JP2014189666A - Composition for forming semiconductor layer and solar cell element using the composition - Google Patents

Composition for forming semiconductor layer and solar cell element using the composition Download PDF

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栄治 出島
Izuru Takei
出 武井
Mitsufumi Furumura
充史 古村
Kanji Shimizu
完二 清水
Tatsuya Momose
辰哉 百瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for forming a semiconductor layer which is for improving the productivity of a solar cell by increasing the film strength of a buffer layer on an active layer.SOLUTION: A composition for forming a semiconductor layer comprises a fullerene compound, a p-type semiconductor compound, and a solvent. A weight ratio of the p-type semiconductor compound to the fullerene compound is 2.1 or more and 11 or less.

Description

本発明は半導体層形成用組成物及びそれを用いた太陽電池素子に関する。   The present invention relates to a composition for forming a semiconductor layer and a solar cell element using the same.

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。例えば、特許文献1には、p型半導体化合物とn型半導体化合物とを0.1〜4.0:1の重量比で混合し、活性層を形成することが記載されている。特許文献2には、p型半導体化合物であるポリ3−ヘキシルチオフェンとn型半導体化合物であるフラーレン誘導体を当重量比で混合し、活性層を形成した例が記載されている。   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. For example, Patent Document 1 describes that an active layer is formed by mixing a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound in a weight ratio of 0.1 to 4.0: 1. Patent Document 2 describes an example in which poly-3-hexylthiophene, which is a p-type semiconductor compound, and fullerene derivative, which is an n-type semiconductor compound, are mixed at this weight ratio to form an active layer.

特表2013−504210号公報Special table 2013-504210 gazette 特開2009−084264号公報JP 2009-084264 A

有機薄膜太陽電池において、活性層と上部電極層との間に、バッファ層を設けることが検討されている。しかしながら、本発明者らの検討によると、p型半導体化合物とn型半導体化合物を、特許文献1又は特許文献2に記載されるような重量比で混合した活性層上に、上部バッファ層を塗布成膜すると、有機薄膜太陽電池セルの製造段階で、上部バッファ層の膜剥がれが発生してしまう可能性があることが判明した。具体的には、太陽電池セルの各層の成膜をロール・ツー・ロール方式で行った場合、上部バッファ層の成膜や上部電極層の成膜の際に、上部バッファ層とロールとの接触により、上部バッファ層が剥がれてしまい、生産性が低下してしまうという問題が発生した。本発明の課題は、活性層上の上部バッファ層の膜強度を高め、太陽電池の生産性を向上させるための半導体層形成用組成物を提供することにある。   In an organic thin film solar cell, it is considered to provide a buffer layer between an active layer and an upper electrode layer. However, according to studies by the present inventors, an upper buffer layer is applied on an active layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed at a weight ratio as described in Patent Document 1 or Patent Document 2. It has been found that when the film is formed, peeling of the upper buffer layer may occur at the manufacturing stage of the organic thin film solar cell. Specifically, when each layer of the solar cell is formed by the roll-to-roll method, the upper buffer layer and the roll are in contact with each other when forming the upper buffer layer or the upper electrode layer. As a result, the upper buffer layer is peeled off, resulting in a problem that productivity is lowered. The subject of this invention is providing the composition for semiconductor layer formation which raises the film | membrane intensity | strength of the upper buffer layer on an active layer, and improves the productivity of a solar cell.

本発明者らは鋭意検討を重ね、有機薄膜太陽電池セル(以下、単に太陽電池素子、又は素子と称す場合がある)の活性層を形成するための半導体層形成用組成物に着目し、該半導体層形成用組成物に含まれるp型半導体化合物及びn型半導体化合物であるフラーレン化合物を特定の重量比に調整することによって、活性層上に形成される上部バッファ層の膜強度を高めることができることを発見し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下を要旨とする。
[1]フラーレン化合物と、p型半導体化合物と、溶媒とを含む半導体形成用組成物であって、前記p型半導体化合物に対するフラーレン化合物の重量比率が2.1以上11以下である半導体層形成用組成物。
[2]前記p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−5.7eV以上−4.9eV以下であることを特徴とする[1]に記載の半導体層形成用組成物。
[3]前記p型半導体化合物が下記式(IIIA)で表される繰り返し単位、及び下記式(IIIB)で表される繰り返し単位を有するコポリマーであることを特徴とする[1]又は[2]に記載の半導体層形成用組成物。
The inventors of the present invention have made extensive studies and focused on a composition for forming a semiconductor layer for forming an active layer of an organic thin film solar cell (hereinafter sometimes simply referred to as a solar cell element or an element). The film strength of the upper buffer layer formed on the active layer can be increased by adjusting the p-type semiconductor compound and the fullerene compound, which is an n-type semiconductor compound, contained in the composition for forming a semiconductor layer to a specific weight ratio. The present invention was completed by discovering what can be done. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A composition for forming a semiconductor comprising a fullerene compound, a p-type semiconductor compound, and a solvent, wherein the weight ratio of the fullerene compound to the p-type semiconductor compound is 2.1 or more and 11 or less. Composition.
[2] The composition for forming a semiconductor layer according to [1], wherein a HOMO energy level of the p-type semiconductor compound is −5.7 eV or more and −4.9 eV or less.
[3] The p-type semiconductor compound is a copolymer having a repeating unit represented by the following formula (IIIA) and a repeating unit represented by the following formula (IIIB) [1] or [2] The composition for forming a semiconductor layer as described in 1.

(式(IIIA)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。) (In formula (IIIA), A represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, and R 3 represents a hydrocarbon group optionally having a hetero atom.)

(式(IIIB)中、Qは周期表第14族元素から選ばれる原子を表し、R及びRはそれぞれ独立して、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。)
[4][1]〜[3]のいずれか一項に記載の半導体層形成用組成物を用いて活性層を形成する工程と、前記活性層上に上部バッファ層を塗布法により形成する工程を含む太陽電池セルの製造方法。
(In formula (IIIB), Q represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, and R 4 and R 5 each independently represents a hydrocarbon group optionally having a hetero atom.)
[4] A step of forming an active layer using the composition for forming a semiconductor layer according to any one of [1] to [3], and a step of forming an upper buffer layer on the active layer by a coating method. The manufacturing method of the photovoltaic cell containing this.

本発明により、上部バッファ層の膜強度を向上する半導体層形成用組成物を提供することができる。   The present invention can provide a composition for forming a semiconductor layer that improves the film strength of the upper buffer layer.

本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の断面図である。It is sectional drawing of the solar cell element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の断面図である。It is sectional drawing of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機薄膜太陽電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the organic thin-film solar cell module which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分、又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Note that in the structures of the present invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

<1.半導体層形成用組成物>
本発明に係る半導体層形成用組成物には、フラーレン化合物と、p型半導体化合物と、溶媒とを含む。
<1. Composition for forming semiconductor layer>
The composition for forming a semiconductor layer according to the present invention includes a fullerene compound, a p-type semiconductor compound, and a solvent.

<1−1.フラーレン化合物>
本発明に係る半導体層形成用組成物には、n型半導体化合物として、フラーレン化合物が含まれる。なお、本発明に使用できるフラーレン化合物に特段の制限はないが、一般式(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)で表される部分構造を有するものが好ましい例として挙げられる。
<1-1. Fullerene Compound>
The composition for forming a semiconductor layer according to the present invention includes a fullerene compound as an n-type semiconductor compound. In addition, there is no special restriction | limiting in the fullerene compound which can be used for this invention, What has the partial structure represented by general formula (n1), (n2), (n3) and (n4) is mentioned as a preferable example.

上式中、FLNは、閉殻構造を有する炭素クラスターであるフラーレンを表す。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。また、フラーレンを構成する炭素原子の一部が、他の原子に置き換えられていてもよい。さらにフラーレンは、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。 In the above formula, FLN represents fullerene, which is a carbon cluster having a closed shell structure. The carbon number of fullerene is not particularly limited as long as it is an even number of usually 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. Moreover, some of the carbon atoms constituting the fullerene may be replaced with other atoms. Further, the fullerene may include a metal atom, a non-metal atom, or an atomic group composed of these in a fullerene cage.

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結合している。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、−R21と、−(CHとがそれぞれ結合している。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(R25)(R26)−N(R27)−C(R28)(R29)−が付加して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(R30)(R31)−C−C−C(R32)(R33)−が付加して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(R34)(R35)−が付加して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。 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 bonded to the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. In the general formula (n1), —R 21 and — (CH 2 ) L are bonded 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 25 ) (R 26 ) -N (R 27 ) -C with respect to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. (R 28 ) (R 29 ) — are added to form a 5-membered ring. In the general formula (n3), —C (R 30 ) (R 31 ) —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. 32 ) (R 33 ) — are added to form a 6-membered ring. In the general formula (n4), —C (R 34 ) (R 35 ) — is added 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R21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。
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さらに好ましい。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。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さらに好ましい。
R 21 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. An aromatic group which may have a group.
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. . 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. 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. A group or a thienyl group is more preferred.

上記のアルキル基、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特に限定されないが、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。   Although it does not specifically limit as a substituent which said alkyl group, an alkoxy group, and an aromatic group may have, A halogen atom or a silyl group is preferable. 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R22〜R24は、それぞれ独立して、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。 R 22 to R 24 in the general formula (n1) may each independently have a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. It is an aromatic group. 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さらに好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基は特に限定されないが、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2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さらに好ましい。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. A group or a thienyl group is more preferred. The substituent that the aromatic group may have is not particularly limited, but is a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or a carbon atom having 1 to 14 carbon atoms. An alkoxy group or an aromatic group having 2 to 10 carbon atoms is preferable, a fluorine atom or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms is more preferable, and a methoxy group, an n-butoxy group, or a 2-ethylhexyloxy group is further preferable. 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R25〜R29は、それぞれ独立して、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。アルキル基が有していてもよい置換基としては、特に限定されないが、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。
R 25 to R 29 in the general formula (n2) may each independently have a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. It is an aromatic 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 substituent that the alkyl group may have is not particularly limited, but a halogen atom is preferable. 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。芳香族基が有していてもよい置換基としては、特に限定されないが、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、又は炭素数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。   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, a phenyl group or a pyridyl group is more preferable, and a phenyl group is further preferable. Although it does not specifically limit as a substituent which an aromatic group may have, Preferably they are a fluorine atom, a C1-C14 alkyl group, or a C1-C14 alkoxy group. 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。 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.

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又は2以上のフッ素原子で置換されていてもよい。   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 or 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基が好ましい。炭素数2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 propoxy group. The alkylcarbonyl group having 2 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R30〜R33は、それぞれ独立して、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。R30又はR31は、R32とR33とのいずれか一方と結合して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としては、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)に表す構造が挙げられる。 R 30 to R 33 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 30 or R 31 may be bonded to any one of R 32 and R 33 to form a ring. As a structure in the case of forming a ring, the structure represented by general formula (n5) which is a bicyclo structure which the aromatic group condensed is mentioned, for example.

一般式(n5)においてfはcと同義であり、Zは、2つの水素原子、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が挙げられる。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。
式(n5)に表す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。
F In the general formula (n5) has the same meaning as c, Z 2 is two hydrogen atoms, 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, and examples thereof include 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.
The structure represented by the formula (n5) is particularly preferably a structure represented by the following formula (n6) or formula (n7).

一般式(n4)中のR34〜R35は、それぞれ独立して、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 34 to R 35 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 present.

アルコキシカルボニル基を構成す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 constituting 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, and a methoxy group. Ethoxy 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 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を構成する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 constituting the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group, more preferably an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group, or 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- A butoxy 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、R34、R35が共にアルコキシカルボニル基であるか、R34、R35が共に芳香族基であるか、又はR34が芳香族基でありかつR35が3−(アルコキシカルボニル)プロピル基であるものが挙げられる。 As the structure of the general formula (n4), preferably R 34 and R 35 are both alkoxycarbonyl groups, R 34 and R 35 are both aromatic groups, or R 34 is an aromatic group and R And those in which 35 is a 3- (alkoxycarbonyl) propyl group.

フラーレン化合物としては、上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。   As the fullerene compound, one kind of the above compounds may be used, or a mixture of plural kinds of compounds may be used.

なお、フラーレン化合物の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%以上であることは、フラーレン化合物の溶液中での分散安定性が増加し、凝集、沈降、分離等が起こりにくくなるために好ましい。   Note that when a preferable range of the solubility of the fullerene compound is given, 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. 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 in the solution increases and aggregation, sedimentation, separation, and the like are less likely to occur.

(フラーレン化合物の製造方法)
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 a fullerene compound, 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。
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 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.
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のような公知文献の記載に従って実施可能である。また、市販されているフラーレン化合物として、例えばPC61BM及びPC71BMを含む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製)等が好適に使用できる。   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. Moreover, as a commercially available fullerene compound, for example, PCBM (manufactured by Frontier Carbon Co.) including PC61BM and PC71BM, PCBNB (manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) and the like can be suitably used.

フラーレン化合物の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。p型半導体化合物から効率良くフラーレン化合物へと電子を移動させるためには、p型半導体化合物とフラーレン化合物とのLUMOエネルギー準位の相対関係が重要である。具体的には、p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位が、フラーレン化合物のLUMOエネルギー準位より所定の値だけ上にあること、言い換えると、フラーレン化合物の電子親和力がp型半導体化合物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p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位とフラーレン化合物のLUMOエネルギー準位の差に依存するため、フラーレン化合物のLUMOエネルギー準位を高くすると、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、さらに好ましくは−3.3eV以下である。フラーレン化合物のLUMOエネルギー準位を低くすることで、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 LUMO energy level of the fullerene compound is not particularly limited, but for example, the value for the vacuum level calculated by a cyclic voltammogram measurement method is usually −3.85 eV or more, preferably −3.80 eV or more. In order to efficiently transfer electrons from the p-type semiconductor compound to the fullerene compound, the relative relationship of the LUMO energy levels of the p-type semiconductor compound and the fullerene compound is important. Specifically, the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is above the LUMO energy level of the fullerene compound by a predetermined value, in other words, the electron affinity of the fullerene compound is higher than the electron affinity of the p-type semiconductor compound. It is preferable that the energy is larger by a predetermined energy. Since the open circuit voltage (Voc) depends on the difference between the HOMO energy level of the p-type semiconductor compound and the LUMO energy level of the fullerene compound, increasing the LUMO energy level of the fullerene compound tends to increase the Voc. 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. By lowering the LUMO energy level of the fullerene compound, electrons tend to move and the short circuit current (Jsc) tends to increase.

フラーレン化合物の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。フラーレン化合物のHOMOエネルギー準位が−7.0eV以上であることは、フラーレン化合物の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 fullerene 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 fullerene compound is −7.0 eV or more from the viewpoint that light absorption of the fullerene 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.

フラーレン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。フラーレン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得られうる点で好ましい。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号公報)に記載の方法により実施することができる。 The electron mobility of the fullerene 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, and 5.0 × 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 4 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, and more preferably 5.0 × 10 2 cm 2 / Vs or less. It is preferable that the electron mobility of the fullerene compound is 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more from the viewpoint that effects such as improvement of the electron diffusion rate of the photoelectric conversion element, improvement of the short circuit current, and improvement of the conversion efficiency can be obtained. . As a method for measuring the electron mobility, an FET method can be mentioned, which can be performed by a method described in a known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-045186).

<1−2.p型半導体化合物>
本発明に係る組成物に含まれるp型半導体化合物に特段の制限はないが、高分子p型半導体化合物が挙げられる。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 Materials,2006,5,328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.,2007,4160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 Materials,2007,6,497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、国際公開第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との共重合体等が挙げられる。また、これらの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エネルギー準位、LUMOエネルギー準位等を制御するために適宜選択しうる。
<1-2. p-type semiconductor compound>
Although there is no special restriction | limiting in the p-type semiconductor compound contained in the composition which concerns on this invention, A high molecular p-type semiconductor compound is mentioned. Specifically, a semiconductor polymer obtained by copolymerizing two or more types of monomer units, for example, a polythiophene-thienothiophene copolymer described in Nature Materials, 2006, 5,328, and a polythiophene described in International Publication No. 2008/000664. A diketopyrrolopyrrole copolymer, Adv. Mater. , 2007, 4160, polythiophene copolymer such as PCPDTBT described in Nature Materials, 2007, 6,497, and imidothiophene described in International Publication No. 2011/028827. And a copolymer of thienothiophene and benzodithiophene described in International Publication No. 2011/011545. In addition, derivatives of these polymers and polymers that can be synthesized by combinations of the monomers listed here can also be used. The substituents of these polymers and monomers can be appropriately selected in order to control solubility, crystallinity, film formability, HOMO energy level, LUMO energy level, and the like.

