JP2013187501A - Photoelectric conversion element and solar battery module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element having a higher photoelectric conversion efficiency and a higher heat resistance, and capable of being encapsulated adequately.SOLUTION: The photoelectric conversion element comprises at least one pair of electrodes 101 and 105, and an active layer 103. The active layer 103 includes a high-molecule p-type semiconductor compound having an energy band gap of 1.0 eV or more and 1.8 eV or less, a fullerene compound and an aromatic compound. The boiling point of the aromatic compound is 140°C or more and 330°C or less under a standard condition (one atmospheric pressure and 25°C). The solubility of the fullerene compound to the aromatic compound is 1 wt.% or larger at 25°C. The concentration of the aromatic compound in the active layer 103 is 0.2 mg/cmor more and 20 mg/cmor less.

Description

本発明は、光電変換素子及び太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a solar cell module.

光電変換素子の性能向上のために、p型半導体化合物とn型半導体化合物とを含有する活性層の形成方法が種々検討されている。   Various methods for forming an active layer containing a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound have been studied in order to improve the performance of the photoelectric conversion element.

非特許文献1には、p型半導体化合物として特定の高分子p型半導体化合物(ローバンドギャップポリマー)と、n型半導体化合物としてフラーレン誘導体であるPCBMとを混合状態で含有する活性層を有するバルクヘテロジャンクション型太陽電池が記載されている。また、バルクヘテロジャンクション型活性層の製造方法として、ローバンドギャップポリマーとPCBMとが溶解した溶液(溶媒:クロロベンゼンとジヨードオクタン(DIO)との混合溶媒)をスピンコートによって塗布し、その後熱処理(80℃、30分間)する方法が記載されている。   Non-Patent Document 1 discloses a bulk heterojunction having an active layer containing a specific polymer p-type semiconductor compound (low band gap polymer) as a p-type semiconductor compound and PCBM which is a fullerene derivative as an n-type semiconductor compound in a mixed state. Type solar cells are described. As a method for producing a bulk heterojunction active layer, a solution in which a low band gap polymer and PCBM are dissolved (solvent: a mixed solvent of chlorobenzene and diiodooctane (DIO)) is applied by spin coating, and then heat treatment (80 ° C. , 30 minutes).

特許文献1には、p型半導体化合物としてP3HTと、n型半導体化合物としてビスインデン付加体フラーレン化合物とを混合状態で含有する活性層を有するバルクヘテロジャンクション型太陽電池が記載されている。また、バルクヘテロジャンクション型活性層の製造方法として、P3HTとビスインデン付加体フラーレン化合物が溶解した溶液(溶媒:オルトキシレンとテトラリンとの混合溶媒)をスピンコート法によって塗布し、その後熱処理(175℃、30分間)する方法が記載されている。   Patent Document 1 describes a bulk heterojunction solar cell having an active layer containing P3HT as a p-type semiconductor compound and a bisindene adduct fullerene compound as an n-type semiconductor compound in a mixed state. Further, as a method for producing a bulk heterojunction active layer, a solution (solvent: mixed solvent of orthoxylene and tetralin) in which P3HT and a bisindene adduct fullerene compound are dissolved is applied by a spin coating method, followed by heat treatment (175 ° C., 30 Min)) is described.

国際公開第2010/021921号International Publication No. 2010/021921

Journal of the American Chemical Society(2011),133(26),10062−10065.Journal of the American Chemical Society (2011), 133 (26), 1000062-10065.

一般的に、光電変換素子は、空気中の水や酸素との接触を避けるために樹脂等の封止材により封止されるが、封止の際に加熱を行うことが多い。しかし、光電変換素子の耐熱性が低い場合、加熱により素子が劣化し、光電変換効率が低下してしまう。これを防ぐため加熱温度を低くすると、十分に封止できなかったり、使用可能な封止材(樹脂等)が制限されたりして封止効果が低下してしまう。   In general, the photoelectric conversion element is sealed with a sealing material such as a resin in order to avoid contact with water or oxygen in the air, but heating is often performed at the time of sealing. However, when the heat resistance of the photoelectric conversion element is low, the element deteriorates due to heating, and the photoelectric conversion efficiency decreases. If the heating temperature is lowered to prevent this, the sealing effect cannot be sufficiently achieved or the usable sealing material (resin or the like) is limited and the sealing effect is lowered.

一方で、ローバンドギャップポリマーは一般的に耐熱性が低いことから、ローバンドギャップポリマーを用いたバルクヘテロジャンクション型活性層を成膜する際には、通常、熱処理をしないか、又は非特許文献1に記載の条件(80℃、30分間)のような低温での熱処理が行われる。ここで、非特許文献1のようなローバンドギャップポリマーを含むバルクヘテロジャンクション型活性層を有する光電変換素子を、例えば130℃で60分間の熱処理を行うと、光電変換特性が顕著に低下することがわかった。   On the other hand, since a low band gap polymer generally has low heat resistance, when forming a bulk heterojunction type active layer using the low band gap polymer, it is usually not heat-treated or described in Non-Patent Document 1. The heat treatment is performed at a low temperature such as the above conditions (80 ° C., 30 minutes). Here, it is found that when a photoelectric conversion element having a bulk heterojunction type active layer containing a low band gap polymer as in Non-Patent Document 1 is subjected to a heat treatment at 130 ° C. for 60 minutes, the photoelectric conversion characteristics are significantly reduced. It was.

また、特許文献1に記載の光電変換素子は変換効率が未だ十分でなく、より優れた光電変換特性を有する光電変換素子が求められていた。   Moreover, the photoelectric conversion element described in Patent Document 1 has not yet sufficient conversion efficiency, and a photoelectric conversion element having more excellent photoelectric conversion characteristics has been demanded.

本発明は、より高い光電変換効率とより高い耐熱性を有し、十分に封止可能な光電変換素子を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the photoelectric conversion element which has higher photoelectric conversion efficiency and higher heat resistance, and can be sealed enough.

本発明者らは上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、活性層が特定の芳香族化合物を特定の濃度範囲内で含む場合に、高い光電変換効率と高い耐熱性を同時に達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that when the active layer contains a specific aromatic compound within a specific concentration range, high photoelectric conversion efficiency and high heat resistance can be achieved at the same time. The present invention has been completed.

即ち、本発明の要旨は、以下に存する。
[1]少なくとも、一対の電極及び活性層を有し、該活性層にエネルギーバンドギャップが1.0eV以上1.8eV以下の高分子p型半導体化合物、フラーレン化合物、及び芳香族化合物を含む光電変換素子であって、
前記芳香族化合物の沸点が、標準状態(1気圧、25℃)において140℃以上330℃以下であり、
前記芳香族化合物に対する前記フラーレン化合物の溶解度が25℃において1重量%以上であり、
前記活性層内での前記芳香族化合物の濃度が0.2mg/cm以上20mg/cm以下であることを特徴とする光電変換素子。
[2]前記高分子p型半導体化合物が、下記式(1A)で表される繰り返し単位と式(1B)で表される繰り返し単位とを含むコポリマーであることを特徴とする、[1]に記載の光電変換素子。

Figure 2013187501
(式(1A)中、Aは周期表第16族元素から選ばれる原子を表し、Rはヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。)
Figure 2013187501
(式(1B)中、Qは周期表第14族元素から選ばれる原子を表し、X及びXは各々独立して酸素原子又は硫黄原子を表し、R〜Rは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表し、R〜Rは隣接するもの同士で互いに結合して環を形成していてもよい。)
[3]太陽電池であることを特徴とする、[1]又は[2]に記載の光電変換素子。
[4][3]に記載の光電変換素子を備えることを特徴とする、太陽電池モジュール。 That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] Photoelectric conversion comprising at least a pair of electrodes and an active layer, wherein the active layer includes a polymer p-type semiconductor compound, a fullerene compound, and an aromatic compound having an energy band gap of 1.0 eV to 1.8 eV An element,
The boiling point of the aromatic compound is 140 ° C. or higher and 330 ° C. or lower in a standard state (1 atm, 25 ° C.)
The solubility of the fullerene compound in the aromatic compound is 1% by weight or more at 25 ° C .;
The photoelectric conversion element, wherein the concentration of the aromatic compound in the active layer is 0.2 mg / cm 3 or more and 20 mg / cm 3 or less.
[2] The polymer p-type semiconductor compound is a copolymer including a repeating unit represented by the following formula (1A) and a repeating unit represented by the formula (1B): [1] The photoelectric conversion element as described.
Figure 2013187501
(In the formula (1A), A represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, and R 1 represents a hydrocarbon group optionally having a hetero atom.)
Figure 2013187501
(In Formula (1B), Q represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, X 1 and X 2 each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom, and R 2 to R 5 each independently A hydrogen atom, a halogen atom, or a hydrocarbon group optionally having a hetero atom, and R 2 to R 5 may be adjacent to each other to form a ring.
[3] The photoelectric conversion element according to [1] or [2], which is a solar cell.
[4] A solar cell module comprising the photoelectric conversion element according to [3].

本発明によれば、より高い光電変換効率とより高い耐熱性を有し、十分に封止可能な光電変換素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can provide the photoelectric conversion element which has higher photoelectric conversion efficiency and higher heat resistance, and can fully be sealed.

本発明の一実施形態としての光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the photoelectric conversion element as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell module as one Embodiment of this invention. 本発明に係るp型半導体化合物の一例の薄膜吸収スペクトルを示す。The thin film absorption spectrum of an example of the p-type semiconductor compound which concerns on this invention is shown.

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定はされない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The description of the constituent requirements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents unless it exceeds the gist.

<1.光電変換素子>
本発明に係る光電変換素子は、少なくとも、一対の電極及び活性層を有し、該活性層にエネルギーバンドギャップが1.0eV以上1.8eV以下の高分子p型半導体化合物(以下、本発明に係るp型半導体化合物と称する場合がある)、フラーレン化合物(以下、本発明に係るフラーレン化合物と称する場合がある)、及び芳香族化合物(以下、本発明に係る芳香族化合物と称する場合がある)を含む光電変換素子である。
<1. Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element according to the present invention has at least a pair of electrodes and an active layer, and the active layer has a polymer p-type semiconductor compound having an energy band gap of 1.0 eV to 1.8 eV (hereinafter referred to as the present invention). May be referred to as such p-type semiconductor compounds), fullerene compounds (hereinafter sometimes referred to as fullerene compounds according to the present invention), and aromatic compounds (hereinafter sometimes referred to as aromatic compounds according to the present invention). It is a photoelectric conversion element containing.

本発明に係る光電変換素子は、光電変換効率が高いという利点がある。また、耐熱性も高いことから、本発明に係る光電変換素子は加熱工程を含む製造プロセスを用いて作製することができる。さらには、本発明に係る光電変換素子は耐久性及び長期間保存安定性にも優れるという利点がある。その理由としては、詳細は不明であるが、活性層中で本発明に係る芳香族化合物と共存することで、本発明に係るフラーレン化合物及び本発明に係るp型半導体化合物の分散安定性が向上し、かつ凝集や分離等を起こしにくくなり、結果として活性層中に安定な相分離構造が形成されることが関係すると推察される。   The photoelectric conversion element according to the present invention has an advantage of high photoelectric conversion efficiency. Moreover, since the heat resistance is also high, the photoelectric conversion element according to the present invention can be manufactured using a manufacturing process including a heating step. Furthermore, the photoelectric conversion element according to the present invention has an advantage of excellent durability and long-term storage stability. Although the details are unknown, the dispersion stability of the fullerene compound according to the present invention and the p-type semiconductor compound according to the present invention is improved by coexisting with the aromatic compound according to the present invention in the active layer. In addition, it is presumed that it is difficult to cause aggregation or separation, and as a result, a stable phase separation structure is formed in the active layer.

本発明に係る光電変換素子の一例として、一般的な有機薄膜太陽電池に用いられる光電変換素子を図1に示す。図1において、光電変換素子107は、基板106、電極101、正孔取り出し層102、活性層103、電子取り出し層104、及び電極105をこの順に有する。電極101としては、正孔の捕集に適した電極101(以下、アノードと記載する場合もある)を用いることが好ましく、電極105としては、電子の捕集に適した電極(以下、カソードと記載する場合もある)を用いることが好ましい。これらの層の間には、後述の各層機能に影響を与えない程度に、別の層が存在してもよい。また、光電変換素子107の用途に応じて、基板106、正孔取り出し層102、及び/又は電子取り出し層104は存在しなくてもよい。また、図1の例において基板106はアノード101側に配置されているが、基板106がカソード105側に配置されていてもよい。   As an example of the photoelectric conversion element according to the present invention, a photoelectric conversion element used in a general organic thin film solar cell is shown in FIG. In FIG. 1, the photoelectric conversion element 107 includes a substrate 106, an electrode 101, a hole extraction layer 102, an active layer 103, an electron extraction layer 104, and an electrode 105 in this order. The electrode 101 is preferably an electrode 101 suitable for collecting holes (hereinafter sometimes referred to as an anode), and the electrode 105 is preferably an electrode suitable for collecting electrons (hereinafter referred to as a cathode). (It may be described) is preferably used. Between these layers, another layer may exist so as not to affect the function of each layer described later. Further, the substrate 106, the hole extraction layer 102, and / or the electron extraction layer 104 may not exist depending on the use of the photoelectric conversion element 107. In the example of FIG. 1, the substrate 106 is disposed on the anode 101 side, but the substrate 106 may be disposed on the cathode 105 side.

<1.1 活性層(103)>
活性層103は光電変換が行われる層を指し、本発明に係るp型半導体化合物、本発明に係るn型半導体化合物及び本発明に係る芳香族化合物を含む。光電変換素子107が光を受けると、光が活性層103に吸収され、p型半導体化合物とn型半導体化合物の界面で電気が発生し、発生した電気が電極101及び105から取り出される。
<1.1 Active layer (103)>
The active layer 103 refers to a layer in which photoelectric conversion is performed, and includes a p-type semiconductor compound according to the present invention, an n-type semiconductor compound according to the present invention, and an aromatic compound according to the present invention. When the photoelectric conversion element 107 receives light, the light is absorbed by the active layer 103, electricity is generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound, and the generated electricity is extracted from the electrodes 101 and 105.

活性層103は無機化合物と有機化合物とのいずれを含んでいてもよい。活性層103は簡易な塗布プロセスにより形成しうることが好ましく、活性層103は有機化合物からなる有機活性層であることがより好ましい。以下では、活性層103が有機活性層であるものとして説明する。   The active layer 103 may contain either an inorganic compound or an organic compound. The active layer 103 is preferably formed by a simple coating process, and the active layer 103 is more preferably an organic active layer made of an organic compound. In the following description, it is assumed that the active layer 103 is an organic active layer.

[1.1.1 活性層の構成]
活性層103は、p型半導体層とn型半導体層とが積層された薄膜積層型の活性層でありうる。また活性層103は、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合されている層(i層)を有するバルクヘテロ接合型の活性層でありうる。なかでも、活性層103はバルクヘテロ接合型の活性層であることが好ましい。
[1.1.1 Configuration of Active Layer]
The active layer 103 may be a thin film stacked active layer in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are stacked. The active layer 103 may be a bulk heterojunction type active layer having a layer (i layer) in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed. In particular, the active layer 103 is preferably a bulk heterojunction type active layer.

活性層103が薄膜積層型の活性層である場合、活性層103は、本発明に係るp型半導体化合物を含むp型半導体層と、本発明に係るフラーレン化合物を含むn型半導体層と、が積層された構造を有する。また、p型半導体層とn型半導体層との少なくとも一方は、本発明に係る芳香族化合物を含んでいる。このようなp型半導体層及びn型半導体層は、塗布法及び蒸着法(例えば共蒸着法)を含む任意の方法により形成することができる。   When the active layer 103 is a thin film stacked type active layer, the active layer 103 includes a p-type semiconductor layer including the p-type semiconductor compound according to the present invention and an n-type semiconductor layer including the fullerene compound according to the present invention. It has a laminated structure. Moreover, at least one of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer contains the aromatic compound according to the present invention. Such a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer can be formed by any method including a coating method and an evaporation method (for example, a co-evaporation method).

活性層103がバルクヘテロ接合型の活性層である場合、活性層103は、本発明に係るp型半導体化合物と、本発明に係るn型半導体化合物と、本発明に係る芳香族化合物と、を含むi層を有する。i層は、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが相分離している構造を有する。i層中の相界面で光吸収によりキャリア分離が起こり、生じたキャリア(正孔及び電子)が電極まで輸送される。   When the active layer 103 is a bulk heterojunction type active layer, the active layer 103 includes the p-type semiconductor compound according to the present invention, the n-type semiconductor compound according to the present invention, and the aromatic compound according to the present invention. It has i layer. The i layer has a structure in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are phase-separated. Carrier separation occurs by light absorption at the phase interface in the i layer, and the generated carriers (holes and electrons) are transported to the electrode.

i層の膜厚に制限はない。ただし、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、一方、通常500nm以下、好ましくは200nm以下である。i層の膜厚が500nm以下であると、直列抵抗が低くなる点で好ましい。i層の膜厚が5nm以上であると、より多くの光を吸収できる点で好ましい。   There is no restriction | limiting in the film thickness of i layer. However, it is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and usually 500 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the i layer is 500 nm or less, it is preferable in that the series resistance is lowered. When the film thickness of the i layer is 5 nm or more, it is preferable in that more light can be absorbed.

i層は、塗布法及び蒸着法(例えば共蒸着法)を含む任意の方法により形成することができるが、塗布法を用いることは、より簡単にi層を形成できるため好ましい。すなわち、本発明に係るp型半導体化合物を含むp型半導体層と、本発明に係るフラーレン化合物を含むn型半導体層と、本発明に係る芳香族化合物と、を含む塗布液を調製し、この塗布液を塗布することによりi層を形成することができる。別の方法として、本発明に係るp型半導体化合物を含むp型半導体層と、本発明に係るフラーレン化合物を含むn型半導体層と、を含む塗布液を塗布してi層を形成した後に、本発明に係る芳香族化合物の蒸気中にi層を暴露することにより、i層に本発明に係る芳香族化合物を添加することもできる。   The i layer can be formed by any method including a coating method and a vapor deposition method (for example, a co-evaporation method). However, it is preferable to use the coating method because the i layer can be formed more easily. That is, a coating liquid containing a p-type semiconductor layer containing a p-type semiconductor compound according to the present invention, an n-type semiconductor layer containing a fullerene compound according to the present invention, and an aromatic compound according to the present invention is prepared. The i layer can be formed by applying a coating solution. As another method, after forming an i layer by applying a coating liquid containing a p-type semiconductor layer containing a p-type semiconductor compound according to the present invention and an n-type semiconductor layer containing a fullerene compound according to the present invention, The aromatic compound according to the present invention can be added to the i layer by exposing the i layer to the vapor of the aromatic compound according to the present invention.

本発明に係るp型半導体化合物及び本発明に係るフラーレン化合物を含む塗布液は、p型半導体化合物を含む溶液とフラーレン化合物を含む溶液をそれぞれ調製後混合して作製してもよく、後述する溶媒にp型半導体化合物及びフラーレン化合物を溶解して作製してもよい。塗布方法としては任意の方法を用いることができ、例えばスロットダイ法又はスピンコーティング法等を用いることができる。   The coating liquid containing the p-type semiconductor compound according to the present invention and the fullerene compound according to the present invention may be prepared by preparing and mixing a solution containing the p-type semiconductor compound and a solution containing the fullerene compound, respectively. Alternatively, a p-type semiconductor compound and a fullerene compound may be dissolved in the solution. As an application method, any method can be used. For example, a slot die method or a spin coating method can be used.

上述の、p型半導体化合物を含む塗布液、n型半導体化合物を含む塗布液、及びp型半導体化合物とn型半導体化合物とを含む塗布液の溶媒としては、p型半導体化合物及び/又はn型半導体化合物を均一に溶解できるものであれば特に限定されない。例えば、本発明に係る芳香族化合物を溶媒として用いることもできるし、本発明に係る芳香族化合物と他の溶媒との混合物を溶媒として用いることもできる。本発明に係る芳香族化合物と他の溶媒との混合物を溶媒として用いる場合、本発明に係る芳香族化合物が溶媒に占める割合は、通常0.1重量%以上、好ましくは5重量%以上である。一方、通常99重量%以下、好ましくは50重量%以下である。   Examples of the solvent for the coating solution containing the p-type semiconductor compound, the coating solution containing the n-type semiconductor compound, and the coating solution containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound include p-type semiconductor compounds and / or n-type. There is no particular limitation as long as it can dissolve the semiconductor compound uniformly. For example, the aromatic compound according to the present invention can be used as a solvent, and a mixture of the aromatic compound according to the present invention and another solvent can also be used as a solvent. When a mixture of the aromatic compound according to the present invention and another solvent is used as a solvent, the ratio of the aromatic compound according to the present invention to the solvent is usually 0.1% by weight or more, preferably 5% by weight or more. . On the other hand, it is usually 99% by weight or less, preferably 50% by weight or less.

p型半導体化合物及び/又はn型半導体化合物を均一に溶解できる溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン若しくはデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;メタノール、エタノール若しくはプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の脂肪族ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル若しくは乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類;又は、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。   Examples of the solvent capable of uniformly dissolving the p-type semiconductor compound and / or the n-type semiconductor compound include aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane; toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, Aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene or orthodichlorobenzene; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; Aliphatic ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; ethyl acetate, butyl acetate or Esters such as methyl acid; halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane; or amides such as dimethylformamide or dimethylacetamide .

特に、フラーレン化合物は比較的溶解度が低いことが多いため、本発明に係るフラーレン化合物の溶解度が高い溶媒を選択する事が好ましい。溶解性の好適な範囲をあげると、25℃でのフラーレン化合物の溶解度は、通常0.1重量%以上、好ましくは0.4重量%以上、より好ましくは0.7重量%以上である。フラーレン化合物の溶解度が0.1重量%以上であることで、フラーレン化合物の分散安定性が増加し、凝集、沈降、分離等を起こりにくくなるため好ましい。   In particular, since fullerene compounds often have relatively low solubility, it is preferable to select a solvent having high solubility of the fullerene compound according to the present invention. When the preferable range of the solubility is raised, the solubility of the fullerene compound at 25 ° C. is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.4% by weight or more, more preferably 0.7% by weight or more. It is preferable that the solubility of the fullerene compound is 0.1% by weight or more because the dispersion stability of the fullerene compound is increased and aggregation, sedimentation, separation, and the like are less likely to occur.

[1.1.2 本発明に係る芳香族化合物]
本発明に係る芳香族化合物の沸点は、標準状態(1気圧、25℃)において140℃以上、好ましくは160℃以上、より好ましくは180℃以上である。一方、330℃以下、好ましくは300℃以下、より好ましくは250℃以下である。本発明に係る芳香族化合物の沸点が上記範囲にあることは、活性層からの揮発が防がれうる点で好ましい。
[1.1.2 Aromatic Compound According to the Present Invention]
The boiling point of the aromatic compound according to the present invention is 140 ° C. or higher, preferably 160 ° C. or higher, more preferably 180 ° C. or higher in the standard state (1 atm, 25 ° C.). On the other hand, it is 330 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable that the boiling point of the aromatic compound according to the present invention is in the above range in that volatilization from the active layer can be prevented.

本発明に係る芳香族化合物に対する該フラーレン化合物の溶解度は、25℃において1.0重量%以上、好ましくは1.5重量%以上、より好ましくは2.0重量%以上である。一方、上限に特段の制限はないが、通常20重量%以下、好ましくは10重量%以下である。本発明に係る芳香族化合物に対するフラーレン化合物の溶解度が25℃において上記範囲にあることは、活性層中でのフラーレン化合物の分散安定性が向上し、凝集、分離等が起こりにくくなりうる点で好ましい。   The solubility of the fullerene compound in the aromatic compound according to the present invention is 1.0% by weight or more, preferably 1.5% by weight or more, more preferably 2.0% by weight or more at 25 ° C. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is usually 20% by weight or less, preferably 10% by weight or less. It is preferable that the solubility of the fullerene compound in the aromatic compound according to the present invention is in the above range at 25 ° C. in that the dispersion stability of the fullerene compound in the active layer is improved and aggregation, separation, and the like are less likely to occur. .

溶解度は、具体的には、以下のように測定することができる。本発明に係るフラーレン化合物の粉末と本発明に係る芳香族化合物とを40℃において混合する。この時用いる芳香族化合物の量は、40℃においてフラーレン化合物が溶解していることが確認できる最少量とする。その後、25℃に冷却して化合物の析出が無いことを確認し、この時の溶液の濃度を溶解度とする。25℃で析出が見られる場合は、溶解するまでさらに芳香族化合物を加え、最終的に溶解が確認できた時点の溶液の濃度を溶解度とする。   Specifically, the solubility can be measured as follows. The powder of the fullerene compound according to the present invention and the aromatic compound according to the present invention are mixed at 40 ° C. The amount of the aromatic compound used at this time is the minimum amount at which it can be confirmed that the fullerene compound is dissolved at 40 ° C. Then, it cools to 25 degreeC, confirms that there is no precipitation of a compound, and makes the density | concentration of the solution at this time solubility. When precipitation is observed at 25 ° C., an aromatic compound is further added until dissolution, and the concentration of the solution at the time when dissolution is finally confirmed is taken as solubility.

活性層内での本発明に係る芳香族化合物の濃度は、0.2mg/cm以上であり、好ましくは0.3mg/cm以上である。一方、20mg/cm以下であり、好ましくは10mg/cm以下であり、より好ましくは5mg/cm以下である。本発明に係る芳香族化合物の濃度を0.2mg/cm以上にすることで、活性層内の相分離と相形態を安定化させ、高効率な光電変換素子を作製することが可能となる。本発明に係る芳香族化合物の濃度を20mg/cm以下にすることで、本発明に係る芳香族化合物の蒸発により生じる上部電極への不具合を防ぐことができる。 The concentration of the aromatic compound according to the present invention in the active layer is 0.2 mg / cm 3 or more, preferably 0.3 mg / cm 3 or more. On the other hand, it is 20 mg / cm 3 or less, preferably 10 mg / cm 3 or less, more preferably 5 mg / cm 3 or less. By setting the concentration of the aromatic compound according to the present invention to 0.2 mg / cm 3 or more, it becomes possible to stabilize the phase separation and phase morphology in the active layer and to produce a highly efficient photoelectric conversion element. . By setting the concentration of the aromatic compound according to the present invention to 20 mg / cm 3 or less, problems with the upper electrode caused by evaporation of the aromatic compound according to the present invention can be prevented.

