有机电子器件及其制造方法技术领域
本发明涉及有机电子器件及有机电子器件的制造方法。
背景技术
以往,作为保护太阳能电池的技术,为了谋求轻质化、薄型化,提出了
用膜对太阳能电池进行包覆的技术。一般来说,太阳能电池组件使用例如晶
体硅太阳能电池元件或无定形硅太阳能电池元件等而形成。使用这样的太阳
能电池元件,并利用层压法等来制造太阳能电池组件,所述层压法是按照例
如表面保护片层、填充剂层、作为光电动势元件的太阳能电池元件、填充剂
层、及背面保护片层等的顺序进行叠层,再实施真空抽吸并进行加热压粘的
方法。但已知在太阳能电池元件中,近年来开发的有机薄膜太阳能电池元件
尤其是对水分、氧或者由构成部件在热的作用下产生的有机物的耐受力弱,
为了实现有机薄膜太阳能电池元件的长寿命化,必须极力地排除这些因素。
因此,为了防止因水分、氧或产生的有机物的作用而导致的劣化,长期
保持性能,开发了将吸收水分、氧或产生的有机物的捕捉剂与元件一起进行
密封的技术。例如,在专利文献1所述的封入装置中,在有机半导体元件的
对面隔着一定空间设置了捕捉剂。另外,在专利文献2中,公开了在有机薄
膜太阳能电池元件和封装用框体之间配置有包含水分捕捉剂及蜡的热熔型
部件的有机薄膜的太阳能电池元件框体封装面板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2007-516611号公报
专利文献2:日本特开2009-99805号公报
发明内容
发明要解决的问题
但捕捉剂与元件电极接触时,会成为引起元件劣化的原因。例如,已知
作为水分捕捉剂使用的碱金属氧化物、有机金属络合物会与捕捉到的水分发
生反应而生成碱(氢氧化物)。这些碱与包含有机薄膜太阳能电池元件的有机
半导体元件的电极相接触时,会腐蚀电极,使元件劣化。因此,本发明人等
研究发现:避免水分捕捉剂与有机半导体元件的电极接触对于长寿命化是非
常重要的。
但在专利文献1中,为了避免捕捉剂与元件电极接触而设置有空间,认
为可避免水分捕捉剂与有机半导体元件的电极接触。但要实现装置的薄型
化,现状是很难确保这样的空间。而且,虽然使用膜而不是玻璃进行包覆能
够有效地实现器件轻质化,但采用膜的情况下,使用时由于来自上方的挤压,
如果仅仅是存在空间,则捕捉剂与元件电极仍会发生接触。而且,就使用了
挠性基板的挠性有机电子器件而言,在弯曲时也会发生接触。像上述那样仅
仅是设置空间的话,无法解决本发明的问题。
另外,在专利文献2中,在有机薄膜太阳能电池元件上叠层含有水分捕
捉剂的热熔型部件层使之与有机薄膜太阳能电池元件密合,从而实现器件的
薄型化等,认为这样的方法是实现本发明课题的手段之一。但发现就该叠层
结构而言,水分捕捉剂有可能直接与电极接触。在这样的情况下,与在接触
部分产生的水的反应产物会成为引起电极劣化的原因,发电效率随时间而降
低的可能性高。
另外,在水分捕捉剂直接露出、或未用气体透过性高的膜等包覆的情况
下,水分捕捉剂及热熔型部件会吸收水、碱、工序中使用的粘接剂、粘结材
料等的溶剂等,在有机太阳能电池元件组件(OPV组件)的制造工序中的组装
阶段易发生变质,在操作、工序设计时要非常小心。
因此,本发明针对上述现状进行了研究,目的在于提供一种有机电子器
件及其制造方法,所述有机电子器件在长期使用时不会使器件功能劣化,例
如,就薄膜有机太阳能电池元件而言,能够抑制发电效率降低。
解决问题的方法
本发明人等经过深入研究的结果发现,利用特定的层构成制造的有机电
子器件能够解决上述问题,从而完成了本发明。
即,本发明如下所述。
[1]一种有机电子器件,其依次具有:具有至少一对电极的有机半导体
元件(B)、包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)、及阻气膜(D),
其中,
在所述有机半导体元件(B)的所述一对电极中的至少一个电极与所述包
含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)之间,具有至少一层防蚀层
(E),
所述防蚀层(E)的膜厚为20μm以上,
所述防蚀层(E)及阻气膜(D)满足下述式(1)及(2)的条件,
15≥Pe>Pd式(1)
10-4≤Pd≤10-1式(2)
在上述式(1)及式(2)中,Pe表示防蚀层(E)在40℃、90%RH环境下的水
蒸气透过率,Pd表示阻气膜(D)在40℃、90%RH环境下的水蒸气透过率,
其单位均为g/m2/天。
[2]上述[1]所述的有机电子器件,其中,上述防蚀层(E)包含具有0.1N/cm
以上的粘接功能的层。
[3]上述[1]或[2]所述的有机电子器件,其中,上述有机半导体元件(B)
为有机太阳能电池元件。
[4]上述[1]~[3]中任一项所述的有机电子器件,其中,包含吸收水分及
氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)的水分吸收能力为0.1mg/cm2以上且
15mg/cm2以下。
[5]上述[1]~[4]中任一项所述的有机电子器件,其中,上述阻气膜(D)
为包含热塑性树脂、及真空镀覆在该热塑性树脂上的SiOx的膜。
[6]上述[1]~[5]中任一项所述的有机电子器件,其包含基板(A)。
[7]上述[1]~[6]中任一项所述的有机电子器件,其包含封装材料及耐候
性保护片。
[8]一种有机电子器件的制造方法,该方法包括:依次叠层基板(A)、具
有至少一对电极的有机半导体元件(B)、包含吸收水分及氧中的至少之一的
捕捉剂的层(C)、至少一层防蚀层(E)、及包覆该有机半导体元件的阻气膜(D),
其中,
所述防蚀层(E)及阻气膜(D)满足下述式(1)及(2)的条件,
15≥Pe>Pd式(1)
10-4≤Pd≤10-1式(2)
在上述式(1)及式(2)中,Pe表示防蚀层(E)在40℃、90%RH环境下的水
蒸气透过率,Pd表示阻气膜(D)在40℃、90%RH环境下的水蒸气透过率,
其单位均为g/m2/天,
在所述有机电子器件的制造方法中,制作在包含吸收水分及氧中的至少
之一的捕捉剂的层(C)上叠层有至少一层防蚀层(E)的叠层体层,并在基板(A)
上制作有机半导体元件(B),然后按照上述顺序进行叠层。
[9]上述[8]所述的有机电子器件的制造方法,其中,制造依次叠层有阻
气膜(D)、包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)、至少一层防蚀
层(E)的叠层体层,并在基板(A)上制作有机半导体元件(B),然后按照上述顺
序进行叠层。
[10]一种有机电子器件,其依次具有:基板(A)、具有至少一对电极的
有机半导体元件(B)、包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)、及
阻气膜(D),其中,
在所述有机半导体元件(B)与所述包含吸收水分及氧中的至少之一的捕
捉剂的层(C)之间具有树脂层(F),使得所述有机半导体元件(B)与该层(C)不直
接接触,该树脂层(F)的膜厚为20μm以上,
该树脂层(F)及阻气膜(D)满足下述式(1)及(2)的条件,
15≥Pe>Pd式(1)
10-4≤Pd≤10-1式(2)
在上述式(1)及式(2)中,Pe表示树脂层(F)在40℃、90%RH环境下的水
蒸气透过率,Pd表示阻气膜(D)在40℃、90%RH环境下的水蒸气透过率,
其单位均为g/m2/天,
并且,在所述有机电子器件中,所述基板(A)与所述阻气膜(D)直接粘接
或隔着中间层粘接,使所述有机半导体元件(B)与所述层(C)不与外部气体接
触。
[11]上述[10]所述的有机电子器件,其中,所述阻气膜(D)与所述树脂层
(F)直接粘接或隔着中间层粘接,使所述树脂层(F)不与外部气体接触。
[12]上述[10]或[11]所述的有机电子器件,其中,所述中间层为含有密
封材料的层。
[13]上述[10]~[12]中任一项所述的有机电子器件,其中,所述树脂层(F)
包含至少一层防蚀层(E)。
[14]上述[10]~[13]中任一项所述的有机电子器件,其中,所述有机半导
体元件(B)为有机太阳能电池元件。
[15]一种有机电子器件的制造方法,该方法包括:
在基板(A)上彼此具有间隔地设置多个有机半导体元件(B),
在所述多个有机半导体元件(B)上叠层树脂层(F),
在所述树脂层(F)上彼此具有间隔地设置2个以上包含吸收水分及氧中
的至少之一的捕捉剂的层(C),
在所述层(C)上叠层阻气膜(D),以及
对所述基板(A)进行切割,使其包含:所述有机半导体元件(B)及包含吸
收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)。
[16]上述[15]所述的有机电子器件的制造方法,其中,切割的部分为至
少由基板(A)和所述阻气膜(D)直接粘接或隔着中间层粘接而成的部分。
[17]上述[15]或[16]所述的有机电子器件的制造方法,其中,切割的部
分为至少由所述基板(A)、所述阻气膜(D)、及所述树脂层(F)叠层而成的部分。
[18]上述[15]~[17]中任一项所述的有机电子器件的制造方法,其中,所
述中间层为含有密封材料的层。
[19]上述[15]~[18]中任一项所述的有机电子器件的制造方法,其中,所
述树脂层(F)包含至少一层防蚀层(E)。
[20]上述[19]所述的有机电子器件的制造方法,其中,所述防蚀层(E)
及阻气膜(D)满足下述式(3)及(4)的条件,
5≥Pe>Pd式(3)
Pd≤10-1式(4)
在上述式(3)及式(4)中,Pe表示防蚀层(E)在40℃、90%RH环境下的水
蒸气透过率,Pd表示阻气膜(D)在40℃、90%RH环境下的水蒸气透过率,
其单位均为g/m2/天。
[21]上述[15]~[19]中任一项所述的有机电子器件的制造方法,其中,所
述有机半导体元件(B)为有机太阳能电池元件。
发明的效果
本发明通过在有机半导体元件(B)(更具体地为电极)和包含吸收水分及
氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)之间具有树脂层(F)或防蚀层(E),使包含吸
收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)不直接与电极接触。其结果,可
抑制因水分及氧中的至少之一而导致的有机半导体元件的劣化,并且可防止
捕捉剂含有成分的反应产物(酸、碱、自由基等活性物质)通过电极的针孔向
有机半导体材料扩散。另外,通过将包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉
剂的层(C)设置在有机电子器件内使其不与外部气体接触,能够实现有机电
子器件的长寿命化。具体而言,在有机薄膜太阳能电池中,没有必要为了避
免捕捉剂与电极接触而设置空间,可实现器件的薄型化。另外,即使膜受到
来自上方的挤压,由于捕捉剂不会与电极接触,可通过膜而并非玻璃对有机
半导体进行包覆,可实现器件的轻质化。而且,即使在可挠性有机电子器件
的情况下,弯曲时捕捉剂也不会与电极接触,可防止因弯曲而导致的元件劣
化。
其中,通过在与基板(A)相反侧的有机半导体元件(B)(更具体地为电极)
与包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)之间具有所述树脂层
(F),还可适用于以基板(A)侧为受光面的底部受光型(ボトム受光型)有机太
阳能电池等。
本发明的有机电子器件为能强烈耐受来自与受光面垂直方向的压力的
有机电子组件。具体而言,将有机薄膜太阳能电池装置组件化并对该组件进
行设置后,出于实用的目的,必须能够很强地耐受来自与受光面垂直方向的
压力,使其能够耐受被踩踏、下冰雹等情况。但仅在有机半导体元件和捕捉
剂之间设置空间的情况下、或仅存在气体透过性高的膜等的情况下,直接接
触而受到损伤的危险性很高,但像本发明这样,通过设置树脂层(F)、优选
通过设置具有特定特性的防蚀层(E),可防止上述损伤。
另外,通过设置树脂层(F)、或防蚀层(E),水分捕捉剂、热熔型部件不
会因吸收水、碱、工序中使用的粘接剂、粘结材料等的溶剂、外部气体等的
水分及氧等而在OPV组件的制造工序的组装阶段发生变质,能够期待其操
作作业、工序设计得到简化、强化的效果。另外,在本发明中,通过将基板
(A)与所述阻气膜(D)直接粘接或隔着中间层(其它层)粘接,使有机半导体元
件(B)和包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)不与外部气体接
触,从而可以更明显地发挥上述效果。
附图说明
[图1]是示出本发明实施方式1的有机电子器件的结构例的剖面示意图
(实施例1)
[图2]是示出比较例的有机电子器件的结构例的剖面示意图(比较例1)
[图3]是示出本发明实施方式2的有机电子器件的结构例的剖面示意图
(实施例1、2)
[图4]是示出本发明实施方式2的有机电子器件的结构例的顶面示意图
(实施例1、2)
[图5]是示出本发明实施方式3的有机电子器件的结构例的剖面示意图
(实施例1、2的另一形态)
[图6]是示出本发明实施方式4的有机电子器件的结构例的剖面示意图
(实施例3、4)
[图7]是示出本发明实施方式4的有机电子器件的结构例的顶面示意图
(实施例3、4)
符号说明
1.基板(A)
2.有机半导体层
3.透明电极
4.金属电极
5.防蚀层(E)
6.包含捕捉剂的层(C)
7.阻气膜(D)
8.密封材料
9.粘接片
10.切割面
20.有机半导体元件(B)
具体实施方式
以下,列举实施方式及示例物等对本发明进行详细说明,但本发明并不
受以下实施方式及示例物等的限定,在不脱离本发明要点的范围内可进行任
意变更。
(实施方式1)
本发明有机电子器件的1个例子如图1所示,其依次叠层有有机半导体
元件(B)20、包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)6、和阻气膜
(D)7,所述有机半导体元件(B)20具有至少一对电极3、4和有机半导体层2,
所述阻气膜(D)7包覆所述有机半导体元件20,其中,在所述电极中的至少