上述のp型半導体化合物のHOMOエネルギー準位に特段の制限はないが、通常−5.7eV以上、より好ましくは−5.5eV以上、一方、−4.9eV以下が好ましく、−4.8eV以下が特に好ましい。p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−5.7eV以上であることによりp型半導体としての特性が向上し、HOMOエネルギー準位が−4.9eV以下であることにより化合物の安定性が向上し、開放電圧(Voc)も向上する。また、p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、特にフラーレン化合物と組み合わせるp型半導体化合物のLUMOエネルギー準位は、通常−3.7eV以上、好ましくは−3.6eV以上である。一方、通常−2.5eV以下、好ましくは−2.7eV以下である。p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位が−2.5eV以下であることにより、バンドギャップが調整され長波長な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する。一方で、p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位が−3.7eV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する。なお、本発明において、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、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順位に対する値を意味する。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。
The HOMO energy level of the above-mentioned p-type semiconductor compound is not particularly limited, but is usually −5.7 eV or more, more preferably −5.5 eV or more, on the other hand, −4.9 eV or less is preferable, and −4.8 eV or less. Is particularly preferred. When the HOMO energy level of the p-type semiconductor compound is −5.7 eV or more, the characteristics as a p-type semiconductor are improved, and when the HOMO energy level is −4.9 eV or less, the stability of the compound is improved. The open circuit voltage (Voc) is also improved. Further, the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is not particularly limited, but the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound combined with the fullerene compound is usually −3.7 eV or more, preferably −3.6 eV or more. is there. On the other hand, it is usually −2.5 eV or less, preferably −2.7 eV or less. When the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is −2.5 eV or less, the band gap is adjusted, light energy having a long wavelength can be effectively absorbed, and the short-circuit current density is improved. On the other hand, when the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is −3.7 eV or more, electron transfer to the n-type semiconductor is likely to occur, and the short-circuit current density is improved. In the present invention, the HOMO energy level and the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound mean values with respect to the vacuum order calculated by the cyclic voltammogram measurement method. Specifically, for example, it can be measured by a method described in a known document (International Publication No. 2011/016430).

p型半導体化合物としてより好ましくは、下記式(IIIA)で表される繰り返し単位と式(IIIB)で表される繰り返し単位とを含むコポリマーAである。このコポリマーA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、より長波長の光を吸収し、かつ光吸収性が高い点で好ましい。   The p-type semiconductor compound is more preferably a copolymer A containing a repeating unit represented by the following formula (IIIA) and a repeating unit represented by the formula (IIIB). This copolymer A is preferable in that it has a good balance between solubility and crystallinity. Moreover, it is preferable at the point which absorbs light of a longer wavelength and has high light absorptivity.

(式(IIIA)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。) (In formula (IIIA), A represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, and R 3 represents a hydrocarbon group optionally having a hetero atom.)

(式(IIIB)中、Qは周期表第14族元素から選ばれる原子を表し、R及びRはそれぞれ独立して、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。) (In formula (IIIB), Q represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, and R 4 and R 5 each independently represents a hydrocarbon group optionally having a hetero atom.)

まず、式(IIIA)で表される繰り返し単位について説明する。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の具体的な例としては、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。 First, the repeating unit represented by the formula (IIIA) will be described. R 3 represents a hydrocarbon group which may have a hetero atom. Specific examples of R 3 include an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or an aromatic group that may have a substituent.

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。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。
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 or Examples include 1- (2-ethyl) hexyl-3-ethylheptyl group. 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、さらに好ましくは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である。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、ベンゾチオフェニル基、ベンゾフラニル基、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;等が挙げられる。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. Group, thiazolyl group, oxazolyl group, triazolyl group, benzothiophenyl group, benzofuranyl group, benzothienyl group, benzothiazolyl group, benzooxazolyl group, or aromatic heterocyclic group such as 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.

をこれらの基とすることは、コポリマーAの有機溶媒への溶解性が向上し、塗布成膜プロセスにおいて有利となりうるために好ましい。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コポリマーA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、特に炭素数4以上12以下の直鎖アルキル基が好ましい。分岐状のアルキル基はコポリマーAの溶解性が向上しうる点で好ましい。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Aがより長波長の光を吸収しうる点、及び、コポリマーA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。 It is preferable to use R 3 as these groups because the solubility of the copolymer A in an organic solvent is improved and it can be advantageous in the coating film forming process. More preferably, R 3 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. The linear alkyl group is preferable in that the crystallinity of the copolymer A can be improved and the mobility can be increased, and a linear alkyl group having 4 to 12 carbon atoms is particularly preferable. A branched alkyl group is preferable in that the solubility of the copolymer A can be improved. In addition, R 3 is an aromatic group which may have a substituent. This is because the copolymer A can absorb light having a longer wavelength and the crystallinity of the copolymer A can be improved. This is preferable in that the degree can be increased.

アルキル基、アルケニル基、又は芳香族基が有していてもよい置換基としては、本発明の効果を損なわない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。これらの置換基は、隣接する置換基同士で連結して環を形成していてもよい。   The substituent that the alkyl group, alkenyl group, or aromatic group may have is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but preferably a halogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a carboxyl group. Group, carbamoyl group, acyl group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, alkylsulfonyl group, arylsulfonyl group, silyl group, boryl group, cyano group, nitro group, nitrile group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy Group, aryloxy group, alkylthio group, arylthio group, or aromatic group. These substituents may be linked with adjacent substituents to form a ring.

式(IIIA)において、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。Aとして具体的には、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子等が挙げられる。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)が向上しうる点で好ましく、硫黄原子は、コポリマーA同士の分子間相互作用が向上しうる点で好ましい。   In the formula (IIIA), 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 of A include an oxygen atom, a sulfur atom, or 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 can be improved, and a sulfur atom is preferable in that an intermolecular interaction between the copolymers A can be improved.

次に、式(IIIB)で表される繰り返し単位について説明する。Qは周期表第14族元素から選ばれる原子を表す。Qとして具体的には、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
子が好ましい。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、コポリマーAの結晶性が向上しうる点で好ましく、ケイ素原子は、コポリマーAの溶解性が向上しうる点で好ましい。
Next, the repeating unit represented by the formula (IIIB) will be described. Q represents an atom selected from Group 14 elements of the Periodic Table. Specific examples of Q include a carbon atom, a silicon atom, a germanium atom, and a tin atom. Among these, a carbon atom, a silicon atom or a germanium atom is preferable. More preferably, they are a carbon atom or a silicon atom. A carbon atom is preferable in that the crystallinity of the copolymer A can be improved, and a silicon atom is preferable in that the solubility of the copolymer A can be improved.

式(IIIB)中、R及びRは、それぞれ独立して、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の例としては、Rについて挙げたものと同様のものが挙げられる。また、これらが有していてもよい置換基としてもRについて挙げたものと同様のものが挙げられる。更にR及びRは互いに結合して環を形成していてもよい。 In formula (IIIB), R 4 and R 5 each independently represent a hydrocarbon group that may have a hetero atom. Examples of the hydrocarbon group which may have a hetero atom include the same as those mentioned for R 3 . These also include the same as those given for R 3 as the substituent which may have. Further, R 4 and R 5 may be bonded to each other 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置換基を有していてもよい芳香族基であることがさらに好ましい。直鎖状のアルキル基は、コポリマーA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、分岐状のアルキル基は、コポリマーA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りうる点で好ましい。芳香族基は、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コポリマーAの移動度が大きくなる傾向がある点で好ましく、また式(IIIB)で表される骨格の安定性が向上する傾向がある点で好ましい。 Among them, at least one of R 4 and R 5 is preferably an alkyl group which may have a substituent or an aromatic group which may have a substituent, and both of R 4 and R 5 Is more preferably an alkyl group which may have a substituent or an aromatic group which may have a substituent. The linear alkyl group is preferable in that the mobility can be increased by improving the crystallinity of the copolymer A, and the branched alkyl group is formed by a coating process by improving the solubility of the copolymer A. Is preferable in that it can be easily performed. The aromatic group is preferable in that the interaction between molecules is improved by the interaction between π electrons, and thus the mobility of the copolymer A tends to increase, and the stability of the skeleton represented by the formula (IIIB) It is preferable at the point which tends to improve.

また、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であることは、コポリマーAがより長波長の光を吸収しうるという観点からも好ましい。これらの観点からは、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。周期表第14族元素から選ばれる原子であるQ周辺の立体障害を大きくすることによりコポリマーAの耐久性を向上させるという観点からは、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。 In addition, it is preferable that at least one of R 4 and R 5 is an alkyl group which may have a substituent from the viewpoint that the copolymer A can absorb light having a longer wavelength. From these viewpoints, 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. From the viewpoint of improving the durability of the copolymer A by increasing the steric hindrance around Q, which is an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, R 4 and R 5 may have a substituent. It is preferably a good alkyl group, an alkenyl group which may have a substituent, or an aromatic group which may have a substituent.

コポリマーAを構成する繰り返し単位に占める、式(IIIA)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モル%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モル%以下である。   The ratio of the repeating unit represented by the formula (IIIA) in the repeating unit constituting the copolymer A is not particularly limited, but is usually 1 mol% or more, preferably 5 mol% or more, more preferably 15 mol%. As mentioned above, More preferably, it is 30 mol% 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 mol% or less.

コポリマーAを構成する繰り返し単位に占める、式(IIIB)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モル%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モル%以下である。   The ratio of the repeating unit represented by the formula (IIIB) in the repeating unit constituting the copolymer A is not particularly limited, but is usually 1 mol% or more, preferably 5 mol% or more, more preferably 15 mol%. As mentioned above, More preferably, it is 30 mol% 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 mol% or less.

コポリマーA中の式(IIIA)で表される繰り返し単位に対する式(IIIB)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 (IIIB) to the repeating unit represented by the formula (IIIA) in the copolymer A 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.

式(IIIA)及び(IIIB)で表される繰り返し単位はそれぞれ複数存在するが、コポリマーAは、式(IIIA)及び(IIIB)で表される繰り返し単位のうちそれぞれ1種のみを含有していてもよいし、2種以上を含有していてもよい。その場合、コポリマーAが含む繰り返し単位の種類に制限はないが、通常8以下、好ましくは5以下である
Although there are a plurality of repeating units represented by the formulas (IIIA) and (IIIB), the copolymer A contains only one kind of each of the repeating units represented by the formulas (IIIA) and (IIIB). Alternatively, two or more kinds may be contained. In this case, the type of repeating unit contained in the copolymer A is not limited, but is usually 8 or less, preferably 5 or less.

本発明の繰り返し単位(IIIA)及び(IIIB)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。すなわち、コポリマーAは、交互コポリマー、ブロックコポリマー、及びランダムコポリマーのいずれでもよい。好ましくは交互に配列しているものである。とりわけ、コポリマーAは、下記式(IV)で表される繰り返し単位を含むコポリマーであることが好ましい。下記式(IV)で表される繰り返し単位を含むことにより、電荷分離状態の維持がより容易となりうる。   The arrangement state of the repeating units (IIIA) and (IIIB) of the present invention may be any of alternating, block and random. That is, the copolymer A may be any of an alternating copolymer, a block copolymer, and a random copolymer. Preferably, they are arranged alternately. In particular, the copolymer A is preferably a copolymer containing a repeating unit represented by the following formula (IV). By including a repeating unit represented by the following formula (IV), the charge separation state can be more easily maintained.

(式(IV)中、Aは周期表第16族元素から選ばれる原子を表し、R〜Rはそれぞれ独立してヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表し、Qは周期表第14族元素から選ばれる原子を表す。) (In the formula (IV), A represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, R 3 to R 5 each independently represents a hydrocarbon group optionally having a hetero atom, and Q represents a period. (Represents an atom selected from Table 14 element)

式(IV)中、A、Q、R〜Rの具体例としては、式(IIIA)及び(IIIB)について説明したものと同様のものが挙げられる。溶解性及び光吸収性の観点から、Qがケイ素原子であり、Aが硫黄原子であることはより好ましい。 Specific examples of A, Q, and R 3 to R 5 in formula (IV) include the same as those described for formulas (IIIA) and (IIIB). From the viewpoints of solubility and light absorption, it is more preferable that Q is a silicon atom and A is a sulfur atom.

コポリマーAは、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。他の繰り返し単位としては、例えばチオフェンジイル基やチアゾールジイル基等の芳香族複素環等が挙げられる。   The copolymer A may contain other repeating units as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of other repeating units include aromatic heterocyclic rings such as thiophenediyl group and thiazolediyl group.

コポリマーAが式(IV)で表される繰り返し単位を含むこの好ましい例において、コポリマーAを構成する繰り返し単位に占める、式(IV)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10モル%以上、好ましくは25モル%以上、より好ましくは50モル%以上、さらに好ましくは70モル%以上である。上限は特になく、100モル%以下である。   In this preferred example in which the copolymer A contains a repeating unit represented by the formula (IV), the ratio of the repeating unit represented by the formula (IV) to the repeating units constituting the copolymer A is not particularly limited. Usually, it is 10 mol% or more, preferably 25 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, and further preferably 70 mol% or more. There is no upper limit in particular and it is 100 mol% or less.

式(IV)で表される繰り返し単位はそれぞれ複数存在するが、コポリマーAは、式(IV)で表される繰り返し単位のうち1種のみを含有していてもよいし、2種以上を含有していてもよい。その場合、コポリマーAが含む繰り返し単位の種類に制限はないが、通常8以下、好ましくは5以下である。   Although there are a plurality of repeating units represented by the formula (IV), the copolymer A may contain only one type or two or more types of repeating units represented by the formula (IV). You may do it. In this case, the type of repeating unit contained in the copolymer A is not limited, but is usually 8 or less, preferably 5 or less.

コポリマーAの好ましい具体例を示すが、以下の例示に限られるものではない。C、C17、及びC1225は、所定の炭素数をもつ直鎖のアルキル基を表す。又、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。コポリマーA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 the copolymer A is shown, it is not restricted to the following illustrations. C 4 H 9 , C 8 H 17 , and C 12 H 25 represent a linear alkyl group having a predetermined carbon number. Bu, Hex, and Oct represent an n-butyl group, an n-hexyl group, and an n-octyl group, respectively. When the copolymer A includes a plurality of repeating units, the ratio between the plurality of repeating units included is arbitrary.

以上説明したコポリマーAは、長波長領域(600nm以上)の光を吸収し、かつ高い開放電圧(Voc)を示すため、高い光電変換特性を示す利点があり、特にフラーレン化合物と組み合わせて太陽電池に適用すると高い太陽電池特性を示す。また、HOMOエネルギー準位が低く酸化されにくい利点もある。   The copolymer A described above absorbs light in a long wavelength region (600 nm or more) and exhibits a high open-circuit voltage (Voc), and thus has an advantage of high photoelectric conversion characteristics. In particular, it is combined with a fullerene compound in a solar cell. When applied, it exhibits high solar cell characteristics. In addition, there is an advantage that the HOMO energy level is low and is not easily oxidized.

また、コポリマーAは高溶解性を示す利点を持つ。塗布成膜を行う際に、コポリマーAは溶媒への溶解性が高く、さらに溶媒の選択の幅が広がるため条件に最適な溶媒を用いやすいため、形成された活性層の膜質を向上させることができる。このことも、本コポリマーを用いた太陽電池が高い太陽電池特性を示す一因であると考えられる。   Further, the copolymer A has an advantage of high solubility. When performing coating film formation, the copolymer A has high solubility in a solvent, and further, the range of choice of the solvent is widened. Therefore, it is easy to use a solvent that is optimal for the conditions, so that the film quality of the formed active layer can be improved. it can. This is also considered to be a factor that the solar cell using this copolymer exhibits high solar cell characteristics.

コポリマーAのポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、通常2.0×10以上、好ましくは5.0×10以上、より好ましくは1.0×10以上、さらに好ましくは3.0×10以上、よりさらに好ましくは5.0×10以上、特に好ましくは1.0×10以上である。一方、好ましくは1.0×10以下、より好ましくは5.0×10以下、さらにより好ましくは3.0×10以下、さらに好ましくは2.0×10以下、よりさらに好ましくは1.0×10以下、殊更に好ましくは5.0×10以下、特に好ましくは3.0×10以下である。光吸収波長を長波長化する観点、高い
吸光度を実現する観点、及び相分離構造が最適化されうるという観点から、重量平均分子量がこの範囲にあることが好ましい。
The weight average molecular weight (Mw) in terms of polystyrene of the copolymer A is usually 2.0 × 10 3 or more, preferably 5.0 × 10 3 or more, more preferably 1.0 × 10 4 or more, and further preferably 3.0. × 10 4 or more, more preferably 5.0 × 10 4 or more, and particularly preferably 1.0 × 10 5 or more. On the other hand, preferably 1.0 × 10 7 or less, more preferably 5.0 × 10 6 or less, even more preferably 3.0 × 10 6 or less, still more preferably 2.0 × 10 6 or less, and even more preferably. It is 1.0 × 10 6 or less, particularly preferably 5.0 × 10 5 or less, and particularly preferably 3.0 × 10 5 or less. It is preferable that the weight average molecular weight is in this range from the viewpoint of increasing the light absorption wavelength, achieving high absorbance, and optimizing the phase separation structure.