活性層内での本発明に係る芳香族化合物の濃度は、以下のように測定することができる。すなわち、活性層を剥き出しにした状態の素子を適当な大きさに切り取り、アセトンのような溶媒を用いて本発明に係る芳香族化合物を抽出する。そして、遠心分離後の上澄み液について、ガスクロマトグラフィー(GC)を用いて、ガスクロマトグラフィー(GC)では感度が低い場合には質量分析器を用いて、絶対検量線法により本発明に係る芳香族化合物を定量する。最終的に、本発明に係る芳香族化合物残存量を活性層膜1cmあたりの重量として算出する。 The concentration of the aromatic compound according to the present invention in the active layer can be measured as follows. That is, the element with the active layer exposed is cut to an appropriate size, and the aromatic compound according to the present invention is extracted using a solvent such as acetone. Then, the supernatant liquid after centrifugation is analyzed by gas chromatography (GC), and when the sensitivity in gas chromatography (GC) is low, a mass spectrometer is used to analyze the fragrance according to the present invention using an absolute calibration curve method. Quantify group compounds. Finally, the remaining amount of the aromatic compound according to the present invention is calculated as the weight per 1 cm 3 of the active layer film.

本発明に係る芳香族化合物の活性層中での濃度を制御する方法としては、以下の方法が挙げられる。例えば、活性層を塗布法により形成する場合、塗布後の乾燥条件により、本発明に係る芳香族化合物の濃度を制御することができる。乾燥条件としては、温度、雰囲気、真空度、風量、等が挙げられる。   Examples of the method for controlling the concentration of the aromatic compound in the active layer according to the present invention include the following methods. For example, when the active layer is formed by a coating method, the concentration of the aromatic compound according to the present invention can be controlled by the drying conditions after coating. Examples of drying conditions include temperature, atmosphere, degree of vacuum, and air volume.

具体的な例として、塗布法によりi層を形成した場合について説明する。窒素雰囲気下で乾燥を行う場合、加熱時の温度は、通常50℃以上であり、好ましくは80℃以上であり、より好ましくは100℃以上であり、一方通常170℃以下であり、好ましくは145℃以下である。また、加熱時間は、通常1分以上であり、好ましくは5分以上であり、一方通常25分以下であり、好ましくは15分以下である。具体的な加熱手段としては、ホットプレート、オーブン、ドライヤー等が挙げられる。本発明に係るp型半導体化合物は比較的バンドギャップが狭く、通常は耐熱性が低い。しかしながら塗布液に本発明に係る芳香族化合物が含まれている場合、比較的高い温度で加熱乾燥を行いうる。これは、塗布液中の本発明に係る芳香族化合物により、本発明に係るフラーレン化合物及び本発明に係るp型半導体化合物の分散安定性が向上し、凝集や分離等を起こしにくくなるためであるものと考えられる。   As a specific example, a case where the i layer is formed by a coating method will be described. When drying in a nitrogen atmosphere, the temperature during heating is usually 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and usually 170 ° C. or lower, preferably 145 It is below ℃. Also, the heating time is usually 1 minute or more, preferably 5 minutes or more, while usually 25 minutes or less, preferably 15 minutes or less. Specific heating means include a hot plate, an oven, and a dryer. The p-type semiconductor compound according to the present invention has a relatively narrow band gap and usually has low heat resistance. However, when the coating liquid contains the aromatic compound according to the present invention, heat drying can be performed at a relatively high temperature. This is because the aromatic compound according to the present invention in the coating solution improves the dispersion stability of the fullerene compound according to the present invention and the p-type semiconductor compound according to the present invention and makes it difficult to cause aggregation, separation, and the like. It is considered a thing.

また、真空下で乾燥を行う場合、圧力は通常10−8MPa以上、好ましくは10−7MPa以上であり、一方通常0.1MPa以下であり、好ましくは0.01MPa以下である。真空乾燥の時間は、通常1分以上、好ましくは10分以上であり、一方通常20時間以下、好ましくは10時間以下である。具体的な真空乾燥の装置としては、ロータリーポンプ式、クライオポンプ式等が挙げられる。 When drying is performed under vacuum, the pressure is usually 10 −8 MPa or more, preferably 10 −7 MPa or more, and usually 0.1 MPa or less, preferably 0.01 MPa or less. The time for vacuum drying is usually 1 minute or more, preferably 10 minutes or more, while it is usually 20 hours or less, preferably 10 hours or less. Specific examples of the vacuum drying apparatus include a rotary pump type and a cryopump type.

別の方法として、上述のように、本発明に係る芳香族化合物の蒸気中にi層を暴露することにより、i層に本発明に係る芳香族化合物を添加することもできる。この場合、暴露時間は通常1分以上、好ましくは5分以上であり、一方通常120分以下、好ましくは60分以下である。   As another method, as described above, the aromatic compound according to the present invention can be added to the i layer by exposing the i layer to the vapor of the aromatic compound according to the present invention. In this case, the exposure time is usually 1 minute or longer, preferably 5 minutes or longer, while usually 120 minutes or shorter, preferably 60 minutes or shorter.

さらなる方法として、活性層を塗布法により形成する場合には、本発明に係る芳香族化合物の塗布液中での濃度を制御することにより、本発明に係る芳香族化合物の活性層中での濃度を制御することもできる。例えば、本発明に係る芳香族化合物の塗布液中での濃度を低くすることにより、本発明に係る芳香族化合物の活性層中での濃度を低くすることができる。   As a further method, when the active layer is formed by a coating method, the concentration of the aromatic compound according to the present invention in the active layer is controlled by controlling the concentration of the aromatic compound according to the present invention in the coating solution. Can also be controlled. For example, by reducing the concentration of the aromatic compound according to the present invention in the coating solution, the concentration of the aromatic compound according to the present invention in the active layer can be decreased.

本発明に係る芳香族化合物としては、上記の条件を満たすものであれば特に制限はないが、具体的な例としては、芳香族炭化水素化合物及び芳香族複素環化合物が挙げられる。本発明に係る芳香族化合物の炭素数は、通常2以上、好ましくは3以上、より好ましくは6以上である。一方、通常20以下、好ましくは15以下、より好ましくは12以下である。   The aromatic compound according to the present invention is not particularly limited as long as the above-described conditions are satisfied, but specific examples include aromatic hydrocarbon compounds and aromatic heterocyclic compounds. The carbon number of the aromatic compound according to the present invention is usually 2 or more, preferably 3 or more, more preferably 6 or more. On the other hand, it is usually 20 or less, preferably 15 or less, more preferably 12 or less.

芳香族炭化水素化合物としては、オルトジクロロベンゼン等のハロゲン性芳香族炭化水素化合物;メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、1,2,3,5−テトラメチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン又はテトラリン等の非ハロゲン性芳香族炭化水素化合物;等が挙げられる。   Examples of the aromatic hydrocarbon compound include halogenated aromatic hydrocarbon compounds such as orthodichlorobenzene; mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene, 1,2,3,5-tetramethylbenzene, cyclohexylbenzene, tetralin and the like. Non-halogen aromatic hydrocarbon compounds; and the like.

芳香族複素環化合物としては、2,5−ジメチルピロール等のピロール誘導体;3−ブチルチオフェン、3−ヘキシルチオフェン等のチオフェン誘導体;2−ブチルフラン等のフラン誘導体;2,6−ジメチルピリジン等のピリジン誘導体等が挙げられる。   Examples of aromatic heterocyclic compounds include pyrrole derivatives such as 2,5-dimethylpyrrole; thiophene derivatives such as 3-butylthiophene and 3-hexylthiophene; furan derivatives such as 2-butylfuran; 2,6-dimethylpyridine and the like. Examples thereof include pyridine derivatives.

なかでも、メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、1,2,3,5−テトラメチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン等の非ハロゲン性芳香族炭化水素化合物が、熱安定性の点で好ましい。   Of these, non-halogen aromatic hydrocarbon compounds such as mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene, 1,2,3,5-tetramethylbenzene, cyclohexylbenzene, and tetralin are preferable from the viewpoint of thermal stability.

さらに、半導体化合物との高い相互作用と、半導体化合物の溶解性とを両立するために、本発明に係る芳香族炭化水素化合物は、芳香族環と脂肪族炭化水素基との双方を有していることが好ましい。例えば、本発明に係る芳香族炭化水素化合物は、炭素数1以上6以下のアルキル基を2つ以上有する、ベンゼン又は縮合多環炭化水素であることが好ましい。ここで、2つ以上のアルキル基は互いに結合していてもよい。より好ましくは、炭素数1以上6以下のアルキル基を2つ以上有するベンゼンである。   Furthermore, in order to achieve both high interaction with the semiconductor compound and solubility of the semiconductor compound, the aromatic hydrocarbon compound according to the present invention has both an aromatic ring and an aliphatic hydrocarbon group. Preferably it is. For example, the aromatic hydrocarbon compound according to the present invention is preferably benzene or condensed polycyclic hydrocarbon having two or more alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms. Here, two or more alkyl groups may be bonded to each other. More preferred is benzene having two or more alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms.

本発明に係る芳香族化合物は、2種類以上の芳香族化合物の混合物であってもよい。   The aromatic compound according to the present invention may be a mixture of two or more aromatic compounds.

本発明に係る芳香族化合物の粘度は、特段の制限はないが、標準状態(25℃、1気圧)において、通常0.8cP以上、好ましくは1.0cP以上である。一方、通常20cP以下、好ましくは10cP以下である。本発明に係る芳香族化合物の粘度が上記範囲にあることは、活性層103に隣接する層に対して本発明に係る芳香族化合物が悪影響を与えにくい点で好ましい。本発明に係る芳香族化合物の粘度は、公知文献(Macromolecules(2009),42(13),4661−4666.)に記載されている方法で測定できる。   The viscosity of the aromatic compound according to the present invention is not particularly limited, but is usually 0.8 cP or more, preferably 1.0 cP or more in the standard state (25 ° C., 1 atm). On the other hand, it is usually 20 cP or less, preferably 10 cP or less. It is preferable that the viscosity of the aromatic compound according to the present invention is in the above-mentioned range because the aromatic compound according to the present invention does not adversely affect the layer adjacent to the active layer 103. The viscosity of the aromatic compound according to the present invention can be measured by a method described in known literature (Macromolecules (2009), 42 (13), 4661-4666.).

<1.2 p型半導体化合物>
活性層103は、1.0eV以上1.8eV以下のエネルギーバンドギャップを有する高分子p型半導体化合物(本発明に係るp型半導体化合物)を含む。本発明に係るp型半導体化合物は既存のp型半導体化合物よりも比較的エネルギーバンドギャップが狭いことから、本発明に係るp型半導体化合物のことをローバンドギャップポリマーと呼ぶ。
<1.2 p-type semiconductor compound>
The active layer 103 includes a polymer p-type semiconductor compound (p-type semiconductor compound according to the present invention) having an energy band gap of 1.0 eV or more and 1.8 eV or less. Since the p-type semiconductor compound according to the present invention has a relatively narrow energy band gap as compared with existing p-type semiconductor compounds, the p-type semiconductor compound according to the present invention is referred to as a low band gap polymer.

高分子p型半導体化合物を含有する塗布液の粘性は比較的高いため、本発明に係るp型半導体化合物を含む活性層は、スロットダイ法又はスピンコーティング法等の塗布法によって作製することが容易である点で、本発明に係るp型半導体化合物が高分子p型半導体化合物であることは好ましい。特に、活性層103がバルクヘテロ型活性層である場合には、本発明に係るp型半導体化合物が高分子p型半導体化合物であることは、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが相分離した構造を得やすいために好ましい。以下で、活性層103が含む高分子p型半導体化合物について説明する。   Since the viscosity of the coating solution containing the polymer p-type semiconductor compound is relatively high, the active layer containing the p-type semiconductor compound according to the present invention can be easily produced by a coating method such as a slot die method or a spin coating method. Therefore, it is preferable that the p-type semiconductor compound according to the present invention is a polymer p-type semiconductor compound. In particular, when the active layer 103 is a bulk hetero active layer, the p-type semiconductor compound according to the present invention is a high molecular p-type semiconductor compound. This indicates that the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound are phase-separated. This is preferable because the structure is easy to obtain. Hereinafter, the polymer p-type semiconductor compound included in the active layer 103 will be described.

p型半導体化合物のエネルギーバンドギャップは、励起子を生成するために必要となる最低のエネルギーのことを指す。本発明に係るp型半導体化合物のエネルギーバンドギャップは1.0eV以上であり、好ましくは1.1eV以上、より好ましくは1.2eV以上であり、一方、1.8eV以下であり、好ましくは1.7eV以下である。エネルギーバンドギャップが広いことは、開放電圧Vocが高くなる傾向がある点で好ましい。また、エネルギーバンドギャップが狭いことは、吸収できる波長領域が増え、短絡電流密度Jscが高くなる傾向がある点で好ましい。   The energy band gap of a p-type semiconductor compound refers to the lowest energy required to generate excitons. The energy band gap of the p-type semiconductor compound according to the present invention is 1.0 eV or more, preferably 1.1 eV or more, more preferably 1.2 eV or more, while 1.8 eV or less, preferably 1. 7 eV or less. A wide energy band gap is preferable in that the open circuit voltage Voc tends to increase. Moreover, a narrow energy band gap is preferable in that the wavelength region that can be absorbed increases and the short-circuit current density Jsc tends to increase.

本発明に係るp型半導体化合物は、n型半導体化合物であるフラーレン化合物と共に用いることが、変換効率の点で好ましい。これは、本発明に係るp型半導体化合物のエネルギーバンドギャップが比較的狭いため、LUMOエネルギー準位も低くなり、フラーレン化合物との電荷移動が円滑に進むためと考えられる。   The p-type semiconductor compound according to the present invention is preferably used together with the fullerene compound which is an n-type semiconductor compound in terms of conversion efficiency. This is presumably because the energy band gap of the p-type semiconductor compound according to the present invention is relatively narrow, the LUMO energy level is also low, and charge transfer with the fullerene compound proceeds smoothly.

本明細書においてp型半導体化合物のエネルギーバンドギャップは、p型半導体化合物の薄膜紫外可視吸収スペクトル(UV−visスペクトル)の吸収端から決定するものとする。具体的には、光エネルギーhνに対して(ahν)1/2をプロットし、吸収端近傍における直線領域の外挿線とベースラインとの交点をエネルギーバンドギャップとする。ここでaは吸光度、hはプランク定数、νは光の振動数である。 In this specification, the energy band gap of a p-type semiconductor compound shall be determined from the absorption edge of the thin film ultraviolet visible absorption spectrum (UV-vis spectrum) of a p-type semiconductor compound. Specifically, (ahν) 1/2 is plotted against the light energy hν, and the intersection of the extrapolated line of the linear region near the absorption edge and the base line is defined as the energy band gap. Here, a is absorbance, h is Planck's constant, and ν is light frequency.

p型半導体化合物の薄膜紫外可視吸収スペクトルは、公知文献(Adv.Funct.Mater.2009,19,1913−1921)に記載の方法に従って測定することができる。具体的にはガラス基板上に、塗布法又は蒸着法でp型半導体化合物の薄膜を成膜し、この薄膜に紫外−可視光を透過させて得た紫外可視吸収スペクトルを測定する。紫外可視吸収スペクトルは、例えば、分光光度計(オーシャンオプティクス社製、USB2000)を使用して測定することができる。   The thin film ultraviolet visible absorption spectrum of the p-type semiconductor compound can be measured according to a method described in a known document (Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1913-1921). Specifically, a thin film of a p-type semiconductor compound is formed on a glass substrate by a coating method or a vapor deposition method, and an ultraviolet-visible absorption spectrum obtained by transmitting ultraviolet-visible light through the thin film is measured. The ultraviolet-visible absorption spectrum can be measured using, for example, a spectrophotometer (Ocean Optics, USB2000).

本発明に係るp型半導体化合物は、薄膜紫外可視吸収スペクトルにおいて、400nm以上1000nm以下の波長範囲における吸収極大波長が、600nm以上1000nm以下にあることが好ましい。吸収極大波長がこの範囲にあることは、本発明に係るp型半導体化合物がより長波長の光を吸収することができることを意味し、本発明に係るp型半導体化合物を用いた光電変換素子の変換効率が向上することが期待される。   The p-type semiconductor compound according to the present invention preferably has an absorption maximum wavelength in the wavelength range of 400 nm to 1000 nm in the thin film ultraviolet-visible absorption spectrum of 600 nm to 1000 nm. The absorption maximum wavelength being in this range means that the p-type semiconductor compound according to the present invention can absorb light having a longer wavelength, and the photoelectric conversion element using the p-type semiconductor compound according to the present invention. The conversion efficiency is expected to improve.

本発明に係るp型半導体化合物のHOMOエネルギー準位は、通常−6.0eV以上、好ましくは−5.7eV以上、より好ましくは−5.5eV以上である。一方、通常−4.4eV以下、好ましくは−4.6eV以下、より好ましくは−5.0eV以下、特に好ましくは−5.2eV以下である。p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位がこの範囲にあることは、光電変換素子の開放電圧が向上し光電変換効率が向上しうる点、及び大気に対し安定になりうる点で好ましい。   The HOMO energy level of the p-type semiconductor compound according to the present invention is usually −6.0 eV or higher, preferably −5.7 eV or higher, more preferably −5.5 eV or higher. On the other hand, it is usually −4.4 eV or less, preferably −4.6 eV or less, more preferably −5.0 eV or less, and particularly preferably −5.2 eV or less. It is preferable that the HOMO energy level of the p-type semiconductor compound be in this range from the viewpoint that the open-circuit voltage of the photoelectric conversion element can be improved and the photoelectric conversion efficiency can be improved, and that it can be stable to the atmosphere.

本発明に係るp型半導体化合物のLUMOエネルギー準位は、通常−4.0eV以上、好ましくは−3.9eV以上である。一方、通常−3.3eV以下、好ましくは−3.5eV以下である。p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位が−3.3eV以下であることにより、エネルギーバンドギャップが調整され長波長の光エネルギーを有効に吸収することができ、短絡電流密度が向上しうる。p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位が−4.0eV以上であることにより、n型半導体への電子移動が起こりやすくなり短絡電流密度が向上しうる。   The LUMO energy level of the p-type semiconductor compound according to the present invention is usually −4.0 eV or more, preferably −3.9 eV or more. On the other hand, it is usually −3.3 eV or less, preferably −3.5 eV or less. When the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is −3.3 eV or less, the energy band gap is adjusted, and light energy having a long wavelength can be effectively absorbed, and the short-circuit current density can be improved. When the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is −4.0 eV or more, electron transfer to the n-type semiconductor is likely to occur, and the short-circuit current density can be improved.

本明細書において、p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位及びLUMOエネルギー準位は、以下のように測定及び算出された値のことを指す。すなわち、ITO基板上に成膜したp型半導体化合物試料についてイオン化ポテンシャルを測定する。イオン化ポテンシャルは、例えばイオン化ポテンシャル測定装置(OPTEL社製、PCR−101)を用いて測定することができる。得られたイオン化ポテンシャルと、上述のように計算したエネルギーバンドギャップとから、下記計算式(b1)、(b2)に従ってLUMOエネルギー準位及びHOMOエネルギー準位を算出する。
LUMOエネルギー準位(eV)=
−(イオン化ポテンシャル(eV)−エネルギーバンドギャップ(eV))…(b1)
HOMOエネルギー準位(eV)=−(イオン化ポテンシャル(eV)) …(b2)
In this specification, the HOMO energy level and the LUMO energy level of a p-type semiconductor compound refer to values measured and calculated as follows. That is, the ionization potential is measured for the p-type semiconductor compound sample formed on the ITO substrate. The ionization potential can be measured using, for example, an ionization potential measuring device (manufactured by OPTEL, PCR-101). From the obtained ionization potential and the energy band gap calculated as described above, the LUMO energy level and the HOMO energy level are calculated according to the following formulas (b1) and (b2).
LUMO energy level (eV) =
-(Ionization potential (eV) -energy band gap (eV)) (b1)
HOMO energy level (eV) = − (ionization potential (eV)) (b2)

本発明に係るp型半導体化合物は、エネルギーバンドギャップが1.0eV以上1.8eV以下の高分子p型半導体化合物であれば特に限定されないが、具体的には、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体ポリマー、例えばNature Material,(2006)vol.5,p.328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、国際公開第2008/000664号に記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv Mater,2007,p.4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体、Nature Mat.vol.6(2007),p.497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、国際公開第2011/028827号に記載のイミドチオフェンを含む共重合体、国際公報第2011/011545号に記載のチエノチオフェンとベンゾジチオフェンの共重合体等が挙げられる。また、これらポリマーの誘導体や、ここに挙げたモノマーの組み合わせで合成し得るポリマーも同様に用いることができる。これらポリマーやモノマーの置換基は、溶解性、結晶性、成膜性、HOMOレベル、LUMOレベル等を制御するために適宜選択しうる。   The p-type semiconductor compound according to the present invention is not particularly limited as long as it is a polymer p-type semiconductor compound having an energy band gap of 1.0 eV or more and 1.8 eV or less, but specifically, two or more types of monomer units are shared. Polymerized semiconducting polymers, eg, Nature Material, (2006) vol. 5, p. 328, a polythiophene-thienothiophene copolymer described in WO 2008/000664, a polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO 2008/000664, Adv Mater, 2007, p. 4160, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer, Nature Mat. vol. 6 (2007), p. 497, a polythiophene copolymer such as PCPDTBT, a copolymer containing imidothiophene described in International Publication No. 2011/028827, a copolymer of thienothiophene and benzodithiophene described in International Publication No. 2011/011545 A polymer etc. are mentioned. In addition, derivatives of these polymers and polymers that can be synthesized by combinations of the monomers listed here can also be used. These polymer and monomer substituents can be selected as appropriate in order to control solubility, crystallinity, film formability, HOMO level, LUMO level, and the like.

[1.2.1 コポリマー]
本発明に係るp型半導体化合物は、下記式(1A)で表される繰り返し単位と式(1B)で表される繰り返し単位とを含むコポリマーであることが好ましい。このようなコポリマーは、溶解性と結晶性とをバランスよく有する点で好ましい。またこのようなコポリマーは、より長波長の光を吸収でき、かつ光吸収性が高い点で好ましい。
[1.2.1 Copolymer]
The p-type semiconductor compound according to the present invention is preferably a copolymer containing a repeating unit represented by the following formula (1A) and a repeating unit represented by the formula (1B). Such a copolymer is preferable in that it has a good balance between solubility and crystallinity. Such a copolymer is preferable in that it can absorb light having a longer wavelength and has high light absorption.

[1.2.1.1 式(1A)で表される繰り返し単位]

Figure 2013187501
[1.2.1.1 Repeating unit represented by formula (1A)]
Figure 2013187501

式(1A)中、Rはヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。Rの例としては、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよい芳香族基が挙げられる。Rをこれらの基とすることは、コポリマーの有機溶媒への溶解性が優れたものとなりやすく、塗布成膜プロセスにおいて有利となり得るために好ましい。さらに好ましくは、Rは置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。アルキル基は、直鎖状、分岐状又は環状のいずれでもよいが、直鎖状又は分岐状のアルキル基が好ましい。直鎖状のアルキル基はポリマーの結晶性が向上しうるために移動度が大きくなりうる点で好ましく、分岐状のアルキル基はポリマーの溶解性が向上しうる点で好ましい。これらの観点から、アルキル基としてより好ましくは炭素数1以上12以下のアルキル基であり、特に好ましくは炭素数4以上12以下のアルキルである。また、Rが置換基を有していてもよい芳香族基であることは、コポリマーがより長波長の光を吸収しうる点、及び、ポリマーの結晶性が向上しうるために移動度が大きくなりうる点で好ましい。 In formula (1A), R 1 represents a hydrocarbon group which may have a hetero atom. Examples of R 1 include an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, or an aromatic group which may have a substituent. It is preferable to use R 1 as these groups because the copolymer tends to have excellent solubility in an organic solvent and can be advantageous in a coating film forming process. More preferably, R 1 is an alkyl group which may have a substituent or an aromatic group which may have a substituent. The alkyl group may be linear, branched or cyclic, but is preferably a linear or branched alkyl group. A linear alkyl group is preferable in that the crystallinity of the polymer can be improved, so that mobility can be increased, and a branched alkyl group is preferable in that the solubility of the polymer can be improved. From these viewpoints, the alkyl group is more preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and particularly preferably an alkyl group having 4 to 12 carbon atoms. In addition, R 1 is an aromatic group which may have a substituent. This indicates that the copolymer can absorb light having a longer wavelength, and the crystallinity of the polymer can be improved, so that mobility is increased. This is preferable in that it can be increased.

本明細書において、「有していてもよい」置換基としては、式(1A)で表される繰り返し単位と式(1B)で表される繰り返し単位とを含むコポリマーが導電性を有する限り特に限定はないが、好ましくはハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、カルバモイル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、シリル基、ボリル基、シアノ基、ニトロ基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、又は芳香族基等が挙げられる。隣接する置換基同士は、連結して環を形成していてもよい。   In the present specification, as the substituent that may be included, as long as the copolymer including the repeating unit represented by the formula (1A) and the repeating unit represented by the formula (1B) has conductivity, Although there is no limitation, preferably a halogen atom, hydroxyl group, cyano group, amino group, carboxyl group, carbamoyl group, acyl group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, alkylsulfonyl group, arylsulfonyl group, silyl group, boryl group, Examples include a cyano group, a nitro group, a nitrile group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, or an aromatic group. Adjacent substituents may be linked to form a ring.

アルキル基の炭素数は、通常1以上、好ましくは3以上、より好ましくは4以上、特に好ましくは6以上であり、一方、通常30以下、好ましくは25以下、より好ましくは20以下である。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、3−メチルブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘプチル基、オクチル基、シクロオクチル基、ノニル基、シクロノニル基、デシル基、シクロデシル基、ラウリル基、シクロラウリル基、又は1−(2−エチル)ヘキシル−3−エチルへプチル基等が挙げられる。   The carbon number of the alkyl group is usually 1 or more, preferably 3 or more, more preferably 4 or more, particularly preferably 6 or more, and usually 30 or less, preferably 25 or less, more preferably 20 or less. Examples of the alkyl group include a methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, cyclopropyl group, n-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, 3-methylbutyl group, cyclobutyl group, Pentyl group, cyclopentyl group, hexyl group, 2-ethylhexyl group, cyclohexyl group, heptyl group, cycloheptyl group, octyl group, cyclooctyl group, nonyl group, cyclononyl group, decyl group, cyclodecyl group, lauryl group, cyclolauryl group, Alternatively, 1- (2-ethyl) hexyl-3-ethylheptyl group and the like can be mentioned.

