JP2012129420A - Photoelectric conversion element and solar cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element in which a short circuit current (Jsc) is increased, a high photoelectric conversion efficiency (PCE) is achieved, and generation of a leakage current is suppressed.SOLUTION: A photoelectric conversion element 100 includes at least a pair of electrodes 120, 160 and an active layer 140. In the photoelectric conversion element, there exist a diffraction peak corresponding to a lattice plane [10-1] and a diffraction peak corresponding to a lattice plane [101] in a thin film X ray diffraction spectrum of the active layer by an out-of-plane measurement. A relative intensity of the diffraction peak corresponding to the lattice plane [101] relative to the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] is 40% or more.

Description

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

有機薄膜太陽電池としては、高分子塗布系半導体層または低分子蒸着系半導体層を使用するものが知られており、近年、テトラベンゾポルフィリン等の塗布変換系半導体層を使用する有機薄膜太陽電池が提案されている(特許文献1)。高分子塗布系半導体層としては、p型半導体として可溶性の共役高分子であるポリヘキシルチオフェン(P3HT)等が、n型半導体としてPCBM等のフラーレンの溶解度を高めた誘導体が用いられることが多く、p型とn型の分子が共存しているバルクヘテロ層のみで構成されているものが大半である。低分子蒸着系半導体層としては、p型半導体としてフタロシアニン類、ペンタセン、又はオリゴチオフェンが、n型半導体としてC60が用いられることが多く、p−n接合界面にp型半導体とn型半導体とが共存するi層を導入したp−i−n積層構造で構成されているものもある。塗布変換系薄膜太陽電池は低分子蒸着系のものと同様の積層構造で構成されており、p型半導体としてテトラベンゾポルフィリン等、n型半導体としてフラーレン誘導体等が用いられている(特許文献1)。 As organic thin film solar cells, those using a polymer coated semiconductor layer or a low molecular vapor deposition semiconductor layer are known, and in recent years, organic thin film solar cells using a coating conversion semiconductor layer such as tetrabenzoporphyrin have been known. It has been proposed (Patent Document 1). As the polymer-coated semiconductor layer, polyhexylthiophene (P3HT), which is a conjugated polymer soluble as a p-type semiconductor, is often used, and a derivative with increased solubility of fullerene, such as PCBM, as an n-type semiconductor, Most of them are composed only of a bulk heterolayer in which p-type and n-type molecules coexist. The low molecular deposition based semiconductor layer, phthalocyanines as a p-type semiconductor, pentacene, or oligothiophene is often C 60 is used as the n-type semiconductor, and a p-type semiconductor and the n-type semiconductor p-n junction interface Some have a p-i-n stacked structure in which i layers coexisting with each other are introduced. The coating conversion type thin film solar cell has a laminated structure similar to that of a low molecular vapor deposition type, and tetrabenzoporphyrin or the like is used as a p-type semiconductor, and a fullerene derivative or the like is used as an n-type semiconductor (Patent Document 1). .

非特許文献1には、p型半導体としてテトラベンゾポルフィリン、n型半導体としてフラーレン誘導体が用いられた有機薄膜太陽電池において、p−n界面に特徴的なカラム/キャニオン型構造を有するi層を導入したp−i−n構造を作製することにより、5%を超える光電変換効率が得られることが記載されている。しかしながら、これらの光電変換素子は、変換効率(PCE:Power Conversion Efficiency)が依然として低く、実用化に向けて変換効率の向上検討が鋭意なされている状況である。変換効率向上のためには、開放電圧(Voc:Open−Circuit Voltage)や短絡電流(Jsc:Short−Circuit Current)を上げる必要がある。   Non-Patent Document 1 introduces an i-layer having a characteristic column / canyon structure at the pn interface in an organic thin film solar cell using tetrabenzoporphyrin as a p-type semiconductor and a fullerene derivative as an n-type semiconductor. It is described that a photoelectric conversion efficiency exceeding 5% can be obtained by producing a p-i-n structure. However, these photoelectric conversion elements still have a low conversion efficiency (PCE: Power Conversion Efficiency), and the study of improving the conversion efficiency is eagerly underway for practical use. In order to improve the conversion efficiency, it is necessary to increase an open circuit voltage (Voc: Open-Circuit Voltage) and a short circuit current (Jsc: Short-Circuit Current).