コポリマーAのポリスチレン換算の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めることができる。具体的には、カラムとして、PolymerLaboratories GPC用カラム(PLgel MIXED−B 10μm,内径7.5mm,長さ30cm)を2本直列に接続して使用し、ポンプとしてLC−10AT(島津製作所社製)、オーブンとしてCTO−10A(島津製作所社製)、検出器として示差屈折率検出器(島津製作所製:RID−10A)、及びUV−vis検出器(島津製作所製:SPD−10A)を用いることにより測定できる。測定対象のコポリマー(1mg)をクロロホルム(200mg)に溶解さ・BR>ケ、得られた溶液1μLをカラムに注入
する。移動相としてクロロホルムを用い、1.0mL/minの流速で測定を行う。解析にはLC−Solution(島津製作所)を用いる。
The polystyrene equivalent weight average molecular weight of the copolymer A can be determined by gel permeation chromatography (GPC). Specifically, two columns for Polymer Laboratories GPC (PLgel MIXED-B 10 μm, inner diameter 7.5 mm, length 30 cm) are connected in series as a column, and LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation) is used as a pump. By using CTO-10A (manufactured by Shimadzu Corporation) as an oven, a differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation: RID-10A), and a UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation: SPD-10A) as a detector. It can be measured. A copolymer (1 mg) to be measured is dissolved in chloroform (200 mg). BR> and 1 μL of the resulting solution is injected onto the column. Measurement is performed at a flow rate of 1.0 mL / min using chloroform as the mobile phase. LC-Solution (Shimadzu Corporation) is used for the analysis.

コポリマーAの数平均分子量(Mn)は、通常1.0×10以上、好ましくは3.0×10上、より好ましくは5.0×10以上、さらに好ましくは1.0×10以上、よりさらに好ましくは1.5×10以上、殊更に好ましくは2.0×10以上、特に好ましくは2.5×10以上である。一方、好ましくは1.0×10以下、より好ましくは5.0×10以下、さらにより好ましくは2.0×10以下、特に好ましくは1.0×10以下である。光吸収波長を長波長化するという観点、及び高い吸光度を実現するという観点から、数平均分子量がこの範囲にあることが好ましい。コポリマーAの数平均分子量は、上記重量平均分子量と同様の方法で測定することができる。 The number average molecular weight of the copolymer A (Mn) is usually 1.0 × 10 3 or more, on preferably 3.0 × 10 3, more preferably 5.0 × 10 3 or more, more preferably 1.0 × 10 4 More preferably, it is 1.5 × 10 4 or more, still more preferably 2.0 × 10 4 or more, and particularly preferably 2.5 × 10 4 or more. On the other hand, it is preferably 1.0 × 10 6 or less, more preferably 5.0 × 10 5 or less, still more preferably 2.0 × 10 5 or less, and particularly preferably 1.0 × 10 5 or less. The number average molecular weight is preferably in this range from the viewpoint of increasing the light absorption wavelength and achieving high absorbance. The number average molecular weight of the copolymer A can be measured by the same method as the above weight average molecular weight.

コポリマーAの分子量分布(PDI、(重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)))は、通常1.0以上、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.2以上、さらに好ましくは1.3以上である。一方、好ましくは20.0以下、より好ましくは15.0以下、さらに好ましくは10.0以下である。コポリマーの溶解度が塗布に適した範囲になりうるという点で、分子量分布がこの範囲にあることが好ましい。コポリマーAの分子量分布は、上記重量平均分子量と同様の方法で測定することができる。   The molecular weight distribution (PDI, (weight average molecular weight / number average molecular weight (Mw / Mn))) of the copolymer A is usually 1.0 or more, preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, and further preferably 1 .3 or more. On the other hand, it is preferably 20.0 or less, more preferably 15.0 or less, and still more preferably 10.0 or less. The molecular weight distribution is preferably in this range in that the solubility of the copolymer can be in a range suitable for coating. The molecular weight distribution of the copolymer A can be measured by the same method as the weight average molecular weight.

コポリマーAは、好ましくは光吸収極大波長(λmax)が通常470nm以上、好ましくは480nm以上にあり、一方、通常1200nm以下、好ましくは1000nm以下、より好ましくは900nm以下にある。また、半値幅は通常10nm以上、好ましくは20nm以上であり、一方、通常300nm以下である。コポリマーAの吸収波長領域は、太陽光の吸収波長領域に近いほど望ましい。 The copolymer A preferably has a light absorption maximum wavelength (λ max ) of usually 470 nm or more, preferably 480 nm or more, and is usually 1200 nm or less, preferably 1000 nm or less, more preferably 900 nm or less. Further, the half width is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, and is usually 300 nm or less. It is desirable that the absorption wavelength region of the copolymer A is closer to the absorption wavelength region of sunlight.

コポリマーAの溶解度は、特に限定は無いが、好ましくは25℃におけるクロロベンゼンに対する溶解度が通常0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上であり、一方、通常30重量%以下、好ましくは20重量%である。溶解性が高いことは、十分な厚さの活性層を製膜することができる点で好ましい。   The solubility of the copolymer A is not particularly limited, but preferably the solubility in chlorobenzene at 25 ° C. is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, Usually, it is 30% by weight or less, preferably 20% by weight. High solubility is preferable in that an active layer having a sufficient thickness can be formed.

コポリマーAは分子間で相互作用するものであることが好ましい。本明細書において、分子間で相互作用するということは、分子間でのπ−πスタッキングの相互作用等によってポリマー鎖間の距離が短くなることを意味する。相互作用が強いほど、高い移動度及び/又は結晶性を示す傾向がある。すなわち、分子間で相互作用するコポリマーにおいては分子間での電子移動が起こりやすいため、光電変換素子においては、活性層内のコポリマーAとフラーレン化合物との界面で生成した正孔(ホール)を効率よくアノードへ輸送できると考えられる。結晶性の測定方法としてはX線回折法(XRD)が挙げられる。本明細書において結晶性を有するとは、コポリマーの回折ピークがX線回折スペクトルに示されることを意味し、特に2θ=4.8°近傍に回折ピークを示すことが好ましい。結晶性
を有することは、分子同士が配列した積層構造を有することを意味すると考えられ、十分な厚さの活性層を得ることが容易となる傾向がある点で好ましい。X線回折法(XRD)は公知文献(X線結晶解析の手引き(応用物理学選書4))に記載の方法に基づいて行うことができる。
The copolymer A is preferably one that interacts between molecules. In the present specification, the interaction between molecules means that the distance between polymer chains is shortened due to the interaction of π-π stacking between molecules. The stronger the interaction, the higher the mobility and / or crystallinity. That is, in a copolymer that interacts between molecules, electron transfer between molecules is likely to occur. Therefore, in the photoelectric conversion element, holes generated at the interface between the copolymer A and the fullerene compound in the active layer are efficiently used. It is thought that it can be well transported to the anode. An example of a crystallinity measuring method is an X-ray diffraction method (XRD). In this specification, having crystallinity means that the diffraction peak of the copolymer is shown in the X-ray diffraction spectrum, and it is particularly preferable that the diffraction peak is shown in the vicinity of 2θ = 4.8 °. Having crystallinity is considered to mean having a laminated structure in which molecules are arranged, and is preferable in that it tends to be easy to obtain an active layer having a sufficient thickness. The X-ray diffraction method (XRD) can be performed based on a method described in a publicly known document (X-ray crystal analysis guide (applied physics selection book 4)).

コポリマーAの正孔移動度は、通常1.0×10−7cm/Vs以上、好ましくは1.0×10−6cm/Vs以上、より好ましくは1.0×10−5cm/Vs以上、特に好ましくは1.0×10−4cm/Vs以上である。一方、コポリマーAの正孔移動度は通常1.0×10cm/Vs以下であり、好ましくは1.0×10cm/Vs以下であり、より好ましくは1.0×10cm/Vs以下である。高い変換効率を得るためには、n型半導体化合物の移動度と、コポリマーAの移動度とのバランスが重要である。p型半導体化合物として用いられるコポリマーAの移動度と、n型半導体化合物として用いられるフラーレン化合物の移動度とを近づける観点から、コポリマーAの正孔移動度がこの範囲にあることが好ましい。正孔移動度の測定方法としてはFET法が挙げられる。FET法は公知文献(特開2010−045186号公報)に記載の方法により行うことができる。 The hole mobility of the copolymer A is usually 1.0 × 10 −7 cm 2 / Vs or more, preferably 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, more preferably 1.0 × 10 −5 cm 2. / Vs or more, particularly preferably 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more. On the other hand, the hole mobility of the copolymer A is usually 1.0 × 10 4 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, and more preferably 1.0 × 10 2. cm 2 / Vs or less. In order to obtain high conversion efficiency, the balance between the mobility of the n-type semiconductor compound and the mobility of the copolymer A is important. From the viewpoint of bringing the mobility of the copolymer A used as the p-type semiconductor compound close to the mobility of the fullerene compound used as the n-type semiconductor compound, the hole mobility of the copolymer A is preferably within this range. As a method for measuring the hole mobility, there is an FET method. The FET method can be performed by a method described in a known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-045186).

コポリマーA中の不純物は極力少ないほうが好ましい。特に、パラジウム、銅等の遷移金属触媒が残っていると、遷移金属の重原子効果による励起子トラップが生じるために電荷移動を阻害され、結果として光電変換素子の光電変換効率を低下させるおそれがある。遷移金属触媒の濃度は、コポリマーAに対して、通常1000ppm以下、好ましくは500pm以下、より好ましくは100ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、1ppm以上であってもよく、3ppm以上であってもよい。   It is preferable that the impurities in the copolymer A are as small as possible. In particular, if a transition metal catalyst such as palladium or copper remains, an exciton trap due to the heavy atom effect of the transition metal occurs, which may hinder charge transfer, resulting in a decrease in photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element. is there. The concentration of the transition metal catalyst is usually 1000 ppm or less, preferably 500 pm or less, more preferably 100 ppm or less with respect to the copolymer A. On the other hand, it is usually larger than 0 ppm and may be 1 ppm or more, or 3 ppm or more.

コポリマーAにおける末端残基(後述の式(VA)及び式(VB)でのX及びX)の残存量は、特段の制限は無いが、通常6000ppm以下、好ましくは4000ppm以下、より好ましくは3000ppm以下、さらに好ましくは2000ppm以下、よりさらに好ましくは1000ppm以下、特に好ましくは500ppm以下、最も好ましくは200ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、1ppm以上であってもよく、3ppm以上であってもよい。 The residual amount of terminal residues in the copolymer A (X 1 and X 2 in the formula (VA) and formula (VB) described later) is not particularly limited, but is usually 6000 ppm or less, preferably 4000 ppm or less, more preferably 3000 ppm or less, more preferably 2000 ppm or less, still more preferably 1000 ppm or less, particularly preferably 500 ppm or less, and most preferably 200 ppm or less. On the other hand, it is usually larger than 0 ppm and may be 1 ppm or more, or 3 ppm or more.

特に、コポリマーA中のスズ原子の残存量は、通常5000ppm以下、好ましくは4000ppm以下、より好ましくは2500ppm以下、さらに好ましくは1000ppm以下、よりさらに好ましくは750ppm以下、特に好ましくは500ppm以下、最も好ましくは100ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、1ppm以上であってもよく、3ppm以上であってもよい。スズ原子の残存量を5000ppm以下にすることは、熱分解しやすいアルキルスタニル基中のスズ原子の残存量が少なくなり、より高い安定性を得ることができるために、好ましい。   In particular, the residual amount of tin atoms in the copolymer A is usually 5000 ppm or less, preferably 4000 ppm or less, more preferably 2500 ppm or less, further preferably 1000 ppm or less, even more preferably 750 ppm or less, particularly preferably 500 ppm or less, most preferably. 100 ppm or less. On the other hand, it is usually larger than 0 ppm and may be 1 ppm or more, or 3 ppm or more. It is preferable to set the residual amount of tin atoms to 5000 ppm or less because the residual amount of tin atoms in the alkylstannyl group that is easily thermally decomposed is reduced, and higher stability can be obtained.

また、コポリマーA中のハロゲン原子の残存量は、通常5000ppm以下、好ましくは4000ppm以下、より好ましくは2500ppm以下、さらに好ましくは1000ppm以下、よりさらに好ましくは750ppm以下、特に好ましくは500ppm以下、最も好ましくは100ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、1ppm以上であってもよく、3ppm以上でであってもよい。ハロゲン原子の残存量を5000ppm以下にすることは、光電変換素子の光電変換特性及び耐久性等が向上する傾向にあることから好ましい。   The residual amount of halogen atoms in the copolymer A is usually 5000 ppm or less, preferably 4000 ppm or less, more preferably 2500 ppm or less, further preferably 1000 ppm or less, still more preferably 750 ppm or less, particularly preferably 500 ppm or less, most preferably. 100 ppm or less. On the other hand, it is usually larger than 0 ppm, 1 ppm or more, or 3 ppm or more. Setting the remaining amount of halogen atoms to 5000 ppm or less is preferable because the photoelectric conversion characteristics and durability of the photoelectric conversion element tend to be improved.

コポリマーの末端残基(後述のX及びX)の残存量は、炭素、水素及び窒素以外の元素量により測定することができる。測定手法として、得られたコポリマーの元素分析は、臭素イオン(Br)及びヨウ素イオン(I)についてはイオンクロマトグラフィー
法又はICP質量分析法で実施することができ、パラジウム及びスズについてはICP質量分析法で実施することができる。
The residual amount of terminal residues (X 1 and X 2 described later) of the copolymer can be measured by the amount of elements other than carbon, hydrogen and nitrogen. As a measurement method, elemental analysis of the obtained copolymer can be carried out by ion chromatography or ICP mass spectrometry for bromine ion (Br ) and iodine ion (I ), and ICP for palladium and tin. It can be carried out by mass spectrometry.

イオンクロマトグラフィー法は、公知文献(「イオンクロマトグラフィー」:共立出版株式会社)に記載されている方法により実施できる。例えば、イオンクロマトグラフ分析装置(Dionex社製 イオンクロマト分析装置 DX120型又はDX500型)により実施することができる。   The ion chromatography method can be carried out by a method described in a known document (“ion chromatography”: Kyoritsu Shuppan Co., Ltd.). For example, it can be carried out by an ion chromatograph analyzer (Dionex Corporation ion chromatograph analyzer DX120 type or DX500 type).

ICP質量分析法は、公知文献(「プラズマイオン源質量分析」(学会出版センター))に記載されている方法により実施できる。具体的には、Pd及びSnについて、試料を湿式分解後、分解液中のPd,SnをICP質量分析装置(Agilent Technologies社製 ICP質量分析装置 7500ce型)を用いて検量線法により定量することができる。又、Br及びIについて、試料を試料燃焼装置(三菱化学アナリテック社製 試料燃焼装置 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、吸収液中のBr及びIをICP質量分析装置(Agilent
Technologies社製 ICP質量分析装置 7500ce型)を用いて検量線法により定量することができる。
ICP mass spectrometry can be carried out by a method described in a known document (“Plasma ion source mass spectrometry” (Academic Publishing Center)). Specifically, with respect to Pd and Sn, after wet decomposition of the sample, Pd and Sn in the decomposition solution are quantified by a calibration curve method using an ICP mass spectrometer (ICP mass spectrometer 7500ce type manufactured by Agilent Technologies). Can do. For Br and I , the sample is combusted with a sample combustion device (sample combustion device QF-02 type manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.), and the combustion gas is absorbed in an alkaline absorbing liquid containing a reducing agent. Br and I in the ICP mass spectrometer (Agilent
It can be quantified by a calibration curve method using an ICP mass spectrometer (Model 7500ce) manufactured by Technologies.

(コポリマーAの製造方法)
コポリマーAの製造方法には特に限定はない。例えば、下記一般式(VA)で表される化合物と、下記一般式(VB)で表される化合物とを用いて公知の方法で製造することができる。好ましい方法としては、下記一般式(VA)で表される化合物と、下記一般式(VB)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。
(Method for producing copolymer A)
There is no particular limitation on the method for producing the copolymer A. For example, it can be produced by a known method using a compound represented by the following general formula (VA) and a compound represented by the following general formula (VB). Preferable methods include a method of polymerizing a compound represented by the following general formula (VA) and a compound represented by the following general formula (VB) in the presence of an appropriate catalyst if necessary. .

式(VA)中、R及びAは前記と同義である。式(VB)中、R、R及びQは前記と同義である。
及びX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。
In formula (VA), R 3 and A are as defined above. In formula (VB), R 4 , R 5 and Q are as defined above.
X 1 and X 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.

式(VA)又は(VB)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X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。X及びXにおいて、ハロゲン原子としては、臭素原子又はヨウ素原子が好ましい。ホウ酸エステル残基としては、例えば、下記式で示される基が挙げられる。 From the viewpoint of synthesis of the compound represented by the formula (VA) or (VB) and ease of reaction, X 1 and X 2 are each independently a halogen atom, an alkylstannyl group, a borate ester residue. It is preferably a group or a boric acid residue (—B (OH) 2 ). In X 1 and X 2 , the halogen atom is preferably a bromine atom or an iodine atom. Examples of the boric acid ester residue include a group represented by the following formula.

(式中、Meはメチル基を示し、Etはエチル基を表す。)
アルキルスタニル基としては、例えば、下記式で示される基が挙げられる。
(In the formula, Me represents a methyl group, and Et represents an ethyl group.)
Examples of the alkylstannyl group include a group represented by the following formula.

アルケニル基としては、例えば炭素数2〜12のアルケニル基が挙げられる。   As an alkenyl group, a C2-C12 alkenyl group is mentioned, for example.

