JP2011254070A - Organic photoelectric conversion element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic photoelectric conversion element capable of imparting a high open end voltage.SOLUTION: The organic photoelectric conversion element includes a pair of electrodes and an organic layer provided between the electrodes, and the organic layer contains a compound having a structure represented by formula (1) and a conjugated polymer compound. [In the formula, Ar, Ar, Ar, Arand Armay be the same or different from each other and each represents a bivalent aromatic group, Eand Emay be the same or different from each other and each represents an aromatic group, and a and b may be the same or different from each other and each represents 0 or 1.]

Description

本発明は、有機光電変換素子に関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element.

近年、有機半導体材料を有機光電変換素子(有機太陽電池、光センサー等)の活性層に用いる検討が活発に行われている。中でも、有機半導体材料として高分子化合物を含む組成物を用いれば、安価な塗布法で活性層を作製することができるため、様々な高分子化合物を含有する組成物を含む有機光電変換素子が検討されている。例えば、共役高分子化合物であるポリ3−ヘキシルチオフェンとフラーレン誘導体であるC60PCBMとを含む有機層を有する有機太陽電池が記載されている(非特許文献1)。   In recent years, studies using an organic semiconductor material for an active layer of an organic photoelectric conversion element (such as an organic solar cell or an optical sensor) have been actively conducted. In particular, if a composition containing a polymer compound is used as an organic semiconductor material, an active layer can be produced by an inexpensive coating method. Therefore, an organic photoelectric conversion element including a composition containing various polymer compounds has been studied. Has been. For example, an organic solar cell having an organic layer containing poly-3-hexylthiophene that is a conjugated polymer compound and C60PCBM that is a fullerene derivative is described (Non-Patent Document 1).

アドバンスト ファンクショナル マテリアルズ(Advanced Functional Materials)、2003年、第13巻、p.85Advanced Functional Materials, 2003, Vol. 13, p. 85

しかし、前記有機光電変換素子は、開放端電圧(Voc)が必ずしも十分ではないという問題がある。   However, the organic photoelectric conversion element has a problem that an open circuit voltage (Voc) is not always sufficient.

そこで、本発明は、高い開放端電圧を付与しうる有機光電変換素子を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the organic photoelectric conversion element which can provide a high open end voltage.

即ち、本発明は第一に、一対の電極と、該電極間に設けられた有機層とを有し、該有機層が式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物とを含む有機光電変換素子を提供する。

Figure 2011254070
(1)
〔式中、Ar、Ar、Ar、Ar及びArは、同一又は相異なり、2価の芳香族基を表す。E及びE2は、同一又は相異なり、芳香族基を表す。a及びbは、同一又は相異なり、0又は1を表す。〕 That is, the present invention first includes a pair of electrodes and an organic layer provided between the electrodes, the organic layer having a structure represented by the formula (1), and a conjugated polymer compound. The organic photoelectric conversion element containing is provided.
Figure 2011254070
(1)
[Wherein Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 , Ar 4 and Ar 5 are the same or different and represent a divalent aromatic group. E 1 and E 2 are the same or different and each represents an aromatic group. a and b are the same or different and represent 0 or 1. ]

本発明は第二に、有機層中の式(1)で表される構造を有する化合物の重量が、共役高分子化合物100重量部に対して、0.1〜10000重量部である前記有機光電変換素子を提供する。   Second, the present invention provides the organic photoelectric compound in which the weight of the compound having the structure represented by the formula (1) in the organic layer is 0.1 to 10,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conjugated polymer compound. A conversion element is provided.

本発明は第三に、有機層中に、さらに電子受容性化合物が含まれる前記有機光電変換素子を提供する。   Thirdly, the present invention provides the organic photoelectric conversion device, wherein the organic layer further contains an electron accepting compound.

本発明は第四に、電子受容性化合物が、フラーレン誘導体である前記有機光電変換素子を提供する。   Fourthly, the present invention provides the organic photoelectric conversion element, wherein the electron accepting compound is a fullerene derivative.

本発明は第五に、有機層中に、さらに電子供与性化合物が含まれる前記有機光電変換素子を提供する。   Fifth, the present invention provides the organic photoelectric conversion device, wherein the organic layer further contains an electron donating compound.

本発明の有機光電変換素子は、高い開放端電圧を示すので、本発明は極めて有用である。   Since the organic photoelectric conversion device of the present invention exhibits a high open-circuit voltage, the present invention is extremely useful.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の有機光電変換素子は、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物とを含む有機層を有する。

Figure 2011254070
(1)
〔式中、Ar、Ar、Ar、Ar及びArは、同一又は相異なり、2価の芳香族基を表す。E及びE2は、同一又は相異なり、芳香族基を表す。a及びbは、同一又は相異なり、0又は1を表す。〕 The organic photoelectric conversion element of the present invention has an organic layer containing a compound having a structure represented by the formula (1) and a conjugated polymer compound.
Figure 2011254070
(1)
[Wherein Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 , Ar 4 and Ar 5 are the same or different and represent a divalent aromatic group. E 1 and E 2 are the same or different and each represents an aromatic group. a and b are the same or different and represent 0 or 1. ]

Vocを高める観点からは、aとbとの和が、0〜1であることが好ましい。   From the viewpoint of increasing Voc, the sum of a and b is preferably 0 to 1.

式(1)中、Ar〜Arで表される2価の芳香族基は、2価の芳香族炭素環基又は2価の芳香族複素環基である。 In formula (1), the divalent aromatic group represented by Ar 1 to Ar 5 is a divalent aromatic carbocyclic group or a divalent aromatic heterocyclic group.

2価の芳香族炭素環基は、芳香族炭化水素から芳香環上の水素原子2個を除いた原子団であり、ベンゼン環をもつもの、縮合環をもつもの、独立したベンゼン環又は縮合環2個以上が直接結合し、又は、ビニレン等の基を介して結合したものを含む。具体例としては、フェニレン基、ナフタレンジイル基、アントラセンジイル基、フェナントレンジイル基、ピレンジイル基、テトラセンジイル基、ペリレンジイル基、ペンタセンジイル基、ビフェニルジイル基、フルオレンジイル基、ベンゾフルオレンジイル基、及び置換基を有するこれらの基が挙げられる。   A divalent aromatic carbocyclic group is an atomic group obtained by removing two hydrogen atoms on an aromatic ring from an aromatic hydrocarbon, having a benzene ring, having a condensed ring, an independent benzene ring or condensed ring It includes those in which two or more are bonded directly or through a group such as vinylene. Specific examples include phenylene group, naphthalenediyl group, anthracenediyl group, phenanthrene diyl group, pyrenediyl group, tetracenediyl group, perylenediyl group, pentacenediyl group, biphenyldiyl group, fluorenediyl group, benzofluorenediyl group, and These groups having a substituent are exemplified.

2価の芳香族炭素環基の炭素数は、通常、6〜60であり、好ましくは6〜20である。また、置換基を含めた2価の芳香族炭素環基の全炭素数は、通常6〜100程度である。   Carbon number of a bivalent aromatic carbocyclic group is 6-60 normally, Preferably it is 6-20. Moreover, the total number of carbon atoms of the divalent aromatic carbocyclic group including the substituent is usually about 6 to 100.

置換基の例としては、ハロゲン原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、フッ素原子で置換されていてもよいアルキルチオ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアリールオキシ基、置換されていてもよいアリールチオ基、置換されていてもよいアリールアルキル基、置換されていてもよいアリールアルコキシ基、置換されていてもよいアリールアルキルチオ基、芳香族複素環基、アシル基、イミド構造を有する基、ジヒドロキシボリル基[−B(OH)]、ホウ酸エステル残基、ハロゲン化マグネシウム基(−MgX)、置換されていてもよいスタンニル基、及びスルホン酸残基が挙げられる。Xは、ハロゲン原子を表す。 Examples of the substituent include a halogen atom, an alkyl group which may be substituted with a fluorine atom, an alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom, an alkylthio group which may be substituted with a fluorine atom, An optionally substituted aryloxy group, an optionally substituted aryloxy group, an optionally substituted arylthio group, an optionally substituted arylalkyl group, an optionally substituted arylalkoxy group, an optionally substituted Arylalkylthio group, aromatic heterocyclic group, acyl group, group having imide structure, dihydroxyboryl group [—B (OH) 2 ], boric acid ester residue, magnesium halide group (—MgX 5 ), substituted Examples thereof may include a stannyl group and a sulfonic acid residue. X 5 represents a halogen atom.

ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。   Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

アルキル基は、その炭素数が通常1〜20であり、直鎖状でも分岐状でもよく、環状であってもよい。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、3−メチルブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、3,7−ジメチルオクチル基及びラウリル基が挙げられる。フッ素原子で水素原子が置換されたアルキル基の例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基及びパーフルオロオクチル基が挙げられる。   The alkyl group usually has 1 to 20 carbon atoms, may be linear or branched, and may be cyclic. Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, sec-butyl group, 3-methylbutyl group, pentyl group, hexyl group and 2-ethylhexyl. Group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, 3,7-dimethyloctyl group and lauryl group. Examples of the alkyl group in which a hydrogen atom is substituted with a fluorine atom include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a perfluorobutyl group, a perfluorohexyl group, and a perfluorooctyl group.

アルコキシ基は、その炭素数が通常1〜20であり、直鎖状でも分岐状でもよく、環状であってもよい。アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基及びラウリルオキシ基が挙げられる。フッ素原子で水素原子が置換されたアルコキシ基の例としては、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロブトキシ基、パーフルオロヘキシルオキシ基及びパーフルオロオクチルオキシ基が挙げられる。   The alkoxy group usually has 1 to 20 carbon atoms, and may be linear or branched or cyclic. Specific examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, isopropoxy group, butoxy group, isobutoxy group, sec-butoxy group, tert-butoxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, cyclohexyloxy group, heptyl Examples thereof include an oxy group, an octyloxy group, a 2-ethylhexyloxy group, a nonyloxy group, a decyloxy group, a 3,7-dimethyloctyloxy group, and a lauryloxy group. Examples of the alkoxy group in which a hydrogen atom is substituted with a fluorine atom include a trifluoromethoxy group, a pentafluoroethoxy group, a perfluorobutoxy group, a perfluorohexyloxy group, and a perfluorooctyloxy group.