一个与所述包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)6之间,具有至
少一层防蚀层(E)5。其中,有机半导体元件(B)20可形成在基板(A)1上,另
外,还可以将阻气膜(D)作为基板使用。其中,有机半导体元件(B)具有下述
结构:有机半导体层2设置在透明电极3和金属电极4之间,为太阳能电池
元件的情况下,具有下述结构:将通过光电转换在有机半导体层2内产生的
电子从透明电极3和金属电极4以电力的形式取出,
而且,所述防蚀层(E)的膜厚为20μm以上,
所述防蚀层(E)及阻气膜(D)满足下述式(1)及(2)的条件,
15≥Pe>Pd式(1)
10-4≤Pd≤10-1式(2)
在上述式(1)及式(2)中,Pe表示防蚀层(E)在40℃、90%RH环境下的水
蒸气透过率,Pd表示阻气膜(D)在40℃、90%RH环境下的水蒸气透过率,
其单位均为g/m2/天。
(实施方式2)
另外,本发明的有机电子器件的1个例子如图3及图4所示,其至少依
次叠层有基板(A)1、有机半导体元件(B)20、包含吸收水分和/或氧的捕捉剂
的层(C)6、及阻气膜(D)7,其中,在所述有机半导体元件(B)和所述包含吸收
水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)6之间,具有树脂层(F),使得所述
有机半导体元件(B)与所述层(C)6不直接接触,并且所述基板(A)1与所述阻
气膜(D)7直接粘接或隔着防蚀层(E)5等中间层粘接,使得所述有机半导体元
件(B)和所述层(C)6不与外部气体接触,
而且,所述树脂层(F)的膜厚为20μm以上,
所述树脂层(F)及阻气膜(D)满足下述式(1)及(2)的条件,
15≥Pe>Pd式(1)
10-4≤Pd≤10-1式(2)
在上述式(1)及式(2)中,Pe表示树脂层(F)在40℃、90%RH环境下的水
蒸气透过率,Pd表示阻气膜(D)在40℃、90%RH环境下的水蒸气透过率,
其单位均为g/m2/天,
并且,所述基板(A)和所述阻气膜(D)直接粘接或隔着中间层粘接,使得
所述元件(B)和所述层(C)不与外部气体接触。
(实施方式3)
另外,本发明的有机电子器件的1个例子如图5所示,在形成有图中未
示出的背面保护片等阻气层的阻气膜(D)7上形成包含捕捉剂的层(C)6,并设
置由防蚀层(E)5构成的树脂层(F),使其包覆所述包含捕捉剂的层(C)6,将树
脂层(F)隔着密封材料8与阻气膜(D)7粘接,使树脂层(F)不与所述有机电子
器件的端面接触且不露出到外部。其它部件与上述实施方式2相同。
(实施方式4)
实施方式4为制造有机电子器件的方法,例如,作为其1个例子,示出
了制作图3及图4所示有机电子器件的方法。
即,该方法为制造如图3及图4所示的下述有机电子器件的方法,该有
机电子器件至少依次叠层有基板(A)1、有机半导体元件(B)20、包含吸收水
分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)6、及阻气膜(D)7,其中,在所述有机
半导体元件(B)20和所述包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)6
之间具有树脂层(F),使得所述有机半导体元件(B)20与所述层(C)6不直接接
触,并且所述基板(A)1与所述阻气膜(D)7直接粘接或隔着中间层粘接,使
得所述元件(B)与所述层(C)6不与外部气体接触。
而且,在所述有机电子器件的制造方法中,如图6及图7所示,在基板
(A)1上彼此具有间隔地设置至少2个以上有机半导体元件(B)20,在所述至
少2个以上有机半导体元件(B)20上叠层树脂层(F),在该树脂层(F)上彼此具
有间隔地设置2层以上的包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层
(C)6,在该层(C)6上叠层阻气膜(D)7,并按照包含所述有机半导体元件(B)20
和包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)6的方式进行切割。在该
构成中,期望树脂层(F)与实施方式2同样,但即使膜厚以及水分吸收率不
满足上述条件,也能够容易地制造,从而可以谋求简化制造工序。
需要说明的是,就本发明的有机电子器件而言,只要至少具有上述记载
的(B)~(E)层或(A)~(F)层即可,没有特别限制,优选为有机EL装置、有机薄
膜太阳能电池元件装置。其中,特别优选为有机薄膜太阳能电池元件装置。
另外,在本发明中,片、膜及层均指片状及膜状,只要不影响本发明的
功能即可,无需刻意区分。
在上述实施方式1~4中,对相同的部件赋予相同的符号,并省略其说明。
接着,对本发明中使用的各部件进行说明。
<基板(A)>
基板(A)是支撑有机半导体元件(B)的支撑部件。作为形成基板(A)的材
料,可以列举例如,玻璃、蓝宝石、二氧化钛等无机材料;聚对苯二甲酸乙
二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚酰亚胺、尼龙、聚苯乙烯、聚乙
烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、氟树脂膜、氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、环状聚
烯烃、纤维素、乙酸纤维素、聚偏氯乙烯、芳族聚酰胺、聚苯硫醚、聚氨酯、
聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚芳酯、聚降冰片
烯等有机材料;不锈钢、钛、镍、银、金、铜、铝等金属材料;等等。
其中,从易于形成有机半导体元件(B)方面考虑,优选玻璃、聚对苯二
甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚(甲基)丙烯酸树脂膜、
不锈钢、铝。
需要说明的是,基体材料的材料可使用1种,也可将2种以上以任意组
合及比率组合使用。另外,这些有机材料中可含有碳纤维、玻璃纤维等增强
纤维,以增强机械强度。另外,为了赋予这些金属材料以绝缘性,可制成涂
敷或叠层有表面层等的复合材料。例如,基板(A)由金属基板构成的情况下,
可采用下述结构:在其上层叠层有机半导体元件,再在其上层叠层透明电极,
从而对部分基板赋予绝缘性,并使部分基板暴露出来作为金属电极发挥作
用。另外,还可将阻气膜作为基板使用。
<有机半导体元件(B)>
作为有机半导体元件(B),下述记载了有机薄膜太阳能电池元件(在本说
明书中,也简称为“太阳能电池元件”),但只要不显著影响本发明即可,
并不排除其它有机电子器件。另外,有机薄膜太阳能电池元件也并不限于以
下说明的例子。
有机薄膜太阳能电池元件具备:至少一对电极以及设置在这些电极间的
含有有机半导体的有机半导体层。所述有机半导体层吸收光而产生电力,并
将产生的电力从电极取出,也有如后述所叙述的那样包含缓冲层等其它层的
情况。
·有机半导体层
有机半导体层可由任意有机半导体形成。根据半导体特性,有机半导体
可分为p型、n型。对于p型、n型而言,对导电有贡献的是空穴、电子中
的任一者,并取决于材料的电子状态、掺杂状态、捕获状态。因此,以下列
举有机半导体的例子,但有时未必能够明确区分为p型、n型,即使是同一
物质,也有显示p型、n型两种特性的。
作为p型半导体的例子,可以列举,四苯并卟啉、四苯并卟啉铜、四苯
并卟啉锌等卟啉化合物;酞菁、酞菁铜、酞菁锌等酞菁化合物;萘酞菁化合
物;并四苯、并五苯等多并苯;六噻吩等低聚噻吩及含有这些化合物作为骨
架的衍生物。还可以列举,包括聚(3-烷基噻吩)等在内的聚噻吩、聚芴、聚
苯乙炔(polyphenylene vinylene)、聚三烯丙基胺、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯
等高分子等。
作为n型半导体的例子,可以列举,富勒烯(C60、C70、C76);八氮杂卟
啉;上述p型半导体的全氟化物;萘四羧酸酐、萘四羧酸二酰亚胺、二萘嵌
苯四羧酸酐、二萘嵌苯四羧酸二酰亚胺等芳香族羧酸酐、其酰亚胺化物;以
及含有这些化合物作为骨架的衍生物等。
只要至少含有p型的半导体及n型的半导体即可,有机半导体层的具体
的构成是任意的。可仅由单层的膜构成,也可由2层以上的叠层膜构成。例
如,可以在各自的膜中含有n型半导体和p型半导体,也可以在同一膜中含
有n型半导体和p型半导体。
另外,n型半导体及p型半导体可以分别使用1种,也可将2种以上以
任意组合及比率组合使用。
作为有机半导体层的具体构成例,可以列举,具有p型半导体和n型半
导体在层内发生了相分离的层(i层)的本体异质结型、包含p型半导体的层(p
层)和包含n型半导体的层(p层)分别具有界面的叠层型(异质pn结型)、肖特
基型及它们的组合。其中,本体异质结型、及本体异质结型与叠层型的组合
(p-i-n结型)显示出高性能,因此优选。
有机半导体层的p层、i层、n层各层的厚度没有限制,通常为3nm以
上、优选为10nm以上,并且通常为200nm以下、优选为100nm以下。增
大层厚,具有提高膜均匀性的趋势,减小层厚,具有透过率提高而串联电阻
降低的趋势。
·电极
电极可由具有导电性的任意材料形成。作为电极材料的例子,可以列举
出:铂、金、银、铝、铬、镍、铜、钛、镁、钙、钡、钠等金属或它们的合
金;氧化铟、氧化锡等金属氧化物、或其合金(ITO);聚苯胺、聚吡咯、聚
噻吩、聚乙炔等导电性高分子;使上述导电性高分子中含有盐酸、硫酸、磺
酸等酸、FeCl3等路易斯酸、碘等卤素原子、钠、钾等金属原子等掺杂剂而
成的材料;将金属粒子、炭黑、富勒烯、碳纳米管等导电性粒子分散在聚合
物粘合剂等基质中而形成的导电性复合材料等。其中,对于捕集空穴的电极
而言,优选Au、ITO等具有高功函数的材料。另一方面,对于捕集电子的
电极而言,优选Al这样的具有低功函数的材料。通过优化功函数,具有良
好地捕集因光吸收而产生的空穴及电子的优点。
在一对电极中,为了发电,优选至少受光面侧的电极具有光透过性。但
在电极面积比发电层面积小等、即使电极不透明也不会对发电性能造成明显
的不良影响的情况下,受光面侧的电极也可以不必是透明的。作为透明的电
极材料,可以列举例如,ITO、氧化铟锌(IZO)等氧化物;金属薄膜等。另外,
此时,光的透射率的具体范围没有限制,考虑到太阳能电池元件的发电效率
时,除去因在光学界面发生部分反射而导致的损失,优选为80%以上。
需要说明的是,电极的材料可单独使用1种,也可将2种以上以任意组
合及比率组合使用。
另外,电极的形成方法没有限制。例如,可通过真空蒸镀、溅射等干式
工艺形成。另外,例如,还可通过使用导电性油墨等的湿式工艺形成。此时,
作为导电性油墨,可使用任意的导电性油墨,例如,可使用导电性高分子、
金属粒子分散液等。
另外,电极可叠层2层以上,也可以通过表面处理来改善电特性、润湿
特性等特性。
·其它层
上述例子中所示有机太阳能电池元件除上述有机半导体层、电极以外,
还可具有其它层。需要说明的是,形成其它层的位置只要不损害太阳能电池
元件发电,则可以为任意位置。作为其它层,可以列举缓冲层。
缓冲层是设置在例如面向有机半导体层侧的电极界面上的用于改善电
特性等的层。可以列举例如,聚(亚乙基二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:
PSS)、氧化钼、氟化锂、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲等。
<包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)>
包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)是吸收水分及氧中的
至少之一的膜。如上所述,有机薄膜太阳能电池元件的构成部件会在水分的
作用下发生劣化,而且会因氧的作用而发生劣化,如不尽量排除水分和氧的
话,很难在保持发电效率的同时实现长寿命化。
因此,通过用包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)包覆太
阳能电池元件,能保护太阳能电池元件等不受水分及氧中的至少之一的影
响,从而保持高的发电能力。
其中,包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)不同于上述的
阻气膜(D),其吸收水分及氧中的至少之一且不会阻碍水分及氧中的至少之
一透过。通过使用吸收水分及氧中的至少之一的膜,在用阻气膜(D)等包覆
太阳能电池元件的情况下,包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)
会捕捉浸入到由阻气膜(D)与密封材料形成的空间内的少量水分及氧中的至
少之一,从而可排除因水分对太阳能电池元件的影响。
具体而言,对于包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)的水
分吸收能力(本发明中也称为“水分吸收量”)而言,按照相对于叠层面的单
位面积计,通常为0.1mg/cm2以上、优选为0.5mg/cm2以上、更优选为1mg/cm2
以上。该数值越高,水分吸收能力越高,越能够抑制太阳能电池元件的劣化。
另外,其上限没有限制,但通常为15mg/cm2以下。
另外,包含捕捉剂的层(C)每单位体积的水分吸收量通常为1mg/cm3以
上、优选为5mg/cm3以上、更优选为10mg/cm3以上。该数值越高,水分吸
收能力越高,越能够抑制太阳能电池元件的劣化。另外,其上限没有限制,
但通常为800mg/cm3以下。
需要说明的是,水分吸收量的测定方法可利用下述方法进行测定:由试
验体吸收水分前后的重量变化算出的方法、用水分测定装置测定试验体中的
水分量的方法、将试验体保存在含水分的密闭容器中并用水分浓度计检测其
水分减少量的方法。优选由重量变化进行计算的方法,因为该方法可简便地
实施。