コポリマーA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、薗頭反応方法、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、又は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、又は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(檜山為次郎著: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。以下はStilleカップリング反応方法について述べる。 The reaction method used for the polymerization of copolymer A includes Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, Stille coupling reaction method, Yamamoto coupling reaction method, Grignard reaction method, Heck reaction method, Sonogashira reaction method, oxidation of FeCl 3 and the like Examples include a reaction method using an agent, a method using an electrochemical oxidation reaction, a 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, or the Grignard reaction method is preferable in terms of easy structure control. In particular, the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, the Stille coupling reaction method, or the Grignard reaction method is preferable from the viewpoints 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 (by Teijiro Hatakeyama: Tokyo Kagaku Dojin)”. The following describes the Stille coupling reaction method.

Stilleカップリング反応方法を用いる場合、上記一般式(VA)、一般式(VB)において例えば、Xがハロゲン原子でありかつXがアルキルスタニル基であるか、又はXはアルキルスタニル基でありかつXがハロゲン原子であることが好ましい。 When the Stille coupling reaction method is used, in the above general formula (VA) and general formula (VB), for example, X 1 is a halogen atom and X 2 is an alkylstannyl group, or X 1 is alkylstannyl. It is preferable that X 2 is a halogen atom.

式(VA)で表される化合物に対する、式(VB)で表される化合物のモル比(VB/VA)は、通常0.90以上、好ましくは0.95以上であり、一方、通常1.3以下、好ましくは1.2以下である。モル比が上記の範囲内にあることは、より高い収率でより高い分子量を有するコポリマーが得られうる点で好ましい。   The molar ratio (VB / VA) of the compound represented by the formula (VB) to the compound represented by the formula (VA) is usually 0.90 or more, preferably 0.95 or more. 3 or less, preferably 1.2 or less. It is preferable that the molar ratio is in the above range in that a copolymer having a higher molecular weight can be obtained with a higher yield.

コポリマーAの純度を高めることにより、光電変換素子の変換特性が向上しうるため、重合前のモノマー(一般式(VA)又は(VB)で表される化合物)を蒸留、昇華精製、カラムクロマトグラフィー又は再結晶等の方法で精製した後に、重合反応を行うことが好ましい。重合前のモノマーの純度は、通常90%以上、好ましくは95%以上である。重合反応においては、反応促進のために、アルカリ、触媒、補触媒、有機配位子又は相間移動触媒等を添加することができる。これらのアルカリ又は触媒等は、重合反応の種類に応じて選択すればよいが、重合反応に用いる溶媒に十分に溶解することが好ましい。アルカリとしては、例えば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム若しくは炭酸セシウム等の無機塩基、又はトリエチルアミン等の有機塩基が挙げられる。触媒としては、例えば、テトラキス
(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(PPh)等のホスフィン化合物を配位子として含むパラジウム錯体又は酢酸パラジウム等のパラジウム(Pd)触媒;Ni(dppp)Cl又はNi(dppe)Cl等のニッケル触媒;塩化鉄等の鉄触媒;又はヨウ化銅等の銅触媒等が挙げられる。
Since the conversion characteristics of the photoelectric conversion element can be improved by increasing the purity of the copolymer A, the monomer before polymerization (compound represented by the general formula (VA) or (VB)) is distilled, sublimated and purified by column chromatography. Alternatively, the polymerization reaction is preferably performed after purification by a method such as recrystallization. The purity of the monomer before polymerization is usually 90% or more, preferably 95% or more. In the polymerization reaction, an alkali, a catalyst, a cocatalyst, an organic ligand, a phase transfer catalyst, or the like can be added to promote the reaction. These alkalis or catalysts may be selected according to the type of polymerization reaction, but are preferably sufficiently dissolved in the solvent used for the polymerization reaction. Examples of the alkali include inorganic bases such as potassium carbonate, sodium carbonate and cesium carbonate, and organic bases such as triethylamine. Examples of the catalyst include a palladium complex containing a phosphine compound such as tetrakis (triphenylphosphine) palladium (Pd (PPh 3 ) 4 ) as a ligand or a palladium (Pd) catalyst such as palladium acetate; Ni (dppp) Cl 2 Or a nickel catalyst such as Ni (dppe) Cl 2 ; an iron catalyst such as iron chloride; or a copper catalyst such as copper iodide.

ホスフィン化合物を配位子として含むパラジウム錯体としては、具体的には、Pd(PPh、Pd(P(o−tolyl)、Pd(PCy、Pd(dba)3、PdCl(PPh等が挙げられる(式中、Phはフェニル基を表し、Cyはシクロヘキシル基を表し、o−tolylは2−トリル基を表し、dbaはジベンジリデンアセトンを表す)。Pd(dba)3、PdCl(PPh等の2価のPd錯体を用いる場合には、PPhやP(o−tolyl)等の有機配位子と併せて使用することが望ましい。 As a palladium complex containing a phosphine compound as a ligand, specifically, Pd (PPh 3 ) 4 , Pd (P (o-tolyl) 3 ) 4 , Pd (PCy 3 ) 2 , Pd 2 (dba) 3 , PdCl 2 (PPh 3 ) 2 and the like (wherein Ph represents a phenyl group, Cy represents a cyclohexyl group, o-tolyl represents a 2-tolyl group, and dba represents dibenzylideneacetone). When a divalent Pd complex such as Pd 2 (dba) 3 or PdCl 2 (PPh 3 ) 2 is used, it may be used in combination with an organic ligand such as PPh 3 or P (o-tolyl) 3. desirable.

触媒の使用量は、式(VA)で表される化合物と式(VB)で表される化合物との合計に対するパラジウム錯体の使用量として、通常1.0×10−4mol%以上、好ましくは1.0×10−3mol%以上、より好ましくは1.0×10−2mol%以上であり、一方、通常1.0×10mol%以下、より好ましくは5mol%以下である。触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率で、より高分子量のコポリマーAが得られる傾向にある点で好ましい。 The usage-amount of a catalyst is 1.0x10 < -4 > mol% or more normally as a usage-amount of the palladium complex with respect to the sum total of the compound represented by the compound represented by a formula (VA), and a formula (VB), Preferably It is 1.0 × 10 −3 mol% or more, more preferably 1.0 × 10 −2 mol% or more, and usually 1.0 × 10 2 mol% or less, more preferably 5 mol% or less. It is preferable that the amount of the catalyst used be in this range because a higher molecular weight copolymer A tends to be obtained at a lower cost and a higher yield.

補触媒としてはフッ化セシウム、酸化銅又はハロゲン化銅等の無機塩が挙げられる。補触媒の使用量は、式(VA)で表される化合物に対して、通常1.0×10−4mol%以上、好ましくは1.0×10−3mol%以上、より好ましくは1.0×10−2mol%以上であり、一方、通常1.0×10mol%以下、好ましくは1.0×10mol%以下、より好ましくは1.5×10mol%以下である。補触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率でコポリマーが得られる傾向にある点で好ましい。 Examples of the cocatalyst include inorganic salts such as cesium fluoride, copper oxide, and copper halide. The amount of the cocatalyst used is usually 1.0 × 10 −4 mol% or more, preferably 1.0 × 10 −3 mol% or more, more preferably 1.times.10.sup.- 3 mol%, relative to the compound represented by formula (VA). 0 × 10 −2 mol% or more, on the other hand, usually 1.0 × 10 4 mol% or less, preferably 1.0 × 10 3 mol% or less, more preferably 1.5 × 10 2 mol% or less. . It is preferable that the amount of the cocatalyst used be in this range because the copolymer tends to be obtained at a lower cost and with a higher yield.

相間移動触媒としては、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドやAliquat336(アルドリッチ社製)等が挙げられる。相間移動触媒の使用量は、式(VA)で表される化合物に対して、通常1.0×10−4mol%以上、好ましくは1.0×10−3mol%以上、より好ましくは1.0×10−2mol%以上であり、一方、通常5mol%以下、より好ましくは3mol%以下である。相間移動触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率でコポリマーAが得られる傾向にある点で好ましい。 Examples of the phase transfer catalyst include tetraethylammonium hydroxide and Aliquat 336 (manufactured by Aldrich). The amount of the phase transfer catalyst used is usually 1.0 × 10 −4 mol% or more, preferably 1.0 × 10 −3 mol% or more, more preferably 1 with respect to the compound represented by the formula (VA). 0.0 × 10 −2 mol% or more, and usually 5 mol% or less, more preferably 3 mol% or less. It is preferable that the amount of the phase transfer catalyst used be in this range because copolymer A tends to be obtained at a lower cost and in a higher yield.

重合反応に用いられる溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン又はシクロヘキサン等の飽和炭化水素;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン又はキシレン等の芳香族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン又はトリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール又はt−ブチルアルコール等のアルコール類;水;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン又はジオキサン等のエーテル類;DMF等の非プロトン性有機溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、一種を単独で用いても二種以上を併用してもよい。   Examples of the solvent used in the polymerization reaction include saturated hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene; halogens such as chlorobenzene, dichlorobenzene, and trichlorobenzene. Aromatic hydrocarbons; alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol or t-butyl alcohol; water; ethers such as dimethyl ether, diethyl ether, methyl t-butyl ether, tetrahydrofuran, tetrahydropyran or dioxane; DMF And aprotic organic solvents such as These solvents may be used alone or in combination of two or more.

溶媒の使用量は、式(VA)で表される化合物と式(VB)で表される化合物との合計1gに対して、通常、1.0×10−2mL以上、好ましくは1.0×10−1mL以上、より好ましくは1mL以上であり、一方、通常1.0×10mL以下、好ましくは1.0×10mL以下、より好ましくは2.0×10mL以下である。
Stilleカップリング反応の反応温度は、通常0℃以上、好ましくは20℃以上、より好ましくは40℃以上、さらに好ましくは60℃以上である。一方、通常300℃以
下、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは180℃以下、特に好ましくは160℃以下である。
The amount of the solvent used is usually 1.0 × 10 −2 mL or more, preferably 1.0 with respect to 1 g in total of the compound represented by the formula (VA) and the compound represented by the formula (VB). × 10 −1 mL or more, more preferably 1 mL or more, while usually 1.0 × 10 5 mL or less, preferably 1.0 × 10 3 mL or less, more preferably 2.0 × 10 2 mL or less. is there.
The reaction temperature of the Stille coupling reaction is usually 0 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, more preferably 40 ° C. or higher, and further preferably 60 ° C. or higher. On the other hand, it is usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, further preferably 180 ° C. or lower, and particularly preferably 160 ° C. or lower.

加熱方法としては、特段の制限は無いが、オイルバス加熱、熱電対加熱、赤外線加熱、マイクロウェーブ加熱の他、IHヒーターを用いた接触による加熱等が挙げられる。反応時間は、通常1分間以上、好ましくは10分間以上、一方、通常160時間以下、好ましくは120時間以下、より好ましくは100時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い収率でコポリマーが得られうる。   The heating method is not particularly limited, and examples thereof include oil bath heating, thermocouple heating, infrared heating, microwave heating, heating by contact using an IH heater, and the like. The reaction time is usually 1 minute or longer, preferably 10 minutes or longer, on the other hand, usually 160 hours or shorter, preferably 120 hours or shorter, more preferably 100 hours or shorter. By carrying out the reaction under these reaction conditions, the copolymer can be obtained in a shorter time and with a higher yield.

重合反応後は、例えば、水でクエンチした後に有機溶媒で抽出し、有機溶媒を留去する等の通常の後処理により、粗製のコポリマーAを得ることができる。コポリマーの合成後、再沈精製、ソックスレーを用いた精製、ゲル浸透クロマトグラフィー、又はスキャベンジャーによる金属除去等の、純化処理をすることが好ましい。   After the polymerization reaction, for example, the crude copolymer A can be obtained by ordinary post-treatment such as quenching with water and extraction with an organic solvent, and distilling off the organic solvent. After the synthesis of the copolymer, it is preferable to carry out a purification treatment such as reprecipitation purification, purification using Soxhlet, gel permeation chromatography, or metal removal by a scavenger.

また、Stilleカップリング反応は窒素(N)又はアルゴン(Ar)雰囲気下で行うことが好ましい。 The Stille coupling reaction is preferably performed in a nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) atmosphere.

重合反応後のコポリマーに対しては、末端処理を行うことが好ましい。コポリマーの末端処理を行うことにより、コポリマーの臭素(Br)若しくはヨウ素(I)等のハロゲン原子又はアルキルスタニル基等の末端残基(上述のX及びX)のコポリマー中の残存量を減らすことが可能である。この末端処理を行うことは、効率及び耐久性の点でよりよい性能のポリマーを得ることができるために、好ましい。 It is preferable to perform terminal treatment on the copolymer after the polymerization reaction. By carrying out terminal treatment of the copolymer, the residual amount in the copolymer of terminal residues (X 1 and X 2 described above) such as halogen atoms such as bromine (Br) or iodine (I) or alkylstannyl groups of the copolymer is reduced. It is possible to reduce. This terminal treatment is preferable because a polymer having better performance in terms of efficiency and durability can be obtained.

コポリマーの末端処理方法としては、特段の制限は無いが、以下の方法が挙げられる。Stilleカップリング反応によってコポリマーを重合した場合には、コポリマーの末端に存在する臭素(Br)やヨウ素(I)等のハロゲン原子及びアルキルスタニル基に対する末端処理を行うことができる。   The method for terminal treatment of the copolymer is not particularly limited, but the following methods can be mentioned. When the copolymer is polymerized by a Stille coupling reaction, a terminal treatment can be performed on halogen atoms such as bromine (Br) and iodine (I) and alkylstannyl groups present at the terminal of the copolymer.

ハロゲン原子の末端処理方法としては、反応系中に末端処理剤としてアリールトリアルキルスズを加えた後、加熱攪拌を行うことにより行うことができる。アリールトリアルキルスズとしてはフェニルトリメチルスズ又はチエニルトリメチルスズ等が挙げられる。末端処理剤の添加量に特段の制限は無いが、ハロゲン原子が末端に付加したモノマーに対して、通常1.0×10−2当量以上、好ましくは0.1当量以上、より好ましくは1当量以上であり、一方、通常50当量以下、好ましくは20当量以下、より好ましくは10当量以上である。加熱時間にも特段の制限は無いが、通常30分以上、好ましくは1時間以上であり、一方、通常50時間以下、好ましくは20時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い変換率で末端処理を行うことができる。末端処理によりコポリマー末端のハロゲン原子をアリール基に置換することは、共役安定効果によりコポリマーがより安定になりうるために、好ましい。 As a terminal treatment method for halogen atoms, aryltrialkyltin can be added to the reaction system as a terminal treating agent and then heated and stirred. Examples of the aryl trialkyl tin include phenyl trimethyl tin and thienyl trimethyl tin. Although there is no special restriction | limiting in the addition amount of a terminal processing agent, Usually 1.0x10-2 equivalent or more with respect to the monomer which the halogen atom added to the terminal, Preferably it is 0.1 equivalent or more, More preferably, 1 equivalent On the other hand, it is usually 50 equivalents or less, preferably 20 equivalents or less, more preferably 10 equivalents or more. The heating time is not particularly limited, but is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and is usually 50 hours or shorter, preferably 20 hours or shorter. By performing the reaction under these reaction conditions, the terminal treatment can be performed in a shorter time and with a higher conversion rate. Substitution of the halogen atom at the end of the copolymer with an aryl group by terminal treatment is preferred because the copolymer can be more stable due to the conjugate stability effect.

アルキルスタニル基の末端処理方法としては、反応系中に末端処理剤としてアリールハライドを加えたのち、加熱攪拌を行うことにより行うことができる。アリールハライドとしてはヨードチオフェン、ヨードベンゼン、ブロモチオフェン又はブロモベンゼン等が挙げられる。末端処理剤の添加量に特段の制限は無いが、アルキルスタニル基が末端に付加したモノマーに対して、通常1.0×10−2当量以上、好ましくは0.1当量以上、より好ましくは1当量以上であり、一方、通常50当量以下、好ましくは20当量以下、より好ましくは10当量以上である。加熱時間にも特段の制限は無いが、通常30分以上、好ましくは1時間以上であり、一方、通常50時間以下、好ましくは10時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い変換率で末端処理を行うことができる。末端処理によりコポリマー末端のアルキルスタニル基をアリール基に置
換することによって、熱分解しやすいアルキルスタニル基中のSn原子がコポリマー中に存在しなくなることから、コポリマーの経時劣化が抑えられることが期待される。また、コポリマー末端のアルキルスタニル基をアリール基に置換することは、共役安定効果によりコポリマーがより安定になりうる点においても好ましい。
As a terminal treatment method for the alkylstannyl group, an aryl halide can be added as a terminal treatment agent to the reaction system, and then heated and stirred. Examples of the aryl halide include iodothiophene, iodobenzene, bromothiophene, and bromobenzene. Although there is no particular limitation on the amount of the end treatment agent added, it is usually 1.0 × 10 −2 equivalent or more, preferably 0.1 equivalent or more, more preferably, relative to the monomer having an alkylstannyl group added to the terminal. On the other hand, it is usually 50 equivalents or less, preferably 20 equivalents or less, more preferably 10 equivalents or more. The heating time is not particularly limited, but is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and is usually 50 hours or shorter, preferably 10 hours or shorter. By performing the reaction under these reaction conditions, the terminal treatment can be performed in a shorter time and with a higher conversion rate. By substituting the alkylstannyl group at the end of the copolymer with an aryl group by terminal treatment, Sn atoms in the alkylstannyl group, which are easily thermally decomposed, are not present in the copolymer, so that deterioration of the copolymer over time can be suppressed. Be expected. In addition, substitution of the alkylstannyl group at the terminal of the copolymer with an aryl group is also preferable in that the copolymer can be more stable due to the conjugate stability effect.