アルキルチオ基は、その炭素数が通常1〜20であり、直鎖状でも分岐状でもよく、環状であってもよい。アルキルチオ基の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ブチルチオ基、イソブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、tert−ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、シクロヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、3,7−ジメチルオクチルチオ基及びラウリルチオ基が挙げられる。フッ素原子で水素原子が置換されたアルキルチオ基の例としては、トリフルオロメチルチオ基が挙げられる。   The alkylthio group usually has 1 to 20 carbon atoms, and may be linear or branched or cyclic. Specific examples of the alkylthio group include methylthio group, ethylthio group, propylthio group, isopropylthio group, butylthio group, isobutylthio group, sec-butylthio group, tert-butylthio group, pentylthio group, hexylthio group, cyclohexylthio group, heptylthio group. Octylthio group, 2-ethylhexylthio group, nonylthio group, decylthio group, 3,7-dimethyloctylthio group and laurylthio group. A trifluoromethylthio group is mentioned as an example of the alkylthio group by which the hydrogen atom was substituted by the fluorine atom.

アリール基は、芳香族炭化水素から、芳香環上の水素原子1個を除いた原子団であり、ベンゼン環を持つもの、縮合環を持つもの、独立したベンゼン環又は縮合環2個以上が直接又はビニレン等の基を介して結合したものも含まれる。アリール基は、その炭素数が通常6〜60であり、好ましくは6〜48である。該アリール基は、置換基を有していてもよい。置換基の例としては、フッ素原子、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の直鎖状のアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の分岐状のアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数3〜20のシクロアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数3〜20のシクロアルキル基をその構造中に含むアルコキシ基、フッ素原子で置換されていてもよい式(5)で表される基があげられる。置換されていてもよいアリール基の具体例としては、フェニル基、C〜C12アルコキシフェニル基(C〜C12は、炭素数1〜12であることを示す。以下も同様である。)、C〜C12アルキルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントラセニル基、2−アントラセニル基、9−アントラセニル基及びペンタフルオロフェニル基等が挙げられ、C〜C12アルコキシフェニル基及びC〜C12アルキルフェニル基が好ましい。C〜C12アルコキシフェニル基の具体例としては、メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、プロポキシフェニル基、イソプロポキシフェニル基、ブトキシフェニル基、イソブトキシフェニル基、sec−ブトキシフェニル基、tert−ブトキシフェニル基、ペンチルオキシフェニル基、ヘキシルオキシフェニル基、シクロヘキシルオキシフェニル基、ヘプチルオキシフェニル基、オクチルオキシフェニル基、2−エチルヘキシルオキシフェニル基、ノニルオキシフェニル基、デシルオキシフェニル基、3,7−ジメチルオクチルオキシフェニル基及びラウリルオキシフェニル基が挙げられる。C〜C12アルキルフェニル基の具体例としては、メチルフェニル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、プロピルフェニル基、メシチル基、メチルエチルフェニル基、イソプロピルフェニル基、ブチルフェニル基、イソブチルフェニル基、sec−ブチルフェニル基、tert−ブチルフェニル基、ペンチルフェニル基、イソアミルフェニル基、ヘキシルフェニル基、ヘプチルフェニル基、オクチルフェニル基、ノニルフェニル基、デシルフェニル基及びドデシルフェニル基が挙げられる。

Figure 2011254070
(5)
(式(5)中、gは1〜6の整数を表し、hは0〜5の整数を表す。) An aryl group is an atomic group obtained by removing one hydrogen atom on an aromatic ring from an aromatic hydrocarbon, having a benzene ring, a condensed ring, an independent benzene ring or two or more condensed rings directly Or the thing couple | bonded through groups, such as vinylene, is also contained. The aryl group usually has 6 to 60 carbon atoms, preferably 6 to 48 carbon atoms. The aryl group may have a substituent. Examples of the substituent include a fluorine atom, a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms that may be substituted with a fluorine atom, and a branched chain having 1 to 20 carbon atoms that may be substituted with a fluorine atom. An alkyl group, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms which may be substituted with a fluorine atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted with a fluorine atom, or a fluorine atom; Examples thereof include an alkoxy group having an optionally substituted cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms in its structure, and a group represented by the formula (5) optionally substituted with a fluorine atom. Specific examples of the optionally substituted aryl group, a phenyl group, C 1 -C 12 alkoxyphenyl group (C 1 -C 12 is also applied. Below indicate that 1 to 12 carbon atoms. ), C 1 -C 12 alkylphenyl group, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 1-anthracenyl group, 9-anthracenyl group and a pentafluorophenyl group and the like, C 1 -C 12 alkoxyphenyl groups and C 1 -C 12 alkylphenyl group are preferred. Specific examples of the C 1 to C 12 alkoxyphenyl group include a methoxyphenyl group, an ethoxyphenyl group, a propoxyphenyl group, an isopropoxyphenyl group, a butoxyphenyl group, an isobutoxyphenyl group, a sec-butoxyphenyl group, and a tert-butoxyphenyl group. Group, pentyloxyphenyl group, hexyloxyphenyl group, cyclohexyloxyphenyl group, heptyloxyphenyl group, octyloxyphenyl group, 2-ethylhexyloxyphenyl group, nonyloxyphenyl group, decyloxyphenyl group, 3,7-dimethyloctyl An oxyphenyl group and a lauryloxyphenyl group are mentioned. Specific examples of C 1 -C 12 alkylphenyl group include a methylphenyl group, ethylphenyl group, dimethylphenyl group, propylphenyl group, mesityl group, methylethylphenyl group, isopropylphenyl group, butylphenyl group, isobutylphenyl group, Examples include sec-butylphenyl group, tert-butylphenyl group, pentylphenyl group, isoamylphenyl group, hexylphenyl group, heptylphenyl group, octylphenyl group, nonylphenyl group, decylphenyl group and dodecylphenyl group.
Figure 2011254070
(5)
(In formula (5), g represents an integer of 1 to 6, and h represents an integer of 0 to 5.)

アリールオキシ基は、その炭素数が通常6〜60であり、好ましくは6〜48である。該アリールオキシ基は置換基を有していてもよい。該置換基の具体例は上記アリール基の置換基として前述したものと同じである。置換されていてもよいアリールオキシ基の具体例としては、フェノキシ基、C〜C12アルコキシフェノキシ基、C〜C12アルキルフェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基及びペンタフルオロフェニルオキシ基が挙げられ、C〜C12アルコキシフェノキシ基及びC〜C12アルキルフェノキシ基が好ましい。C〜C12アルコキシの具体例としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、シクロヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、2−エチルヘキシルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ、3,7−ジメチルオクチルオキシ及びラウリルオキシが挙げられる。C〜C12アルキルフェノキシ基の具体例としては、メチルフェノキシ基、エチルフェノキシ基、ジメチルフェノキシ基、プロピルフェノキシ基、1,3,5−トリメチルフェノキシ基、メチルエチルフェノキシ基、イソプロピルフェノキシ基、ブチルフェノキシ基、イソブチルフェノキシ基、sec−ブチルフェノキシ基、tert−ブチルフェノキシ基、ペンチルフェノキシ基、イソアミルフェノキシ基、ヘキシルフェノキシ基、ヘプチルフェノキシ基、オクチルフェノキシ基、ノニルフェノキシ基、デシルフェノキシ基及びドデシルフェノキシ基が挙げられる。 The aryloxy group usually has 6 to 60 carbon atoms, preferably 6 to 48 carbon atoms. The aryloxy group may have a substituent. Specific examples of the substituent are the same as those described above as the substituent of the aryl group. Specific examples of the aryloxy group which may be substituted, phenoxy group, C 1 -C 12 alkoxy phenoxy group, C 1 -C 12 alkylphenoxy group, 1-naphthyloxy group, 2-naphthyloxy group and pentafluoro include phenyl group, C 1 -C 12 alkoxy phenoxy group, and a C 1 -C 12 alkylphenoxy group are preferable. Specific examples of C 1 -C 12 alkoxy include methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, butoxy, isobutoxy, sec-butoxy, tert-butoxy, pentyloxy, hexyloxy, cyclohexyloxy, heptyloxy, octyloxy, 2- Examples include ethylhexyloxy, nonyloxy, decyloxy, 3,7-dimethyloctyloxy and lauryloxy. Specific examples of the C 1 to C 12 alkylphenoxy group include methylphenoxy group, ethylphenoxy group, dimethylphenoxy group, propylphenoxy group, 1,3,5-trimethylphenoxy group, methylethylphenoxy group, isopropylphenoxy group, butyl Phenoxy group, isobutylphenoxy group, sec-butylphenoxy group, tert-butylphenoxy group, pentylphenoxy group, isoamylphenoxy group, hexylphenoxy group, heptylphenoxy group, octylphenoxy group, nonylphenoxy group, decylphenoxy group and dodecylphenoxy group Is mentioned.

アリールチオ基は、その炭素数が通常6〜60である。該アリールチオ基は置換基を有していてもよい。該置換基の具体例は上記アリール基の置換基として前述したものと同じである。置換されていてもよいアリールチオ基の具体例としては、フェニルチオ基、C〜C12アルコキシフェニルチオ基、C〜C12アルキルフェニルチオ基、1−ナフチルチオ基、2−ナフチルチオ基及びペンタフルオロフェニルチオ基が挙げられる。 The arylthio group usually has 6 to 60 carbon atoms. The arylthio group may have a substituent. Specific examples of the substituent are the same as those described above as the substituent of the aryl group. Specific examples of the optionally substituted arylthio group, phenylthio group, C 1 -C 12 alkoxyphenyl-thio group, C 1 -C 12 alkyl phenylthio group, 1-naphthylthio group, 2-naphthylthio group and pentafluorophenyl A thio group is mentioned.