具体而言,在测定干燥状态下试验体的重量后,将同一试验体保存在存
在水分的环境下,记录重量不再增加时的重量,其差值为水分吸收量。就存
在水分的保存环境而言,只要满足存在水分的量为试验体的水分吸收量以上
的条件即可,可根据水分吸收能力进行适当设定。具体而言,对于水分吸收
能力大的试验体,为了缩短试验时间,可在50~100%RH以上的湿度环境下
进行,对于水分吸收能力小的试验体,可在控制为适宜水分浓度的环境(例
如1ppm~1%范围)下进行。就重量测定时的环境而言,不可逆地吸收水分的
试验体可在50%RH以上的湿度环境下进行重量测定,而可逆地吸收水分的
试验体则必须在85%RH以上的高湿环境下进行重量测定。
另外,包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)通过吸收氧,
在用阻气膜(D)等包覆太阳能电池元件的情况下,包含吸收水分及氧中的至
少之一的捕捉剂的层(C)会捕捉浸入到由阻气膜(D)与密封材料形成的空间
内的少量氧,从而可排除氧对太阳能电池元件的影响。
对于包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)的氧吸收能力而
言,按照相对于叠层面的单位面积计,通常为0.01ml/cm2以上、优选为
0.05ml/cm2以上、更优选为0.1ml/cm2以上。该数值越高,氧吸收能力越高,
越能够抑制太阳能电池元件的劣化。另外,其上限没有限制,但通常为
20ml/cm2以下。在本发明中,氧吸收能力和氧吸收量的意义相同。
另外,包含捕捉剂的层(C)每单位体积的氧吸收量通常为0.1ml/cm3以上、
优选为0.5mg/cm3以上、更优选为1mg/cm3以上。该数值越高,水分吸收能
力越高,越能够抑制太阳能电池元件的劣化。另外,其上限没有限制,但通
常为200mg/cm3以下。
需要说明的是,就氧吸收能力的测定方法而言,可通过下述方法求出:
将试验体保存在含氧的密闭容器内,用氧浓度计检测其氧减少量。记录氧浓
度不再减少时的氧浓度,将其与试验前密闭容器内氧浓度的差值作为氧吸收
量。可适当设定密闭容器内的初期氧浓度,使存在的氧量为试验体的氧吸收
量以上,并且为与氧浓度计的灵敏度相适应的浓度。另外,可以向密闭容器
内加入适当量的试验体,使因吸收而产生的氧减少量为氧浓度计的检测灵敏
度以上。
另外,将包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)用于太阳能
电池的受光侧一面时,从不影响太阳能电池元件的光吸收的角度考虑,优选
使可见光透过。例如,除去因膜界面的部分反射而导致的损失,可见光(波
长360~830nm)的光透射率通常为75%以上、优选为80%以上、更优选为85%
以上、进一步优选为90%以上、特别优选为95%以上,其中,特别优选为
97%以上。这是因为,这样会将太阳光更多地转化为电能。
另外,由于有机半导体装置在多数情况下会因受到光照射而产生热,因
此优选包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)具有耐热性。从该
观点来看,包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)的构成材料的
熔点通常为100℃以上、优选为120℃以上、更优选为130℃以上,并且通
常为350℃以下、优选为320℃以下、更优选为300℃以下。通过提高熔点,
可降低在有机半导体装置使用时、包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂
的层(C)发生熔解/劣化的可能性。
对于构成包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)的材料而
言,只要能吸收水分及氧中的至少之一,则可以为任意材料。如果针对这样
的材料进行举例,作为吸收水分的物质(吸水剂、干燥剂),可以列举:碱金
属、碱土金属、碱土金属的氧化物、碱金属或碱土金属的氢氧化物、硅胶、
沸石类化合物、硫酸镁、硫酸钠、硫酸镍等硫酸盐、铝金属络合物、辛酸铝
(アルミニウムオキサイドオクチレ一ト)等有机金属化合物等。具体而言,
作为碱土金属,可以列举Ca、Sr、Ba等。作为碱土金属的氧化物,可以列
举CaO、SrO、BaO等。此外,还可列举Zr-Al-BaO、铝金属络合物等。其
中,优选碱土金属Ca、Sr及其氧化物CaO、SrO、及铝金属络合物,从水分
捕捉性高的角度考虑,更优选CaO、SrO、BaO;从能使捕捉剂透明化方面
考虑,更优选铝金属络合物。
其中,如果列举更优选的具体商品名,例如,更优选使用OleDry(双叶
电子株式会社制造)作为吸收水分的捕捉剂。
作为吸收氧的物质(脱氧剂),可以列举:Fe、Mn、Zn、及这些金属的硫
酸盐/盐酸盐/硝酸盐等无机盐等无机类;抗坏血酸、肼类化合物、MXD6尼
龙、乙烯性不饱和烃、具有环己烯基的聚合物等有机类等。
需要说明的是,包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)可由1
种材料形成,也可由2种以上的材料形成。
作为构成上述包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)的捕捉
剂的优选组合,采用吸收水分的捕捉剂的组合时,从水分捕捉性能方面考虑,
优选碱土金属Ca或Sr与碱土金属的氧化物CaO或SrO的组合、碱土金属
的氧化物CaO或SrO与铝金属络合物的组合;将吸收水分的捕捉剂与吸收
氧的捕捉剂组合时,从兼备水分和氧的吸收方面考虑,优选碱土金属的氧化
物CaO或SrO与Fe的组合、碱土金属的氧化物CaO或SrO与抗坏血酸的
组合、碱土金属的氧化物CaO或SrO与肼化合物的组合、铝金属络合物与
抗坏血酸的组合、铝金属络合物与肼化合物的组合。另外,从显示出更高的
吸收性能方面考虑,优选碱土金属的氧化物CaO或SrO与抗坏血酸的组合、
碱土金属的氧化物CaO或SrO与肼化合物的组合。
另外,包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)可由单层膜形
成,也可以为具有2层以上膜的叠层膜。
包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)的厚度没有特别限
制,通常为5μm以上、优选为10μm以上、更优选为15μm以上,并且通常
为500μm以下、优选为400μm以下、更优选为300μm以下。增加厚度时,
存在机械强度提高的趋势,反之,减小厚度时,存在柔软性提高的趋势,并
且具有可实现装置的薄型化的优点。因此,作为兼具两方面优势的范围,期
望在上述范围内。
就有机电子器件而言,其受光面及背面形成的面积大多比其它面要大,
因此,水分及氧有可能通过这些面浸入。从该观点来看,在本发明中,包含
吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)设置在阻气膜(D)和有机半导
体元件(B)之间。
作为本实施方式之一,包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)
设置在有机半导体元件(B)的受光面一侧。另外,作为本实施方式的另一种
方式,根据需要将包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)设置在
有机半导体元件(B)的背面侧。另外,作为本实施方式的另一方式,在受光
面、背面侧都设置有包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)。在
该情况下,无论是位于受光面一侧还是背面侧,包含吸收水分及氧中的至少
之一的捕捉剂的层(C)均优选位于有机半导体元件(B)和阻气膜(D)之间。
除上述位置外,包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)只要
位于由阻气膜(D)及密封材料形成的空间内即可,对其设置位置没有限制。
例如,可设置在不存在有机半导体元件(B)的基板(A)上、有机半导体元件(B)
的除受光面及背面中的至少一种投影面以外的阻气膜(D)上,还可以沿器件
边缘部、尤其是沿密封材料内侧的位置进行设置。
包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)可根据捕捉剂的种类
以任意方法形成,可采用例如:将分散有捕捉剂的膜通过粘合剂进行安装的
方法;将捕捉剂的溶液通过辊涂法、凹版涂布法、刮刀涂布法、浸涂法、帘
流涂布法、喷涂法、棒涂法、缝模涂布法、旋涂法、喷墨法、分散器等进行
涂布的方法等。另外,还可以采用等离子CVD、真空蒸镀、离子镀、溅射
法等成膜方法。
作为用于捕捉剂的膜,可以使用例如,聚乙烯类树脂、聚丙烯类树脂、
环状聚烯烃类树脂、聚苯乙烯类树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS树脂)、丙
烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、聚氯乙烯类树脂、氟树脂、聚(甲基)
丙烯酸类树脂、聚碳酸酯类树脂等。其中,优选聚乙烯类树脂、氟树脂、环
状聚烯烃类树脂、聚碳酸酯类树脂的膜。需要说明的是,上述树脂可使用1
种,也可将2种以上以任意组合及比率组合使用。
另外,对于设置在与受光面相反的太阳能电池元件的背面的包含吸收水
分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)而言,由于太阳能电池元件背面侧的
构成部件未必需要使可见光透过,因此也可以使用不使可见光透过的层。另
外,还可以使用与含有吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)相比含
有更多所使用的水分吸收剂及氧吸收剂中的至少之一的膜。作为这样的吸收
剂,可以列举,作为水分吸收剂的CaO、BaO、Zr-Al-BaO,作为氧吸收剂
的活性炭、分子筛等。
<(包覆有机半导体元件(B)的)阻气膜(D)>
阻气膜(D)是防止水及氧透过的膜。
包含有机薄膜太阳能电池的有机半导体元件(B)具有对湿气及氧的耐受
力弱的倾向,透明电极、金属电极、有机半导体层有时会在水分及氧的作用
下发生劣化。因此,通过用阻气膜(D)包覆太阳能电池元件,可以保护太阳
能电池元件不受水及氧的影响,保持高的发电能力。
另外,本发明的阻气膜(D)满足以下所述的水蒸气透过率。
为了阻止来自外部的水分的浸入,对于阻气膜(D)的水蒸气透过率Pd而
言,以100μm厚度计,其在40℃、90%RH环境下的水蒸气透过率Pd必须
为10-1g/m2/天以下、更优选为10-2g/m2/天以下、进一步优选为10-3g/m2/天以
下,达到10-4g/m2/天时阻隔性高,因此优选。
但就现今的技术而言,如果使其透明且柔软、并提高阻隔性能,则制造
成本也相应地提高,在用于太阳能电池用途时,制造成本的限制也很大,因
此现实中最优选的阻隔性能通常为10-3g/m2/天~10-4g/m2/天的范围。另外,如
果技术上能实现的话,当然希望为10-4g/m2/天以下。
水蒸气透过率可基于JIS K7129标准、采用具有湿度传感器、红外线传
感器、气相色谱的装置、通过杯式法(JIS Z0208)在40℃、90%环境下进行测
定。
需要说明的是,为了填埋空出的空间以改善光学特性、机械特性,有时
需要在有机电子器件内封入填充材料。此时,填充材料层为含有游离酸、有
机溶剂、水蒸气、氧等的物质的情况下,有可能使有机半导体元件劣化。即
使在这样的情况下,通过在有机半导体元件之间设置防蚀层,也可防止有机
半导体元件的劣化。
阻气膜(D)所要求的氧透过性的程度因有机半导体元件(B)的种类等而不
同。例如,一般来说,优选在25℃环境下100μm厚的阻气膜每单位面积(1m2)
每天的氧透过率为1cc/m2/天/atm以下、更优选为1×10-1cc/m2/天/atm以下、
进一步优选为1×10-2cc/m2/天/atm以下、更进一步优选为1×10-3cc/m2/天/atm
以下,其中尤其优选为1×10-4cc/m2/天/atm以下,特别优选为1×10-5cc/m2/天
/atm以下。氧的透过量越少,越具有能够抑制因元件的氧化而导致的劣化的
优点。另外,氧透过率可采用基于JIS K7126A标准的差压法的装置、或基
于JIS K7126B标准的等压法的具有红外线传感器、气相色谱的装置来进行
测定。
通过使用这样的阻气膜(D),可容易地制造有效利用了有机太阳能电池
元件等的优异性质的有机半导体装置。
另外,阻气膜(D)用于有机电子器件的光入射/出射面时,优选能透过可
见光。例如,可见光(波长360~830nm)的光透射率通常为75%以上、优选为
80%以上、更优选为85%以上、进一步优选为90%以上、尤其优选为95%以
上,其中特别优选为97%以上。例如,在有机薄膜太阳能电池中,具有将太
阳光更多地转化为电能的优点。另外,用于与有机电子器件的光入射/出射
面相反的面时,不一定需要使可见光透过,也可以是不透明的。
阻气膜的厚度没有特别限制,通常为10μm以上、优选为15μm以上、
更优选为20μm以上,并且通常为500μm以下、优选为300μm以下、更优
选200μm以下。增大厚度时,机械强度有提高的趋势,减小厚度时,柔软
性有提高的趋势。
另外,由于有机半导体装置在多数情况下会在受到光照射时产生热,因
此优选阻气膜(D)具有耐热性。从该观点来看,阻气膜(D)的构成材料的熔点
通常为100℃以上、优选为120℃以上、更优选为130℃以上,并且通常为
350℃以下、优选为320℃以下、更优选为300℃以下。通过提高熔点,可以
防止在使用有机半导体装置时阻气膜(D)发生熔解/劣化。
对于阻气膜(D)的具体构成而言,只要能保护有机半导体元件不受水及
氧中的至少之一的影响,则可以为任意构成。但是,由于能透过阻气膜(D)
的水蒸气、氧的量越少的膜,其制造成本越高,因此优选综合考虑这些方面
