(57)【要約】【課題】半導体デバイスを変形させたときに２つの電極層に加わる歪みの差が大きいと、歪みが大きい方の電極層が破断され易くなる。【解決手段】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。【選択図】図２
2018125505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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
【数１】
2018125505.tif 000007
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様においては、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基材層とを備える。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
【数１】
2018125505.tif 000003
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する。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。
【０００５】
第１基材層は、第１弾性層と、第１弾性体層上に設けられた第１フィルム層とを備えてよい。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フィルム層と、第２フィルム層上に設けられた第２弾性層とを備えてよい。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
前記ｔ１及びｔ７の少なくとも一方が、１０μｍ以上であってよい。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
上記の発明の概要は、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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】太陽電池デバイス１００の断面の一例を概略的に示す。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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５】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】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】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８】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【数２】
2018125505.tif 000004
【００３６】
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。
【数３】
2018125505.tif 000005
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【表１】
2018125505.tif 000006
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６３】
特許請求の範囲、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。特許請求の範囲、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。
【符号の説明】
【００６４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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