardless of changes in light intensity, little photodeterioration, strong mechanical strength, and good adhesion. It showed excellent and stable characteristics.
夫湾本μヒニLΩ
実施例1において、ポリシラン半導体層103形成時に
用いたポリシラン化合物kl(c−1)の代わりに、前
述の合成例6〜IOにおいて合成したポリシラン化合物
販6〜10を用いて、実施例1と同様に膜厚方向に屈折
率が変化したポリシラン半導体層103を形成し、また
、下部電極102としてはAg薄膜のかわりにCr薄膜
を1800人、半導体層105としてはn型ITO薄膜
の代わりに、p型SiC薄膜を710人堆積した以外は
同様の操作にて光起電力素子を作製し、素子胤6〜10
とした。In Example 1, instead of the polysilane compound kl (c-1) used when forming the polysilane semiconductor layer 103, polysilane compounds 6 to 10 synthesized in the aforementioned Synthesis Examples 6 to IO were used. As in Example 1, a polysilane semiconductor layer 103 whose refractive index changed in the film thickness direction was formed, and the lower electrode 102 was made of a Cr thin film instead of the Ag thin film, and the semiconductor layer 105 was made of n-type ITO. A photovoltaic device was fabricated using the same procedure except that a p-type SiC thin film was deposited instead of the thin film, and the device thickness was 6 to 10.
And so.
これらの素子について実施例1と同様の測定評価を行っ
た。評価結果を第6表中に示す。The same measurements and evaluations as in Example 1 were performed on these elements. The evaluation results are shown in Table 6.
これらの結果により、本実施例にて作製された光起電力
素子はいずれも光強度の変化に関係なく高い光電変換効
率を示し、光劣化が少なく、また、機械的強度が強く、
密着性に優れ安定した特性を示した。From these results, all of the photovoltaic devices produced in this example showed high photoelectric conversion efficiency regardless of changes in light intensity, had little photodeterioration, and had strong mechanical strength.
It exhibited excellent adhesion and stable properties.
支I匠工工ニュ1
実施例1において、ポリシラン半導体層103形成時に
用いたポリシラン化合物No、1(c−1)の代わりに
、前述の合成例11〜14において合成したポリシラン
化合物阻11〜14を用いて、屈折率調整剤としての5
i(h超微粒子のかわりにWO3超微粒子(平均粒径9
0人)を用いて、実施例1と同様にポリシランフィルム
形成用調整液を調製し、同様の操作で膜厚方向に沿って
屈折率の変化したポリシラン半導体層103を約300
0人となるように形成し、また、絶縁層104としては
5iOz膜のかわりにPSG膜を10人堆積した以外は
同様の操作にて光起電力素子を作製し、素子1hll〜
14とした。Support I Craftsmanship Nut 1 In Example 1, instead of polysilane compound No. 1 (c-1) used when forming the polysilane semiconductor layer 103, polysilane compounds No. 11 to 14 synthesized in the aforementioned Synthesis Examples 11 to 14 were used. 5 as a refractive index modifier using
i(h) WO3 ultrafine particles (average particle size 9) instead of ultrafine particles
A conditioning solution for forming a polysilane film was prepared in the same manner as in Example 1, using a polysilane semiconductor layer 103 whose refractive index changed along the film thickness direction.
A photovoltaic device was fabricated using the same procedure except that a PSG film of 10 layers was deposited as the insulating layer 104 instead of a 5iOz film.
It was set at 14.
これらの素子について実施例1と同様の測定評価を行っ
た。評価結果を第6表に示す。The same measurements and evaluations as in Example 1 were performed on these elements. The evaluation results are shown in Table 6.
また、同表に実施例1〜14とそれぞれ同様の操作で1
、但し屈折率調整剤を含まない場合に得た評価結果を、
比較例として()内に示す。In addition, in the same table, 1
However, the evaluation results obtained when no refractive index modifier is included are
Comparative examples are shown in parentheses.
これらの結果より、本実施例にて作製された光起電力素
子はいずれも光強度の変化に関係なく高い光電変換効率
を示し、光劣化が少なく、また、機械的強度が強く、密
着性に優れ安定した特性を示した。From these results, all of the photovoltaic devices fabricated in this example showed high photoelectric conversion efficiency regardless of changes in light intensity, little photodeterioration, strong mechanical strength, and good adhesion. It showed excellent and stable characteristics.