来选择使用适当的膜。
以下,针对阻气膜(D)的构成,举例进行说明。
作为阻气膜(D)的构成,列举2个优选例。
第一个例子是在塑料膜基体材料上设置有无机阻挡层的膜。
此时,无机阻挡层可以仅形成在塑料膜基体材料的一面,也可以形成在
塑料膜基体材料的两面。形成在两面时,形成在两面的无机阻挡层的数量可
以相同也可以不同。
第二个例子是在塑料膜基体材料上形成有单元层的膜,所述单元层由彼
此邻接地叠层设置的无机阻挡层和聚合物层2层构成。此时,将由彼此邻接
地叠层设置的无机阻挡层和聚合物层2层构成的单元层作为1个单位,可以
仅形成1个单位(1层无机阻挡层和1层聚合物层合在一起为1个单位的意思)
的上述单元层,也可以形成2个单位以上的上述单元层。例如可以叠层2~5
个单位的上述单元层。
单元层可以仅形成在塑料膜基体材料的一面,也可以形成在塑料膜基体
材料的两面。形成在两面时,形成在两面的无机阻挡层及聚合物层的数量可
以相同也可以不同。另外,在塑料膜基体材料上形成单元层的情况下,可以
在塑料膜基体材料侧形成无机阻挡层,然后在该无机阻挡层上形成聚合物
层;也可以在塑料膜基体材料侧形成聚合物层,然后在该聚合物层上形成无
机阻挡层。
另外,为了保护阻挡层等,可以在设置有阻挡层的面上具有保护膜。所
述保护膜的材料可以与阻气膜基体材料的材料相同、也可以采用不同的材
料。另外,还可将设置有阻挡层的面贴合,制成塑料膜基体材料朝向外侧的
叠层体。
·塑料膜基体材料
用于阻气膜(D)的塑料膜基体材料只要是能保持上述无机阻挡层及聚合
物层的膜即可,没有特别限制,可根据阻气膜(D)的使用目的等适当选择。
作为塑料膜基体材料的材料的例子,可以列举:聚酯树脂、甲基丙烯酸
树脂、甲基丙烯酸-马来酸共聚物、聚苯乙烯、氟树脂、聚酰亚胺树脂、氟
化聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚乙烯醇树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰
亚胺树脂、酰化纤维素树脂、聚氨酯树脂、聚醚醚酮树脂、聚碳酸酯树脂、
脂环式聚烯烃树脂、聚芳酯树脂、聚醚砜树脂、聚砜树脂、环烯烃共聚物、
芴环改性聚碳酸酯树脂、脂环改性聚碳酸酯树脂、丙烯酰化合物等热塑性树
脂等。
在这些树脂中,作为优选例,可以列举:聚酯树脂、聚芳酯树脂、聚醚
砜树脂、芴环改性聚碳酸酯树脂、脂环改性聚碳酸酯树脂、丙烯酰化合物。
另外,优选使用包括螺二茚、螺双苯并二氢吡喃在内的缩聚物。在聚酯树脂
中,进行了双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、同样进行了双向拉伸
的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)由于热尺寸稳定性优异,在本发明中优选作为
塑料膜基体材料使用。
需要说明的是,塑料膜基体材料的材料可使用1种,也可将2种以上以
任意组合及比率组合使用。
为了提高与无机阻挡层的密合性,还可在塑料膜基体材料上形成底涂剂
的层(底涂层)。通常,底涂层是涂布底涂剂而形成的。作为底涂剂,可以列
举例如:聚酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、含有唑啉基的树脂、含有
碳化二亚胺基的树脂、含有环氧基的树脂、含有异氰酸酯的树脂及它们的共
聚物等。另外,底涂剂可以使用1种,也可将2种以上以任意组合及比率组
合使用。
底涂层的厚度通常为0.005μm以上、优选为0.01μm以上,并且通常为
5μm以下、优选为1μm以下。只要厚度在该范围的上限值以下,即可获得
良好的爽滑性,并且基本上不会发生因底涂层本身的内部应力而导致的从塑
料膜基体材料上剥离。另外,只要厚度在该范围的下限值以上,即可确保均
匀的厚度,因此优选。
·无机阻挡层
无机阻挡层通常是由金属氧化物、氮化物或氮氧化物形成的层。需要说
明的是,形成无机阻挡层的金属氧化物、氮化物及氮氧化物可使用1种、也
可将2种以上以任意组合及比率组合使用。
作为金属氧化物,可以列举例如:Si、Al、Mg、In、Ni、Sn、Zn、Ti、
Cu、Ce、Ta等的氧化物、氮化物或氮氧化物等。其中,为了兼备高阻隔性
和高透明性,优选含有氧化铝或氧化硅,尤其是从水分的透过性、光线透过
性方面考虑,优选含有氧化硅。由2种以上金属氧化物构成无机阻挡层的情
况下,作为金属氧化物,期望含有氧化铝及氧化硅。
各金属原子与氧原子的比率也是任意的,但为了提高无机阻挡层的透明
度、防止着色,期望氧原子的比率不要比氧化物的化学计量比少很多。另一
方面,为了提高无机阻挡层的致密性、从而提高阻隔性,期望减少氧原子。
从该观点来看,例如使用SiOx作为金属氧化物的情况下,特别优选上述x
的值为1.5~1.8。另外,例如使用AlOx作为金属氧化物的情况下,特别优选
上述x的值为1.0~1.4。
增加无机阻挡层的厚度时,具有提高阻隔性的趋势,但为了使弯曲时不
易产生裂纹、从而防止裂纹,期望减小其厚度。因此,作为无机阻挡层的适
宜厚度,通常为5nm以上、优选为10nm以上,并且通常为1000nm以下、
优选为200nm以下。
无机阻挡层的成膜方法没有限制,通常可通过溅射法、真空蒸镀法、离
子镀法、等离子CVD法等来进行。例如,对于溅射法而言,可以以1种或
多种金属靶及氧气为原料、并采用使用等离子的反应性溅射方式来形成。
·聚合物层
聚合物层可使用任意的聚合物,例如可使用能够在真空室内成膜的聚合
物。需要说明的是,构成聚合物层的聚合物可使用1种,也可将2种以上以
任意组合及比率组合使用。
作为形成上述聚合物的化合物,可以列举例如以下化合物。需要说明的
是,单体可使用1种,也可将2种以上单体以任意组合及比率组合使用。
可以列举例如,六甲基二硅氧烷等硅氧烷,作为聚合物可得到聚硅氧烷。
可以列举,二对二甲苯等对二甲苯,作为聚合物可得到聚对二甲苯。
可以列举能够使两种单体交替重复地发生加聚的单体。由此可得到加聚
物,可列举聚氨酯(二异氰酸酯/二醇)、聚脲(二异氰酸酯/二胺)、聚硫脲(二
硫代异氰酸酯/二胺)、聚硫代醚氨基甲酸酯(双亚乙基氨基甲酸酯/二硫醇)、
聚亚胺(双环氧化物/伯胺)、多肽酰胺(双吖内酯/二胺)及聚酰胺(二烯烃/二酰
胺)等。
可以列举丙烯酸酯单体。可使用单官能、2官能、多官能的任意的丙烯
酸酯单体,但为了得到适宜的蒸发速度、固化度、固化速度等,优选将2种
以上上述丙烯酸酯单体组合使用。作为单官能丙烯酸酯单体,可以列举例如:
脂肪族丙烯酸酯单体、脂环式丙烯酸酯单体、醚类丙烯酸酯单体、环状醚类
丙烯酸酯单体、芳香族类丙烯酸酯单体、含有羟基的丙烯酸酯单体、含有羧
基的丙烯酸酯单体等。
可以列举环氧类及氧杂环丁烷类等可获得光阳离子固化聚合物的单体。
可以列举乙酸乙烯酯。另外,通过对其聚合物进行皂化,可得到聚乙烯
醇。
可以列举丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、富马酸、马来酸、衣康酸、
马来酸单甲酯、马来酸单乙酯、马来酸酐、衣康酸酐等不饱和羧酸等。另外,
可使其与乙烯形成共聚物。另外,还可以使用上述单体的混合物、上述单体
与缩水甘油醚化合物混合而成的混合物、以及上述单体与环氧化合物形成的
混合物作为聚合物。
使上述单体聚合而生成聚合物时,对于单体的聚合方法没有限制。但通
常可以在涂布或蒸镀包含单体的组合物并使其成膜之后进行聚合。作为聚合
方法的实例,使用热聚合引发剂时,可通过下述方法来引发聚合:利用加热
器等进行接触加热;利用红外线、微波等进行放射加热;等等。另外,使用
光聚合引发剂时,可通过照射活化能量线来引发聚合。照射活化能量线时,
可使用各种光源,可使用例如:水银弧光灯、氙气弧光灯、荧光灯、碳弧光
灯、辐照卤钨灯及利用日光的照射光等。此外,还可以进行电子束照射、大
气压等离子体处理。
作为聚合物层的形成方法,可列举例如涂布法、真空成膜法等。
通过涂布法形成聚合物层的情况下,可采用例如辊涂法、凹版涂布法、
刮刀涂布法、浸涂法、帘流涂布法、喷涂法、棒涂法等方法。
另一方面,通过真空成膜法形成聚合物层的情况下,可以列举例如蒸镀、
等离子CVD等成膜方法。
聚合物层的厚度没有特别限制,通常为10nm以上,并且通常为5000nm
以下、优选为2000nm以下、更优选为1000nm以下。通过增大聚合物层的
厚度,容易获得厚度的均匀性,可利用聚合物层有效地掩埋无机阻挡层的结
构缺陷,趋向于提高阻隔性。另外,通过减小聚合物层的厚度,聚合物层本
身不易因弯曲等外力的作用而产生裂纹,因此可提高阻隔性。因此,作为兼
备阻隔性和弯曲强度的厚度,期望由上述范围来确定。
在上述记载中,作为更优选的阻气膜(D),可以列举例如:在聚对苯二
甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等基体材料膜上通过真空
成膜法真空蒸镀了无机材料、优选SiOx或SiOxNy而成的膜等。也就是说,
阻气膜(D)包括包含热塑性树脂、及真空蒸镀在该热塑性树脂上的SiOx的膜
的情况等。(特别优选x的值为1.5~1.8、Y为整数)SiOx、SiOxNy不吸收水
分,也不与水分反应,是能通过规定自由体积来实现阻隔性能的无机材料,
更优选通过真空蒸镀法等成膜而得到的致密薄膜、尤其是SiOx薄膜。具有
SiOx薄膜且由热塑性树脂构成的膜的阻隔性更高,因此尤其优选。
采用有机阻挡材料的情况下,大多为边使水蒸气等气体溶解、扩散在阻
挡材料中边主要通过阻挡材料厚度的作用来实现阻隔性的方式,在这样的情
况下,当进行计时发现阻挡材料中的气体溶解量达到饱和溶解度附近时,将
无法阻止气体进入到有机半导体元件中,因此不优选。
需要说明的是,本发明的阻气膜(D)通过水蒸气透过率(也就是说,水蒸
气的阻隔性能)来规定阻气性能,这是因为,阻挡水蒸气是最重要的功能之
一,而且阻挡水蒸气是通常成为问题的氧等气体、挥发成分、碱、酸等低分
子量成分中最难阻止的,即水蒸气是最易透过的成分之一。
另外,阻气膜(D)可由1种材料形成,也可由2种以上的材料形成。另
外,阻气膜(D)可由单层膜形成,也可以是具有2层以上膜的叠层膜。
用阻气膜(D)包覆有机半导体元件(B)以保护其不受水分及氧的影响,只
要按照本发明所述的顺序进行叠层即可,其形成位置没有限制,优选在与有
机半导体元件(B)的基板相反的面上具有阻气膜(D)。另外,也可以在有机半
导体元件(B)的设置基板的面的背面(与受光面相反侧的面)包覆同样的阻气
膜(D)。这是因为,在有机半导体装置中,多数情况下其正面及背面的面积
大于形成的其它面的缘故。
然后,将阻气膜(D)的边缘部用密封材料进行密封,将太阳能电池元件
收纳在由阻气膜(D)及密封材料围成的空间内,由此可保护有机半导体元件
(B)不受湿气及氧的影响。
另外,在后面叙述的背面保护片具有高阻气性能的情况下,根据用途可
具备阻气膜(D)。
<防蚀层(E)>
在本发明中,防蚀层(E)是构成有机半导体装置的重要的层。本发明中
所述的防蚀层(E)不同于填充材料。
由于有机半导体元件中存在至少一对电极或具有电极的基板(A),因此,
防蚀层(E)设置在电极与包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层
(C)(位于该电极的有机半导体元件(B)的相反侧)之间。也就是说,只要以包
含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)不直接与电极接触的方式设
置防蚀层(E)即可,没有特别限制。
具体而言,吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂向电极扩散,从而会成
为电极腐蚀的原因,因此优选如上述那样设置防蚀层(E)。
另外,防蚀层(E)可以是一层也可以是多层,在多层的情况下,下述所
示防蚀层(E)的特性表示的是作为多层的层整体的特性。
需要说明的是,本发明的防蚀层(E)显示出以下的水蒸气透过率的特性
(也就是说,阻气性优异)。
防蚀层(E)在40℃、90%RH环境下的水蒸气透过率Pe满足15g/m2/天
≥Pe>Pd的关系、优选满足5g/m2/天≥Pe>Pd、更优选满足1g/m2d≥Pe≥Pd×5、
进一步优选满足1g/m2/天≥Pe≥Pd×10、最优选满足0.1g/m2/天≥Pe≥Pd×10的关
系。测定方法采用上述方法。
防蚀层(E)的水蒸气透过率Pe大于所述上限的情况下,无法充分地阻断
从包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)漏出的水分、氧、捕捉
剂反应而产生的碱、酸等,恐怕不能防止有机半导体元件(B)的劣化。另外,
在有机电子器件的制造工序中,无法充分阻断从工序中使用的粘接剂、粘合
剂等挥发出来的有机溶剂、低分子量成分等,会使包含吸收水分及氧中的至
少之一的捕捉剂的层(C)变质,组装到有机电子器件中后,无法充分吸收水
分及氧中的至少之一,恐怕不能防止有机半导体元件(B)的劣化。
另外,防蚀层(E)的水蒸气透过率Pe小于通过与上述阻气膜(D)的水蒸气
透过率Pd的关系规定的下限时,组装到有机电子器件中后,无法充分吸收
因防蚀层侵入到有机半导体元件内部而产生的水分、氧或组装工艺中残留的
水分、氧,恐怕不能防止有机半导体元件(B)的劣化。这在以长寿命为目标、
阻气膜(D)的Pd低的情况下,尤其显著。
需要说明的是,防蚀层(E)可使用具有阻气性的膜或薄膜等,考虑到有
机电子器件组装工艺的简易性、成本,最优选阻气膜的形态。另一方面,不
优选直接在有机半导体元件(B)上形成具有阻气性的膜。利用湿式成膜形成
上述膜的情况下,溶剂从电极的针孔向有机半导体层(B0)中浸透,有可能会
引起劣化。利用伴有真空工艺的干式成膜形成上述膜的情况下,不同于贴合
膜的膜工艺,由于为间歇工艺,生产效率明显较差。另外,由于上述膜的内
部应力的作用,有可能会损伤有机半导体元件(B)。
作为满足上述水蒸气透过率条件的防蚀层(E)的优选方式之一,优选以
层的形式含有通过真空成膜法形成的无机材料膜。在无机材料膜中,更优选