国際公開第2007/126102号International Publication No. 2007/126102

Y.Matsuo et al. J.Am.Chem.Soc.2009,131,16048−16050.Y. Matsuo et al. J. et al. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16048-16050.

本願発明者の検討によれば、p型半導体材料化合物として例えばテトラベンゾポルフィリンを用いた光電変換素子では、光電変換素子の短絡電流(Jsc)が10mA/cm未満と不十分であり、このことが光電変換効率(PCE)向上の妨げとなることが判明した。また、電極又は正孔取り出し層上にp型半導体層を形成する際に、p型半導体材料化合物の結晶形状が不均一となり、電極又は正孔取り出し層表面の被膜が十分に被膜されず、その為にリーク電流が発生する光電変換素子が散見されるということが判明した。 According to the study of the present inventor, in the photoelectric conversion element using, for example, tetrabenzoporphyrin as the p-type semiconductor material compound, the short-circuit current (Jsc) of the photoelectric conversion element is insufficient and less than 10 mA / cm 2 , Has been found to hinder the improvement of photoelectric conversion efficiency (PCE). Further, when the p-type semiconductor layer is formed on the electrode or the hole extraction layer, the crystal shape of the p-type semiconductor material compound becomes non-uniform, and the film on the surface of the electrode or the hole extraction layer is not sufficiently coated. For this reason, it has been found that there are some photoelectric conversion elements in which leakage current is generated.

本願発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、半導体材料化合物の結晶配向性および結晶形状を制御することにより、光吸収波長領域が広がり、光吸収効率が向上することから、短絡電流(Jsc)が増大し、高い光電変換効率(PCE)が得られ、かつリーク電流の発生を再現性よく抑制した光電変換素子が得られる事を見出し、本発明を達成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has controlled the crystal orientation and crystal shape of the semiconductor material compound, thereby expanding the light absorption wavelength region and improving the light absorption efficiency. (Jsc) is increased, high photoelectric conversion efficiency (PCE) is obtained, and it has been found that a photoelectric conversion element in which generation of leakage current is suppressed with good reproducibility is obtained, and the present invention has been achieved.