大思」口」ヒエ1ユ
実施例1において、ポリシラン半導体層103形成時に
用いたポリシラン化合物Pb1(c−1)の代わりに、
前述の合成例15〜17において合成したポリシラン化
合物販15〜17を用いて実施例1と同様に膜厚方向に
沿って屈折率が変化したポリシラン半導体層103を形
成し、また、半導体層105としてのn型ITO膜の膜
厚を700人から350人に変え、さらにpH3をいれ
ない以外は核層の成膜条件と同様の成膜条件にて反射防
止層106としてのITO膜を340人堆積した以外は
同様の操作にて光起電力素子を作製し、素子患15〜1
7とした。In Example 1, instead of the polysilane compound Pb1 (c-1) used when forming the polysilane semiconductor layer 103,
A polysilane semiconductor layer 103 whose refractive index varied along the film thickness direction was formed in the same manner as in Example 1 using polysilane compounds 15 to 17 synthesized in Synthesis Examples 15 to 17 above, and as a semiconductor layer 105. The thickness of the n-type ITO film was changed from 700 to 350, and an ITO film as the antireflection layer 106 was deposited by 340 people under the same deposition conditions as the core layer except that pH 3 was not added. A photovoltaic device was prepared using the same procedure except for the following steps.
It was set at 7.
これらの素子について実施例1と同様の測定評価を行っ
た。評価結果を第7表中に示す。The same measurements and evaluations as in Example 1 were performed on these elements. The evaluation results are shown in Table 7.
これらの結果より、本実施例にて作製された光起電力素
子はいずれも光強度の変化に関係なく高い光電変換効率
を示し、光劣化が少なく、また、機械的強度が強く、密
着性に優れ安定した特性を示した。From these results, all of the photovoltaic devices fabricated in this example showed high photoelectric conversion efficiency regardless of changes in light intensity, little photodeterioration, strong mechanical strength, and good adhesion. It showed excellent and stable characteristics.
支五匠上旦二lユ
実施例1、実施例6、実施例11、実施例15において
用いたステンレス製支持体101の代わりに、PET(
厚さ10100u製支持体101を用いた以外は同様の
操作にて光起電力素子を作製し、素子阻18〜21とし
た。Instead of the stainless steel support 101 used in Examples 1, 6, 11, and 15, PET (
Photovoltaic devices were fabricated in the same manner except that a support 101 with a thickness of 10,100 μm was used, and devices Nos. 18 to 21 were prepared.
これらの素子について実施例1と同様の測定評価を行っ
た。評価結果を第7表中に示す。The same measurements and evaluations as in Example 1 were performed on these elements. The evaluation results are shown in Table 7.
また、同表に実施例15〜21とそれぞれ同様の操作で
、但し屈折率調整剤を含まない場合に得た評価結果を比
較例として()内に示す。In addition, in the same table, evaluation results obtained in the same manner as in Examples 15 to 21 but without the refractive index adjusting agent are shown in parentheses as comparative examples.
これらの結果より、本実施例にて作製された光起電力素
子はいずれも光強度の変化に関係なく高い光電変換効率
を示し、光劣化が少なく、また、機械的強度が強く、密
着性に優れ安定した特性を示した。From these results, all of the photovoltaic devices fabricated in this example showed high photoelectric conversion efficiency regardless of changes in light intensity, little photodeterioration, strong mechanical strength, and good adhesion. It showed excellent and stable characteristics.
X嵐拠lノ
実施例1において、ステンレス製支持体101の代わり
に、5インヂn ”Si単結晶ウェハーを用いた以外は
同様の操作にて光起電力素子を作製し、素子阻22とし
た。A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1, except that a 5-inch Si single crystal wafer was used instead of the stainless steel support 101, and the device was used as the device support 22. .
この素子の反射防止N106側よりモノクロメータにて
分光された光を照射し収集効率を測定したところ、最大
の吸収を示す可視光域で67%であった。When the collection efficiency was measured by irradiating light separated by a monochromator from the anti-reflection N106 side of this element, it was 67% in the visible light region where maximum absorption occurs.
