JP2008210889A - Bulk hetero-junction photoelectric converting element, photosensor array, and radiation image detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルクへテロ接合型光電変換素子、この光電変換素子を用いた光アレイセンサおよび放射線画像検出器に関する。 The present invention relates to a bulk heterojunction photoelectric conversion element, an optical array sensor using the photoelectric conversion element, and a radiation image detector.
グレッツェルらは、酸化チタン等の透明電極上に光電変換機能を有する有機色素の膜を形成することにより、アモルファスシリコン光電変換素子に近い性能を有する色素増感型光電変換素子(グレッツェルセル)を報告している(非特許文献1参照)。また、近年、ナノテクノロジーの手法を用いて、フラーレンを有する単分子膜を用いた色素増感型光電変換素子についても報告されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
Gretzel et al. Reported a dye-sensitized photoelectric conversion element (Gretzel cell) that has a performance close to that of an amorphous silicon photoelectric conversion element by forming a film of an organic dye having a photoelectric conversion function on a transparent electrode such as titanium oxide. (See Non-Patent Document 1). In recent years, a dye-sensitized photoelectric conversion element using a monomolecular film having fullerene has also been reported using a nanotechnology technique (see, for example,
これら色素増感型光電変換素子は、対電極との電気的接合を液体レドックス電解質によって行う湿式太陽電池であるため、長期にわたって使用すると電解液の枯渇により光電変換機能が著しく低下してしまい、光電変換素子として機能しなくなってしまうことが懸念される。 Since these dye-sensitized photoelectric conversion elements are wet solar cells that are electrically connected to the counter electrode using a liquid redox electrolyte, the photoelectric conversion function is significantly reduced due to depletion of the electrolyte when used over a long period of time. There is concern that it will no longer function as a conversion element.
また、電解液を用いない有機色素による光電変換素子として、透明電極と対電極との間に電子供与体層と電子受容体層とを挟んだヘテロ接合型(積層型)光電変換素子、あるいは、透明電極と対電極との間に電子供与体と電子受容体とを一様に混合したバルクへテロ層を形成したバルクへテロ接合型光電変換素子が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 In addition, as a photoelectric conversion element using an organic dye that does not use an electrolytic solution, a heterojunction type (laminated type) photoelectric conversion element in which an electron donor layer and an electron acceptor layer are sandwiched between a transparent electrode and a counter electrode, or A bulk heterojunction photoelectric conversion element in which a bulk hetero layer in which an electron donor and an electron acceptor are uniformly mixed is formed between a transparent electrode and a counter electrode has been proposed (see, for example, Patent Document 3). ).
これら光電変換素子の動作原理について説明すると、まず、光励起により電子供与体(あるいは電子供与体層)から電子受容体(あるいは電子受容体層)への電子の移動により正孔と電子が発生する。そして、内部電界により正孔は、電子供与体間(あるいは電子供与体層)を通り一方の電極に運ばれ、電子は、電子受容体間(あるいは電子受容体層)を通りもう一方の電極へ運ばれる。この結果、光電流が観測される。 The operation principle of these photoelectric conversion elements will be described. First, holes and electrons are generated by the movement of electrons from the electron donor (or electron donor layer) to the electron acceptor (or electron acceptor layer) by photoexcitation. Then, due to the internal electric field, holes pass between the electron donors (or electron donor layer) and are carried to one electrode, and electrons pass between the electron acceptors (or electron acceptor layer) to the other electrode. Carried. As a result, a photocurrent is observed.
ヘテロ接合型光電変換素子では、電子供与体層と電子受容体層との界面のみで電荷分離が行われるため、電荷発生量が非常に少なく、光電変換効率が低い。一方、バルクへテロ接合型光電変換素子では、電子受容体と電子供与体とが一様に混在しているため、前記界面が増加し、これによって光吸収率が向上する結果、光電変換効率が向上することが期待される。 In the heterojunction photoelectric conversion element, charge separation is performed only at the interface between the electron donor layer and the electron acceptor layer, so that the amount of generated charge is very small and the photoelectric conversion efficiency is low. On the other hand, in the bulk heterojunction photoelectric conversion element, since the electron acceptor and the electron donor are uniformly mixed, the interface is increased, thereby improving the light absorption rate. As a result, the photoelectric conversion efficiency is improved. It is expected to improve.
このようなバルクヘテロ接合型光電変換素子の光電変換率を向上させる手段として、アニール処理が知られている(例えば、非特許文献2参照)。光電変換素子のバルクヘテロ層(膜)は、アニール処理によって、電子供与体と電子受容体とのそれぞれが、もしくは一方が、微視的にその一部分において、アモルファス状態から結晶化する。この結晶化によって、(1)移動度の増加、および、(2)バルクへテロ層中における電極への直接的な電荷輸送経路であるパーコレーションパスが形成される結果、キャリア取り出し効率の向上という2つの効果が生じて、光電変換効率が向上する。このアニール処理による光電変換効率の向上は、アニール温度に依存し、前記非特許文献2によれば、最も高い光電変換効率を得るためには、75℃付近のアニール温度が最適である。この最適なアニール温度以上の温度で加熱処理を施すと、結晶性が悪化して光吸収率が劣化する結果、光電変換効率が劣化してしまう。 An annealing process is known as means for improving the photoelectric conversion rate of such a bulk heterojunction photoelectric conversion element (see, for example, Non-Patent Document 2). The bulk hetero layer (film) of the photoelectric conversion element is crystallized from an amorphous state in each of one or both of an electron donor and an electron acceptor microscopically by annealing. This crystallization results in (1) an increase in mobility and (2) a percolation path, which is a direct charge transport path to the electrode in the bulk heterolayer, resulting in an improvement in carrier extraction efficiency. Two effects occur, and the photoelectric conversion efficiency is improved. The improvement in photoelectric conversion efficiency by this annealing treatment depends on the annealing temperature, and according to Non-Patent Document 2, an annealing temperature around 75 ° C. is optimal for obtaining the highest photoelectric conversion efficiency. When heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the optimum annealing temperature, the crystallinity deteriorates and the light absorptance deteriorates. As a result, the photoelectric conversion efficiency deteriorates.
また、このようなバルクヘテロ接合型光電変換素子をデバイスとして利用するためには、後工程として、保護膜形成工程等の加熱処理を伴う製造工程がある。保護膜は、機械的な損傷を防止する損傷防止機能や、有機半導体の性能を劣化させる水や酸素等の侵入を防止する劣化物質侵入防止機能等の諸機能が必要である。この諸機能を備えた保護膜を形成するために、バルクヘテロ接合型光電変換素子には、前記アニール温度よりも高温な150℃以上の耐熱性が要求される。また、バルクヘテロ接合型光電変換素子は、様々な機器へ適用が可能であるが、一例として、放射線画像検出器への適用を考えると、X線のエネルギーを吸収して蛍光を発するシンチレータ層(膜)をバルクヘテロ接合型光電変換素子上に形成する必要がある。このため、バルクヘテロ接合型光電変換素子には、前記アニール温度よりもさらに高温な200℃以上の耐熱性が要求される。 In addition, in order to use such a bulk heterojunction photoelectric conversion element as a device, there is a manufacturing process involving a heat treatment such as a protective film forming process as a post process. The protective film needs various functions such as a damage preventing function for preventing mechanical damage and a function of preventing intrusion of deteriorated substances for preventing invasion of water, oxygen and the like which deteriorate the performance of the organic semiconductor. In order to form a protective film having these functions, the bulk heterojunction photoelectric conversion element is required to have heat resistance of 150 ° C. or higher, which is higher than the annealing temperature. The bulk heterojunction photoelectric conversion element can be applied to various devices. As an example, when considering application to a radiation image detector, a scintillator layer (film) that absorbs X-ray energy and emits fluorescence. ) Must be formed on the bulk heterojunction photoelectric conversion element. For this reason, the bulk heterojunction photoelectric conversion element is required to have heat resistance of 200 ° C. or higher, which is higher than the annealing temperature.
そして、バルクへテロ層の結晶性は、電子供与体と電子受容体との混合比にも依存し、最も高い光電変換効率を実現する最適な混合比が存在する。
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、加熱された場合でも、光電変換効率の劣化をより抑制し得るバルクへテロ接合型光電変換素子を提供することである。そして、このバルクヘテロ接合型光電変換素子を用いた光アレイセンサおよび放射線画像検出器を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a bulk heterojunction photoelectric conversion element that can further suppress deterioration in photoelectric conversion efficiency even when heated. is there. And it is providing the optical array sensor and radiographic image detector using this bulk heterojunction type photoelectric conversion element.
本発明者は、種々検討した結果、加熱された場合における光電変換効率の劣化現象が次のメカニズムによって生じることを突き止めた。すなわち、相対的に電子供与体として機能するP型半導体材料と相対的に電子受容体として機能するN型半導体材料とを所定の混合比で混合したバルクへテロ層において、該所定の混合比の下で最も高い光電変換効率を与える温度でアニール処理された微視的に一部結晶化していた電子供与体と電子受容体とは、該温度よりもさらに高温な加熱処理が施されると、前記P型半導体材料および前記N型半導体材料のうちの融点の低い半導体材料が融解し始める結果、再配置され、最適な結晶状態から外れる。つまり、バルクへテロ層の結晶性が劣化し、光電変換効率が劣化する。そこで、本発明者は、高温な加熱処理によって結晶性が崩れる分だけ融点の低い半導体材料を補っておけば、該高温な加熱処理によってバルクへテロ層の結晶性が劣化しても、光電変換効率の劣化が抑制される、という着想に至った。したがって、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。 As a result of various studies, the present inventor has found that the phenomenon of deterioration in photoelectric conversion efficiency when heated is caused by the following mechanism. That is, in a bulk hetero layer in which a P-type semiconductor material that functions relatively as an electron donor and an N-type semiconductor material that functions relatively as an electron acceptor are mixed at a predetermined mixing ratio, the predetermined mixing ratio The electron donor and the electron acceptor that were microscopically partially crystallized annealed at a temperature that gives the highest photoelectric conversion efficiency below were subjected to a heat treatment even higher than the temperature, Of the P-type semiconductor material and the N-type semiconductor material, the semiconductor material having a low melting point starts to melt, and as a result, it is rearranged and deviated from the optimum crystal state. That is, the crystallinity of the bulk hetero layer deteriorates and the photoelectric conversion efficiency deteriorates. Therefore, if the present inventor supplements a semiconductor material having a low melting point by the amount that crystallinity is lost by high-temperature heat treatment, even if the crystallinity of the bulk hetero layer is deteriorated by the high-temperature heat treatment, photoelectric conversion is performed. It came to the idea that degradation of efficiency is suppressed. Therefore, it has been found that the above object can be achieved by the present invention described below.
すなわち、本発明に係る一態様では、P型半導体材料とN型半導体材料とを混合したバルクヘテロ層を備えるバルクへテロ接合型光電変換素子において、前記P型半導体材料および前記N型半導体材料のうち、融点の低い半導体材料が予め設定された光電変換率を与える混合比よりもリッチであることを特徴とする。そして、前記融点の低い半導体材料は、P型半導体材料であることが好ましい。 That is, in one aspect of the present invention, in a bulk heterojunction photoelectric conversion element including a bulk hetero layer in which a P-type semiconductor material and an N-type semiconductor material are mixed, the P-type semiconductor material and the N-type semiconductor material The semiconductor material having a low melting point is richer than a mixing ratio that gives a preset photoelectric conversion rate. The semiconductor material having a low melting point is preferably a P-type semiconductor material.
このような構成のバルクへテロ接合型光電変換素子では、P型半導体材料およびN型半導体材料のうち、融点の低い半導体材料が予め設定された光電変換率を与える混合比よりもリッチであるため、高温な加熱処理によって結晶性が崩れる分だけ融点の低い半導体材料が補われているので、この高温な加熱処理によってバルクへテロ層の結晶性が劣化しても、光電変換効率の劣化が抑制される。 In the bulk heterojunction photoelectric conversion element having such a configuration, a semiconductor material having a low melting point out of a P-type semiconductor material and an N-type semiconductor material is richer than a mixture ratio that gives a preset photoelectric conversion rate. Since the semiconductor material with a low melting point is compensated by the amount of crystallinity collapsed by high-temperature heat treatment, even if the crystallinity of the bulk hetero layer is degraded by this high-temperature heat treatment, the deterioration of photoelectric conversion efficiency is suppressed. Is done.