アリールアルキル基は、その炭素数が通常7〜60である。該アリールアルキル基は置換基を有していてもよい。該置換基の具体例は上記アリール基の置換基として前述したものと同じである。置換されていてもよいアリールアルキル基の具体例としては、フェニル−C〜C12アルキル基、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルキル基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキル基、1−ナフチル−C〜C12アルキル基及び2−ナフチル−C〜C12アルキル基が挙げられる。 The arylalkyl group usually has 7 to 60 carbon atoms. The arylalkyl group may have a substituent. Specific examples of the substituent are the same as those described above as the substituent of the aryl group. Specific examples of the optionally substituted arylalkyl group, a phenyl -C 1 -C 12 alkyl group, C 1 -C 12 alkoxyphenyl -C 1 -C 12 alkyl group, C 1 -C 12 alkylphenyl -C 1 -C 12 alkyl group, 1-naphthyl -C 1 -C 12 alkyl group and 2-naphthyl -C 1 -C 12 alkyl group.

アリールアルコキシ基は、その炭素数が通常7〜60である。該アリールアルコキシ基は置換基を有していてもよい。該置換基の具体例は上記アリール基の置換基として前述したものと同じである。置換されていてもよいアリールアルコキシ基の具体例としては、フェニル−C〜C12アルコキシ基、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルコキシ基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルコキシ基、1−ナフチル−C〜C12アルコキシ基及び2−ナフチル−C〜C12アルコキシ基が挙げられる。 The arylalkoxy group usually has 7 to 60 carbon atoms. The arylalkoxy group may have a substituent. Specific examples of the substituent are the same as those described above as the substituent of the aryl group. Substituted Specific examples of which may arylalkoxy group, a phenyl -C 1 -C 12 alkoxy group, C 1 -C 12 alkoxyphenyl -C 1 -C 12 alkoxy group, C 1 -C 12 alkylphenyl -C 1 -C 12 alkoxy groups, 1-naphthyl -C 1 -C 12 alkoxy group and 2-naphthyl -C 1 -C 12 alkoxy group.

アリールアルキルチオ基は、その炭素数が通常7〜60である。該アリールアルキルチオ基は置換基を有していてもよい。該置換基の具体例は上記アリール基の置換基として前述したものと同じである。置換されていてもよいアリールアルキルチオ基の具体例としては、フェニル−C〜C12アルキルチオ基、C〜C12アルコキシフェニル−C〜C12アルキルチオ基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキルチオ基、1−ナフチル−C〜C12アルキルチオ基及び2−ナフチル−C〜C12アルキルチオ基が挙げられる。 The arylalkylthio group usually has 7 to 60 carbon atoms. The arylalkylthio group may have a substituent. Specific examples of the substituent are the same as those described above as the substituent of the aryl group. Substituted Specific examples of which may arylalkylthio group, phenyl -C 1 -C 12 alkylthio group, C 1 -C 12 alkoxyphenyl -C 1 -C 12 alkylthio group, C 1 -C 12 alkylphenyl -C 1 -C 12 alkylthio group, 1-naphthyl -C 1 -C 12 alkylthio group and a 2-naphthyl -C 1 -C 12 alkylthio group.

芳香族複素環基としては、置換基を有していてもよい芳香族複素環式化合物から水素原子を1個除いた基である。芳香族複素環基の炭素数は、通常、2〜60である。芳香族複素環基の具体例としては、ピリジル基、フリル基、ピペリジル基、キノリル基、イソキノリル基、ピロリル基、カルバゾリル基及び置換基を有するこれらの基が挙げられる。該置換基としては、例えば、炭素数1〜20の直鎖状のアルキル基、炭素数1〜20の分岐状のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数1〜20の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基又は炭素数3〜20のシクロアルキル基をその構造中に含むアルコキシ基が挙げられる。   The aromatic heterocyclic group is a group obtained by removing one hydrogen atom from an aromatic heterocyclic compound which may have a substituent. Carbon number of an aromatic heterocyclic group is 2-60 normally. Specific examples of the aromatic heterocyclic group include pyridyl group, furyl group, piperidyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, pyrrolyl group, carbazolyl group, and these groups having a substituent. Examples of the substituent include a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, and a straight chain having 1 to 20 carbon atoms. Examples thereof include an alkoxy group having a chain or branched alkyl group or a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms in its structure.

アシル基とは、カルボン酸から水酸基(−COOH部分のOH)を除いた基を意味し、例えば、下記式で表される基である。

Figure 2011254070
(式中、R’は、フッ素置換されていてもよいアルキル基又は置換されていてもよいアリール基を表す。) An acyl group means the group remove | excluding the hydroxyl group (OH of the -COOH part) from carboxylic acid, for example, is group represented by a following formula.
Figure 2011254070
(In the formula, R ′ represents an alkyl group which may be substituted with fluorine or an aryl group which may be substituted.)

R’で表されるフッ素置換されていてもよいアルキル基及び置換されていてもよいアリール基の具体例は、Rで表されるフッ素置換されていてもよいアルキル基及び置換されていてもよいアリール基と同じである。   Specific examples of the optionally substituted alkyl group represented by R ′ and the optionally substituted aryl group include the optionally substituted fluorine group represented by R and the optionally substituted aryl group. Same as aryl group.

イミド構造を有する基とは、イミド化合物からイミド部の窒素原子上の水素原子を除いた基である。   The group having an imide structure is a group obtained by removing a hydrogen atom on a nitrogen atom of an imide part from an imide compound.

ホウ酸エステル残基とは、ホウ酸ジエステルから水酸基を除去した基を意味し、ジアルキルエステル残基、ジアリールエステル残基、ジアリールアルキルエステル残基等が挙げられる。ホウ酸エステル残基の具体例としては、以下の式で表される基が挙げられる。

Figure 2011254070
A boric acid ester residue means a group obtained by removing a hydroxyl group from a boric acid diester, and examples thereof include a dialkyl ester residue, a diaryl ester residue, and a diaryl alkyl ester residue. Specific examples of the boric acid ester residue include groups represented by the following formulas.
Figure 2011254070

置換されていてもよいスタンニル基の具体例は、スタンニル基、トリクロロスタンニル基、トリメチルスタンニル基、トリエチルスタンニル基、トリブチルスタンニル基、トリフェニルスタンニル基及びトリベンジルスタンニル基が挙げられる。   Specific examples of the stannyl group which may be substituted include a stannyl group, a trichlorostannyl group, a trimethylstannyl group, a triethylstannyl group, a tributylstannyl group, a triphenylstannyl group, and a tribenzylstannyl group. .

スルホン酸残基とは、スルホン酸から酸性水素原子(−SOH部分のH)を除去した基を意味し、該スルホン酸の具体例としては、アルカンスルホン酸(例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸)、アーレンスルホン酸(例えば、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸)、アリールアルカンスルホン酸(例えば、フェニルメタンスルホン酸)及びトリフルオロメタンスルホン酸が挙げられる。 The sulfonic acid residue means a group obtained by removing an acidic hydrogen atom (H of the —SO 3 H moiety) from sulfonic acid. Specific examples of the sulfonic acid include alkanesulfonic acid (for example, methanesulfonic acid, ethane Sulfonic acid), arene sulfonic acid (for example, benzene sulfonic acid, p-toluene sulfonic acid), arylalkane sulfonic acid (for example, phenylmethane sulfonic acid) and trifluoromethane sulfonic acid.

Ar〜Arで表される2価の芳香族基は、電荷輸送性の観点からは、アルキル基又はハロゲン原子を置換基として有するのが好ましい。 The divalent aromatic group represented by Ar 1 to Ar 5 preferably has an alkyl group or a halogen atom as a substituent from the viewpoint of charge transportability.

式(1)中、Ar〜Arで表される2価の芳香族複素環基は、置換されていてもよい芳香族複素環式化合物から水素原子2個を除いた基である。2価の芳香族複素環基の具体例としては、チオフェンジイル基、ベンゾチオフェンジイル基、ジベンゾチオフェンジイル基、フランジイル基、ベンゾフランジイル基、ジベンゾフランジイル基、ピロールジイル基、イミダゾールジイル基、ピリジンジイル基、ピラジンジイル基、インドールジイル基、キノリンジイル基、イソキノリンジイル基、キノキサリンジイル基、ピリミジンジイル基、カルバゾールジイル基、トリアジンジイル基及び置換基を有するこれらの基が挙げられる。 In formula (1), the divalent aromatic heterocyclic group represented by Ar 1 to Ar 5 is a group obtained by removing two hydrogen atoms from an optionally substituted aromatic heterocyclic compound. Specific examples of the divalent aromatic heterocyclic group include thiophene diyl group, benzothiophene diyl group, dibenzothiophene diyl group, frangiyl group, benzofuranyl group, dibenzofuranyl group, pyrrole diyl group, imidazole diyl group, and pyridinediyl group. , Pyrazinediyl group, indolediyl group, quinolinediyl group, isoquinolinediyl group, quinoxalinediyl group, pyrimidinediyl group, carbazolediyl group, triazinediyl group and these groups having a substituent.

2価の芳香族複素環基における環部分の炭素数は、通常、2〜60程度である。また、置換基を含めたヘテロアリーレン基の全炭素数は、通常、2〜100程度である。   Carbon number of the ring part in a bivalent aromatic heterocyclic group is about 2-60 normally. Moreover, the total carbon number of the heteroarylene group including a substituent is about 2-100 normally.