末端処理の反応操作については、特段の制限は無いが、各々独立に行うことが好ましい。例えば、Stilleカップリング反応を用いた場合、ハロゲン原子の末端処理と、アルキルスタニル基の末端処理とを、独立に行うことが好ましい。各々の末端処理の操作順序に特段の制限は無く、順序は適宜選択できる。   Although there is no special restriction | limiting about reaction operation of terminal treatment, It is preferable to carry out each independently. For example, when the Stille coupling reaction is used, it is preferable that the terminal treatment of the halogen atom and the terminal treatment of the alkylstannyl group are performed independently. There is no particular limitation on the operation order of each end treatment, and the order can be selected as appropriate.

また、末端処理は、コポリマーの精製前に行っても、コポリマーの精製後に行ってもよい。末端処理をコポリマー精製後に行う場合には、コポリマーと片方の末端処理剤(アリールハライド又はアリールトリメチルスズ)を有機溶剤に溶解した後、パラジウム触媒等の遷移金属触媒を加え、窒素条件下加熱攪拌を行う。その後、さらにもう片方の末端処理剤(アリールトリメチルスズ又はアリールハライド)を加え、加熱攪拌を行うことにより、末端処理を行うことができる。上記の処理は、末端残基を短時間に効率よく除去できるために好ましい。   The end treatment may be performed before the copolymer is purified or after the copolymer is purified. When the end treatment is performed after copolymer purification, the copolymer and one end treatment agent (aryl halide or aryltrimethyltin) are dissolved in an organic solvent, a transition metal catalyst such as a palladium catalyst is added, and the mixture is heated and stirred under nitrogen. Do. Thereafter, the other end treatment agent (aryltrimethyltin or aryl halide) is further added, and the end treatment can be performed by heating and stirring. The above treatment is preferable because the terminal residue can be efficiently removed in a short time.

パラジウム触媒等の遷移金属触媒の添加量としては、特段の制限は無いが、コポリマーに対して、通常5.0×10−3当量以上、好ましくは1.0×10−2当量以上であり、一方、通常1.0×10−1当量以下、好ましくは5.0×10−2当量以下である。触媒の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 The addition amount of the transition metal catalyst such as a palladium catalyst is not particularly limited, but is usually 5.0 × 10 −3 equivalent or more, preferably 1.0 × 10 −2 equivalent or more, relative to the copolymer, On the other hand, it is usually 1.0 × 10 −1 equivalent or less, preferably 5.0 × 10 −2 equivalent or less. When the addition amount of the catalyst is within this range, the end treatment can be performed at a lower cost and at a higher conversion rate.

アルキルスタニル基の末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、アルキルスタニル基が末端に付加したモノマーに対して、通常1.0×10−2当量以上、好ましくは1.0×10−1当量以上、より好ましくは1当量以上であり、一方、通常50当量以下、好ましくは20当量以下、より好ましくは10当量以下である。末端処理剤の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 The addition amount of the alkylstannyl end-treating agent is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −2 equivalent or more, preferably 1. 0 × 10 −1 equivalent or more, more preferably 1 equivalent or more, and usually 50 equivalents or less, preferably 20 equivalents or less, more preferably 10 equivalents or less. When the added amount of the end treatment agent is within this range, the end treatment can be performed at a lower cost and at a higher conversion rate.

ハロゲン基の末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、ハロゲン基が末端に付加したモノマーに対して、通常1.0×10−2当量以上、好ましくは1.0×10−1当量以上、より好ましくは1当量以上であり、一方、通常50当量以下、好ましくは20当量以下、より好ましくは10当量以下である。末端処理剤の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 The amount of the terminal-treating agent of the halogen group, but no particular restriction is not, based on the monomers halogen group is added to the ends, usually 1.0 × 10 -2 equivalents or more, preferably 1.0 × 10 - 1 equivalent or more, more preferably 1 equivalent or more, and usually 50 equivalents or less, preferably 20 equivalents or less, more preferably 10 equivalents or less. When the added amount of the end treatment agent is within this range, the end treatment can be performed at a lower cost and at a higher conversion rate.

加熱時間は、特段の制限は無いが、通常30分以上、好ましくは1時間以上であり、一方、通常25時間以下、好ましくは10時間以下である。   The heating time is not particularly limited, but is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and is usually 25 hours or shorter, preferably 10 hours or shorter.

なお、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法によりコポリマーを重合した場合には、ハロゲン基の末端処理剤としてアリールボロン酸を用い、アリールボロン酸を加えた後加熱攪拌を行うことにより、末端処理を行うことができる。   In addition, when the copolymer is polymerized by the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, the end treatment is performed by adding aryl boronic acid as the end treatment agent for the halogen group, adding the aryl boronic acid, and then stirring with heating. be able to.

末端処理後のコポリマーの精製は、上記の通り、ソックスレーによる精製、ゲル浸透クロマトグラフィー、又はスキャベンジャーによる金属除去等の方法により行うことができる。   As described above, the copolymer after the terminal treatment can be purified by a method such as purification by Soxhlet, gel permeation chromatography, or metal removal by a scavenger.

なお、重合反応の原料として用いられる式(VA)に示される化合物は、J.Am.Chem.Soc.,2010,132(22),7595−7597に記載の方法に準じ
て製造することができる。また、式(VB)に示される化合物はJ.Mater.Chem.,2011,21,3895、及びJ.Am.Chem.Soc.2008,130,16144−16145に記載の方法に準じて製造することができる。
The compound represented by the formula (VA) used as a raw material for the polymerization reaction is described in J. Org. Am. Chem. Soc. 2010, 132 (22), 7595-7597. The compound represented by the formula (VB) is described in J.P. Mater. Chem. , 2011, 21, 3895, and J.A. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16144-16145.

(その他のp型半導体化合物)
本発明に係る半導体層形成用組成物は、p型半導体化合物として、低分子有機半導体化合物を含有していてもよい。また活性層103は、p型半導体化合物として、高分子有機半導体化合物と低分子有機半導体化合物との双方を含有していてもよい。低分子有機半導体化合物については周知のものを用いることができ、具体的には国際公開第2011/016430号等の公知文献に記載のものを採用することができる。p型半導体化合物は、成膜された状態において、何らかの自己組織化した構造を有していても、アモルファス状態であってもよい。
(Other p-type semiconductor compounds)
The composition for forming a semiconductor layer according to the present invention may contain a low molecular organic semiconductor compound as a p-type semiconductor compound. The active layer 103 may contain both a high molecular organic semiconductor compound and a low molecular organic semiconductor compound as a p-type semiconductor compound. As the low-molecular organic semiconductor compound, known compounds can be used, and specifically those described in known documents such as International Publication No. 2011-016430 can be adopted. The p-type semiconductor compound may have some self-organized structure in the deposited state, or may be in an amorphous state.

<1−3.溶媒>
本発明に係る半導体層形成用組成物は上述のフラーレン化合物及びp型半導体化合物が溶媒に溶解して作製される。なお、本発明に係る半導体層形成用組成物は、フラーレン化合物を含む溶液とp型半導体化合物を含む溶液をそれぞれ調整した後に、混合して作製してもよい。
<1-3. Solvent>
The composition for forming a semiconductor layer according to the present invention is produced by dissolving the fullerene compound and the p-type semiconductor compound in a solvent. In addition, the composition for forming a semiconductor layer according to the present invention may be prepared by preparing a solution containing a fullerene compound and a solution containing a p-type semiconductor compound, respectively, and then mixing them.

本発明において使用できる溶媒に特段の制限はないが、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。   The solvent that can be used in the present invention is not particularly limited. For example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane; toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene, or orthodichlorobenzene, etc. Aromatic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; acetone, methyl ethyl ketone, cyclopenta Aliphatic ketones such as non- or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate Chloroform, methylene chloride, dichloroethane, halogenated hydrocarbons such as trichloroethane or trichlorethylene; ethers such as ethyl ether and tetrahydrofuran or dioxane; or an amide such as dimethylformamide or dimethylacetamide, and the like.

なかでも好ましくは、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;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ケトン類;又は、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である。一方で環境負荷の観点から、クロロベンゼン又はジヨードオクタンのようなハロゲン系炭化水素類を用いないことは好ましい。   Among them, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; cycloaliphatic carbonization such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin Hydrogen; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; or ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. On the other hand, from the viewpoint of environmental burden, it is preferable not to use halogenated hydrocarbons such as chlorobenzene or diiodooctane.

より好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン若しくはシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;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非ハロゲン系ケトン類;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;テトラヒドロフラン、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非ハロゲン系脂環式炭化水素類;又は、1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。   More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone Non-halogen alicyclic hydrocarbons such as tetrahydrofuran, cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; or non-halogen aliphatic ethers such as 1,4-dioxane; . Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene.

溶媒としては1種の溶媒を単独で用いてもよいし、任意の2種以上の溶媒を任意の比率
で併用してもよい。2種以上の溶媒を併用する場合、常圧下での沸点が60℃以上150℃以下である低沸点溶媒と、常圧下での沸点が180℃以上250℃以下である高沸点溶媒とを組み合わせることが好ましい。例えば、高沸点溶媒としてはテトラリン、デカリン、又はアセトフェノン等が挙げられ、低沸点溶媒としてはトルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、又はエチルメチルケトン等が挙げられる。このように高沸点溶媒と低沸点溶媒とを組み合わせて用いる場合、活性層を成膜する際に、揮発性のより低い高沸点溶媒がゆっくりと揮発することにより、半導体化合物の組織化が促進され、相分離構造が最適化されうる。また、環境負荷の観点から、これらの高沸点溶媒及び低沸点溶媒は非ハロゲン系溶媒であることが好ましい。
As the solvent, one kind of solvent may be used alone, or any two or more kinds of solvents may be used in any ratio. When two or more solvents are used in combination, a low boiling point solvent having a boiling point of 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower under normal pressure and a high boiling point solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower under normal pressure. Is preferred. For example, examples of the high boiling point solvent include tetralin, decalin, and acetophenone, and examples of the low boiling point solvent include toluene, xylene, tetrahydrofuran, and ethyl methyl ketone. When using a combination of a high-boiling solvent and a low-boiling solvent in this way, when forming an active layer, the lower-volatile high-boiling solvent slowly volatilizes, which facilitates the organization of the semiconductor compound. The phase separation structure can be optimized. From the viewpoint of environmental load, these high-boiling solvents and low-boiling solvents are preferably non-halogen solvents.

高沸点溶媒と低沸点溶媒との比率は、特に制限されないが、重量比(高沸点溶媒/低沸点溶媒)が1/20以上であることが好ましく、1/15以上であることがさらに好ましく、1/10以上であることがより好ましい。一方、10/1以下であることが好ましく、2/1以下であることがさらに好ましく、1/1以下であることがより好ましく、1/2以下であることが特に好ましい。   The ratio of the high boiling point solvent and the low boiling point solvent is not particularly limited, but the weight ratio (high boiling point solvent / low boiling point solvent) is preferably 1/20 or more, more preferably 1/15 or more, It is more preferable that it is 1/10 or more. On the other hand, it is preferably 10/1 or less, more preferably 2/1 or less, more preferably 1/1 or less, and particularly preferably 1/2 or less.

低沸点溶媒と高沸点溶媒との組み合わせの例としては、非ハロゲン芳香族炭化水素類と脂環式炭化水素類、非ハロゲン芳香族炭化水素類と芳香族ケトン類、エーテル類と脂環式炭化水素類、エーテル類と芳香族ケトン類、脂肪族ケトン類と脂環式炭化水素類、又は脂肪族ケトン類と芳香族ケトン類、等が挙げられる。好ましい組み合わせの具体例としては、トルエンとテトラリン、キシレンとテトラリン、トルエンとアセトフェノン、キシレンとアセトフェノン、テトラヒドロフランとテトラリン、テトラヒドロフランとアセトフェノン、メチルエチルケトンとテトラリン、メチルエチルケトンとアセトフェノン、等が挙げられる。   Examples of combinations of low and high boiling solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons and alicyclic hydrocarbons, non-halogen aromatic hydrocarbons and aromatic ketones, ethers and alicyclic carbonization. Examples thereof include hydrogens, ethers and aromatic ketones, aliphatic ketones and alicyclic hydrocarbons, or aliphatic ketones and aromatic ketones. Specific examples of preferred combinations include toluene and tetralin, xylene and tetralin, toluene and acetophenone, xylene and acetophenone, tetrahydrofuran and tetralin, tetrahydrofuran and acetophenone, methyl ethyl ketone and tetralin, methyl ethyl ketone and acetophenone, and the like.

<1−4.フラーレン化合物とp型半導体化合物の重量比率>
本発明に係る半導体層形成用組成物におけるp型半導体化合物に対するフラーレン化合物の重量比率は2.1以上であり11以下である。本発明において、半導体層形成用組成物に含まれるp型半導体化合物に対するp型半導体化合物の重量比率が2.1以上であることで、この半導体層形成用組成物を用いて形成した活性層上に形成される上部バッファ層の膜強度を向上させることができる。これは、半導体形成用組成物中のフラーレン化合物の重量比率が大きくなることにより、活性層表面にフラーレン化合物のクラスターが多く存在することになり、このフラーレン化合物のクラスターが大きくなることによる凸凹が上部バッファ層界面との密着性に寄与しているものと考えられる。そのため、フラーレン化合物とp型半導体化合物の重量比率を上記の範囲にすることで、ロール・ツー・ロール方式で上部バッファ層を成膜しても、膜剥がれが起きにくくなり、生産性が向上する。また、上記重量比率が11以下であれば、長波長吸収領域を有するp型半導体化合物の量が少なくなりすぎず、変換効率が保たれる。
<1-4. Weight ratio of fullerene compound and p-type semiconductor compound>
In the composition for forming a semiconductor layer according to the present invention, the weight ratio of the fullerene compound to the p-type semiconductor compound is 2.1 or more and 11 or less. In the present invention, when the weight ratio of the p-type semiconductor compound to the p-type semiconductor compound contained in the composition for forming a semiconductor layer is 2.1 or more, the active layer formed using this composition for forming a semiconductor layer Thus, the film strength of the upper buffer layer formed can be improved. This is because when the weight ratio of the fullerene compound in the semiconductor-forming composition increases, there are many fullerene compound clusters on the surface of the active layer. It is thought that it contributes to the adhesiveness with the buffer layer interface. Therefore, by setting the weight ratio of the fullerene compound and the p-type semiconductor compound within the above range, even if the upper buffer layer is formed by the roll-to-roll method, film peeling hardly occurs and productivity is improved. . Moreover, if the said weight ratio is 11 or less, the quantity of the p-type semiconductor compound which has a long wavelength absorption region will not decrease too much, and conversion efficiency will be maintained.

なお、半導体層形成用組成物におけるp型半導体化合物に対するフラーレン化合物の重量比率は2.2以上がより好ましく、2.3以上がさらに好ましく、2.5以上が特に好ましく、一方で、10以下であることがより好ましく、8以下であることがさらに好ましく、6以下であることが特に好ましい。また、溶媒に対するフラーレン化合物及びp型半導体化合物の合計の重量比率が少なすぎると成膜の際に使用量が増加し、一方で、該重量比率が大きすぎると、フラーレン化合物及びp型半導体化合物が十分に溶解しなくなる。そのため、溶媒に対するフラーレン化合物及びp型半導体化合物の合計の重量比率は、1%以上が好ましく、2%以上がより好ましく、3%以上が特に好ましく、一方で、15%以下であることが好ましく、14%以下であることがより好ましく、13%以下であることが特に好ましい。   In addition, the weight ratio of the fullerene compound to the p-type semiconductor compound in the composition for forming a semiconductor layer is more preferably 2.2 or more, further preferably 2.3 or more, particularly preferably 2.5 or more, while 10 or less. More preferably, it is more preferably 8 or less, and particularly preferably 6 or less. Further, if the total weight ratio of the fullerene compound and the p-type semiconductor compound to the solvent is too small, the amount used is increased during film formation. On the other hand, if the weight ratio is too large, the fullerene compound and the p-type semiconductor compound are reduced. It will not dissolve sufficiently. Therefore, the total weight ratio of the fullerene compound and the p-type semiconductor compound to the solvent is preferably 1% or more, more preferably 2% or more, particularly preferably 3% or more, on the other hand, preferably 15% or less, It is more preferably 14% or less, and particularly preferably 13% or less.