特に、結晶性が最適となる、つまり光電変換効率が最も高くなるP型半導体材料とN型半導体材料との混合比よりも融点の低い半導体材料がリッチとされることで、高温な加熱処理によってバルクへテロ層の結晶性が劣化しても、光電変換効率の劣化が抑制され、高い光電変換効率が実現される。そして、製造工程における例えば最高温度や加温時間等の熱履歴を考慮して、この製造工程における加熱処理によって結晶性が崩れる分だけ適切に融点の低い半導体材料がリッチとされることで、高温な加熱処理によってバルクへテロ層の結晶性が劣化しても、光電変換効率の劣化が適切に抑制され、略最も高い光電変換効率が実現される。 In particular, a semiconductor material having a melting point lower than the mixing ratio of the P-type semiconductor material and the N-type semiconductor material, which has the highest crystallinity, that is, the highest photoelectric conversion efficiency, is made rich. Even if the crystallinity of the bulk hetero layer is deteriorated, deterioration of the photoelectric conversion efficiency is suppressed, and high photoelectric conversion efficiency is realized. Then, considering the heat history such as the maximum temperature and the heating time in the manufacturing process, the semiconductor material having a low melting point is appropriately made rich by the amount of crystallinity collapsed by the heat treatment in this manufacturing process. Even if the crystallinity of the bulk hetero layer is deteriorated by a simple heat treatment, the deterioration of the photoelectric conversion efficiency is appropriately suppressed, and the substantially highest photoelectric conversion efficiency is realized.
そして、これら上述のバルクへテロ接合型光電変換素子において、前記P型半導体材料がポリ−3−ヘキシルチオフェンまたはポリ−3−オクチルチオフェンであることを特徴とする。 In these bulk heterojunction photoelectric conversion elements, the P-type semiconductor material is poly-3-hexylthiophene or poly-3-octylthiophene.
この構成によれば、P型半導体材料がポリ−3−ヘキシルチオフェンまたはポリ−3−オクチルチオフェンであるので、高い光電変換効率を得ることができる。 According to this configuration, since the P-type semiconductor material is poly-3-hexylthiophene or poly-3-octylthiophene, high photoelectric conversion efficiency can be obtained.
また、これら上述のバルクへテロ接合型光電変換素子において、N型半導体材料がフラーレン派生物であることを特徴とする。 In the above bulk heterojunction photoelectric conversion element, the N-type semiconductor material is a fullerene derivative.
この構成によれば、N型半導体材料がフラーレン派生物であるので、高い光電変換効率を得ることができる。ここで、フラーレン派生物とは、PCBM、PCBNB、PCBIB、C70ベースのPCBMである(例えば、URL;http://www.f-carbon.com/product_spectra.html#01(平成19年2月23日検索、インターネット)、G.Yu et al,Science,1995,270,1789、L Zheng et al,J.Phys.Chem.B 2004,108,11921-6など)。 According to this configuration, since the N-type semiconductor material is a fullerene derivative, high photoelectric conversion efficiency can be obtained. Here, fullerene derivatives are PCBM, PCBNB, PCBIB, C70-based PCBM (for example, URL; http://www.f-carbon.com/product_spectra.html#01 (February 23, 2007) Day search, Internet), G. Yu et al, Science, 1995, 270, 1789, L Zheng et al, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11921-6).
さらに、上述のバルクへテロ接合型光電変換素子において、前記P型半導体材料がポリ−3−ヘキシルチオフェンであり、前記N型半導体材料がフラーレン派生物であり、前記P型半導体材料のリッチにする量が重量比で15パーセント以下であることを特徴とする。 Furthermore, in the above-described bulk heterojunction photoelectric conversion element, the P-type semiconductor material is poly-3-hexylthiophene, the N-type semiconductor material is a fullerene derivative, and the P-type semiconductor material is enriched. The amount is 15% or less by weight.
この構成によれば、P型半導体材料がポリ−3−ヘキシルチオフェンであって、N型半導体材料がフラーレン派生物である場合に、P型半導体材料のリッチにする量を重量比で15パーセント以下とすることで、最適に融点の低い半導体材料が補われているので、光電変換効率の劣化が最も抑制される。 According to this configuration, when the P-type semiconductor material is poly-3-hexylthiophene and the N-type semiconductor material is a fullerene derivative, the amount by which the P-type semiconductor material is enriched is 15% or less by weight. Thus, since the semiconductor material having a low melting point is optimally supplemented, the deterioration of the photoelectric conversion efficiency is most suppressed.
そして、上述のバルクへテロ接合型光電変換素子において、前記P型半導体材料がポリ−3−オクチルチオフェンであり、前記N型半導体材料がフラーレン派生物であり、前記P型半導体材料のリッチにする量が重量比で20パーセント以下であることを特徴とする。 In the bulk heterojunction photoelectric conversion element described above, the P-type semiconductor material is poly-3-octylthiophene, the N-type semiconductor material is a fullerene derivative, and the P-type semiconductor material is enriched. The amount is 20% or less by weight.
この構成によれば、P型半導体材料がポリ−3−オクチルチオフェンであって、N型半導体材料がフラーレン派生物である場合に、前記P型半導体材料のリッチにする量を重量比で20パーセント以下とすることで、最適に融点の低い半導体材料が補われているので、光電変換効率の劣化が最も抑制される。 According to this configuration, when the P-type semiconductor material is poly-3-octylthiophene and the N-type semiconductor material is a fullerene derivative, the amount of the P-type semiconductor material to be enriched is 20% by weight. By making the following, since the semiconductor material having a low melting point is optimally supplemented, the deterioration of the photoelectric conversion efficiency is most suppressed.
また、これら上述のバルクへテロ接合型光電変換素子において、前記バルクヘテロ層がアニール処理されていることを特徴とする。 In the above-described bulk heterojunction photoelectric conversion element, the bulk hetero layer is annealed.
この構成によれば、バルクヘテロ膜がアニール処理されているので、光電変換率が向上される。そして、アニール処理の温度が比較的高温であっても、融点の低い半導体材料がリッチであるので、光電変換効率の劣化がより抑制される。 According to this configuration, since the bulk hetero film is annealed, the photoelectric conversion rate is improved. And even if the temperature of annealing treatment is comparatively high, since the semiconductor material with low melting | fusing point is rich, deterioration of photoelectric conversion efficiency is suppressed more.
さらに、上述のバルクへテロ接合型光電変換素子において、前記アニール処理の温度が融点の低い半導体材料の略該融点であることを特徴とする。 Furthermore, in the above bulk heterojunction photoelectric conversion element, the annealing temperature is approximately the melting point of a semiconductor material having a low melting point.
この構成によれば、アニール処理の温度が融点の低い半導体材料の略該融点であるので、アニール処理によって結晶性が崩れる分が効果的に補われているので、光電変換効率の劣化が効果的に抑制される。 According to this configuration, since the annealing temperature is substantially the melting point of the semiconductor material having a low melting point, the amount of crystallinity collapse due to the annealing treatment is effectively compensated, so that the deterioration in photoelectric conversion efficiency is effective. To be suppressed.
そして、本発明の他の一態様に係る光センサアレイは、これら上述のいずれかに記載のバルクへテロ接合型光電変換素子がアレイ状に配置されてなることを特徴とする。 An optical sensor array according to another embodiment of the present invention is characterized in that the bulk heterojunction photoelectric conversion elements described above are arranged in an array.
この構成によれば、製造工程において加熱された場合でも、光電変換効率の劣化をより抑制し得る光センサアレイが提供される。 According to this structure, even when heated in the manufacturing process, an optical sensor array that can further suppress deterioration in photoelectric conversion efficiency is provided.
また、本発明に係る他の一態様では、入射した放射線の強度に応じて発光する第1層と、前記第1層から出力された光エネルギーを電気エネルギーに変換する第2層と、前記第2層で得られた電気エネルギーの蓄積および蓄積された電気エネルギーに基づく信号を出力する第3層とを備える放射線画像検出器において、前記第2層は、これら上述のいずれかに記載のバルクへテロ接合型光電変換素子のバルクヘテロ層を有してなることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, a first layer that emits light according to the intensity of incident radiation, a second layer that converts light energy output from the first layer into electrical energy, and the first layer And a third layer for outputting a signal based on the accumulated electric energy obtained in the two layers and the third layer for outputting a signal based on the accumulated electric energy. It has a bulk hetero layer of a terror junction type photoelectric conversion element.
この構成によれば、製造工程において加熱された場合でも、光電変換効率の劣化をより抑制し得る放射線画像検出器が提供される。 According to this configuration, a radiation image detector that can further suppress deterioration in photoelectric conversion efficiency even when heated in the manufacturing process is provided.
本発明に係るバルクへテロ接合型光電変換素子では、加熱された場合でも、光電変換効率の劣化がより抑制される。そして、本発明によれば、このバルクヘテロ接合型光電変換素子を用いた光アレイセンサおよび放射線画像検出器が提供される。 In the bulk heterojunction photoelectric conversion element according to the present invention, deterioration in photoelectric conversion efficiency is further suppressed even when heated. And according to this invention, the optical array sensor and radiographic image detector using this bulk heterojunction type photoelectric conversion element are provided.
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態におけるバルクへテロ接合型光電変換素子の一例を示す断面図である。図1において、バルクヘテロ接合型光電変換素子10は、基板11の一方面上に、透明電極12、バルクヘテロ層の光電変換部14および対電極13が順次積層されてなる。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a bulk heterojunction photoelectric conversion element according to the first embodiment. In FIG. 1, a bulk heterojunction
基板11は、順次積層された透明電極12、光電変換部14および対電極13を保持する部材である。本実施形態では、基板11側から光電変換される光が入射するので、基板11は、この光電変換される光を透過させることが可能な、すなわち、この光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。基板11は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が用いられる。この基板11は、必須ではなく、例えば、光電変換部14の両面に透明電極12および対電極13を形成することでバルクヘテロ接合型光電変換素子10が構成されても良い。
The
透明電極12は、光電変換部14において光電変換される光を透過させることが可能な電極であり、好ましくは300〜800nmの光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金などの金属薄膜、導電性高分子を用いることができる。
The
対電極13は、金属(例えば金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素、あるいは透明電極12の材料などを用いることができるが、これに限らない。
The
なお、図1に示すバルクヘテロ接合型光電変換素子10では、光電変換部14が透明電極12と対電極13とでサンドイッチされているが、一対の櫛歯状電極を光電変換部14の片面に配置する電極構成とすることでバルクヘテロ接合型光電変換素子10が構成されても良い。
In the bulk heterojunction
光電変換部14は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、P型半導体材料とN型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロ層を有して構成される。P型半導体材料は、相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、N型半導体材料は、相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能する。ここで、電子供与体および電子受容体は、“光を吸収した際に、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)を形成する電子供与体および電子受容体”であり、電極のように単に電子を供与あるいは受容するものではなく、光反応によって、電子を供与あるいは受容するものである。
The
P型半導体材料としては、比較的高い光電変換効率を実現するために、例えば、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(以下、「P3HT」と略記する。)およびポリ−3−オクチルチオフェン(以下、「P3OT」と略記する。)などが用いられる。そして、N型半導体材料としては、比較的高い光電変換効率を実現するために、例えば、PCBIB(Phenyl C61−butyric acid i−butyl ester)などのフラーレン派生物などが用いられる。 As the P-type semiconductor material, in order to realize relatively high photoelectric conversion efficiency, for example, poly-3-hexylthiophene (hereinafter abbreviated as “P3HT”) and poly-3-octylthiophene (hereinafter, “P3OT”). Is abbreviated as ")". As the N-type semiconductor material, for example, a fullerene derivative such as PCBIB (Phenyl C61-butylic acid i-butyl ester) is used in order to realize relatively high photoelectric conversion efficiency.
電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロ層の形成方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)などを例示することができる。この中で、特に塗布法が好ましい。 Examples of a method for forming a bulk hetero layer in which an electron acceptor and an electron donor are mixed include a vapor deposition method and a coating method (including a casting method and a spin coating method). Among these, a coating method is particularly preferable.
そして、光電変換部14のバルクヘテロ層は、光電変換率を向上すべく、製造工程中において所定の温度でアニール処理され、微視的に一部結晶化されている。
Then, the bulk hetero layer of the
図1において、基板11を介して透明電極12から入射された光は、光電変換部14のバルクヘテロ層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が形成される。発生した電荷は、内部電界、例えば、透明電極12と対電極13の仕事関数が異なる場合では透明電極12と対電極13との電位差によって、電子は、電子受容体間を通り、また正孔は、電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。例えば、透明電極12の仕事関数が対電極13の仕事関数よりも大きい場合では、電子は、透明電極12へ、正孔は、対電極13へ輸送される。なお、仕事関数の大小が逆転すれば電子と正孔は、これとは逆方向に輸送される。また、透明電極12と対電極13との間に電位をかけることにより、電子と正孔の輸送方向を制御することもできる。
In FIG. 1, light incident from the
ここで、注目すべきは、光電変換部14のバルクヘテロ層において、P型半導体材料およびN型半導体材料のうち、融点の低い半導体材料が予め設定された所定の光電変換率を与える混合比よりもリッチであることである。
Here, it should be noted that in the bulk hetero layer of the
このように融点の低い半導体材料が予め設定された所定の光電変換率を与える混合比よりもリッチであるため、該融点よりも高い温度でアニール処理等の加熱処理が施され、融点の低い半導体材料が融解したとしても、リッチであるため、予め設定された所定の光電変換効率を与えるだけの結晶性が維持され、光電変換効率の劣化を抑制し得る。 Since the semiconductor material having a low melting point is richer than a preset mixing ratio that gives a predetermined photoelectric conversion rate, a semiconductor having a low melting point is subjected to heat treatment such as annealing at a temperature higher than the melting point. Even if the material is melted, it is rich, so that the crystallinity sufficient to give a predetermined photoelectric conversion efficiency set in advance is maintained, and deterioration of the photoelectric conversion efficiency can be suppressed.
