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WO2018143368A1 - 半導体デバイス - Google Patents

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Publication number
WO2018143368A1
WO2018143368A1 PCT/JP2018/003475 JP2018003475W WO2018143368A1 WO 2018143368 A1 WO2018143368 A1 WO 2018143368A1 JP 2018003475 W JP2018003475 W JP 2018003475W WO 2018143368 A1 WO2018143368 A1 WO 2018143368A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
electrode layer
semiconductor device
elastic
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/003475
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
憲二郎 福田
隆夫 染谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN
Original Assignee
RIKEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RIKEN filed Critical RIKEN
Publication of WO2018143368A1 publication Critical patent/WO2018143368A1/ja
Priority to US16/529,719 priority Critical patent/US20190363206A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/30—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising thin-film photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
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    • H10F19/804—Materials of encapsulations
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10K77/10—Substrates, e.g. flexible substrates
    • H10K77/111—Flexible substrates
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F71/121—The active layers comprising only Group IV materials
    • H10F71/1221—The active layers comprising only Group IV materials comprising polycrystalline silicon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device.
  • Non-Patent Document 1 Martin Kaltenbrunner, Tsuyoshi Sekitani, Jonathan Reeder, Tomoyuki Yokota, Kazunori Kuribara, Takeyoshi Tokuhara, Michael Drack, Reinhard Schwodiauer, Ingrid Graz, Simona Bauer-Gogonea, Siegfried Bauer, Takao Someya, "An ultra-lightweight design for impercept plastic electronics ", Nature, 499, (7459), 458-463, 2013.
  • a flexible sheet device in which a flexible sensor, a power generation element, a light emitting element, a secondary battery, and the like are combined with such a flexible electronic circuit has been proposed.
  • this type of seat device taking advantage of its lightweight and flexible features, it is a wearable device that can be worn directly on clothing or on the body surface, monitoring human and animal body temperature, pulse rate, body moisture content, blood pressure, and other health indicators. Attempts to disseminate or record data and use it for health care are drawing attention. Wearable devices are required to follow the movement of humans or animals, withstand bending during attachment / detachment, and to be usable for a certain period of time without causing deterioration in performance or the like.
  • a device with a laminated structure that is less likely to cause breakage or performance deterioration during bending deformation.
  • a semiconductor device provided with two electrode layers and a semiconductor layer provided between the electrode layers if the difference in strain applied to the two electrode layers when the semiconductor device is deformed is large, one electrode to which greater strain is applied The layer is extremely easy to break than the other electrode layer.
  • a semiconductor device may include a first base layer having elasticity.
  • the semiconductor device may include a first electrode layer provided on the first base material layer.
  • the semiconductor device may include a semiconductor layer provided on the first electrode layer.
  • the semiconductor device may include a second electrode layer provided on the semiconductor layer.
  • the semiconductor device may include a second base layer that is provided on the second electrode layer and has elasticity. In the thickness direction of the semiconductor device, the distance b from one surface of the semiconductor device is May be located between the center of the first electrode layer and the center of the second electrode layer in the thickness direction.
  • n indicates the number of layers included in the semiconductor device
  • E i indicates the elastic modulus of the i-th layer from the one surface side of the semiconductor device among the layers included in the semiconductor device
  • t i and t j are , Respectively indicate the thickness of the i-th layer and the thickness of the j-th layer.
  • the first base material layer may include a first elastic layer.
  • the first base material layer may include a first film layer provided on the first elastic body layer.
  • the first electrode layer may be provided on the first film layer.
  • the second base material layer may include a second film layer provided on the second electrode layer.
  • the second base material layer may include a second elastic layer provided on the second film layer.
  • the elastic modulus of the first elastic layer is E 1
  • the thickness is t 1
  • the elastic modulus of the second elastic layer is E 7
  • the thickness is t 7 , 0.2 ⁇ t 7 / t 1 ⁇ 5 and 0.1 ⁇ (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 ⁇ 10 may be satisfied.
  • the modulus of elasticity of the first elastic layer E 1, the thickness t 1, E 7 the elastic modulus of the second elastic layer, the thickness is taken as t 7, 0.5 ⁇ (E 7 / E 1) ⁇ It is preferable to satisfy (t 7 / t 1 ) 2 ⁇ 2.
  • the elastic modulus of the first elastic layer is E 1
  • the thickness is t 1
  • the elastic modulus of the second elastic layer is E 7
  • the thickness is t 7 , 0.8 ⁇ (E 7 / E 1 ) ⁇ It is more preferable to satisfy (t 7 / t 1 ) 2 ⁇ 1.25.
  • the thickness of the first elastic layer is t 1 and the thickness of the second elastic layer is t 7 , 0.5 ⁇ t 7 / t 1 ⁇ 2 may be satisfied.
  • t 1 is the thickness of the first elastic layer and t 7 is the thickness of the second elastic layer.
  • At least one of the t 1 and t 7 may be 10 ⁇ m or more.
  • At least one of the t 1 and t 7 is 50 ⁇ m or more.
  • At least one of the t 1 and t 7 is 100 ⁇ m or more.
  • the first electrode layer may be a transparent electrode layer, and the first elastic layer may be light transmissive.
  • the first electrode layer may be visible light transmissive.
  • the semiconductor device has a photovoltaic power generation function or a light emission function
  • the average value of the total light transmittance in the visible light band is preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. There is no problem even if it has scattering properties in a range satisfying these.
  • the semiconductor layer may be a photoelectric conversion layer, a current light emitting layer, an electroluminescent layer, an organic transistor layer, or a combination thereof. Appropriate selections and combinations are used depending on the application.
  • an organic semiconductor material is preferably used from the viewpoint of flexibility and coating properties, but a compound semiconductor material such as CIGS or CIS or a perovskite type compound material can also be used depending on the purpose.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a strain ⁇ generated in the solar cell device 100.
  • FIG. 1 schematically shows an example of a cross section of a solar cell device 100 according to an embodiment.
  • the solar cell device 100 is an example of a semiconductor device.
  • the solar cell device 100 includes a first base layer 110, a first electrode layer 30, a photoelectric conversion layer 40, a second electrode layer 50, and a second base layer 120.
  • the first electrode layer 30 is provided on the first base material layer 110.
  • the second base material layer 120 is provided on the second electrode layer 50.
  • the first base material layer 110 includes the first elastic layer 10 and the first film layer 20.
  • the second base material layer 120 includes a second film layer 60 and a second elastic layer 70.
  • the first base material layer 110 and the second base material layer 120 have elasticity.
  • the 1st base material layer 110 has translucency.
  • the 2nd base material layer 120 does not need to have translucency, it may have translucency.
  • the first elastic layer 10 provides the first surface 101 of the solar cell device 100
  • the second elastic layer 70 provides the second surface 102 of the solar cell device 100.
  • the first surface 101 is an incident surface on which light is incident on the solar cell device 100.
  • Each layer included in the solar cell device 100 includes, from the first surface 101 side, the first elastic layer 10, the first film layer 20, the first electrode layer 30, the photoelectric conversion layer 40, the second electrode layer 50, and the second film.