該置換基としては、ハロゲン原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、フッ素原子で置換されていてもよいアルキルチオ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアリールオキシ基、置換されていてもよいアリールチオ基、置換されていてもよいアリールアルキル基、置換されていてもよいアリールアルコキシ基、置換されていてもよいアリールアルキルチオ基、芳香族複素環基、アシル基、イミド構造を有する基、ジヒドロキシボリル基[−B(OH)]、ホウ酸エステル残基、ハロゲン化マグネシウム基(−MgX)、置換されていてもよいスタンニル基、及びスルホン酸残基が挙げられる。ハロゲン原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、フッ素原子で置換されていてもよいアルキルチオ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアリールオキシ基、置換されていてもよいアリールチオ基、置換されていてもよいアリールアルキル基、置換されていてもよいアリールアルコキシ基、置換されていてもよいアリールアルキルチオ基、芳香族複素環基、アシル基、イミド構造を有する基、ジヒドロキシボリル基、ホウ酸エステル残基、ハロゲン化マグネシウム基、置換されていてもよいスタンニル基及びスルホン酸残基の定義、具体例は、Ar〜Arで表される2価の芳香族炭素環基が有していてもよいハロゲン原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、フッ素原子で置換されていてもよいアルキルチオ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアリールオキシ基、置換されていてもよいアリールチオ基、置換されていてもよいアリールアルキル基、置換されていてもよいアリールアルコキシ基、置換されていてもよいアリールアルキルチオ基、芳香族複素環基、アシル基、イミド構造を有する基、ジヒドロキシボリル基、ホウ酸エステル残基、ハロゲン化マグネシウム基、置換されていてもよいスタンニル基、及びスルホン酸残基の定義及び具体例と同じである。 Examples of the substituent include a halogen atom, an alkyl group that may be substituted with a fluorine atom, an alkoxy group that may be substituted with a fluorine atom, an alkylthio group that may be substituted with a fluorine atom, and a substituent that may be substituted. A good aryl group, an optionally substituted aryloxy group, an optionally substituted arylthio group, an optionally substituted arylalkyl group, an optionally substituted arylalkoxy group, an optionally substituted aryl Alkylthio group, aromatic heterocyclic group, acyl group, group having imide structure, dihydroxyboryl group [—B (OH) 2 ], boric acid ester residue, magnesium halide group (—MgX 5 ), substituted Examples thereof may include a stannyl group and a sulfonic acid residue. Halogen atom, alkyl group optionally substituted with fluorine atom, alkoxy group optionally substituted with fluorine atom, alkylthio group optionally substituted with fluorine atom, aryl group optionally substituted, substituted An optionally substituted aryloxy group, an optionally substituted arylthio group, an optionally substituted arylalkyl group, an optionally substituted arylalkoxy group, an optionally substituted arylalkylthio group, an aromatic complex Definitions of ring group, acyl group, group having imide structure, dihydroxyboryl group, borate ester residue, magnesium halide group, optionally substituted stannyl group and sulfonic acid residue, specific examples are Ar 1 to divalent aromatic halogen atom may have a carbon ring group represented by Ar 5, substituted by fluorine atoms An optionally substituted alkyl group, an alkoxy group optionally substituted with a fluorine atom, an alkylthio group optionally substituted with a fluorine atom, an optionally substituted aryl group, an optionally substituted aryloxy group, a substituted Arylthio group which may be substituted, arylalkyl group which may be substituted, arylalkoxy group which may be substituted, arylalkylthio group which may be substituted, aromatic heterocyclic group, acyl group, imide structure The definitions and specific examples of the group having, dihydroxyboryl group, borate ester residue, magnesium halide group, optionally substituted stannyl group, and sulfonic acid residue are the same.

及びE2で表される芳香族基は、置換されていてもよいアリール基又は芳香族複素環基であり、これらは各々、芳香族炭化水素又は芳香族複素環式化合物から水素原子1個を除いた基であり、芳香族炭化水素及び芳香族複素環式化合物の定義及び具体例は、Ar〜Arで表される2価の芳香族基に関して前述した定義及び具体例と同じである。 The aromatic group represented by E 1 and E 2 is an aryl group or an aromatic heterocyclic group which may be substituted, and these are each a hydrogen atom 1 from an aromatic hydrocarbon or an aromatic heterocyclic compound. The definitions and specific examples of aromatic hydrocarbons and aromatic heterocyclic compounds are the same as the definitions and specific examples described above with respect to the divalent aromatic group represented by Ar 1 to Ar 5. It is.

式(1)で表される構造を有する化合物としては、例えば下記化合物が挙げられる。

Figure 2011254070
As a compound which has a structure represented by Formula (1), the following compound is mentioned, for example.
Figure 2011254070

式(1)で表される構造を有する化合物としては、式(2)で表される化合物であることが好ましい。

Figure 2011254070
(2)
〔式中、R、R及びRは、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基又は芳香族基を表す。Ar、Ar、Ar、Ar、Ar、E、E2、a及びbは、前述と同じ意味を表す。〕 The compound having a structure represented by formula (1) is preferably a compound represented by formula (2).
Figure 2011254070
(2)
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 are the same or different and are a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group optionally substituted with a fluorine atom, an alkoxy group optionally substituted with a fluorine atom or an aromatic group. Represents a group. Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 , Ar 4 , Ar 5 , E 1 , E 2 , a and b represent the same meaning as described above. ]

式(2)中、R〜Rで表されるハロゲン原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基及びフッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基の定義及び具体例は、Ar〜Arで表される2価の芳香族炭素環基が有していてもよいハロゲン原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基及びフッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、の定義及び具体例と同じである。R〜Rで表される芳香族基の定義及び具体例は、E及びEで表される芳香族基の定義及び具体例と同じである。 In the formula (2), the definition and specific examples of the halogen atom represented by R 1 to R 3 , the alkyl group optionally substituted with a fluorine atom, and the alkoxy group optionally substituted with a fluorine atom are Ar 1 A halogen atom that the divalent aromatic carbocyclic group represented by -Ar 5 may have, an alkyl group that may be substituted with a fluorine atom, and an alkoxy group that may be substituted with a fluorine atom, Definitions and specific examples are the same. The definition and specific examples of the aromatic group represented by R 1 to R 3 are the same as the definition and specific examples of the aromatic group represented by E 1 and E 2 .

式(2)で表される化合物の好ましい一態様は、式(3)で表される化合物である。

Figure 2011254070
(3)
〔式中、Hは水素原子を表す。R、R、Ar及びEは、前述と同じ意味を表す。〕 One preferable aspect of the compound represented by Formula (2) is a compound represented by Formula (3).
Figure 2011254070
(3)
[In formula, H represents a hydrogen atom. R 1 , R 2 , Ar 3 and E 1 represent the same meaning as described above. ]

式(3)において、Arは、2価の芳香族炭素環基が好ましく、Eは、アリール基が好ましい。 In Formula (3), Ar 3 is preferably a divalent aromatic carbocyclic group, and E 1 is preferably an aryl group.

式(2)で表される化合物の他の好ましい態様は、式(4)で表される化合物である。

Figure 2011254070
(4)
〔式中、R、R及びRは、前述と同じ意味を表す。〕 Another preferred embodiment of the compound represented by the formula (2) is a compound represented by the formula (4).
Figure 2011254070
(4)
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent the same meaning as described above. ]

本発明の有機光電変換素子が有する有機層中に含まれる式(1)で示される化合物は、一種類であっても二種類以上であってもよい。   The compound represented by the formula (1) contained in the organic layer of the organic photoelectric conversion element of the present invention may be one type or two or more types.

<共役高分子化合物>
本発明の有機光電変換素子に用いられる共役高分子化合物は、(1)二重結合と単結合とが交互に並んだ構造から実質的になる高分子化合物、(2)二重結合と単結合とが窒素原子を介して並んだ構造から実質的になる高分子化合物、(3)二重結合と単結合とが交互に並んだ構造及び二重結合と単結合とが窒素原子を介して並んだ構造から実質的になる高分子化合物等を意味し、本明細書において、具体的には、置換されていてもよいフルオレンジイル基、置換されていてもよいベンゾフルオレンジイル基、置換されていてもよいジベンゾフランジイル基、置換されていてもよいジベンゾチオフェンジイル基、置換されていてもよいカルバゾールジイル基、置換されていてもよいチオフェンジイル基、置換されていてもよいフランジイル基、置換されていてもよいピロールジイル基、置換されていてもよいベンゾチアジアゾールジイル基、置換されていてもよいフェニレンビニレン基、置換されていてもよいチエニレンビニレン基、及び置換されていてもよいトリフェニルアミンジイル基からなる群から選ばれる一種又は二種以上を繰り返し単位とし、該繰り返し単位同士が直接又は連結基を介して結合した高分子化合物である。
<Conjugated polymer compound>
The conjugated polymer compound used in the organic photoelectric conversion device of the present invention includes (1) a polymer compound substantially composed of a structure in which double bonds and single bonds are alternately arranged, and (2) double bonds and single bonds. Compound consisting essentially of a structure in which nitrogen atoms are arranged through nitrogen atoms, (3) a structure in which double bonds and single bonds are arranged alternately, and double bonds and single bonds are arranged through nitrogen atoms In the present specification, specifically, a fluorenediyl group which may be substituted, a benzofluorenediyl group which may be substituted, Dibenzofurandiyl group which may be substituted, dibenzothiophenediyl group which may be substituted, carbazolediyl group which may be substituted, thiophenediyl group which may be substituted, furandyl group which may be substituted, substituted Been Pyrrole diyl group which may be substituted, benzothiadiazole diyl group which may be substituted, phenylene vinylene group which may be substituted, thienylene vinylene group which may be substituted, and triphenylamine diyl group which may be substituted A polymer compound in which one or two or more selected from the group consisting of is used as a repeating unit and the repeating units are bonded directly or via a linking group.

前記共役高分子化合物において、前記繰り返し単位同士が連結基を介して結合している場合、該連結基としては、フェニレン、ビフェニレン、ナフタレンジイル、アントラセンジイル等が挙げられる。   In the conjugated polymer compound, when the repeating units are bonded via a linking group, examples of the linking group include phenylene, biphenylene, naphthalenediyl, anthracenediyl and the like.