このような光電変換部14のバルクへテロ層を作製するために、P型半導体材料とN型半導体材料との混合比とアニール処理する温度とをパラメータとして素子A、Bが作製され、光電変換率を評価すべく、その指標となり得る結晶性がX線回折装置(XRD)によって評価された。
In order to produce such a bulk hetero layer of the
(実施例1)
素子Aには、P型半導体材料としてP3HTが用いられ、N型半導体材料としてフラーレン派生物の一つであるPCBIBが用いられた。P3HTの融点は、約208℃であり、PCBIBの融点は、約280℃である。よって、融点の低い半導体材料は、P型半導体材料のP3HTである。
(Example 1)
In the device A, P3HT was used as a P-type semiconductor material, and PCBIB, which is one of fullerene derivatives, was used as an N-type semiconductor material. P3HT has a melting point of about 208 ° C. and PCBIB has a melting point of about 280 ° C. Therefore, the semiconductor material having a low melting point is P3HT, which is a P-type semiconductor material.
まず、メルク社製のP3HTがクロロベンゼン溶媒に添加量3重量%で溶解され、5分間、超音波撹拌された溶液と、フロンティアカーボン社製のPCBIBがクロロベンゼン溶媒に添加量3重量%で溶解され、5分間、超音波撹拌された溶液とが、各混合比で混合された。各混合比は、P3HT:PCBIB=0.2:1、0.4:1、0.6:1、0.8:1、1:1、1:0.8、1:0.6、1:0.4、1:0.2である。P3HTの混合比率は、重量比で約16.7%、約28.6%、37.5%、約44.4%、50%、約55.6%、62.5%、約71.4%、約83.3%となる。次に、この混合液が5分間、超音波撹拌され、これによって得られた混合液が、洗浄されたガラス基板上にスピンコードされた。そして、大気圧、窒素雰囲気のオーブンでこのガラス基板が各温度で加熱され、アニール処理され、素子Aが作製された。アニール処理の各温度は、25℃、50℃、100℃、150℃、200℃、250℃である。アニール処理後の混合液の層(バルクヘテロ層)の厚みは、約100nmであった。 First, Merck P3HT was dissolved in chlorobenzene solvent at an addition amount of 3% by weight, and ultrasonically stirred for 5 minutes, and Frontier Carbon's PCBIB was dissolved in chlorobenzene solvent at an addition amount of 3% by weight. The ultrasonically stirred solution was mixed for 5 minutes at each mixing ratio. Each mixing ratio is P3HT: PCIBB = 0.2: 1, 0.4: 1, 0.6: 1, 0.8: 1, 1: 1, 1: 0.8, 1: 0.6, 1 : 0.4, 1: 0.2. The mixing ratio of P3HT is approximately 16.7%, approximately 28.6%, 37.5%, approximately 44.4%, 50%, approximately 55.6%, 62.5%, approximately 71.4% by weight. %, About 83.3%. Next, this mixed solution was ultrasonically stirred for 5 minutes, and the resulting mixed solution was spin-coded on the cleaned glass substrate. And this glass substrate was heated at each temperature in the oven of atmospheric pressure and nitrogen atmosphere, and the annealing process was carried out, and the element A was produced. Each temperature of annealing treatment is 25 degreeC, 50 degreeC, 100 degreeC, 150 degreeC, 200 degreeC, 250 degreeC. The thickness of the mixed liquid layer (bulk hetero layer) after the annealing treatment was about 100 nm.
図2は、素子AにおけるP3HTの混合比率と結晶性との関係を示す図である。図2の横軸は、%単位で表したP3HTの混合比率を示し、その縦軸は、結晶性の最も良い場合(P3HTの混合比率が約44.4%の場合)におけるX線回折装置の出力値で規格化した結晶性を示す。◆および■は、測定値を示し、◆は、100℃でアニール処理した場合を示し、■は、200℃でアニール処理した場合を示す。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the mixing ratio of P3HT and crystallinity in the element A. The horizontal axis of FIG. 2 shows the mixing ratio of P3HT expressed in%, and the vertical axis of the X-ray diffraction apparatus in the case of the best crystallinity (when the mixing ratio of P3HT is about 44.4%). The crystallinity normalized by the output value is shown. ◆ and ■ show measured values, ◆ shows the case of annealing at 100 ° C., and ■ shows the case of annealing at 200 ° C.
図3は、素子Aにおけるアニール処理する温度と結晶性との関係を示す図である。図3の横軸は、℃単位で表したアニール処理する温度を示し、その縦軸は、結晶性の最も良い場合(アニール温度が100℃の場合)におけるX線回折装置の出力値で規格化した結晶性を示す。◆および■は、測定値を示し、◆は、P3HT:PCBIB=0.8:1の場合を示し、■は、P3HT:PCBIB=1:0.8の場合を示す。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the annealing temperature and crystallinity in the element A. The horizontal axis in FIG. 3 indicates the annealing temperature expressed in ° C., and the vertical axis is normalized by the output value of the X-ray diffractometer when the crystallinity is the best (when the annealing temperature is 100 ° C.). The crystallinity exhibited. ◆ and ■ show measured values, ◆ shows the case of P3HT: PCIBB = 0.8: 1, and ■ shows the case of P3HT: PCIBB = 1: 0.8.
図2から分かるように、アニール処理する温度がP型およびN型のいずれの半導体材料も融解しない100℃の場合では、P3HTの混合比率が約16.7(=(0.2/(0.2+1))×100)%から約44.4(=(0.8/(0.8+1))×100)%へ増加するに従って結晶性が改善され、P3HTの混合比率が約44.4%から約83.3(=(1/(1+0.2))×100)%へ増加するに従って結晶性が劣化している。一方、アニール処理する温度が200℃の場合では、P3HTの混合比率が約16.7%から約55.6(=(1/(1+0.8))×100)%へ増加するに従って結晶性が改善され、P3HTの混合比率が約55.6%から約83.3%へ増加するに従って結晶性が劣化している。 As can be seen from FIG. 2, when the annealing temperature is 100 ° C. at which neither the P-type nor the N-type semiconductor material is melted, the mixing ratio of P3HT is about 16.7 (= (0.2 / (0. 2 + 1)) × 100)% to about 44.4 (= (0.8 / (0.8 + 1)) × 100)%, the crystallinity is improved, and the mixing ratio of P3HT is about 44.4%. The crystallinity deteriorates as it increases to about 83.3 (= (1 / (1 + 0.2)) × 100)%. On the other hand, when the annealing temperature is 200 ° C., the crystallinity increases as the mixing ratio of P3HT increases from about 16.7% to about 55.6 (= (1 / (1 + 0.8)) × 100)%. The crystallinity deteriorates as the mixing ratio of P3HT increases from about 55.6% to about 83.3%.
したがって、アニール処理する温度が100℃から200℃へ高くなると、最も結晶性のよい混合比がP3HT:PCBIB=0.8:1からP3HT:PCBIB=1:0.8へシフトしている。すなわち、P3HTの混合比率が重量比で44.4%から55.6%へアップしている。この場合におけるP3HTをリッチにする量は、重量比で約55.56−約44.44=約11.1%である。 Therefore, when the annealing temperature increases from 100 ° C. to 200 ° C., the mixing ratio with the best crystallinity shifts from P3HT: PCIBB = 0.8: 1 to P3HT: PCIBIB = 1: 0.8. That is, the mixing ratio of P3HT is increased from 44.4% to 55.6% by weight. The amount that enriches P3HT in this case is about 55.56-about 44.44 = about 11.1% by weight.
そして、混合比P3HT:PCBIB=0.8:1と混合比P3HT:PCBIB=1:0.8との場合におけるアニール処理の温度と結晶性との関係を調べると、図3の結果が得られた。すなわち、図3から分かるように、結晶性の最も良い混合比P3HT:PCBIB=0.8:1の場合では、アニール処理する温度が25℃から100℃へ上昇するに従って、結晶性が改善され、アニール処理する温度が100℃から250℃へ上昇するにしたがって、結晶性が劣化する。アニール処理する温度が100℃である場合が最も結晶性がよい。一方、相対的に低融点のP3HTをリッチにした混合比P3HT:PCBIB=1:0.8の場合では、アニール処理する温度が25℃から100℃へ上昇するにしたがって、結晶性が改善され、アニール処理する温度が100℃から200℃へ上昇しても結晶性がほとんど変わらず(結晶性の劣化が抑制され)、アニール処理する温度が200℃から250℃へ上昇するにしたがって、結晶性が劣化する。アニール処理する温度が100℃〜200℃の範囲において結晶性の劣化が抑制され、良好な結晶性が略維持されている。 Then, when the relationship between the annealing temperature and crystallinity in the case of the mixing ratio P3HT: PCIBIB = 0.8: 1 and the mixing ratio P3HT: PCIBIB = 1: 0.8 is examined, the result of FIG. 3 is obtained. It was. That is, as can be seen from FIG. 3, in the case of the mixing ratio P3HT: PCIBIB = 0.8: 1 with the best crystallinity, the crystallinity is improved as the annealing temperature increases from 25 ° C. to 100 ° C. As the annealing temperature increases from 100 ° C. to 250 ° C., the crystallinity deteriorates. Crystallinity is best when the annealing temperature is 100 ° C. On the other hand, in the case of the mixing ratio P3HT: PCIBB = 1: 0.8 in which the relatively low melting point P3HT is rich, the crystallinity is improved as the annealing temperature is increased from 25 ° C. to 100 ° C., Even when the annealing temperature is increased from 100 ° C. to 200 ° C., the crystallinity is hardly changed (degradation of crystallinity is suppressed), and as the annealing temperature is increased from 200 ° C. to 250 ° C., the crystallinity is improved. to degrade. When the annealing temperature is in the range of 100 ° C. to 200 ° C., deterioration of crystallinity is suppressed and good crystallinity is substantially maintained.
したがって、最も結晶性のよい混合比P3HT:PCBIB=0.8:1よりも融点の低いP3HTをリッチにすると、結晶性の劣化が抑制され、結晶性が良くなる。結晶性と光電変換率とは、相関するので、最も光電変換効率の高い混合比P3HT:PCBIB=0.8:1よりも融点の低いP3HTをリッチにすると、光電変換率の低下が抑制される。特に、混合比P3HT:PCBIB=0.8:1では、アニール処理する温度が100℃〜200℃の範囲に亘って比較的良好な結晶性が略維持され、高い光電変換効率が略維持される。 Therefore, when P3HT having a melting point lower than the mixing ratio P3HT: PCIBB = 0.8: 1 having the best crystallinity is made rich, the deterioration of crystallinity is suppressed and the crystallinity is improved. Since the crystallinity and the photoelectric conversion rate are correlated with each other, when P3HT having a melting point lower than the mixing ratio P3HT: PCIBB = 0.8: 1 having the highest photoelectric conversion efficiency is made rich, a decrease in the photoelectric conversion rate is suppressed. . In particular, when the mixing ratio P3HT: PCIBB = 0.8: 1, relatively good crystallinity is substantially maintained over a temperature range of 100 ° C. to 200 ° C., and high photoelectric conversion efficiency is substantially maintained. .
そして、図2および図3から分かるように、結晶性の劣化の抑制、すなわち、光電変換効率の低下を最適に抑制する観点から、P型半導体材料がP3HTであり、N型半導体材料がフラーレン派生物であるバルクヘテロ層では、P3HTのリッチにする量が重量比で15%以下であることが好ましく、特に、P3HTのリッチにする量が重量比で約11.1%であることが好ましい。 As can be seen from FIGS. 2 and 3, from the viewpoint of suppressing the deterioration of crystallinity, that is, optimally suppressing the decrease in photoelectric conversion efficiency, the P-type semiconductor material is P3HT and the N-type semiconductor material is the fullerene group. In the bulk hetero layer which is a living organism, the amount of enrichment of P3HT is preferably 15% or less by weight, and particularly the amount of enrichment of P3HT is preferably about 11.1% by weight.
(実施例2)
素子Bには、P型半導体材料としてP3OTが用いられ、N型半導体材料として上記PCBIBが用いられた。P3OTの融点は、約165℃である。よって、融点の低い半導体材料は、P型半導体材料のP3OTである。
(Example 2)
For element B, P3OT was used as the P-type semiconductor material, and PCBIB was used as the N-type semiconductor material. The melting point of P3OT is about 165 ° C. Therefore, the semiconductor material having a low melting point is P3OT which is a P-type semiconductor material.