  • the layer 60 and the second elastic layer 70 are provided in this order.
  • the first elastic layer 10 has translucency.
  • the first elastic layer 10 is made of an elastic material.
  • the first elastic layer 10 may be a rubber layer formed of a rubber material such as acrylic rubber, silicon rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, ethylene propylene rubber, and urethane rubber.
  • it may be a soft fluororesin material such as ETFE or PVF.
  • polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, soft polyolefin copolymers such as EVA, EMA, polystyrene, AS resin, ABS resin, foams thereof, or polycarbonate, polyamide, polyester
  • resins may be cured resins such as polycondensation resins such as phenol resins, melamine resins, urea resins, epoxy resins, acrylic resins, methacrylic resins, and unsaturated polyester resins.
  • the average value of the total light transmittance in the visible light band is preferably 60% or more, and 70% or more. Is more preferable. There is no problem even if it has scattering properties in a range satisfying these.
  • the first film layer 20 is provided on the first elastic layer 10.
  • the 1st film layer 20 has translucency.
  • the first film layer 20 is formed of a resin material.
  • the first film layer 20 includes a xylylene polymer material such as parylene, an epoxy resin material such as SU-8, a polyester material such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, a cyclopolyolefin material, a polycarbonate material, and a methacrylic resin. It may be formed of a material, a polyimide material, various photoresist materials, or the like.
  • a photocuring or thermosetting resin material or a transparent polyimide material is preferably used from the viewpoint of transparency, heat resistance, surface smoothness, and the like.
  • it may be formed of a flexible glass substrate having a thickness of 50 ⁇ m or less, preferably 30 ⁇ m or less, and most preferably 10 ⁇ m or less.
  • a substrate having a resin coating for smoothing microcracks on both sides is preferably used to prevent breakage.
  • the first film layer 20 may be used as a base material for forming the first electrode layer 30 when the solar cell device 100 is manufactured.
  • the first electrode layer 30 is provided on the first film layer 20.
  • the first electrode layer 30 has translucency. Specifically, the first electrode layer 30 has visible light transparency.
  • the average value of the total light transmittance of the first electrode layer 30 in the visible light band is preferably 60% or more, and more preferably 70% or more.
  • the first electrode layer 30 may have light scattering properties in a range where the total light transmittance satisfies these values.
  • the first electrode layer 30 is, for example, a transparent electrode layer.
  • the first electrode layer 30 may be formed of metal oxide such as indium tin oxide (ITO), nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, and zinc oxide.
  • it is made of a thin film of aluminum or silver, or a light-transmitting organic conductive material such as PEDOT: PSS, or a combination thereof, or a thin wire such as aluminum, gold, silver, or copper. It may be combined with an auxiliary electrode.
  • a thin film of aluminum or silver or a light-transmitting organic conductive material such as PEDOT: PSS, or a combination thereof, or a thin wire such as aluminum, gold, silver, or copper. It may be combined with an auxiliary electrode.
  • the first electrode layer 30 may be a metal mesh layer in which a metal having a mesh structure as an electrode is held by a translucent material.
  • the mesh structure may be formed of silver, gold, copper or the like.
  • the first electrode layer 30 may be a metal nanowire layer in which metal nanowires as electrodes are held with a light-transmitting material. When a metal mesh layer or a metal nanowire layer is applied as the first electrode layer 30, the electrode portion may not have a light-transmitting property, and the portion formed of the light-transmitting material transmits the first light.
  • the electrode layer 30 may have translucency as a whole.
  • the first electrode layer 30 may be formed of a conductive polymer.
  • the photoelectric conversion layer 40 is provided on the first electrode layer 30.
  • the photoelectric conversion layer 40 has a plurality of photoelectric conversion elements.
  • the photoelectric conversion layer 40 may be a layer made of thin film single crystal silicon, thin film polycrystalline silicon, thin film microcrystalline silicon, amorphous silicon, a perovskite compound, other inorganic semiconductor materials, and a dye material.
  • the photoelectric conversion layer 40 may be a layer made of an organic semiconductor material.
  • the organic semiconductor material may be a mixed layer in which an n-type organic semiconductor and a p-type organic semiconductor are bulk heterojunctioned.
  • n-type organic semiconductors include fullerenes, fullerene derivatives, carbon materials such as carbon nanotubes, various condensed aromatic hydrocarbons, perylenes, cyanoquinodimethanes, oxadiazole derivatives such as PBD, and styrylanthracenes such as BSA-1. Derivatives, bathocuproine, benzoquinolinol beryllium complex, benzothiazole zinc complex and the like.
  • the p-type organic semiconductor include condensed aromatic hydrocarbons such as pentacenes, rubrenes, and thiophenes, porphyrins, phthalocyanines, diamine derivatives, and amine derivatives such as TPD.
  • the photoelectric conversion layer 40 is an example of a semiconductor layer. Between the photoelectric conversion layer 40 and the first electrode layer 30 and the second electrode layer 50, a hole transport layer, a hole injection layer, an electron transport layer, an electron are used as necessary for the purpose of improving efficiency and preventing a short circuit. A block layer or the like may be interposed.
  • the second electrode layer 50 is provided on the photoelectric conversion layer 40.
  • the second electrode layer 50 is a back electrode layer in the solar cell device 100.
  • the second electrode layer 50 is a metal film such as gold, silver, or aluminum.
  • the second electrode layer 50 may not have translucency.
  • the second film layer 60 is provided on the second electrode layer 50.
  • the second film layer 60 may be formed of the material exemplified as the material constituting the first film layer 20 in the paragraph 0025.
  • the material constituting the second film layer 60 may be the same as or different from the material constituting the first film layer 20.
  • the second film layer 60 and the first film layer 20 are formed of parylene.
  • the second film layer 60 may have a function as a sealing material for sealing the first electrode layer 30, the photoelectric conversion layer 40, and the second electrode layer 50. Or you may form by photocurable or thermosetting resins, such as an epoxy resin, an acrylic resin, and a methacryl resin.
  • the thickness of the second film layer 60 is preferably equal to or less than the thickness of the first film layer 20 from the viewpoint of flexibility and handling at the time of device manufacture.
  • the second elastic layer 70 is provided on the second film layer 60.
  • the second elastic layer 70 may be formed of the same material as the first elastic layer 10.
  • the second elastic layer 70 is an elastic layer formed of a rubber material such as acrylic rubber.
  • the rubber layer may be formed of a rubber material such as silicon rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, nitrile rubber, ethylene propylene rubber, or urethane rubber.
  • it may be a soft fluororesin material such as ETFE or PVF.
  • polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride and polyvinyl alcohol, soft polyolefin copolymers such as EVA and EMA, polystyrene, AS resin, ABS resin, foams thereof, or polycarbonate, polyamide, polyester
  • resins may be cured resins such as polycondensation resins such as phenol resins, melamine resins, urea resins, epoxy resins, acrylic resins, methacrylic resins, and unsaturated polyester resins.