本発明に用いられる共役高分子化合物は、電荷輸送性の観点からは、式(6)及び式(7)からなる群から選ばれる1種以上の繰り返し単位を有することが好ましい。

Figure 2011254070
(6) (7)
〔式中、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12及びR13は、同一又は相異なり、水素原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、フッ素原子で置換されていてもよいアルキルチオ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアリールオキシ基、置換されていてもよいアリールチオ基、置換されていてもよいアリールアルキル基、置換されていてもよいアリールアルコキシ基又は置換されていてもよいアリールアルキルチオ基を表す。〕 The conjugated polymer compound used in the present invention preferably has one or more repeating units selected from the group consisting of formula (6) and formula (7) from the viewpoint of charge transportability.
Figure 2011254070
(6) (7)
[Wherein R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R 9 , R 10 , R 11 , R 12 and R 13 are the same or different and are substituted with a hydrogen atom or a fluorine atom. An alkyl group which may be substituted with a fluorine atom, an alkylthio group which may be substituted with a fluorine atom, an aryl group which may be substituted, an aryloxy group which may be substituted, An arylthio group which may be substituted, an arylalkyl group which may be substituted, an arylalkoxy group which may be substituted or an arylalkylthio group which may be substituted is represented. ]

〜R13で表されるフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、フッ素原子で置換されていてもよいアルキルチオ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアリールオキシ基、置換されていてもよいアリールチオ基、置換されていてもよいアリールアルキル基、置換されていてもよいアリールアルコキシ基及び置換されていてもよいアリールアルキルチオ基の定義及び具体例は、前述のArで表されるアリーレン基が有していてもよいフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、フッ素原子で置換されていてもよいアルキルチオ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアリールオキシ基、置換されていてもよいアリールチオ基、置換されていてもよいアリールアルキル基、置換されていてもよいアリールアルコキシ基及び置換されていてもよいアリールアルキルチオ基の定義及び具体例と同じである。 An alkyl group optionally substituted with a fluorine atom represented by R 4 to R 13 , an alkoxy group optionally substituted with a fluorine atom, an alkylthio group optionally substituted with a fluorine atom, or optionally substituted A good aryl group, an optionally substituted aryloxy group, an optionally substituted arylthio group, an optionally substituted arylalkyl group, an optionally substituted arylalkoxy group and an optionally substituted aryl The definition and specific examples of the alkylthio group include an alkyl group which may be substituted with a fluorine atom which the arylene group represented by Ar 1 may have, an alkoxy group which may be substituted with a fluorine atom, An alkylthio group which may be substituted with a fluorine atom, an aryl group which may be substituted, an aryl group which may be substituted; Definitions and specific examples of the xyl group, the optionally substituted arylthio group, the optionally substituted arylalkyl group, the optionally substituted arylalkoxy group and the optionally substituted arylalkylthio group .

前記共役高分子化合物は、膜形成能、溶剤への溶解性の観点からは、ポリスチレン換算の重量平均分子量が5×102〜1×107であることが好ましく、1×103〜1×106であることがより好ましい。 The conjugated polymer compound preferably has a polystyrene-equivalent weight average molecular weight of 5 × 10 2 to 1 × 10 7 from the viewpoint of film forming ability and solubility in a solvent, and preferably 1 × 10 3 to 1 ×. More preferably, it is 10 6 .

本発明の有機光電変換素子が有する有機層中に含まれる共役高分子化合物は、一種類であっても二種類以上であってもよい。   The conjugated polymer compound contained in the organic layer of the organic photoelectric conversion element of the present invention may be one type or two or more types.

前記共役系高分子化合物は、その製造に用いる重合反応に適した官能基を有する単量体を合成した後に、必要に応じて、該単量体を有機溶媒に溶解し、アルカリや適当な触媒、配位子を用いた公知のアリールカップリング等の重合方法により、該単量体を重合することで製造することができる。   The conjugated polymer compound is prepared by synthesizing a monomer having a functional group suitable for the polymerization reaction used for the production thereof, and if necessary, dissolving the monomer in an organic solvent to obtain an alkali or an appropriate catalyst. It can be produced by polymerizing the monomer by a known polymerization method such as aryl coupling using a ligand.

<有機層>
本発明の有機光電変換素子が有する有機層には、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物とが含まれる。有機層中の式(1)で表される構造を有する化合物の重量は、共役高分子化合物100重量部に対して、好ましくは0.1〜10000重量部であり、より好ましくは1〜1000重量部である。
<Organic layer>
The organic layer of the organic photoelectric conversion element of the present invention includes a compound having a structure represented by the formula (1) and a conjugated polymer compound. The weight of the compound having the structure represented by the formula (1) in the organic layer is preferably 0.1 to 10,000 parts by weight, more preferably 1 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conjugated polymer compound. Part.

本発明の有機光電変換素子が有する有機層には、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物のみが含まれていてもよく、さらに電子受容性化合物が含まれていてもよい。電子受容性化合物としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアントラキノジメタン及びその誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、C60等のフラーレン及びその誘導体、カーボンナノチューブ、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン等のフェナントロリン誘導体が挙げられ、とりわけフラーレン及びその誘導体が好ましい。 The organic layer of the organic photoelectric conversion device of the present invention may contain only a compound having a structure represented by the formula (1) and a conjugated polymer compound, and further contains an electron accepting compound. Also good. Examples of the electron-accepting compound include oxadiazole derivatives, anthraquinodimethane and its derivatives, benzoquinone and its derivatives, naphthoquinone and its derivatives, anthraquinone and its derivatives, tetracyanoanthraquinodimethane and its derivatives, diphenyldicyanoethylene and its derivatives, diphenoquinone derivatives, 8-hydroxyquinoline and metal complexes of derivatives thereof, polyquinoline and derivatives thereof, polyquinoxaline and its derivatives, polyfluorene and its derivatives, fullerene and derivatives thereof such as C 60, carbon nanotube, 2,9 Examples include phenanthroline derivatives such as -dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline, and fullerene and derivatives thereof are particularly preferable.

電子受容性化合物が含まれる場合、有機層中の電子受容性化合物の重量は、式(1)で表される構造を有する化合物の重量と共役高分子化合物の重量の合計を100重量部とすると、1〜10000重量部であることが好ましく、10〜2000重量部であることがより好ましい。   When the electron-accepting compound is included, the weight of the electron-accepting compound in the organic layer is 100 parts by weight of the sum of the weight of the compound having the structure represented by the formula (1) and the weight of the conjugated polymer compound. It is preferably 1 to 10000 parts by weight, and more preferably 10 to 2000 parts by weight.

フラーレン及びその誘導体としては、C60、C70、C84及びその誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体は、置換基を有するフラーレンを表す。 Fullerenes and derivatives thereof include C 60 , C 70 , C 84 and derivatives thereof. The fullerene derivative represents a fullerene having a substituent.

60の誘導体の具体例としては、以下のようなものが挙げられる。

Figure 2011254070
Specific examples of the C 60 derivative include the following.
Figure 2011254070

Figure 2011254070
Figure 2011254070

70の誘導体の具体例としては、以下のようなものが挙げられる。

Figure 2011254070
Specific examples of the C 70 derivative include the following.
Figure 2011254070

本発明の有機光電変換素子が有する有機層には、さらに電子供与性化合物が含まれていてもよい。電子供与性化合物としては、例えば、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェン及びその誘導体、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体が挙げられる。   The organic layer of the organic photoelectric conversion device of the present invention may further contain an electron donating compound. Examples of the electron donating compound include pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triphenyldiamine derivatives, oligothiophene and derivatives thereof, polyvinylcarbazole and derivatives thereof, polysilane and derivatives thereof, and aromatic amines in side chains or main chains. And polysiloxane derivatives, polyaniline and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, and polythienylene vinylene and derivatives thereof.

電子供与性化合物が含まれる場合、有機層中の電子供与性化合物の重量は、式(1)で表される構造を有する化合物の重量と共役高分子化合物の重量の合計を100重量部とすると、1〜100000重量部であることが好ましく、10〜1000重量部であることがより好ましい。   When the electron donating compound is included, the weight of the electron donating compound in the organic layer is 100 parts by weight of the total of the weight of the compound having the structure represented by the formula (1) and the weight of the conjugated polymer compound. 1 to 100000 parts by weight, more preferably 10 to 1000 parts by weight.

本発明の有機光電変換素子が有する有機層には、電荷輸送性、電荷注入性を損なわない範囲で、式(1)で表される構造を有する化合物、共役高分子化合物、電子供与性化合物、電子受容性化合物以外の成分を含んでいてもよい。   In the organic layer of the organic photoelectric conversion device of the present invention, a compound having a structure represented by the formula (1), a conjugated polymer compound, an electron donating compound, as long as the charge transport property and the charge injection property are not impaired. Components other than the electron-accepting compound may be included.

<有機光電変換素子>
本発明の有機光電変換素子は、一対の電極と、該電極間に式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物とを含む有機層を有する。式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物との組成物は、電子受容性化合物として用いることも電子供与性化合物として用いることもできる。また、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物の一方が電子供与性化合物であり、他の一方が電子受容性化合物である場合は、電子供与性体と電子受容体の両方の機能を有する場合がある。これらの態様の中では、該組成物が電子供与性化合物として用いられることが好ましい。一対の電極は、少なくとも一方が透明又は半透明であることが好ましい。
<Organic photoelectric conversion element>
The organic photoelectric conversion element of the present invention has an organic layer containing a pair of electrodes, a compound having a structure represented by the formula (1), and a conjugated polymer compound between the electrodes. The composition of the compound having the structure represented by the formula (1) and the conjugated polymer compound can be used as an electron-accepting compound or an electron-donating compound. In addition, when one of the compound having the structure represented by the formula (1) and the conjugated polymer compound is an electron donating compound and the other is an electron accepting compound, an electron donor and an electron acceptor May have both functions. In these embodiments, the composition is preferably used as an electron donating compound. It is preferable that at least one of the pair of electrodes is transparent or translucent.