又、80 mW/cm”の太陽光を照射したときのFF
は0.56であった。Also, the FF when irradiated with sunlight of 80 mW/cm"
was 0.56.
(以ト#:ら)
第1表
第2表
第3表
第4表
第6表(その1)
第6表(その2)
第7表
[発明の効果]
以上詳しく述べたように、本発明の光起電力素子は短波
長光に対して感度が高く、従来の有機半導体を用いた光
起電力素子に比較して光電変換効率の大幅な向上が可能
である。(Hereafter) Table 1 Table 2 Table 3 Table 4 Table 6 (Part 1) Table 6 (Part 2) Table 7 [Effects of the invention] As described in detail above, the present invention The photovoltaic device has high sensitivity to short wavelength light, and can significantly improve photoelectric conversion efficiency compared to conventional photovoltaic devices using organic semiconductors.
本発明の光起電力素子において用いられるポリシラン化
合物は、多くの種類の溶剤に溶は易く。The polysilane compound used in the photovoltaic device of the present invention is easily soluble in many types of solvents.
優れたフィルム形成能を有するので大面積に互り均一に
膜形成ができ、支持体との密着性にも優れ、特性の均一
性にも優れている。It has excellent film-forming ability, so it can form a film uniformly over a large area, has excellent adhesion to a support, and has excellent uniformity of properties.
本発明において用いられるポリシラン化合物は、特性安
定性に優れ、光電変換効率の経時変化が従来の有機半導
体を用いた光起電力素子に比較して飛躍的に小さい。The polysilane compound used in the present invention has excellent property stability, and changes in photoelectric conversion efficiency over time are significantly smaller than those of conventional photovoltaic elements using organic semiconductors.
また、入射光量の増大にともなう光電変換効率の低下と
いった現象も大幅に改善される。更に、耐熱性にも優れ
、温度変化の厳しい条件下においても安定した出力特性
が得られる。Furthermore, the phenomenon of a decrease in photoelectric conversion efficiency due to an increase in the amount of incident light is also significantly improved. Furthermore, it has excellent heat resistance, and stable output characteristics can be obtained even under conditions of severe temperature changes.
また、本発明の光起電力素子は光劣化が減少すると伴に
物理的、機械的特性に優れている。Further, the photovoltaic device of the present invention has reduced photodeterioration and excellent physical and mechanical properties.
更に、本発明の光起電力素子は新規ポリシラン半導体層
にその膜厚方向に沿って屈折率調整剤を分布して分散さ
せたことにより、金属層、絶縁層との界面からポリシラ
ン半導体層中への光入射、量を大幅に増加せしめること
が可能となり、光励起キャリアーの発生量の増大ととも
に、その発生確率が膜厚方向に変化する為、キャリアー
移動度が向上し、その結果、光起電力素子としての光電
変換効率が大幅に向上する。Furthermore, in the photovoltaic device of the present invention, the refractive index adjusting agent is distributed and dispersed in the new polysilane semiconductor layer along the film thickness direction, so that the refractive index adjusting agent is distributed from the interface with the metal layer and the insulating layer into the polysilane semiconductor layer. It is possible to significantly increase the amount of light incident on the photovoltaic element, and as the amount of photoexcited carriers generated increases, the probability of their generation changes in the film thickness direction, improving carrier mobility, and as a result, the photovoltaic element As a result, photoelectric conversion efficiency is significantly improved.
また、本発明において、屈折率調整剤がポリシラン化合
物中の面方向に関して均一に分散、分布させることによ
って、ポリシランフィルム中の応力緩和がなされ、密着
性が向上し、また、フィルム強度も向上する為、どの様
な基板材質にも対応出来て、耐久性に優れた光起電力素
子を形成することが出来る。更に、特定の波長成分のみ
ではなく、比較的広範囲の波長成分の光を吸収出来る様
になる為、光劣化することなくその特性を向上できる。Furthermore, in the present invention, by uniformly dispersing and distributing the refractive index adjusting agent in the plane direction of the polysilane compound, stress in the polysilane film is relaxed, adhesion is improved, and film strength is also improved. , it is possible to form a photovoltaic element that is compatible with any substrate material and has excellent durability. Furthermore, since it becomes possible to absorb light of a relatively wide range of wavelength components instead of only a specific wavelength component, its characteristics can be improved without photodeterioration.