  • granular or fibrous fillers may be dispersed depending on the requirements of strength and function.
  • Silica, carbon, carbon nanotube, glass, cellulose nanofiber, etc. can be used as the filler material.
  • the surface of the second elastic rubber layer may be subjected to embossing or uneven coating from the viewpoints of preventing regular reflection, preventing adhesion, and design.
  • the solar cell device 100 has a stacked semiconductor element structure in which the photoelectric conversion layer 40 is provided between the first electrode layer 30 and the second electrode layer 50.
  • the stacked semiconductor element is arranged so that the neutral surface of the solar cell device 100 is located between the first elastic layer 10 and the first film layer 20. It has a structure sandwiched between a first base material layer 110 and a second base material layer 120.
  • the solar cell device 100 is provided on a deformable material.
  • the material include clothing and rubber materials.
  • it can be directly attached to the skin of humans or animals, and the blood pressure, temperature, humidity, etc. can be monitored by combining a self-supporting power source with a solar cell and a sensor.
  • the solar cell device 100 needs to have extremely high stretchability and bending deformation. As long as it can withstand bending deformation, it can be designed to withstand expansion and contraction by extending or bending the bent portion as a folded device that is alternately bent.
  • each layer of the solar cell device 100 in one embodiment should have will be described by setting the solar cell device 100 as one of the purposes that the solar cell device 100 has resistance to bending with a curvature radius of 1 ⁇ m.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the distortion generated in the solar cell device 100.
  • the solar cell device 100 includes seven layers.
  • the elastic modulus E and the thickness t of each layer included in the solar cell device 100 are expressed using a natural number i for identifying each layer as a subscript.
  • the first elastic layer 10 which is the layer on the first surface 101 side is the first layer
  • the elastic modulus of the i-th layer counted from the first elastic layer 10 is E. Represented by i .
  • the elastic modulus in the present embodiment is a longitudinal elastic modulus.
  • the elastic modulus in the present embodiment may be a longitudinal elastic modulus measured by a bending test.
  • the strain ⁇ of the surface separated from the first surface 101 by the distance r is expressed by the following equation.
  • R is the radius of curvature of the solar cell device 100.
  • b represents the distance from the first surface 101 to the neutral surface. b is expressed by the following equation.
  • n indicates the number of layers included in the solar cell device 100.
  • E i indicates the elastic modulus of the i-th layer from the first surface 101.
  • t i and t j indicate the thickness of the i-th layer and the thickness of the j-th layer, respectively.
  • the neutral plane is located between the center of the first electrode layer 30 and the center of the second electrode layer 50 in the thickness direction.
  • the thickness t 1 of the first elastic layer 10 and the elasticity are set such that the neutral surface is located between the center of the first electrode layer 30 and the center of the second electrode layer 50 in the thickness direction.
  • a rate E 1, and the thickness t 2 and the elastic modulus E 7 of the second elastic layer 70 are defined.
  • Table 1 shows parameters used in examples of the solar cell device 100 described later. Each example is characterized by t 1 and modulus E 1 , t 7 and modulus E 7 .
  • first film layer 20 and the second film layer 60 may be formed of parylene.
  • the second electrode layer 50 may be made of silver.
  • ⁇ can be reduced to about 1% or less by setting t 1 to 10 ⁇ m or more. Therefore, t 1 is preferably 10 ⁇ m or more. Further, by setting t 1 to 50 ⁇ m or more, ⁇ can be reduced to about 0.25% or less. Therefore, t 1 is more preferably 50 ⁇ m or more. Further, by setting t 1 to 100 ⁇ m or more, ⁇ can be reduced to about 0.1% or less. Therefore, it is particularly preferable that t 1 is 100 ⁇ m or more.
  • t 1 and t 7 is 10 ⁇ m or more, more preferably t 1 and t 7 is 50 ⁇ m or more, and particularly preferably t 1 and t 7 is 100 ⁇ m or more.
  • one of t 1 and t 7 may be 10 ⁇ m or more, one of t 1 and t 7 may be 50 ⁇ m or more, and one of t 1 and t 7 may be 100 ⁇ m or more.
  • t 1 , E in order to position the neutral plane between the center of the first electrode layer 30 and the center of the second electrode layer 50, t 1 , E
  • 1 , t 7 and E 7 are conditioned by two parameters: t 7 / t 1 and (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 .
  • t1 and E1 in order to locate the neutral plane between the center of the first electrode layer 30 and the center of the second electrode layer 50 when t1 and E1 are set to specific values (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 represents the upper and lower limits that can be taken, and t 7 / t 1 is a parameter.
  • the line on the “MAX” side in FIG. 4 shows the case where the neutral plane coincides with the center of the second electrode layer 50, and the line on the “MIN” side in FIG. The case where it coincides with the center is shown. That is, the line on the “MAX” side in FIG. 4 is (E 7 / E 1 ) ⁇ (t for positioning the neutral plane between the center of the first electrode layer 30 and the center of the second electrode layer 50. 7 / t 1 ) The upper limit of 2 . Also, the line on the “MIN” side in FIG. 4 indicates (E 7 / E 1 ) ⁇ (t for positioning the neutral plane between the center of the first electrode layer 30 and the center of the second electrode layer 50. 7 / t 1 ) 2 is the lower limit.
  • the meanings of “MAX” and “MIN” in FIGS. 5 to 9 are the same as the meanings of “MAX” and “MIN” in FIG.
  • the neutral plane can be positioned between the center of the first electrode layer 30 and the center of the second electrode layer 50. Therefore, it is preferable to satisfy t 7 / t 1 ⁇ 0.2.
  • the solar cell device 100 because it has a structure substantially symmetrical with respect to the photoelectric conversion layer 40, it is preferable to satisfy the t 1 / t 7 ⁇ 0.2. Therefore, it is preferable to satisfy 0.2 ⁇ t 7 / t 1 ⁇ 5.
  • t 7 / t 1 preferably satisfies 0.2 ⁇ t 7 / t 1 ⁇ 5. It is more preferable to satisfy 0.5 ⁇ t 7 / t 1 ⁇ 2. It is particularly preferable that 0.8 ⁇ t 7 / t 1 ⁇ 1.25 is satisfied.
  • the upper limit value and lower limit value of (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 necessary for the above can be regarded as constants.
  • 0.5 ⁇ (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 ⁇ 2 is satisfied.
  • 0.5 ⁇ (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 ⁇ 2 range, within a range between the constant value of constant values and the upper limit value of the lower limit of (E 7 / E 1) ⁇ (t 7 / t 1).
  • the preferred range of (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 is examined, so that 0.1 ⁇ (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 ⁇ 10 It is preferable to satisfy. It is more preferable to satisfy 0.5 ⁇ (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 ⁇ 2. It is particularly preferable that 0.8 ⁇ (E 7 / E 1 ) ⁇ (t 7 / t 1 ) 2 ⁇ 1.25 is satisfied.