次に、有機光電変換素子の動作機構を説明する。透明又は半透明の電極から入射した光エネルギーが電子受容性化合物及び/又は電子供与性化合物で吸収され、電子とホールの結合した励起子を生成する。生成した励起子が移動して、電子受容性化合物と電子供与性化合物が隣接しているヘテロ接合界面に達すると界面でのそれぞれのHOMOエネルギー及びLUMOエネルギーの違いにより電子とホールが分離し、独立に動くことができる電荷(電子とホール)が発生する。発生した電荷は、それぞれ電極へ移動することにより外部へ電気エネルギー(電流)として取り出すことができる。   Next, the operation mechanism of the organic photoelectric conversion element will be described. Light energy incident from a transparent or translucent electrode is absorbed by the electron-accepting compound and / or the electron-donating compound to generate excitons in which electrons and holes are combined. When the generated excitons move and reach the heterojunction interface where the electron-accepting compound and the electron-donating compound are adjacent to each other, electrons and holes are separated due to the difference in HOMO energy and LUMO energy at the interface. Electric charges (electrons and holes) that can move are generated. The generated charges can be taken out as electric energy (current) by moving to the electrodes.

Voc(開放端電圧)とは、外部に流す電流がゼロの時の電圧であり、Vocの値が高いことが、高い光電変換効率を発現する要因の一つとなる。   Voc (open end voltage) is a voltage when the current flowing to the outside is zero, and a high value of Voc is one of the factors that develop high photoelectric conversion efficiency.

本発明の有機光電変換素子の具体例としては、下記1.〜5.の有機光電変換素子が挙げられる。
1.一対の電極と、該電極間に式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物とを含有する第一の有機層と、該第一の有機層に隣接して設けられた電子供与性化合物を含有する第二の有機層とを有する有機光電変換素子;
2.一対の電極と、該電極間に電子受容性化合物を含有する第一の有機層と、該第一の有機層に隣接して設けられた式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物とを含有する第二の有機層とを有する有機光電変換素子;
3.一対の電極と、該電極間に式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物と電子供与性化合物とを含有する有機層を少なくとも一層有する有機光電変換素子;
4.一対の電極と、該電極間に式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物と電子受容性化合物とを含有する有機層を有する有機光電変換素子;
5.一対の電極と、該電極間に式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物と電子受容性化合物とを含有する有機層を少なくとも一層有する有機光電変換素子であって、該電子受容性化合物がフラーレン誘導体である有機光電変換素子;
Specific examples of the organic photoelectric conversion device of the present invention include the following 1. ~ 5. The organic photoelectric conversion element of this is mentioned.
1. A pair of electrodes, a first organic layer containing a compound having a structure represented by the formula (1) and a conjugated polymer compound between the electrodes, and a first organic layer provided adjacent to the first organic layer An organic photoelectric conversion device having a second organic layer containing an electron-donating compound;
2. A pair of electrodes, a first organic layer containing an electron-accepting compound between the electrodes, and a compound having a structure represented by the formula (1) provided adjacent to the first organic layer An organic photoelectric conversion element having a second organic layer containing a polymer compound;
3. An organic photoelectric conversion device having at least one organic layer containing a pair of electrodes and a compound having a structure represented by the formula (1), a conjugated polymer compound, and an electron-donating compound between the electrodes;
4). An organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and an organic layer containing a compound having a structure represented by the formula (1), a conjugated polymer compound, and an electron-accepting compound between the electrodes;
5). An organic photoelectric conversion element comprising a pair of electrodes and at least one organic layer containing a compound having a structure represented by formula (1), a conjugated polymer compound, and an electron-accepting compound between the electrodes, An organic photoelectric conversion element in which the electron-accepting compound is a fullerene derivative;

また、前記5.の有機光電変換素子では、有機層中におけるフラーレン誘導体の重量が、式(1)で表される構造を有する化合物の重量と共役高分子化合物の重量との合計を100重量部とすると、10〜1000重量部であることが好ましく、50〜500重量部であることがより好ましい。   In addition, said 5. In the organic photoelectric conversion element, the weight of the fullerene derivative in the organic layer is 10 to 10 parts by weight of the total of the weight of the compound having the structure represented by the formula (1) and the weight of the conjugated polymer compound. The amount is preferably 1000 parts by weight, and more preferably 50 to 500 parts by weight.

本発明の有機光電変換素子としては、前記3.、前記4.、前記5.の有機光電変換素子が好ましく、ヘテロ接合界面を多く含むという観点からは、前記5.の有機光電変換素子がより好ましい。また、本発明の有機光電変換素子には、少なくとも一方の電極と該素子中の有機層との間に付加的な層を設けてもよい。付加的な層としては、例えば、ホール又は電子を輸送する電荷輸送層が挙げられる。   As the organic photoelectric conversion element of the present invention, 3. 4. 5. From the standpoint of including a large number of heterojunction interfaces, the above organic photoelectric conversion element is preferable. The organic photoelectric conversion element is more preferable. In the organic photoelectric conversion element of the present invention, an additional layer may be provided between at least one electrode and the organic layer in the element. Examples of the additional layer include a charge transport layer that transports holes or electrons.

式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物との組成物を電子供与体として用いる場合、有機光電変換素子に好適に用いられる電子受容体は、電子受容体のHOMOエネルギーが共役高分子化合物のHOMOエネルギー及び式(1)で表される構造を有する化合物のHOMOエネルギーよりも高く、かつ、電子受容体のLUMOエネルギーが共役高分子化合物のLUMOエネルギー及び式(1)で表される構造を有する化合物のLUMOエネルギーよりも高い化合物である。また、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物との高分子化合物を電子受容体として用いる場合、有機光電変換素子に好適に用いられる電子供与体は、電子供与体のHOMOエネルギーが共役高分子化合物のHOMOエネルギー及び式(1)で表される構造を有する化合物のHOMOエネルギーよりも低く、かつ、電子供与体のLUMOエネルギーが共役高分子化合物のLUMOエネルギー及び式(1)で表される構造を有する化合物のLUMOエネルギーよりも低い化合物である。   When the composition of the compound having the structure represented by the formula (1) and the conjugated polymer compound is used as an electron donor, the electron acceptor suitably used for the organic photoelectric conversion element has a HOMO energy of the electron acceptor. The HOMO energy of the conjugated polymer compound and the HOMO energy of the compound having the structure represented by the formula (1) are higher, and the LUMO energy of the electron acceptor is represented by the LUMO energy of the conjugated polymer compound and the formula (1). It is a compound having a higher LUMO energy than the compound having the structure. Moreover, when using the high molecular compound of the compound which has a structure represented by Formula (1), and a conjugated high molecular compound as an electron acceptor, the electron donor used suitably for an organic photoelectric conversion element is an electron donor. The HOMO energy is lower than the HOMO energy of the conjugated polymer compound and the HOMO energy of the compound having the structure represented by the formula (1), and the LUMO energy of the electron donor is the LUMO energy of the conjugated polymer compound and the formula (1 The compound having a structure represented by) is lower than the LUMO energy of the compound.

本発明の有機光電変換素子は、通常、基板上に形成される。該基板は、電極を形成し、有機物の層を形成する際に化学的に変化しないものであればよい。基板の材料としては、例えば、ガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコンが挙げられる。不透明な基板の場合には、反対の電極(即ち、基板から遠い方の電極)が透明又は半透明であることが好ましい。   The organic photoelectric conversion element of the present invention is usually formed on a substrate. The substrate may be any substrate that does not chemically change when an electrode is formed and an organic layer is formed. Examples of the material for the substrate include glass, plastic, polymer film, and silicon. In the case of an opaque substrate, the opposite electrode (that is, the electrode far from the substrate) is preferably transparent or translucent.

一対の電極の材料としては、金属、導電性高分子等を用いることができ、好ましくは一対の電極のうち一方の電極は仕事関数の小さい材料が好ましい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム等の金属、及びそれらのうち2つ以上の合金、又はそれらのうち1つ以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうち1つ以上との合金、グラファイト又はグラファイト層間化合物等が用いられる。合金の例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金が挙げられる。
前記の透明又は半透明の電極の材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(ITO)、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性材料を用いて作製された膜、NESA、金、白金、銀、銅が用いられ、ITO、インジウム・亜鉛・オキサイド、酸化スズが好ましい。電極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。また、電極材料として、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体等の有機の透明導電膜を用いてもよい。
As a material of the pair of electrodes, a metal, a conductive polymer, or the like can be used, and one of the pair of electrodes is preferably a material having a low work function. For example, metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, terbium, ytterbium, and two of them One or more alloys, or one or more of them and an alloy of one or more of gold, silver, platinum, copper, manganese, titanium, cobalt, nickel, tungsten, tin, graphite, or a graphite intercalation compound are used. It is done. Examples of the alloy include magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, indium-silver alloy, lithium-aluminum alloy, lithium-magnesium alloy, lithium-indium alloy, and calcium-aluminum alloy.
Examples of the material of the transparent or translucent electrode include a conductive metal oxide film and a translucent metal thin film. Specifically, a film formed using a conductive material made of indium oxide, zinc oxide, tin oxide, and indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, etc., which is a composite thereof, NESA Gold, platinum, silver, and copper are used, and ITO, indium / zinc / oxide, and tin oxide are preferable. Examples of the method for producing the electrode include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a plating method, and the like. Moreover, you may use organic transparent conductive films, such as polyaniline and its derivative (s), polythiophene, and its derivative (s) as an electrode material.

前記付加的な層としての電荷輸送層、即ち、ホール輸送層、電子輸送層に用いられる材料として、それぞれ前述の電子供与性化合物、電子受容性化合物を用いることができる。
付加的な層としてのバッファ層に用いられる材料としては、フッ化リチウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属のハロゲン化物、酸化物等を用いることができる。また、酸化チタン等無機半導体の微粒子を用いることもできる。
As the material used for the charge transport layer as the additional layer, that is, the hole transport layer and the electron transport layer, the aforementioned electron donating compound and electron accepting compound can be used, respectively.
As a material used for the buffer layer as an additional layer, an alkali metal such as lithium fluoride, a halide of an alkaline earth metal, an oxide, or the like can be used. In addition, fine particles of an inorganic semiconductor such as titanium oxide can be used.