まず、ADS社製のP3OTがクロロベンゼン溶媒に添加量2重量%で溶解され、5分間、超音波撹拌された溶液と、フロンティアカーボン社製のPCBIBがクロロベンゼン溶媒に添加量2重量%で溶解され、5分間、超音波撹拌された溶液とが、各混合比で混合された。各混合比は、P3OT:PCBIB=0.2:1、0.4:1、0.6:1、0.8:1、1:1、1:0.8、1:0.6、1:0.4、1:0.2である。P3OTの混合比率は、重量比で約16.7%、約28.6%、37.5%、約44.4%、50%、約55.6%、62.5%、約71.4%、約83.3%となる。次に、この混合液が5分間、超音波撹拌され、これによって得られた混合液が、洗浄されたガラス基板上にスピンコードされた。そして、大気圧、窒素雰囲気のオーブンでこのガラス基板が各温度で加熱され、アニール処理され、素子Bが作製された。アニール処理の各温度は、25℃、50℃、100℃、150℃、200℃である。アニール処理後の混合液の層(バルクヘテロ層)の厚みは、約55nmであった。 First, P3OT manufactured by ADS is dissolved in a chlorobenzene solvent at an addition amount of 2% by weight, and an ultrasonically stirred solution for 5 minutes and PCBIB manufactured by Frontier Carbon Co. are dissolved in a chlorobenzene solvent at an addition amount of 2% by weight. The ultrasonically stirred solution was mixed for 5 minutes at each mixing ratio. Each mixing ratio is P3OT: PCIBB = 0.2: 1, 0.4: 1, 0.6: 1, 0.8: 1, 1: 1, 1: 0.8, 1: 0.6, 1 : 0.4, 1: 0.2. The mixing ratio of P3OT is about 16.7%, about 28.6%, 37.5%, about 44.4%, 50%, about 55.6%, 62.5%, about 71.4% by weight. %, About 83.3%. Next, this mixed solution was ultrasonically stirred for 5 minutes, and the resulting mixed solution was spin-coded on the cleaned glass substrate. And this glass substrate was heated at each temperature in the oven of atmospheric pressure and nitrogen atmosphere, and the annealing process was carried out, and the element B was produced. Each temperature of annealing treatment is 25 degreeC, 50 degreeC, 100 degreeC, 150 degreeC, and 200 degreeC. The thickness of the mixed liquid layer (bulk hetero layer) after the annealing treatment was about 55 nm.
図4は、素子BにおけるP3OTの混合比率と結晶性との関係を示す図である。図4の横軸は、%単位で表したP3OTの混合比率を示し、その縦軸は、結晶性の最も良い場合(P3OTの混合比率が約55.6%の場合)におけるX線回折装置の出力値で規格化した結晶性を示す。◆および■は、測定値を示し、◆は、150℃でアニール処理した場合を示し、■は、200℃でアニール処理した場合を示す。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the mixing ratio of P3OT and the crystallinity in the element B. The horizontal axis of FIG. 4 shows the mixing ratio of P3OT expressed in units of%, and the vertical axis of the X-ray diffraction apparatus in the case of the best crystallinity (when the mixing ratio of P3OT is about 55.6%). The crystallinity normalized by the output value is shown. ◆ and ■ show measured values, ◆ shows the case of annealing at 150 ° C., and ■ shows the case of annealing at 200 ° C.
図5は、素子Bにおけるアニール処理する温度と結晶性との関係を示す図である。図5の横軸は、℃単位で表したアニール処理する温度を示し、その縦軸は、結晶性の最も良い場合(アニール温度が150℃の場合)におけるX線回折装置の出力値で規格化した結晶性を示す。◆および■は、測定値を示し、◆は、P3OT:PCBIB=1:0.8の場合を示し、■は、P3OT:PCBIB=1:0.4の場合を示す。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the annealing temperature and crystallinity in the element B. In FIG. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the annealing temperature expressed in ° C., and the vertical axis is normalized by the output value of the X-ray diffractometer when the crystallinity is the best (when the annealing temperature is 150 ° C.). The crystallinity exhibited. ◆ and ■ show measured values, ◆ shows the case of P3OT: PCBIB = 1: 0.8, and ■ shows the case of P3OT: PCBIB = 1: 0.4.
図4から分かるように、アニール処理する温度が150℃の場合では、P3OTの混合比率が約16.7%から約55.6%へ増加するに従って結晶性が改善され、P3OTの混合比率が約55.6%から約83.3%へ増加するに従って結晶性が劣化している。一方、アニール処理する温度が200℃の場合では、P3OTの混合比率が約16.7%から約71.4(=(1/(1+0.4))×100)%へ増加するに従って結晶性が改善され、P3OTの混合比率が約71.4%から約83.3%へ増加するに従って結晶性が劣化している。 As can be seen from FIG. 4, when the annealing temperature is 150 ° C., the crystallinity is improved as the mixing ratio of P3OT is increased from about 16.7% to about 55.6%, and the mixing ratio of P3OT is about Crystallinity deteriorates as it increases from 55.6% to about 83.3%. On the other hand, when the annealing temperature is 200 ° C., the crystallinity increases as the mixing ratio of P3OT increases from about 16.7% to about 71.4 (= (1 / (1 + 0.4)) × 100)%. The crystallinity deteriorates as the mixing ratio of P3OT increases from about 71.4% to about 83.3%.
したがって、アニール処理する温度が150℃から200℃へ高くなると、最も結晶性のよい混合比がP3OT:PCBIB=1:0.8からP3OT:PCBIB=1:0.4へシフトしている。すなわち、P3OTの混合比率が重量比で約55.6%から約71.4%へアップしている。この場合におけるP3OTをリッチにする量は、重量比で約71.43−約55.56=約15.9%である。 Therefore, when the annealing temperature increases from 150 ° C. to 200 ° C., the mixing ratio with the best crystallinity shifts from P3OT: PCBIB = 1: 0.8 to P3OT: PCBIB = 1: 0.4. That is, the mixing ratio of P3OT is increased from about 55.6% to about 71.4% by weight. In this case, the amount that makes P3OT rich is about 71.43 to about 55.56 = about 15.9% by weight.
そして、混合比P3OT:PCBIB=1:0.8と混合比P3OT:PCBIB=1:0.4との場合におけるアニール処理の温度と結晶性との関係を調べると、図5の結果が得られた。すなわち、図5から分かるように、結晶性の最も良い混合比P3OT:PCBIB=1:0.8の場合では、アニール処理する温度が25℃から150℃へ上昇するに従って、結晶性が改善され、アニール処理する温度が150℃から200℃へ上昇するに従って、急激に結晶性が劣化する。アニール処理する温度が150℃である場合が最も結晶性がよい。一方、相対的に低融点のP3OTをリッチにしたP3OT:PCBIB=1:0.4の場合では、アニール処理する温度が25℃から150℃へ上昇するに従って、結晶性が改善され、アニール処理する温度が150℃から200℃へ上昇しても結晶性の劣化が緩やかである。アニール処理する温度が150℃〜200℃の範囲において結晶性の劣化が抑制され、良好な結晶性が略維持される。 When the relationship between the annealing temperature and crystallinity in the case of the mixing ratio P3OT: PCIBIB = 1: 0.8 and the mixing ratio P3OT: PCIBIB = 1: 0.4 is examined, the result of FIG. 5 is obtained. It was. That is, as can be seen from FIG. 5, in the case of the mixing ratio P3OT: PCBIB = 1: 0.8 having the best crystallinity, the crystallinity is improved as the annealing temperature increases from 25 ° C. to 150 ° C. As the annealing temperature rises from 150 ° C. to 200 ° C., the crystallinity rapidly deteriorates. Crystallinity is best when the annealing temperature is 150 ° C. On the other hand, in the case of P3OT: PCIBIB = 1: 0.4 in which P3OT having a relatively low melting point is enriched, the crystallinity is improved and the annealing treatment is performed as the annealing temperature increases from 25 ° C. to 150 ° C. Even when the temperature rises from 150 ° C. to 200 ° C., the deterioration of crystallinity is moderate. When the annealing temperature is in the range of 150 ° C. to 200 ° C., deterioration of crystallinity is suppressed, and good crystallinity is substantially maintained.
したがって、最も結晶性のよい混合比P3OT:PCBIB=1:0.8よりも融点の低いP3OTをリッチにすると、結晶性の劣化が抑制され、結晶性が良くなる。つまり、最も光電変換効率の高い混合比P3OT:PCBIB=1:0.8よりも融点の低いP3OTをリッチにすると、光電変換率の低下が抑制される。特に、混合比P3OT:PCBIB=1:0.4では、アニール処理する温度が150℃〜200℃の範囲に亘って比較的良好な結晶性が略維持され、高い光電変換効率が略維持される。 Therefore, when P3OT having a melting point lower than the mixing ratio P3OT: PCBIB = 1: 0.8 having the best crystallinity is made rich, crystallinity deterioration is suppressed and crystallinity is improved. That is, when P3OT having a melting point lower than the mixing ratio P3OT: PCBIB = 1: 0.8 having the highest photoelectric conversion efficiency is made rich, a decrease in photoelectric conversion rate is suppressed. In particular, when the mixing ratio P3OT: PCIBB = 1: 0.4, relatively good crystallinity is substantially maintained over a temperature range of 150 ° C. to 200 ° C., and high photoelectric conversion efficiency is substantially maintained. .
そして、図4および図5から分かるように、結晶性の劣化の抑制、すなわち、光電変換効率の低下の抑制の観点から、P型半導体材料がP3OTであり、N型半導体材料がフラーレン派生物であるバルクヘテロ層では、P3OTのリッチにする量が重量比で20%以下であることが好ましく、特に、P3OTのリッチにする量が重量比で約15.9%であることが好ましい。 As can be seen from FIGS. 4 and 5, from the viewpoint of suppressing the deterioration of crystallinity, that is, suppressing the decrease in photoelectric conversion efficiency, the P-type semiconductor material is P3OT, and the N-type semiconductor material is a fullerene derivative. In a certain bulk hetero layer, the amount of P3OT enriched is preferably 20% or less by weight, and in particular, the amount of P3OT enriched is preferably about 15.9% by weight.
このようにバルクへテロ層におけるP型半導体材料およびN型半導体材料のうち、融点の低い半導体材料が予め設定された光電変換率を与える混合比よりもリッチとすることで、高温な加熱処理によって結晶性が崩れる分だけ融点の低い半導体材料が補われているので、この高温な加熱処理によってバルクへテロ層の結晶性が劣化しても、光電変換効率の劣化が抑制可能となる。 As described above, among the P-type semiconductor material and the N-type semiconductor material in the bulk hetero layer, a semiconductor material having a low melting point is made richer than a mixture ratio that gives a preset photoelectric conversion rate, so that high-temperature heat treatment is performed. Since the semiconductor material having a low melting point is compensated for by the collapse of the crystallinity, even if the crystallinity of the bulk hetero layer is deteriorated by this high-temperature heat treatment, the deterioration of the photoelectric conversion efficiency can be suppressed.
特に、結晶性が最適となる、つまり光電変換効率が最も高くなるP型半導体材料とN型半導体材料との混合比よりも融点の低い半導体材料がリッチとされることで、高温な加熱処理によってバルクへテロ層の結晶性が劣化しても、光電変換効率の劣化が抑制され、高い光電変換効率が実現可能となる。そして、製造工程における例えば最高温度や加温時間等の熱履歴を考慮して、この製造工程における加熱処理によって結晶性が崩れる分だけ適切に融点の低い半導体材料がリッチとされることで、高温な加熱処理によってバルクへテロ層の結晶性が劣化しても、光電変換効率の劣化が適切に抑制され、略最も高い光電変換効率が実現可能となる。 In particular, a semiconductor material having a melting point lower than the mixing ratio of the P-type semiconductor material and the N-type semiconductor material, which has the highest crystallinity, that is, the highest photoelectric conversion efficiency, is made rich. Even if the crystallinity of the bulk hetero layer deteriorates, the deterioration of the photoelectric conversion efficiency is suppressed, and a high photoelectric conversion efficiency can be realized. Then, considering the heat history such as the maximum temperature and the heating time in the manufacturing process, the semiconductor material having a low melting point is appropriately made rich by the amount of crystallinity collapsed by the heat treatment in this manufacturing process. Even if the crystallinity of the bulk hetero layer deteriorates due to a simple heat treatment, the deterioration of the photoelectric conversion efficiency is appropriately suppressed, and the substantially highest photoelectric conversion efficiency can be realized.
そして、加熱処理する温度が融点の低い半導体材料の略該融点とすることで、加熱処理によって結晶性が崩れる分が効果的に補われているので、光電変換効率の劣化が効果的に抑制可能となる。 And since the temperature at which heat treatment is performed is substantially the same as that of a semiconductor material having a low melting point, the amount of loss of crystallinity caused by heat treatment is effectively compensated, so that deterioration in photoelectric conversion efficiency can be effectively suppressed. It becomes.