  • the parameter is between the center of the first electrode layer 30 and the center of the second electrode layer 50. It is easy to position the elevation surface, and it is possible to make it difficult for a difference to occur in the strain applied to the first electrode layer 30 and the second electrode layer 50.
  • the thickness t 2 of the first film layer 20 is preferably at least t 2 ⁇ 30 ⁇ m from the viewpoint of followability of the uneven surface and easy adhesion. In order to further improve followability and easy adhesion, it is more preferable that t 2 ⁇ 10 ⁇ m. In order to further improve followability and easy adhesion, it is particularly preferable that t 2 ⁇ 2 ⁇ m.
  • the material forming the first elastic layer 10 is not limited to rubber or polymer material.
  • the material forming the first elastic layer 10 may be glass.
  • the material forming the second elastic layer 70 is not limited to rubber or polymer material.
  • the material forming the second elastic layer 70 may be glass.
  • the second base material layer 120 includes the second film layer 60 and the second elastic layer 70.
  • the second base material layer 120 may not include the second film layer 60.
  • the second base material layer 120 may include only the first elastic layer 10.
  • the first base material layer 110 includes the first elastic layer 10 and the first film layer 20
  • the second base material layer 120 includes the second film layer 60 and the second elastic layer 70.
  • at least one of the first base material layer 110 and the second base material layer 120 may be a single layer formed of a single material.
  • the semiconductor device is not limited to a solar cell device.
  • the semiconductor device may be a light emitting device.
  • a light emitting layer may be applied as a semiconductor layer.
  • the light emitting layer may include an organic light emitting diode, a light emitting polymer, or the like.
  • the semiconductor layer may include both a photoelectric conversion layer and a light emitting layer.
  • the semiconductor layer may be a current light emitting layer, an electroluminescent layer, an organic transistor layer, or a combination thereof. Note that the semiconductor layer is not limited to the photoelectric conversion layer and the light emitting layer.
  • the semiconductor layer may include an organic semiconductor having various functions different from the photoelectric conversion function and the light emitting function.
  • the semiconductor layer may be formed using a semiconductor material such as an organic material, an oxide material, or amorphous silicon.
  • a semiconductor material such as an organic material, an oxide material, or amorphous silicon.
  • an organic semiconductor material is preferably used from the viewpoint of flexibility and coatability, but a compound semiconductor material such as CIGS or CIS or a perovskite compound material can also be used depending on the purpose.
  • the semiconductor device may be a field effect transistor, an integrated circuit, or the like.
  • the sensor and its detection circuit, or a secondary battery may be included.
  • the semiconductor device may be a power generation device, a lighting device, a display device, electronic paper, a power storage device, a sheet-type sensor device, or a combination thereof.

Landscapes

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Abstract

半導体デバイスは、弾性を有する第１基材層と、第１基材層上に設けられた第１電極層と、第１電極層上に設けられた半導体層と、半導体層上に設けられた第２電極層と、第２電極層上に設けられ、弾性を有する第２基材層とを備え、半導体デバイスの厚さ方向において、中立面が、厚さ方向において第１電極層の中心と第２電極層の中心との間に位置し、ｎは、半導体デバイスが備える層の数を示し、Ｅｉは、半導体デバイスが備える層のうち、半導体デバイスの一方の側からｉ番目の層の弾性率を示し、ｔｉ及びｔｊは、それぞれｉ番目の層の厚さ及びｊ番目の層の厚さを示す。

Description

半導体デバイス
　本発明は、半導体デバイスに関する。
　超薄型（１μｍ）ポリマー箔を基材として試作された、有機トランジスタを有するフレキシブル電子回路が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
　非特許文献１　Martin Kaltenbrunner, Tsuyoshi Sekitani, Jonathan Reeder, Tomoyuki Yokota, Kazunori Kuribara, Takeyoshi Tokuhara, Michael Drack, Reinhard Schwodiauer, Ingrid Graz, Simona Bauer-Gogonea, Siegfried Bauer, Takao Someya, "An ultra-lightweight design for imperceptible plastic electronics", Nature, 499, (7459), 458-463, 2013.