不吸收水分或不与水分反应、且能通过规定自由体积实现阻隔性能的无机材
料膜。可以列举例如SiOx、SiOxNy等。(Y为整数,铁=1.5~2)
采用有机阻挡材料的情况下,大多为边使水蒸气等气体溶解、扩散在阻
挡材料中边主要通过阻挡材料厚度的作用来实现阻隔性的方式,在这样的情
况下,当进行计时发现阻挡材料中的气体溶解量达到饱和溶解度附近时,无
法阻止气体进入到有机半导体元件中,因此不优选。
需要说明的是,对于防蚀层(E)而言,通过水蒸气透过率(即,水蒸气的
阻隔性能)来规定阻气性能,这是因为,阻挡水蒸气是最重要的功能之一,
而且阻挡水蒸气是通常成为问题的氧等气体、挥发成分、碱、酸等低分子量
成分中最难阻断的,即水蒸气是最易透过的成分之一。
另外,更优选的功能为具有粘接功能。通过具有粘接功能,元件及吸收
水分及氧中的至少之一的捕捉剂被固定。在因弯曲等而导致器件变形时,不
用担心捕捉剂偏移而与元件电极接触。另外,在器件制造时,在基板(A)和
有机半导体元件(B)上叠层防蚀层(E)、包含捕捉剂的层(C)、阻气膜(D),此
时,具有不用担心包含捕捉剂的层(C)发生偏移而与元件电极接触的优点。
另外,作为防蚀层(E)本身的性质,优选具有耐碱性。
捕捉剂成分与水分反应能产生碱,如果防蚀层(E)不具有碱耐性,则碱
可能会发生浸透而使电极腐蚀劣化。
另外,优选防蚀层(E)不产生酸。如果酸与电极接触,则会使电极腐蚀
劣化。由于不产生酸,具有防止腐蚀劣化的优点。作为产生酸的材料,可以
列举例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等乙酸乙烯酯类树脂。
具体而言,除上述特性外,防蚀层(E)的代表特性如下所示。
防蚀层(E)要求的氧透过能力因有机半导体元件(B)而异。例如,一般来
说,优选在25℃环境下100μm厚度每单位面积(1m2)每天的氧透过率为
500cc/m2/天/atm以下、更优选为100cc/m2/天/atm以下、进一步优选为10cc/m2/
天/atm以下、特别优选为1cc/m2/天/atm以下。通过使氧阻隔性能在所述范
围内,可抑制元件因氧的作用而发生劣化。另外,所使用的捕捉剂吸收氧的
情况下,优选防蚀层(E)的氧透过率的值为阻气膜(D)的氧透过率以上。氧透
过率低于阻气膜(D)的情况下,捕捉剂会捕捉元件密封区域外、即阻气膜(D)
外部区域的氧,从而丧失了本来的防止元件劣化的目的。需要说明的是,氧
透过率可通过上述方法测定。
作为粘接功能,要求对元件电极和包含捕捉剂的层(C)具有粘接能力。
作为粘接能力的基准,粘接强度为0.1N/cm以上,优选为0.4N/cm以上、更
优选为1N/cm以上。若粘接功能低于所述下限,则捕捉剂容易发生偏移而与
元件电极接触,从而引起电极劣化。并且,粘接强度优选为100N/cm以下、
更优选为50N/cm以下。
粘接力的测定在后面叙述,可通过基于JIS K6854标准的剥离粘接强度
试验得到。可根据试验体的形状适当选择180度剥离、90度剥离、T型剥离。
另外,作为耐碱性的指标,优选能够耐受基于ASTM D543标准的试验。
具体而言,在氢氧化钠1%溶液中浸渍24小时后,外观无异常,且尺寸变化
为5%以下、优选为1%以下。
防蚀层(E)的吸水率通常优选为0.005~1%、更优选为0.01~0.5%、进一
步优选为0.02~0.3%。若高于所述上限,则吸收的水分会促进碱扩散,可能
会影响电极腐蚀防止效果。反之,若低于所述下限,则元件电极与防蚀层(E)
界面处的水分被防蚀层(E)阻隔,可能无法被捕捉剂吸收。
另外,防蚀层(E)用于有机薄膜太阳能电池元件的受光面一侧时,从不
妨碍光吸收的角度考虑,优选能透过可见光。例如,除去因膜界面的部分反
射而造成的损失,可见光(波长360~830nm)的光透射率通常为75%以上、优
选为80%以上、更优选为85%以上、进一步优选为90%以上、更进一步优
选为95%以上、特别优选为97%以上。这是因为可将太阳光更多地转换为电
能。
另一方面,防蚀层(E)用于有机薄膜太阳能电池元件受光面的相反侧时,
未必一定要能透过可见光,也可以是不透明的。
另外,由于有机半导体装置在多数情况下会因受到光照射而产生热,因
此,优选防蚀层(E)具有耐热性。从该观点来看,构成防蚀层(E)的材料的熔
点通常为100℃以上、优选为120℃以上、更优选为130℃以上,并且通常
为350℃以下、优选为320℃以下、更优选为300℃以下。另外,其玻璃转
变温度通常为0℃以上、优选为30℃以上、更优选为60℃以上,并且通常
为300℃以下、优选为200℃以下、更优选为160℃以下。通过使用高熔点/
高玻璃转变温度的材料,可使耐热性良好,防止器件使用时发生熔解、劣化。
构成本发明的防蚀层(E)的材料只要具有上述特性即可,可以为任意材
料。具体而言,作为这样的材料的例子,可以列举:聚乙烯类树脂、聚丙烯
类树脂、环状聚烯烃类树脂、α-烯烃-马来酸酐共聚物、聚苯乙烯类树脂、丙
烯腈-苯乙烯共聚物(AS树脂)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SB树脂)、丙烯腈-丁
二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、聚氯乙烯类树脂、聚偏氯乙烯类树脂、聚乙
酸乙烯酯类树脂、聚乙烯醇类树脂、乙烯-乙烯醇共聚物、聚乙烯醇缩丁醛
类树脂、聚乙烯基吡咯烷酮类树脂、氟树脂、聚(甲基)丙烯酸类树脂、聚碳
酸酯类树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯类树脂、
聚酰亚胺类树脂、聚酰胺酰亚胺类树脂、聚苯二甲酸芳基酯类树脂、聚酰胺
类树脂、有机硅类树脂、聚砜类树脂、聚醚砜类树脂、聚苯硫醚类树脂、聚
氨酯类树脂、聚苯并咪唑类树脂、酚醛树脂、三聚氰胺类树脂、尿素树脂、
间苯二酚类树脂、二甲苯类树脂、环氧类树脂、缩醛类树脂、纤维素类树脂
等。优选聚乙烯类树脂、环状聚烯烃类树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氟
树脂、聚(甲基)丙烯酸类树脂、聚碳酸酯类树脂、聚酯类树脂、聚酰亚胺类
树脂、环氧类树脂等树脂材料,更优选聚乙烯类树脂、氟树脂、聚(甲基)丙
烯酸类树脂、聚酯类树脂、聚酰亚胺类树脂、环氧类树脂。其中,从能赋予
粘接功能方面考虑,特别优选聚(甲基)丙烯酸类树脂、环氧类树脂。
该防蚀层(E)可以为一层以上,也可由多层构成。为多层的情况下,从
兼具透明性、耐热性且能赋予粘接功能方面来看,优选聚酯类树脂与聚(甲
基)丙烯酸类树脂、聚酯类树脂与环氧类树脂这样的组合。
对于防蚀层(E)而言,其一层的厚度通常为20μm以上、优选为30μm以
上。并且,其上限优选为500μm、更优选为200μm以下、进一步优选为100μm
以下。若高于上限,则挠性有机电子器件的厚度增加,很难弯曲。另外,由
于与元件的金属电极间存在距离,捕捉剂有可能无法有效地吸收到达金属电
极周围的水分、氧等。反之,若低于下限,则碱扩散的抑制不充分,有可能
无法防止电极的劣化。
另外,除上述设置位置外,还可以以叠层在基板(A)上不存在有机半导
体元件(B)的部分、阻气膜(D)上的状态设置所述防蚀层(E)。
防蚀层(E)可根据使用的化合物的种类以任意方法形成,可以采用例如,
熔融挤出成型法、溶液流延法、压延法等制作膜或片的方法,通过辊涂法、
凹版涂布法、刮刀涂布法、浸涂法、帘流涂布法、喷涂法、棒涂法、缝模涂
布法、旋涂法、喷墨法、分散器等将构成防蚀层(E)的溶液涂布成膜的湿式
成膜方法。
另外,也可采用等离子CVD、真空蒸镀、离子镀、溅射等干式成膜方
法。
另外,在制作膜或片后、及成膜后,可通过利用加热器、红外线、微波
等的加热、紫外光和/或可见光照射来进行聚合、交联、固化反应。
<树脂层(F)>
本发明的树脂层(F)只要是能发挥出本发明效果的树脂即可,没有特别
限制,是不同于包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)、填充材
料的树脂。树脂层(F)设置在有机半导体元件(B)与包含吸收水分及氧中的至
少之一的捕捉剂的层(C)之间,使得有机半导体元件(B)与包含吸收水分及氧
中的至少之一的捕捉剂的层(C)不直接接触。
作为优选的树脂层(F),优选包含阻气膜(D)和一层或多层的防蚀层(E),
更优选为多层防蚀层(E)。具体的例子如上所述。
需要说明的是,树脂层(F)为阻气膜(D)的情况下,可以相同也可以不同。
更具体而言,优选树脂层(F)所使用的树脂不包含极性官能团和活性官
能团,或者即使含有其含量也极少,不会因水蒸气、氧、太阳光等的作用而
发生分解或者不易因水蒸气、氧、太阳光等的作用而发生分解。作为更优选
的具体树脂的例子,可以列举PET、PEN等的拉伸聚酯、聚丙烯、聚乙烯等
不含活性官能团的聚烯烃、ETFE、PVF等氟树脂。这些树脂可组合使用。
需要说明的是,期望该树脂层(F)的膜厚为20μm以上。具体的理由在作
为该树脂层(F)的构成层的阻气膜(D)、防蚀层(E)等构成要素的膜厚一项进行
详述。
<其它层(中间层)>
在本发明中,如无特别限制,其它层(中间层)不同于(A)~(F)所述的部件。
[密封材料]
在本发明中,密封材料是在将基板(A)和阻气膜(D)隔着中间层(其它层)
粘接的情况下、以及将阻气膜(D)和树脂层(F)隔着中间层粘接使树脂层(F)不
与外部气体接触的情况下等使用的层。
密封材料是将本发明中构成的叠层体的边缘部密封,使水分及氧不浸入
被这些膜包覆的空间内的部件,在本发明中,是用于将包含捕捉剂的层(C)、
防蚀层(E)、树脂层(F)等层与阻气膜(D)等膜及基板(A)粘接时的优选部件。
就密封材料所要求的水蒸气透过性的程度而言,优选在40℃、90%RH
环境下100μm厚度每单位面积(1m2)每天的水蒸气透过率为500g/m2/天以下、
更优选为100g/m2/天以下、进一步优选为30g/m2/天以下、更进一步优选为
10g/m2/天、尤其优选为1g/m2/天。通过使用这样的密封材料,可抑制水分从
叠层体边缘部透过,从而可以使有机电子器件长时间工作。
作为密封材料对于要粘接的材料的粘接能力的基准,粘接强度为2N/mm
以上、优选为4N/mm以上、更优选为10N/mm以上。若低于所述下限,则
容易发生剥离而使水分及氧浸入,从而会引起有机电子器件的劣化。
另外,由于有机电子器件大多会因光的照射而产生热,因此,优选密封
材料也具有耐热性。从该观点来看,密封材料的构成材料的熔点通常为100℃
以上、优选为120℃以上、更优选为130℃以上,并且通常为350℃以下、
优选为300℃以下、更优选为280℃以下。如果熔点过低,则在使用有机电
子器件时,密封材料会发生熔解。
作为构成密封材料的材料,可以列举例如,氟树脂、有机硅类树脂、丙
烯酸类树脂、α-烯烃-马来酸酐共聚物、聚氨酯类树脂、纤维素类树脂、乙酸
乙烯酯类树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、环氧类树脂、氯乙烯类树脂、酚
醛树脂、三聚氰胺类树脂、尿素树脂、间苯二酚类树脂、聚酰胺类树脂、聚
酰亚胺类树脂、聚苯乙烯树脂、聚乙烯醇缩丁醛类树脂、聚苯并咪唑类树脂、
氯丁二烯橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物等聚合物。
需要说明的是,密封材料可由1种材料形成,也可由2种以上的材料形
成。
至少将密封材料设置在能密封阻气膜(D)的边缘部的位置。由此,至少
能使由阻气膜(D)及密封材料围成的空间密闭,从而可以防止水分及氧浸入
该空间内。
密封材料在基板(A)边缘部的宽度通常为0.5~100mm、优选为1~80mm、
进一步优选为2~50mm、最优选为3~10mm,设置密封材料使得有机半导体
元件(B)在口字型的内侧。密封材料的厚度通常为5μm~1mm、优选为
10μm~100μ、进一步优选为20~50μm,设置密封材料使得有机半导体元件(B)
在口字型的内侧。密封材料的厚度和宽度必须能够掩埋基板及贴在其上的
膜、片上的凹凸,且能充分保护内部不受水蒸气、氧的影响,如果宽度过宽,
则有效面积减少,如果厚度过厚,则水蒸气、氧的透过量增大,因此优选上
述范围。
在这样的情况下,只要密封材料能使基板(A)和阻气膜(D)无间隙地粘接
即可,对于粘接方式没有特别限制。作为粘接方式的例子,可以列举:利用
密封剂固化的粘接、利用溶剂/分散介质的挥发的粘固、热熔、仅通过贴合
而进行的粘接(粘着)等。从易于制造方面考虑,优选仅通过贴合进行的粘着。
另外,由固化而形成的网状可使阻气性良好,因此在密封材料要求具有阻隔
性的情况下,优选通过固化进行粘接。
作为固化方法,可以列举例如:利用常温下的化学反应进行的固化、加
热固化、利用可见光或紫外线的光固化、电子束固化、厌气性固化等。其中,
从可精密地进行固化控制方面考虑,优选进行加热固化、紫外线固化。
另外,对于密封材料的性状而言,可根据粘接方法适当选择为液状、凝
胶状、片状等。从密封工序中不产生滴液问题这一点考虑,优选片状。
[封装材料]
在本发明中,为了对有机电子器件增强等,可采用封装材料。
从保持有机电子器件的强度方面考虑,优选封装材料的强度高。关于具
体的强度,与除封装材料以外的耐候性保护片、背面保护片的强度有关,很
难一概而论,期望具有使有机电子器件整体具有良好的弯曲加工性、且弯曲
部分不发生剥离的强度。
另外,将封装材料用于有机薄膜太阳能电池元件的受光面一侧时,从不
妨碍光吸收的观点考虑,优选能透过可见光。例如,可见光(波长360~830nm)
的光透射率通常为75%以上、优选为80%以上、更优选为85%以上、进一
步优选为90%以上、更进一步优选为95%以上、特别优选为97%以上。这
是为了将太阳光更多地转换为电能。
另一方面,将封装材料用于有机薄膜太阳能电池元件受光面的相反侧
时,未必一定需要透过可见光,也可以是不透明的。
另外,由于有机半导体器件在多数情况下会因受到光照射而产生热,因
此,优选封装材料也具有耐热性。从该观点来看,封装材料的构成材料的熔
点通常为100℃以上、优选为120℃以上、更优选为130℃以上,并且通常