図1に戻って、なお、光電変換部14は、電子受容体と電子供与体とが均一に混在された単一層で構成しても良いが、電子受容体と電子供与体との混合比を変えた複数層で構成しても良い。
Returning to FIG. 1, the
電極間に電子供与体と電子受容体とを混合した層を形成した光電変換素子において、電子受容体と電子供与体とを均一に混在させると、電荷分離後により発生した電子と正孔が電荷輸送中に再結合してしまい易く、これが光電変換効率を下げる要因となり得る。そこで、光電変換部14に、電子受容体および電子供与体を混合した複数の層を用い、それぞれの層の電子受容体と電子供与体との混合比を変えることによって、素子性能を低下させる原因である電荷発生量の問題や電荷分離後の電荷輸送の問題を解決することができる。例えば、電子を捕集する電極側に電子受容体の混合比高い層を配置し、また、正孔を捕集する電極側には、電子供与体の混合比の高い層を配置することによって、発生電荷量を大きく保ったまま、電荷輸送中の再結合確率を下げることができる。
In a photoelectric conversion element in which a layer in which an electron donor and an electron acceptor are mixed is formed between the electrodes, when the electron acceptor and the electron donor are mixed uniformly, the electrons and holes generated after charge separation are charged. Recombination is likely to occur during transportation, and this can be a factor that lowers the photoelectric conversion efficiency. Therefore, the
また、上述のバルクヘテロ接合型光電変換素子10は、順次に基板11上に積層された透明電極12、バルクへテロ層の光電変換部14および対電極13で構成されたが、これに限られず、例えば透明電極12や対電極13と光電変換部14との間に絶縁層、あるいは下引き層等の他の層を有してバルクヘテロ接合型光電変換素子10が構成されても良い。
Further, the above-described bulk heterojunction
(第2の実施形態)
次に、以上説明したバルクヘテロ接合型光電変換素子10を応用した光センサアレイの実施の一形態について詳細に説明する。
(Second Embodiment)
Next, an embodiment of an optical sensor array to which the bulk heterojunction
図6は、第2の実施形態における光センサアレイの構成を示す図である。図6(A)は、上面図であり、図6(B)は、図6(A)のA−A’線断面図である。 FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the photosensor array in the second embodiment. 6A is a top view, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.
図12において、光センサアレイ20は、保持部材としての基板21上に、下部電極としての透明電極22、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換部24および透明電極22と対を成し上部電極としての対電極23が順次積層されたものである。光電変換部24は、P型半導体材料とN型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロ層を有してなる光電変換層24bと、バッファ層24aとの2層で構成される。図6に示す例では、6個のバルクへテロ接合型光電変換素子が形成されている。
In FIG. 12, an
これら基板21、透明電極22、光電変換層24bおよび対電極23は、前述したバルクヘテロ接合型光電変換素子10における透明電極12、光電変換部14および対電極13と同等の構成および役割を示すものである。
The
基板21には、例えば、ガラスが用いられ、透明電極22には、例えば、ITOが用いられ、対電極23には、例えば、アルミニウムが用いられる。そして、光電変換層24bのP型半導体材料には、例えば、P3HTが用いられ、N型半導体材料には、フラーレン派生物の一つであるPCBM([6,6]−phenyl C61−butyric acid methyl ester)が用いられる。また、バッファ層24aには、PEDOT(ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン)−PSS(ポリスチレンスルホン酸)導電性高分子(スタルクヴイテック社製、商品名BaytronP)が用いられる。このような光センサアレイ20は、次のようにして製作された。
For example, glass is used for the
ガラス基板上にスパッタリングによりITO膜を形成し、フォトリソグラフィにより所定のパターン形状に加工した。ガラス基板の厚さは、0.7mm、ITO膜の厚さは、200nm、フォトリソグラフィ後のITO膜における測定部面積(受光面積)は、5mm×5mmであった。次に、このガラス基板21上に、スピンコート法(条件;回転数=1000rpm、フィルター径=1.2μm)によりPEDOT−PSS膜を形成した。その後、該基板を、オーブンで100℃、30分加熱し、乾燥させた。乾燥後のPEDOT−PSS膜の厚さは90nmであった。
An ITO film was formed on the glass substrate by sputtering and processed into a predetermined pattern shape by photolithography. The thickness of the glass substrate was 0.7 mm, the thickness of the ITO film was 200 nm, and the measurement area (light receiving area) of the ITO film after photolithography was 5 mm × 5 mm. Next, a PEDOT-PSS film was formed on the
次に、上記PEDOT−PSS膜の上に、P3HT+PCBM混合膜を、スピンコート法(条件;回転数=1500rpm、フィルター径=0.8μm)により形成した。このスピンコートに際しては、P3HTをクロロホルム溶媒に溶解し(添加量1重量%)超音波攪拌(5分)したものと、PCBMをクロロホルム溶媒に溶解し(添加量1重量%)超音波攪拌(5分)したものとを、混合比率P3HT:PCBM=1.0:1.0(最適条件は、75℃で、0.6:1.0であった。)(重量比)で混合し、これを超音波攪拌(5分)して得た混合液を用いた。P3HT+PCBM混合膜の形成後、窒素ガス雰囲気下においてオーブンで100℃、30分加熱しアニール処理を施した。アニール処理後のP3HT+PCBM混合膜の厚さは70nmであった。
Next, a P3HT + PCBM mixed film was formed on the PEDOT-PSS film by a spin coating method (conditions: rotational speed = 1500 rpm, filter diameter = 0.8 μm). In this spin coating, P3HT was dissolved in a chloroform solvent (
その後、所定のパターン開口を備えたメタルマスクを用い、P3HT+PCBM混合膜の上に、上部電極としてのアルミニウム層を蒸着法により形成(厚さ=10nm)した。その後、PVA(polyvinyl alcohol)をスピンコートで1μm形成し、150℃で焼成することで図略のパッシベーション層を作製した。以上により、光センサアレイ20が作製された。
Thereafter, using a metal mask having a predetermined pattern opening, an aluminum layer as an upper electrode was formed on the P3HT + PCBM mixed film by a vapor deposition method (thickness = 10 nm). Thereafter, 1 μm of PVA (polyvinyl alcohol) was formed by spin coating and baked at 150 ° C. to prepare a passivation layer (not shown). The
本実施形態における光センサアレイ20では、バルクへテロ層におけるP型半導体材料およびN型半導体材料のうち、融点の低い半導体材料が予め設定された光電変換率を与える混合比よりもリッチであるため、アニール処理によって結晶性が崩れる分だけ融点の低い半導体材料が補われているので、このアニール処理によってバルクへテロ層の結晶性が劣化しても、光電変換効率の劣化が抑制される。
(第3の実施形態)
次に、以上説明したバルクヘテロ接合型光電変換素子10や光センサアレイを応用した放射線画像検出器を用いたシステムの実施の一形態について詳細に説明する。
In the
(Third embodiment)
Next, an embodiment of a system using a radiation image detector to which the bulk heterojunction
図7は、第3の実施形態における放射線画像検出器を用いた画像検出システムを示すブロック図である。この画像検出システムSは、放射線画像検出器3と、放射線発生器4と、処理制御部5と、ネットワーク機器部6とを備えて構成される。
FIG. 7 is a block diagram showing an image detection system using the radiation image detector in the third embodiment. The image detection system S includes a radiation image detector 3, a radiation generator 4, a
処理制御部5は、例えば、パーソナルコンピュータ等のコンピュータからなり、画像処理部51と、画像表示部52と、情報入力部53と、画像出力部54と、画像保存部55と、コンピュータ支援画像自動診断部(CAD)56とを備えて構成される。ネットワーク機器部6は、ネットワーク60にCT(computerized tomography)61、MRI(magnetic resonance imaging)62、CR(computed radiography)やFPD(Flat Panel Detector)等のX線撮影装置63、外部画像保存装置64および外部画像表示装置65が接続されてなる。
The
図7において、放射線を発生し放射する放射線発生器4から射出された放射線は、被写体(医療施設では例えば患者)Hを通して放射線画像検出器3に照射される。放射線画像検出器3では、照射された放射線の強度に基づいて画像信号DFEを生成する。この生成された画像信号DFEは、放射線画像検出器3に接続されている画像処理部51によって読み出される。あるいは画像信号DFEは、放射線画像検出器3に装着された例えば半導体メモリカード等の携帯可能な記録媒体に蓄積されたのち、この記録媒体が放射線画像検出器3から取り外されて画像処理部51に装着されることにより、画像処理部51に供給される。
In FIG. 7, the radiation emitted from the radiation generator 4 that generates and emits radiation is irradiated to the radiation image detector 3 through a subject (for example, a patient in a medical facility) H. The radiation image detector 3 generates an image signal DFE based on the intensity of the irradiated radiation. The generated image signal DFE is read by the
画像処理部51では、放射線画像検出器3で生成された画像信号DFEに対して、シェーディング補正やゲイン補正、階調補正、エッジ強調処理、周波数処理、ダイナミックレンジ圧縮処理等の画像処理が施される。これにより、診断等に適した画像信号が出力される。また、画像処理部51には画像表示部52が接続されており、この画像表示部52には、画像処理部51から出力された画像処理後の画像信号に基づいて生成された画像が表示される。
In the
また、画像処理部51は、画像の拡大や縮小も行えるとともに画像信号の蓄積や転送を容易とするために画像信号の圧縮や伸長処理も行う。このため、画像表示部52に表示されている画像を拡大/縮小することで、撮影部位の確認等を容易に行うことができる。また、画像処理部51は、表示された画像や表示された画像の領域を指定させて、指定された画像や指定された領域に対して適切な画像処理も自動的に行う。
In addition, the
画像処理部51には、例えば、キーボード、マウス、ポインタ等を有する操作入力部53が接続されている。ユーザは、この操作入力部53によって患者情報等を入力し、付加情報を画像信号に付け加えることができる。また、画像処理の指定や画像信号の保存や読み出し、ネットワークを介した画像信号の送受信を行う際の指示等も、操作入力部53から行われる。
For example, an
画像出力部54は、記録紙やフィルム等に放射線画像を記録して出力する。例えば、銀塩写真フィルムに対して、画像信号に基づき露光し、この露光された銀塩写真フィルムの現像処理を行うことで放射線画像を銀画像として記録して出力するイメージャであっても良い。あるいは、画像出力部54は、画像信号に基づいてインクジェット法によりインクを記録紙またはフィルムに印刷するインクジェットプリンタ、画像信号に基づいてインクを溶融あるいは昇華させて記録紙またはフィルムに画像を転写するサーマルプリンタ、もしくは、画像信号に基づきレーザ光で感光体上を走査して感光体上に付着したトナーを紙に転写してから熱と圧力で定着させることにより記録紙に画像を形成する電子写真プリンタであっても良い。
The
画像保存部55は、例えば、ハードディスクやDVD−R(Digital Versatile Disc Recordable)等の比較的大記憶容量の情報記録媒体からなり、放射線画像の画像信号を必要に応じて適宜読み出すことができるように保存するものである。
The
CAD56は、診断に有用な情報を医師に提供することで病変の見落としがないように診断支援すべく、撮影された放射線画像のコンピュータ処理やコンピュータ解析を行い診断に有用な情報を放射線画像の画像信号に付加する。
The
画像処理部51は、放射線画像の画像信号を、上述の画像出力部54や画像保存部55およびCAD56だけでなく、ネットワーク機器部6に対して送付することができる。すなわち、いわゆるLANやインターネット及びPACS(医療画像ネットワーク)等のネットワーク60を介して、放射線画像の画像信号を病院施設内のほかの部署あるいは遠隔地にも送付することができる。
The
また、画像処理部51は、このネットワークを介して、CT61やMRI62から得られた画像信号あるいはCRやFPD等のX線撮影装置63から得られた画像信号、および、その他の検査情報等も受信でき、放射線画像検出器3で得られた放射線画像と比較検討するため、ネットワーク60を介して送付されてきた画像信号や検査情報等を画像表示部52で表示したり画像出力部54から出力させたりすることもできる。さらに、画像処理部51は、送付されてきた画像信号や検査情報等を画像保存部55に保存させることもできる。また、画像処理部51は、放射線画像検出器20で得られた放射線画像の画像信号等を外部画像保存装置64に保存させたり、外部画像表示装置65の画面上に、放射線画像検出器3で得られた放射線画像を表示させたりすることもできる。
Further, the
図8は、第3の実施形態における放射線画像検出器の構造の一例を示す一部破断斜視図である。放射線画像検出器3は、撮像パネル31と、走査駆動回路32と、信号選択回路33と、制御回路34と、メモリ部35と、操作部36と、表示部37と、電源部38と、コネクタ39と、筐体300とを備えて構成される。
FIG. 8 is a partially broken perspective view showing an example of the structure of the radiation image detector in the third embodiment. The radiation image detector 3 includes an imaging panel 31, a
撮像パネル31は、照射された放射線の強度に応じて蓄積された電気エネルギーを生成するものであり、上述の光電変換素子の多数がアレイ状(2次元マトリクス状)に配列された面を含む。撮像パネル31は、光センサアレイの一実施形態でもある。撮像パネル31で生成された電気エネルギーは、走査駆動回路32により読み出され、信号選択回路33により画像信号として出力される。出力された画像信号は、書き換え可能な読み出し専用メモリ(例えばフラッシュメモリ)等からなるメモリ部35に記憶される。また、放射線画像検出器3の動作は、制御回路34で制御され、操作部36により動作が切り替えられる。
The imaging panel 31 generates accumulated electrical energy according to the intensity of irradiated radiation, and includes a surface on which many of the photoelectric conversion elements described above are arranged in an array (two-dimensional matrix). The imaging panel 31 is also an embodiment of an optical sensor array. The electrical energy generated by the imaging panel 31 is read by the
表示部37は、画像の撮影準備が完了したことや、メモリ部35に所定量の画像信号が書き込まれたこと等を表示させるためのものである。電源部38は、撮像パネル31を駆動して画像信号を得るために必要とされる電力を供給するものである。コネクタ39は、放射線画像検出器3と画像処理部51との間で通信を行うためのものである。筐体300の内部や、走査駆動回路32、信号選択回路33、制御回路34およびメモリ部39等は、図示していない放射線遮蔽部材で覆われている。放射線遮蔽部材により、筐体300内部における放射線の散乱、各回路へ放射線照射が防止される。
The
筐体300は、上記の各構成要素を収納するためのものである。筐体300としては、外部からの衝撃に耐えかつ重量ができるだけ軽い素材、例えばアルミニウムあるいはその合金であることが好ましい。筐体300の放射線入射面側は、放射線を透過し易い非金属例えばカーボン繊維等を用いて構成する。また、放射線入射面とは逆である背面側においては、放射線が放射線画像検出器3を透過してしまうことを防ぐ目的、あるいは放射線画像検出器3を構成する素材が放射線を吸収することで生ずる2次放射線からの影響を防ぐ目的のために、放射線を効果的に吸収する材料、例えば鉛板等を用いることが好ましい。
The
図9は、第3の実施形態における撮像パネルの回路構成を示す回路図である。撮像パネル31は、照射された放射線の強度に応じて蓄積された電気エネルギーを読み出すための収集電極310が2次元配置されている。この収集電極310がコンデンサ311の一方の電極とされて、電気エネルギーがコンデンサ311に蓄えられる。ここで、1つの収集電極310は、放射線画像の1画素に対応するものである。
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of the imaging panel according to the third embodiment. The imaging panel 31 has a two-dimensional arrangement of collecting
ここで、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。 Here, in this specification, when referring generically, it shows with the reference symbol which abbreviate | omitted the suffix, and when referring to an individual structure, it shows with the reference symbol which attached the suffix.