　このようなフレキシブル電子回路に、フレキシブルなセンサー類、発電素子、発光素子、二次電池などを組み合わせたフレキシブルシートデバイスが提案されている。この種のシートデバイスでは、軽量かつフレキシブルな特徴を活かし、衣類あるいは体表に直接装着するウエアラブルデバイスとして、人間や動物の体温、脈拍、体水分率、血圧などの健康指標などをモニタリングの上、データ発信もしくは記録し、健康医療に役立てる試みが注目を集めている。ウエアラブルデバイスにおいては、人間あるいは動物の動きに追随し、脱着の際の曲げに耐えて性能等の劣化を引き起こさずに一定期間使用出来ることが求められる。
解決しようとする課題
　半導体デバイスにおいて、曲げ変形時などに破損や性能劣化を引き起こしにくい積層構成の工夫が求められている。２つの電極層と当該電極層の間に設けられた半導体層を備える半導体デバイスにおいて、半導体デバイスが変形したときに２つの電極層に加わる歪みの差が大きいと、より大きい歪みが加わる一方の電極層が、他方の電極層より極端に破断し易くなる。
一般的開示
　本発明の一態様においては、半導体デバイスが提供される。半導体デバイスは、弾性を有する第１基材層を備えてよい。半導体デバイスは、第１基材層上に設けられた第１電極層を備えてよい。半導体デバイスは、第１電極層上に設けられた半導体層を備えてよい。半導体デバイスは、半導体層上に設けられた第２電極層を備えてよい。半導体デバイスは、第２電極層上に設けられ、弾性を有する第２基材層を備えてよい。半導体デバイスの厚さ方向において、半導体デバイスの一方の面から距離ｂが
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　によって表される面が、厚さ方向において第１電極層の中心と第２電極層の中心との間に位置してよい。ｎは、半導体デバイスが備える層の数を示し、Ｅｉは、半導体デバイスが備える層のうち、半導体デバイスの一方の面の側からｉ番目の層の弾性率を示し、ｔｉ及びｔｊは、それぞれｉ番目の層の厚さ及びｊ番目の層の厚さを示す。
　第１基材層は、第１弾性層を備えてよい。第１基材層は、第１弾性体層上に設けられた第１フィルム層を備えてよい。第１電極層は、第１フィルム層上に設けられてよい。第２基材層は、第２電極層上に設けられた第２フィルム層を備えてよい。第２基材層は、第２フィルム層上に設けられた第２弾性層を備えてよい。
　第１弾性層の弾性率をＥ１、厚さをｔ１、第２弾性層の弾性率をＥ７、厚さをｔ７としたときに、０．２≦ｔ７／ｔ１≦５かつ０．１≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦１０を満たしてよい。
　第１弾性層の弾性率をＥ１、厚さをｔ１、第２弾性層の弾性率をＥ７、厚さをｔ７としたときに、０．５≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦２を満たすことが好ましい。
　第１弾性層の弾性率をＥ１、厚さをｔ１、第２弾性層の弾性率をＥ７、厚さをｔ７としたときに、０．８≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦１．２５を満たすことがより好ましい。
　第１弾性層の厚さをｔ１、第２弾性層の厚さをｔ７としたときに、０．５≦ｔ７／ｔ１≦２を満たしてよい。
　第１弾性層の厚さをｔ１、第２弾性層の厚さをｔ７としたときに、０．８≦ｔ７／ｔ１≦１．２５を満たすことが好ましい。
　前記ｔ１及びｔ７の少なくとも一方が、１０μｍ以上であってよい。
　前記ｔ１及びｔ７の少なくとも一方が、５０μｍ以上であることが好ましい。
　前記ｔ１及びｔ７の少なくとも一方が、１００μｍ以上であることがより好ましい。
　第１電極層は、透明電極層であり、第１弾性層は、光透過性を有してよい。第１電極層は、可視光透過性を有してよい。半導体デバイスが太陽光発電機能や発光機能を有する場合は、可視光帯域における全光線透過率の平均値が６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。これらを満たす範囲で散乱性を有しても問題無い。
　半導体層は、光電変換層あるいは電流発光層、電界発光層、有機トランジスタ層あるいはこられの組み合わせであってよい。用途に応じて適切な選択と組み合わせが使用される。半導体材料としては、有機半導体材料がフレキシブル性や塗布性などから好適に用いられるが、ＣＩＧＳ、ＣＩＳなどの化合物半導体材料、あるいはペロブスカイト型化合物材料なども目的に応じて使うことが出来る。
　上記の開示は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。
太陽電池デバイス１００の断面の一例を概略的に示す。 太陽電池デバイス１００に生じる歪みεを説明するための断面図である。 Ｒ＝１（μｍ）である場合における、ｔ１に対するεの依存性を示す。 ｔ１＝５００（μｍ）、Ｅ１＝０．０１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。 ｔ１＝１００（μｍ）、Ｅ１＝０．０１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。 ｔ１＝５０（μｍ）、Ｅ１＝０．０１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。 ｔ１＝１００（μｍ）、Ｅ１＝０．０１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。 ｔ１＝１００（μｍ）、Ｅ１＝１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。 ｔ１＝１００（μｍ）、Ｅ１＝０．００１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　図１は、一実施形態における太陽電池デバイス１００の断面の一例を概略的に示す。太陽電池デバイス１００は、半導体デバイスの一例である。
　太陽電池デバイス１００は、第１基材層１１０と、第１電極層３０と、光電変換層４０と、第２電極層５０と、第２基材層１２０とを備える。第１電極層３０は、第１基材層１１０上に設けられる。第２基材層１２０は、第２電極層５０上に設けられる。第１基材層１１０は、第１弾性層１０と、第１フィルム層２０とを備える。第２基材層１２０は、第２フィルム層６０と、第２弾性層７０とを備える。
　第１基材層１１０及び第２基材層１２０は、弾性を有する。第１基材層１１０は、透光性を有する。第２基材層１２０は、透光性を有する必要はないが、透光性を有してもよい。
　太陽電池デバイス１００において、第１弾性層１０は、太陽電池デバイス１００の第１の面１０１を提供し、第２弾性層７０は、太陽電池デバイス１００の第２の面１０２を提供する。第１の面１０１は、太陽電池デバイス１００に光が入射する入射面である。太陽電池デバイス１００が備える各層は、第１の面１０１の側から、第１弾性層１０、第１フィルム層２０、第１電極層３０、光電変換層４０、第２電極層５０、第２フィルム層６０、第２弾性層７０の順で設けられる。
　第１弾性層１０は、透光性を有する。第１弾性層１０は、弾性材料で形成される。第１弾性層１０は、アクリルゴム、シリコンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム等のゴム材料で形成されたゴム層であってよい。あるいは、ＥＴＦＥ、ＰＶＦ等の軟質フッ素樹脂材料であってよい。あるいはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール等のポリオレフィン類、ＥＶＡ，ＥＭＡ等の軟質ポリオレフィン共重合体、ポリスチレン、AS樹脂、ABS樹脂、これらの発泡体、あるいはポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステルなどの縮重合樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の硬化樹脂類であってよい。
　第１弾性層１０に関しては、半導体デバイスが太陽光発電機能や発光機能を有する場合は、可視光帯域における全光線透過率の平均値が６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。これらを満たす範囲で散乱性を有しても問題無い。
　第１フィルム層２０は、第１弾性層１０上に設けられる。第１フィルム層２０は、透光性を有する。第１フィルム層２０は、樹脂材料で形成される。具体的には、第１フィルム層２０は、パリレンなどのキシリレン系ポリマー材料、ＳＵ－８などのエポキシ樹脂材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系材料、シクロポリオレフィン材料、ポリカーボネート材料、メタクリル樹脂材料、ポリイミド材料、各種フォトレジスト材料等で形成されてよい。これらの中では、透明性や耐熱性、表面平滑性などから光硬化もしくは熱硬化樹脂材料や透明ポリイミド材料が好適に用いられる。あるいは厚さが５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、最も好ましくは１０μｍ以下のフレキシブルガラス基板等により形成されても良い。このフレキシブルガラス基板においては、破損防止のため両面に微小クラックを平滑化する樹脂コーティングを施したものが好適に用いられる。第１フィルム層２０は、太陽電池デバイス１００の製造時において第１電極層３０を形成するための基材として用いられてよい。