即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] 少なくとも一対の電極と活性層とを有する光電変換素子であって、
out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、格子面[10−1]に対応する回折ピークと格子面[101]に対応する回折ピークとが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[101]に対応する回折ピークの相対強度が40%以上であることを特徴とする光電変換素子。
[2] out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、さらに格子面[002]に対応する回折ピークが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[002]に対応する回折ピークの相対強度が30%以上であることを特徴とする、[1]に記載の光電変換素子。
[3] out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、さらに格子面[200]に対応する回折ピークが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[200]に対応する回折ピークの相対強度が50%以上であることを特徴とする、[1]又は[2]に記載の光電変換素子。
[4] out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、さらに格子面[202]に対応する回折ピークが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[202]に対応する回折ピークの相対強度が15%以上であることを特徴とする、[1]から[3]の何れかに記載の光電変換素子。
[5] out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、さらに格子面[004]に対応する回折ピークが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[004]に対応する回折ピークの相対強度が20%以上であることを特徴とする、[1]から[4]の何れかに記載の光電変換素子。
[6] 前記活性層がポルフィリン化合物を含有することを特徴とする[1]から[5]の何れかに記載の光電変換素子。
[7] 少なくとも一対の電極と活性層とを有する光電変換素子であって、
前記活性層がポルフィリン化合物を含有し、
前記活性層の紫外可視透過スペクトルにおいて、吸収極大波長が670〜700nmの範囲内にあるピークの半値幅が40nm以上であることを特徴とする光電変換素子。
[8] 前記活性層が、
半導体材料前駆体を塗布する工程と、
前記半導体材料前駆体を半導体材料化合物へと変換する工程と、
を含む方法によって形成されることを特徴とする、[1]から[7]の何れかに記載の光電変換素子。
[9] 少なくとも一対の電極と活性層とを有する光電変換素子であって、
前記活性層は、
第1の半導体材料を含む第1の層と、前記第1の半導体層に隣接しかつ前記第1の半導体材料及び第2の材料を含む第2の層と、を形成する工程と、
前記第1の層に含まれる前記第1の半導体材料と、前記第2の層に含まれる前記第1の半導体材料とを、同時に結晶化する工程と、
を含む方法によって形成されることを特徴とする、光電変換素子。
[10] 少なくとも一対の電極と活性層とを有する光電変換素子であって、
前記活性層は、
第1の半導体材料を含む第1の層と、前記第1の半導体層に隣接しかつ第2の半導体材料を含む第2の層と、を形成する工程の後に、
前記第1の層に含まれる前記第1の半導体材料を結晶化する工程、あるいは、前記第1の層に含まれる前記第1の半導体材料と前記第2の層に含まれる前記第2の半導体材料とを同時に結晶化する工程、を行うことによって形成されることを特徴とする、光電変換素子。
[11] [1]から[10]の何れかに記載の光電変換素子を備える太陽電池。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer,
In the thin-film X-ray diffraction spectrum of the active layer obtained by the out-of-plane measurement method, there are a diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] and a diffraction peak corresponding to the lattice plane [101]. The relative intensity of the diffraction peak corresponding to the lattice plane [101] with respect to the diffraction peak corresponding to 10-1] is 40% or more.
[2] In the thin-film X-ray diffraction spectrum of the active layer by the out-of-plane measurement method, there is a diffraction peak corresponding to the lattice plane [002], and the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] The photoelectric conversion element according to [1], wherein the relative intensity of the diffraction peak corresponding to the lattice plane [002] is 30% or more.
[3] In the thin-film X-ray diffraction spectrum of the active layer by the out-of-plane measurement method, there is a diffraction peak corresponding to the lattice plane [200], and the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] The photoelectric conversion element according to [1] or [2], wherein the relative intensity of the diffraction peak corresponding to the lattice plane [200] is 50% or more.
[4] In the thin-film X-ray diffraction spectrum of the active layer by the out-of-plane measurement method, there is a diffraction peak corresponding to the lattice plane [202], and the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [3], wherein the relative intensity of the diffraction peak corresponding to the lattice plane [202] is 15% or more.
[5] In the thin-film X-ray diffraction spectrum of the active layer by the out-of-plane measurement method, there is a diffraction peak corresponding to the lattice plane [004], and the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4], wherein the relative intensity of the diffraction peak corresponding to the lattice plane [004] is 20% or more.
[6] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [5], wherein the active layer contains a porphyrin compound.
[7] A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer,
The active layer contains a porphyrin compound;
In the ultraviolet visible transmission spectrum of the active layer, the half width of a peak having an absorption maximum wavelength in the range of 670 to 700 nm is 40 nm or more.
[8] The active layer is
Applying a semiconductor material precursor;
Converting the semiconductor material precursor into a semiconductor material compound;
The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [7], wherein the photoelectric conversion element is formed by a method including:
[9] A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer,
The active layer is
Forming a first layer including a first semiconductor material; and a second layer adjacent to the first semiconductor layer and including the first semiconductor material and the second material;
Simultaneously crystallizing the first semiconductor material contained in the first layer and the first semiconductor material contained in the second layer;
It is formed by the method containing this, The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
[10] A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer,
The active layer is
After the step of forming a first layer including a first semiconductor material and a second layer adjacent to the first semiconductor layer and including a second semiconductor material,
A step of crystallizing the first semiconductor material contained in the first layer, or the first semiconductor material contained in the first layer and the second semiconductor contained in the second layer. It is formed by performing the process of crystallizing material simultaneously, The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
[11] A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [10].

本発明によれば、半導体材料化合物の結晶配向性および結晶形状を制御することにより、光吸収波長領域が広がり、光吸収効率が向上することから、短絡電流(Jsc)が増大し、高い光電変換効率(PCE)が得られ、かつリーク電流の発生を抑制した光電変換素子を提供することが可能である。   According to the present invention, by controlling the crystal orientation and crystal shape of the semiconductor material compound, the light absorption wavelength region is broadened and the light absorption efficiency is improved, so that the short-circuit current (Jsc) is increased and high photoelectric conversion is achieved. It is possible to provide a photoelectric conversion element that has high efficiency (PCE) and suppresses generation of leakage current.

本発明の一実施形態に係る光電変換素子を示す図。The figure which shows the photoelectric conversion element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る光電変換素子の活性層の透過光スペクトルを示す図。The figure which shows the transmitted light spectrum of the active layer of the photoelectric conversion element which concerns on one Embodiment of this invention.