画素間には、走査線313−1〜313−mと信号線314−1〜314−nとが、例えば直交するように配設される。なお、図9に示す例では、3本の走査線313−1〜313−3と3本の信号線314−1〜314−3が図示されている。コンデンサ311−(1,1)には、シリコン積層構造あるいは有機半導体で構成されたトランジスタ312−(1,1)が接続されている。このトランジスタ312−(1,1)は、例えば、電界効果トランジスタであり、ドレイン電極あるいはソース電極が収集電極310−(1,1)に接続されるとともに、ゲート電極は、走査線313−1と接続される。ドレイン電極が収集電極310−(1,1)に接続される場合にはソース電極が信号線314−1と接続され、ソース電極が収集電極310−(1,1)に接続される場合にはドレイン電極が信号線314−1と接続される。また、他の画素の収集電極310やコンデンサ311およびトランジスタ312も同様に走査線313や信号線314が接続される。なお、符号316はリセット線を示す。
Between the pixels, the scanning lines 313-1 to 313-m and the signal lines 314-1 to 314-n are disposed so as to be orthogonal, for example. In the example shown in FIG. 9, three scanning lines 313-1 to 333-3 and three signal lines 314-1 to 314-3 are illustrated. The capacitor 311-(1, 1) is connected to a transistor 312-(1, 1) made of a silicon laminated structure or an organic semiconductor. The transistor 312- (1,1) is, for example, a field effect transistor, and the drain electrode or the source electrode is connected to the collection electrode 310- (1,1), and the gate electrode is connected to the scanning line 313-1. Connected. When the drain electrode is connected to the collecting electrode 310- (1,1), the source electrode is connected to the signal line 314-1, and when the source electrode is connected to the collecting electrode 310- (1,1) The drain electrode is connected to the signal line 314-1. Similarly, the scanning line 313 and the signal line 314 are connected to the collecting
図10は、第3の実施形態における撮像パネルの一部断面図(1画素)を示している。撮像パネル31の放射線照射面側には、入射された放射線の強度に応じて発光を行う第1層301が設けられている。放射線としては、例えば、X線が挙げられる。この場合、例えば、波長が0.1nm(1×10−10m)程度であって、人体や船舶そして航空機の部材等を透過する電磁波であるX線が照射される。このX線は、放射線発生器4から出力されるものであり、放射線発生器4は、一般に固定陽極あるいは回転陽極X線管が用いられる。また、X線管は、通常、陽極の負荷電圧が10kVから300kVであり、医療用に用いられる場合は20kVから150kVである。 FIG. 10 is a partial cross-sectional view (one pixel) of the imaging panel according to the third embodiment. A first layer 301 that emits light according to the intensity of incident radiation is provided on the radiation irradiation surface side of the imaging panel 31. Examples of radiation include X-rays. In this case, for example, the wavelength is about 0.1 nm (1 × 10 −10 m), and X-rays that are electromagnetic waves that pass through a human body, a ship, an aircraft member, or the like are irradiated. This X-ray is output from the radiation generator 4, and the radiation generator 4 is generally a fixed anode or a rotary anode X-ray tube. In addition, the X-ray tube usually has an anode load voltage of 10 kV to 300 kV, and 20 kV to 150 kV when used for medical purposes.
第1層301は、蛍光体を主たる成分とするシンチレータであり、入射した放射線により、波長が300nmから800nmの蛍光を発する。 The first layer 301 is a scintillator having a phosphor as a main component, and emits fluorescence having a wavelength of 300 nm to 800 nm by incident radiation.
この第1層301で用いられる蛍光体は、CaWO4、CaWO4:Pb、MgWO等のタングステン酸塩系蛍光体、Y2O2S:Tb、Gd2O2S:Tb、La2O2S:Tb、(Y,Gd)2O2S:Tb、(Y,Gd)2O2S:Tb、Tm等のテルビウム賦活希土類酸硫化物系蛍光体、YPO4:Tb、GdPO4:Tb、LaPO4:Tb等のテルビウム賦活希土類燐酸塩系蛍光体、LaOBr:Tb、LaOBr:Tb,Tm、LaOCl:Tb、LaOCl:Tb,Tm、GdOBr:Tb、GdOBr:Tb,Tm、GdOCl:Tb、GdOCl:Tb,Tm等のテルビウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、LaOBr:Tm、LaOCl:Tm等のツリウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、LaOBr:Gd、LuOCl:Gd等のガドリニウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、GdOBr:Ce、GdOCl:Ce、(Gd,Y)OBr:Ce、(Gd,Y)OCl:Ce等のセリウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、BaSO4:Pb、BaSO4:Eu2+、(Ba,Sr)SO4:Eu2+等の硫酸バリウム系蛍光体、Ba3(PO4)2:Eu2+、(Ba2PO4)2:Eu2+、Sr3(PO4)2:Eu2++、(Sr2PO4)2:Eu2+等の2価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属燐酸塩系蛍光体、BaFCl:Eu2+、BaFBr:Eu2+、BaFCl:Eu2+、Tb、BaFCl:Eu2+,Tb、BaF2・BaCl2・KCl:Eu2+、(Ba,Mg)F2・BaCl2・KCl:Eu2+の2価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属弗化ハロゲン化物系蛍光体、CsI:Na、CsI:Tl、NaI、KI:Tl等の沃化物系蛍光体、ZnS:Ag、(Zn,Cd)S:Ag、(Zn,Cd)S:Cu、(Zn,Cd)S:Cu,Ag等の硫化物系蛍光体、HfP2O7、HfP2O7:Cu、Hf2(PO4)4等の燐酸ハフニウム系蛍光体、YTaO4、YTaO4:Tm、YTaO4:Nb、(Y,Sr)TaO4:Nb、LuTaO4、LuTaO4:Tm、LuTaO4:Nb、(Lu,Sr)TaO4:Nb、GdTaO4:Tm、Mg4Ta2O9:Nb、Gd2O3・Ta2O5・B2O3:Tb等のタンタル酸塩系蛍光体、他に、Gd2O2S:Eu3+、(La,Gd,Lu)2Si2O7:Eu、ZnSiO4:Mn、Sr2P2O7:Euを用いることができる。 The phosphors used in the first layer 301 are tungstate phosphors such as CaWO 4 , CaWO 4 : Pb, MgWO, Y 2 O 2 S: Tb, Gd 2 O 2 S: Tb, La 2 O 2. S: Tb, (Y, Gd) 2 O 2 S: Tb, (Y, Gd) 2 O 2 S: Terbium-activated rare earth oxysulfide phosphors such as Tb, Tm, YPO 4 : Tb, GdPO 4 : Tb Terbium-activated rare earth phosphate phosphors such as LaPO 4 : Tb, LaOBr: Tb, LaOBr: Tb, Tm, LaOCl: Tb, LaOCl: Tb, Tm, GdOBr: Tb, GdOBr: Tb, Tm, GdOCl: Tb, Terbium activated rare earth oxyhalide phosphors such as GdOCl: Tb, Tm, thulium activated rare earth oxyhalides such as LaOBr: Tm, LaOCl: Tm -Based phosphors, gadolinium-activated rare earth oxyhalide phosphors such as LaOBr: Gd, LuOCl: Gd, GdOBr: Ce, GdOCl: Ce, (Gd, Y) OBr: Ce, (Gd, Y) OCl: Ce, etc. Cerium-activated rare earth oxyhalide phosphors, BaSO 4 : Pb, BaSO 4 : Eu 2+ , (Ba, Sr) SO 4 : Eu 2+ and other barium sulfate phosphors, Ba 3 (PO 4 ) 2 : Eu 2+ , (Ba 2 PO 4 ) 2 : Eu 2+ , Sr 3 (PO 4 ) 2 : Eu 2+ , (Sr 2 PO 4 ) 2 : Eu 2+, etc., a divalent europium activated alkaline earth metal phosphate phosphor, BaFCl: Eu 2+, BaFBr: Eu 2+, BaFCl: Eu 2+, Tb, BaFCl: Eu 2+, Tb, BaF 2 · BaCl 2 · K l: Eu 2+, (Ba, Mg) F 2 · BaCl 2 · KCl: 2 divalent europium activated alkaline earth metal fluoride halide phosphors Eu 2+, CsI: Na, CsI : Tl, NaI, KI: Iodide phosphors such as Tl, sulfide phosphors such as ZnS: Ag, (Zn, Cd) S: Ag, (Zn, Cd) S: Cu, (Zn, Cd) S: Cu, Ag, HfP 2 O 7 , HfP 2 O 7 : Cu, Hf 2 (PO 4 ) 4, etc., phosphoric hafnium-based phosphor, YTaO 4 , YTaO 4 : Tm, YTaO 4 : Nb, (Y, Sr) TaO 4 : Nb, LuTaO 4 , LuTaO 4 : Tm, LuTaO 4 : Nb, (Lu, Sr) TaO 4 : Nb, GdTaO 4 : Tm, Mg 4 Ta 2 O 9 : Nb, Gd 2 O 3 .Ta 2 O 5 .B 2 O 3 : Tb etc. Tantalum based phosphor, the other, Gd 2 O 2 S: Eu 3+, (La, Gd, Lu) 2 Si 2 O 7: Eu, ZnSiO 4: Mn, Sr 2 P 2 O 7: the use of the Eu Can do.
特に、X線吸収および発光効率が高いことよりセシウムアイオダイド(CsI:X、Xは賦活剤)やガドリニウムオキシサルファイド(Gd2O2S:X、Xは賦活剤)が好ましく、これらを用いることで、ノイズの低い高画質の画像を得ることができる。 In particular, cesium iodide (CsI: X, where X is an activator) and gadolinium oxysulfide (Gd 2 O 2 S: X, where X is an activator) are preferable because of their high X-ray absorption and luminous efficiency, and these are used. Thus, a high-quality image with low noise can be obtained.
また、シンチレータは、柱状結晶構造であることが好ましい。柱状結晶では、光ガイド効果、すなわち結晶内での発光が柱状結晶の側面より外に放射されてしまうことを少なくできる効果が得られるので、鮮鋭性の低下を抑制することが可能であり、蛍光体層膜厚を厚くすることによりX線吸収が増加し粒状性を向上できるからである。 The scintillator preferably has a columnar crystal structure. In the columnar crystal, the light guide effect, that is, the effect of reducing the emission of light within the crystal from being emitted outside the side surface of the columnar crystal can be obtained. This is because increasing the body layer thickness increases X-ray absorption and improves graininess.