　第１電極層３０は、第１フィルム層２０上に設けられる。第１電極層３０は、透光性を有する。具体的には、第１電極層３０は、可視光透過性を有する。可視光帯域における第１電極層３０の全光線透過率の平均値は６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。第１電極層３０は、全光線透過率がこれらの値を満たす範囲で光散乱性を有してもよい。第１電極層３０は、例えば透明電極層である。第１電極層３０は、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、インジウム－ジルコニウム酸化物（ＩＺＯ）、酸化チタン、酸化亜鉛等の、金属酸化物等で形成されてよい。あるいはアルミニウムや銀の薄膜化して透光性を持たせたもの、あるいはＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ等の透光性のある有機導電材料、あるいはこれらの組み合わせ、あるいはアルミ、金、銀、銅などの細線により構成補助電極と組み合わされたものであってもよい。
　第１電極層３０は、電極としてのメッシュ構造を有する金属を透光性材料で保持した金属メッシュ層であってよい。当該メッシュ構造は、銀、金、銅等で形成されてよい。第１電極層３０は、電極としての金属ナノワイヤを透光性材料で保持した金属ナノワイヤ層であってよい。第１電極層３０として金属メッシュ層又は金属ナノワイヤ層を適用する場合、電極部分は透光性を有しなくてよく、透光性材料で形成された部分が光を透過することによって、第１電極層３０が全体として透光性を有してよい。第１電極層３０は、導電性高分子で形成されてよい。
　光電変換層４０は、第１電極層３０上に設けられる。光電変換層４０は、複数の光電変換素子を有する。具体的には、光電変換層４０は、薄膜単結晶シリコン、薄膜多結晶シリコン、薄膜微結晶シリコン、アモルファスシリコン、ペロブスカイト型化合物、その他の無機半導体材料、色素材料からなる層であってよい。また光電変換層４０は、有機半導体材料からなる層であってよい。有機半導体材料は、ｎ型有機半導体及びｐ型有機半導体がバルクヘテロ接合された混合層であってよい。ｎ型有機半導体としては、フラーレン、フラーレン誘導体、カーボン・ナノチューブなどの炭素材料、種々の縮合芳香族炭化水素、ペリレン類、シアノキノジメタン類、ＰＢＤなどのオキザジアゾール誘導体、ＢＳＡ－１などのスチリルアントラセン誘導体、バソクプロイン、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体等が挙げられる。ｐ型有機半導体としては、ペンタセン類、ルブレン類、チオフェン類等の縮合芳香族炭化水素、ポルフィリン類、フタロシアニン類、ジアミン誘導体、ＴＰＤなどのアミン誘導体が挙げられる。光電変換層４０は、半導体層の一例である。光電変換層４０と第１電極層３０、第２電極層５０との間には、効率向上や短絡防止などを目的として必要に応じて正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子ブロック層などを介在させても良い。
　第２電極層５０は、光電変換層４０上に設けられる。第２電極層５０は、太陽電池デバイス１００における裏面電極層である。例えば、第２電極層５０は、金、銀、アルミニウム等の金属膜である。第２電極層５０は、透光性を有しなくてよい。
　第２フィルム層６０は、第２電極層５０上に設けられる。第２フィルム層６０は、段落００２５において第１フィルム層２０を構成する材 料として例示されている材料で形成されてよい。第２フィルム層６０を構成する材料は、第１フィルム層２０を構成する材料と同じであってもよいし、異なっていても良い。本実施形態において、第２フィルム層６０と第１フィルム層２０は、パリレンで形成される。第２フィルム層６０は、第１電極層３０、光電変換層４０及び第２電極層５０を封止するための封止材としての機能を有してよい。あるいはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂などの光硬化性あるいは熱硬化性樹脂により形成しても良い。第２フィルム層６０の厚さとしては、第１フィルム層２０の厚さと同等もしくはそれ以下であることがフレキシブル性、デバイス製作時のハンドリング性から好ましい。
　第２弾性層７０は、第２フィルム層６０上に設けられる。第２弾性層７０は、第１弾性層１０と同じ材料で形成されてよい。具体的には、第２弾性層７０は、アクリルゴム等のゴム材料で形成された弾性層である。シリコンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム等のゴム材料で形成されたゴム層であってよい。あるいは、ＥＴＦＥ、ＰＶＦ等の軟質フッ素樹脂材料であってよい。あるいはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール等のポリオレフィン類、ＥＶＡ，ＥＭＡ等の軟質ポリオレフィン共重合体、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、これらの発泡体、あるいはポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステルなどの縮重合樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の硬化樹脂類であってよい。これらには強度や機能の要求から粒状あるいは繊維状のフィラーが分散されていても良い。フィラー材料としてはシリカ、カーボン、カーボンナノチューブ、ガラス、セルロースナノファイバーなどを用いることが出来る。あるいは第２弾性ゴム層の表面には正反射防止や密着防止、デザイン性などの観点よりエンボス加工や凹凸コーティングなどを施しても良い。
　このように、太陽電池デバイス１００は、第１電極層３０及び第２電極層５０の間に光電変換層４０が設けられた積層型の半導体素子構造を持つ。後述するように、太陽電池デバイス１００は、太陽電池デバイス１００の中立面が、第１弾性層１０と第１フィルム層２０との間に位置するように、当該積層型の半導素子を第１基材層１１０及び第２基材層１２０で挟んだ構造を有する。これにより、太陽電池デバイス１００が変形した場合に第１電極層３０に加わる歪みと第２電極層５０に加わる歪みの差を小さくすることができる。これにより、一方の電極層に加わる歪みが他方の電極層に加わる歪みに比べて極端に大きくなることを抑制することができる。したがって、太陽電池デバイス１００の変形に対する耐性を高めることができる。
　一使用形態において、太陽電池デバイス１００は、変形可能な素材上に設けられる。当該素材としては、例えば、衣類、ゴム材等を例示できる。あるいは人間や動物の表皮に直接装着し、太陽電池による自立電源とセンサーとを組み合わせて血圧、温度、湿度などをモニタリングすることも出来る。多様な用途や素材に太陽電池デバイス１００を適用可能とするためには、太陽電池デバイス１００は極めて高い伸縮性や曲げ変形を有する必要がある。曲げ変形に耐えれば、表裏交互に曲げた折り畳み状デバイスとして、曲げ部分を伸ばしたり、さらに曲げることにより伸縮変形に耐える設計とすることもできる。曲げ部分の曲率半径を小さく設定出来れば、それだけ曲げ耐久性が強いことになり、また折り畳みの形状自由度が高くなり、実用性が向上する。太陽電池デバイス１００が曲率半径１μｍの曲げに耐性を有することを目的の一つに設定して、一実施例における太陽電池デバイス１００の各層が備えるべき特性を説明する。
　図２は、太陽電池デバイス１００に生じる歪みを説明するための断面図である。太陽電池デバイス１００は、７個の層を備える。本実施形態において、太陽電池デバイス１００が備える各層の弾性率Ｅ及び厚さｔを、各層を識別する自然数ｉを添え字に用いて表す。具体的には、太陽電池デバイス１００において第１の面１０１の側の層である第１弾性層１０を１番目の層として、第１弾性層１０から数えてｉ番目の層の弾性率をＥｉで表す。また、第１弾性層１０から数えてｉ番目の層の厚さをｔｉで表す。また、ｉとは独立して層の厚さを特定する場合に、ｊを自然数として、第１弾性層１０から数えてｊ番目の層の厚さをｔｊで表す。なお、本実施形態における弾性率は、縦弾性率である。本実施形態における弾性率は、曲げ試験で測定された縦弾性率であるとしてよい。
　太陽電池デバイス１００において、第１の面１０１から距離ｒだけ離れた面の歪みεは、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、Ｒは、太陽電池デバイス１００の曲率半径である。ｂは、第１の面１０１から中立面までの距離を表す。ｂは、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ここで、ｎは、太陽電池デバイス１００が備える層の数を示す。上述したように、Ｅｉは、第１の面１０１からｉ番目の層の弾性率を示す。ｔｉ及びｔｊは、それぞれｉ番目の層の厚さ及びｊ番目の層の厚さを示す。
　太陽電池デバイス１００において、中立面は、厚さ方向において第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に位置する。具体的には、中立面が、厚さ方向において第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に位置するように、第１弾性層１０の厚さｔ１及び弾性率Ｅ１と、第２弾性層７０の厚さｔ２及び弾性率Ｅ７とが定められている。
