分野： ナノテクノロジー

深紫外透明導電薄膜の常温形成永井 裕己 先進工学部応用物理学科 准教授 / 佐藤 光史 先進工学部応用物理学科 教授
キーワード： 深紫外透明導電膜，常温形成，分子プレカーサー法
概要

化学的湿式法の分子プレカーサー法によって，深紫外～近赤外の広い領域で透明な導電薄膜を常温形成しました。カーボンナノチューブを分散できるポットライフの長い安定なケイ素錯体溶液を設計し，スピンコートにも適した透明導電膜プレカーサーを実現しました。そのエタノール溶液を石英ガラス基板に塗布，乾燥したプレカーサー膜に常温で紫外光照射して形成した薄膜は，ガラス基板に強く密着しており，耐薬品性や耐熱性も備えています。多用されているフッ素ドープ酸化スズ（FTO）やスズドープ酸化インジウム（ITO）の導電膜には望めない深紫外領域の高い透明性や，金属元素を含まないことが特徴です。深紫外LEDや太陽電池の大型電極としての応用が期待できます。

1. 安定性，均一性，混和性，基板への塗布性に優れている溶液
2. 常温での塗布・光照射のみの形成プロセスで10-3 Ω cmの抵抗率を示す導電膜
3. 70～80％以上（深紫外～近赤外領域）の高い透過率
4. 鉛筆硬度試験で4H以上の硬度をもつ薄膜（熱処理で9H以上確保可能）
・太陽電池の電極
5. 屈折率が1.49で，石英ガラスと同レベル
6. 基本組成は，ケイ素，酸素，炭素のみ（希少金属を用いない組成）・紫外線発光素子やディスプレーの導電膜
7. 500ºCの空気中での熱処理や塩酸に対しても抵抗率が変化しない耐熱性，耐薬品性
アピール
ポイントp

・紫外線受光，変換素子の導電膜
形成膜の写真透過スペクトル
Transmittance (%)

1008060
40200200

400600800

1000

Wavelength (nm)

形成膜

ITO

FTO

利用・用途
応用分野

・太陽電池の電極
・紫外線発光素子やディスプレーの導電膜
・紫外線受光，変換素子の導電膜など

関連情報●知的財産権＝ 機能性膜、機能性膜積層体、機能性膜形成用組成物、機能性膜形成用組成物の製造方法及び機能性膜積層体の製造方法（WO/2021/039669)●関連論文 ＝ H. Nagai, N. Ogawa, M. Sato, Deep-Ultraviolet Transparent Conductive MWCNT/SiO2
Composite Thin Film Fabricated by UV Irradiation at Ambient Temperature onto SpinCoated Molecular Precursor Film, Nanomaterials, 11 (2021) 1348.
doi:10.3390/nano11051348.
●関連 URL ＝ http://www.ns.kogakuin.ac.jp/~wwf1017/

工学院大学

産学連携室

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分子プレカーサー法による薄膜形成と応用

Molecular Precursor Method for Functional Thin Films
省資源・省エネルギーのために，材料表面の高機能化が有効です。表面修飾技術を支える原料および機能付与法として分子プレカーサー法は開発されました。
基板に密着した均一な透明薄膜の形成は，どのようにできるでしょうか？化学的には，金属イオンを含む有機・無機ポリマーの溶液を用いるゾルーゲル法が知られています。では，ポリマーを経由せずに，含金属成分を適当な厚さの膜にするのは可能でしょうか？この疑問に答える薄膜形成法が分子プレカーサー法で，成型加工・コーティングの視点で錯体を設計し，電子材料から医療用材料まで広い 分子プレカーサー法で初めて形成分野への適用をめざしています。錯体（配位化合物）や有機・無機複合体の応用技術です。
したスピネル型Co3O4薄膜

分子プレカーサー法

分子プレカーサー法は，汎用有機多座配位子＊を結合させた錯体とアルキルアミンを組み合わせたプレカーサー溶液を用います。プレカーサー溶液を基板に塗布・乾燥し，プレカーサー膜を熱処理して，均一透明な金属酸化物薄膜などを簡便に形成できます。
＊エチレンジアミン四酢酸（EDTA）やニトリロ三酢酸（NTA）など，陰イオンになり易い入手が容易なキレート剤

°C

可溶化

塗布

spin
基板

金属錯体

プレカーサー溶液

結晶化

spin

塗布・乾燥

プレカーサー膜

熱処理

薄膜

応用とプロジェクト
光で充電できるリチウムイオン電池!!

分子プレカーサー膜への紫外光照射で深紫外透明導電薄膜を常温で形成しました。形成した膜は，ガラス基板によく密着しており，耐薬品性や耐熱性を示します。

H. Nagai, T. Suzuki, Y. Takahashi, M. Sato,
Functional Materials Letters, 9 (2016) 1-4.

H. Nagai, N. Ogawa, M. Sato, Nanomaterials,
11 (2021) 1348.

透明な金属酸化物薄膜太陽電池!!

研究成果（書籍）

深紫外透明電極!!

透明薄膜のリチウムイオン電池を応用し，光充電でLEDを点灯できるレベルのリチウムイオン電池を作製しました。現在は，全固体化と新規太陽電池への応用を検討しています。

ガラスに密着した低抵抗な銅薄膜!!

高いホール移動度をもち，かつ純粋な p型Cu2O薄膜を化学的に初めて形成しました。その膜を利用して，p-n接合型太陽電池を作製しました。

銅錯体溶液の塗布・低温熱処
理で，ガラス基板によく密着した低抵抗な銅薄膜を形成しました。透過率や反射率など，膜厚で制御できます。

H. Nagai, T. Suzuki, H. Hara, T. Segawa, C.
Mochizuki, and M. Sato, World Renewable
Energy Forum, 2012, vol. 3.

H. Nagai, S. Mita, I. Takano, T. Honda, M.
Sato, Materials Letters, 141 (2014) 235-237.

これらの研究成果は，書籍でもご覧いただけます。Intech社の書籍は，オープンアクセスです。記載したキーワードで検索してください。自由にダウンロードできます。

Keyword;
Wiley_molecular_precursor

Keyword;
Intech_molecular_precursor

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2018).
The Science of Molecular Precursor Method,
Advanced Coating Materials, Dr. Liang Li, Dr.
Qing
Yang(Ed.),
Wiley,
DOI:
10.1002/9781119407652.

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2012). Heat
Treatment in Molecular Precursor Method for
Fabricating Metal Oxide Thin Films, Heat
Treatment
ConventionalandNovel
Applications, Dr. Frank Czerwinski (Ed.),
InTech, DOI: 10.5772/50676.

Keyword; Intech_highly_lithium

Keyword; Intech_Cu2O

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato(2016).
HighlyFunctionalized
Lithium-Ion
Battery,Alkali-ion
Batteries, Dr. Dongfang Yang (Ed.),
InTech, DOI: 10.5772/63491.

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2017).
Molecular Precursor Method for Fabricating pType Cu2O and Metallic Cu Thin Films , Dr.
Nikolay N. Nikitenkov (Ed.), InTech, DOI:
10.5772/63326.