なかでも、n−プロピル基、iso−プロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、3−メチルブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘプチル基、オクチル基、シクロオクチル基、ノニル基、シクロノニル基、デシル基、シクロデシル基、ラウリル基、シクロラウリル基、又は1−(2−エチル)ヘキシル−3−エチルへプチル基が好ましく、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、又は1−(2−エチル)ヘキシル−3−エチルへプチル基がより好ましい。   Among them, n-propyl group, iso-propyl group, cyclopropyl group, n-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, 3-methylbutyl group, cyclobutyl group, pentyl group, cyclopentyl group, hexyl group, 2 -Ethylhexyl group, cyclohexyl group, heptyl group, cycloheptyl group, octyl group, cyclooctyl group, nonyl group, cyclononyl group, decyl group, cyclodecyl group, lauryl group, cyclolauryl group, or 1- (2-ethyl) hexyl- A 3-ethylheptyl group is preferred, and a butyl group, pentyl group, hexyl group, 2-ethylhexyl group, nonyl group, decyl group, or 1- (2-ethyl) hexyl-3-ethylheptyl group is more preferred.

アルケニル基の炭素数は、通常2以上、好ましくは3以上、より好ましくは4以上であり、一方、通常20以下、好ましくは16以下、より好ましくは12以下、更に好ましくは10以下である。このようなアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基又はゲラニル基等が挙げられる。好ましくは、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基又はドデセニル基であり、より好ましくは、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基又はデセニル基である。   The carbon number of the alkenyl group is usually 2 or more, preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and is usually 20 or less, preferably 16 or less, more preferably 12 or less, and even more preferably 10 or less. Examples of such alkenyl groups include vinyl, propenyl, butenyl, pentenyl, hexenyl, heptenyl, octenyl, nonenyl, decenyl, undecenyl, dodecenyl, tridecenyl, tetradecenyl, pentadecenyl. Group, hexadecenyl group, heptadecenyl group, octadecenyl group, nonadecenyl group, icocenyl group or geranyl group. A propenyl group, a butenyl group, a pentenyl group, a hexenyl group, a heptenyl group, an octenyl group, a nonenyl group, a decenyl group, an undecenyl group or a dodecenyl group, more preferably a butenyl group, a pentenyl group, a hexenyl group, a heptenyl group An octenyl group, a nonenyl group or a decenyl group.

芳香族基の炭素数は、通常2以上であり、一方、通常60以下、好ましくは20以下、より好ましくは14以下である。このような芳香族基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、インダニル基、インデニル基、フルオレニル基、アントラセニル基又はアズレニル基等の芳香族炭化水素基;チエニル基、フリル基、ピリジル基、ピリミジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、トリアゾリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基又はベンゾトリアゾリル基等の芳香族複素環基;が挙げられる。なかでも、フェニル基、ナフチル基、チエニル基、ピリジル基、ピリミジル基、チアゾリル基又はオキサゾリル基が好ましい。   The carbon number of the aromatic group is usually 2 or more, and is usually 60 or less, preferably 20 or less, more preferably 14 or less. Examples of such an aromatic group include an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a naphthyl group, an indanyl group, an indenyl group, a fluorenyl group, an anthracenyl group, or an azulenyl group; a thienyl group, a furyl group, a pyridyl group, and a pyrimidyl group. , Aromatic heterocyclic groups such as thiazolyl group, oxazolyl group, triazolyl group, benzothienyl group, benzofuryl group, dibenzothienyl group, benzothiazolyl group, benzoxazolyl group or benzotriazolyl group. Of these, a phenyl group, a naphthyl group, a thienyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a thiazolyl group, or an oxazolyl group is preferable.

Aは周期表第16族元素から選ばれる原子を表す。本明細書において、周期表とは、IUPAC2005年推奨版をいう。具体的には、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子が挙げられる。なかでも、酸素原子又は硫黄原子が好ましい。酸素原子は、光電変換素子の開放電圧(Voc)が向上する点で好ましく、硫黄原子は、コポリマー同士の分子間相互作用が向上する点で好ましい。   A represents an atom selected from Group 16 elements of the Periodic Table. In this specification, the periodic table means an IUPAC 2005 recommended version. Specific examples include an oxygen atom, a sulfur atom, and a selenium atom. Of these, an oxygen atom or a sulfur atom is preferable. An oxygen atom is preferable in that the open circuit voltage (Voc) of the photoelectric conversion element is improved, and a sulfur atom is preferable in that an intermolecular interaction between the copolymers is improved.

[1.2.1.2 式(1B)で表される繰り返し単位]

Figure 2013187501
[1.2.1.2 Repeating unit represented by formula (1B)]
Figure 2013187501

式(1B)中、Qは周期表第14族元素から選ばれる原子を表す。具体的には、炭素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子又はスズ原子が挙げられる。なかでも、炭素原子、ケイ素原子又はゲルマニウム原子が好ましく、より好ましくは炭素原子又はケイ素原子である。炭素原子は、結晶性の点で好ましく、ケイ素原子は、溶解性の点で好ましい。   In formula (1B), Q represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table. Specifically, a carbon atom, a silicon atom, a germanium atom, or a tin atom is mentioned. Among these, a carbon atom, a silicon atom or a germanium atom is preferable, and a carbon atom or a silicon atom is more preferable. A carbon atom is preferable in terms of crystallinity, and a silicon atom is preferable in terms of solubility.

及びXは各々独立して、酸素原子又は硫黄原子を表す。X及びXが同一であることが好ましく、X及びXが硫黄原子であることがより好ましい。X及びXが硫黄原子であることは、共鳴エネルギーが大きくなり、主鎖共役系が広がり、より長波長の光を吸収する点で好ましい。 X 1 and X 2 each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom. X 1 and X 2 are preferably the same, and X 1 and X 2 are more preferably sulfur atoms. It is preferable that X 1 and X 2 are sulfur atoms from the viewpoint of increasing resonance energy, spreading the main chain conjugated system, and absorbing light having a longer wavelength.

〜Rは、導電性を有すれば特段の制限はないが、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基としては、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよい芳香族基を表す。アルキル基、アルケニル基、及び芳香族基としては、Rについて上述したものと同様の基を用いることができる。また、アルキル基、アルケニル基、及び芳香族基が有していてもよい置換基としては、Rについて上述したものと同様の置換基が挙げられる。また、R〜Rは隣接するもの同士で結合して環を形成していてもよい。 R 2 to R 5 are not particularly limited as long as they have conductivity, but each independently represents a hydrocarbon group which may have a hydrogen atom, a halogen atom, or a hetero atom. The hydrocarbon group which may have a hetero atom includes an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, or an aromatic which may have a substituent. Represents a group. As the alkyl group, alkenyl group, and aromatic group, the same groups as those described above for R 1 can be used. Examples of the substituent that the alkyl group, alkenyl group, and aromatic group may have include the same substituents as those described above for R 1 . R 2 to R 5 may be bonded together to form a ring.

なかでも、R及びRの少なくともひとつが置換基を有していてもよいアルキル基又は芳香族基であることが好ましく、RとRとの双方が置換基を有していてもよいアルキル基又は芳香族基であることがさらに好ましい。アルキル基が直鎖状であることは、ポリマーの結晶性が向上することにより移動度が大きくなりうる点で好ましく、アルキル基が分岐鎖状であることは、ポリマーの溶解性が向上することにより塗布プロセスによる成膜が容易となる点で好ましい。 Especially, it is preferable that at least one of R 4 and R 5 is an alkyl group or an aromatic group which may have a substituent, and both R 4 and R 5 may have a substituent. More preferably, it is a good alkyl group or aromatic group. It is preferable that the alkyl group is linear because the mobility can be increased by improving the crystallinity of the polymer, and that the alkyl group is branched is because the solubility of the polymer is improved. This is preferable in that film formation by a coating process is easy.

及びRの少なくともひとつがアルキル基であることは、コポリマーがより長波長の光を吸収しうるという点で好ましい。この観点から、R及びRの少なくともひとつが炭素数1以上20以下のアルキル基であることが好ましく、炭素数6以上20以下のアルキル基であることが特に好ましい。また、R及びRの少なくともひとつが芳香族基であることは、π電子間の相互作用により分子間の相互作用が向上するために移動度が大きくなる傾向がある点で好ましく、式(1B)で表される縮合環構造の安定性が向上する傾向がある点で好ましい。 It is preferable that at least one of R 4 and R 5 is an alkyl group in that the copolymer can absorb light having a longer wavelength. In this respect, at least one of R 4 and R 5 is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms. In addition, it is preferable that at least one of R 4 and R 5 is an aromatic group in that the mobility tends to increase because the interaction between molecules is improved by the interaction between π electrons. 1B) is preferable in that the condensed ring structure represented by 1B) tends to be improved in stability.

原子Q周辺の立体障害を大きくすることによりコポリマーの耐久性を向上させるという点からは、R及びRが、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、又は置換基を有していてもよい芳香族基であることが好ましい。 From the viewpoint of improving the durability of the copolymer by increasing the steric hindrance around the atom Q, R 4 and R 5 may have an alkyl group which may have a substituent or a substituent. It is preferably a good alkenyl group or an aromatic group which may have a substituent.

また、R及びRの少なくともひとつがハロゲン原子であると、コポリマーの耐熱性、耐候性、耐化学薬品性又は撥水・撥油性等が向上する点で好ましい。 Further, it is preferable that at least one of R 2 and R 3 is a halogen atom in terms of improving the heat resistance, weather resistance, chemical resistance, water / oil repellency, etc. of the copolymer.

(コポリマーの組成)
コポリマー中の前記式(1A)で表される繰り返し単位の比率は、特段の制限は無いが、通常1モル%以上、好ましくは5モル%以上、より好ましくは15モル%以上、さらに好ましくは30%以上である。一方、通常99モル%以下、好ましくは95モル%以下、より好ましくは85モル%以下、さらに好ましくは70%以下である。
(Composition of copolymer)
The ratio of the repeating unit represented by the formula (1A) in the copolymer is not particularly limited, but is usually 1 mol% or more, preferably 5 mol% or more, more preferably 15 mol% or more, and further preferably 30. % Or more. On the other hand, it is usually 99 mol% or less, preferably 95 mol% or less, more preferably 85 mol% or less, and still more preferably 70% or less.

コポリマー中の前記式(1B)で表される繰り返し単位の比率は、特段の制限は無いが、通常1モル%以上、好ましくは5モル%以上、より好ましくは15モル%以上、さらに好ましくは30%以上である。一方、通常99モル%以下、好ましくは95モル%以下、より好ましくは85モル%以下、さらに好ましくは70%以下である。   The ratio of the repeating unit represented by the formula (1B) in the copolymer is not particularly limited, but is usually 1 mol% or more, preferably 5 mol% or more, more preferably 15 mol% or more, and further preferably 30. % Or more. On the other hand, it is usually 99 mol% or less, preferably 95 mol% or less, more preferably 85 mol% or less, and still more preferably 70% or less.

コポリマー中の前記式(1A)で表される繰り返し単位に対する前記式(1B)で表される繰り返し単位の比は、特段の制限は無いが、通常0.01以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.5以上である。一方、通常100以下、好ましくは10以下、より好ましくは2以下である。   The ratio of the repeating unit represented by the formula (1B) to the repeating unit represented by the formula (1A) in the copolymer is not particularly limited, but is usually 0.01 or more, preferably 0.1 or more, More preferably, it is 0.5 or more. On the other hand, it is usually 100 or less, preferably 10 or less, more preferably 2 or less.

繰り返し単位(1A)及び(1B)の配列状態は、交互、ブロック及びランダムのいずれでもよい。好ましくは交互に配列しているものである。   The arrangement state of the repeating units (1A) and (1B) may be alternating, block, or random. Preferably, they are arranged alternately.

また、本発明の効果を損なわない範囲で、他の繰り返し単位を含有していてもよい。例えばチエニリル基やチザゾリル基等の芳香族複素環等が挙げられる。   Moreover, you may contain another repeating unit in the range which does not impair the effect of this invention. Examples thereof include aromatic heterocycles such as thienyl group and thizazolyl group.

以下にコポリマーの好ましい具体例を示すが、本発明に係るp半導体化合物が以下の例示に限られるものではない。C、C13、C17、及びC1225はそれぞれ、直鎖のアルキル基を表す。また、Bu、Hex及びOctはそれぞれn−ブチル基、n−ヘキシル基及びn−オクチル基を表す。本発明のコポリマーが複数の繰り返し単位を含む場合は、含まれる複数の繰り返し単位間の比率は任意である。 Although the preferable specific example of a copolymer is shown below, the p semiconductor compound which concerns on this invention is not restricted to the following illustrations. C 4 H 9, C 6 H 13, C 8 H 17, and C 12 H 25, respectively, represent a linear alkyl group. Bu, Hex, and Oct represent an n-butyl group, an n-hexyl group, and an n-octyl group, respectively. When the copolymer of the present invention includes a plurality of repeating units, the ratio between the plurality of repeating units included is arbitrary.

Figure 2013187501
Figure 2013187501

Figure 2013187501
Figure 2013187501

Figure 2013187501
Figure 2013187501

Figure 2013187501
Figure 2013187501

[1.2.1.1 コポリマーの製造方法]
式(1A)で表される繰り返し単位と式(1B)で表される繰り返し単位とを含むコポリマーの製造方法に特に限定はなく、例えば下式(2A)で表される化合物と(2B)で表される化合物とを、必要であれば適当な触媒の存在下で、重合する方法が挙げられる。
[1.2.1.1 Copolymer Production Method]
There is no particular limitation on the production method of the copolymer containing the repeating unit represented by the formula (1A) and the repeating unit represented by the formula (1B). For example, the compound represented by the following formula (2A) and (2B) The method of superposing | polymerizing the compound represented with presence of a suitable catalyst if necessary may be mentioned.

Figure 2013187501
Figure 2013187501

式(2A)及び(2B)中、R〜R、X〜X、A、及びQは上述のものと同様である。 In formulas (2A) and (2B), R 1 to R 5 , X 1 to X 2 , A, and Q are the same as those described above.

及びYは各々独立して、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、アルキルスルホ基、アリールスルホ基、アリールアルキルスルホ基、ホウ酸エステル残基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、ホウ酸残基(−B(OH))、ホルミル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。式(2A)及び(2B)で表される化合物の合成上の観点及び反応のし易さの観点から、X及びYは各々独立に、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、ホウ酸エステル残基、又はホウ酸残基(−B(OH))であることが好ましい。 Y 1 and Y 2 are each independently a halogen atom, an alkylstannyl group, an alkylsulfo group, an arylsulfo group, an arylalkylsulfo group, a boric acid ester residue, a sulfonium methyl group, a phosphonium methyl group, a phosphonate methyl group, It represents a monohalogenated methyl group, a boric acid residue (—B (OH) 2 ), a formyl group, an alkenyl group or an alkynyl group. From the viewpoints of synthesis and ease of reaction of the compounds represented by formulas (2A) and (2B), X and Y are each independently a halogen atom, an alkylstannyl group, a borate ester residue, Or it is preferable that it is a boric acid residue (-B (OH) 2 ).

(2A)及び(2B)で表される化合物の重合に用いる反応方法としては、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Yamamotoカップリング反応方法、Grignard反応方法、ヘック反応方法、園頭反応方法、FeCl等の酸化剤を用いる反応方法、電気化学的な酸化反応を用いる方法、適当な脱離基を有する中間体化合物の分解による反応方法等が挙げられる。これらの中でも、Suzuki−Miyauraカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Yamamotoカップリング反応方法、Grignard反応方法が、構造制御がしやすい点で好ましい。特に、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Grignard反応方法が、材料の入手しやすさ、反応操作の簡便さの点からも好ましい。これらの反応は、「クロスカップリング−基礎と産業応用−(CMC出版)」、「有機合成のための遷移金属触媒反応(辻二郎著:有機合成化学協会編)」、「有機合成のための触媒反応103(檜山為次郎:東京化学同人)」等の公知文献の記載の方法に従って行うことができる。 As the reaction method used for the polymerization of the compounds represented by (2A) and (2B), a Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, a Stille coupling reaction method, a Yamamoto coupling reaction method, a Grignard reaction method, a Heck reaction method, Examples include Sonogashira reaction method, reaction method using an oxidizing agent such as FeCl 3 , method using electrochemical oxidation reaction, reaction method by decomposition of an intermediate compound having an appropriate leaving group, and the like. Among these, the Suzuki-Miyaura coupling reaction method, the Stille coupling reaction method, the Yamamoto coupling reaction method, and the Grignard reaction method are preferable in terms of easy structure control. In particular, the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, the Stille coupling reaction method, and the Grignard reaction method are preferable from the viewpoint of easy availability of materials and easy reaction operation. These reactions are described in "Cross Coupling-Fundamentals and Industrial Applications (CMC Publishing)", "Transition Metal Catalyzed Reactions for Organic Synthesis (edited by Jiro Jiro: edited by Organic Synthetic Chemistry Association)", "For Organic Synthesis" The reaction can be carried out according to a method described in known literature such as “catalytic reaction 103 (Teijiro Hatakeyama: Tokyo Kagaku Dojin)”.

[1.2.2 他のp型半導体化合物]
活性層103は、本発明に係るp型半導体化合物とは別のp型半導体化合物を含有していてもよい。但し、その量は、本発明に係るp型半導体化合物の奏する効果を著しく阻害しない範囲とする。具体的には、活性層103に含まれるp型半導体化合物のうち、通常50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは90重量%以上が、本発明に係るp型半導体化合物である。
[1.2.2 Other p-type semiconductor compounds]
The active layer 103 may contain a p-type semiconductor compound different from the p-type semiconductor compound according to the present invention. However, the amount is in a range that does not significantly impair the effect of the p-type semiconductor compound according to the present invention. Specifically, among the p-type semiconductor compounds contained in the active layer 103, 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more, more preferably 90% by weight or more is the p-type semiconductor compound according to the present invention. .

活性層103が含みうる別のp型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリアニリン等の共役ポリマー半導体;アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のポリマー半導体;等の、エネルギーバンドギャップが1.8eVより大きい高分子p型半導体化合物が挙げられる。また、活性層103が含みうるさらなるp型半導体化合物の例としては、ナフタセン、ペンタセン、ピレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾチアゾール環を合計4個以上連結したもの;フタロシアニン化合物及びその金属錯体並びにテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体等の大環状化合物;等の低分子有機半導体化合物が挙げられる。例えば、活性層103が含みうる別のp型半導体化合物としては、国際公開第2011/016430号に記載の化合物が挙げられる。   Another p-type semiconductor compound that can be included in the active layer 103 is not particularly limited, but specifically, a conjugated polymer semiconductor such as polythiophene, polyfluorene, polyphenylene vinylene, polythienylene vinylene, polyacetylene, polyaniline, or the like; an alkyl group And polymer p-type semiconductor compounds having an energy band gap larger than 1.8 eV, such as polymer semiconductors such as oligothiophene substituted with other substituents. Examples of further p-type semiconductor compounds that can be included in the active layer 103 include condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene, and pyrene; oligothiophenes including four or more thiophene rings such as α-sexithiophene; Rings, benzene rings, fluorene rings, naphthalene rings, anthracene rings, thiazole rings, thiadiazole rings, benzothiazole rings in total 4 or more; phthalocyanine compounds and metal complexes thereof, and porphyrin compounds such as tetrabenzoporphyrins and metal complexes thereof And low molecular organic semiconductor compounds such as macrocyclic compounds. For example, as another p-type semiconductor compound that can be included in the active layer 103, compounds described in International Publication No. 2011/016430 can be given.

低分子有機半導体化合物を用いる場合には、国際公開第2011/016430号に記載のように、低分子有機半導体化合物前駆体を塗布後に低分子有機半導体化合物に変換することにより、低分子有機半導体化合物を含む活性層103を成膜してもよい。   When using a low molecular organic semiconductor compound, as described in International Publication No. 2011/016430, a low molecular organic semiconductor compound is converted into a low molecular organic semiconductor compound after coating a low molecular organic semiconductor compound precursor. An active layer 103 containing may be formed.

<1.3 フラーレン化合物>
活性層103は、本発明に係るフラーレン化合物を含む。活性層103は、1種類のフラーレン化合物を含んでいてもよいし、複数種のフラーレン化合物を含んでいてもよい。本発明に係るフラーレン化合物は、フラーレン又はフラーレン誘導体である。ここでフラーレンとは、閉殻構造を有する炭素クラスターであり、フラーレンの炭素数は、通常60以上130以下の偶数であれば何でもよい。フラーレンとしては、例えば、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94、C96及びこれらよりも多くの炭素を有する高次の炭素クラスター等が挙げられる。その中でも、C60又はC70が好ましい。フラーレンとしては、一部のフラーレン環上の炭素―炭素結合が切れていてもよい。又、一部の炭素原子が、他の原子に置き換えられていてもよい。さらに、金属原子、非金属原子あるいはこれらから構成される原子団をフラーレンケージ内に内包していてもよい。
<1.3 Fullerene compounds>
The active layer 103 includes the fullerene compound according to the present invention. The active layer 103 may include one type of fullerene compound or may include a plurality of types of fullerene compounds. The fullerene compound according to the present invention is fullerene or a fullerene derivative. Here, the fullerene is a carbon cluster having a closed shell structure, and the carbon number of the fullerene is not particularly limited as long as it is usually an even number of 60 or more and 130 or less. Examples of fullerenes include C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 94 , C 96 and higher carbon clusters having more carbon than these. . Among these, C60 or C70 is preferable. As fullerenes, carbon-carbon bonds on some fullerene rings may be broken. Some carbon atoms may be replaced with other atoms. Furthermore, a metal atom, a nonmetal atom, or an atomic group composed of these may be included in the fullerene cage.

フラーレン化合物は、塗布法に適用できるようにするためには、当該フラーレン化合物自体が液状で塗布可能であるか、当該フラーレン化合物が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。溶解性の好適な範囲をあげると、25℃でのトルエンに対する溶解度が、通常0.1重量%以上、好ましくは0.4重量%以上、より好ましくは0.7重量%以上である。フラーレン化合物の溶解度が0.1重量%以上であることで、フラーレン化合物の分散安定性が増加し、凝集、沈降、分離等を起こりにくくなるため好ましい。   In order for the fullerene compound to be applicable to a coating method, the fullerene compound itself may be applied in a liquid state, or the fullerene compound may be applied as a solution with high solubility in some solvent. preferable. As a preferable range of solubility, the solubility in toluene at 25 ° C. is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.4% by weight or more, more preferably 0.7% by weight or more. It is preferable that the solubility of the fullerene compound is 0.1% by weight or more because the dispersion stability of the fullerene compound is increased and aggregation, sedimentation, separation, and the like are less likely to occur.

本発明に係るフラーレン化合物は、特に、以下の一般式(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)で表される部分構造を有することが好ましい。

Figure 2013187501
In particular, the fullerene compound according to the present invention preferably has a partial structure represented by the following general formulas (n1), (n2), (n3), and (n4).
Figure 2013187501

式中、FLNはフラーレンを示す。a、b、c及びdは整数であり、a、b、c及びdの合計は通常1以上であり、一方、通常5以下であり、好ましくは3以下である。(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)中の部分構造は、フラーレン骨格中の同一の五員環又は六員環に付加される。一般式(n1)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−Rと−(CHとがそれぞれ付加している。一般式(n2)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−C(R10)(R11)−N(R12)−C(R13)(R14)−が結合して5員環を形成している。一般式(n3)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−C(R15)(R16)−C−C−C(R17)(R18)−が結合して6員環を形成している。一般式(n4)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して−C(R19)(R20)−が結合して3員環を形成している。Lは1以上8以下の整数である。Lとして好ましくは1以上4以下の整数であり、さらに好ましくは1以上2以下の整数である。 In the formula, FLN represents fullerene. a, b, c and d are integers, and the sum of a, b, c and d is usually 1 or more, and usually 5 or less, preferably 3 or less. The partial structures in (n1), (n2), (n3) and (n4) are added to the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. In the general formula (n1), —R 6 and — (CH 2 ) L are respectively added to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. In the general formula (n2), -C (R 10 ) (R 11 ) -N (R 12 ) -C with respect to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. (R 13 ) (R 14 ) — are bonded to form a 5-membered ring. In the general formula (n3), —C (R 15 ) (R 16 ) —C—C—C (R) with respect to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. 17) (R 18) - is bonded to form a 6-membered ring. In the general formula (n4), —C (R 19 ) (R 20 ) — is bonded to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton to form a 3-membered ring. Forming. L is an integer of 1 to 8. L is preferably an integer of 1 to 4, more preferably an integer of 1 to 2.

一般式(n1)中のRは置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルコキシ基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 6 in the general formula (n1) is an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. Is an aromatic group which may have

アルキル基としては、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基又はイソブチル基がより好ましく、メチル基又はエチル基が更に好ましい。   The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group or an isobutyl group, and even more preferably a methyl group or an ethyl group. .

アルコキシ基としては、炭素数1以上10以下のアルコキシ基が好ましく、炭素数1以上6以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基が特に好ましい。   The alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably a methoxy group or an ethoxy group.

芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。   The aromatic group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group. More preferred are groups or thienyl groups.

上記アルキル基、アルコキシ基及び芳香族基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子又はシリル基が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。シリル基としては、ジアリールアルキルシリル基、ジアルキルアリールシリル基、トリアリールシリル基又はトリアルキルシリル基が好ましく、ジアルキルアリールシリル基がより好ましく、ジメチルアリールシリル基がさらに好ましい。   The substituent that the alkyl group, alkoxy group and aromatic group may have is preferably a halogen atom or a silyl group. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The silyl group is preferably a diarylalkylsilyl group, a dialkylarylsilyl group, a triarylsilyl group or a trialkylsilyl group, more preferably a dialkylarylsilyl group, and even more preferably a dimethylarylsilyl group.