　表１は、後述する太陽電池デバイス１００の実施例において用いられるパラメータを示す。各実施例は、ｔ１及び弾性率Ｅ１と、ｔ７及び弾性率Ｅ７によって特徴付けられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　各実施例において、第１フィルム層２０及び第２フィルム層６０は、パリレンにより形成されているとしてよい。第２電極層５０は、銀で形成されているとしてよい。
　図３は、Ｒ＝１（μｍ）である場合における、ｔ１に対するεの依存性を示す。ただし、ｔ７＝ｔ１である。なお、εは、第１電極層３０が有する２つの面のうち、第１フィルム層２０側の面における歪みである。
　図３に示されるように、ｔ１を１０μｍ以上にすることにより、εを約１％以下にすることができる。よって、ｔ１が１０μｍ以上であることが好ましい。また、ｔ１を５０μｍ以上にすることにより、εを約０．２５％以下にすることができる。よって、ｔ１が５０μｍ以上であることがより好ましい。また、ｔ１を１００μｍ以上にすることにより、εを約０．１％以下にすることができる。よって、ｔ１が１００μｍ以上であることが特に好ましい。
　なお、ｔ１及びｔ７が１０μｍ以上であることが好ましく、ｔ１及びｔ７が５０μｍ以上であることがより好ましく、ｔ１及びｔ７が１００μｍ以上であることが特に好ましい。しかし、ｔ１及びｔ７の一方が１０μｍ以上であってよく、ｔ１及びｔ７の一方が５０μｍ以上であってよく、ｔ１及びｔ７の一方が１００μｍ以上であってよい。
　次に、図４から図９等に関連して説明するように、第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に中立面を位置させるために、ｔ１、Ｅ１、ｔ７及びＥ７を、ｔ７／ｔ１及び（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の２つのパラメータにより条件付けることが好ましい。図４から図９において、ｔ１及びＥ１を特定の値とした場合において、第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に中立面を位置させるために（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２が取り得る上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１をパラメータとして表す。
　図４は、ｔ１＝５００（μｍ）、Ｅ１＝０．０１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。
　図４の「ＭＡＸ」側の線は、中立面が第２電極層５０の中心と一致する場合を示し、図４の「ＭＩＮ」側の線は、中立面が第１電極層３０の中心と一致する場合を示す。すなわち、図４の「ＭＡＸ」側の線は、第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に中立面を位置させるための（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値を示す。また、図４の「ＭＩＮ」側の線は、第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に中立面を位置させるための（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の下限値を示す。なお、図５から図９における「ＭＡＸ」及び「ＭＩＮ」の意味は、図４における「ＭＡＸ」及び「ＭＩＮ」の意味と同じである。
　図５は、ｔ１＝１００（μｍ）、Ｅ１＝０．０１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。図６は、ｔ１＝５０（μｍ）、Ｅ１＝０．０１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。図７は、ｔ１＝１０（μｍ）、Ｅ１＝０．０１（ＧＰａ）の場合における（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。
　図８は、ｔ１＝１００（μｍ）、Ｅ１＝１（ＧＰａ）の場合における、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。図９は、ｔ１＝１００（μｍ）、Ｅ１＝０．００１（ＧＰａ）の場合における、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を、ｔ７／ｔ１のパラメータとして表す。
　ここで、ｔ７／ｔ１の好ましい範囲について説明する。図４から図９より、ｔ７／ｔ１≧０．２を満たす場合には、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値は、ｔ７／ｔ１に対する依存性が小さくなり、概して定数とみなし得ることが分かる。これにより、ｔ７／ｔ１≧０．２を満たされている限り、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２が当該上限値の定数と当該下限値の定数との間になるようにｔ１、Ｅ１及びｔ７、Ｅ７を定めれば、中立面を第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に位置させることができる。よって、ｔ７／ｔ１≧０．２を満たすことが好ましい。なお、太陽電池デバイス１００は、光電変換層４０に対して略対称の構造を有するので、ｔ１／ｔ７≧０．２を満たすことが好ましい。よって、０．２≦ｔ７／ｔ１≦５を満たすことが好ましい。
　また、図４から図９より、ｔ７／ｔ１≧０．５を満たす場合には、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値は、ｔ７／ｔ１に対する依存性がより小さくなる。よって、ｔ７／ｔ１≧０．５を満たす場合、当該上限値及び下限値は、より小さい誤差で定数とみなし得ることが分かる。よって、ｔ７／ｔ１≧０．５を満たすことがより好ましい。太陽電池デバイス１００が光電変換層４０に対して略対称の構造を有することを考慮して、０．５≦ｔ７／ｔ１≦２を満たすことがより好ましい。
　また、図４から図９より、ｔ７／ｔ１≧０．８を満たす場合には、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値は、ｔ７／ｔ１に対する依存性が特に小さくなる。よって、ｔ７／ｔ１≧０．８を満たす場合、当該上限値及び下限値は実質的に定数とみなし得ることが分かる。よって、ｔ７／ｔ１≧０．８を満たすことが特に好ましい。太陽電池デバイス１００が光電変換層４０に対して略対称の構造を有することを考慮して、０．８≦ｔ７／ｔ１≦１．２５を満たすことが特に好ましい。
　以上においてｔ７／ｔ１の好ましい範囲について検討したように、０．２≦ｔ７／ｔ１≦５を満たすことが好ましい。０．５≦ｔ７／ｔ１≦２を満たすことがより好ましい。０．８≦ｔ７／ｔ１≦１．２５を満たすことが特に好ましい。パラメータｔ７／ｔ１が当該好ましい範囲を満たすようにｔ１及びｔ７を定めることで、第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に中立面を位置させるために必要な（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を定数とみなし得るようにすることができる。なお、本実施形態の説明において、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の上限値及び下限値を定数とみなし得る場合、それらを、それぞれ「上限値の定数値」及び「下限値の定数値」と呼ぶ場合がある。
　次に、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の望ましい範囲について説明する。上述したように、曲率半径Ｒ＝１（μｍ）の場合にεを約１％以下にするためには、ｔ１≧１０（μｍ）を満たすことが好ましい。ｔ１＝１０（μｍ）の場合の図７を参照すると、０．１≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦１０を満たすようにｔ１、Ｅ１及びｔ７、Ｅ７を定めれば、中立面を第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に位置させることができることが分かる。また、図４、５、６、８及び図９を参照して、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の下限値の定数値と上限値の定数値との間の範囲は、０．１以上１０以下の範囲に含まれる。よって、少なくとも、０．１≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦１０を満たすようにすることが好ましい。