なお、本実施形態に用いられる蛍光体は、これらに限定されるものではなく、放射線の照射によって可視、紫外または赤外領域等の、受光素子が感度を持つ領域の電磁波を出力する蛍光体であれば良い。また、本実施形態で用いられる蛍光体粒子の直径は、7μm以下、特に4μm以下であることが好ましい。蛍光体粒子の直径が小さいほどシンチレータ層内での光の散乱を防ぐことが可能となり、高い鮮鋭度を得られるからである。そして、この蛍光体粒子は、バインダーに分散されても良い。このようなバインダーとしては、例えば、ポリウレタン、塩化ビニル共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、セルロース誘導体、スチレン−ブタジエン共重合体、各種合成ゴム系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラニン樹脂、フェノキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル系樹脂、尿素ホルムアミド樹脂等が挙げられる。中でもポリウレタン、ポリエステル、塩化ビニル系共重合体、ポリビニルブチラール、ニトロセルロースを使用することが好ましい。このような好ましいバインダーを用いることで、蛍光体の分散性を高め、蛍光体の充填率を高くすることが可能となり、粒状性の向上に寄与するからである。 The phosphor used in the present embodiment is not limited to these, and is a phosphor that outputs electromagnetic waves in a region where the light receiving element is sensitive, such as a visible, ultraviolet, or infrared region by irradiation of radiation. I need it. In addition, the diameter of the phosphor particles used in the present embodiment is preferably 7 μm or less, particularly 4 μm or less. This is because the smaller the diameter of the phosphor particles, the more it becomes possible to prevent light from being scattered in the scintillator layer, and a higher sharpness can be obtained. The phosphor particles may be dispersed in a binder. Examples of such a binder include polyurethane, vinyl chloride copolymer, vinyl chloride-acrylonitrile copolymer, butadiene-acrylonitrile copolymer, polyamide resin, polyvinyl butyral, cellulose derivative, styrene-butadiene copolymer, various types of synthesis. Examples thereof include rubber resins, phenol resins, epoxy resins, urea resins, melanin resins, phenoxy resins, silicon resins, acrylic resins, urea formamide resins, and the like. Among these, polyurethane, polyester, vinyl chloride copolymer, polyvinyl butyral, and nitrocellulose are preferably used. By using such a preferable binder, it becomes possible to increase the dispersibility of the phosphor and increase the filling rate of the phosphor, thereby contributing to the improvement of the graininess.
上記バインダー中に分散される蛍光体の重量含有量は、90〜99%であることが好ましい。また第1層301の厚さは、粒状性を良くする観点から、20μm以上(特に50μm以上)が好ましく、鮮鋭性を良くする観点から1mm以下(特に300μm以下)が好ましい。 The weight content of the phosphor dispersed in the binder is preferably 90 to 99%. The thickness of the first layer 301 is preferably 20 μm or more (particularly 50 μm or more) from the viewpoint of improving graininess, and is preferably 1 mm or less (particularly 300 μm or less) from the viewpoint of improving sharpness.
なお、本実施形態で用いられる蛍光体は、一部を除き吸湿性であるので、環境の湿気に影響されないように封止することが好ましい。このため、例えば、特開平11−223890号公報、特開平11−249243号公報、特開平11−344598号公報、特開2000−171597号公報に開示されている方法を用いることで、撮像パネル31の全体を封止することができる。 In addition, since the fluorescent substance used in this embodiment is hygroscopic except for a part, it is preferably sealed so as not to be influenced by environmental moisture. For this reason, for example, by using the methods disclosed in JP-A-11-223890, JP-A-11-249243, JP-A-11-344598, and JP-A-2000-171597, the imaging panel 31 is used. Can be sealed entirely.
第1層301の放射線照射面側とは逆の面側に、第1層301から出力された電磁波(光)を電気エネルギーに変換する第2層302が形成される。この第2層302は、第1層301側から、隔膜302a、透明電極302b、光電変換層302c、導電層302dが設けられている。ここで用いられる透明電極302b、光電変換層302cおよび導電層302dは、前述したバルクヘテロ接合型光電変換素子10における透明電極12、光電変換部14および対電極13と同等の構成および役割を示すものである。
A second layer 302 that converts electromagnetic waves (light) output from the first layer 301 into electrical energy is formed on the side of the first layer 301 opposite to the radiation irradiation surface side. The second layer 302 is provided with a
隔膜302aは、第1層301と他の層とを分離するためのものであり、例えばOxi−nitride等が用いられる。透明電極302bは、蒸着やスパッタリング等の方法を用いて薄膜を形成できる。また、フォトリソグラフィ法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいは、高いパターン精度を必要としない場合(100μm以上程度)は、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。この透明電極は、透過率を5%より大きくすることが望ましい。さらに膜厚は、材料にもよるが、膜の均一性を良くする観点から、10nm以上が好ましく、作製時間を短くする観点から、1μm以下(特に200nm)が好ましい。
The
光電変換層302cは、図1に示すバルクへテロ層を有してなる光電変換部からなる。このバルクへテロ層におけるP型半導体材料およびN型半導体材料のうち、融点の低い半導体材料が予め設定された光電変換率を与える混合比よりもリッチとされている。光電変換層302cは、第1層301から出力された電磁波(光)を吸収することによって電子と正孔を発生する。ここで発生した正孔は、導電層302dに集められ、電子は、透明電極302bに集められる。なお、本構造において、透明電極302bと光電変換層302cとの間、あるいは導電層302dと光電変換層302cとの間に正孔伝導層や電子伝導層を形成しても良いが、必ずしも必須なものではない。
The photoelectric conversion layer 302c is formed of a photoelectric conversion unit having the bulk hetero layer shown in FIG. Of the P-type semiconductor material and the N-type semiconductor material in the bulk hetero layer, the semiconductor material having a low melting point is made richer than a mixing ratio that gives a preset photoelectric conversion rate. The photoelectric conversion layer 302 c generates electrons and holes by absorbing electromagnetic waves (light) output from the first layer 301. The holes generated here are collected in the conductive layer 302d, and the electrons are collected in the
導電層(対電極)302dは、例えばクロム等で生成されている。また、一般の金属電極もしくは前記透明電極の中から選択可能であるが、良好な特性を得るためには仕事関数の小さい(4.5eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極物質とするものが好ましい。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類全属等が挙げられる。この導電層302dは、これらの電極物質を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて生成可能である。また、導電層302dのシートの膜厚は、膜の均一性を良くする観点から、10nm以上(特に50nm以上)が好ましく、作製時間を短くする観点から、1μm以下(特に500nm)が好ましい。 The conductive layer (counter electrode) 302d is made of, for example, chromium. In addition, a general metal electrode or the transparent electrode can be selected, but in order to obtain good characteristics, a metal, an alloy, an electrically conductive compound and a mixture thereof having a small work function (4.5 eV or less) are used. What is used as an electrode material is preferable. Specific examples of such electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixture, indium, lithium / aluminum mixture, all rare earths and the like. The conductive layer 302d can be generated using a method such as vapor deposition or sputtering using these electrode materials as raw materials. The sheet thickness of the conductive layer 302d is preferably 10 nm or more (particularly 50 nm or more) from the viewpoint of improving the uniformity of the film, and is preferably 1 μm or less (particularly 500 nm) from the viewpoint of shortening the production time.
第2層302の放射線照射面側とは、逆の面側には、第2層302で得られた電気エネルギーの蓄積、および蓄積された電気エネルギーに基づく信号の出力を行う第3層303が形成されている。第3層303は、第2層302で生成された電気エネルギーを画素毎に蓄えるコンデンサ311と、蓄えられた電気エネルギーを信号として出力するためのスイッチング素子であるトランジスタ312と備えて構成されている。なお、第3層303は、スイッチング素子を用いるものに限られるものではなく、例えば、蓄えられた電気エネルギーのエネルギーレベルに応じた信号を生成して出力する構成とすることもできる。 On the side opposite to the radiation irradiation surface side of the second layer 302, there is a third layer 303 for storing electric energy obtained in the second layer 302 and outputting a signal based on the stored electric energy. Is formed. The third layer 303 includes a capacitor 311 that stores the electric energy generated in the second layer 302 for each pixel, and a transistor 312 that is a switching element for outputting the stored electric energy as a signal. . Note that the third layer 303 is not limited to the one using a switching element. For example, the third layer 303 may be configured to generate and output a signal corresponding to the energy level of the stored electric energy.
トランジスタ312には、例えば、TFT(薄膜トランジスタ)が用いられる。このTFTは、液晶ディスプレイ等に使用されている無機半導体系のものでも、有機半導体を用いたものでも良く、好ましくはプラスチックフィルム上に形成されるTFTである。プラスチックフィルム上に形成されたTFTとしては、アモルファスシリコン系のものが知られているが、その他、米国AlienTechnology社が開発しているFSA(Fluidic Self Assembly)技術、すなわち、単結晶シリコンで作製した微小CMOS(Nanoblocks)をエンボス加工したプラスチックフィルム上に配列させることで、フレキシブルなプラスチックフィルム上にTFTを形成するものとしても良い。さらに、Science283,822(1999)やAppl.Phys.Lett,771488(1998)、Nature,403,521(2000)等の文献に記載されているような有機半導体を用いたTFTであってもよい。 As the transistor 312, for example, a TFT (Thin Film Transistor) is used. This TFT may be an inorganic semiconductor type used in a liquid crystal display or the like, or an organic semiconductor, and is preferably a TFT formed on a plastic film. As the TFT formed on the plastic film, an amorphous silicon-based TFT is known. In addition, the FSA (Fluidic Self Assembly) technology developed by Alien Technology in the United States, that is, a microfabrication made of single crystal silicon. A TFT may be formed on a flexible plastic film by arranging CMOS (Nanoblocks) on an embossed plastic film. Furthermore, Science 283, 822 (1999) and Appl. Phys. A TFT using an organic semiconductor as described in documents such as Lett, 771488 (1998), Nature, 403, 521 (2000) may be used.
このように、本実施形態に用いられるスイッチング素子としては、上記FSA技術で作製したTFTおよび有機半導体を用いたTFTが好ましく、特に好ましいものは有機半導体を用いたTFTである。この有機半導体を用いてTFTを構成すれば、シリコンを用いてTFTを構成する場合のように真空蒸着装置等の設備が不要となり、印刷技術やインクジェット技術を活用してTFTを形成できるので、製造コストが安価となる。さらに、加工温度を低くできることから熱に弱いプラスチック基板状にも形成できる。 As described above, the switching element used in this embodiment is preferably a TFT manufactured using the FSA technique and a TFT using an organic semiconductor, and a TFT using an organic semiconductor is particularly preferable. If a TFT is formed using this organic semiconductor, equipment such as a vacuum deposition apparatus is not required as in the case where a TFT is formed using silicon, and the TFT can be formed by utilizing printing technology or inkjet technology. Cost is low. Furthermore, since the processing temperature can be lowered, it can be formed into a plastic substrate shape that is weak against heat.
また、有機半導体を用いたTFTの内、電界効果型トランジスタ(FET)が特に好ましく、具体的には図11(A)〜図11(C)に示す構造の有機TFTが好ましい。図11(A)に示す有機TFTは、基板上にゲート電極,ゲート絶縁層,ソース・ドレイン電極,有機半導体層を順に形成したものである。図11(B)に示す有機TFTは、基板上にゲート電極,ゲート絶縁層,有機半導体層,ソース・ドレイン電極を順に形成したものである。図11(C)に示す有機TFTは、有機半導体単結晶上にソース・ドレイン電極,ゲート絶縁層,ゲート電極を順に形成したものである。 In addition, a field effect transistor (FET) is particularly preferable among TFTs using an organic semiconductor, and specifically, an organic TFT having a structure shown in FIGS. 11A to 11C is preferable. In the organic TFT shown in FIG. 11A, a gate electrode, a gate insulating layer, source / drain electrodes, and an organic semiconductor layer are sequentially formed on a substrate. In the organic TFT shown in FIG. 11B, a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, and source / drain electrodes are sequentially formed on a substrate. In the organic TFT shown in FIG. 11C, a source / drain electrode, a gate insulating layer, and a gate electrode are sequentially formed on an organic semiconductor single crystal.
有機半導体層を形成する化合物は、単結晶材科でもアモルファス材料でもよく、低分子でも高分子でもよいが、特に好ましいものとしては、ペンタセンやトリフェニレン、アントラセン等に代表される縮環系芳香族炭化水素化合物の単結晶や、π共役系高分子が挙げられる。 The compound forming the organic semiconductor layer may be a single crystal material or an amorphous material, and may be a low molecule or a polymer, but particularly preferred are condensed aromatic carbonized carbons represented by pentacene, triphenylene, anthracene, etc. Examples thereof include single crystals of hydrogen compounds and π-conjugated polymers.