一般式(n1)中のR〜Rは各々独立して置換基を表し、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 7 to R 9 in the general formula (n1) each independently represent a substituent, and have a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. An aromatic group that may be used.

アルキル基としては、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基又はn−ヘキシル基が好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。   As the alkyl group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, or an n-hexyl group is preferable. . The substituent that the alkyl group may have is preferably a halogen atom. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The alkyl group substituted with a fluorine atom is preferably a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group or a perfluorobutyl group.

芳香族基は、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、フッ素原子、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のフッ化アルキル基、炭素数1以上14以下のアルコキシ基又は炭素数3以上10以下の芳香族基が好ましく、フッ素原子又は炭素数1以上14以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、n−ブトキシ基又は2−エチルヘキシルオキシ基が更に好ましい。芳香族基が置換基を有する場合、その数に限定は無いが、1以上3以下が好ましく、1がより好ましい。芳香族基が置換基を複数有する場合、その置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。   The aromatic group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group. Or a thienyl group is more preferable. Examples of the substituent that the aromatic group may have include a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, or An aromatic group having 3 to 10 carbon atoms is preferred, a fluorine atom or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms is more preferred, and a methoxy group, n-butoxy group or 2-ethylhexyloxy group is still more preferred. When the aromatic group has a substituent, the number is not limited, but is preferably 1 or more and 3 or less, and more preferably 1. When the aromatic group has a plurality of substituents, the types of the substituents may be different, but are preferably the same.

一般式(n2)中のR10〜R14は各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。アルキル基として好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ヘキシル基又はオクチル基であり、より好ましくはメチル基である。芳香族基は、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。 R 10 to R 14 in the general formula (n2) are each independently a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an optionally substituted aromatic group. It is a group. The alkyl group is preferably a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, n-hexyl group or octyl group, and more preferably a methyl group. The aromatic group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably a phenyl group or a pyridyl group, and even more preferably a phenyl group.

アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。   The substituent that the alkyl group may have is preferably a halogen atom. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The alkyl group substituted with a fluorine atom is preferably a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group or a perfluorobutyl group.

芳香族基が有していてもよい置換基としては、特に限定は無いが、好ましくはフッ素原子、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のアルコキシ基である。アルキル基にはフッ素原子が置換されていてもよい。さらに好ましくは炭素数1以上14以下のアルコキシ基であり、さらに好ましくはメトキシ基である。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは1以上3以下であり、より好ましくは1である。置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。   The substituent that the aromatic group may have is not particularly limited, but is preferably a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms. The alkyl group may be substituted with a fluorine atom. More preferably, it is an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, and more preferably a methoxy group. When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 3 or less, more preferably 1. The types of substituents may be different, but are preferably the same.

一般式(n3)中のArは、置換基を有していてもよい炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基であり、好ましくはフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基又はキノキサリル基であり、さらに好ましくはフェニル基、チエニル基又はフリル基である。有していてもよい置換基として限定は無いが、フッ素原子、塩素原子、水酸基、シアノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基で置換していてもよいアミノ基、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のアルコキシ基、炭素数2以上14以下のアルキルカルボニル基、炭素数1以上14以下のアルキルチオ基、炭素数2以上14以下のアルケニル基、炭素数2以上14以下のアルキニル基、炭素数2以上14以下のエステル基、炭素数3以上20以下のアリールカルボニル基、炭素数2以上20以下のアリールチオ基、炭素数2以上20以下のアリールオキシ基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の複素環基が好ましく、フッ素原子、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以下14以下のアルコキシ基、炭素数2以上14以下のエステル基、炭素数2以上14以下のアルキルカルボニル基又は炭素数3以上20以下のアリールカルボニル基がより好ましい。炭素数1以上14以下のアルキル基は1ないし2以上のフッ素で置換されていてもよい。 Ar 1 in the general formula (n3) is an optionally substituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, preferably A phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a furyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a quinolyl group or a quinoxalyl group, more preferably a phenyl group, a thienyl group or a furyl group. Although there is no limitation as a substituent which may have, an amino group which may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom, a hydroxyl group, a cyano group, a silyl group, a boryl group or an alkyl group, having 1 to 14 carbon atoms An alkyl group, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, an alkylcarbonyl group having 2 to 14 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 14 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 14 carbon atoms, and 2 to 14 carbon atoms An alkynyl group, an ester group having 2 to 14 carbon atoms, an arylcarbonyl group having 3 to 20 carbon atoms, an arylthio group having 2 to 20 carbon atoms, an aryloxy group having 2 to 20 carbon atoms, and 6 or more carbon atoms An aromatic hydrocarbon group having 20 or less or a heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, 1 or less carbon atoms 1 An alkoxy group, having 2 to 14 ester groups carbons, an alkyl group or having 3 to 20 arylcarbonyl group carbons of 2 to 14 carbon atoms and more preferable. The alkyl group having 1 to 14 carbon atoms may be substituted with 1 to 2 or more fluorine atoms.

炭素数1以上14以下のアルキル基としては、メチル基、エチル基又はプロピル基が好ましい。炭素数1以上14以下のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシル基が好ましい。炭素数1以上14以下のアルキルカルボニル基としては、アセチル基が好ましい。炭素数2以上14以下のエステル基としては、メチルエステル基又はn−ブチルエステル基が好ましい。炭素数3以上20以下のアリールカルボニル基としては、ベンゾイル基が好ましい。   The alkyl group having 1 to 14 carbon atoms is preferably a methyl group, an ethyl group or a propyl group. The alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms is preferably a methoxy group, an ethoxy group, or a propoxyl group. The alkylcarbonyl group having 1 to 14 carbon atoms is preferably an acetyl group. The ester group having 2 to 14 carbon atoms is preferably a methyl ester group or an n-butyl ester group. The arylcarbonyl group having 3 to 20 carbon atoms is preferably a benzoyl group.

置換基を有する場合、その数に限定は無いが、1以上4以下が好ましく、1以上3以下がより好ましい。置換基が複数の場合、その種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。   When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 4 or less, more preferably 1 or more and 3 or less. When there are a plurality of substituents, the types may be different, but are preferably the same.

一般式(n3)中のR15〜R18は各々独立して、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアルコキシ基又は置換基を有していてもよいアルキルチオ基である。R15又はR16は、R17又はR18との間のいずれか一方と環を形成していてもよい。環を形成する場合における構造は、例えば、芳香族基が縮合したビシクロ構造である一般式(n5)で示すことができる。 R 15 to R 18 in the general formula (n3) each independently have a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, or a substituent. It is an optionally substituted alkoxy group or an optionally substituted alkylthio group. R 15 or R 16 may form a ring with either of R 17 or R 18 . The structure in the case of forming a ring can be represented by, for example, the general formula (n5) which is a bicyclo structure in which an aromatic group is condensed.

Figure 2013187501
Figure 2013187501

一般式(n5)中におけるfはcと同様であり、Xは、酸素原子、硫黄原子、アミノ基、アルキレン基又はアリーレン基である。アルキレン基としては炭素数1以上2以下が好ましい。アリーレン基としては炭素数5以上12以下が好ましく、例えばフェニレン基である。アミノ基は、メチル基やエチル基等の炭素数1以上6以下のアルキル基で置換されていてもよい。アルキレン基は、メトキシ基等の炭素数1以上6以下のアルコキシ基、炭素数1以上5以下の脂肪族炭化水素基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基で置換されていてもよい。アリーレン基は、メトキシ基等の炭素数1以上6以下のアルコキシ基、炭素数1以上5以下の脂肪族炭化水素基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基で置換されていてもよい。 F in the general formula (n5) is the same as c, and X 3 is an oxygen atom, a sulfur atom, an amino group, an alkylene group or an arylene group. The alkylene group preferably has 1 to 2 carbon atoms. The arylene group preferably has 5 to 12 carbon atoms, such as a phenylene group. The amino group may be substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group or an ethyl group. The alkylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. The aromatic heterocyclic group may be substituted. The arylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. The aromatic heterocyclic group may be substituted.

式(n5)の構造として特に好ましくは、下記式(n6)又は式(n7)で表される構造である。なかでも、Arが置換基を有していてもよいフェニル基であることは特に好ましい。 The structure represented by formula (n5) is particularly preferably a structure represented by the following formula (n6) or formula (n7). Of these, Ar 1 is particularly preferably a phenyl group which may have a substituent.

Figure 2013187501
Figure 2013187501

一般式(n4)中のR19〜R20は各々独立して、水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 19 to R 20 in the general formula (n4) each independently have a hydrogen atom, an alkoxycarbonyl group, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. An aromatic group that may be used.

アルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基としては、炭素数1以上12以下のアルコキシ基又は炭素数1以上12以下のフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数1以上12以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、n−ヘキソキシ基、オクトキシ基、2−プロピルペントキシ基、2−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基又はn−ヘキソキシ基が特に好ましい。   The alkoxy group in the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group Group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, n-hexoxy group, octoxy group, 2-propylpentoxy group, 2-ethylhexoxy group, cyclohexylmethoxy group or benzyloxy group are more preferable, A methoxy group, an ethoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group or an n-hexoxy group is particularly preferable.

アルキル基としては、炭素数1以上8以下の直鎖アルキル基が好ましく、n−プロピル基がより好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基には特に限定は無いが、好ましくはアルコキシカルボニル基である。アルコキシカルボニル基のアルコキシ基としては、炭素数1以上14以下のアルコキシ基又はフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数1以上14以下の炭化水素基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、n−ヘキソキシ基、オクトキシ基、2−プロピルペントキシ基、2−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又はn−ブトキシ基が特に好ましい。   As the alkyl group, a linear alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferable, and an n-propyl group is more preferable. The substituent that the alkyl group may have is not particularly limited, but is preferably an alkoxycarbonyl group. The alkoxy group of the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group, more preferably a hydrocarbon group having 1 to 14 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group, or an n-propoxy group. , Isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, n-hexoxy group, octoxy group, 2-propylpentoxy group, 2-ethylhexoxy group, cyclohexylmethoxy group or benzyloxy group, more preferably methoxy group or n-butoxy group The group is particularly preferred.

芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基が好ましく、フェニル基又はチエニル基がさらに好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のフッ化アルキル基又は炭素数1以上14以下のアルコキシ基が好ましく、炭素数1以上14以下のアルコキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又は2−エチルヘキシルオキシ基が特に好ましい。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは1以上3以下であり、より好ましくは1である。置換基の種類は異なっていても同一でもよく、好ましくは同一である。   As the aromatic group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, and a phenyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group is preferable. More preferred are a phenyl group and a thienyl group. The substituent that the aromatic group may have is preferably an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms. An alkoxy group having a number of 1 or more and 14 or less is more preferable, and a methoxy group or 2-ethylhexyloxy group is particularly preferable. When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 3 or less, more preferably 1. The types of substituents may be different or the same, preferably the same.

一般式(n4)の構造として好ましくは、R19、R20が共にアルコキシカルボニル基であるか、R19、R20が共に芳香族基であるか又はR19が芳香族基でかつR20が3−(アルコキシカルボニル)プロピル基である。 As the structure of the general formula (n4), R 19 and R 20 are preferably both alkoxycarbonyl groups, R 19 and R 20 are both aromatic groups, or R 19 is an aromatic group and R 20 is 3- (alkoxycarbonyl) propyl group.

n型半導体化合物の最低空分子軌道(LUMO)エネルギー準位は、特に限定はされないが、例えばサイクリックボルタモグラム測定法により算出される真空準位に対する値が、通常−3.85eV以上、好ましくは−3.80eV以上である。電子供与体層(p型半導体層)から効率良く電子受容体層(n型半導体層)へと電子を移動させるためには、各電子供与体層及び電子受容体層に用いられる材料の最低空軌道(LUMO)の相対関係が重要である。具体的には、電子供与体層の材料のLUMOが、電子受容体層の材料のLUMOより所定のエネルギーだけ上にあること、言い換えると、電子受容体の電子親和力が電子供与体の電子親和力より所定のエネルギーだけ大きいことが好ましい。開放電圧(Voc)は電子供与体層の材料の最高被占軌道(HOMO)と電子受容体層の材料のLUMOの差で決定されるため、電子受容体のLUMOを高くすると、Vocが高くなる傾向がある。一方、LUMOエネルギー準位は通常−1.0eV以下、好ましくは−2.0eV以下、より好ましくは−3.0eV以下、更に好ましくは−3.3eV以下である。電子受容体のLUMOを低くすることで、電子の移動が起こりやすくなり、短絡電流(Jsc)が高くなる傾向がある。   The lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy level of the n-type semiconductor compound is not particularly limited. For example, the value with respect to the vacuum level calculated by the cyclic voltammogram measurement method is usually −3.85 eV or more, preferably − 3. 80 eV or more. In order to efficiently move electrons from the electron donor layer (p-type semiconductor layer) to the electron acceptor layer (n-type semiconductor layer), the minimum vacancy of the materials used for each electron donor layer and electron acceptor layer is required. The relative relationship of the orbit (LUMO) is important. Specifically, the LUMO of the material of the electron donor layer is higher than the LUMO of the material of the electron acceptor layer by a predetermined energy, in other words, the electron affinity of the electron acceptor is higher than the electron affinity of the electron donor. It is preferable that the energy is larger by a predetermined energy. Since the open circuit voltage (Voc) is determined by the difference between the highest occupied orbit (HOMO) of the electron donor layer material and the LUMO of the electron acceptor layer material, increasing the LUMO of the electron acceptor increases the Voc. Tend. On the other hand, the LUMO energy level is usually −1.0 eV or less, preferably −2.0 eV or less, more preferably −3.0 eV or less, and further preferably −3.3 eV or less. Lowering the LUMO of the electron acceptor tends to cause electron migration and increase the short-circuit current (Jsc).

n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位の算出方法は、理論的に計算値で求める方法と実際に測定する方法が挙げられる。理論的に計算値で求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法があげられる。実際に測定する方法としては、紫外可視吸収スペクトル測定法、サイクリックボルタモグラム測定法があげられる。その中でも好ましくは、サイクリックボルタモグラム測定法である。具体的には、例えば公知文献(国際公開第2011/016430号)に記載の方法で測定することができる。   As a method for calculating the LUMO energy level of an n-type semiconductor compound, there are a theoretically calculated method and a method of actually measuring. Theoretically calculated methods include semi-empirical molecular orbital methods and non-empirical molecular orbital methods. Examples of the actual measurement method include ultraviolet-visible absorption spectrum measurement method and cyclic voltammogram measurement method. Among them, the cyclic voltammogram measurement method is preferable. Specifically, it can measure by the method as described in well-known literature (International Publication 2011/016430), for example.

n型半導体化合物のHOMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−5.0eV以下、好ましくは−5.5eV以下である。一方、通常−7.0eV以上、好ましくは−6.6eV以上である。n型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−7.0eV以上であることは、n型半導体化合物による光吸収も発電に利用しうる点で好ましい。n型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−5.0eV以下であることは、正孔の逆移動を阻止できる点で好ましい。   The HOMO energy level of the n-type semiconductor compound is not particularly limited, but is usually −5.0 eV or less, preferably −5.5 eV or less. On the other hand, it is usually −7.0 eV or more, preferably −6.6 eV or more. It is preferable that the HOMO energy level of the n-type semiconductor compound is −7.0 eV or more because light absorption by the n-type semiconductor compound can also be used for power generation. The HOMO energy level of the n-type semiconductor compound is preferably −5.0 eV or less from the viewpoint of preventing reverse movement of holes.

n型半導体化合物の電子移動度は、特段の制限はないが、通常1.0×10−6cm/Vs以上であり、1.0×10−5cm/Vs以上が好ましく、5.0×10−5cm/Vs以上がより好ましく、1.0×10−4cm/Vs以上がさらに好ましい。一方、通常1.0×10cm/Vs以下であり、1.0×10cm/Vs以下が好ましく、5.0×10cm/Vs以下がより好ましい。該化合物の電子移動度が1.0×10−6cm/Vs以上であることは、光電変換素子の電子拡散速度向上、短絡電流向上、変換効率向上等の効果が大きくなる傾向にある傾向にあるため、好ましい。電子移動度の測定方法としてはFET法が挙げられ、公知文献(特開2010−045186)に記載の方法により実施することができる。 The electron mobility of the n-type semiconductor compound is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, preferably 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more. 0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more is more preferable, and 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more is more preferable. On the other hand, it is usually 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 2 cm 2 / Vs or less, and more preferably 5.0 × 10 1 cm 2 / Vs or less. When the electron mobility of the compound is 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, the effects of improving the electron diffusion rate, the short-circuit current, the conversion efficiency, etc. of the photoelectric conversion element tend to increase. Therefore, it is preferable. An example of a method for measuring electron mobility is the FET method, which can be performed by a method described in a known document (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-045186).

(フラーレン化合物の製造方法)
本発明に係るフラーレン化合物の製造方法としては、特に制限はないが、例えば、部分構造(n1)を有するフラーレン化合物の合成は、国際公開第2008/059771号やJ.Am.Chem.Soc.,2008,130(46),15429−15436のような公知文献の記載に従って、実施可能である。
(Method for producing fullerene compound)
Although there is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of the fullerene compound which concerns on this invention, For example, the synthesis | combination of the fullerene compound which has a partial structure (n1) is international publication 2008/059771 or J.N. Am. Chem. Soc. , 2008, 130 (46), 15429-15436.

部分構造(n2)を有するフラーレン化合物の合成は、J.Am.Chem.Soc.1993,115,9798−9799、Chem.Mater.2007,19,5363−5372及びChem.Mater.2007,19,5194−5199のような公知文献の記載に従って、実施可能である。   Synthesis of fullerene compounds having a partial structure (n2) is described in J. Org. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9798-9799, Chem. Mater. 2007, 19, 5363-5372 and Chem. Mater. It can be carried out according to the description of known documents such as 2007, 19, 5194-5199.

部分構造(n3)を有するフラーレン化合物の合成は、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.1993,32,78−80、Tetrahedron Lett. 1997,38,285−288、国際公開第2008/018931号及び国際公開第2009/086210号のような公知文献の記載に従って、実施可能である。   Synthesis of a fullerene compound having a partial structure (n3) is described in Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 78-80, Tetrahedron Lett. It can be carried out according to the description of known documents such as 1997, 38, 285-288, WO 2008/018931 and WO 2009/086212.

部分構造(n4)を有するフラーレン化合物の合成は、J.Chem.Soc., Perkin Trans.1,1997.1595、Thin Solid Films 489(2005)251−256、Adv.Funct.Mater.2005,15,1979−1987及びJ.Org.Chem.1995,60,532−538にのような公知文献の記載に従って、実施可能である。   Synthesis of fullerene compounds having a partial structure (n4) is described in J. Org. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1997. 1595, Thin Solid Films 489 (2005) 251-256, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1979-1987 and J. Org. Org. Chem. It can be carried out according to the description of known documents such as 1995, 60, 532-538.

市販されているフラーレン化合物として、例えばPCBM(フロンティアカーボン社製)、PCBNB(フロンティアカーボン社)等が好適に使用できる。   As commercially available fullerene compounds, for example, PCBM (manufactured by Frontier Carbon Co.), PCBNB (Frontier Carbon Co., Ltd.) and the like can be suitably used.

[1.3.2 他のn型半導体化合物]
活性層103は、本発明に係るフラーレン化合物の奏する効果を著しく阻害しない量で、本発明に係るフラーレン化合物とは別のn型半導体化合物を含んでいてもよい。具体的には、活性層103に含まれるn半導体化合物のうち、通常50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは90重量%以上が、本発明に係るフラーレン化合物である。
[1.3.2 Other n-type semiconductor compounds]
The active layer 103 may contain an n-type semiconductor compound different from the fullerene compound according to the present invention in an amount that does not significantly inhibit the effect of the fullerene compound according to the present invention. Specifically, among the n semiconductor compounds contained in the active layer 103, 50% by weight or more, preferably 70% by weight or more, more preferably 90% by weight or more is the fullerene compound according to the present invention.

活性層103が含みうる別のn型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的には8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体;ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物;単層カーボンナノチューブ、n型高分子半導体化合物等が挙げられる。   Another n-type semiconductor compound that can be included in the active layer 103 is not particularly limited, but specifically, a quinolinol derivative metal complex represented by 8-hydroxyquinoline aluminum; naphthalene tetracarboxylic acid diimide or perylene tetracarboxylic acid Condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as diimide; perylene diimide derivatives, terpyridine metal complexes, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxa Diazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoli Derivatives, bipyridine derivatives, borane derivatives, anthracene, pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthacene or pentacene; single-walled carbon nanotubes, n-type polymer semiconductor compounds, and the like.

[1.3.2.1 N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体]
活性層103が含みうるN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体としては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2009/115513号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2009/000756号及び国際公開第2009/091670号に記載されている化合物が挙げられる。N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体は電子移動度が高く、可視域に吸収を有するため、電荷輸送と発電との両方に寄与する点から好ましい。
[1.3.2.1 N-alkyl substituted perylene diimide derivatives]
The N-alkyl-substituted perylene diimide derivative that can be included in the active layer 103 is not particularly limited, and specifically, International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2009/115513, International Publication No. 2009 / Examples include compounds described in 098250, WO2009 / 000756 and WO2009 / 091670. N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives are preferable in that they have high electron mobility and absorption in the visible region, and thus contribute to both charge transport and power generation.

[1.3.2.2 ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド]
活性層103が含みうるナフタレンテトラカルボン酸ジイミドとしては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2007/16250号及び国際公開第2009/000756号に記載されている化合物が挙げられる。ナフタレンテトラカルボン酸ジイミドは電子移動度が高く、溶解性が高く塗布性に優れている点から好ましい。
[1.3.2.2 Naphthalenetetracarboxylic acid diimide]
The naphthalenetetracarboxylic acid diimide that can be contained in the active layer 103 is not particularly limited, and specifically, described in International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2007/16250, and International Publication No. 2009/000756. The compound currently made is mentioned. Naphthalenetetracarboxylic acid diimide is preferable because it has high electron mobility, high solubility, and excellent coating properties.

[1.3.2.3 n型高分子半導体化合物]
活性層103が含みうるn型高分子半導体化合物としては、特段の制限はないが、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型高分子半導体化合物が挙げられる。
[1.3.2.3 n-type polymer semiconductor compound]
The n-type polymer semiconductor compound that can be included in the active layer 103 is not particularly limited, but condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalene tetracarboxylic acid diimide and perylene tetracarboxylic acid diimide, perylene diimide derivatives, and benzimidazole derivatives. , Benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, bipyridine derivatives and borane derivatives as constituent units N-type polymer semiconductor compound to be used.

なかでも、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするポリマーが好ましく、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びN−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドのうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型高分子半導体化合物がより好ましい。これらの化合物を一種又は二種以上含んでもよい。   Among them, polymers having at least one of borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimides and N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives as constituent units are provided. Preferably, an n-type polymer semiconductor compound having at least one of N-alkyl-substituted perylene diimide derivative and N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide as a constituent unit is more preferable. You may contain 1 type, or 2 or more types of these compounds.

具体的には国際公開第2009/098253号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2010/012710号及び国際公開第2009/098250号に記載されている化合物が挙げられる。n型高分子半導体化合物は可視域に吸収を有するため、発電に寄与し、粘度が高く、塗布性に優れている点から好ましい。   Specific examples thereof include compounds described in International Publication No. 2009/098253, International Publication No. 2009/098250, International Publication No. 2010/012710, and International Publication No. 2009/098250. Since n-type polymer semiconductor compounds have absorption in the visible range, they contribute to power generation, have high viscosity, and are excellent in terms of coating properties.

<1.4 バッファ層(102,104)>
本実施形態に係る光電変換素子107は、1対の電極(101,105)、及びその間に配置された活性層103の他に、さらにバッファ層を1以上有することが好ましい。バッファ層は、電子取り出し層104及び正孔取り出し層102に分類することができ、それぞれ、活性層103と電極(101,105)の間に設けることができる。バッファ層を設けることで、活性層と電極の間での電子や正孔の移動度が高まるほか、電極間の短絡を防止しうるという利点がある。
<1.4 Buffer layer (102, 104)>
The photoelectric conversion element 107 according to this embodiment preferably further includes one or more buffer layers in addition to the pair of electrodes (101, 105) and the active layer 103 disposed therebetween. The buffer layer can be classified into an electron extraction layer 104 and a hole extraction layer 102, and can be provided between the active layer 103 and the electrodes (101, 105), respectively. By providing the buffer layer, there are advantages that the mobility of electrons and holes between the active layer and the electrode is increased, and that a short circuit between the electrodes can be prevented.

電子取り出し層104と正孔取り出し層102とは、1対の電極間(101,105)に、活性層103を挟むように配置される。すなわち、本実施形態に係る光電変換素子107が電子取り出し層104と正孔取り出し層102の両者を含む場合、電極101、正孔取り出し層102、活性層103、電子取り出し層104、電極105がこの順に配置されている。電子取り出し層104と正孔取り出し層102とは積層順序が逆であってもよいし、また電子取り出し層104と正孔取り出し層102との少なくとも一方が異なる複数の膜により構成されていてもよい。   The electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 are disposed so as to sandwich the active layer 103 between a pair of electrodes (101, 105). That is, when the photoelectric conversion element 107 according to this embodiment includes both the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102, the electrode 101, the hole extraction layer 102, the active layer 103, the electron extraction layer 104, and the electrode 105 Arranged in order. The stacking order of the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 may be reversed, or at least one of the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 may be composed of a plurality of different films. .

[1.4.1 電子取り出し層(104)]
電子取り出し層104の材料は、p型半導体化合物とn型半導体化合物を含む活性層103から電極105へ電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
[1.4.1 Electron extraction layer (104)]
The material of the electron extraction layer 104 is not particularly limited as long as the efficiency of extracting electrons from the active layer 103 containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound to the electrode 105 can be improved. Specifically, an inorganic compound or an organic compound is mentioned.

[1.4.1.1 無機化合物]
電子取り出し層104の材料として用いられる無機化合物としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型半導体金属酸化物;等が望ましい。
[1.4.1.1 Inorganic compounds]
Examples of the inorganic compound used as the material of the electron extraction layer 104 include salts of alkali metals such as Li, Na, K, and Cs; n-type semiconductor metal oxides such as titanium oxide (TiOx) and zinc oxide (ZnO); Is desirable.