　また、０．５≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦２を満たすことがより好ましい。図９の実施例のように第１弾性層１０及び第２弾性層７０を柔らかい材料で形成した場合において、０．５≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦２の範囲は、（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）の下限値の定数値と上限値の定数値との間の範囲に収まる。すなわち、０．５≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦２を満たす場合、第１弾性層１０及び第２弾性層７０を柔らかい材料で形成したときにおいて、中立面を第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に位置させることができる。よって、０．５≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦２を満たす場合、第１弾性層１０及び第２弾性層７０を柔らかい材料を用いることで曲面への追従性が損われることを抑制しつつ、太陽電池デバイス１００の変形時に第１電極層３０及び第２電極層５０に加わる歪みに差が生じにくくすることができる。
　また、０．８≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦１．２５を満たすことが特に好ましい。この条件を満たすことで、ｔ１、Ｅ１、ｔ７及びＥ７の選択肢をより広げることができる。
　以上において（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２の好ましい範囲について検討したように、０．１≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦１０を満たすことが好ましい。０．５≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦２を満たすことがより好ましい。０．８≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦１．２５を満たすことが特に好ましい。パラメータ（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２が上述した好ましい範囲を満たすように定めることで、第１電極層３０の中心と第２電極層５０の中心との間に中立面を位置させることが容易となり、第１電極層３０及び第２電極層５０に加わる歪みに差が生じにくくすることができる。
　以上において、第１弾性層１０のパラメータｔ１及びＥと、第２弾性層７０のパラメータｔ７及びＥ７に関する条件を説明した。第１フィルム層２０の厚さｔ２について、凹凸面の追従性、易接着性の観点からは、少なくともｔ２≦３０μｍであることが好ましい。追従性、易接着性をより高めるために、ｔ２≦１０μｍであることがより好ましい。追従性、易接着性を更に高めるために、ｔ２≦２μｍであることが特に好ましい。
　太陽電池デバイス１００において、第１弾性層１０を形成する材料は、ゴムやポリマー材料に限られない。第１弾性層１０を形成する材料は、ガラスであってよい。同様に、第２弾性層７０を形成する材料は、ゴムやポリマー材料に限られない。第２弾性層７０を形成する材料は、ガラスであってよい。
　太陽電池デバイス１００において、第２基材層１２０は、第２フィルム層６０及び第２弾性層７０を備える。第２基材層１２０は、第２フィルム層６０を備えなくてよい。第２基材層１２０は、第１弾性層１０のみを備えてよい。
　太陽電池デバイス１００において、第１基材層１１０は第１弾性層１０及び第１フィルム層２０を備え、第２基材層１２０は第２フィルム層６０及び第２弾性層７０を備える。しかし、第１基材層１１０及び第２基材層１２０の少なくとも一方は、単一の材料で形成された単一の層であってよい。
　以上の説明において、半導体デバイスの一例を、太陽電池デバイス１００を取り上げて説明した。半導体デバイスは、太陽電池デバイスに限られない。半導体デバイスは、発光デバイスであってよい。例えば、上述した光電変換層４０に代えて、半導体層として発光層を適用してよい。発光層は、有機発光ダイオード、発光ポリマー等を含んでよい。半導体層は、光電変換層及び発光層の両方を含んでよい。半導体層は、電流発光層、電界発光層、有機トランジスタ層あるいはこられの組み合わせであってよい。なお、半導体層は、光電変換層や発光層に限定されない。半導体層は、光電変換機能及び発光機能とは異なる、様々な機能を持つ有機半導体を含んでよい。半導体層は、有機材料、酸化物材料、アモルファスシリコン等の半導体材料を用いて形成されてよい。半導体層を形成する材料としては、有機半導体材料がフレキシブル性や塗布性などから好適に用いられるが、ＣＩＧＳ、ＣＩＳなどの化合物半導体材料、あるいはペロブスカイト化合物材料なども目的に応じて使うことができる。半導体デバイスは、電界効果トランジスタ、集積回路等であってよい。センサー類とその検出回路、あるいは二次電池を含むものであってよい。半導体デバイスは、発電デバイス、照明デバイス、表示デバイス、電子ペーパー、蓄電デバイス、シート型センサーデバイスあるいはこれらの組み合わせたものであってよい。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１００　太陽電池デバイス
１０　第１弾性層
２０　第１フィルム層
３０　第１電極層
４０　光電変換層
５０　第２電極層
６０　第２フィルム層
７０　第２弾性層
１０１　第１の面
１０２　第２の面
１１０　第１基材層
１２０　第２基材層

Claims (12)

  1. 　半導体デバイスであって、
    　弾性を有する第１基材層と、
    　前記第１基材層上に設けられた第１電極層と、
    　前記第１電極層上に設けられた半導体層と、
    　前記半導体層上に設けられた第２電極層と、
    　前記第２電極層上に設けられ、弾性を有する第２基材層と
    を備え、
    　前記半導体デバイスの厚さ方向において、前記半導体デバイスの一方の面から距離ｂが
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　によって表される面が、前記厚さ方向において前記第１電極層の中心と前記第２電極層の中心との間に位置し、
    　ｎは、前記半導体デバイスが備える層の数を示し、
    　Ｅｉは、前記半導体デバイスが備える層のうち、前記半導体デバイスの前記一方の面の側からｉ番目の層の弾性率を示し、
    　ｔｉ及びｔｊは、それぞれｉ番目の層の厚さ及びｊ番目の層の厚さを示す
    半導体デバイス。
  2. 　前記第１基材層は、
    　第１弾性層と、
    　前記第１弾性層上に設けられた第１フィルム層と
    を備え、
    　前記第１電極層は、前記第１フィルム層上に設けられ、
    　前記第２基材層は、
    　前記第２電極層上に設けられた第２フィルム層と、
    　前記第２フィルム層上に設けられた第２弾性層と
    を備える請求項１に記載の半導体デバイス。
  3. 　前記第１弾性層の弾性率をＥ１、厚さをｔ１、前記第２弾性層の弾性率をＥ７、厚さをｔ７としたときに、
    　０．２≦ｔ７／ｔ１≦５
    　かつ
    　０．１≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦１０
    を満たす請求項２に記載の半導体デバイス。
  4. 　０．５≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦２
    を満たす請求項３に記載の半導体デバイス。
  5. 　０．８≦（Ｅ７／Ｅ１）×（ｔ７／ｔ１）２≦１．２５
    を満たす請求項３又は４に記載の半導体デバイス。
  6. 　０．５≦ｔ７／ｔ１≦２
    を満たす請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
  7. 　０．８≦ｔ７／ｔ１≦１．２５
    を満たす請求項３から６のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
  8. 　前記第１弾性層の厚さをｔ１、前記第２弾性層の厚さをｔ７としたときに、
    　ｔ１及びｔ７の少なくとも一方が、１０μｍ以上である
    請求項２から７のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
  9. 　前記第１弾性層の厚さをｔ１、前記第２弾性層の厚さをｔ７としたときに、
    　ｔ１及びｔ７の少なくとも一方が、５０μｍ以上である
    請求項２から８のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
  10. 　前記第１弾性層の厚さをｔ１、前記第２弾性層の厚さをｔ７としたときに、
    　ｔ１及びｔ７の少なくとも一方が、１００μｍ以上である
    請求項２から９のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
  11. 　前記第１電極層は、透明電極層であり、
    　前記第１基材層は、光透過性を有する
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
  12. 　前記半導体層は、光電変換層である
    請求項１１に記載の半導体デバイス。
     
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