为350℃以下、优选为320℃以下、更优选为300℃以下。通过提高熔点,
可防止在使用有机半导体器件时封装材料发生熔解/劣化。
封装材料的厚度没有特别限制,通常为100μm以上、优选为150μm以
上、更优选为200μm以上,并且通常为1000μm以下、优选为800μm以下、
更优选为600μm以下。通过增大封装材料的厚度,可提高有机半导体器件
整体的强度,通过减小封装材料的厚度,可提高柔软性并提高可见光透射率。
因此,作为兼备两者优点的范围,期望在上述范围内。
作为构成封装材料的材料,可以使用例如,将乙烯-乙酸乙烯酯共聚物
(EVA)树脂组合物制成膜而得到的材料(EVA膜)等。
但EVA树脂的交联处理比较耗费时间,因此有时会成为导致有机半导
体器件的生产速度及生产效率降低的原因。另外,长时间使用时,EVA树
脂组合物的分解气体(乙酸气体)或EVA树脂本身具有的乙酸乙烯酯基会对
有机半导体元件造成不良影响,有时会使发电效率降低。因此,作为封装材
料,除了EVA膜外,还可使用由丙烯-乙烯-α-烯烃共聚物形成的共聚物的膜。
需要说明的是,封装材料可由1种材料形成,也可由2种以上的材料形
成。另外,封装材料可由单层膜形成,也可以是具有2层以上膜的叠层膜。
设置封装材料的位置没有限制,但为了切实地起到保护作用,通常设计
成用封装材料夹持太阳能电池元件。
另外,还可对封装材料赋予紫外线阻隔、热线阻隔、导电性、防反射、
防眩性、光扩散、光散射、波长转换、阻气性等功能。尤其是在太阳能电池
的情况下,被来自太阳光的强紫外线照射,因此优选具有紫外线阻隔功能。
作为赋予所述功能的方法,可通过涂布成膜等将具有功能的层叠层在耐
封装材料上,也可通过将发挥功能的材料溶解/分散等使其包含在封装材料
中。
[耐候性保护片]
耐候性保护片是保护有机电子器件不受温度变化、湿度变化、光、风雨
等器件设置环境影响的片及膜。通过用耐候性保护片包覆器件表面,可保护
有机电子器件构成材料、尤其是有机半导体元件(B),从而具有可获得高的
发电能力且不发生劣化的优点。
耐候性保护片位于有机半导体元件(B)的最表层,因此优选具备耐候性、
耐热性、透明性、疏水性、耐污染性、机械强度等作为有机半导体元件(B)
的表面包覆材料所优选的性能,而且具有长时间暴露在户外时仍能保持上述
性能的性质。
另外,耐候性保护片用于有机薄膜太阳能电池元件的受光面一侧时,从
不妨碍光吸收的观点考虑,优选能透过可见光。例如,可见光(波长
360~830nm)的光透射率通常为75%以上、优选为80%以上、更优选为85%
以上、进一步优选为90%以上、更进一步优选为95%以上、特别优选为97%
以上。这是为了将太阳光更多地转换为电能。
另一方面,耐候性保护片用于有机薄膜太阳能电池元件受光面的相反侧
时,未必一定需要透过可见光,也可以是不透明的。
另外,由于有机半导体元件(B)在多数情况下会因受到光照射而产生热,
因此优选耐候性保护片也具有耐热性。从该观点来看,耐候性保护片的构成
材料的熔点通常为100℃以上、优选为120℃以上、更优选为130℃以上,
并且通常为350℃以下、优选为320℃以下、更优选为300℃以下。通过提
高熔点,可以降低使用有机半导体元件(B)时耐候性保护片发生熔解/劣化。
构成耐候性保护片的材料只要能保护有机电子器件即可,可以为任意材
料。作为这样的材料的例子,可以列举:聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、环状聚
烯烃树脂、AS(丙烯腈-苯乙烯)树脂、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂、聚
氯乙烯树脂、氟树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯
树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸类树脂、各种尼龙等聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、
聚酰胺-酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、纤维素类树脂、有机硅类树脂、聚碳酸
酯树脂等。
其中,可以优选列举氟树脂,作为其具体例,可以列举:聚四氟乙烯
(PTFE)、四氟乙烯-全氯烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚
物(FEP)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙
烯(PVDF)及聚氟乙烯(PVF)等。
需要说明的是,耐候性保护片可由1种材料形成,也可由2种以上的材
料形成。另外,耐候性保护片可由单层膜形成,也可以是具有2层以上的膜
的叠层膜。
耐候性保护片的厚度没有特别限制,通常为10μm以上、优选为15μm
以上、更优选为20μm以上,并且通常为200μm以下、优选为180μm以下、
更优选为150μm以下。增大厚度时,趋向于提高机械强度,减小厚度时,
趋向于提高柔软性。因此,作为兼备这两方面优点的范围,期望在上述范围
内。
另外,为了改善与其它膜的粘接性,可对耐候性保护片进行电晕处理、
等离子处理等表面处理。
优选将耐候性保护片尽量设置在有机电子器件的外侧。这是为了能够保
护器件构成部件中的更多部件。
另外,可对耐候性保护片赋予紫外线阻隔、热线阻隔、防污性、亲水性、
疏水性、防雾性、耐擦性、导电性、防反射、防眩性、光扩散、光散射、波
长转换、阻气性等功能。尤其是在太阳能电池的情况下,被来自太阳光的强
紫外线照射,因此优选具有紫外线阻隔功能。
作为赋予所述功能的方法,可通过涂布成膜等将具有功能的层叠层在耐
候性保护片上,也可通过将发挥功能的材料溶解/分散等使其包含在耐候性
保护片中。
[背面保护片]
背面保护片是与上述耐候性保护片相同的片及膜,除了设置位置不同
外,可使用与耐候性保护片相同的片及膜。另外,该背面保护片只要不易透
过水及氧即可,背面保护片也可作为阻气层发挥功能。
另外,太阳能电池元件背面侧的构成部件未必一定要透过可见光,因此
可使用不能使可见光透过的材料。因此,作为背面保护片,可以列举以下的
例子。
作为背面保护片,可以使用强度优异、耐候性、耐热性、耐水性、耐光
性优异的各种树脂的膜及片。可以使用例如:聚乙烯类树脂、聚丙烯类树脂、
环状聚烯烃类树脂、聚苯乙烯类树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS树脂)、丙
烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、聚氯乙烯类树脂、氟树脂、聚(甲基)
丙烯酸类树脂、聚碳酸酯类树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二
醇酯等聚酯类树脂、各种尼龙等聚酰胺类树脂、聚酰亚胺类树脂、聚酰胺酰
亚胺类树脂、聚苯二甲酸芳基酯类树脂、有机硅类树脂、聚砜类树脂、聚苯
硫醚类树脂、聚醚砜类树脂、聚氨酯类树脂、缩醛类树脂、纤维素类树脂、
其它各种树脂等的片。在这些树脂的片中,优选使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚
偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、四氟乙烯与乙烯或丙烯的共聚物(ETFE)
等氟树脂、环状聚烯烃类树脂、聚碳酸酯类树脂、聚(甲基)丙烯酸类树脂、
聚酰胺类树脂、聚酯类树脂的片。需要说明的是,这些材料可使用1种,也
可将2种以上以任意组合及比率组合使用。
作为背面保护片,也可以使用金属材料。可以列举例如:铝箔及板、不
锈钢制薄膜及钢板等。优选对所述金属材料进行防腐蚀处理。需要说明的是,
作为该金属材料使用的金属,可使用1种,也可将2种以上以任意组合及比
率组合使用。
另外,还可以使用树脂与金属的复合材料。例如可以使用在铝箔的两面
粘接有氟树脂膜的高防水性的片。作为氟树脂,可以列举例如,一氟乙烯(商
品名:Tedlar,Dupont公司制造)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯与乙烯或丙
烯的共聚物(ETFE)、偏氟乙烯类树脂(PVDF)、氟乙烯类树脂(PVF)等。需要
说明的是,氟树脂可使用1种,也可将2种以上以任意组合及比率组合使用。
另外,可对背面保护片赋予紫外线阻隔、热线阻隔、防污性、亲水性、
疏水性、防雾性、耐擦性、导电性、防反射、防眩性、光扩散、光散射、波
长转换、阻气性等功能。从防湿性方面考虑,特别优选设置由无机氧化物蒸
镀层形成的阻气层。
作为背面保护片的膜厚,通常为20μm以上、优选为50μm以上、更优
选为100μm以上。并且通常为1000μm以下、优选为500μm以下、更优选
为300μm以下。
<有机电子器件的制造方法(器件形成工序)>
本实施方式的有机电子器件的制造方法没有限制,在本发明中,叠层的
顺序是非常重要的。具体而言,是按照基板(A)、有机半导体元件(B)、包含
吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)、包覆有机半导体元件的阻气
膜(D)的顺序叠层而成的有机电子器件,制作具有至少一对电极的有机半导
体元件(B),在制造时使一层或多层防蚀层(E)叠层在与基板相反侧的电极与
包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)之间。
可以优选列举以下的制造顺序。
工序1:在基板(A)上设置由1个或2个以上有机半导体元件(B)串联或
并联连接而成的有机半导体元件(B)
工序2:制造在包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)上叠层
有一层或多层防蚀层(E)的叠层体
工序3:在工序1中制造的基板(A)上的有机半导体元件(B)上,叠层工
序2中制造的包含捕捉剂的层(C)和防蚀层(E)的叠层体以及阻气膜(D),使其
顺序至少为基板(A)、有机半导体元件(B)、防蚀层(E)、包含捕捉剂的层(C)、
阻气膜(D)。
作为其它优选的制造顺序,可以列举如下。
工序1:在基板(A)上设置由1个或2个以上有机半导体元件(B)串联或
并联连接而成的有机半导体元件(B)。
工序2′:制造叠层有阻气膜(D)、包含吸收水分及氧中的至少之一的捕
捉剂的层(C)、一层或多层防蚀层(E)的叠层体。
工序3′:在工序1中制造的基板(A)上的有机半导体元件(B)上,叠层工
序2′中制造的阻气膜(D)、包含捕捉剂的层(C)及防蚀层(E)的叠层体,使其顺
序至少为基板(A)、有机半导体元件(B)、防蚀层(E)、包含捕捉剂的层(C)、
阻气膜(D)。
另外,对于本实施方式的有机电子器件的制造方法没有限制,在本发明
中,制造有机电子器件使其至少具有以下所示的2个特征结构。
(i)在有机半导体元件(B)和包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的
层(C)之间设置树脂层(F),使有机半导体元件(B)与包含吸收水分及氧中的至
少之一的捕捉剂的层(C)不直接接触。
(ii)将所述基板(A)和所述阻气膜(D)直接粘接或隔着中间层粘接,使有
机半导体元件(B)和包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)不与外
部气体接触。
关于(i),使有机半导体元件(B)和层(C)不直接接触的理由如上所述。
关于(ii),有机半导体元件(B)和包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉
剂的层(C)不与外部气体接触的理由是:有机半导体元件(B)与外部气体中的
水蒸气、氧、有机溶剂、挥发成分、尤其是水蒸气接触时,会产生效率降低、
或寿命缩短等不良情况。包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)
以比有机半导体元件更快的速度吸收上述水蒸气等,从而具有保护有机半导
体元件的功能,但一旦与外部气体接触,会吸收上述水蒸气等,导致吸收能
力降低,从而可能无法实现上述功能。
在这样的条件下制造的有机电子器件的具体实施方式之一如图3及图4
所示。图3为剖面图、图4为俯视图。作为更优选的实施方式,设置成树脂
层(F)不与外部气体接触、阻气膜(D)和树脂层(F)直接粘接或隔着中间层粘
接。
也就是说,为了使树脂层(F)不与外部气体接触,使树脂层(F)不在有机
电子器件的端面露出。在该例中,树脂层(F)由防蚀层(E)5构成。例如,如
图3、图4所示,对于本发明的有机电子器件而言,在结构上,在有机电子
器件的端面,阻气膜(D)7设置在由防蚀层(E)5构成的树脂层(F)的外侧。而
且,基板(A)1与阻气膜(D)7直接粘接或隔着中间层粘接。树脂层(F)达到基
板(A)1与阻气膜(D)7直接粘接或隔着中间层粘接的粘接面(即有机电子器件
的端部)时,树脂层(F)露出到外部。在图3及图4所示例中,基板(A)1和阻
气膜(D)7隔着由防蚀层(E)5构成的树脂层(F)和包含捕捉剂的层(C)6被粘接。
因此,水蒸气、氧、有机溶剂、挥发成分等从树脂层(F)的面方向发生浸透,
与有机半导体元件(B)、或包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)6
接触或被其吸收,从而会对其造成破坏,存在效率或寿命降低等不优选的情
况。
通过在阻气膜(D)7的有机半导体元件侧设置图中未示出的背面保护片
等阻气层、并且使树脂层(F)未达到有机电子器件的端面、不露出到外部,
可以有效地防止效率或寿命降低。
也就是说,在图5所示剖面图的例子中,在形成有图中未示出的背面保
护片等阻气层的阻气膜(D)7上形成包含捕捉剂的层(C)6,并设置由防蚀层
(E)5构成的树脂层(F)使其包覆该包含捕捉剂的层(C)6,树脂层(F)通过密封