<1−5.その他>
本発明に係る半導体層形成用組成物には、上記以外にも本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、他の材料が含まれていてもよい。例えば、半導体層形成用組成物に添加剤が含まれていてもよい。光電変換素子において、活性層中でフラーレン化合物が凝集すると、p型半導体化合物とフラーレン化合物との相分離が促進されてしまう。この場合、p型半導体化合物とフラーレン化合物との接触面積が小さくなるために、電子移動効率及び/又は電荷分離効率が低下し、光電変換素子の性能劣化に繋がると考えられる。そこで、活性層に添加剤が含まれていれば、活性層中において、フラーレン化合物との分子間相互作用を介して、フラーレン化合物の凝集を抑制し、光電変換素子の性能劣化を抑制することができる。添加剤は特に、活性層又は光電変換素子が熱にさらされた際にフラーレン化合物が凝集することを防ぐことにより、光電変換素子の耐熱性を向上させる。また、添加剤により、フラーレン化合物が凝集することを防ぎながら活性層を加熱することが可能となるため、熱処理により活性層における自己組織化を促進し、活性層により長波長の光を吸収させることが可能となりうる。活性層がより長波長の光を吸収することにより、より広い範囲に及ぶ波長の太陽光を効率良く電気に変換することができる。そのため、本発明においては、活性層を形成する半導体層形成用組成物に添加剤が含まれることは効果的である。以下、本発明に係る半導体層形成用組成物を用いた太陽電池素子について、図1を参照して説明する。なお、各層の形成法については、以下で詳細に説明するが、太陽電池素子は、本発明に係る半導体層形成用組成物を用いて活性層を形成する工程と、前記活性層上に上部バッファ層を塗布法により形成する工程を含んで製造されることが好ましい。通常、上部バッファ層を塗布法により形成すると、成膜速度は速いが、形成される上部バッファ層の膜強度が低くなる傾向がある。しかしながら、本発明に係る半導体層形成用組成物を用いて活性層を形成することにより、その上に形成される上部バッファ層の膜強度が向上する。そのため、本発明においては、上部バッファ層を塗布法により形成することが好ましい。
<1-5. Other>
In addition to the above, the composition for forming a semiconductor layer according to the present invention may contain other materials without departing from the spirit of the present invention. For example, an additive may be included in the composition for forming a semiconductor layer. In the photoelectric conversion element, when the fullerene compound aggregates in the active layer, phase separation between the p-type semiconductor compound and the fullerene compound is promoted. In this case, since the contact area between the p-type semiconductor compound and the fullerene compound becomes small, it is considered that the electron transfer efficiency and / or the charge separation efficiency is lowered, leading to deterioration of the performance of the photoelectric conversion element. Therefore, if an additive is included in the active layer, the aggregation of the fullerene compound can be suppressed in the active layer through intermolecular interaction with the fullerene compound, and the performance deterioration of the photoelectric conversion element can be suppressed. it can. In particular, the additive improves the heat resistance of the photoelectric conversion element by preventing the fullerene compound from aggregating when the active layer or the photoelectric conversion element is exposed to heat. In addition, the additive makes it possible to heat the active layer while preventing the fullerene compound from aggregating, so that heat treatment promotes self-organization in the active layer and absorbs light of a long wavelength by the active layer. Can be possible. As the active layer absorbs light having a longer wavelength, sunlight having a wider wavelength range can be efficiently converted into electricity. Therefore, in this invention, it is effective that an additive is contained in the composition for semiconductor layer formation which forms an active layer. Hereinafter, a solar cell element using the composition for forming a semiconductor layer according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, although the formation method of each layer is demonstrated in detail below, a solar cell element is a process which forms an active layer using the composition for semiconductor layer formation which concerns on this invention, and an upper buffer on the said active layer. It is preferable to manufacture including a step of forming a layer by a coating method. Usually, when the upper buffer layer is formed by a coating method, the film formation rate is high, but the film strength of the formed upper buffer layer tends to be low. However, by forming the active layer using the composition for forming a semiconductor layer according to the present invention, the film strength of the upper buffer layer formed thereon is improved. Therefore, in the present invention, it is preferable to form the upper buffer layer by a coating method.

また、太陽電池素子を構成する各層は、それぞれシート・ツー・シート方式(万葉式)で形成してもよいし、ロール・ツー・ロール方式で形成してもよい。ロール・ツー・ロール方式とは、ロール状に巻かれたフィルム状の基材を繰り出して、間欠的、或いは連続的に搬送しながら、巻き取りロールにより巻き取られるまでの間に加工を行う方式である。kmオーダの長尺基板を一括処理することが可能であるため、簡易に量産が可能である。そのため、ロール・ツー・ロール方式は、これまでシート・ツー・シート(枚葉)方式と比較して、量産性が高いという利点がある。しかしながら、ロール・ツー・ロール方式で各層を形成すると、ロールや基材の裏面と、太陽電池素子を構成する各層が接触してしまい、その結果、太陽電池素子を構成する層が剥がれてしまうという問題がある。特に、上述の通り、活性層上に上部バッファ層を塗布法により形成すると、形成された上部バッファ層は膜強度が非常に弱いために、簡単に上部バッファ層が剥がれてしまうという問題が発生してしまう。   In addition, each layer constituting the solar cell element may be formed by a sheet-to-sheet method (manyoba type) or a roll-to-roll method. The roll-to-roll method is a method in which a film-like substrate wound in a roll is fed out and processed intermittently or continuously while being wound up by a take-up roll. It is. Since it is possible to batch-process long substrates of km order, mass production can be easily performed. Therefore, the roll-to-roll method has an advantage of high mass productivity as compared with the sheet-to-sheet (sheet-fed) method. However, when each layer is formed by the roll-to-roll method, the back surface of the roll or the substrate and each layer constituting the solar cell element come into contact with each other, and as a result, the layer constituting the solar cell element is peeled off. There's a problem. In particular, as described above, when the upper buffer layer is formed on the active layer by a coating method, the formed upper buffer layer has a very weak film strength, which causes a problem that the upper buffer layer is easily peeled off. End up.

しかしながら、本発明に係る半導体層形成用組成物を用いて、活性層を形成すると、活性層上に形成された上部バッファ層の膜強度が向上するために、基材の裏面、又はロールと上部バッファ層が接触しても、上部バッファ層が剥がれにくい。そのため、本発明においては、少なくとも上部バッファ層を量産性の優れたロール・ツー・ロール方式で形成することが好ましい。   However, when the active layer is formed using the composition for forming a semiconductor layer according to the present invention, the film strength of the upper buffer layer formed on the active layer is improved. Even if the buffer layer contacts, the upper buffer layer is unlikely to peel off. Therefore, in the present invention, it is preferable to form at least the upper buffer layer by a roll-to-roll method with excellent mass productivity.

<2−1.基板106>
基板106の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されない。基板の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、塩化ビニル又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。
<2-1. Substrate 106>
The material of the substrate 106 is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Suitable 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, fluorine Resin film, polyolefin such as vinyl chloride or polyethylene; organic material such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene or epoxy resin; paper material such as paper or synthetic paper; stainless steel, Examples thereof include composite materials such as those obtained by coating or laminating a surface of a metal such as titanium or aluminum to impart insulation.

ガラスとしてはソーダガラス、青板ガラス又は無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスからの溶出イオンが少ない点で、これらの中でも無アルカリガラスが好ましい。   Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and non-alkali glass. Among these, alkali-free glass is preferable in that there are few eluted ions from the glass.

基板の形状に制限はなく、例えば、板状、フィルム状又はシート状等のものを用いることができる。また、基板106の膜厚に制限はないが、通常5μm以上、好ましくは20μm以上であり、一方、通常20mm以下、好ましくは10mm以下である。基板の膜厚が5μm以上であることは、有機薄膜太陽電池素子の強度が不足する可能性が低くなるために好ましい。基板の膜厚が20mm以下であることは、コストが抑えられ、かつ重量が重くならないために好ましい。基板の材料がガラスである場合の膜厚は、通常0.01mm以上、好ましくは0.1mm以上であり、一方、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。基板の膜厚が0.01mm以上であることは、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。また、基板の膜厚が0.5cm以下であることは、重量が重くならないために好ましい。   There is no restriction | limiting in the shape of a board | substrate, For example, things, such as plate shape, a film form, or a sheet form, can be used. Moreover, although there is no restriction | limiting in the film thickness of the board | substrate 106, Usually, it is 5 micrometers or more, Preferably it is 20 micrometers or more, On the other hand, it is 20 mm or less normally, Preferably it is 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 organic thin film solar cell element is insufficient is reduced. It is preferable that the thickness of the substrate is 20 mm or less because the cost is suppressed and the weight does not increase. When the material of 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. It is preferable that the thickness of the substrate is 0.01 mm or more because the mechanical strength increases and it is difficult to break. Moreover, it is preferable that the film thickness of the substrate is 0.5 cm or less because the weight does not increase.

なお、ロール・ツー・ロール方式でいずれかの層を形成する場合は、基板106は、ロール状に巻けるフィルム状であるものが好ましい。具体的に、フィルム状の材料の厚さは、通常1μm以上、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上であり、通常1cm以下、好ましくは5mm以下、より好ましくは1mm以下である。上記下限よりも厚いことで材料の強度を保持でき、ロール・ツー・ロール方式によるプロセスの条件設定の自由度が高くなる。また、上記上限よりも薄いことで、ロール状に巻く際の取り扱い性が高くなる。   Note that in the case of forming any layer by a roll-to-roll method, the substrate 106 is preferably a film that can be wound into a roll. Specifically, the thickness of the film-like material is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 1 cm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less. By being thicker than the above lower limit, the strength of the material can be maintained, and the degree of freedom in setting process conditions by the roll-to-roll method is increased. Moreover, the handleability at the time of winding in roll shape becomes high because it is thinner than the said upper limit.

<2−2.下部電極101、上部電極105>
太陽電池素子は、上述の通り、下部電極101、及び後述する上部電極105の一対の電極を有する。本発明において、下部電極101とは、基板31に近い位置に配置されている電極を意味し、上部電極105とは、基板31から下部電極101よりも遠い位置に配置された電極を意味する。
<2-2. Lower electrode 101, upper electrode 105>
As described above, the solar cell element has a pair of electrodes of a lower electrode 101 and an upper electrode 105 described later. In the present invention, the lower electrode 101 means an electrode arranged at a position close to the substrate 31, and the upper electrode 105 means an electrode arranged at a position farther from the substrate 31 than the lower electrode 101.

通常、一対の電極のうち一方の電極がアノードであり、他方の電極がカソードである。本発明において、下部電極101がカソードの場合、上部電極105はアノードであり、下部電極101がアノードの場合、上部電極105はカソードである。下部電極101及び上部電極105は、少なくとも一方の電極が透光性を有していればよいが、両方が透光性を有していてもよい。本発明において、透光性を有するとは、太陽光の平均光透過率が40%以上透過することを意味するが、後述する有機活性層38に十分に光を到達させるためには、太陽光の平均光透過率が70%以上であることが好ましい。なお、平均光透過率は、通常の分光光度計で測定できる。   Usually, one of the pair of electrodes is an anode, and the other electrode is a cathode. In the present invention, when the lower electrode 101 is a cathode, the upper electrode 105 is an anode, and when the lower electrode 101 is an anode, the upper electrode 105 is a cathode. As for the lower electrode 101 and the upper electrode 105, at least one electrode should just have translucency, but both may have translucency. In the present invention, having translucency means that the average light transmittance of sunlight is 40% or more, but in order to make light sufficiently reach the organic active layer 38 described later, The average light transmittance is preferably 70% or more. The average light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.

下部電極101、及び上部電極105はそれぞれアノードである場合とカソードである場合とで使用できる材料等は異なり、具体的には、以下に説明する材料や方法により形成することができるが、下部電極101は、カソードであっても、アノードであっても、金属酸化物、金属、あるいはその合金が用いられる。   The materials used for the lower electrode 101 and the upper electrode 105 are different depending on whether it is an anode or a cathode. Specifically, the lower electrode 101 and the upper electrode 105 can be formed by the materials and methods described below. Whether 101 is a cathode or an anode, a metal oxide, a metal, or an alloy thereof is used.

アノードとは、一般には仕事関数がカソードよりも高い導電性材料で構成され、有機活性層38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。   The anode is an electrode generally made of a conductive material having a work function higher than that of the cathode and having a function of smoothly extracting holes generated in the organic active layer 38.

アノードの材料を挙げると、例えば、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(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金属酸化物;金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。これらの物質は高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、こ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。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を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。アノード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。   Examples of the anode material include metal oxides such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide, and zinc oxide; gold, Examples thereof include metals such as platinum, silver, chromium and cobalt or alloys thereof. These substances are preferable because they have a high work function, and further, a conductive polymer material represented by PEDOT: PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid can be stacked. When laminating such a conductive polymer, the work function of this conductive polymer material is high, so even if it is not a material with a high work function as described above, it is suitable for cathodes such as Al and Mg. Metals can also be widely used. PEDOT: PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid, or a conductive polymer material in which polypyrrole, polyaniline, or the like is doped with iodine or the like can also be used as an anode material. When the anode is a transparent electrode, it is preferable to use a light-transmitting conductive metal oxide such as ITO, zinc oxide or tin oxide, and ITO is particularly preferable.

アノード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、アノードの膜厚が10μm以下であることにより、光透過率を低下させずに効率よく光を電気に変換することができる。アノードが透明電極である場合には、光透過率とシート抵抗とを両立できる膜厚を選ぶ必要がある。   The film thickness of the anode 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 thickness of the anode is 10 nm or more, the sheet resistance is suppressed, and when the thickness of the anode is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without decreasing the light transmittance. When the anode is a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that can achieve both light transmittance and sheet resistance.

アノードのシート抵抗は、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。アノードの形成方法としては、蒸着法若しくはスパッタ法等の真空成膜方法、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湿式塗布法が挙げられる。   The sheet resistance of the anode 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. Examples of the anode forming method include a vacuum film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method, or a wet coating method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied to form a film.

カソードは、一般には仕事関数が低い値を有する導電性材料で構成され、有機活性層38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 カソードの材料を挙げると、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。これらの材料は低い仕事関数を有する材料であるため、好ましい。カソードについてもアノードと同様に、電子取り出し層としてチタニアのようなn型半導体で導電性を有するものを用いることにより、高い仕事関数を有する材料を用いることもできる。電極保護の観点から、カソードの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、又は酸化インジウムスズ等のこれらの金属を用いた合金である。   The cathode is generally composed of a conductive material having a low work function, and is an electrode having a function of smoothly extracting electrons generated in the organic active layer 38. For example, platinum, gold, Metals such as silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium or magnesium and their alloys; inorganic salts such as lithium fluoride and cesium fluoride; nickel oxide, oxide Examples thereof include metal oxides such as aluminum, lithium oxide, or cesium oxide. These materials are preferable because they are materials having a low work function. Similarly to the anode, a material having a high work function can be used for the cathode by using an n-type semiconductor such as titania having conductivity as the electron extraction layer. From the viewpoint of electrode protection, the cathode material is preferably a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, calcium or indium, or an alloy using these metals such as indium tin oxide.

カソード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、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。カソードの膜厚が10nm以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、カソードの膜厚が10μm以下であることにより、光透過率を低下させずに効率よく光を電気に変換することができる。カソードが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。   The film thickness of the cathode is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, 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 cathode is 10 nm or more, the sheet resistance is suppressed, and when the film thickness of the cathode is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without decreasing the light transmittance. When the cathode is a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance.

カソードのシート抵抗は、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。 カソードの形成方法としては、蒸着法若しくはスパッタ法等の
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湿式塗布法等がある。
The sheet resistance of the cathode 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. As a method for forming the cathode, there are a vacuum film formation method such as a vapor deposition method or a sputtering method, or a wet coating method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied to form a film.

さらに、アノード及びカソードは、2層以上の積層構造を有していてもよい。また、アノード及びカソードに対して表面処理を行うことにより、特性(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。   Furthermore, the anode and the cathode may have a laminated structure of two or more layers. In addition, characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by performing surface treatment on the anode and the cathode.

アノード及びカソードを積層した後に、有機薄膜太陽電池素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい(この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある)。アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことにより、有機薄膜太陽電池素子の各層間の密着性、例えば電子取り出し層とカソード及び/又は電子取り出し層と活性層の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。各層間の密着性が向上することにより、有機薄膜太陽電池素子の熱安定性や耐久性等が向上しうる。アニーリング処理工程の温度を300℃以下にすることは、活性層内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。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内で段階的な加熱を行ってもよい。   After laminating the anode and cathode, the organic thin-film solar cell element is heated in a temperature range of usually 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable to do this (this step may be referred to as an annealing treatment step). By performing the annealing treatment step at a temperature of 50 ° C. or higher, an effect of improving the adhesion between the layers of the organic thin film solar cell element, for example, the adhesion between the electron extraction layer and the cathode and / or the electron extraction layer and the active layer is obtained. Therefore, it is preferable. By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the organic thin film solar cell element can be improved. It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 300 ° C. or lower because the possibility that the organic compound in the active layer is thermally decomposed is reduced. In the annealing treatment step, stepwise heating may be performed within the above temperature range.

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。アニーリング処理工程は、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、アニーリング処理工程は、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。   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. The annealing treatment step 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, the annealing treatment step is preferably performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.