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

[1 本発明に係る光電変換素子]
本発明に係る光電変換素子は、1対の電極間に少なくとも活性層とバッファ層とを含む。以下で、本発明に係る光電変換素子の一実施例を説明する。図1に、本発明に係る一実施例である光電変換素子100を示す。図1は一般的な有機薄膜太陽電池に用いられる光電変換素子を表すが、本発明に係る光電変換素子は図1の構造に限られるわけではない。図1の光電変換素子100は、電極120,160と、電極間に配置された活性層140とを有する。さらに本実施形態に係る光電変換素子は、図1に示されるように、基板110と、バッファ層130,150とを有してもよい。図1においては、電極120は正孔の捕集に適した電極(アノード)であり、電極160は電子の捕集に適した電極(カソード)である。もちろん、本発明に係る他の実施形態において、アノード120とカソード160とが逆であってもよく、この場合バッファ層130とバッファ層150とが逆であってもよい。以下、これらの各部について説明する。
[1 Photoelectric Conversion Element According to the Present Invention]
The photoelectric conversion element according to the present invention includes at least an active layer and a buffer layer between a pair of electrodes. Hereinafter, an embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention will be described. In FIG. 1, the photoelectric conversion element 100 which is one Example which concerns on this invention is shown. FIG. 1 shows a photoelectric conversion element used in a general organic thin film solar cell, but the photoelectric conversion element according to the present invention is not limited to the structure of FIG. The photoelectric conversion element 100 in FIG. 1 includes electrodes 120 and 160 and an active layer 140 disposed between the electrodes. Furthermore, the photoelectric conversion element according to the present embodiment may include a substrate 110 and buffer layers 130 and 150 as shown in FIG. In FIG. 1, the electrode 120 is an electrode (anode) suitable for collecting holes, and the electrode 160 is an electrode (cathode) suitable for collecting electrons. Of course, in another embodiment according to the present invention, the anode 120 and the cathode 160 may be reversed, and in this case, the buffer layer 130 and the buffer layer 150 may be reversed. Hereinafter, each of these parts will be described.

[2 活性層140]
本実施例に係る光電変換素子100において、活性層140はp型半導体材料とn型半導体材料とを含む。また、活性層140は結晶性半導体材料化合物を含むことが好ましい。この結晶性半導体材料化合物は、p型半導体材料化合物とn型半導体材料化合物との少なくとも一方であり、好ましくはp型半導体材料化合物である。光電変換素子においては、光が活性層に吸収され、p型半導体とn型半導体との界面で電気が発生し、発生した電気が電極から取り出される。
[2 Active layer 140]
In the photoelectric conversion element 100 according to this example, the active layer 140 includes a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material. The active layer 140 preferably includes a crystalline semiconductor material compound. This crystalline semiconductor material compound is at least one of a p-type semiconductor material compound and an n-type semiconductor material compound, and is preferably a p-type semiconductor material compound. In the photoelectric conversion element, light is absorbed by the active layer, electricity is generated at the interface between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor, and the generated electricity is extracted from the electrode.

各電極とp型半導体材料化合物及びn型半導体材料化合物の接触面積は、大きい程好ましい。特にp型半導体と電極の接触面積が大きい場合は、リーク電流を減少できるので好ましい。p型半導体と電極との間にバッファ層を含んでいる場合は、p型半導体とバッファ層の接触面積が大きい方が好ましい。   The larger the contact area between each electrode and the p-type semiconductor material compound and n-type semiconductor material compound, the better. In particular, a large contact area between the p-type semiconductor and the electrode is preferable because the leakage current can be reduced. When the buffer layer is included between the p-type semiconductor and the electrode, it is preferable that the contact area between the p-type semiconductor and the buffer layer is large.

活性層140の層構成は任意であるが、例えば、p型半導体層とn型半導体層とが積層された薄膜積層型が好ましい。中でも、p型半導体層とn型半導体層とを有し、さらにp型半導体層とn型半導体層との間に、p型半導体材料とn型半導体材料とが混合されている混合層(i層)を有することが好ましい。混合層を有することにより、光電流を発生する部分を増やすことができる。   The layer configuration of the active layer 140 is arbitrary, but for example, a thin film stacked type in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are stacked is preferable. In particular, the mixed layer (i) includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. Layer). By having a mixed layer, the part which generate | occur | produces a photocurrent can be increased.