本発明の有機光電変換素子における前記有機層としては、例えば、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物とを含有する有機薄膜を用いることができる。   As the organic layer in the organic photoelectric conversion element of the present invention, for example, an organic thin film containing a compound having a structure represented by the formula (1) and a conjugated polymer compound can be used.

前記有機薄膜は、膜厚が、通常、1nm〜100μmであり、好ましくは2nm〜1000nmであり、より好ましくは5nm〜500nmであり、さらに好ましくは20nm〜200nmである。   The organic thin film has a thickness of usually 1 nm to 100 μm, preferably 2 nm to 1000 nm, more preferably 5 nm to 500 nm, and further preferably 20 nm to 200 nm.

前記有機薄膜のホール輸送性を高めるため、前記有機薄膜中に電子供与性化合物及び/又は電子受容性化合物として、式(1)で表される構造を有する化合物以外の低分子化合物及び/又は共役高分子化合物以外の重合体を混合して用いることもできる。   In order to enhance the hole transport property of the organic thin film, a low molecular compound other than the compound having the structure represented by the formula (1) and / or a conjugate as an electron donating compound and / or an electron accepting compound in the organic thin film A polymer other than the polymer compound can be mixed and used.

<有機薄膜の製造方法>
本発明の有機光電変換素子に含まれる有機層は、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物との組成物を用いて製造することができる。有機層中に、さらに電子受容性化合物を含む場合は、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物と電子受容性化合物との組成物を用いて製造することができる。また、有機層中に、さらに電子供与性化合物を含む場合は、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物と電子供与性化合物との組成物を用いて製造することができる。
<Method for producing organic thin film>
The organic layer contained in the organic photoelectric conversion element of the present invention can be produced using a composition of a compound having a structure represented by the formula (1) and a conjugated polymer compound. When the organic layer further contains an electron-accepting compound, it can be produced using a composition of a compound having a structure represented by the formula (1), a conjugated polymer compound and an electron-accepting compound. When the organic layer further contains an electron donating compound, it can be produced using a composition of a compound having a structure represented by the formula (1), a conjugated polymer compound and an electron donating compound. it can.

前記組成物中の式(1)で表される構造を有する化合物の重量は、共役高分子化合物100重量部に対して、好ましくは0.1〜10000重量部であり、より好ましくは1〜1000重量部である。組成物中に電子受容性化合物が含まれる場合、組成物中の電子受容性化合物の重量は、式(1)で表される構造を有する化合物の重量と共役高分子化合物の重量の合計を100重量部とすると、1〜10000重量部であることが好ましく、10〜2000重量部であることがより好ましい。組成物中に電子供与性化合物が含まれる場合、組成物中の電子供与性化合物の重量は、式(1)で表される構造を有する化合物の重量と共役高分子化合物の重量の合計を100重量部とすると、1〜100000重量部であることが好ましく、10〜1000重量部であることがより好ましい。   The weight of the compound having the structure represented by the formula (1) in the composition is preferably 0.1 to 10000 parts by weight, more preferably 1 to 1000 parts per 100 parts by weight of the conjugated polymer compound. Parts by weight. When an electron-accepting compound is contained in the composition, the weight of the electron-accepting compound in the composition is the sum of the weight of the compound having the structure represented by formula (1) and the weight of the conjugated polymer compound. In terms of parts by weight, it is preferably 1 to 10000 parts by weight, and more preferably 10 to 2000 parts by weight. When an electron donating compound is contained in the composition, the weight of the electron donating compound in the composition is the sum of the weight of the compound having the structure represented by the formula (1) and the weight of the conjugated polymer compound. In terms of parts by weight, the amount is preferably 1 to 100000 parts by weight, and more preferably 10 to 1000 parts by weight.

前記有機薄膜の製造方法は、特に制限されず、例えば、前記組成物と溶媒とを含む溶液からの成膜による方法が挙げられるが、真空蒸着法により薄膜を形成してもよい。溶液からの成膜により有機薄膜を製造する方法としては、例えば、一方の電極上に該溶液を塗布し、その後、溶媒を蒸発させて有機薄膜を製造する方法が挙げられる。   The method for producing the organic thin film is not particularly limited, and examples thereof include a method by film formation from a solution containing the composition and a solvent, but the thin film may be formed by a vacuum deposition method. Examples of the method for producing an organic thin film by film formation from a solution include a method of producing an organic thin film by applying the solution on one electrode and then evaporating the solvent.

溶液からの成膜に用いる溶媒は、式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物とを溶解させるものであれば特に制限はない。この溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベゼン、tert−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類溶媒が挙げられる。本発明に用いられる式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物との組成物は、通常、前記溶媒に0.1重量%以上溶解させることができる。   The solvent used for film formation from a solution is not particularly limited as long as it dissolves a compound having a structure represented by the formula (1) and a conjugated polymer compound. Examples of the solvent include unsaturated hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, mesitylene, tetralin, decalin, bicyclohexyl, n-butylbenzene, sec-butylbezen, tert-butylbenzene, carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, dichloroethane. Halogenated saturated hydrocarbon solvents such as chlorobutane, bromobutane, chloropentane, bromopentane, chlorohexane, bromohexane, chlorocyclohexane, bromocyclohexane, halogenated unsaturated hydrocarbon solvents such as chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, tetrahydrofuran, And ether solvents such as tetrahydropyran. The composition of the compound having the structure represented by the formula (1) and the conjugated polymer compound used in the present invention can be usually dissolved in the solvent in an amount of 0.1% by weight or more.

溶液からの成膜には、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法を用いることができ、スピンコート法、フレキソ印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法が好ましい。   For film formation from solution, spin coating method, casting method, micro gravure coating method, gravure coating method, bar coating method, roll coating method, wire bar coating method, dip coating method, spray coating method, screen printing method, flexographic method Coating methods such as a printing method, an offset printing method, an ink jet printing method, a dispenser printing method, a nozzle coating method, a capillary coating method can be used, and a spin coating method, a flexographic printing method, an ink jet printing method, and a dispenser printing method are preferable.

<素子の用途>
有機光電変換素子は、透明又は半透明の電極から太陽光等の光を照射することにより、電極間に光起電力が発生し、有機薄膜太陽電池として動作させることができる。有機薄膜太陽電池を複数集積することにより有機薄膜太陽電池モジュールとして用いることもできる。
<Application of device>
By irradiating light such as sunlight from a transparent or translucent electrode, the organic photoelectric conversion element generates a photovoltaic force between the electrodes and can be operated as an organic thin film solar cell. It can also be used as an organic thin film solar cell module by integrating a plurality of organic thin film solar cells.

また、電極間に電圧を印加した状態で、透明又は半透明の電極から光を照射することにより、光電流が流れ、有機光センサーとして動作させることができる。有機光センサーを複数集積することにより有機イメージセンサーとして用いることもできる。   In addition, by applying light from a transparent or translucent electrode in a state where a voltage is applied between the electrodes, a photocurrent flows and it can be operated as an organic photosensor. It can also be used as an organic image sensor by integrating a plurality of organic photosensors.

以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples will be shown below for illustrating the present invention in more detail, but the present invention is not limited to these examples.

−分子量の測定方法−
以下の実施例において、共役高分子化合物の分子量は、GPCラボラトリー製GPC(PL−GPC2000)により、求めた。共役高分子化合物を約1重量%の濃度となるようにo−ジクロロベンゼンに溶解させた。GPCの移動相はo−ジクロロベンゼンを用い、測定温度140℃で、1mL/分の流速で流した。カラムは、PLGEL 10μm MIXED−B(PLラボラトリー製)を3本直列で繋げた。
-Method for measuring molecular weight-
In the following Examples, the molecular weight of the conjugated polymer compound was determined by GPC Laboratories GPC (PL-GPC2000). The conjugated polymer compound was dissolved in o-dichlorobenzene so as to have a concentration of about 1% by weight. As the mobile phase of GPC, o-dichlorobenzene was used and allowed to flow at a measurement temperature of 140 ° C. at a flow rate of 1 mL / min. As the column, three PLGEL 10 μm MIXED-B (manufactured by PL Laboratory) were connected in series.

合成例1
(共役高分子化合物1の合成)