第1図は本発明に係る光起電力素子の実施態様を示す模
式的断面図である。
]00・・・光起電力素子 101・・・支持体102
・・・下部電極
103・・・ポリシラン半導体層
104・・・絶縁層 105・・・半導体層10
6・・・反射防止層 107・・・集電電極特許出願
人 キャノン株式会社FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a photovoltaic device according to the present invention. ]00...Photovoltaic element 101...Support 102
... Lower electrode 103 ... Polysilane semiconductor layer 104 ... Insulating layer 105 ... Semiconductor layer 10
6...Anti-reflection layer 107...Collecting electrode patent applicant Canon Corporation
Claims (1)
R_2は炭素数3乃至8のアルキル基、シクロアルキル
基、アリール基又はアラルキル基、R_3は炭素数1乃
至4のアルキル基、R_4は炭素数1乃至4のアルキル
基をそれぞれ示す。A、A′は、それぞれ炭素数4乃至
12のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基又は
アラルキル基であり、両者は同じであっても或いは異な
ってもよい。n、mは、ポリマー中の総モノマーに対す
るそれぞれのモノマー数の割合を示すモル比であり、n
+m=1となり、0<n≦1、0≦m<1である。) で表され、重量平均分子量が6000乃至200000
であるポリシラン化合物を有機半導体層として用いると
共に、屈折率調整剤を前記有機半導体層の膜厚方向に沿
って分布させてなることを特徴とするSIS接合型光起
電力素子。 2、一般式( I )で示されるポリシラン化合物におい
て、A及びA′が炭素数5乃至12のアルキル基、又は
シクロアルキル基である請求項1記載の光起電力素子。 3、有機半導体層における屈折率が光入射方向に沿って
徐々に増大してなる請求項1記載の光起電力素子。[Claims] 1. General formula (I) ▲There are numerical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼... (I) (However, in the formula, R_1 is an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms,
R_2 represents an alkyl group having 3 to 8 carbon atoms, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group, R_3 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R_4 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. A and A' each represent an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, or an aralkyl group having 4 to 12 carbon atoms, and they may be the same or different. n and m are molar ratios indicating the ratio of the number of each monomer to the total monomers in the polymer, and n
+m=1, 0<n≦1, 0≦m<1. ), and the weight average molecular weight is 6000 to 200000
1. A SIS junction type photovoltaic device, characterized in that a polysilane compound having the following formula is used as an organic semiconductor layer, and a refractive index adjusting agent is distributed along the thickness direction of the organic semiconductor layer. 2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein in the polysilane compound represented by general formula (I), A and A' are an alkyl group having 5 to 12 carbon atoms or a cycloalkyl group. 3. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the refractive index of the organic semiconductor layer gradually increases along the direction of light incidence.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2326007A JPH04199687A (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | photovoltaic element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2326007A JPH04199687A (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | photovoltaic element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04199687A true JPH04199687A (en) | 1992-07-20 |
Family
ID=18183055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2326007A Pending JPH04199687A (en) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | photovoltaic element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04199687A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008053659A (en) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Olympus Corp | High quality molecular crystal manufacturing method and organic semiconductor device |
| JP2013168672A (en) * | 2008-06-30 | 2013-08-29 | Mitsubishi Chemicals Corp | Film type solar cell and solar cell panel |
| JP2013247316A (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Oike Ind Co Ltd | Organic thin film solar cell and manufacturing method therefor |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2326007A patent/JPH04199687A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008053659A (en) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Olympus Corp | High quality molecular crystal manufacturing method and organic semiconductor device |
| JP2013168672A (en) * | 2008-06-30 | 2013-08-29 | Mitsubishi Chemicals Corp | Film type solar cell and solar cell panel |
| JP2013247316A (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Oike Ind Co Ltd | Organic thin film solar cell and manufacturing method therefor |
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