また、混合層中にはナノ構造を有することがさらに好ましい。例えば、混合層中に、n型半導体材料で構成される部分と、p型半導体材料で構成される部分とが存在し、それぞれの部分の平均的な大きさ(例えば長径)が1nm〜1000nmであることが好ましい。混合層中にナノ構造を有することにより、混合層で発生する電子とホールとを輸送するためのルートが供給され、光電流が増大することが期待される。このようなナノ構造を形成する方法については後述する。   Further, it is more preferable that the mixed layer has a nanostructure. For example, in the mixed layer, there are a portion composed of an n-type semiconductor material and a portion composed of a p-type semiconductor material, and the average size (for example, the major axis) of each portion is 1 nm to 1000 nm. Preferably there is. By having a nanostructure in the mixed layer, a route for transporting electrons and holes generated in the mixed layer is supplied, and the photocurrent is expected to increase. A method for forming such a nanostructure will be described later.

(薄膜X線回折)
本実施例に係る活性層140は、out−of−plane測定法による薄膜X線回折スペクトルにおける回折パターンにおいて、格子面[10−1]に対応する回折ピーク(以下ピークA)と、格子面[101]に対応する回折ピーク(以下ピークB)とを有する。さらに、ピークAに対する面間隔ピークBの相対強度が40%以上であり、好ましくは70%以上であり、より好ましくは100%以上であり、一方、通常500%以下であり、好ましくは400%以下であり、より好ましくは300%以下である。ピークAに対するピークBの相対強度が40%以上であることで、半導体材料化合物の結晶配向が一方向に強く偏ることなく分布していることが示唆され、好ましい。
(Thin film X-ray diffraction)
In the diffraction pattern in the thin film X-ray diffraction spectrum by the out-of-plane measurement method, the active layer 140 according to this example has a diffraction peak (hereinafter referred to as peak A) corresponding to the lattice plane [10-1], and a lattice plane [ 101] and a diffraction peak (hereinafter referred to as peak B). Furthermore, the relative intensity of the interplanar peak B with respect to the peak A is 40% or more, preferably 70% or more, more preferably 100% or more, on the other hand, usually 500% or less, preferably 400% or less. More preferably, it is 300% or less. It is suggested that the relative intensity of peak B with respect to peak A is 40% or more, which suggests that the crystal orientation of the semiconductor material compound is distributed without being strongly biased in one direction.

また、本実施例に係る活性層140は、out−of−plane測定法による薄膜X線回折スペクトルにおける回折パターンにおいて、格子面[002]に対応する回折ピーク(以下ピークC)、格子面[200]に対応する回折ピーク(以下ピークD)、格子面[202]に対応する回折ピーク(以下ピークE)、及び格子面[004]に対応する回折ピーク(以下ピークF)の少なくとも1つ以上を有していることが好ましい。   In addition, the active layer 140 according to this example has a diffraction peak (hereinafter referred to as peak C) corresponding to the lattice plane [002], a lattice plane [200] in a diffraction pattern in a thin film X-ray diffraction spectrum by an out-of-plane measurement method. ] At least one of a diffraction peak corresponding to the lattice plane [202], a diffraction peak corresponding to the lattice plane [202], and a diffraction peak corresponding to the lattice plane [004] (hereinafter referred to as peak F). It is preferable to have.

S.Aramaki,J.Mizuguchi Acta Cryst.2003,E59,o1556−o1558.に記載の結晶格子定数によれば、後に示す実施例1において用いられるp型半導体材料であるテトラベンゾポルフィリン(BP)の結晶について、それぞれの格子面に対応する回折ピークは以下の通りである。すなわち、面間隔d(λ/2sinθ)が10.1Åである回折ピークは、格子面[10−1]に対応する。同様に、面間隔d(λ/2sinθ)が8.5Åである回折ピークは、格子面[101]に対応する。また、面間隔d(λ/2sinθ)が7.3Åである回折ピークは、格子面[002]に対応する。また、面間隔d(λ/2sinθ)が6.0Åである回折ピークは、格子面[200]に対応する。また、面間隔d(λ/2sinθ)が4.3Åである回折ピークは、格子面[202]に対応する。さらに、また、面間隔d(λ/2sinθ)が3.7Åである回折ピークは、格子面[200]に対応する。   S. Aramaki, J. et al. Mizuguchi Acta Cryst. 2003, E59, o1556-o1558. According to the crystal lattice constant described in the above, the diffraction peaks corresponding to the respective lattice planes of the crystal of tetrabenzoporphyrin (BP), which is a p-type semiconductor material used in Example 1 described later, are as follows. That is, a diffraction peak having a surface spacing d (λ / 2 sin θ) of 10.1 Å corresponds to the lattice plane [10-1]. Similarly, a diffraction peak having a surface separation d (λ / 2 sin θ) of 8.58 corresponds to the lattice plane [101]. Further, the diffraction peak having a surface separation d (λ / 2 sin θ) of 7.3 mm corresponds to the lattice plane [002]. Further, the diffraction peak having an interplanar spacing d (λ / 2 sin θ) of 6.0 mm corresponds to the lattice plane [200]. Further, the diffraction peak having a surface spacing d (λ / 2 sin θ) of 4.3 Å corresponds to the lattice plane [202]. Furthermore, a diffraction peak having a surface separation d (λ / 2 sin θ) of 3.7Å corresponds to the lattice plane [200].