材料8与阻气膜(D)7粘接,使树脂层(F)不会达到所述有机电子器件的端面,
从而不在外部露出。
另外,粘接上述各层时,可直接粘接或隔着中间层粘接。
直接粘接时,可以列举例如:在涂布光固化性树脂后,粘接各层,照射
UV光进行固化后,在例如80℃左右加热20分钟左右,使其固化的方法;
或在涂布热固化性树脂后,粘接各层,在例如120℃左右加热1小时左右使
其固化的方法等。
另外,隔着中间层的情况下,可以隔着上述中间层,但优选含有密封材
料的层。
以下,列举具体的有机电子器件的制造方法。
例如,可以列举如下制造顺序。
工序I:在基板(A)上设置由1个或2个以上有机半导体元件(B)串联或
并联连接而成的有机半导体元件(B)。
工序II:制造在包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)上叠
层有树脂层(F)、更优选叠层有一层或多层防蚀层(E)的叠层体(以下,称为树
脂层(F))。在这样的情况下,层(C)的面积必须小于层(F)。
工序III:在工序I中制造的基板(A)上的有机半导体元件(B)上,叠层工
序II中制造的包含捕捉剂的层(C)和树脂层(F)的叠层体以及阻气膜(D),使其
顺序至少为基板(A)、有机半导体元件(B)、树脂层(F)、包含捕捉剂的层(C)、
阻气膜(D)。
作为优选的其它制造顺序,可以列举如下。
工序I:在基板(A)上设置由1个或2个以上有机半导体元件(B)串联或
并联连接而成的有机半导体元件(B)。
工序II’:制造叠层有阻气膜(D)、包含吸收水分及氧中的至少之一的捕
捉剂的层(C)、树脂层(F)的叠层体。
工序III’:在工序I中制造的基板(A)上的有机半导体元件(B)上,叠层工
序II’中制造的阻气膜(D)、含有捕捉剂的层(C)、及树脂层(F)形成的叠层体,
使其顺序至少为基板(A)、有机半导体元件(B)、树脂层(F)、含有捕捉剂的层
(C)、阻气膜(D)。
另外,可预先制造在基板(A)和/或阻气膜(D)上叠层有其它层(例如上述
封装材料、耐候性保护片、背面保护片)的叠层体,然后进行上述工序1~3、
1~3′、I~III或I~III’;也可在进行上述工序1~3、1~3′、I~III、或I~III’之后,
在基板(A)和/或阻气膜(D)上叠层其它层。
关于上述其它层,其顺序没有特别限制,作为优选的顺序,当基板(A)
侧为受光面时,顺序为耐候性保护片、阻气膜、封装材料、基板(A)、有机
半导体元件(B)、包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)、阻气膜
(D)、封装材料、背面保护片;耐候性保护片、封装材料、阻气膜、基板(A)、
有机半导体元件(B)、包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)、阻
气膜(D)、封装材料、背面保护片。当阻气膜(D)为受光面时,顺序为背面保
护片、封装材料、基板(A)、有机半导体元件(B)、包含吸收水分及氧中的至
少之一的捕捉剂的层(C)、阻气膜(D)、封装材料、耐候性保护片。根据需要,
可叠层多层上述层,也可省略,还可插入其它的功能层。
对于叠层方法而言,只要不影响本发明的效果即可,没有特别限制,可
以列举例如:利用粘接剂进行叠层、利用熔融粘接进行加热密封、挤出层压、
共挤出成型、进行涂布成膜的湿式成膜法、利用真空层压机进行层压、利用
粘接剂进行层压、利用加热或热压等的加热密封法、利用涂布器进行涂布的
湿式成膜方法。其中,从可使用通用机器方面考虑,优选在有机EL装置封
装方面具有实效的利用光固化粘接剂的层压法、在太阳能电池方面具有实效
的利用真空层压机的层压法。
优选用密封材料对有机电子器件的边缘部进行密封,只要能保持阻气性
即可,对于粘接的层没有特别限制。作为利用密封剂进行粘接的组合,可以
列举:阻气膜(D)与基板(A)、阻气膜与阻气膜(存在多层阻气膜时)、阻气膜
(D)与背面保护片、基板(A)与耐候性保护片、耐候性保护片与背面保护片中
的任1组、多组或所有层的边缘部。从重视保持阻气性的角度考虑,优选用
于阻气膜与基板、阻气膜与阻气膜的边缘部的密封,从提高器件整体的强度
的观点考虑,优选用于对耐候性保护片与背面保护片、整个层进行密封。
利用密封剂对边缘部进行密封的工序可根据粘接的层、密封剂的种类等
来适当选择。例如,可在叠层有机电子器件构成层之后进行密封,也可以在
叠层构成层的同时进行密封。从制造工序的简化方面考虑,优选在叠层的同
时进行密封。
<大量生产时有机电子器件的制造方法>
为了高效地制造有机电子器件,如图6的剖面图、图7的平面图所示,
在大面积的基板(A)1上叠层多个有机半导体元件(B)20,并将以本发明的层
结构叠层而成的有机电子器件一个一个地进行切割的方法,在时间、操作、
成本方面都是非常有效的。各部件与图3及4所示有机电子器件中的相同,
在此,同一部件赋予同一符号,并省略其说明。
也就是说,暂时以大面积制成有机器件后,根据用途,切割成必要的大
小进行使用,这从制造效率、降低成本的角度考虑是优选的。尤其是在太阳
能电池用途中,作为由适当大小的单元电池串联连接而成的电子器件,有时
需要获得必要的目标电压,在这样的情况下,如上所述,暂时以大面积制成
有机器件,然后切割成适当大小的单元电池,再制造有机太阳能电池,由此
可以进一步提高生产性。
考虑到这样的制造工艺的情况,例如如图6、图7所示,预先将包含吸
收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)6切割成适当的大小,通过预先将
其分界线、端部与阻气膜(D)7及防蚀层(E)5直接粘接,不仅可实现组装工序
的简化、操作的强化,而且由于分界线部分也被粘接,因此可在存在氧、水
蒸气的通常的大气环境下对大面积地制作的有机器件片进行切割处理,切成
单独的单元电池。
如果考虑切割处理易使装置的大小增大、产生切屑、操作性等,在阻隔
了氧、水蒸气的环境下进行制造工艺,在成本、操作效率方面非常不利,能
够在通常的大气下进行切割处理对于工业工艺而言,是一大优势。
另外,在切割前的大型片的阶段,可在通常的大气中进行保存、运输,
因此另一大优势是:可以以大型片器件的状态大量地进行保存后、或运输后,
在适当的场所一起进行切割处理。
因此,在上述制造方法(有机电子器件的制造方法中记载)的基础上,配
以下述条件,可以更高效地大量生产本发明的有机电子器件。
具体而言,在基板(A)上彼此具有间隔地设置至少2个以上有机半导体
元件(B),并且在至少2个以上有机半导体元件(B)上叠层树脂层(F),在树脂
层(F)上彼此具有间隔地设置2层以上的包含吸收水分及氧中的至少之一的
捕捉剂的层(C),在该层(C)上叠层阻气膜(D),然后以包含有机半导体元件(B)
和包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)的方式进行切割。
优选切割的部分为至少基板(A)和所述阻气膜(D)直接粘接或隔着中间
层粘接的部分。
更优选为至少叠层有所述基板(A)、所述阻气膜(D)、及所述树脂层(F)
的部分。
而且,更优选中间层为含有密封材料的层,其中,如图4及5所示,预
先在切割位置形成密封材料8,在密封材料8之间进行切割。
也就是说,对于本发明的制造方法而言,其优选的方法为:进行切割使
有机半导体元件(B)和包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)不暴
露在外部气体中,并且使有机半导体元件(B)和包含吸收水分及氧中的至少
之一的捕捉剂的层(C)不直接接触。
利用这样的制造方法,将设置在基板上的多个有机半导体元件切割成单
独的元件这一操作,无需在干燥氮气氛围下进行,即使在通常的大气中进行,
在元件的效率、寿命方面也不会产生问题,从制造上看是优选的。在干燥氮
气氛围下装入切割装置、进行内部切割处理会导致保持干燥氮气氛围的容积
变大、或产生粉尘、油滴,从而使成本提高,因此不优选。
需要说明的是,切割成单独的元件后,有机半导体元件边缘部的密封材
料在切割后基板边缘部的宽度通常为0.5~100mm、优选为1~80mm、进一步
优选为2~50mm、最优选为3~10mm,并且使有机半导体元件位于口字型边
缘部密封材料的内侧。密封材料的厚度通常为5μm~1mm、优选为
10μm~100μ、进一步优选为20~50μm,设置密封材料使有机半导体元件位于
口字型的内侧。密封材料的厚度和宽度必须能够掩埋基板及贴在其上的膜、
片上的凹凸、且能够充分保护内部不受水蒸气、氧的影响,但如果宽度过宽,
则有效面积减少,如果厚度过厚,则水蒸气、氧的透过量增大,因此优选上
述范围。
具体实施方式之一如图6及图7所示。
<有机电子器件的性能评价>
本发明的有机电子器件具有以下性能。
例如,为有机薄膜太阳能电池的情况下,进行下述所示加速试验,并可
以通过比较试验前后光电转换特性的变化来进行性能评价。
评价方法:加速试验在环境试验机(例如,Espec公司制造的SH-241)中
设置为高温高湿环境。高温高湿环境优选为40℃、90%RH或85℃、85%RH。
试验时间可根据器件构成材料适当选择,但优选进行24小时以上。另外,
光电转换特性如下地进行:用太阳光模拟器以照射强度100mW/cm2对有机
薄膜太阳能电池照射AM1.5G条件的光,进行电流/电压特性的测定。可以
由上述测定得到的电流/电压曲线求出能量转换效率(PCE)、短路电流、开路
电压、FF(填充系数)、串联电阻、分流电阻。
作为比较加速试验前后光电转换特性的式子,可以列举例如,PCE变
化率=(加速试验后的PCE)/(加速试验前的PCE)。
也就是说,本发明的有机电子器件的能量转换效率(PCE)变化率,如上
式定义的那样,是相对于初期性能的加速试验后的值,通常为0.86以上、
优选为0.88以上、更优选为0.90以上。
本发明的有机电子器件即使在施加荷重时,包含捕捉剂的层(C)也不与
元件电极接触,具有劣化防止效果高的性能。作为评价,可通过在由阻气膜
侧向有机半导体元件(B)方向挤压包含捕捉剂的层(C)时是否发生接触来进行
确认。
本发明的有机电子器件的耐候性良好。即使进行户外暴露试验、利用耐
候性试验机进行耐候性试验,也能保持性能、显示出高的耐久性能。认为这
是由于防蚀层的存在可抑制电极劣化的缘故。另外,叠层有耐候性保护片的
情况下,具有更高的耐候性。
实施例
通过实施例对本发明进行更具体说明,但只要不超出本发明的主旨,本
发明并不受以下实施例所记载内容的限制。
下面,通过实施例对本发明进行更具体说明,但只要不超出本发明的主
旨,本发明并不受以下实施例所记载内容的限制。
[测定方法]
·水蒸气透过率
可基于JIS K7129标准、采用具有湿度传感器、红外线传感器、气相色
谱的装置、通过杯式法(JIS Z0208)在40℃、90%环境下进行测定来得到水蒸
气透过率。尤其是在水蒸气阻隔性高的情况下,优选通过精度更高的基于JIS
K7129B标准的MOCON法来进行测定,使用MOCON公司制造的水蒸气透
过率测定装置PERMATRAN-W进行测定。
·粘接力
基于JIS K6854标准通过剥离粘接强度试验来得到粘接力。根据试验体
形状,可适当选择180度剥离、90度剥离、T型剥离。作为具体的装置,有
Orientec公司制造的拉伸试验机。
·捕捉剂的水分吸收能力
在20℃、65%RH环境下将捕捉剂放置15分,计算出试验前后的重量变
化。
[实施例1]
<有机薄膜太阳能电池元件的制作工序>
采用常规的光刻技术和盐酸蚀刻在玻璃基板上沉积有铟-锡氧化物(ITO)
透明导电膜而成的制品(片电阻为15Ω/□以下)上形成2mm宽的条纹图案,形
成了透明电极。将形成图案后的透明电极按照利用表面活性剂的超声波清
洗、利用超纯水的水洗、利用超纯水的超声波清洗的顺序进行清洗后,吹氮
气,并在120℃加热干燥10分钟。
在该透明基板上以40nm的膜厚旋转涂布作为导电性高分子的聚(亚乙
基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS、Starck-V TECH公司制造,商
品名Baytron PH),然后在120℃大气中加热干燥10分钟。
然后,将基板拿到手套箱中,在氮气氛围中进行操作。
首先,在氮气气体氛围中将上述基板于180℃加热处理3分钟。
在氯仿/氯苯的1∶2混合溶剂(重量)中溶解0.5重量%下述化合物(A),
得到液体,将得到的液体进行过滤后,以1500rpm旋转涂布于上述PEDOT:
PSS的膜上,在180℃加热20分钟,得到了下述化合物(B)的膜。
[化学式1]
制备在氯仿/氯苯的1∶1混合溶剂(重量)中溶解有0.6重量%的作为卟啉
化合物的化合物(A)而得到的液体、以及溶解有1.4重量%的作为富勒烯衍生
物的Frontier Carbon公司制造的PCBNB(下述化合物(C))而得到的液体,将
其以重量比1∶1混合,过滤后,以1500rpm旋转涂布于上述作为卟啉化合
物的化合物(B)的膜上,在180℃加热20分钟,得到了(B)和(C)的混合膜。
[化学式2]
对于在甲苯中溶解有1.2重量%的化合物(C)而得到的液体进行过滤后,
以3000rpm旋转涂布于上述化合物(B)和(C)的混合膜上,在65℃加热10分
钟,得到了化合物(C)的膜。
接着,使成膜有上述一系列有机层的基板与2mm宽的荫罩密合,并使
得其与透明电极条纹相互垂直,将其设置在真空蒸镀装置内。然后,以约
0.01nm/秒的蒸镀速度在有机层上蒸镀氟化锂(LiF),并使膜厚为0.5nm。接下
来,在LiF层上以0.2nm/秒的蒸镀速度蒸镀铝,并使得膜厚为80nm,形成
了金属电极。
如上述这样,得到了具有2mm×2mm大小的受光面积部分的有机薄膜太
阳能电池元件。
<器件形成工序>
在制作的上述有机半导体元件的金属电极面上隔着水蒸气透过率为
1g/m2/天的膜(三菱树脂株式会社制造的Tech Barrier)叠层具有包含捕捉剂的
层(C)与粘接片相叠层的结构的吸气片(Dynic公司制造的HD-S05)。在此,
通过使粘接片和上述膜存在于有机半导体元件的金属电极4与包含捕捉剂