アルカリ金属塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が好ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等の電子取り出し電極(カソード105)と組み合わされてカソード105の仕事関数を小さくし、光電変換素子内部に印加される電圧を上げることが考えられる。   As the alkali metal salt, a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF is preferable. Although the operation mechanism of such a material is unknown, it is conceivable to reduce the work function of the cathode 105 in combination with an electron extraction electrode (cathode 105) such as Al and increase the voltage applied to the inside of the photoelectric conversion element. It is done.

金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化鉛、酸化ジルコニウム又は酸化ガリウム等が挙げられる。なかでも、酸化亜鉛、酸化チタン又は酸化スズが好ましい。また、金属酸化物は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。金属酸化物は、ポーラス(多孔質)構造であることが望ましい。   Examples of the metal oxide include zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, aluminum oxide, silicon oxide, cerium oxide, lead oxide, zirconium oxide, and gallium oxide. Of these, zinc oxide, titanium oxide or tin oxide is preferable. Moreover, a metal oxide may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. The metal oxide desirably has a porous (porous) structure.

また、金属酸化物は粒子状であることが好ましく、その平均一次粒径は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上であり、一方、通常100nm以下、好ましくは60nm以下、より好ましくは40nm以下である。平均一次粒径が5nm以上であると金属酸化物の一次粒子が凝集しにくく、平均二次粒径が好適な大きさの金属酸化物が得られるため、好ましい。また、平均一次粒径が100nm以下であることで、金属酸化物の二次粒子ひとつひとつが適度な大きさとなり、均一な膜厚の電子取り出し層が形成されるため好ましい。金属酸化物の平均一次粒径は、動的光散乱粒子径測定装置や透過型電子顕微鏡(TEM)等で測定することができる。平均一次粒径が5nm以上100nm以下の金属酸化物(金属酸化物のナノ粒子と記すこともある)としては、具体的には、ナノジンク60(本荘ケミカル社製)、FINEX−30、FINEX−50(堺化学工業社製)等が挙げられる。   Further, the metal oxide is preferably in the form of particles, and the average primary particle size is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, while usually 100 nm or less, preferably 60 nm or less, more Preferably it is 40 nm or less. When the average primary particle size is 5 nm or more, the primary particles of the metal oxide hardly aggregate and a metal oxide having a suitable average secondary particle size can be obtained. Further, it is preferable that the average primary particle size is 100 nm or less because each of the secondary particles of the metal oxide has an appropriate size and an electron extraction layer having a uniform film thickness is formed. The average primary particle size of the metal oxide can be measured with a dynamic light scattering particle size measuring device, a transmission electron microscope (TEM), or the like. Specific examples of metal oxides having an average primary particle size of 5 nm to 100 nm (sometimes referred to as metal oxide nanoparticles) include Nanozinc 60 (Honjo Chemical Co., Ltd.), FINEX-30, FINEX-50. (Manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.).

また、金属酸化物の粒子は、分散しやすくするために表面処理剤で表面処理されていてもよい。表面処理剤としては、特段の制限はないが、メチルハイドロジェンポリシロキサン、ポリメトキシシラン、ジメチルポリシロキサン又はジメチコンPEG−7コハク酸塩等のポリシロキサン化合物及びその塩;シラン化合物等(メチルジメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシラン又は3−カルボキシプロピルトリメチルトリメトキシシラン等)の有機ケイ素化合物;ラウリン酸、ステアリン酸、2−(2−メトキシエトキシ)酢酸又は6−ヒドロキシヘキサン酸等のカルボン酸化合物;ラウリルエーテルリン酸又はトリオクチルホスフィン等の有機リン化合物;ポリイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素等のバインダー化合物;等が挙げられる。なお、表面処理剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   Further, the metal oxide particles may be surface-treated with a surface treatment agent to facilitate dispersion. The surface treatment agent is not particularly limited, but is a polysiloxane compound such as methylhydrogenpolysiloxane, polymethoxysilane, dimethylpolysiloxane, or dimethicone PEG-7 succinate and a salt thereof; a silane compound or the like (methyldimethoxysilane) , Dimethyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane or 3-carboxypropyltrimethyltrimethoxysilane); organosilicon compounds; lauric acid, stearic acid, 2- (2-methoxy) Ethoxy) Acetic acid or carboxylic acid compound such as 6-hydroxyhexanoic acid; Organic phosphorus compound such as lauryl ether phosphoric acid or trioctylphosphine; Vine such as polyimine, polyester, polyamide, polyurethane, polyurea Over compounds; and the like. In addition, a surface treating agent may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

[1.4.1.2 有機化合物]
電子取り出し層104の材料として用いられる有機化合物としては、具体的には、バソキュプロイン(BCP)、バソフェナントレン(Bphen)、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)、ホウ素化合物、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)、ペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)、又はホスフィンオキシド化合物若しくはホスフィンスルフィド化合物等の第16族から選ばれる原子とリン原子との間に二重結合を有するホスフィン化合物;等が挙げられる。
[1.4.1.2 Organic compounds]
Specific examples of the organic compound used as the material of the electron extraction layer 104 include bathocuproin (BCP), bathophenanthrene (Bphen), (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3), boron compound, oxadiazole compound, Double between an atom selected from group 16 such as a benzimidazole compound, naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA), perylenetetracarboxylic anhydride (PTCDA), or a phosphine oxide compound or phosphine sulfide compound, and a phosphorus atom. Phosphine compounds having a bond; and the like.

好ましくは、アリール基で置換されたホスフィンオキシド化合物又はアリール基で置換されたホスフィンスルフィド化合物等のアリール基で置換された第16族から選ばれる原子とリン原子との間に二重結合を有するホスフィン化合物であり、より好ましくは、トリアリールホスフィンオキシド化合物、トリアリールホスフィンスルフィド化合物、ジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物、ジアリールホスフィンスルフィドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物、又はジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物である。アリール基は、フッ素原子、又はパーフルオロアルキル基等のフッ素原子置換アルキル基で置換されていてもよい。また、これらの材料に対してアルカリ金属又はアルカリ土類金属をドープしてもよい。   Preferably, a phosphine having a double bond between an atom selected from the group 16 substituted with an aryl group such as a phosphine oxide compound substituted with an aryl group or a phosphine sulfide compound substituted with an aryl group and a phosphorus atom More preferably a triarylphosphine oxide compound, a triarylphosphine sulfide compound, an aromatic hydrocarbon compound having two or more diarylphosphine oxide units, an aromatic hydrocarbon compound having two or more diarylphosphine sulfide units, Alternatively, it is an aromatic hydrocarbon compound having two or more diarylphosphine oxide units. The aryl group may be substituted with a fluorine atom or a fluorine atom-substituted alkyl group such as a perfluoroalkyl group. Further, these materials may be doped with an alkali metal or an alkaline earth metal.

電子取り出し層104の材料のLUMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−5.0eV以上、好ましくは−4.5eV以上である。一方、通常−1.9eV以下、好ましくは−2.0eV以下である。用いる電極の仕事関数、n型半導体のLUMOエネルギー準位にも多少影響されるが、電子取り出し層104の材料のLUMOエネルギー準位がこの範囲にあることにより、活性層で発生した電子が選択的に電極に取り出され、また開放電圧のロスがなくなるため、高い光電変換効率につながる。   The LUMO energy level of the material of the electron extraction layer 104 is not particularly limited, but is usually −5.0 eV or more, preferably −4.5 eV or more. On the other hand, it is usually −1.9 eV or less, preferably −2.0 eV or less. Although it is somewhat affected by the work function of the electrode used and the LUMO energy level of the n-type semiconductor, since the LUMO energy level of the material of the electron extraction layer 104 is within this range, electrons generated in the active layer are selectively used. In addition, since the loss of the open circuit voltage is eliminated, it leads to high photoelectric conversion efficiency.

電子取り出し層104の材料のHOMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−9.0eV以上、好ましくは−8.0eV以上である。一方、通常−5.5eV以下、好ましくは−6.0eV以下である。電子取り出し層104の材料のHOMOエネルギー準位が−5.5eV以下であることにより、正孔が移動してくることを阻止出来る点で好ましい。   The HOMO energy level of the material of the electron extraction layer 104 is not particularly limited, but is usually −9.0 eV or more, preferably −8.0 eV or more. On the other hand, it is usually −5.5 eV or less, preferably −6.0 eV or less. When the HOMO energy level of the material of the electron extraction layer 104 is −5.5 eV or less, it is preferable in that the movement of holes can be prevented.

電子取り出し層104の材料のHOMO及びLUMOエネルギー準位の算出方法としては、サイクリックボルタモグラム測定法が挙げられる。例えば、公知文献(国際公報第2011/016430号)に記載の方法を参考にして測定を実施することができる。   As a method for calculating the HOMO and LUMO energy levels of the material of the electron extraction layer 104, a cyclic voltammogram measurement method can be given. For example, the measurement can be carried out with reference to a method described in a known document (International Publication No. 2011/016430).

電子取り出し層104の材料が有機化合物である場合の、この化合物のDSC法によるガラス転移温度(以下、Tgと記載する場合もある)は、特段の制限はないが、観測されないか、又は55℃以上であることが好ましい。DSC法によるガラス転移温度が観測されないとは、ガラス転移温度がないことを意味する。具体的には400℃以下のガラス転移温度の有無により判別する。DSC法によるガラス転移温度が観測されない材料は、熱的に高い安定性を有している点で好ましい。   When the material of the electron extraction layer 104 is an organic compound, the glass transition temperature (hereinafter also referred to as Tg) of this compound by the DSC method is not particularly limited but is not observed or 55 ° C. The above is preferable. That the glass transition temperature by DSC method is not observed means that there is no glass transition temperature. Specifically, the determination is made based on the presence or absence of a glass transition temperature of 400 ° C. or lower. A material in which the glass transition temperature by the DSC method is not observed is preferable in that it has high thermal stability.

また、DSC法によるガラス転移温度が55℃以上の化合物のなかでも、ガラス転移温度が65℃以上、より好ましくは80℃以上、さらに好ましくは110℃以上、特に好ましくは120℃以上である化合物が望ましい。一方、ガラス転移温度の上限は特に限定はないが、通常400℃以下、好ましくは350℃以下、より好ましくは300℃以下である。また、電子取り出し層104の材料は、DSC法によるガラス転移温度が30℃以上55℃未満に観測されないものであることが好ましい。   Among compounds having a glass transition temperature by DSC of 55 ° C. or higher, compounds having a glass transition temperature of 65 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, and particularly preferably 120 ° C. or higher. desirable. On the other hand, the upper limit of the glass transition temperature is not particularly limited, but is usually 400 ° C. or lower, preferably 350 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. The material of the electron extraction layer 104 is preferably a material whose glass transition temperature by DSC method is not observed to be 30 ° C. or higher and lower than 55 ° C.

本明細書におけるガラス転移温度とは、化合物のアモルファス状態の固体において、熱エネルギーにより局所的な分子運動が開始される温度とされている温度であり、比熱が変化する点として定義される。Tgよりさらに温度が上がると、固体構造が変化して結晶化が起こる(この時の温度を結晶化温度(Tc)とする)。さらに温度が上がると、融点(Tm)で融解し液体状態に変化することが一般的である。但し、高温で分子が分解したり、昇華したりして、これらの相転移が見られないこともある。ガラス転移温度は公知の方法で測定すればよく、例えばDSC法が挙げられる。   The glass transition temperature in the present specification is a temperature at which local molecular motion is initiated by thermal energy in an amorphous solid of a compound, and is defined as a point at which specific heat changes. When the temperature rises further than Tg, the solid structure changes and crystallization occurs (the temperature at this time is defined as the crystallization temperature (Tc)). When the temperature rises further, it generally melts at the melting point (Tm) and changes to a liquid state. However, these phase transitions may not be observed due to molecular decomposition or sublimation at high temperatures. What is necessary is just to measure a glass transition temperature by a well-known method, for example, DSC method is mentioned.

DSC法とは、JIS K−0129“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法(示差走査熱量測定法)である。ガラス転移温度は、ガラス状態から分子運動が開始する温度であり、比熱の変化する温度としてDSCで測定できる。ガラス転移温度をより明確に決める為には、一度ガラス転移点以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定することが望ましい。例えば、公知文献(国際公開第2011/016430号)に記載の方法により、測定を実施することができる。   The DSC method is a thermophysical property measurement method (differential scanning calorimetry method) defined in JIS K-0129 “General Rules for Thermal Analysis”. The glass transition temperature is a temperature at which molecular motion starts from a glass state, and can be measured by DSC as a temperature at which specific heat changes. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is desirable to measure after rapidly cooling a sample once heated to a temperature higher than the glass transition temperature. For example, the measurement can be carried out by a method described in a known document (International Publication No. 2011/016430).

電子取り出し層に用いられる化合物のガラス転移温度が55℃以上である場合、この化合物は、印加される電場、流れる電流、曲げや温度変化による応力等の外部ストレスに対して構造が変化しにくいため、耐久性の面で好ましい。さらに、化合物の薄膜の結晶化が進みにくい傾向も有すことから、使用温度範囲においてこの化合物がアモルファス状態と結晶状態との間で変化しにくくなることにより、電子取り出し層としての安定性がよくなるため、耐久性の面で好ましい。この効果は、材料のガラス転移温度が高ければ高いほど、より顕著に表れる。   When the glass transition temperature of the compound used for the electron extraction layer is 55 ° C. or higher, the structure of this compound is difficult to change against external stress such as applied electric field, flowing current, stress due to bending or temperature change. It is preferable in terms of durability. Furthermore, since there is a tendency that the crystallization of the thin film of the compound does not proceed easily, the stability of the electron extraction layer is improved by making the compound difficult to change between the amorphous state and the crystalline state in the operating temperature range. Therefore, it is preferable in terms of durability. This effect becomes more prominent as the glass transition temperature of the material is higher.

電子取り出し層104の膜厚は特に限定はないが、通常0.01nm以上、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.5nm以上である。一方、通常40nm以下、好ましくは20nm以下である。電子取り出し層104の膜厚が0.01nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、電子取り出し層104の膜厚が40nm以下であることで、電子が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。電子取り出し層104の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。   The thickness of the electron extraction layer 104 is not particularly limited, but is usually 0.01 nm or more, preferably 0.1 nm or more, more preferably 0.5 nm or more. On the other hand, it is usually 40 nm or less, preferably 20 nm or less. When the film thickness of the electron extraction layer 104 is 0.01 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the electron extraction layer 104 is 40 nm or less, electrons are easily extracted, and photoelectric conversion is performed. Efficiency is improved. There is no limitation on the method for forming the electron extraction layer 104. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet.

[1.4.2 正孔取り出し層(102)]
正孔取り出し層102の材料に特に限定は無く、活性層103からアノード101へ正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び/又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー;スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物;上述のp型半導体化合物;等が挙げられる。
[1.4.2 Hole Extraction Layer (102)]
The material of the hole extraction layer 102 is not particularly limited as long as it is a material capable of improving the efficiency of extracting holes from the active layer 103 to the anode 101. Specifically, a conductive polymer in which polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, or the like is doped with sulfonic acid and / or iodine, etc .; a polythiophene derivative having a sulfonyl group as a substituent, or a conductive organic material such as arylamine Compound; the above-mentioned p-type semiconductor compound; and the like.

なかでも、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーが好ましく、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)がより好ましい。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができ、特に三酸化モリブデンのような金属酸化物を用いることも好ましい。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。   Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS) in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid is more preferable. A thin film of metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used, and a metal oxide such as molybdenum trioxide is particularly preferable. Furthermore, a thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.

正孔取り出し層102の膜厚は特に限定はないが、通常2nm以上である。一方、通常40nm以下、好ましくは20nm以下である。正孔取り出し層102の膜厚が2nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層102の膜厚が40nm以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。   The thickness of the hole extraction layer 102 is not particularly limited, but is usually 2 nm or more. On the other hand, it is usually 40 nm or less, preferably 20 nm or less. When the film thickness of the hole extraction layer 102 is 2 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the hole extraction layer 102 is 40 nm or less, holes are easily extracted, Conversion efficiency is improved.

正孔取り出し層102の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。塗布法の場合、塗布液にはさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡、異物等の付着による凹み、乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。   There is no limitation on the method of forming the hole extraction layer 102. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet. In the case of a coating method, the coating solution may further contain a surfactant. By using the surfactant, generation of dents due to adhesion of fine bubbles, foreign matters, etc., uneven coating in the drying process, and the like are suppressed.

界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, 1 type may be used for surfactant and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

<1.5 電極(101,105)>
電極(101,105)は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有するものである。1対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは太陽光が40%以上透過する程度のものである。また、透明電極の太陽光線透過率が70%以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるためには、好ましい。なお、光の透過率は、通常の分光光度計で測定可能できる。
<1.5 Electrode (101, 105)>
The electrodes (101, 105) have a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Any one of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucency means that sunlight passes through 40% or more. In addition, it is preferable that the transparent electrode has a solar ray transmittance of 70% or more in order to allow light to reach the active layer through the transparent electrode. The light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.

[1.5.1 アノード(101)]
正孔の捕集に適した電極101(アノード)とは、一般には仕事関数がカソードよりも大きい導電性材料で構成され、活性層103で発生した正孔をスムーズに取り出す機能を有する電極である。アノード101の材料としては、例えば、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化スズインジウム(ITO)、インジウム−ジルコニウム酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属又はその合金が挙げられる。
[1.5.1 Anode (101)]
The electrode 101 (anode) suitable for collecting holes is generally an electrode made of a conductive material having a work function larger than that of the cathode and having a function of smoothly extracting holes generated in the active layer 103. . Examples of the material of the anode 101 include conductive oxides such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide, and zinc oxide; Examples thereof include metals such as gold, platinum, silver, chromium, and cobalt or alloys thereof.

これらの物質は大きい仕事関数を有するため、好ましく、さらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたPEDOT/PSSで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、その導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料でなくとも、AlやMg等のカソードに適した金属も広く用いることが可能である。   These substances are preferable because they have a large work function, and more preferably, a conductive polymer material represented by PEDOT / PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid can be laminated. When laminating such a conductive polymer, the work function of the conductive polymer material is high, so that it is suitable for cathodes such as Al and Mg, even if it is not a material with a high work function as described above. Metals can also be widely used.

ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたPEDOT/PSSや、ポリピロール又はポリアニリン等にヨウ素等のドーピングした導電性高分子材料をアノードの材料として使用することもできる。また、アノード101が透明電極である場合には、ITO、酸化亜鉛又は酸化スズ等の透光性がある導電性金属酸化物を用いることが好ましく、特にITOが好ましい。   A PEDOT / PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid, or a conductive polymer material doped with iodine or the like in polypyrrole or polyaniline can also be used as the anode material. When the anode 101 is a transparent electrode, it is preferable to use a conductive metal oxide having translucency such as ITO, zinc oxide or tin oxide, and ITO is particularly preferable.

アノード101の膜厚は特に制限は無いが、通常10nm以上、好ましくは20nm以上、さらに好ましくは、50nm以上である。一方、通常10μm以下、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは500nm以下である。アノード101の膜厚が10nm以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、アノード101の膜厚が10μm以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。   The film thickness of the anode 101 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, and more preferably 50 nm or more. On the other hand, it is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less. When the film thickness of the anode 101 is 10 nm or more, the sheet resistance is suppressed, and when the film thickness of the anode 101 is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without decreasing the light transmittance. it can. When used for a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance.

アノード101のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常1Ω/□以上、一方、1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。   The sheet resistance of the anode 101 is not particularly limited, but is usually 1Ω / □ or more, on the other hand, 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less.

アノード101の形成方法としては、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法、又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等が挙げられる。   Examples of the formation method of the anode 101 include a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a method of forming a film by applying an ink containing nanoparticles or a precursor.

[1.5.2 カソード]
電子の捕集に適した電極105(カソード)とは、一般には仕事関数がアノードよりも小さい導電性材料で構成され、活性層103で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極である。図1の例においては、カソード105は電子取り出し層104と隣接する。
[1.5.2 Cathode]
The electrode 105 (cathode) suitable for collecting electrons is generally an electrode made of a conductive material having a work function smaller than that of the anode and having a function of smoothly extracting electrons generated in the active layer 103. In the example of FIG. 1, the cathode 105 is adjacent to the electron extraction layer 104.

カソード105の材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金;フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩;酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物;等が挙げられる。これらの材料は小さい仕事関数を有する材料のため、好ましい。   Examples of the material of the cathode 105 include metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, and magnesium, and alloys thereof; lithium fluoride And inorganic salts such as cesium fluoride and metal oxides such as nickel oxide, aluminum oxide, lithium oxide, and cesium oxide. These materials are preferred because they have a low work function.

カソード105についてもアノード101と同様に、電子取り出し層104にチタニアのようなn型半導体で導電性を有するものを用いることにより、アノード101に適した大きい仕事関数を有する材料も用いることができる。電極保護の観点から、アノード101材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウム、カルシウム若しくはインジウム等の金属、又はこれらの金属を用いた合金である。   Similarly to the anode 101, a material having a large work function suitable for the anode 101 can be used for the cathode 105 by using an n-type semiconductor such as titania having conductivity for the electron extraction layer 104. From the viewpoint of electrode protection, the anode 101 material is preferably a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, calcium or indium, or an alloy using these metals.

カソード105の膜厚は特に制限は無いが、通常10nm以上、好ましくは20nm以上下、より好ましくは50nm以上である。一方、通常10μm以下、好ましくは1μm以下、より好ましくは500nm以下である。透明電極である場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。カソード105の膜厚が10nm以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、カソード105の膜厚が10μm以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。   The film thickness of the cathode 105 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or less, and more preferably 50 nm or more. On the other hand, it is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less. In the case of a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance. When the film thickness of the cathode 105 is 10 nm or more, sheet resistance is suppressed, and when the film thickness of the cathode 105 is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without a decrease in light transmittance. it can.

カソード105のシート抵抗は、特に制限は無いが、通常1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。下限に制限は無いが、通常は1Ω/□以上である。   The sheet resistance of the cathode 105 is not particularly limited, but is usually 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, and more preferably 100Ω / □ or less. Although there is no restriction on the lower limit, it is usually 1Ω / □ or more.

カソード105の形成方法としては、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等が挙げられる。   Examples of the method of forming the cathode 105 include a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a method of forming a film by applying an ink containing nanoparticles or a precursor.

さらに、アノード101又はカソード105は2層以上の積層構造を有してもよく、表面処理により特性(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。   Further, the anode 101 or the cathode 105 may have a laminated structure of two or more layers, and characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by surface treatment.

<1.6 基板(106)>
本発明に係る光電変換素子107は、通常は支持体となる基板106を有する。すなわち、基板上に、電極101,105と、活性層103、バッファ層102,104とが形成される。
<1.6 Substrate (106)>
The photoelectric conversion element 107 according to the present invention has a substrate 106 that is usually a support. That is, the electrodes 101 and 105, the active layer 103, and the buffer layers 102 and 104 are formed on the substrate.

基板の材料(基板材料)は効果を著しく損なわない限り任意である。基板材料の好適な例としては、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;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、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル若しくはポリエチレン等のポリオレフィン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料;紙又は合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料;等が挙げられる。ガラスとしてはソーダガラスや青板ガラスや無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。   The material of the substrate (substrate material) is arbitrary as long as the effect is not significantly impaired. Preferable examples of the substrate material include inorganic materials such as quartz, glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluororesin Film, polyolefin such as vinyl chloride or polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene, or epoxy resin; paper materials such as paper or synthetic paper; stainless steel, titanium Alternatively, composite materials such as those obtained by coating or laminating a surface of a metal such as aluminum to provide insulation, and the like. Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and alkali-free glass. As for the glass material, alkali-free glass is preferred because it is better that there are fewer ions eluted from the glass.

基板106の形状に制限はなく、例えば、板、フィルム、シート等の形状を用いることができる。基板106の膜厚に制限はない。ただし、通常5μm以上、なかでも20μm以上であり、一方、通常20mm以下、なかでも10mm以下に形成することが好ましい。基板の膜厚が5μm以上であると、半導体デバイスの強度が不足する可能性は少なくなるため、好ましい。基板の膜厚が20mm以下であることで、コストが抑えられ、かつ重量が重くならず、好ましい。又、基板がガラスの場合の膜厚は、通常0.01mm以上好ましくは0.1mm以上であり、一方、また、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。ガラス基板の膜厚が0.01mm以上であると、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。ガラス基板の膜厚が0.5cm以下であると、重量が重くならず好ましい。   There is no restriction | limiting in the shape of the board | substrate 106, For example, shapes, such as a board, a film, a sheet | seat, can be used. There is no limitation on the film thickness of the substrate 106. However, it is usually 5 μm or more, particularly 20 μm or more, and on the other hand, it is usually preferably 20 mm or less, particularly preferably 10 mm or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 5 μm or more because the possibility that the strength of the semiconductor device is insufficient is reduced. It is preferable that the film thickness of the substrate is 20 mm or less because the cost is suppressed and the weight is not increased. When the substrate is glass, the film thickness is usually 0.01 mm or more, preferably 0.1 mm or more, and is usually 1 cm or less, preferably 0.5 cm or less. When the film thickness of the glass substrate is 0.01 mm or more, the mechanical strength increases and it is difficult to break, which is preferable. When the film thickness of the glass substrate is 0.5 cm or less, it is preferable because the weight does not increase.

<1.7 光電変換素子の作製方法>
光電変換素子の製造方法は特に限定されない。各層について上述された方法で、各層を順次積層することにより、本発明に係る光電変換素子を作製することができる。例えば、一例としての光電変換素子の製造方法は、一方の電極を形成する工程と、活性層103の成膜工程と、他方の電極を形成する工程と、を含む。図1に示す光電変換素子107を作製する場合には、基板106上に、電極101、正孔取り出し層102、有機活性層103、電子取り出し層104、及び電極105を順次積層すればよい。
<1.7 Manufacturing Method of Photoelectric Conversion Element>
The manufacturing method of a photoelectric conversion element is not specifically limited. By sequentially laminating each layer by the method described above for each layer, the photoelectric conversion element according to the present invention can be manufactured. For example, a method for manufacturing a photoelectric conversion element as an example includes a step of forming one electrode, a step of forming the active layer 103, and a step of forming the other electrode. In the case of manufacturing the photoelectric conversion element 107 illustrated in FIG. 1, the electrode 101, the hole extraction layer 102, the organic active layer 103, the electron extraction layer 104, and the electrode 105 may be sequentially stacked over the substrate 106.