ピークAに対するピークCの相対強度が30%以上であることが好ましく、さらに好ましくは50%以上であり、より好ましくは80%以上である。一方、400%以下であることが好ましく、さらに好ましくは300%以下であり、より好ましくは200%以下である。   The relative intensity of peak C to peak A is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and more preferably 80% or more. On the other hand, it is preferably 400% or less, more preferably 300% or less, and even more preferably 200% or less.

ピークAに対するピークDの相対強度が50%以上であることが好ましく、さらに好ましくは70%以上であり、より好ましくは90%以上である。一方、400%以下であることが好ましく、さらに好ましくは300%以下であり、より好ましくは200%以下である。   The relative intensity of peak D with respect to peak A is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 90% or more. On the other hand, it is preferably 400% or less, more preferably 300% or less, and even more preferably 200% or less.

ピークAに対するピークEの相対強度が15%以上であることが好ましく、さらに好ましくは20%以上であり、より好ましくは25%以上である。一方、200%以下であることが好ましく、さらに好ましくは150%以下であり、より好ましくは100%以下である。   The relative intensity of peak E to peak A is preferably 15% or more, more preferably 20% or more, and more preferably 25% or more. On the other hand, it is preferably 200% or less, more preferably 150% or less, and even more preferably 100% or less.

ピークAに対するピークFの相対強度が15%以上であることが好ましく、さらに好ましくは20%以上であり、より好ましくは25%以上である。一方、200%以下であることが好ましく、さらに好ましくは150%以下であり、より好ましくは100%以下である。   The relative intensity of peak F to peak A is preferably 15% or more, more preferably 20% or more, and more preferably 25% or more. On the other hand, it is preferably 200% or less, more preferably 150% or less, and even more preferably 100% or less.

これらのピーク(ピークA、B、C、D、E、およびF)の強度が強いということは、サンプル(基板)面に対してb軸が平行である、半導体材料化合物の結晶が多いことを意味する。一方、これらのピーク(ピークA、B、C、D、E、およびF)が存在し、ピークAに対して上述の相対強度をそれぞれ有することは、半導体材料化合物の結晶配向が、ある一方向に強く偏ることなく均一に分布していることが示され、好ましい。このような活性層はより広範囲な波長の光を捕集し、光電変換効率が向上することが期待される。また、これらのピーク(ピークA、B、C、D、E、およびF)の強度が強いということは、半導体材料化合物の結晶形状が均一であることを示唆する。この場合、電極120,160又はバッファ層130,150が活性層140によって均一、且つむらなく十分に被膜されるため、リーク電流の発生が抑制されることが期待され、好ましい。   The high intensity of these peaks (peaks A, B, C, D, E, and F) means that there are many crystals of the semiconductor material compound whose b-axis is parallel to the sample (substrate) surface. means. On the other hand, these peaks (peaks A, B, C, D, E, and F) are present and have the above-described relative intensities with respect to peak A, indicating that the crystal orientation of the semiconductor material compound is in one direction. It is shown that it is uniformly distributed without being strongly biased. Such an active layer is expected to collect light of a wider range of wavelengths and improve photoelectric conversion efficiency. In addition, the high intensity of these peaks (peaks A, B, C, D, E, and F) suggests that the crystal shape of the semiconductor material compound is uniform. In this case, since the electrodes 120 and 160 or the buffer layers 130 and 150 are uniformly and sufficiently coated with the active layer 140, generation of leakage current is expected to be suppressed, which is preferable.