的层(C)之间,作为防蚀层(E)发挥功能。接着,在玻璃基板的边缘部贴合作
为密封材料的剪切成口字型的双面胶带(综研化学制造的J-7702、200μm厚),
并使得上述元件处于口字型内侧。进一步,贴上水蒸气透过率为10-2g/m2/
天的阻气膜(三菱树脂株式会社制造的Tech Barrier),并使其覆盖上述吸气片
与上述膜叠层而成的元件及双面胶带的整个面,进行了元件封装。
如上述这样,得到了有机薄膜太阳能电池器件,该有机薄膜太阳能电池
器件具有下述结构:设置于基板上的有机薄膜太阳能电池元件通过上面的阻
气膜(D)7与边缘的双面胶带密封材料而被封装,并按照有机半导体元件
(B)20、由粘接片构成的防蚀层(E)5、包含捕捉剂的层(C)6的顺序依次叠层。
该有机薄膜太阳能电池器件如图1所示。
[比较例1]
<有机薄膜太阳能电池元件的制作>
与实施例1同样地,制作了有机薄膜太阳能电池元件。
<装置形成工序>
在封装时使用了与实施例1相同的吸气片、阻气膜7、双面胶带。利用
粘接片一面使吸气片与阻气膜粘接。与实施例1同样地,在基板边缘部贴上
剪切成口字型的双面胶带,再贴上粘接有吸气片的阻气膜,并使其覆盖元件
和双面胶带的整个面,进行了元件封装。
通过如本比较例这样进行封装,包含捕捉剂的层(C)6被阻气膜(D)7挤
压,并与构成有机薄膜太阳能电池元件的有机半导体元件(B)20的金属电极
4直接接触。也就是说,通过阻气膜(D)7与边缘的双面胶带的密封材料8将
设置于基板(A)1上的有机薄膜太阳能电池元件封装,得到了具有依次叠层了
有机半导体元件(B)20、包含捕捉剂的层(C)6、粘接片9但不存在防蚀层(E)5
的结构的有机薄膜太阳能电池。该有机薄膜太阳能电池装置如图2所示。
对于实施例及比较例中制作的有机薄膜太阳能电池,如下地进行了性能
评价。
对于制作的有机薄膜太阳能电池,分别进行加速试验,并比较了试验前
后的光电转换特性的变化。加速试验使用小型环境试验机(ESPEC公司制造
的SH-241)于40℃、90%RH环境下实施24小时。另外,作为光电转换特性
值,对于有机薄膜太阳能电池使用太阳模拟器(分光计器公司制造)以照射强
度100mW/cm2照射AM1.5G条件的光,从得到的电流-电压曲线求出能量转
换效率(PCE)。
实施例及比较例的性能评价结果如表1所示。这里,PCE变化率定义如
下。
PCE变化率=(加速试验后的PCE)/(加速试验前的PCE)
如表1所示结果可知,与比较例1相比,实施例1的PCE变化率小,
加速试验引起的劣化小,是良好的有机薄膜太阳能电池。可认为通过在金属
电极与吸气层之间存在防蚀层,实现了抑制金属电极劣化的效果。
另外,用肉眼观察发生了劣化的有机薄膜太阳能电池时,比较例1的金
属电极在与吸气层接触的部位由于碱而劣化,发生了透明化。
[比较例2]
除了以下几点以外,与比较例1同样操作,制作了有机薄膜太阳能电池
元件,并进行了性能评价实验。
作为阻气膜(D)及防蚀层(E),使用了水蒸气透过率为10-2g/m2/天的阻气
膜(三菱树脂株式会社制造的Tech Barrier)。因为防蚀层(E)的阻隔性能高,
所以组装工序中包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)无法充分
捕捉附着或侵入到有机半导体元件的水蒸气等,PCE变化率为0.70。其结果
如表1所示。
[比较例3]
在比较例1中,在包含吸收水分及氧中的至少之一的捕捉剂的层(C)与
有机薄膜太阳能电池元件之间插入作为填充材料的厚30μ的VA含量30%的
EVA膜(水蒸气透过率为20g/m2/天),组装在有机薄膜太阳能电池器件中,
然后在120℃加热10分钟左右,使之与有机薄膜太阳能电池元件的电极密
合。从EVA膜挥发出来的气体、低分子量成分透过电极的针孔,对有机薄
膜太阳能电池及与电极的界面造成损伤,PCE变化率为0.30。
其结果如表1所示。
[实施例2]
<有机薄膜太阳能电池元件的制作工序>
采用常规的光刻技术和盐酸蚀刻在玻璃基板上沉积有铟-锡氧化物(ITO)
透明导电膜而成的制品(片电阻为15Ω/□以下)上形成2mm宽的条纹图案,形
成了透明电极。将形成图案后的透明电极按照利用表面活性剂的超声波清
洗、利用超纯水的水洗、利用超纯水的超声波清洗的顺序清洗后,吹氮气,
并在120℃加热干燥10分钟。然后,在形成的透明电极3上涂布
PEDOT-PSS(聚(亚乙基二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))溶液,在120℃干燥10分
钟,由此形成了膜厚约为30nm的空穴传输层。
然后,在氮气氛围下用线棒涂布器(wire bar)涂布有机半导体涂布液,在
150℃干燥10分钟,由此在空穴传输层上形成了膜厚约为100nm的有机半
导体层(光电转换部的剩余部分)。需要说明的是,实际使用的有机半导体涂
布液是聚噻吩(P3HT;聚3-己基噻吩)与茚加成富勒烯衍生物的甲苯溶液。
然后,通过蒸镀法在有机半导体层上形成作为上部电极层的膜厚80nm
的铝膜。
<器件形成工序>
除了使用了聚丙烯膜(东洋纺株式会社制造,Pylen P2002,厚50μm)作
为防蚀层(E)以外,与实施例1同样地进行器件形成工序。
如上述这样,通过上面的阻气膜(D)与边缘的双面胶带的密封材料将设
置于基板上的有机薄膜太阳能电池元件封装,得到了具有依次叠层了有机半
导体元件(B)、聚丙烯膜构成的防蚀层(E)、包含捕捉剂的层(C)的结构的有机
薄膜太阳能电池器件。
[比较例4]
<有机薄膜太阳能电池元件的制作工序>
与实施例2同样地,制作了有机薄膜太阳能电池元件。
<器件形成工序>
器件形成工序与比较例1同样地进行。
通过如本比较例这样进行封装,包含捕捉剂的层(C)被阻气膜(D)挤压,
并与有机薄膜太阳能电池元件的金属电极直接接触。也就是说,通过阻气膜
(D)和边缘的双面胶带的密封材料将设置于基板上的有机薄膜太阳能电池元
件封装,得到了具有依次叠层了有机半导体元件(B)、包含捕捉剂的层(C)、
粘接片但不具有防蚀层(E)的结构的有机薄膜太阳能电池。
[表1]
(*)因材料破坏而无法测定
[实施例3]
<有机薄膜太阳能电池元件的制作工序>
采用常规的光刻技术和盐酸蚀刻在玻璃基板上沉积有铟-锡氧化物(ITO)
透明导电膜而成的制品(片电阻15Ω/□以下)上形成2mm宽的条纹图案,形成
了透明电极。将形成图案后的透明电极按照利用表面活性剂的超声波清洗、
利用超纯水的水洗、利用超纯水的超声波清洗的顺序清洗后,吹氮气,在
120℃加热干燥10分钟。
在该透明基板上以40nm的膜厚旋转涂布作为导电性高分子的聚(亚乙
基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS、Starck-V TECH公司制造,商
品名Baytron PH),然后在120℃大气中加热干燥10分钟。
然后,将基板拿到手套箱中,在氮气氛围下进行操作。
首先,在氮气氛围下将上述基板于180℃加热处理3分钟。
在氯仿/氯苯的1∶2混合溶剂(重量)中溶解0.5重量%的上述化合物(A),
并将得到的液体进行过滤后,以1500rpm旋转涂布在上述PEDOT:PSS的
膜上,在180℃加热20分钟,得到了上述化合物(B)的膜。
制备在氯仿/氯苯的1∶1混合溶剂(重量)中溶解有0.6重量%的作为卟啉
化合物的化合物(A)而得到的的液体、和溶解有1.4重量%的作为富勒烯衍生
物的Frontier Carbon公司制造的PCBNB(上述化合物(C))而得到的液体,将
其以重量比1∶1混合,过滤后,以1500rpm旋转涂布在上述作为卟啉化合
物的化合物(B)的膜上,在180℃加热20分钟,得到了(B)和(C)的混合膜。
对在甲苯中溶解有1.2重量%的化合物(C)而得到的液体进行过滤后,以
3000rpm旋转涂布在上述化合物(B)和(C)的混合膜上,在65℃加热10分钟,
得到了化合物(C)的膜。
接着,使成膜有上述一系列有机层的基板与2mm宽的荫罩密合,并使
其与透明电极条纹相互垂直,将其设置在真空蒸镀装置内。然后,以约
0.01nm/秒的蒸镀速度在有机层上蒸镀氟化锂(LiF),并使得膜厚为0.5nm。接
下来,在LiF层上以0.2nm/秒的蒸镀速度蒸镀铝,并使得膜厚为80nm,形
成了金属电极。
如上述这样,得到了具有2mm×2mm大小的受光面积部分的有机薄膜太
阳能电池元件。
<器件形成工序>
以下,在用干燥氮气进行过清洗的手套箱内进行操作。在水蒸气透过率
(水蒸气阻隔性能)为10-2g/m2/天的膜(三菱树脂株式会社制造的Tech Barrier)
和水蒸气透过率为1g/m2/天的膜(三菱树脂株式会社制造的Tech Barrier的另
一等级)之间夹入具有包含捕捉剂的层(C)与粘接片叠层而成的结构的吸气片
(Dynic公司制造的HD-S07)。其中,前一种膜作为阻气膜(D)发挥功能,后
一种膜作为防蚀层(E)发挥功能。将阻气膜(D)与防蚀层(E)膜的边缘部用密封
材料粘接。密封材料的粘接线宽为3mm,粘接厚度为20μm。(*以下,将目
前为止制造的叠层体也称作叠层体(I))
接着,在玻璃基板的边缘部贴合作为粘接材料的剪切为口字型的双面胶
带(综研化学制造的J-7702、200μm厚),并使得上述元件处于口字型内侧。
该有机薄膜太阳能电池器件的结构如图3及图4所示。在该双面胶带上
用密封材料8贴合在阻气膜(D)7和防蚀层(E)5之间夹入上述包含捕捉剂的层
(C)6而成的片,使其覆盖构成基板(A)1的玻璃基板上的内侧的有机半导体
层,从而进行了元件封装。
如上述这样,通过上面的阻气膜(D)7与边缘的双面胶带的密封材料8
将设置于基板(A)1上的有机薄膜太阳能电池元件的有机半导体元件(B)20进
行了封装,得到了具有依次叠层了有机半导体元件(B)20、粘接片构成的防
蚀层(E)5、包含捕捉剂的层(C)6的结构的有机薄膜太阳能电池器件。而且,
对于阻隔膜(D)7与防蚀层(E)5的粘接而言,只要满足必要的条件即可,如图
3所示进行粘接、或者如下述实施例4中制造的图5所示进行粘接均没有问
题。需要说明的是,图4是从上面观察图3的器件而得到的图。
[实施例4]
除了以叠层体(I)的状态从手套箱中取出,并且在25℃、60%的大气中放
置30分钟左右,然后,再次送回到手套箱内以外,与实施例1同样地制作
了有机薄膜太阳能电池装置。
即,在制作叠层体(I)的结构的叠层膜后,可以短时间在大气中保存,也
可以从氮气氛围中的保存场所经由大气中转移至手套箱内。这在考虑到有机
半导体器件的制造工艺中上述叠层膜的操作容易程度、制造工艺的可靠性的
情况下,可以认为是一大优点。
[实施例5]
除了器件形成工序中的下述记载以外,与实施例4同样地进行了器件形
成。
以下,在用干燥氮气进行过清洗的手套箱内进行操作。在水蒸气透过率
(水蒸气阻隔性能)为10-2g/m2/天的膜(三菱树脂株式会社制造的Tech Barrier)
和水蒸气透过率为1g/m2/天的膜(三菱树脂株式会社制造的Tech Barrier的另
一等级)之间夹入具有包含捕捉剂的层(C)与粘接片叠层而成的结构的吸气片
(Dynic公司制造的HD-S07)。其中,前一种膜作为阻气膜(D)发挥功能,后
一种膜作为防蚀层(E)发挥功能。此时,如图5所示地用密封材料进行了粘
接,使得防蚀层(E)膜的边缘部设置在阻气膜(D)的内侧。密封材料的粘接线
宽为3mm、粘接厚度为20μm。在利用密封材料将阻气膜(D)粘接在玻璃基
板上时,该密封部分中防蚀层(E)膜的边缘部不重叠。其结果是,不必担心
器件形成后,水蒸气、氧经过防蚀层(E)膜内部沿膜面方向透过至器件内部,
从而对有机半导体层造成损伤。
[实施例6]
将4个采用实施例3所述的方法同样制造的2mm×2mm的作为有机半导
体元件(B)20的薄膜太阳能电池元件以8mm的间隔如图6及图7所示排列。
各有机薄膜太阳能电池元件之间如实施例3的边缘部那样进行了密封。此
时,按照密封材料8不与有机薄膜太阳能电池元件接触的方式涂布、设置密
封材料。该有机太阳能电池装置的结构如图6所示。需要说明的是,图7是
从上方观察图6的器件而得到的图。对于各部件,与图1~图5中说明的部
件相同的部件使用同一符号,并省略其说明。
将实施例5的有机太阳能电池器件从手套箱中取出,在25℃、60%的大
气中切割成4个。切割如下进行:用切刀将膜部分切割后,再对玻璃进行切
割,对玻璃进行切割时,可以损伤玻璃。切割面10在图6及图7中用点划
线表示。
对于实施例中制作的有机薄膜太阳能电池,如下所述地进行了性能评
价。
对于制作的有机薄膜太阳能电池,分别进行加速试验,并对试验前后的
光电转换特性的变化进行了比较。加速试验使用小型环境试验机(ESPEC公
司制造的SH-241)在40℃、90%RH环境下实施24小时。另外,作为光电转
换特性值,对于有机薄膜太阳能电池使用太阳模拟器(分光计器公司制造)以
照射强度100mW/cm2照射AM1.5G条件的光,从得到的电流-电压曲线求出
能量转换效率(PCE)。
实施例的性能评价结果如表2所示。
[表2]
如表2所示结果可知,实施例3-6的PCE变化率基本相等,加速试验引
起的劣化小,是良好的有机薄膜太阳能电池。
在实施例5、6中,可以认为,通过在阻气膜(D)和防蚀层(E)之间夹入包
含捕捉剂的层(C),并进行密封使其与外部气体阻隔,该状态的叠层片即使
在制造工艺中短时间暴露于大气中,也能够抑制捕捉剂的劣化,通过如实施
例5、6这样地进行设计,即使在一次制作多个有机薄膜太阳能电池后、在
大气中实施切割成1个1个太阳能电池的处理,也未确认到性能的劣化。
本申请基于2009年6月24日提出申请的日本专利申请(日本特愿
2009-150143)及2009年7月7日提出申请的日本专利申请(日本特愿
2009-160791),其内容作为参考并入到本发明中。
工业实用性
对本发明的有机电子器件的用途没有限制,可以是任意的。例如,本发
明可以用于建材用途。尤其是适合用于例如住家、店铺、大厦等建筑物的外
部装饰材料及内部装饰材料;隧道、桥梁等的内部装饰材料;广告板、标识
等。另外,还适合用于图像显示设备、面状光源、显示板等,不管其是用于
室内还是户外。