(熱処理)
少なくとも一対の電極と活性層103とを積層して得られる光電変換素子を、さらに通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常250℃以下、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい。本明細書においてはこの工程を、ポストアニーリング処理工程と呼ぶ。このポストアニーリング処理工程の温度を50℃以上にすることは、各層間の密着性が向上し、変換効率が向上しうる点で好ましい。このポストアニーリング処理工程の温度を300℃以下にすることは、活性層の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。加熱は、上記の温度範囲内で、段階的に行ってもよい。加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。
(Heat treatment)
A photoelectric conversion element obtained by laminating at least a pair of electrodes and the active layer 103 is further usually 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 250 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. It is preferable to heat in the following temperature range. In this specification, this process is called a post-annealing process. It is preferable to set the temperature of the post-annealing process to 50 ° C. or higher because adhesion between the layers can be improved and conversion efficiency can be improved. It is preferable to set the temperature in the post-annealing process to 300 ° C. or lower because the possibility that the organic compound in the active layer is thermally decomposed is reduced. Heating may be performed stepwise within the above temperature range. The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter.

ポストアニーリング処理は太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、このアニーリング処理の雰囲気は常圧下、かつ不活性ガス雰囲気で実施することが好ましい。   The post annealing process is preferably terminated when the open circuit voltage, the short circuit current, and the fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a constant value. Further, it is preferable that the annealing treatment be performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.

ポストアニーリング処理工程により各層間の密着性を向上させることで、活性層の自己組織化が促進され、変換効率が向上する効果が得られうる。加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気下に光電変換素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式であっても連続方式であっても構わない。   By improving the adhesion between the layers by the post annealing process, self-organization of the active layer is promoted, and an effect of improving the conversion efficiency can be obtained. As a heating method, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be put in a heating atmosphere such as an oven. Further, the heating may be a batch method or a continuous method.

<2.太陽電池>
本実施形態に係る光電変換素子107は、太陽電池、なかでも薄膜太陽電池の太陽電池素子として使用されることが好ましい。図2は本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10とをこの順に備える。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。
<2. Solar cell>
The photoelectric conversion element 107 according to the present embodiment is preferably used as a solar cell, particularly a solar cell element of a thin film solar cell. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin film solar cell as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the thin film solar cell 14 of this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a solar cell element. 6, a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 are provided in this order. And light is irradiated from the side (downward in the figure) where the weather-resistant protective film 1 is formed, and the solar cell element 6 generates power. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet in which a fluororesin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. Good.

[2.1 耐候性保護フィルム(1)]
耐候性保護フィルム1は天候変化から太陽電池素子6を保護するフィルムである。耐候性保護フィルム1で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を天候変化等から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。
[2.1 Weatherproof protective film (1)]
The weather-resistant protective film 1 is a film that protects the solar cell element 6 from weather changes. By covering the solar cell element 6 with the weather-resistant protective film 1, the solar cell element 6 and the like are protected from weather changes and the power generation capacity is kept high.

耐候性保護フィルム1は、薄膜太陽電池14の最表層に位置するため、耐候性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性及び/又は機械強度等の、薄膜太陽電池14の表面被覆材として好適な性能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持する性質を有することが好ましい。   Since the weather resistant protective film 1 is located on the outermost layer of the thin film solar cell 14, the surface covering material of the thin film solar cell 14 such as weather resistance, heat resistance, transparency, water repellency, stain resistance and / or mechanical strength is provided. It is preferable to have a property suitable for the above and to maintain it for a long period of time in outdoor exposure.

また、耐候性保護フィルム1は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率が80%以上であることが好ましく、上限に制限はない。   Moreover, the weather-resistant protective film 1 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the light transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is preferably 80% or more, and the upper limit is not limited.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、耐候性保護フィルム1も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、耐候性保護フィルム1の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。   Furthermore, since the thin-film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the weather-resistant protective film 1 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the weather-resistant protective film 1 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

耐候性保護フィルム1を構成する材料は、天候変化から太陽電池素子6を保護することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、AS(アクリロニトリル−スチレン)樹脂、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル系樹脂、各種ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、シリコーン系樹脂又はポリカーボネート樹脂等が挙げられる。   The material which comprises the weather-resistant protective film 1 is arbitrary as long as it can protect the solar cell element 6 from a weather change. Examples of the material include polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, AS (acrylonitrile-styrene) resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) resin, polyvinyl chloride resin, fluorine resin, polyethylene terephthalate, polyethylene Examples thereof include polyester resins such as naphthalate, phenol resins, polyacrylic resins, polyamide resins such as various nylons, polyimide resins, polyamide-imide resins, polyurethane resins, cellulose resins, silicone resins, and polycarbonate resins.

なお、耐候性保護フィルム1は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、耐候性保護フィルム1は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。   In addition, the weather-resistant protective film 1 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Moreover, although the weather-resistant protective film 1 may be formed with the single layer film, the laminated | multilayer film provided with the film of two or more layers may be sufficient as it.

耐候性保護フィルム1の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上200μm以下である。   The thickness of the weather-resistant protective film 1 is not particularly defined, but is usually 10 μm or more and 200 μm or less.

また耐候性保護フィルム1には、他のフィルムとの接着性の改良のために、コロナ処理及び/又はプラズマ処理等の表面処理を行ってもよい。   Moreover, you may perform surface treatment, such as a corona treatment and / or a plasma treatment, for the weather-resistant protective film 1 in order to improve the adhesiveness with another film.

耐候性保護フィルム1は、薄膜太陽電池14においてできるだけ外側に設けることが好ましい。薄膜太陽電池14の構成部材のうちより多くのものを保護できるようにするためである。   The weatherproof protective film 1 is preferably provided on the outer side as much as possible in the thin-film solar cell 14. This is because more of the constituent members of the thin-film solar cell 14 can be protected.

[2.2 紫外線カットフィルム(2)]
紫外線カットフィルム2は紫外線の透過を防止するフィルムである。紫外線カットフィルム2を薄膜太陽電池14の受光部分に設け、紫外線カットフィルム2で太陽電池素子6の受光面6aを覆うことにより、太陽電池素子6及び必要に応じてガスバリアフィルム3、9等を紫外線から保護し、発電能力を高く維持することができる。
[2.2 UV cut film (2)]
The ultraviolet cut film 2 is a film that prevents the transmission of ultraviolet rays. The ultraviolet cut film 2 is provided in the light receiving portion of the thin-film solar cell 14, and the ultraviolet cut film 2 covers the light receiving surface 6a of the solar cell element 6, so that the solar cell element 6 and, if necessary, the gas barrier films 3 and 9 are exposed to ultraviolet rays. It is possible to protect the power generation and keep the power generation capacity high.

紫外線カットフィルム2に要求される紫外線の透過抑制能力の程度としては、紫外線(例えば、波長300nm)の透過率が50%以下であることが好ましく、下限に制限はない。また、紫外線カットフィルム2は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率が80%以上であることが好ましく、上限に制限はない。   As the degree of the ability to suppress the transmission of ultraviolet rays required for the ultraviolet cut film 2, the transmittance of ultraviolet rays (for example, wavelength 300 nm) is preferably 50% or less, and the lower limit is not limited. Further, the ultraviolet cut film 2 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the light transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is preferably 80% or more, and the upper limit is not limited.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、紫外線カットフィルム2も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、紫外線カットフィルム2の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the ultraviolet cut film 2 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the ultraviolet cut film 2 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

また、紫外線カットフィルム2は、柔軟性が高く、隣接するフィルムとの接着性が良好であり、水蒸気や酸素をカットしうるものが好ましい。   Moreover, the ultraviolet cut film 2 has a high softness | flexibility, its adhesiveness with an adjacent film is favorable, and what can cut water vapor | steam and oxygen is preferable.

紫外線カットフィルム2を構成する材料は、紫外線の強度を弱めることができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系又はエステル系の樹脂に紫外線吸収剤を配合して成膜したフィルム等が挙げられる。また、紫外線吸収剤を樹脂中に分散あるいは溶解させたものの層(以下、適宜「紫外線吸収層」という)を基材フィルム上に形成したフィルムを用いてもよい。   The material which comprises the ultraviolet cut film 2 is arbitrary if the intensity | strength of an ultraviolet-ray can be weakened. Examples of the material include films formed by blending an ultraviolet absorber with an epoxy, acrylic, urethane, or ester resin. Further, a film in which a layer of an ultraviolet absorbent dispersed or dissolved in a resin (hereinafter referred to as “ultraviolet absorbing layer” as appropriate) is formed on a base film may be used.

紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系のものを用いることができる。なお、紫外線吸収剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   As the ultraviolet absorber, for example, salicylic acid-based, benzophenone-based, benzotriazole-based, and cyanoacrylate-based ones can be used. In addition, a ultraviolet absorber may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

上述のように、紫外線吸収フィルムとしては紫外線吸収層を基材フィルム上に形成したフィルムを用いることもできる。このようなフィルムは、例えば、紫外線吸収剤を含む塗布液を基材フィルム上に塗布し、乾燥させることで作製できる。基材フィルムの材質は特に限定されないが、耐熱性、柔軟性のバランスが良好なフィルムが得られる点で、例えばポリエステルが挙げられる。   As described above, a film in which an ultraviolet absorbing layer is formed on a base film can also be used as the ultraviolet absorbing film. Such a film can be produced, for example, by applying a coating solution containing an ultraviolet absorber on a substrate film and drying it. Although the material of a base film is not specifically limited, For example, polyester is mentioned at the point from which the balance of heat resistance and a softness | flexibility is obtained.

紫外線カットフィルム2の具体的な商品の例を挙げると、カットエース(MKVプラスティック株式会社)等が挙げられる。   Examples of specific products of the ultraviolet cut film 2 include cut ace (MKV Plastic Co., Ltd.).

なお、紫外線カットフィルム2は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、紫外線カットフィルム2は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。紫外線カットフィルム2の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。   In addition, the ultraviolet cut film 2 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Further, the ultraviolet cut film 2 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers. The thickness of the ultraviolet cut film 2 is not particularly limited, but is usually 5 μm or more and 200 μm or less.

紫外線カットフィルム2は、太陽電池素子6の受光面6aの少なくとも一部を覆う位置に設ければよいが、好ましくは太陽電池素子6の受光面6aの全てを覆う位置に設ける。ただし、太陽電池素子6の受光面6aを覆う位置以外の位置にも紫外線カットフィルム2が設けられていてもよい。   Although the ultraviolet cut film 2 should just be provided in the position which covers at least one part of the light-receiving surface 6a of the solar cell element 6, Preferably it is provided in the position which covers all the light-receiving surfaces 6a of the solar cell element 6. FIG. However, the ultraviolet cut film 2 may be provided at a position other than the position covering the light receiving surface 6 a of the solar cell element 6.

[2.3 ガスバリアフィルム(3)]
ガスバリアフィルム3は水及び酸素の透過を防止するフィルムである。ガスバリアフィルム3で太陽電池素子6を被覆することにより、太陽電池素子6を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。
[2.3 Gas barrier film (3)]
The gas barrier film 3 is a film that prevents permeation of water and oxygen. By covering the solar cell element 6 with the gas barrier film 3, the solar cell element 6 can be protected from water and oxygen, and the power generation capacity can be kept high.

ガスバリアフィルム3に要求される防湿能力の程度は、例えば、単位面積(1m)の1日あたりの水蒸気透過率が、通常1×10−1g/m/day以下であることが好ましく、下限に制限はない。 The degree of moisture resistance required for the gas barrier film 3 is, for example, preferably that the water vapor permeability per unit area (1 m 2 ) per day is usually 1 × 10 −1 g / m 2 / day or less, There is no limit on the lower limit.

ガスバリアフィルム3に要求される酸素透過性の程度は、例えば、単位面積(1m)の1日あたりの酸素透過率が、通常1×10−1cc/m/day/atm以下であることが好ましく、下限に制限はない。 The degree of oxygen permeability required for the gas barrier film 3 is, for example, that the oxygen permeability per unit area (1 m 2 ) is usually 1 × 10 −1 cc / m 2 / day / atm or less. Is preferred, and there is no limit to the lower limit.

また、ガスバリアフィルム3は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上であり、上限に制限はない。   Further, the gas barrier film 3 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the light absorption of the solar cell element 6. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, and there is no upper limit.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、ガスバリアフィルム3も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ガスバリアフィルム3の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the gas barrier film 3 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the gas barrier film 3 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

ガスバリアフィルム3の具体的な構成は、太陽電池素子6を水から保護できる限り任意である。ただし、ガスバリアフィルム3を透過しうる水蒸気や酸素の量を少なくできるフィルムほど製造コストが高くなるため、これらの点を総合的に勘案して適切なものを使用することが好ましい。   The specific configuration of the gas barrier film 3 is arbitrary as long as the solar cell element 6 can be protected from water. However, since the manufacturing cost increases as the amount of water vapor or oxygen that can permeate the gas barrier film 3 increases, it is preferable to use an appropriate film considering these points comprehensively.

なかでも好適なガスバリアフィルム3としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)或いはポリエチレンナフタレート(PEN)等の基材フィルムにSiOを真空蒸着したフィルム等が挙げられる。 Particularly suitable gas barrier film 3 includes, for example, a film obtained by vacuum-depositing SiO x on a base film such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate (PEN).

なお、ガスバリアフィルム3は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ガスバリアフィルム3は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。   In addition, the gas barrier film 3 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. The gas barrier film 3 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.

ガスバリアフィルム3の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。   The thickness of the gas barrier film 3 is not particularly defined, but is usually 5 μm or more and 200 μm or less.

ガスバリアフィルム3は、太陽電池素子6を被覆して湿気及び酸素から保護できればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子6の正面(受光面側の面。図2では下側の面)及び背面(受光面とは反対側の面。図2では上側の面)を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池14においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いためである。本実施形態ではガスバリアフィルム3が太陽電池素子6の正面を覆い、後述するガスバリアフィルム9が太陽電池素子6の背面を覆うようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。   As long as the gas barrier film 3 covers the solar cell element 6 and can be protected from moisture and oxygen, the formation position is not limited. However, the front surface of the solar cell element 6 (surface on the light receiving surface side, lower surface in FIG. 2) and It is preferable to cover the back surface (the surface opposite to the light receiving surface; the upper surface in FIG. 2). This is because the front and back surfaces of the thin film solar cell 14 are often formed in a larger area than the other surfaces. In this embodiment, the gas barrier film 3 covers the front surface of the solar cell element 6, and a gas barrier film 9 described later covers the back surface of the solar cell element 6. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet in which a fluororesin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. Good.

[2.4 ゲッター材フィルム(4)]
ゲッター材フィルム4は水分及び/又は酸素を吸収するフィルムである。ゲッター材フィルム4で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を水分及び/又は酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。
[2.4 Getter material film (4)]
The getter material film 4 is a film that absorbs moisture and / or oxygen. By covering the solar cell element 6 with the getter material film 4, the solar cell element 6 and the like can be protected from moisture and / or oxygen, and the power generation capability can be kept high.

ここで、ゲッター材フィルム4は上述のガスバリアフィルム3とは異なり、水分の透過を妨げるものではなく、水分を吸収するものである。水分を吸収するフィルムを用いることにより、ガスバリアフィルム3等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間に僅かに浸入する水分をゲッター材フィルム4が捕捉し、水分による太陽電池素子6への影響を排除できる。ゲッター材フィルム4の水分吸収能力の程度は、通常0.1mg/cm以上であり、上限に制限は無いが、通常10mg/cm以下である。 Here, unlike the gas barrier film 3 described above, the getter material film 4 does not prevent moisture permeation but absorbs moisture. By using a film that absorbs moisture, when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier film 3 or the like, the getter material film 4 captures moisture that slightly enters the space formed by the gas barrier films 3 and 9, The influence of moisture on the solar cell element 6 can be eliminated. The degree of moisture absorption capacity of the getter material film 4 is usually 0.1 mg / cm 2 or more, and although there is no upper limit, it is usually 10 mg / cm 2 or less.

また、ゲッター材フィルム4が酸素を吸収することにより、ガスバリアフィルム3及び9等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間に僅かに浸入する酸素をゲッター材フィルム4が捕捉して酸素による太陽電池素子6への影響を排除できる。   Further, when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier films 3 and 9 or the like by the getter material film 4 absorbing oxygen, the oxygen that slightly enters the space formed by the gas barrier films 3 and 9 is obtained as the getter material. The film 4 can capture and eliminate the influence of oxygen on the solar cell element 6.

さらに、ゲッター材フィルム4は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上であり、上限に制限はない。   Furthermore, the getter material film 4 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, and there is no upper limit.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せされることが多いため、ゲッター材フィルム4も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ゲッター材フィルム4の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the getter material film 4 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the getter material film 4 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

ゲッター材フィルム4を構成する材料は、水分及び/又は酸素を吸収することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、水分を吸収する物質としてアルカリ金属、アルカリ土類金属又はアルカリ土類金属の酸化物;アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物;シリカゲル、ゼオライト系化合物、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム又は硫酸ニッケル等の硫酸塩;アルミニウム金属錯体又はアルミニウムオキサイドオクチレート等の有機金属化合物等が挙げられる。具体的には、アルカリ土類金属としては、Ca、Sr又はBa等が挙げられる。アルカリ土類金属の酸化物としては、CaO、SrO又はBaO等が挙げられる。その他にZr−Al−BaOやアルミニウム金属錯体等も挙げられる。具体的な商品名を挙げると、例えば、OleDry(双葉電子社製)等が挙げられる。   The material constituting the getter material film 4 is arbitrary as long as it can absorb moisture and / or oxygen. Examples of the material include alkali metal, alkaline earth metal or alkaline earth metal oxides; alkali metal or alkaline earth metal hydroxides; silica gel, zeolitic compounds, magnesium sulfate. And sulfates such as sodium sulfate and nickel sulfate; and organometallic compounds such as aluminum metal complexes and aluminum oxide octylates. Specifically, examples of the alkaline earth metal include Ca, Sr, and Ba. Examples of the alkaline earth metal oxide include CaO, SrO, and BaO. In addition, Zr-Al-BaO and aluminum metal complexes are also included. Specific product names include, for example, OleDry (Futaba Electronics).

酸素を吸収する物質としては、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、モレキュラーシーブ、酸化マグネシウム又は酸化鉄等が挙げられる。またFe、Mn、Zn、及びこれら金属の硫酸塩・塩化物塩・硝酸塩等の無機塩も挙げられる。   Examples of the substance that absorbs oxygen include activated carbon, silica gel, activated alumina, molecular sieve, magnesium oxide, and iron oxide. In addition, Fe, Mn, Zn, and inorganic salts such as sulfates, chlorides, and nitrates of these metals are also included.

なお、ゲッター材フィルム4は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ゲッター材フィルム4は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。   In addition, the getter material film 4 may be formed of one type of material or may be formed of two or more types of materials. The getter material film 4 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.

ゲッター材フィルム4の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。   The thickness of the getter material film 4 is not particularly specified, but is usually 5 μm or more and 200 μm or less.

ゲッター材フィルム4は、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間内であればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子6の正面(受光面側の面。図2では下側の面)及び背面(受光面とは反対側の面。図2では上側の面)を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池14においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いため、これらの面を介して水分及び酸素が浸入する傾向があるからである。この観点から、ゲッター材フィルム4はガスバリアフィルム3と太陽電池素子6との間に設けることが好ましい。本実施形態ではゲッター材フィルム4が太陽電池素子6の正面を覆い、後述するゲッター材フィルム8が太陽電池素子6の背面を覆い、ゲッター材フィルム4、8がそれぞれ太陽電池素子6とガスバリアフィルム3、9との間に位置するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。   The formation position of the getter material film 4 is not limited as long as it is in the space formed by the gas barrier films 3 and 9, but the front surface of the solar cell element 6 (the surface on the light receiving surface side, the lower surface in FIG. 2). And it is preferable to cover the back surface (surface opposite to the light receiving surface; upper surface in FIG. 2). This is because, in the thin film solar cell 14, the front and back surfaces are often formed in a larger area than the other surfaces, and therefore moisture and oxygen tend to enter through these surfaces. From this viewpoint, the getter material film 4 is preferably provided between the gas barrier film 3 and the solar cell element 6. In this embodiment, the getter material film 4 covers the front surface of the solar cell element 6, a getter material film 8 described later covers the back surface of the solar cell element 6, and the getter material films 4 and 8 are respectively the solar cell element 6 and the gas barrier film 3. , 9 are located between them. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet obtained by bonding a fluororesin film on both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. .

[2.5 封止材(5)]
封止材5は、太陽電池素子6を補強するフィルムである。太陽電池素子6は薄いため通常は強度が弱く、ひいては薄膜太陽電池の強度が弱くなる傾向があるが、封止材5により強度を高く維持することが可能である。
[2.5 Sealant (5)]
The sealing material 5 is a film that reinforces the solar cell element 6. Since the solar cell element 6 is thin, the strength is usually weak, and thus the strength of the thin film solar cell tends to be weak. However, the strength can be maintained high by the sealing material 5.

また、封止材5は、薄膜太陽電池14の強度保持の観点から強度が高いことが好ましい。具体的強度については、封止材5以外の耐候性保護フィルム1やバックシート10の強度とも関係することになり一概には規定しにくいが、薄膜太陽電池14全体が良好な曲げ加工性を有し、折り曲げ部分の剥離を生じないような強度を有するのが望ましい。   Moreover, it is preferable that the sealing material 5 has high strength from the viewpoint of maintaining the strength of the thin-film solar cell 14. The specific strength is related to the strength of the weatherproof protective film 1 other than the sealing material 5 and the strength of the back sheet 10 and is generally difficult to define, but the thin film solar cell 14 as a whole has good bending workability. However, it is desirable to have a strength that does not cause peeling of the bent portion.

また、封止材5は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上であり、上限に制限はない。   In addition, the sealing material 5 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, and there is no upper limit.

封止材5の厚みは特に規定されないが、通常2μm以上通常700μm以下である。   The thickness of the sealing material 5 is not particularly specified, but is usually 2 μm or more and usually 700 μm or less.

封止材5の基板に対するT型剥離接着強さは通常1N/インチ以上通常2000N/インチ以下である。T型剥離接着強さが1N/インチ以上であることは、モジュールの長期耐久性を確保できる点で好ましい。T型剥離接着強さが2000N/インチ以下であることは、太陽電池モジュールを廃棄する際に、基材やバリアフィルムと接着材を分別して廃棄できる点で好ましい。T型剥離接着強さはJIS K6854に準拠する方法により測定する。   The T-type peel adhesion strength of the sealing material 5 to the substrate is usually 1 N / inch or more and usually 2000 N / inch or less. It is preferable that the T-type peel adhesive strength is 1 N / inch or more in terms of ensuring the long-term durability of the module. It is preferable that the T-type peel adhesive strength is 2000 N / inch or less in that the base material, the barrier film, and the adhesive can be separated and discarded when the solar cell module is discarded. The T-type peel adhesion strength is measured by a method according to JIS K6854.

封止材5の構成材料としては、上記特性を有する限り特段の制限はないが、有機・無機の太陽電池の封止、有機・無機のLED素子の封止、又は電子回路基板の封止等に一般的に用いられている封止用材料を用いる事ができる。   The constituent material of the sealing material 5 is not particularly limited as long as it has the above characteristics, but sealing of organic / inorganic solar cells, sealing of organic / inorganic LED elements, sealing of electronic circuit boards, etc. In general, a sealing material generally used can be used.

具体的には、熱硬化性樹脂組成物又は熱可塑性樹脂組成物及び活性エネルギー線硬化性樹脂組成物が挙げられる。活性エネルギー線硬化性樹脂組成物とは例えば、紫外線、可視光、電子線等で硬化する樹脂のことである。より具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)樹脂組成物、炭化水素系樹脂組成物、エポキシ系樹脂組成物、ポリエステル系樹脂組成物、アクリル系樹脂組成物、ウレタン系樹脂組成物、又はシリコーン系樹脂組成物等が挙げられ、それぞれの高分子の主鎖、分岐鎖、末端の化学修飾、分子量の調整、添加剤等によって、熱硬化性、熱可塑性及び活性エネルギー線硬化性等の特性が発現する。   Specifically, a thermosetting resin composition or a thermoplastic resin composition and an active energy ray curable resin composition can be mentioned. The active energy ray-curable resin composition is, for example, a resin that is cured by ultraviolet rays, visible light, electron beams, or the like. More specifically, an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) resin composition, a hydrocarbon resin composition, an epoxy resin composition, a polyester resin composition, an acrylic resin composition, and a urethane resin composition. Or a silicone-based resin composition, etc., depending on the main chain, branched chain, terminal chemical modification of each polymer, adjustment of molecular weight, additives, etc., thermosetting, thermoplastic and active energy ray curable, etc. The characteristics are expressed.

また、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、封止材5も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、封止材5の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。   Moreover, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the sealing material 5 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the sealing material 5 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

封止材5中の封止材用構成材料の密度は、0.80g/cm3以上が好ましく、上限に制限はない。なお、密度の測定と評価は、JIS K7112に準拠する方法によって実施することができる。   The density of the constituent material for sealing material in the sealing material 5 is preferably 0.80 g / cm 3 or more, and there is no upper limit. The measurement and evaluation of density can be performed by a method based on JIS K7112.

封止材5を設ける位置に制限は無いが、通常は太陽電池素子6を挟み込むように設ける。太陽電池素子6を確実に保護するためである。本実施形態では、太陽電池素子6の正面及び背面にそれぞれ封止材5及び封止材7を設けるようにしている。   Although there is no restriction | limiting in the position which provides the sealing material 5, Usually, it provides so that the solar cell element 6 may be inserted | pinched. This is for reliably protecting the solar cell element 6. In this embodiment, the sealing material 5 and the sealing material 7 are provided on the front surface and the back surface of the solar cell element 6, respectively.

[2.6 太陽電池素子6]
太陽電池素子6は、本発明に係る光電変換素子、例えば光電変換素子107と同様である。
[2.6 Solar cell element 6]
The solar cell element 6 is the same as the photoelectric conversion element according to the present invention, for example, the photoelectric conversion element 107.