加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に有機薄膜太陽電池素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に有機薄膜太陽電池素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。   As a heating method, the organic thin film solar cell element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the organic thin film solar cell element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. The heating may be performed batchwise or continuously.

<2−3.上部バッファ層102、下部バッファ層104>
上部バッファ層102は、下部電極101上に形成され、通常、下部電極101がアノードの場合、上部バッファ層102は、正孔取り出し層であり、下部電極101がカソードの場合、上部バッファ層102は、電子取り出し層である。また、下部バッファ層104とは、有機活性層38上に形成される正孔取り出し層又は電子取り出し層を意味し、上部電極105がアノードである場合、下部バッファ層104は正孔取り出し層であり、上部電極105がカソードの場合、下部バッファ層104は電子取り出し層である。なお、本発明において、上部バッファ層102及び下部バッファ層104がそれぞれ、電子取り出し層である場合と正孔取り出し層である場合とで使用できる材料等は異なる。具体的には、以下に挙げる材料や方法により形成することができるが、上部バッファ層102が電子取り出し層、及び正孔取り出し層のいずれの場合であっても、上述の通り、上部バッファ層102は塗布法により形成されることが好ましい。
<2-3. Upper Buffer Layer 102, Lower Buffer Layer 104>
The upper buffer layer 102 is formed on the lower electrode 101. Normally, when the lower electrode 101 is an anode, the upper buffer layer 102 is a hole extraction layer, and when the lower electrode 101 is a cathode, the upper buffer layer 102 is , An electron extraction layer. The lower buffer layer 104 means a hole extraction layer or an electron extraction layer formed on the organic active layer 38. When the upper electrode 105 is an anode, the lower buffer layer 104 is a hole extraction layer. When the upper electrode 105 is a cathode, the lower buffer layer 104 is an electron extraction layer. In the present invention, materials and the like that can be used differ depending on whether the upper buffer layer 102 and the lower buffer layer 104 are an electron extraction layer or a hole extraction layer. Specifically, although it can be formed by the following materials and methods, the upper buffer layer 102 is formed as described above regardless of whether the upper buffer layer 102 is an electron extraction layer or a hole extraction layer. Is preferably formed by a coating method.

電子取り出し層は、有機活性層38からカソードへ電子の取り出し効率を向上させる機能を有する。このような機能を有してさえいれば、電子取り出し層に使用できる材料に、特段の制限はないが、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。   The electron extraction layer has a function of improving the efficiency of extracting electrons from the organic active layer 38 to the cathode. As long as it has such a function, a material that can be used for the electron extraction layer is not particularly limited, and examples thereof include inorganic compounds and organic compounds.

無機化合物の材料の例としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnOx)、酸化ニオブ(NbOx)、あるいはこれらを混合(ドープ)した混合金属酸化物などのn型半導体金属酸化物等が挙げられる。なかでも、アルカリ金属の塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が好ましく、n型半導体金属酸化物としては、酸化チタン(TiO
x)、酸化亜鉛(ZnO)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等で構成されるカソードと組み合わされた際にカソードの仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。
Examples of inorganic compound materials include alkali metal salts such as Li, Na, K or Cs; titanium oxide (TiOx), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnOx), niobium oxide (NbOx), or these. Examples thereof include n-type semiconductor metal oxides such as mixed (doped) mixed metal oxides. Among them, the alkali metal salt is preferably a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF, and the n-type semiconductor metal oxide is titanium oxide (TiO 2).
x) and zinc oxide (ZnO) are preferred. Although the operation mechanism of such a material is unknown, it is conceivable to reduce the work function of the cathode when combined with a cathode made of Al or the like and increase the voltage applied to the solar cell element.

有機化合物の材料の例としては、例えば、トリアリールホスフィンオキシド化合物のようなリン原子と第16族元素との二重結合を有するホスフィン化合物;バソキュプロイン(BCP)又はバソフェナントレン(Bphen)のような、置換基を有してもよく、1位及び10位がヘテロ原子で置き換えられていてもよいフェナントレン化合物;トリアリールホウ素のようなホウ素化合物;(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)のような有機金属酸化物;オキサジアゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物のような、置換基を有していてもよい1又は2の環構造を有する化合物;ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)又はペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)のような、ジカルボン酸無水物のような縮合ジカルボン酸構造を有する芳香族化合物等が挙げられる。   Examples of organic compound materials include, for example, phosphine compounds having a double bond between a phosphorus atom and a group 16 element such as triarylphosphine oxide compounds; bathocuproin (BCP) or bathophenanthrene (Bphen), A phenanthrene compound which may have a substituent and may be substituted at the 1-position and the 10-position with a heteroatom; a boron compound such as triarylboron; and (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3) Organometallic oxide; Compound having 1 or 2 ring structure which may have a substituent such as oxadiazole compound or benzimidazole compound; Naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA) or perylenetetracarboxylic acid Of dicarboxylic anhydrides, such as anhydrides (PTCDA) Aromatic compounds having Unachijimigo dicarboxylic acid structure.

電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−4.0eV以上、好ましくは−3.9eV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。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−1.9eV以下であることは、電荷移動が促進されうる点で好ましい。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−4.0eV以上であることは、n型半導体材料への逆電子移動が防がれうる点で好ましい。   The LUMO energy level of the material of the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually −4.0 eV or more, preferably −3.9 eV or more. On the other hand, it is usually −1.9 eV or less, preferably −2.0 eV or less. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −1.9 eV or less because charge transfer can be promoted. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −4.0 eV or more in terms of preventing reverse electron transfer to the n-type semiconductor material.

電子取り出し層の材料の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−5.0eV以下、好ましくは−5.5eV以下である。電子取り出し層の材料のHOMOエネルギー準位が−5.0eV以下であることは、正孔が移動してくることを阻止しうる点で好ましい。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位及びHOMO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(国際公開第2011/016430号)に記載の方法を参考にして実施することができる。   The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer 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 −5.0 eV or less, preferably −5.5 eV or less. The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer is preferably −5.0 eV or less from the viewpoint of preventing movement of holes. As a method for calculating the LUMO energy level and the HOMO energy level of the material of the electron extraction layer, a cyclic voltammogram measurement method may be mentioned. For example, it can implement with reference to the method as described in well-known literature (International Publication 2011/016430).

電子取り出し層の材料が有機化合物である場合、DSC法により測定した場合のこの化合物のガラス転移温度(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法により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 is an organic compound, the glass transition temperature (hereinafter sometimes referred to as Tg) of this compound as measured by the DSC method is not particularly limited, but is not observed, or It is preferable that it is 55 degreeC or more. That the glass transition temperature is not observed by the DSC method 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法により測定した場合のガラス転移温度が55℃以上である化合物の中でも、ガラス転移温度が、好ましくは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。   Among the compounds having a glass transition temperature of 55 ° C. or higher as measured by the DSC method, the glass transition temperature is preferably 65 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, particularly preferably. Compounds that are 120 ° C. or higher are 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.

本明細書におけるガラス転移温度とは、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おり、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。   The glass transition temperature in the present specification is defined as a point at which specific heat changes in an amorphous solid, which is a temperature at which local molecular motion is started by thermal energy. 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.

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”. 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良くなるため、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 it difficult for the compound 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。   There is no restriction | limiting in the formation method of an electronic taking-out layer. 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.

塗布法により電子取り出し層を形成する場合は、塗布液に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、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。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、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、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。   When the electron extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, the occurrence of dents due to adhesion of fine bubbles or foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed. 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, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

具体的には、例えばアルカリ金属塩を電子取り出し層の材料として用いる場合、真空蒸着、スパッタ等の真空成膜方法を用いて電子取り出し層を成膜することが可能である。なかでも、抵抗加熱による真空蒸着によって、電子取り出し層を形成するのが望ましい。真空蒸着を用いることにより、活性層等の他の層へのダメージを小さくすることができる。   Specifically, for example, when an alkali metal salt is used as a material for the electron extraction layer, the electron extraction layer can be formed by using a vacuum film formation method such as vacuum deposition or sputtering. Especially, it is desirable to form an electron taking-out layer by vacuum vapor deposition by resistance heating. By using vacuum deposition, damage to other layers such as an active layer can be reduced.

一方、n型半導体の金属酸化物については、例えば、酸化亜鉛ZnOを電子取り出し層の材料として用いる場合には、スパッタ法等の真空成膜方法を用いることもできるが、塗布法を用いて電子取り出し層を成膜することが望ましい。例えば、Sol−Gel Science、C.J.Brinker,G.W.Scherer著、Academic Press(1990)に記載のゾルゲル法に従って、酸化亜鉛で構成される電子取り出し層を形成できる。   On the other hand, for metal oxides of n-type semiconductors, for example, when zinc oxide ZnO is used as the material for the electron extraction layer, a vacuum film formation method such as sputtering can be used. It is desirable to form the extraction layer. For example, Sol-Gel Science, C.I. J. et al. Brinker, G.M. W. According to the sol-gel method described by Scherer, Academic Press (1990), an electron extraction layer composed of zinc oxide can be formed.

正孔取り出し層は、活性層からアノードへの正孔の取り出し効率を向上させる機能を有する。このような機能さえ有していれば、正孔取り出し層に使用できる材料に特段の制限はないが、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、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物、ナフィオン、後述のp型半導体等が挙げられる。その中でも好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、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(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)である。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る。金属等の薄膜は、単独で形成してもよいし、上記の有機材料と組み合わせて用いるこ
ともできる。
The hole extraction layer has a function of improving the efficiency of extracting holes from the active layer to the anode. The material that can be used for the hole extraction layer is not particularly limited as long as it has such a function. Specifically, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, and the like, sulfonic acid and / or Conductive polymer doped with iodine, polythiophene derivative having sulfonyl group as a substituent, conductive organic compound such as arylamine, metal oxide such as copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide or tungsten oxide Products, Nafion, p-type semiconductors described later, and the like. Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS) in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid is more preferable. It is. A thin film of metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used. 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、スピンコート法やインクジェット法等の湿式塗布法等により形成することができる。正孔取り出し層に半導体材料を用いる場合は、後述の有機活性層の低分子有機半導体化合物と同様に、前駆体を用いて層を形成した後に前駆体を半導体化合物に変換してもよい。   There is no restriction | limiting in the formation method of a positive hole taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. For example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as a spin coating method or an ink jet method. When a semiconductor material is used for the hole extraction layer, the precursor may be converted into a semiconductor compound after forming the layer using the precursor, similarly to the low-molecular organic semiconductor compound of the organic active layer described later.

なかでも、正孔取り出し層の材料としてPEDOT:PSSを用いる場合、分散液を塗布する方法によって正孔取り出し層を形成することが好ましい。PEDOT:PSSの分散液としては、ヘレウス社製のCLEVIOSTMシリーズや、アグファ社製のORGACONTMシリーズ等が挙げられる。 Especially, when using PEDOT: PSS as a material of a hole taking-out layer, it is preferable to form a hole taking-out layer by the method of apply | coating a dispersion liquid. PEDOT: The dispersion of PSS, and CLEVIOS TM series of Heraeus, Inc., include Agfa Corp. of ORGACON TM series and the like.

塗布法により正孔取り出し層を形成する場合は、塗布液に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、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。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、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、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。   When the hole extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, the occurrence of dents due to adhesion of fine bubbles or foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed. 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, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

<2−4.活性層103>
活性層は光電変換が行われる層を指し、p型半導体化合物と、フラーレン化合物が混合した層(i層)を有するバルクヘテロ接合型の活性層である。
<2-4. Active layer 103>
The active layer refers to a layer in which photoelectric conversion is performed, and is a bulk heterojunction type active layer having a layer (i layer) in which a p-type semiconductor compound and a fullerene compound are mixed.

i層はp型半導体化合物とフラーレン化合物とが相分離した構造を有し、総会面で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。活性層には、p型半導体化合物とフラーレン化合物とが混合した層の他に、p型半導体化合物を含むp型半導体層と、n型半導体化合物を含むn型半導体層との少なくとも一方が積層されていてもよい。なお、以下の説明においては、活性層はi層のみを有するものとする。
活性層は、本発明に係る半導体層形成用組成物を用いて塗布することにより、形成することができる。塗布法としては、任意の方法を用いることができるが、例えば、スピンコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。
The i layer has a structure in which a p-type semiconductor compound and a fullerene compound are phase-separated, carrier separation occurs on the general meeting surface, and the generated carriers (holes and electrons) are transported to the electrode. In addition to the layer in which the p-type semiconductor compound and the fullerene compound are mixed, at least one of the p-type semiconductor layer containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor layer containing the n-type semiconductor compound is stacked on the active layer. It may be. In the following description, the active layer has only the i layer.
The active layer can be formed by applying the semiconductor layer forming composition according to the present invention. As an application method, any method can be used. For example, spin coating method, ink jet method, doctor blade method, drop casting method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating Method, air knife coating method, wire barber coating method, pipe doctor method, impregnation / coating method or curtain coating method.

なお、半導体層形成用組成物を塗布した後に、加熱乾燥を行ってもよい。加熱により、活性層の自己組織化が促進されうる。加熱温度は、通常50℃以上、好ましくは80℃以上であり、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下である。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。   In addition, after apply | coating the composition for semiconductor layer formation, you may heat-dry. Heating can promote self-organization of the active layer. The heating temperature is usually 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and is usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. 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.

活性層の膜厚に特段の制限はなく、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、さらに好ましくは50nm以上、より好ましくは120nm以上である。一方で、活性層の膜厚は、500nm以下、好ましくは400nm以下、より好ましくは300nm以下である。活性層の膜厚が5nm以上であることは、より多くの光を吸収できる点で好ましく、活性層の膜厚が500nm以下であることは、直列抵抗が低くなる点で好ましい。   There is no special restriction | limiting in the film thickness of an active layer, Usually, 5 nm or more, Preferably it is 10 nm or more, More preferably, it is 50 nm or more, More preferably, it is 120 nm or more. On the other hand, the film thickness of the active layer is 500 nm or less, preferably 400 nm or less, more preferably 300 nm or less. The thickness of the active layer is preferably 5 nm or more from the viewpoint of absorbing more light, and the thickness of the active layer is preferably 500 nm or less from the viewpoint of reducing the series resistance.

なお、活性層はさらにp型半導体層及びn型半導体層が積層されていてもよい。p型半導体層及びn型半導体層に特段の制限はなく、例えば、Solar Energy Materials&Solar Cells 96(2012)155−159、国際公開第2011/016430号又は特開2012−191194号公報、特開2012−167241号公報等に記載のn型半導体化合物、及びp型半導体化合物を用いることができる。   Note that the active layer may further include a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. There is no particular limitation on the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. For example, Solar Energy Materials & Solar Cells 96 (2012) 155-159, International Publication No. 2011-016430, or JP 2012-191194 A, JP 2012-2012 A. An n-type semiconductor compound and a p-type semiconductor compound described in Japanese Patent No. 167241 can be used.

<3.太陽電池>
上述した方法により、本発明に係る有機薄膜太陽電池を製造することができるが、有機薄膜太陽電池は上述した以外の構成部材を含んでいてもよい。
<3. Solar cell>
Although the organic thin film solar cell according to the present invention can be manufactured by the method described above, the organic thin film solar cell may include constituent members other than those described above.

図2は本発明の一実施形態としての有機薄膜太陽電池14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など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。 これらの封止材5、バックシート10及び各種フィルムの材料、形状、性能及び積層方法等については、いずれも国際公開第2011/016430号又は特開2012−191194号公報等に記載の通りである。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the organic thin-film solar cell 14 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 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. Good. The materials, shapes, performances, and lamination methods of these encapsulant 5, backsheet 10 and various films are all as described in International Publication No. 2011/016430 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194. .

<4.用途>
上述した有機薄膜太陽電池14の用途に制限はなく任意である。例えば、図3に模式的に示すように、何らかの基材12上に薄膜太陽電池14を設けて、これを使用場所に設置して用いればよい。具定例を挙げると、基材12として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁などに設置して使用すればよい。
<4. Application>
There is no restriction | limiting in the use of the organic thin film solar cell 14 mentioned above, It is arbitrary. For example, as schematically shown in FIG. 3, a thin film solar cell 14 may be provided on some base material 12 and used at a place of use. As a specific example, when a building material plate is used as the base material 12, a thin-film solar cell 14 is produced on the surface of the plate material, and this solar cell panel is used on the outer wall of a building. That's fine.

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、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、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、ポリノルボルネンなどの有機材料;紙又は合成紙などの紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウムなど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などの複合材料などが挙げられる。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。   The substrate 12 is a support member that supports the solar cell element 6. Examples of the material for forming the substrate 12 include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluororesin film, vinyl chloride, polyethylene, cellulose, Organic materials such as polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene; paper materials such as paper or synthetic paper; surface to impart insulation to metals such as stainless steel, titanium or aluminum Examples thereof include composite materials such as coated or laminated materials. 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.

本発明の薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、例えば、国際公開第2011/016430号又は特開2012−191194号公報にあるように、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などに用いて好適である。   When the example of the field | area which applies the thin film solar cell of this invention is given, as it exists in international publication 2011/016430 or Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-191194, for example, it is a solar cell for building materials, a solar cell for motor vehicles, and interior use. It is suitable for use in solar cells, railroad solar cells, marine solar cells, airplane solar cells, spacecraft solar cells, home appliance solar cells, mobile phone solar cells, toy solar cells, and the like.