Figure 2011254070
フラスコ内の気体をアルゴンで置換した2L四つ口フラスコに、化合物(C)を7.928g(16.72mmol)、化合物(D)を13.00g(17.60mmol)、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名:aliquat336(登録商標)、Aldrich製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、density 0.884g/ml,25℃)を4.979g、及びトルエンを405ml入れ、撹拌しながら反応系内を30分間アルゴンバブリングした。フラスコ内にジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)を0.02g加え、105℃に昇温し、撹拌しながら2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液42.2mlを滴下した。滴下終了後5時間反応させ、反応液にフェニルボロン酸2.6gとトルエン1.8mlとを加え、105℃で16時間撹拌した。その後、反応液にトルエン700ml及び7.5%ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム三水和物水溶液200mlを加え、85℃で3時間撹拌した。反応液の水層を除去後、有機層を60℃のイオン交換水300mlで2回、60℃の3%酢酸300mlで1回、さらに60℃のイオン交換水300mlで3回洗浄した。有機層をセライト、アルミナ及びシリカを充填したカラムに通し、濾液を回収した。その後、熱トルエン800mlでカラムを洗浄し、洗浄後のトルエン溶液を濾液に加えた。得られた溶液を700mlまで濃縮した後、濃縮した溶液を2Lのメタノールに加え、重合体を再沈殿させた。重合体をろ過して回収し、500mlのメタノール、500mlのアセトン、500mlのメタノールで重合体を洗浄した。重合体を50℃で一晩真空乾燥することにより、下記式:
Figure 2011254070
で表されるペンタチエニル−フルオレンコポリマー(以下、「共役高分子化合物1」という) 12.21gを得た。共役高分子化合物1のポリスチレン換算の数平均分子量は5.4×104、ポリスチレン換算の重量平均分子量は1.1×105であった。 Synthesis example 1
(Synthesis of Conjugated Polymer Compound 1)
Figure 2011254070
In a 2 L four-necked flask in which the gas in the flask was replaced with argon, 7.928 g (16.72 mmol) of compound (C), 13.00 g (17.60 mmol) of compound (D), methyltrioctylammonium chloride ( Product name: aliquat336 (registered trademark), manufactured by Aldrich, 4.979 g of CH 3 N [(CH 2 ) 7 CH 3 ] 3 Cl, density 0.884 g / ml, 25 ° C.) and 405 ml of toluene are added and stirred. The reaction system was bubbled with argon for 30 minutes. 0.02 g of dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II) was added to the flask, the temperature was raised to 105 ° C., and 42.2 ml of a 2 mol / L sodium carbonate aqueous solution was added dropwise with stirring. After completion of the dropwise addition, the reaction was allowed to proceed for 5 hours, and 2.6 g of phenylboronic acid and 1.8 ml of toluene were added to the reaction solution, followed by stirring at 105 ° C. for 16 hours. Thereafter, 700 ml of toluene and 200 ml of 7.5% sodium diethyldithiocarbamate trihydrate aqueous solution were added to the reaction solution, followed by stirring at 85 ° C. for 3 hours. After removing the aqueous layer from the reaction solution, the organic layer was washed twice with 300 ml of ion exchanged water at 60 ° C., once with 300 ml of 3% acetic acid at 60 ° C., and further three times with 300 ml of ion exchanged water at 60 ° C. The organic layer was passed through a column packed with celite, alumina and silica, and the filtrate was collected. Thereafter, the column was washed with 800 ml of hot toluene, and the washed toluene solution was added to the filtrate. After the obtained solution was concentrated to 700 ml, the concentrated solution was added to 2 L of methanol to reprecipitate the polymer. The polymer was recovered by filtration, and the polymer was washed with 500 ml of methanol, 500 ml of acetone, and 500 ml of methanol. By vacuum drying the polymer at 50 ° C. overnight, the following formula:
Figure 2011254070
12.21 g of a pentathienyl-fluorene copolymer represented by the following (hereinafter referred to as “conjugated polymer compound 1”) was obtained. The conjugated polymer compound 1 had a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 5.4 × 10 4 and a polystyrene-equivalent weight average molecular weight of 1.1 × 10 5 .

実施例1
(有機薄膜太陽電池の作製、評価)
共役高分子化合物1を0.5%(重量%)の濃度でo−ジクロロベンゼンに溶解させた。その後、共役高分子化合物1に対して3倍重量のC60PCBM(Phenyl C61-butyric acid methyl ester、フロンティアカーボン社製、商品名E100)を電子受容体として溶液に混合した。さらに、共役高分子化合物1の重量に対して化合物(E)を等倍重量、溶液に混合した。該溶液を孔径1.0μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過し、塗布溶液を作製した。
Example 1
(Production and evaluation of organic thin-film solar cells)
The conjugated polymer compound 1 was dissolved in o-dichlorobenzene at a concentration of 0.5% (weight%). Thereafter, C60PCBM (Phenyl C61-butyric acid methyl ester, trade name E100, manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) 3 times the weight of the conjugated polymer compound 1 was mixed into the solution as an electron acceptor. Furthermore, the compound (E) was mixed with the solution in an equal weight with respect to the weight of the conjugated polymer compound 1. The solution was filtered through a Teflon (registered trademark) filter having a pore size of 1.0 μm to prepare a coating solution.

Figure 2011254070
(E)
Figure 2011254070
(E)

スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板をオゾンUV処理して表面処理を行った。次に、前記塗布溶液を、スピンコートによりITO膜上に塗布し、有機薄膜太陽電池の活性層(膜厚約100nm)を得た。その後、真空蒸着機によりフッ化リチウムを厚さ4nmで蒸着し、次いでAlを厚さ100nmで蒸着した。蒸着のときの真空度は、すべて1〜9×10-3Paであった。また、得られた有機薄膜太陽電池の形状は、2mm×2mmの正四角形であった。
得られた有機薄膜太陽電池のVoc(開放端電圧)をソーラシミュレーター(分光計器製、商品名OTENTO-SUNII:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm2)で測定した。測定結果を表1に示す。
A glass substrate provided with an ITO film with a thickness of 150 nm by a sputtering method was subjected to surface treatment by ozone UV treatment. Next, the coating solution was applied onto the ITO film by spin coating to obtain an active layer (film thickness of about 100 nm) of the organic thin film solar cell. Then, lithium fluoride was vapor-deposited with a thickness of 4 nm by a vacuum vapor deposition machine, and then Al was vapor-deposited with a thickness of 100 nm. The degree of vacuum at the time of vapor deposition was 1 to 9 × 10 −3 Pa in all cases. Moreover, the shape of the obtained organic thin-film solar cell was a regular square of 2 mm × 2 mm.
Voc (open end voltage) of the obtained organic thin film solar cell was measured with a solar simulator (manufactured by Spectrometer, trade name OTENTO-SUNII: AM1.5G filter, irradiance 100 mW / cm 2 ). The measurement results are shown in Table 1.

実施例2
(有機薄膜太陽電池の作製、評価)
化合物(E)にかえて、特開2006−169502号公報の合成例13の方法で製造した化合物(G)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機薄膜太陽電池を作製し、Vocを測定した。測定結果を表1に示す。

Figure 2011254070
(G) Example 2
(Production and evaluation of organic thin-film solar cells)
An organic thin film solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the compound (G) produced by the method of Synthesis Example 13 of JP-A-2006-169502 was used instead of the compound (E), and Voc Was measured. The measurement results are shown in Table 1.
Figure 2011254070
(G)

実施例3
(有機薄膜太陽電池の作製、評価)
化合物(E)にかえて化合物(H)を用いた以外は実施例1と同様の方法で有機薄膜太陽電池を作製し、Vocを測定した。測定結果を表1に示す。

Figure 2011254070
(H) Example 3
(Production and evaluation of organic thin-film solar cells)
An organic thin film solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the compound (H) was used instead of the compound (E), and Voc was measured. The measurement results are shown in Table 1.
Figure 2011254070
(H)

比較例1
(有機薄膜太陽電池の作製、評価)
式(1)で表される構造を有する化合物を用いない以外は実施例1と同様の方法で有機薄膜太陽電池を作製し、Vocを測定した。測定結果を表1に示す。
Comparative Example 1
(Production and evaluation of organic thin-film solar cells)
An organic thin film solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the compound having the structure represented by the formula (1) was not used, and Voc was measured. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2011254070
Figure 2011254070

Claims (8)

一対の電極と、該電極間に設けられた有機層とを有し、該有機層が式(1)で表される構造を有する化合物と共役高分子化合物とを含む有機光電変換素子。
Figure 2011254070
(1)
〔式中、Ar、Ar、Ar、Ar及びArは、同一又は相異なり、2価の芳香族基を表す。E及びE2は、同一又は相異なり、芳香族基を表す。a及びbは、同一又は相異なり、0又は1を表す。〕
An organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and an organic layer provided between the electrodes, wherein the organic layer includes a compound having a structure represented by the formula (1) and a conjugated polymer compound.
Figure 2011254070
(1)
[Wherein Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 , Ar 4 and Ar 5 are the same or different and represent a divalent aromatic group. E 1 and E 2 are the same or different and each represents an aromatic group. a and b are the same or different and represent 0 or 1. ]
式(1)で表される構造を有する化合物が、式(2)で表される化合物である請求項1に記載の有機光電変換素子。
Figure 2011254070
(2)
〔式中、R、R及びRは、同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、フッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基又は芳香族基を表す。Ar、Ar、Ar、Ar、Ar、E、E2、a及びbは、前述と同じ意味を表す。〕
The organic photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the compound having a structure represented by the formula (1) is a compound represented by the formula (2).
Figure 2011254070
(2)
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 are the same or different and are a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group optionally substituted with a fluorine atom, an alkoxy group optionally substituted with a fluorine atom or an aromatic group. Represents a group. Ar 1 , Ar 2 , Ar 3 , Ar 4 , Ar 5 , E 1 , E 2 , a and b represent the same meaning as described above. ]
式(2)で表される化合物が、式(3)で表される化合物である請求項2に記載の有機光電変換素子。
Figure 2011254070
(3)
〔式中、Hは水素原子を表す。R、R、Ar及びEは、前述と同じ意味を表す。〕
The organic photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the compound represented by the formula (2) is a compound represented by the formula (3).
Figure 2011254070
(3)
[In formula, H represents a hydrogen atom. R 1 , R 2 , Ar 3 and E 1 represent the same meaning as described above. ]
式(2)で表される化合物が、式(4)で表される化合物である請求項2に記載の有機光電変換素子。
Figure 2011254070
(4)
〔式中、R、R及びRは、前述と同じ意味を表す。〕
The organic photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the compound represented by the formula (2) is a compound represented by the formula (4).
Figure 2011254070
(4)
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent the same meaning as described above. ]
有機層中の式(1)で表される構造を有する化合物の重量が、共役高分子化合物100重量部に対して、0.1〜10000重量部である請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。   The weight of the compound having the structure represented by the formula (1) in the organic layer is 0.1 to 10,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the conjugated polymer compound. The organic photoelectric conversion element as described in 2. 有機層中に、さらに電子受容性化合物が含まれる請求項1〜5のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5, wherein an electron-accepting compound is further contained in the organic layer. 電子受容性化合物が、フラーレン誘導体である請求項6に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 6, wherein the electron-accepting compound is a fullerene derivative. 有機層中に、さらに電子供与性化合物が含まれる請求項1〜7のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 7, further comprising an electron donating compound in the organic layer.
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