太陽電池素子6は、薄膜太陽電池14一個につき一個だけを設けてもよいが、通常は2個以上の太陽電池素子6を設ける。具体的な太陽電池素子6の個数は任意に設定すればよい。太陽電池素子6を複数設ける場合、太陽電池素子6はアレイ状に並べて設けられていることが多い。太陽電池素子6を複数設ける場合、通常は、太陽電池素子6同士は電気的に接続され、接続された一群の太陽電池素子6から生じた電気を端子(図示せず)から取り出すようになっていて、この際、電圧を高めるため通常は太陽電池素子は直列に接続される。   Although only one solar cell element 6 may be provided for each thin film solar cell 14, usually two or more solar cell elements 6 are provided. The specific number of solar cell elements 6 may be set arbitrarily. When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are often arranged in an array. When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are usually electrically connected to each other, and electricity generated from the connected group of solar cell elements 6 is taken out from a terminal (not shown). At this time, the solar cell elements are usually connected in series in order to increase the voltage.

このように太陽電池素子6同士を接続する場合には、太陽電池素子6間の距離は小さいことが好ましく、ひいては、太陽電池素子6と太陽電池素子6との間の隙間は狭いことが好ましい。太陽電池素子6の受光面積を広くして受光量を増加させ、薄膜太陽電池14の発電量を増加させるためである。   Thus, when connecting the solar cell elements 6, it is preferable that the distance between the solar cell elements 6 is small, and by extension, the gap between the solar cell element 6 and the solar cell element 6 is preferably narrow. This is because the light receiving area of the solar cell element 6 is widened to increase the amount of received light, and the amount of power generated by the thin film solar cell 14 is increased.

[2.7 封止材(7)]
封止材7は、上述した封止材5と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は封止材7と同様のものを同様に用いることができる。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[2.7 Sealant (7)]
The sealing material 7 is a film similar to the sealing material 5 described above, and the same material as the sealing material 7 can be used in the same manner except that the arrangement position is different. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.

[2.8 ゲッター材フィルム(8)]
ゲッター材フィルム8は、上述したゲッター材フィルム4と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はゲッター材フィルム4と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[2.8 Getter material film (8)]
The getter material film 8 is the same film as the getter material film 4 described above, and the same material as the getter material film 4 can be used as necessary, except for the arrangement position. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.

[2.9 ガスバリアフィルム(9)]
ガスバリアフィルム9は、上述したガスバリアフィルム3と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はガスバリアフィルム9と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[2.9 Gas barrier film (9)]
The gas barrier film 9 is the same film as the gas barrier film 3 described above, and the same material as the gas barrier film 9 can be used as necessary except that the arrangement position is different. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.

[2.10 バックシート(10)]
バックシート10は、上述した耐候性保護フィルム1と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は耐候性保護フィルム1と同様のものを同様に用いることができる。また、このバックシート10が水及び酸素を透過させ難いものであれば、バックシート10をガスバリア層として機能させることも可能である。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[2.10 Back sheet (10)]
The back sheet 10 is the same film as the weather-resistant protective film 1 described above, and the same material as the weather-resistant protective film 1 can be used in the same manner except that the arrangement position is different. In addition, if the back sheet 10 is difficult to permeate water and oxygen, the back sheet 10 can also function as a gas barrier layer. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.

[2.11 寸法等]
本実施形態の薄膜太陽電池14は、通常、膜状の薄い部材である。このように膜状の部材として薄膜太陽電池14を形成することにより、薄膜太陽電池14を建材、自動車又はインテリア等に容易に設置できるようになっている。薄膜太陽電池14は、軽く、割れにくく、従って安全性の高い太陽電池が得られ、また曲面にも適用可能であるため更に多くの用途に使用しうる。薄くて軽いため輸送や保管等流通面でも好ましい。更に、膜状であるためロール・トゥ・ロール式の製造が可能であり大幅なコストカットが可能である。薄膜太陽電池14の具体的な寸法に制限は無いが、その厚みは、通常300μm以上3000μm以下である。
[2.11 Dimensions, etc.]
The thin film solar cell 14 of the present embodiment is usually a thin film member. Thus, by forming the thin film solar cell 14 as a film-like member, the thin film solar cell 14 can be easily installed in a building material, an automobile, an interior, or the like. The thin-film solar cell 14 is light and difficult to break, and thus a highly safe solar cell can be obtained and can be applied to a curved surface, so that it can be used for more applications. Since it is thin and light, it is preferable in terms of distribution such as transportation and storage. Furthermore, since it is in the form of a film, it can be manufactured in a roll-to-roll manner, and the cost can be greatly reduced. Although there is no restriction | limiting in the specific dimension of the thin film solar cell 14, The thickness is usually 300 micrometers or more and 3000 micrometers or less.

[2.12 製造方法]
本実施形態の薄膜太陽電池14の製造方法に制限は無いが、例えば、図2の形態の太陽電池製造方法としては、図2に示される積層体を作成した後に、ラミネート封止工程を行う方法が挙げられる。本発明の太陽電池素子は、耐熱性に優れるため、ラミネート封止工程による劣化が低減される点で好ましい。
[2.12 Manufacturing method]
Although there is no restriction | limiting in the manufacturing method of the thin film solar cell 14 of this embodiment, For example, as a solar cell manufacturing method of the form of FIG. 2, after producing the laminated body shown by FIG. Is mentioned. Since the solar cell element of the present invention is excellent in heat resistance, it is preferable in that deterioration due to the laminate sealing step is reduced.

図2に示される積層体作成は周知の技術を用いて行うことができる。ラミネート封止工程の方法は、本発明の効果を損なわなければ特に制限はないが、例えば、ウェットラミネート、ドライラミネート、ホットメルトラミネート、押出しラミネート、共押出成型ラミネート、押出コーティング、光硬化接着剤によるラミネート、サーマルラミネート等が挙げられる。なかでも有機ELデバイス封止で実績のある光硬化接着剤によるラミネート法、太陽電池で実績のあるホットメルトラミネート、サーマルラミネートが好ましく、さらに、ホットメルトラミネート、サーマルラミネートがシート状の封止材を使用できる点でより好ましい。   The laminate production shown in FIG. 2 can be performed using a known technique. The method of the laminate sealing step is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but for example, wet lamination, dry lamination, hot melt lamination, extrusion lamination, coextrusion molding lamination, extrusion coating, photocuring adhesive Laminate, thermal laminate, etc. are mentioned. Among them, the laminating method using a photo-curing adhesive having a proven record in organic EL device sealing, the hot melt laminate having a proven record in solar cells, and the thermal laminate are preferable. It is more preferable at the point which can be used.

ラミネート封止工程の加熱温度は通常90℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上であり、通常180℃以下、好ましくは170℃以下、より好ましくは150℃以下である。バンドギャップが狭い本発明に係るp型半導体化合物は、通常は耐熱性が低いが、上述のように活性層が所定濃度の本発明に係る芳香族化合物を含んでいることにより、比較的高い温度でラミネート封止を行っても活性層の劣化が防がれうる。より高い温度でラミネート封止を行うことにより、より確実に光電変換素子を酸素及び水分から保護することができる。   The heating temperature in the laminate sealing step is usually 90 ° C or higher, preferably 100 ° C or higher, more preferably 120 ° C or higher, and is usually 180 ° C or lower, preferably 170 ° C or lower, more preferably 150 ° C or lower. The p-type semiconductor compound according to the present invention having a narrow band gap is usually low in heat resistance, but has a relatively high temperature because the active layer contains the aromatic compound according to the present invention at a predetermined concentration as described above. In this case, the active layer can be prevented from deteriorating even if the laminate sealing is performed. By performing laminate sealing at a higher temperature, the photoelectric conversion element can be more reliably protected from oxygen and moisture.

ラミネート封止工程の加熱時間は通常10分以上、好ましくは20分以上であり、通常100分以下、好ましくは90分以下である。ラミネート封止工程の圧力は通常0.001MPa以上、好ましくは0.01MPa以上であり、通常0.2MPa以下、好ましくは0.1MPa以下である。圧力をこの範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材5、7がはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。   The heating time in the laminate sealing step is usually 10 minutes or longer, preferably 20 minutes or longer, and is usually 100 minutes or shorter, preferably 90 minutes or shorter. The pressure in the laminate sealing step is usually 0.001 MPa or more, preferably 0.01 MPa or more, and usually 0.2 MPa or less, preferably 0.1 MPa or less. By setting the pressure within this range, sealing can be reliably performed, and the sealing materials 5 and 7 from the end can be prevented from protruding or reduced in film thickness due to over-pressurization, thereby ensuring dimensional stability.

なお、2個以上の太陽電池素子6を直列又は並列接続したものも上記と同様にして、製造することができる。   In addition, what connected two or more solar cell elements 6 in series or in parallel can be manufactured similarly to the above.

[2.13 用途]
本発明の太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14の用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。本発明の薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等である。
[2.13 Applications]
There is no restriction | limiting in the use of the solar cell of this invention, especially the thin film solar cell 14 mentioned above, It can use for arbitrary uses. Examples of fields to which the thin film solar cell of the present invention is applied include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for interiors, solar cells for railways, solar cells for ships, solar cells for airplanes, solar cells for spacecraft. Batteries, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like.

本発明の太陽電池、特には薄膜太陽電池は、そのまま用いても、基材上に太陽電池を設置して太陽電池モジュールとして用いてもよい。例えば、図3に模式的に示すように、基材12上に薄膜太陽電池14を備えた太陽電池モジュール13を用意し、これを使用場所に設置して用いればよい。具体例を挙げると、基材12として建材用板材を使用する場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けることにより、太陽電池モジュール13として太陽電池パネルを作製することができる。   The solar cell of the present invention, particularly a thin film solar cell, may be used as it is, or may be used as a solar cell module by installing a solar cell on a substrate. For example, as schematically shown in FIG. 3, a solar cell module 13 including a thin film solar cell 14 on a base material 12 is prepared and used at a place of use. As a specific example, when a building material plate is used as the base material 12, a solar cell panel can be produced as the solar cell module 13 by providing the thin film solar cell 14 on the surface of the plate material.

基材12は太陽電池素子6を支持する支持部材である。基材12を形成する材料としては、例えば、ガラス、サファイア及びチタニア等の無機材料;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、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂、塩化ビニル、ポリエチレン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート及びポリノルボルネン等の有機材料;紙及び合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン及びアルミニウム等の金属;ステンレス、チタン及びアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料;等が挙げられる。   The substrate 12 is a support member that supports the solar cell element 6. Examples of the material for forming the substrate 12 include inorganic materials such as glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluorine. Organic materials such as resin, vinyl chloride, polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate and polynorbornene; paper materials such as paper and synthetic paper; metals such as stainless steel, titanium and aluminum; Examples thereof include composite materials such as those obtained by coating or laminating a surface of a metal such as stainless steel, titanium, and aluminum to impart insulation.

なお、基材の材料は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、これら有機材料あるいは紙材料に炭素繊維を含ませ、機械的強度を補強させてもよい。基材12の例を挙げると、アルポリック(登録商標;三菱樹脂製)等が挙げられる。   In addition, 1 type may be used for the material of a base material, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio. Moreover, carbon fiber may be included in these organic materials or paper materials to reinforce the mechanical strength. When the example of the base material 12 is given, Alpolic (registered trademark; manufactured by Mitsubishi Plastics) and the like may be mentioned.

基材12の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材12の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。この太陽電池パネルは、建物の外壁等に設置することができる。   Although there is no restriction | limiting in the shape of the base material 12, Usually, a board | plate material is used. Moreover, what is necessary is just to set the material of the base material 12, a dimension, etc. arbitrarily according to the use environment. This solar cell panel can be installed on the outer wall of a building.

以下、本発明の実施例を示して本発明についてさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の実施例に限定されるものではない   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples of the present invention. However, the present invention is not limited to the following examples without departing from the gist thereof.

(重量平均分子量及び数平均分子量の測定方法)
ポリスチレン換算の重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)を用いて求めた。
(Measurement method of weight average molecular weight and number average molecular weight)
The weight average molecular weight and number average molecular weight in terms of polystyrene were determined using gel permeation chromatography (GPC).

ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)測定は以下の条件で行った。
カラム:Shim−pack GPC−803(島津製作所社製、内径8.0mm、長さ30cm)、及びShim−pack GPC−804(島津製作所社製、内径8.0mm、長さ30cm)(それぞれ1本ずつ直列接続)
ポンプ:LC−10AT(島津製作所社製)
オーブン:CTO−10A(島津製作所社製)
検出器:示差屈折率検出器(島津製作所社製:RID−10A)及びUV−vis検出器(島津製作所社製:SPD−10A)
サンプル:試料1mgをテトラヒドロフラン(THF)3mLに溶解させた液5μL
移動相:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/min
解析:LC−Solution(島津製作所社製)
Gel permeation chromatography (GPC) measurement was performed under the following conditions.
Column: Shim-pack GPC-803 (manufactured by Shimadzu Corporation, inner diameter 8.0 mm, length 30 cm) and Shim-pack GPC-804 (manufactured by Shimadzu Corporation, inner diameter 8.0 mm, length 30 cm) (one each) (In series connection)
Pump: LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation)
Oven: CTO-10A (manufactured by Shimadzu Corporation)
Detector: differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation: RID-10A) and UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation: SPD-10A)
Sample: 5 μL of 1 mg sample dissolved in 3 mL of tetrahydrofuran (THF)
Mobile phase: Tetrahydrofuran Flow rate: 1.0 mL / min
Analysis: LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation)

(元素分析測定)
試料を湿式分解後、分解液中のパラジウム(Pd)及びスズ(Sn)の量をICP質量分析装置にて分析することにより、試料中のパラジウム(Pd)及びスズ(Sn)の量を求めた。また、試料を試料燃焼装置(三菱化学アナリテック社製、QF−02型)にて燃焼し、燃焼ガスを還元剤入りのアルカリ吸収液に吸収して、吸収液中の臭素イオン(Br)及びヨウ素イオン(I)をICP質量分析装置にて分析することにより、試料中の臭素(Br)及びヨウ素(I)の量を求めた。ICP質量分析装置としてはAgilent Technologies社製の7500ce型を用い、解析は検量線法により行った。
(Elemental analysis measurement)
After wet decomposition of the sample, the amounts of palladium (Pd) and tin (Sn) in the sample were determined by analyzing the amounts of palladium (Pd) and tin (Sn) in the decomposition solution with an ICP mass spectrometer. . In addition, the sample is burned with a sample combustion apparatus (QF-02 type, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.), and the combustion gas is absorbed in an alkaline absorbent containing a reducing agent, so that bromine ions (Br ) in the absorbent are absorbed. And iodine ions (I ) were analyzed by an ICP mass spectrometer, and the amounts of bromine (Br) and iodine (I) in the sample were determined. As the ICP mass spectrometer, a 7500ce type manufactured by Agilent Technologies was used, and the analysis was performed by a calibration curve method.

(p型半導体化合物の薄膜吸収スペクトル測定方法)
p型半導体化合物の薄膜吸収スペクトルは、以下のようにして測定した。すなわち、ガラス基板上に、スピンコーターを用いてp型半導体化合物溶液(0.5重量%、溶媒:トルエン)(0.15mL)をスピンコートし、60℃で乾燥して溶媒を除去することにより、p型半導体化合物膜(膜厚:120nm)を成膜した。このp型半導体化合物膜に紫外−可視光を照射し、透過光の紫外可視吸収スペクトルを分光光度計(オーシャンオプティクス社製、USB2000)で測定した。
(Method for measuring thin film absorption spectrum of p-type semiconductor compound)
The thin film absorption spectrum of the p-type semiconductor compound was measured as follows. That is, by spin-coating a p-type semiconductor compound solution (0.5 wt%, solvent: toluene) (0.15 mL) on a glass substrate using a spin coater, and drying at 60 ° C. to remove the solvent. A p-type semiconductor compound film (film thickness: 120 nm) was formed. The p-type semiconductor compound film was irradiated with ultraviolet-visible light, and the ultraviolet-visible absorption spectrum of the transmitted light was measured with a spectrophotometer (Ocean Optics, USB2000).

(p型半導体化合物のエネルギーバンドギャップ測定方法)
p型半導体化合物のエネルギーバンドギャップ(eV)は、上述のように測定したUV−visスペクトルの吸収端から決定した。具体的には、光エネルギーhνに対して(ahν)1/2をプロットし、吸収端近傍における直線領域の外挿線とベースラインとの交点をエネルギーバンドギャップとした。ここでaは吸光度、hはプランク定数、νは光の振動数である。
(Method for measuring energy band gap of p-type semiconductor compounds)
The energy band gap (eV) of the p-type semiconductor compound was determined from the absorption edge of the UV-vis spectrum measured as described above. Specifically, (ahν) 1/2 was plotted against the light energy hν, and the intersection of the extrapolated line of the linear region in the vicinity of the absorption edge and the base line was defined as the energy band gap. Here, a is absorbance, h is Planck's constant, and ν is light frequency.

(p型半導体化合物のイオン化ポテンシャル測定方法)
p型半導体化合物のトルエン溶液(1.3重量%)を用意し、ITO基板上に0.5mLの溶液をスピンコートし、60℃で乾燥して溶媒を除去することにより、p型半導体化合物膜(膜厚:100nm)を成膜した。このp型半導体化合物膜について、イオン化ポテンシャル測定装置(OPTEL社製、PCR−101)を用いてイオン化ポテンシャルを測定した。
(Method for measuring ionization potential of p-type semiconductor compound)
A p-type semiconductor compound film is prepared by preparing a toluene solution (1.3% by weight) of a p-type semiconductor compound, spin-coating 0.5 mL of the solution on the ITO substrate, drying at 60 ° C., and removing the solvent. (Film thickness: 100 nm) was formed. The ionization potential of this p-type semiconductor compound film was measured using an ionization potential measuring device (manufactured by OPTEL, PCR-101).

(p型半導体化合物の軌道エネルギー準位算出方法)
p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位及びHOMOエネルギー準位は、上記のエネルギーバンドギャップ測定及びイオン化ポテンシャル測定の結果を用いて、下記計算式(b1)(b2)に従って算出した。
LUMOエネルギー準位(eV)=
−(イオン化ポテンシャル(eV)−エネルギーバンドギャップ(eV))…(b1)
HOMOエネルギー準位(eV)=−(イオン化ポテンシャル(eV))…(b2)
(Method for calculating the orbital energy level of p-type semiconductor compounds)
The LUMO energy level and HOMO energy level of the p-type semiconductor compound were calculated according to the following formulas (b1) and (b2) using the results of the energy band gap measurement and the ionization potential measurement.
LUMO energy level (eV) =
-(Ionization potential (eV) -energy band gap (eV)) (b1)
HOMO energy level (eV) = − (ionization potential (eV)) (b2)

(芳香族化合物に対するフラーレン化合物G1の溶解度)
各種芳香族化合物に対するフラーレン化合物G1の溶解度は、以下のようにして測定した。すなわち、フラーレン化合物G1の粉末と各芳香族化合物溶液とを40℃において混合した。この時用いた各種芳香族化合物の量は、40℃においてフラーレン化合物G1が溶解していることが確認できる最少量とした。その後、25℃に冷却して析出が無いことを確認し、この時のフラーレン化合物G1の濃度を溶解度とした。25℃で析出が見られた場合は、析出物が溶解するまでさらに各芳香族化合物を加え、最終的に溶解が確認できた時点のフラーレン化合物G1の濃度を溶解度とした。
(Solubility of fullerene compound G1 in aromatic compounds)
The solubility of the fullerene compound G1 with respect to various aromatic compounds was measured as follows. That is, the powder of fullerene compound G1 and each aromatic compound solution were mixed at 40 ° C. The amount of the various aromatic compounds used at this time was the minimum amount at which it was confirmed that the fullerene compound G1 was dissolved at 40 ° C. Then, it cooled to 25 degreeC and it confirmed that there was no precipitation and the density | concentration of the fullerene compound G1 at this time was made into solubility. When precipitation was observed at 25 ° C., each aromatic compound was further added until the precipitate was dissolved, and the concentration of the fullerene compound G1 when dissolution was finally confirmed was taken as solubility.

(光電変換素子の評価)
光電変換素子に4mm角のメタルマスクを付け、照射光源としてエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cmのソーラシミュレータを用い、ソースメーター(ケイスレー社製、2400型)により、ITO電極とアルミニウム電極との間における電流−電圧特性を測定した。上記測定結果から、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、形状因子FF、光電変換効率PCE(%)を算出した。
(Evaluation of photoelectric conversion element)
A 4 mm square metal mask is attached to the photoelectric conversion element, a solar simulator with an air mass (AM) of 1.5 G and an irradiance of 100 mW / cm 2 is used as an irradiation light source, and an ITO electrode and a source meter (type 2400, manufactured by Keithley) The current-voltage characteristic between the aluminum electrode was measured. From the measurement results, an open circuit voltage Voc (V), a short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), a form factor FF, and a photoelectric conversion efficiency PCE (%) were calculated.

ここで、開放電圧Vocとは電流値=0(mA/cm)の際の電圧値であり、短絡電流密度Jscとは電圧値=0(V)の際の電流密度である。形状因子FFとは内部抵抗を表すファクターであり、最大出力をPmaxとすると次式で表される。
FF = Pmax/(Voc×Jsc)
また、光電変換効率PCEは、入射エネルギーをPinとすると次式で与えられる。
PCE = Pmax/Pin=Voc×Jsc×FF/Pin×100
Here, the open circuit voltage Voc is a voltage value when the current value = 0 (mA / cm 2 ), and the short circuit current density Jsc is a current density when the voltage value = 0 (V). The form factor FF is a factor representing the internal resistance, and is represented by the following expression when the maximum output is Pmax.
FF = Pmax / (Voc × Jsc)
Further, the photoelectric conversion efficiency PCE is given by the following equation when the incident energy is Pin.
PCE = Pmax / Pin = Voc × Jsc × FF / Pin × 100

(活性層中の芳香族化合物濃度の測定)
実施例1又は比較例1に記載の方法で電子取り出し層及び活性層が形成された基板を切断し、長さ2.5cm、幅0.5cmである短冊状の切片を作製した。この切片をアセトン(1mL)が入ったバイアルに入れた。このバイアルを手でよく振とうした後、超音波装置(本田電子社製、ULTRASONIC MULTI CLEANER W−113)を用いて15分間の超音波処理(28、45、100kHz各5秒ずつの繰返し)を行った。その後、抽出液を遠心分離器(久保田製作所製、テーブルトップ冷却遠心機 KUBOTA 2800)を用いて遠心分離(10分、2000rpm)し、上澄み液を分離した。
(Measurement of aromatic compound concentration in active layer)
The substrate on which the electron extraction layer and the active layer were formed was cut by the method described in Example 1 or Comparative Example 1 to produce a strip-shaped piece having a length of 2.5 cm and a width of 0.5 cm. This section was placed in a vial containing acetone (1 mL). After shaking this vial well by hand, ultrasonic treatment (Honda Electronics, ULTRASONIC MULTI CLEANER W-113) was used for 15 minutes of ultrasonic treatment (28, 45, 100 kHz repeated for 5 seconds each). went. Then, the extract was centrifuged (10 minutes, 2000 rpm) using a centrifuge (manufactured by Kubota Seisakusho, table top cooling centrifuge KUBOTA 2800), and the supernatant was separated.

比較例1については、得られた上澄み液をガスクロマトグラフィ(Agilent Technologies社製、型番HP6890)で分析し、絶対検量線法により芳香族化合物量(テトラリン量)を定量した。
カラム:DB−1HT(内径0.25mm、長さ15m)
キャリヤーガス:He
検出器:水素炎イオン化検出器
For Comparative Example 1, the obtained supernatant was analyzed by gas chromatography (manufactured by Agilent Technologies, model number HP6890), and the amount of aromatic compound (tetralin amount) was quantified by the absolute calibration method.
Column: DB-1HT (inner diameter 0.25 mm, length 15 m)
Carrier gas: He
Detector: Hydrogen flame ionization detector

芳香族化合物量がより少ない実施例1の場合については、得られた上澄み液をガスクロマトグラフ/質量分析計(Agilent Technologies社製、型番6890N/5978)で分析し、絶対検量線法により芳香族化合物量(テトラリン量)を定量した。
カラム:DB−1HT(内径0.25mm、長さ15m)
検出器:MSD(EI) 選択イオンモニタリングモード
選択イオン:m/z 104
キャリヤーガス:He
解析:絶対検量線法
In the case of Example 1 having a smaller amount of aromatic compound, the obtained supernatant was analyzed with a gas chromatograph / mass spectrometer (manufactured by Agilent Technologies, model number 6890N / 5978), and the aromatic compound was analyzed by an absolute calibration curve method. The amount (tetralin amount) was quantified.
Column: DB-1HT (inner diameter 0.25 mm, length 15 m)
Detector: MSD (EI) Selected ion monitoring mode Selected ion: m / z 104
Carrier gas: He
Analysis: Absolute calibration curve method

定量結果から、活性層膜1cmあたりの芳香族化合物量(テトラリン量)を算出した。活性層の膜厚は、触針式表面形状測定器(アルバック社製、型番Dektak150)により測定した。 From the quantification result, the amount of aromatic compound (tetralin amount) per 1 cm 3 of the active layer film was calculated. The film thickness of the active layer was measured with a stylus type surface shape measuring instrument (manufactured by ULVAC, model number Dektak 150).

<合成例1:イミドチオフェンモノマー1の合成>

Figure 2013187501
<Synthesis Example 1: Synthesis of imidothiophene monomer 1>
Figure 2013187501

500mLナスフラスコにチオフェンジカルボン酸(化合物E1,5.3g,30.7mmol)及び無水酢酸(100mL)を加え、140℃で6時間加熱した。減圧留去により溶媒を除去し、トルエンで再結晶を行うことにより、1H,3H−チエノ[3,4−c]フラン−1,3−ジオン(化合物E2,3.5g)を得た。   Thiophenedicarboxylic acid (Compound E1, 5.3 g, 30.7 mmol) and acetic anhydride (100 mL) were added to a 500 mL eggplant flask and heated at 140 ° C. for 6 hours. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, and 1H, 3H-thieno [3,4-c] furan-1,3-dione (Compound E2, 3.5 g) was obtained by recrystallization from toluene.