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計を変更することができる。
(合成例1:コポリマーAの合成)
Examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to a following example, A design can be changed suitably in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
(Synthesis Example 1: Synthesis of Copolymer A)

モノマーとして、公知文献(J.Am.Chem.Soc.2011,133,10062)に記載の方法を参考にして得られた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(化合物E1,86mg,0.204mmol)、公知文献(J.Am.Chem.Soc.2011,133,10062)に記載の方法を参考にして得られた4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E2,80mg,0.108mmol)、及び公知文献(Chem.Commun.,2011,47,4920−4922)に記載の方法を参考にして得られた4,4−ジ−n−オクチル−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E3,80mg,0.108mmol)を用いて、公知文献(J.Am.Chem.Soc.2011,133,10062)に記載の方法を参考にしてコポリマーAを合成した。
コポリマーAの重量平均分子量Mw及びPDIを、上述のように測定したところ、それぞれ、3.69×10及び9.4であった。
As a monomer, 1,3-dibromo-5-octyl-4H-thieno [3,4-c obtained by referring to a method described in known literature (J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10062) ] Pyrrole-4,6- (5H) -dione (Compound E1, 86 mg, 0.204 mmol), obtained by referring to the method described in known literature (J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10062). 4,4-bis (2-ethylhexyl) -2,6-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (compound E2, 80 mg, 0.108 mmol), And 4,4-di-n-octyl-2,6-bis (trimethyl) obtained by referring to the methods described in known literature (Chem. Commun., 2011, 47, 4920-4922). Ruthin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (compound E3, 80 mg, 0.108 mmol) was used to make known literature (J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10062). The copolymer A was synthesized with reference to the method described in 1).
The weight average molecular weight Mw and PDI of the copolymer A were measured as described above, and were 3.69 × 10 5 and 9.4, respectively.

(半導体形成用組成物1の作製)
p型半導体化合物として合成例1で得られたコポリマーA、及びn型半導体化合物としてフラーレン混合物(フロンティアカーボン社製 nanom spectra−E124(NS−E124))を、重量比が1:1.5となるように混合し、混合物が2.25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との混合溶媒(重量比9:1)に溶解させた。この溶液をホットスターラー上で40℃の温度にて1時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を孔径5μm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、半導体層形成用組成物1を得た。
(Preparation of semiconductor-forming composition 1)
The weight ratio of the copolymer A obtained in Synthesis Example 1 as a p-type semiconductor compound and the fullerene mixture (nanospectra-E124 (NS-E124) manufactured by Frontier Carbon Corporation) as an n-type semiconductor compound is 1: 1.5. The mixture was dissolved in a mixed solvent of orthoxylene and tetralin (weight ratio 9: 1) in a nitrogen atmosphere so that the mixture had a concentration of 2.25% by weight. This solution was stirred and mixed on a hot stirrer at a temperature of 40 ° C. for 1 hour. The solution after stirring and mixing was filtered through a polytetrafluoroethylene (PTFE) filter having a pore size of 5 μm to obtain a composition 1 for forming a semiconductor layer.

(半導体層形成用組成物2の作製)
p型半導体化合物として合成例1で得られたコポリマーA、及びn型半導体化合物としてフラーレン混合物(フロンティアカーボン社製 NS−E124)を、重量比が1:2.5となるように混合した以外は、半導体層形成用組成物1と同様の方法で半導体層形成用組成物2を作製した。
(Preparation of semiconductor layer forming composition 2)
Except that the copolymer A obtained in Synthesis Example 1 as a p-type semiconductor compound and the fullerene mixture (NS-E124 manufactured by Frontier Carbon Corporation) as an n-type semiconductor compound were mixed so that the weight ratio was 1: 2.5. A semiconductor layer forming composition 2 was prepared in the same manner as in the semiconductor layer forming composition 1.

(半導体層形成用組成物3の作製)
p型半導体化合物として合成例1で得られたコポリマーA、及びn型半導体化合物としてフラーレン混合物(フロンティアカーボン社製 NS−E124)を、重量比が1:5となるように混合した以外は、半導体層形成用組成物1と同様の方法で半導体層形成用組成物3を作製した。
(Preparation of semiconductor layer forming composition 3)
Except for mixing the copolymer A obtained in Synthesis Example 1 as a p-type semiconductor compound and the fullerene mixture (NS-E124 manufactured by Frontier Carbon Co.) as an n-type semiconductor compound so that the weight ratio is 1: 5, the semiconductor A semiconductor layer forming composition 3 was prepared in the same manner as the layer forming composition 1.

(半導体層形成用組成物4の作製)
p型半導体化合物として合成例1で得られたコポリマーA、及びn型半導体化合物としてフラーレン混合物(フロンティアカーボン社製 NS−E124)を、重量比が1:6となるように混合し、混合物が混合溶媒に対して5.91重量%の濃度となるようにした以外は、半導体層形成用組成物1と同様の方法で半導体層形成用組成物4を作製した。
(Preparation of semiconductor layer forming composition 4)
The copolymer A obtained in Synthesis Example 1 as a p-type semiconductor compound and the fullerene mixture (NS-E124 manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) as an n-type semiconductor compound are mixed so that the weight ratio is 1: 6, and the mixture is mixed. A semiconductor layer forming composition 4 was produced in the same manner as the semiconductor layer forming composition 1 except that the concentration was 5.91 wt% with respect to the solvent.

(半導体層形成用組成物5の作製)
p型半導体化合物として合成例1で得られたコポリマーA、及びn型半導体化合物としてフラーレン混合物(フロンティアカーボン社製 NS−E124)を、重量比が1:10となるように混合し、混合物が混合溶媒に対して5.91重量%の濃度となるようにした以外は、半導体層形成用組成物1と同様の方法で半導体層形成用組成物5を作製した。
(Preparation of semiconductor layer forming composition 5)
The copolymer A obtained in Synthesis Example 1 as a p-type semiconductor compound and the fullerene mixture (NS-E124 manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) as an n-type semiconductor compound are mixed so that the weight ratio is 1:10, and the mixture is mixed. A semiconductor layer forming composition 5 was produced in the same manner as the semiconductor layer forming composition 1 except that the concentration was 5.91 wt% with respect to the solvent.

(実施例1:サンプルの作製)
酸化インジウムスズ(ITO)透明導電膜(カソード)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、ついでイソプロピルアルコールによる超音波洗浄の後、窒素ブローで乾燥させた。
(Example 1: Preparation of sample)
A glass substrate (manufactured by Geomatic Co., Ltd.) on which an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film (cathode) was patterned was subjected to ultrasonic cleaning with acetone, followed by ultrasonic cleaning with isopropyl alcohol, and then dried by nitrogen blowing.

次に、洗浄後の基板を紫外線オゾン処理装置(フィルジェン社製)を用いて10分間紫外線オゾン処理した。その後、酢酸亜鉛(II)二水和物(和光純薬社製)を、濃度が105mg/mLとなるように2−メトキシエタノール(Aldrich社製)とエタノールアミン(Aldrich社製)との混合溶媒(体積比100:3)に溶解した溶液(約0.1mL)を、基板上に3000rpmにてスピンコートし、200℃のオーブンで10分間加熱することで、下部バッファ層(電子取り出し層)を形成した。形成された電子取り出し層の膜厚は30nmであった。次に下部バッファ層(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、上述の方法で作製した半導体層形成用組成物2(0.2mL)をrpm250にてスピンコートし、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、活性層を形成した。なお、得られた活性層の膜厚は250nmであった。   Next, the cleaned substrate was subjected to ultraviolet ozone treatment for 10 minutes using an ultraviolet ozone treatment apparatus (manufactured by Filgen). Thereafter, zinc acetate (II) dihydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is mixed with 2-methoxyethanol (manufactured by Aldrich) and ethanolamine (manufactured by Aldrich) so that the concentration becomes 105 mg / mL. A solution (about 0.1 mL) dissolved in (volume ratio 100: 3) is spin-coated on a substrate at 3000 rpm and heated in an oven at 200 ° C. for 10 minutes, whereby the lower buffer layer (electron extraction layer) is formed. Formed. The film thickness of the formed electron extraction layer was 30 nm. Next, the substrate on which the lower buffer layer (electron extraction layer) was formed was brought into the glove box, and the semiconductor layer forming composition 2 (0.2 mL) produced by the above method was spin-coated at rpm 250, Then, heat treatment was performed at 140 ° C. for 10 minutes using a hot plate to form an active layer. The film thickness of the obtained active layer was 250 nm.

次に、活性層上に以下のようにして上部バッファ層(正孔取り出し層)を成膜した。まず、大気下、PEDOT:PSS水溶液(AI4083,ヘレウス社製)にアセチレングリコール系界面活性剤であるオルフィンEXP.4200(日信化学社製,アセチレングリコール系化合物を75%含有)を2重量%加えた。得られた液に対してさらに10分間超音波をかけることで分散処理を行い、孔径0.45μmのフィルターでろ過することにより、塗布液を作製した。この塗布液(500μL)を大気下、活性層上に5000rpmで15秒間スピンコートし、基板端部を拭いたのち、窒素雰囲気のグローブボックスに移した。ついでグローブボックス中にて、ホットプレートを用い、140℃の温度で10分間の熱処理を行った。目視により、上部バッファ層が良好に成膜されていることを確認した。形成された上部バッファ層の膜厚は約50nmであった。   Next, an upper buffer layer (hole extraction layer) was formed on the active layer as follows. First, in the atmosphere, PEDOT: PSS aqueous solution (AI4083, manufactured by Heraeus) was added to Olfin EXP. 2% by weight of 4200 (manufactured by Nissin Chemical Co., Ltd., containing 75% of an acetylene glycol compound) was added. The obtained liquid was further subjected to a dispersion treatment by applying ultrasonic waves for 10 minutes, and filtered with a filter having a pore size of 0.45 μm to prepare a coating liquid. This coating solution (500 μL) was spin-coated on the active layer at 5000 rpm for 15 seconds in the air, wiped the edge of the substrate, and transferred to a glove box in a nitrogen atmosphere. Next, heat treatment was performed for 10 minutes at 140 ° C. using a hot plate in the glove box. It was confirmed by visual observation that the upper buffer layer was satisfactorily formed. The film thickness of the formed upper buffer layer was about 50 nm.

以上のように作製したサンプルを、連続加重式引掻強度試験機(新東科学社製)を用いて耐傷性の評価を行った。750gの荷重を乗せた試験機に45°で設置された鉛筆を約7mm引掻き、引掻き痕への傷の有無により傷への耐性を評価した。鉛筆の種類は三菱鉛筆製の鉛筆硬度Bから2Hまでを使用した。鉛筆硬度Bから2Hの5段階の硬度に1から5点を割当て、それぞれの硬さで5回試験をし、傷が付かなかった場合に、その硬度を点数
として割り当て、硬さスコアを決定した。
The samples prepared as described above were evaluated for scratch resistance using a continuous load-type scratch strength tester (manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.). A pencil placed at 45 ° on a test machine loaded with a load of 750 g was scratched by about 7 mm, and the resistance to scratches was evaluated based on the presence or absence of scratches on the scratch marks. The pencils used were pencil hardnesses B to 2H made by Mitsubishi Pencil. 1 to 5 points were assigned to five levels of hardness from pencil hardness B to 2H, the test was repeated 5 times at each hardness, and when there was no scratch, the hardness was assigned as a score and the hardness score was determined. .

また、上述のサンプルと同様の積層体を作製し、上部バッファ層上に、銀を真空蒸着法により、100nm蒸着して、アノードを形成した。このようにして作製した太陽電池素子を以下の方法で評価を行った。その結果を表1に表す。   Moreover, the same laminated body as the above-mentioned sample was produced, and 100 nm of silver was vapor-deposited by the vacuum evaporation method on the upper buffer layer, and the anode was formed. Thus, the produced solar cell element was evaluated with the following method. The results are shown in Table 1.

(光電変換素子の評価方法)
光電変換素子に6mm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。この測定結果から、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、形状因子FF、及び光電変換効率PCE(%)を算出した。
(Evaluation method of photoelectric conversion element)
A 6 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 this measurement result, open circuit voltage Voc (V), short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), form factor FF, and 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。
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)×100
= (Voc×Jsc×FF/Pin)×100
PCE = (Pmax / Pin) × 100
= (Voc x Jsc x FF / Pin) x 100

(実施例2)
半導体層形成用材料2の代わりに半導体層形成用組成物3を用いて、rpm200にてスピンコートを行った以外は、実施例1と同様の方法でサンプル及び光電変換素子を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
(Example 2)
A sample and a photoelectric conversion element were produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor layer forming composition 3 was used instead of the semiconductor layer forming material 2 and spin coating was performed at rpm 200. went. The obtained results are shown in Table 1.

(実施例3)
半導体層形成用材料2の代わりに半導体層形成用組成物4を用いて、rpm100にてスピンコートを行った以外は、実施例1と同様の方法でサンプル及び光電変換素子を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
(Example 3)
A sample and a photoelectric conversion element were produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor layer forming composition 4 was used instead of the semiconductor layer forming material 2 and spin coating was performed at rpm 100. went. The obtained results are shown in Table 1.

(実施例4)
半導体層形成用材料2の代わりに半導体層形成用組成物5を用いて、rpm300にてスピンコートを行った以外は、実施例1と同様の方法でサンプル及び光電変換素子を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
Example 4
A sample and a photoelectric conversion element were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor layer forming composition 5 was used instead of the semiconductor layer forming material 2 and spin coating was performed at rpm 300. went. The obtained results are shown in Table 1.

(比較例1)
半導体層形成用材料2の代わりに半導体層形成用組成物1を用いて、rpm250にてスピンコートを行った以外は、実施例1と同様の方法でサンプル及び光電変換素子を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A sample and a photoelectric conversion element were produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the semiconductor layer forming composition 1 was used instead of the semiconductor layer forming material 2 and spin coating was performed at rpm 250. went. The obtained results are shown in Table 1.

比較例1で作製したサンプルと比較して、実施例1〜4において作製したサンプルの鉛筆硬度試験の結果はB〜Fとなり、上部バッファ層の膜強度が高いことがわかる。そのためロール・ツー・ロール方式で上部バッファ層を成膜し、ロールや基板の裏面と接触しても、上部バッファ層の膜剥がれが起きにくいことが分かる。そのため、本発明により、生産性の向上と共に、高い変換効率を有する光電変換素子を提供することができる。   Compared with the sample produced in Comparative Example 1, the pencil hardness test results of the samples produced in Examples 1 to 4 are B to F, indicating that the film strength of the upper buffer layer is high. Therefore, it can be seen that even when the upper buffer layer is formed by the roll-to-roll method and comes into contact with the back surface of the roll or the substrate, peeling of the upper buffer layer hardly occurs. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element having high conversion efficiency as well as improvement in productivity.

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 太陽電池セル
101 下部電極
102 下部バッファ層
103 活性層
104 上部バッファ層
105 上部電極
106 基板
107 太陽電池素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Weatherproof protective film 2 UV cut film 3,9 Gas barrier film 4,8 Getter material film 5,7 Sealing material 6 Solar cell 101 Lower electrode 102 Lower buffer layer 103 Active layer 104 Upper buffer layer 105 Upper electrode 106 Substrate 107 Solar cell element

Claims (4)

フラーレン化合物と、p型半導体化合物と、溶媒とを含む半導体形成用組成物であって、前記p型半導体化合物に対するフラーレン化合物の重量比率が2.1以上11以下である半導体層形成用組成物。   A composition for forming a semiconductor, comprising a fullerene compound, a p-type semiconductor compound, and a solvent, wherein the weight ratio of the fullerene compound to the p-type semiconductor compound is 2.1 or more and 11 or less. 前記p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−5.7eV以上−4.9eV以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体層形成用組成物。   2. The composition for forming a semiconductor layer according to claim 1, wherein a HOMO energy level of the p-type semiconductor compound is −5.7 eV or more and −4.9 eV or less. 前記p型半導体化合物が下記式(IIIA)で表される繰り返し単位、及び下記式(IIIB)で表される繰り返し単位を有するコポリマーであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体層形成用組成物。
(式(IIIA)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。)
(式(IIIB)中、Qは周期表第14族元素から選ばれる原子を表し、R及びRはそれぞれ独立して、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基を表す。)
3. The semiconductor according to claim 1, wherein the p-type semiconductor compound is a copolymer having a repeating unit represented by the following formula (IIIA) and a repeating unit represented by the following formula (IIIB). Layer forming composition.
(In formula (IIIA), A represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, and R 3 represents a hydrocarbon group optionally having a hetero atom.)
(In formula (IIIB), Q represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, and R 4 and R 5 each independently represents a hydrocarbon group optionally having a hetero atom.)
請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体層形成用組成物を用いて活性層を形成する工程と、前記活性層上に上部バッファ層を塗布法により形成する工程を含む太陽電池セルの製造方法。   A solar battery cell comprising: a step of forming an active layer using the composition for forming a semiconductor layer according to claim 1; and a step of forming an upper buffer layer on the active layer by a coating method. Manufacturing method.
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