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極は、金属でも導電性無機化合物でも導電性有機化合物でも何れでもよいが、作製の容易さの観点から導電性有機化合物であることが好ましい。その代表例としては、π共役系高分子化合物にルイス酸(例えば、塩化鉄、塩化アルミニウム、臭化アンチモン等)やハロゲン(例えば、ヨウ素や臭素等)、スルホン酸塩(例えば、ポリスチレンスルホン酸のナトリウム塩(PSS)、p−トルエンスルホン酸カリウム等)等をドープしたものが挙げられ、具体的にはPEDOTにPSSを添加した導電性高分子が代表例として挙げられる。有機TFTの具体例としては、図12で示したものが挙げられる。 The source electrode, the drain electrode, and the gate electrode may be metal, a conductive inorganic compound, or a conductive organic compound, but are preferably a conductive organic compound from the viewpoint of ease of manufacture. Typical examples include π-conjugated polymer compounds such as Lewis acids (eg, iron chloride, aluminum chloride, antimony bromide), halogens (eg, iodine and bromine), sulfonates (eg, polystyrene sulfonates). Examples thereof include those doped with sodium salt (PSS), potassium p-toluenesulfonate, etc., and specifically, a conductive polymer obtained by adding PSS to PEDOT is a typical example. Specific examples of the organic TFT include those shown in FIG.
スイッチング素子であるトランジスタ312には、図9および図10に示すように、第2層302で生成された電気エネルギーを蓄積するとともに、コンデンサ311の一方の電極となる収集電極310が接続されている。このコンデンサ311には、第2層302で生成された電気エネルギーが蓄積されるとともに、この蓄積された電気エネルギーは、トランジスタ312が駆動されることで読み出される。すなわち、スイッチング素子を駆動することで、放射線画像についての画素毎の信号を生成することができる。なお、図10において、トランジスタ312は、ゲート電極312aと、ソース電極(ドレイン電極)312bと、ドレイン電極(ソース電極)312cと、有機半導体層312dと、絶縁層312eとを備えて構成されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the transistor 312 that is a switching element stores electrical energy generated in the second layer 302 and is connected to a collecting
第4層304は、撮像パネル31の基板である。この第4層304として好ましく用いられる基板は、プラスチックフィルムである。かかるプラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等のフィルムが挙げられる。このようなプラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化が図られるとともに、衝撃に対する耐性が向上される。 The fourth layer 304 is a substrate of the imaging panel 31. A substrate preferably used as the fourth layer 304 is a plastic film. Examples of such plastic films include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), Examples of the film include cellulose triacetate (TAC) and cellulose acetate propionate (CAP). By using such a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case where a glass substrate is used, and the resistance to impact is improved.
さらに、これらのプラスチックフィルムには、トリオクチルホスフェートやジブチルフタレート等の可塑剤を添加してもよく、ベンゾトリアゾール系やベンゾフェノン系等の公知の紫外線吸収剤を添加してもよい。また、テトラエトキシシラン等の無機高分子の原料を添加し、化学触媒や熱、光等のエネルギーを付与することにより高分子量化する、いわゆる有機−無機ポリマーハイブリッド法を適用して作製した樹脂を原料として用いることもできる。 Furthermore, a plasticizer such as trioctyl phosphate or dibutyl phthalate may be added to these plastic films, or a known ultraviolet absorber such as benzotriazole or benzophenone may be added. In addition, a resin prepared by applying a so-called organic-inorganic polymer hybrid method in which a raw material of an inorganic polymer such as tetraethoxysilane is added and the molecular weight is increased by applying energy such as a chemical catalyst, heat, or light. It can also be used as a raw material.
さらに第4層304における第3層303側の面とは反対面側に、電源部38として、例えば、マンガン電池、ニッケル・カドミウム電池、水銀電池、鉛電池等の一次電池、充電可能な二次電池を設けるものとしても良い。この電池の形態としては、放射線画像検出器を薄型化できるように平板状の形態が好ましい。
Further, on the side opposite to the surface on the third layer 303 side in the fourth layer 304, as the
また、撮像パネル31には、信号線314−1〜314−nに、例えば、ドレイン電極が接続された初期化用のトランジスタ315−1〜315−nが設けられている(図9)。このトランジスタ315−1〜315−nのソース電極は、接地されている。また、ゲート電極は、リセット線316と接続されている。
In addition, the imaging panel 31 is provided with initialization transistors 315-1 to 315-n, for example, having drain electrodes connected to the signal lines 314-1 to 314-n (FIG. 9). The source electrodes of the transistors 315-1 to 315-n are grounded. The gate electrode is connected to the
撮像パネル31の走査線313−1〜313−mとリセット線316とは、走査駆動回路32と接続されている。走査駆動回路32から走査線313−1〜313−mのうちの1つの走査線313−p(pは1〜mのいずれかの値)に読出信号RSが供給されると、この走査線313−pに接続されたトランジスタ312−(p,1)〜312−(p,n)がオン状態とされて、コンデンサ311−(p,1)〜311−(p,n)に蓄積された電気エネルギーが信号線314−1〜314−nにそれぞれ読み出される。信号線314−1〜314−nは、信号選択回路33の信号変換器331−1〜331−nに接続されており、信号変換器331−1〜331−nでは信号線314−1〜314−n上に読み出された電気エネルギー量に比例する電圧信号SV−1〜SV−nが生成される。この信号変換器331−1〜331−nから出力された電圧信号SV−1〜SV−nは、レジスタ332に供給される。
The scanning lines 313-1 to 313-m and the
レジスタ332では、供給された電圧信号が順次選択されて、A/D変換器333で(例えば、12ビットないし14ビットの)1つの走査線に対するデジタルの画像信号とされる。制御回路34は、走査線313−1〜313−mの各々に、走査駆動回路32を介して読出信号RSを供給して画像走査を行い、走査線毎のデジタル画像信号を取り込んで、放射線画像の画像信号の生成を行う。なお、走査駆動回路32からリセット信号RTをリセット線316に供給してトランジスタ315−1〜315−nをオン状態とするとともに、走査線313−1〜313−mに読出信号RSを供給してトランジスタ312−(1,1)〜312−(m,n)をオン状態とすることによって、コンデンサ311−(1,1)〜311−(m,n)に蓄えられた電気エネルギーがトランジスタ312−1〜312−nを介して放出され、撮像パネル31の初期化が行われる。
In the
制御回路34には、メモリ部35や操作部36が接続されており、操作部36からの操作信号PSに基づいて放射線画像検出器3の動作が制御される。操作部36には複数のスイッチが設けられており、操作部36からのスイッチ操作に応じた操作信号PSに基づき、撮像パネル31の初期化や放射線画像の画像信号の生成が行われる。また、放射線画像の画像信号の生成は、放射線発生器4から放射線照射終了信号がコネクタ39を介して供給された場合に行うものとすることもできる。さらに、制御回路34は、生成した画像信号をメモリ部35に記憶させる処理等も行う。
A
ここで、図8に示すように、放射線画像検出器3に電源部38を設けるとともに放射線画像の画像信号を記憶するメモリ部35を設け、コネクタ39を介して放射線画像検出器3を着脱自在にすれば、放射線画像検出器3を持ち運びできるシステムを構築できる。さらに、不揮発性メモリを用いてメモリ部35を着脱可能に構成すれば、放射線画像検出器3と画像処理部51を接続しなくとも、メモリ部35を画像処理部51に装着するだけで画像信号を画像処理部51に供給できることから、更に放射線画像の撮影及び画像処理が容易となり、操作性を向上できる。なお、放射線画像検出器3を据置き型として用いる場
合には、コネクタ39を介して電力の供給や画像信号の読み出しを行うことで、メモリ部35や電源部38を設けなくとも、放射線画像の画像信号を得られることは勿論である。
Here, as shown in FIG. 8, the radiographic image detector 3 is provided with a
本実施形態における放射線画像検出器3では、バルクへテロ層におけるP型半導体材料およびN型半導体材料のうち、融点の低い半導体材料が予め設定された光電変換率を与える混合比よりもリッチであるため、アニール処理によって結晶性が崩れる分だけ融点の低い半導体材料が補われているので、このアニール処理によってバルクへテロ層の結晶性が劣化しても、光電変換効率の劣化が抑制される。 In the radiation image detector 3 in the present embodiment, a semiconductor material having a low melting point out of the P-type semiconductor material and the N-type semiconductor material in the bulk hetero layer is richer than a mixture ratio that gives a preset photoelectric conversion rate. Therefore, since the semiconductor material having a low melting point is compensated for by the crystallinity being destroyed by the annealing treatment, even if the crystallinity of the bulk hetero layer is deteriorated by this annealing treatment, the deterioration of the photoelectric conversion efficiency is suppressed.
そして、本実施形態では、基板となる第4層304を樹脂で構成したことにより、ガラス基板を用いた従来の放射線画像検出器に比べて軽量化を図ることができる。また、第4層304を樹脂で構成したことにより、第4層304上に形成される第3層303は、分割されたシリコン積層構造の素子や有機半導体で形成される。このため、ガラス基板を用いた従来の放射線画像検出器のように、シリコンを主体とする薄膜トランジスタをガラス基板上に形成する高価で特殊な製造装置を用いる必要がないことから、放射線画像検出器を安価に製造できる。 In this embodiment, the fourth layer 304 serving as a substrate is made of resin, so that the weight can be reduced as compared with a conventional radiation image detector using a glass substrate. In addition, since the fourth layer 304 is made of resin, the third layer 303 formed on the fourth layer 304 is formed of a divided silicon stacked structure element or an organic semiconductor. Therefore, unlike the conventional radiographic image detector using a glass substrate, it is not necessary to use an expensive and special manufacturing apparatus for forming a thin film transistor mainly composed of silicon on the glass substrate. Can be manufactured at low cost.
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Accordingly, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not limited to the scope of the claims. To be construed as inclusive.
3 放射線画像検出器
10 バルクへテロ接合型光電変換素子
12、22、302b 透明電極
13、23 対電極
14、24 光電変換部
20 光センサアレイ
31 撮像パネル(光センサアレイ)
302c 光電変換層
303d 導電層(対電極)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3
302c Photoelectric conversion layer 303d Conductive layer (counter electrode)
Claims (10)
前記P型半導体材料および前記N型半導体材料のうち、融点の低い半導体材料が予め設定された光電変換率を与える混合比よりもリッチであること
を特徴とするバルクへテロ接合型光電変換素子。 In a bulk heterojunction photoelectric conversion element including a bulk hetero layer in which a P-type semiconductor material and an N-type semiconductor material are mixed,
A bulk heterojunction photoelectric conversion element characterized in that, among the P-type semiconductor material and the N-type semiconductor material, a semiconductor material having a low melting point is richer than a mixing ratio that gives a preset photoelectric conversion rate.
を特徴とする請求項1に記載のバルクへテロ接合型光電変換素子。 The bulk heterojunction photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor material having a low melting point is a P-type semiconductor material.
を特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のバルクへテロ接合型光電変換素子。 The bulk heterojunction photoelectric conversion element according to any one of claims 1 and 2, wherein the P-type semiconductor material is poly-3-hexylthiophene or poly-3-octylthiophene.
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のバルクへテロ接合型光電変換素子。 The bulk heterojunction photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the N-type semiconductor material is a fullerene derivative.
前記N型半導体材料がフラーレン派生物であり、
前記P型半導体材料のリッチにする量が重量比で15パーセント以下であること
を特徴とする請求項1に記載のバルクへテロ接合型光電変換素子。 The P-type semiconductor material is poly-3-hexylthiophene;
The N-type semiconductor material is a fullerene derivative;
The bulk heterojunction photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the amount of the P-type semiconductor material to be rich is 15% or less by weight.
前記N型半導体材料がフラーレン派生物であり、
前記P型半導体材料のリッチにする量が重量比で20パーセント以下であること
を特徴とする請求項1に記載のバルクへテロ接合型光電変換素子。 The P-type semiconductor material is poly-3-octylthiophene;
The N-type semiconductor material is a fullerene derivative;
The bulk heterojunction photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the amount of the P-type semiconductor material to be enriched is 20% or less by weight.
を特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のバルクへテロ接合型光電変換素子。 The bulk heterojunction photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 6, wherein the bulk hetero layer is annealed.
を特徴とする請求項7に記載のバルクへテロ接合型光電変換素子。 The bulk heterojunction photoelectric conversion element according to claim 7, wherein the annealing temperature is substantially the melting point of a semiconductor material having a low melting point.
を特徴とする光センサアレイ。 An optical sensor array comprising the bulk heterojunction photoelectric conversion elements according to any one of claims 1 to 8 arranged in an array.
前記第2層は、請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載のバルクへテロ接合型光電変換素子のバルクヘテロ層を有してなること
を特徴とする放射線画像検出器。 A first layer that emits light according to the intensity of incident radiation, a second layer that converts light energy output from the first layer into electrical energy, and accumulation and accumulation of electrical energy obtained in the second layer A radiation image detector comprising: a third layer for outputting a signal based on the generated electrical energy;
The radiation image detector, wherein the second layer includes a bulk hetero layer of the bulk heterojunction photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 8.
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