Figure 2013187501
Figure 2013187501

窒素下、100mLナスフラスコ中で化合物E2(3.57g,0.023mol)を脱水N,N−ジメチルホルムアミド(35mL)に溶解した。次いで、氷浴中でn−オクチルアミン(4.2mL,0.025mol)を加えた後、140℃で2時間加熱した。放冷後、反応溶液を水と混合し、析出した肌色粉末を濾取して、冷メタノールで洗浄することにより、4−[[1−オクチルアミノ]カルボニル]−3−チオフェンカルボン酸(化合物E3,5.3g)を得た。   Compound E2 (3.57 g, 0.023 mol) was dissolved in dehydrated N, N-dimethylformamide (35 mL) in a 100 mL eggplant flask under nitrogen. Subsequently, n-octylamine (4.2 mL, 0.025 mol) was added in an ice bath, followed by heating at 140 ° C. for 2 hours. After allowing to cool, the reaction solution is mixed with water, and the precipitated skin-colored powder is collected by filtration and washed with cold methanol to give 4-[[1-octylamino] carbonyl] -3-thiophenecarboxylic acid (Compound E3 , 5.3 g).

Figure 2013187501
Figure 2013187501

100mLナスフラスコに、化合物E3(5.27g,18.6mmol)と塩化チオニル(18mL)とを加え、72℃に設定したバス中で3時間加熱した。放冷後、1N水酸化ナトリウム水溶液中に反応液を滴下し、析出した茶色粉末を濾取した。冷メタノールを用いて洗浄し、乾燥させることにより、5−オクチル−4H−チエノ[3,4−c]ピロール−4,6(5H)−ジオン(化合物E4,4.55g)を得た(収率91%)。   Compound E3 (5.27 g, 18.6 mmol) and thionyl chloride (18 mL) were added to a 100 mL eggplant flask and heated in a bath set at 72 ° C. for 3 hours. After allowing to cool, the reaction solution was dropped into a 1N aqueous sodium hydroxide solution, and the precipitated brown powder was collected by filtration. By washing with cold methanol and drying, 5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6 (5H) -dione (compound E4, 4.55 g) was obtained (yield). 91%).

Figure 2013187501
Figure 2013187501

窒素下、200mLナスフラスコ中で化合物E4(2.65g,10mmol)を、トリフルオロ酢酸(50mL)及び濃硫酸(15mL)に溶解した。氷浴中で、さらにN−ブロモスクシンイミド(5.33g,30mmol)を加えて溶解するまで攪拌後、氷浴を外し、反応液を室温まで上昇させてさらに20時間攪拌した。反応液を氷水と混合することによりクエンチした後、クロロホルムを用いて生成物を抽出し、溶媒を減圧留去により除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=2/1→1/1)にて精製し、さらにヘキサンを用いて懸濁洗浄することにより、イミドチオフェンモノマー1(1,3−ジブロモ−5−オクチル−4H−チエノ[3,4−c]ピロール−4,6−(5H)−ジオン,2.58g)を得た(収率61%)。   Compound E4 (2.65 g, 10 mmol) was dissolved in trifluoroacetic acid (50 mL) and concentrated sulfuric acid (15 mL) in a 200 mL eggplant flask under nitrogen. In the ice bath, N-bromosuccinimide (5.33 g, 30 mmol) was further added and stirred until dissolved, then the ice bath was removed, the reaction solution was allowed to rise to room temperature, and stirred for another 20 hours. After the reaction solution was quenched by mixing with ice water, the product was extracted with chloroform, and the solvent was removed by distillation under reduced pressure. The crude product was purified by column chromatography (developing solvent: hexane / chloroform = 2/1 → 1/1) and suspended and washed with hexane to obtain imidothiophene monomer 1 (1,3-dibromo). -5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione, 2.58 g) was obtained (61% yield).

<合成例2:ジチエノシロールモノマー1の合成>

Figure 2013187501
<Synthesis Example 2: Synthesis of Dithienosilole Monomer 1>
Figure 2013187501

50mL多口フラスコに4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)−5,5−ジブロモ−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E11,0.1g)を入れ、真空ポンプとドライヤーを用いて十分に窒素置換した。脱水テトラヒドロフラン(5mL)を加え、ドライアイス−アセトンバスで系を冷やした後、n−ブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、0.28mL)を加え、15分間攪拌した。その後トリメチルスズクロリド(105mg)を加え、反応液を室温まで上昇させて2時間攪拌した。反応液に水を加えてクエンチし、ヘキサンで生成物を抽出後、硫酸ナトリウムを用いて乾燥させ、減圧留去により溶媒を除去することにより、ジチエノシロールモノマー1(4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)−5,5−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール,125mg)を緑色オイルとして得た。   Into a 50 mL multi-necked flask was placed 4,4′-bis (2-ethylhexyl) -5,5-dibromo-dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (Compound E11, 0.1 g). Using a vacuum pump and a dryer, the nitrogen was sufficiently replaced. After adding dehydrated tetrahydrofuran (5 mL) and cooling the system in a dry ice-acetone bath, an n-butyllithium hexane solution (1.6 M, 0.28 mL) was added and stirred for 15 minutes. Trimethyltin chloride (105 mg) was then added, and the reaction mixture was allowed to rise to room temperature and stirred for 2 hours. The reaction solution was quenched by adding water, and the product was extracted with hexane, dried using sodium sulfate, and the solvent was removed by distillation under reduced pressure, whereby dithienosilole monomer 1 (4,4′-bis ( 2-ethylhexyl) -5,5-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole, 125 mg) was obtained as a green oil.

<合成例3:コポリマーAの合成>

Figure 2013187501
<Synthesis Example 3: Synthesis of Copolymer A>
Figure 2013187501

窒素下50mLナスフラスコに、合成例1で得られたイミドチオフェンモノマー1(187mg,0.443mmol)、合成例2で得られたジチエノシロールモノマー1(340mg,0.443mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0価)(15mg,0.013mmol)、酸化銅(II)(35mg,0.443mmol)、トルエン(6.75mL)及びDMF(1.62mL)を加え、100℃で20時間攪拌した。その後末端処理として、ブロモベンゼン(0.1mL)を加えて3時間加熱攪拌し、さらにトリメチル(フェニル)スズ(0.1mL)を加えて3時間加熱攪拌した後、反応溶液をトルエンで5倍に希釈し、メタノール400mL中に滴下した。析出したコポリマーを濾取した後、カラムクロマトグラフィーで精製することにより、目的のコポリマーAを得た。具体的には、JAIGEL−3H(40φ)及び2H(40φ)を直列に取り付けたJAL908−C60装置(日本分析工業社製)を用い、展開液としてクロロホルムを用いて、流速14mL/minの条件下、濾取したコポリマー(50〜100mg)のクロロホルム溶液(10mL)を充填し、分取精製をおこなった。   In a 50 mL eggplant flask under nitrogen, imidothiophene monomer 1 obtained in Synthesis Example 1 (187 mg, 0.443 mmol), dithienosilole monomer 1 obtained in Synthesis Example 2 (340 mg, 0.443 mmol), tetrakis (triphenyl) Phosphine) palladium (valent 0) (15 mg, 0.013 mmol), copper (II) oxide (35 mg, 0.443 mmol), toluene (6.75 mL) and DMF (1.62 mL) were added, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 20 hours. did. Then, as a terminal treatment, bromobenzene (0.1 mL) was added and heated and stirred for 3 hours. Further, trimethyl (phenyl) tin (0.1 mL) was added and heated and stirred for 3 hours, and then the reaction solution was diluted 5 times with toluene. Diluted and dropped into 400 mL of methanol. The precipitated copolymer was collected by filtration and purified by column chromatography to obtain the desired copolymer A. Specifically, using a JAL908-C60 apparatus (manufactured by Nihon Analytical Industrial Co., Ltd.) with JAIGEL-3H (40φ) and 2H (40φ) attached in series, using chloroform as a developing solution, under a flow rate of 14 mL / min. Then, the copolymer (50 to 100 mg) collected by filtration was filled with a chloroform solution (10 mL) and subjected to preparative purification.

分取されたコポリマーAの重量平均分子量、数平均分子量及び分子量分布(PDI)を上述のように測定したところ、それぞれ、1.6×10、6.1×10及び2.7であった。コポリマーAの元素分析を上述のように行ったところ、それぞれの元素量はBr:73ppm、Pd:40ppm、Sn:153ppmであった。 The weight average molecular weight, number average molecular weight and molecular weight distribution (PDI) of the fractionated copolymer A were measured as described above, and were 1.6 × 10 5 , 6.1 × 10 4 and 2.7, respectively. It was. When elemental analysis of the copolymer A was performed as described above, the respective element amounts were Br: 73 ppm, Pd: 40 ppm, and Sn: 153 ppm.

(p型半導体化合物の特性測定結果)
上述の方法に従って、合成例1で得られたポリマーA及びP3HT(Rieke社製)の薄膜吸収スペクトルを測定した。結果を図4に示す。
(Results of measuring characteristics of p-type semiconductor compounds)
According to the above-mentioned method, the thin film absorption spectrum of the polymer A obtained by the synthesis example 1 and P3HT (Rieke) was measured. The results are shown in FIG.

図4から、本発明に係るp型半導体化合物であるポリマーAは、P3HTとは異なり、400nm以上での最も強い吸収極大波長が、600nm以上1000nm以下に存在することが分かった。このことはポリマーAが比較的狭いエネルギーバンドギャップを有し、電荷分離及びキャリア移動が起こりやすいことを示唆する。また、ポリマーAは長波長領域で比較的高い光吸収性を有することから、ポリマーAを用いる光電変換素子は長波長の光をより有効に利用しうる。   From FIG. 4, it was found that, unlike P3HT, polymer A, which is a p-type semiconductor compound according to the present invention, has the strongest absorption maximum wavelength at 400 nm or more at 600 nm or more and 1000 nm or less. This suggests that polymer A has a relatively narrow energy band gap and is susceptible to charge separation and carrier transfer. In addition, since the polymer A has a relatively high light absorption in the long wavelength region, the photoelectric conversion element using the polymer A can more effectively use the long wavelength light.

また、上述の方法に従い、ポリマーA及びP3HTのエネルギーバンドギャップ、HOMOエネルギー準位、及びLUMOエネルギー準位を測定・算出した。結果を表1に示す。   Moreover, according to the above-mentioned method, the energy band gap, the HOMO energy level, and the LUMO energy level of the polymer A and P3HT were measured and calculated. The results are shown in Table 1.

Figure 2013187501
Figure 2013187501

表1に示すように、ポリマーAはP3HTよりも狭いエネルギーバンドギャップを有し、かつLUMOエネルギー準位が低い。   As shown in Table 1, polymer A has a narrower energy band gap than P3HT and has a lower LUMO energy level.

<合成例4:フラーレン化合物G1の合成>

Figure 2013187501
<Synthesis Example 4: Synthesis of fullerene compound G1>
Figure 2013187501

60(Ind)(フラーレン化合物G1)の合成は、特許文献(国際公開第2008/018931号)を参考にして行った。フラーレン化合物G1は、インダンジイル基を1以上有する化合物の混合物から、GPCにより分取精製した。質量分析(APCI法、negative)により、フラーレン化合物G1の質量と一致するm/z:836[M]を検出した。 C 60 (Ind) (fullerene compound G1) was synthesized with reference to a patent document (International Publication No. 2008/018931). The fullerene compound G1 was fractionated and purified by GPC from a mixture of compounds having one or more indandiyl groups. By mass spectrometry (APCI method, negative), m / z: 836 [M ] corresponding to the mass of the fullerene compound G1 was detected.

(フラーレン化合物G1の溶解度測定結果)
各種芳香族化合物に対するフラーレン化合物G1の溶解度を表2に示す。

Figure 2013187501
(Solubility measurement result of fullerene compound G1)
Table 2 shows the solubility of the fullerene compound G1 in various aromatic compounds.
Figure 2013187501

表1に示すように、本発明に係る芳香族化合物であるテトラリンは、トルエン及びオルトキシレンと比べて、本発明に係るフラーレン化合物であるフラーレン化合物G1を効率良く溶解することができることがわかる。したがって、本発明に係る芳香族化合物を本発明に係るフラーレン化合物と組み合わせることで、フラーレン化合物が析出しにくい活性層を成膜できること、及び活性層を塗布法で簡便に作成できる。即ち、本発明の光電変換素子は、塗布プロセスによって作製することに適した光電変換素子であることがわかる。   As shown in Table 1, it can be seen that tetralin, which is an aromatic compound according to the present invention, can dissolve the fullerene compound G1, which is a fullerene compound according to the present invention, more efficiently than toluene and orthoxylene. Therefore, by combining the aromatic compound according to the present invention with the fullerene compound according to the present invention, it is possible to form an active layer in which the fullerene compound hardly precipitates, and it is possible to easily form the active layer by a coating method. That is, it can be seen that the photoelectric conversion element of the present invention is a photoelectric conversion element suitable for manufacturing by a coating process.

<実施例1>
(活性層塗布液Ink1の作製)
p型半導体化合物として合成例3で得られたポリマーAと、n型半導体化合物として合成例4で得られたフラーレン化合物G1とを、重量比が1:2となるように混合し、混合物が1.2重量%の濃度となるように窒素雰囲気中でオルトキシレンとテトラリンの混合溶媒(体積比4:1)に溶解させた。この溶液をホットスターラー上で80℃の温度にて1時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を1μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過することにより、活性層塗布液Ink1を得た。
<Example 1>
(Preparation of active layer coating solution Ink1)
The polymer A obtained in Synthesis Example 3 as a p-type semiconductor compound and the fullerene compound G1 obtained in Synthesis Example 4 as an n-type semiconductor compound are mixed so that the weight ratio is 1: 2, and the mixture is 1 It was dissolved in a mixed solvent of orthoxylene and tetralin (volume ratio 4: 1) in a nitrogen atmosphere to a concentration of 2% by weight. This solution was stirred and mixed on a hot stirrer at a temperature of 80 ° C. for 1 hour. The solution after stirring and mixing was filtered through a 1 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter to obtain an active layer coating solution Ink1.

(光電変換素子1の作製)
インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜がパターニングされたガラス基板(ジオマテック社製)を、アセトンによる超音波洗浄、ついでイソプロパノールによる超音波洗浄の後、窒素ブローで乾燥させた。
(Preparation of photoelectric conversion element 1)
A glass substrate (manufactured by Geomatic Co., Ltd.) on which an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film was patterned was subjected to ultrasonic cleaning with acetone, followed by ultrasonic cleaning with isopropanol, and then dried with nitrogen blowing.

次に、酸化亜鉛(ZnO)のナノ粒子分散液(カタログナンバー721107、アドルリッチ社製)をプロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセタート(PGMEA、東京化成工業社製)により5倍に希釈した分散液を調製した。得られた分散液を、上記のように洗浄した基板上に1mL滴下後、スピンコート(5000rpm)により塗布し、塗布後の基板を150℃のホットプレート上で10分間、大気中で加熱した。こうして形成された電子取り出し層の膜厚は約100nmであった。   Next, a dispersion obtained by diluting zinc oxide (ZnO) nanoparticle dispersion (catalog number 721107, manufactured by Adolrich) five times with propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate (PGMEA, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) Prepared. 1 mL of the obtained dispersion was dropped onto the substrate washed as described above, and then applied by spin coating (5000 rpm). The substrate after application was heated on the hot plate at 150 ° C. for 10 minutes in the air. The thickness of the electron extraction layer thus formed was about 100 nm.

電子取り出し層を成膜した基板をグローブボックスに持ち込み、窒素雰囲気下150℃で3分間加熱処理し、冷却後に上述のように作製した活性層塗布液Ink1(0.12mL)を80rpmの速度にてスピンコートすることにより、195〜220nmの厚みの活性層を形成した。さらに同じグローブボックス中で、ホットプレートを用いて140℃で10分間熱処理をし、活性層の成膜を完了させた。   The substrate on which the electron extraction layer is formed is brought into a glove box, heated at 150 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere, and after cooling, the active layer coating liquid Ink1 (0.12 mL) prepared as described above is cooled at a speed of 80 rpm. An active layer having a thickness of 195 to 220 nm was formed by spin coating. Further, in the same glove box, heat treatment was performed at 140 ° C. for 10 minutes using a hot plate to complete the formation of the active layer.

さらに、正孔取り出し層として3.0nmの三酸化モリブデン(MoO)を、次いで電極層として100nmの銀を、抵抗加熱型真空蒸着法により順次成膜し、5mm角の光電変換素子を作製した。 Further, 3.0 nm of molybdenum trioxide (MoO 3 ) as a hole extraction layer and 100 nm of silver as an electrode layer were sequentially formed by resistance heating vacuum deposition to produce a 5 mm square photoelectric conversion element. .

(芳香族化合物濃度の測定)
作製した光電変換素子について、上述のように活性層膜1cmあたりのテトラリン残留量を測定した。測定結果を表3に示す。本実施例において、基板、ITO電極、及び電子取り出し層には、テトラリンが残存しないことを確認している。また、活性層塗布液Ink1を作製する際に用いたポリマーA及びフラーレン化合物G1にも、テトラリンは含まれていないことを確認している。
(Measurement of aromatic compound concentration)
About the produced photoelectric conversion element, tetralin residual amount per 1 cm 3 of the active layer film was measured as described above. Table 3 shows the measurement results. In this example, it was confirmed that no tetralin remained on the substrate, the ITO electrode, and the electron extraction layer. In addition, it has been confirmed that the polymer A and the fullerene compound G1 used in producing the active layer coating solution Ink1 do not contain tetralin.

(光電変換素子の評価)
このように作製した光電変換素子について、上記のように電流−電圧特性を測定し、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、形状因子FF、光電変換効率PCE(%)を算出した。これらの測定値を以下では初期値と呼ぶ。結果を表3に示す。
(Evaluation of photoelectric conversion element)
About the photoelectric conversion element produced in this way, the current-voltage characteristic was measured as described above, and the open circuit voltage Voc (V), the short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), the form factor FF, the photoelectric conversion efficiency PCE (% ) Was calculated. These measured values are hereinafter referred to as initial values. The results are shown in Table 3.

また、素子の耐熱性を評価するため、作製した光電変換素子を130℃に設定したホットプレート上で60分間熱処理し、基板冷却後に同様に電流−電圧特性を測定し、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、形状因子FF、光電変換効率PCE(%)を算出した。これらの測定値を以下では熱処理後値と呼ぶ。結果を表3に示す。 In addition, in order to evaluate the heat resistance of the device, the produced photoelectric conversion device was heat-treated on a hot plate set at 130 ° C. for 60 minutes, and the current-voltage characteristics were measured in the same manner after the substrate was cooled, and the open-circuit voltage Voc (V). , Short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), form factor FF, photoelectric conversion efficiency PCE (%) were calculated. These measured values are hereinafter referred to as post-heat treatment values. The results are shown in Table 3.

<比較例1>
活性層塗布液Ink1をスピンコートした後に、140℃で10分間の熱処理を実施しなかったことを除いては、実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。作製した光電変換素子について、実施例1と同様にテトラリン残留量を測定し、電流−電圧特性の測定を行った。結果を表3に示す。
<Comparative Example 1>
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment at 140 ° C. was not performed for 10 minutes after spin coating the active layer coating solution Ink1. About the produced photoelectric conversion element, the tetralin residual amount was measured similarly to Example 1, and the current-voltage characteristic was measured. The results are shown in Table 3.

Figure 2013187501
Figure 2013187501

表3に示すように、実施例に係る光電変換素子は、素子作製直後の光電変換効率が高いだけでなく、高温での加熱処理後時の特性低下が少なく、高い耐熱性を持っていることが示される。一方、芳香族化合物が特定濃度以上残存した比較例1では、高温での熱処理後の特性低下があることがわかる。このように、本願発明の光電変換素子は、高い光電変換効率と耐熱性を備えることがわかる。   As shown in Table 3, the photoelectric conversion elements according to the examples not only have high photoelectric conversion efficiency immediately after the element fabrication, but also have a high heat resistance with little deterioration in characteristics after heat treatment at high temperatures. Is shown. On the other hand, it can be seen that in Comparative Example 1 in which the aromatic compound remained at a specific concentration or more, there was a decrease in characteristics after heat treatment at high temperature. Thus, it can be seen that the photoelectric conversion element of the present invention has high photoelectric conversion efficiency and heat resistance.

このように、比較的低いLUMOエネルギー準位を有するフラーレン化合物と、比較的エネルギーバンドギャップが狭いp型高分子半導体化合物とを組み合わせることにより高い光電変換効率が得られることがわかった。また、活性層にさらに特定の濃度の芳香族化合物を添加することにより、比較的エネルギーバンドギャップが狭いp型高分子半導体化合物を用いる場合であっても、比較的高い耐熱性を有する光電変換素子が得られることがわかった。   Thus, it was found that high photoelectric conversion efficiency can be obtained by combining a fullerene compound having a relatively low LUMO energy level and a p-type polymer semiconductor compound having a relatively narrow energy band gap. Further, a photoelectric conversion element having relatively high heat resistance even when a p-type polymer semiconductor compound having a relatively narrow energy band gap is used by further adding an aromatic compound having a specific concentration to the active layer Was found to be obtained.

1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
101 アノード
102 正孔取り出し層
103 活性層
104 電子取り出し層
105 カソード
106 基板
107 光電変換素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Weather-resistant protective film 2 UV cut film 3,9 Gas barrier film 4,8 Getter material film 5,7 Sealing material 6 Solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Solar cell module 14 Thin film solar cell 101 Anode 102 Hole extraction Layer 103 Active layer 104 Electron extraction layer 105 Cathode 106 Substrate 107 Photoelectric conversion element

Claims (4)

少なくとも、一対の電極及び活性層を有し、該活性層にエネルギーバンドギャップが1.0eV以上1.8eV以下の高分子p型半導体化合物、フラーレン化合物、及び芳香族化合物を含む光電変換素子であって、
前記芳香族化合物の沸点が、標準状態(1気圧、25℃)において140℃以上330℃以下であり、
前記芳香族化合物に対する前記フラーレン化合物の溶解度が25℃において1重量%以上であり、
前記活性層内での前記芳香族化合物の濃度が0.2mg/cm以上20mg/cm以下であることを特徴とする光電変換素子。
A photoelectric conversion element comprising at least a pair of electrodes and an active layer, and the active layer includes a polymer p-type semiconductor compound, a fullerene compound, and an aromatic compound having an energy band gap of 1.0 eV to 1.8 eV. And
The boiling point of the aromatic compound is 140 ° C. or higher and 330 ° C. or lower in a standard state (1 atm, 25 ° C.)
The solubility of the fullerene compound in the aromatic compound is 1% by weight or more at 25 ° C .;
The photoelectric conversion element, wherein the concentration of the aromatic compound in the active layer is 0.2 mg / cm 3 or more and 20 mg / cm 3 or less.
前記高分子p型半導体化合物が、下記式(1A)で表される繰り返し単位と式(1B)で表される繰り返し単位とを含むコポリマーであることを特徴とする、請求項1に記載の光電変換素子。
Figure 2013187501
(式(1A)中、Aは周期表第16族元素から選ばれる原子を表し、Rはヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。)
Figure 2013187501
(式(1B)中、Qは周期表第14族元素から選ばれる原子を表し、X及びXは各々独立して酸素原子又は硫黄原子を表し、R〜Rは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又はヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表し、R〜Rは隣接するもの同士で互いに結合して環を形成していてもよい。)
2. The photoelectric device according to claim 1, wherein the polymer p-type semiconductor compound is a copolymer including a repeating unit represented by the following formula (1A) and a repeating unit represented by the formula (1B). Conversion element.
Figure 2013187501
(In the formula (1A), A represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, and R 1 represents a hydrocarbon group optionally having a hetero atom.)
Figure 2013187501
(In Formula (1B), Q represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, X 1 and X 2 each independently represent an oxygen atom or a sulfur atom, and R 2 to R 5 each independently A hydrogen atom, a halogen atom, or a hydrocarbon group optionally having a hetero atom, and R 2 to R 5 may be adjacent to each other to form a ring.
太陽電池であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光電変換素子。   It is a solar cell, The photoelectric conversion element of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 請求項3に記載の光電変換素子を備えることを特徴とする、太陽電池モジュール。   A solar cell module comprising the photoelectric conversion element according to claim 3.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015067621A (en) * 2013-09-26 2015-04-13 三菱化学株式会社 Conjugated polymer, photoelectric conversion element and solar cell
JP2016189383A (en) * 2015-03-30 2016-11-04 株式会社東芝 Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same
JPWO2016076213A1 (en) * 2014-11-13 2017-06-29 住友化学株式会社 Ink composition and photoelectric conversion element manufactured using the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008210889A (en) * 2007-02-23 2008-09-11 Konica Minolta Holdings Inc Bulk hetero-junction photoelectric converting element, photosensor array, and radiation image detector
JP2009046477A (en) * 2007-07-24 2009-03-05 Frontier Carbon Corp Method for preventing precipitation of fullerene derivative, method for preparing solution of fullerene derivative, and solution of fullerene derivative
WO2010021921A1 (en) * 2008-08-20 2010-02-25 Plextronics, Inc. Improved solvent system for fabrication of organic solar cells
WO2011028827A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Plextronics, Inc. Organic electronic devices and polymers, including photovoltaic cells and diketone-based polymers
WO2011036421A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 Rhodia Operations Organic photovoltaic coatings with controlled morphology

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008210889A (en) * 2007-02-23 2008-09-11 Konica Minolta Holdings Inc Bulk hetero-junction photoelectric converting element, photosensor array, and radiation image detector
JP2009046477A (en) * 2007-07-24 2009-03-05 Frontier Carbon Corp Method for preventing precipitation of fullerene derivative, method for preparing solution of fullerene derivative, and solution of fullerene derivative
WO2010021921A1 (en) * 2008-08-20 2010-02-25 Plextronics, Inc. Improved solvent system for fabrication of organic solar cells
WO2011028827A2 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Plextronics, Inc. Organic electronic devices and polymers, including photovoltaic cells and diketone-based polymers
WO2011036421A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 Rhodia Operations Organic photovoltaic coatings with controlled morphology

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015067621A (en) * 2013-09-26 2015-04-13 三菱化学株式会社 Conjugated polymer, photoelectric conversion element and solar cell
JPWO2016076213A1 (en) * 2014-11-13 2017-06-29 住友化学株式会社 Ink composition and photoelectric conversion element manufactured using the same
JP2016189383A (en) * 2015-03-30 2016-11-04 株式会社東芝 Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same
US10468616B2 (en) 2015-03-30 2019-11-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Photoelectric conversion device and method of manufacturing the same

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