本実施例に係る活性層140は、in−plane測定法による薄膜X線回折スペクトルにおける回折パターンにおいて、少なくともピークA及びピークDを有することが好ましい。この場合、ピークAに対するピークDの相対強度が140%以上であることが好ましく、さらに好ましくは150%以上であり、より好ましくは160%以上である。一方、500%以下であることが好ましく、さらに好ましくは400%以下であり、より好ましくは300%以下である。ピークAに対するピークDの相対強度が140%以上であることで、半導体材料化合物の結晶配向が一方向に強く偏ることなく分布していることが示唆され、好ましい。   The active layer 140 according to the present embodiment preferably has at least a peak A and a peak D in a diffraction pattern in a thin film X-ray diffraction spectrum by an in-plane measurement method. In this case, the relative intensity of the peak D with respect to the peak A is preferably 140% or more, more preferably 150% or more, and more preferably 160% or more. On the other hand, it is preferably 500% or less, more preferably 400% or less, and even more preferably 300% or less. It is suggested that the relative intensity of the peak D with respect to the peak A is 140% or more, suggesting that the crystal orientation of the semiconductor material compound is distributed without being strongly biased in one direction.

また、本実施例に係る活性層140は、薄膜X線回折スペクトルにおけるin−planeにおける回折パターンにおいて、ピークBとピークCとの少なくとも一方を有していてもよい。ピークAに対するピークBの相対強度が30%以上であることが好ましく、さらに好ましくは40以上であり、より好ましくは50%以上である。一方、150%以下であることが好ましく、さらに好ましくは140%以下であり、より好ましくは130%以下である。   Further, the active layer 140 according to the present embodiment may have at least one of the peak B and the peak C in the in-plane diffraction pattern in the thin film X-ray diffraction spectrum. The relative intensity of peak B with respect to peak A is preferably 30% or more, more preferably 40 or more, and more preferably 50% or more. On the other hand, it is preferably 150% or less, more preferably 140% or less, more preferably 130% or less.

ピークAに対するピークDの相対強度が130%以上であることが好ましく、さらに好ましくは140%以上であり、より好ましくは150%以上である。一方、500%以下であることが好ましく、さらに好ましくは400%以下であり、より好ましくは300%以下である。   The relative intensity of peak D with respect to peak A is preferably 130% or more, more preferably 140% or more, and more preferably 150% or more. On the other hand, it is preferably 500% or less, more preferably 400% or less, and even more preferably 300% or less.

これらのピーク(ピークA、B、C、およびD)の強度が強いということは、サンプル(基板)面に対してb軸が平行である、半導体材料化合物の結晶が多いことを意味する。一方、これらのピーク(ピークA、B、C、およびD)が存在し、ピークAに対して上述の相対強度をそれぞれ有することは、半導体材料化合物の結晶配向が、ある一方向に強く偏ることなく分布していることが示され、好ましい。このような活性層はより広範囲な波長の光を捕集し、光電変換効率が向上することが期待される。   The high intensity of these peaks (peaks A, B, C, and D) means that there are many crystals of the semiconductor material compound whose b-axis is parallel to the sample (substrate) surface. On the other hand, when these peaks (peaks A, B, C, and D) exist and each has the above-described relative intensity with respect to peak A, the crystal orientation of the semiconductor material compound is strongly biased in one direction. It is shown that it is distributed without any problem. Such an active layer is expected to collect light of a wider range of wavelengths and improve photoelectric conversion efficiency.

out−of−planeX線回折法とin−planeX線回折法との間でピークパターンに差がある場合には、サンプル表面に対して低角度で(すなわち水平に近い方向に)配向する結晶と、高角度で(すなわち垂直に近い方向に)配向する結晶との間で、成長度合いに差があることを意味しうる。例えばout−of−plane測定法によるX線回折スペクトルにおいてピーク強度が強く、in−plane測定法によるX線回折スペクトルにおいて同ピークが弱い場合、低角度配向の結晶成長が高角度配向と比較して弱いことが示唆される。   if there is a difference in peak pattern between the out-of-plane X-ray diffraction method and the in-plane X-ray diffraction method, a crystal that is oriented at a low angle (ie, in a direction close to horizontal) with respect to the sample surface; It can mean that there is a difference in the degree of growth between crystals oriented at a high angle (ie, in a direction close to vertical). For example, when the peak intensity is strong in the X-ray diffraction spectrum by the out-of-plane measurement method and the peak is weak in the X-ray diffraction spectrum by the in-plane measurement method, the crystal growth of the low angle orientation is higher than that of the high angle orientation. Suggested to be weak.

本実施例においては、out−of−planeX線回折法におけるピークBのピークAに対する相対強度が、in−planeX線回折法におけるピークBのピークAに対する相対強度よりも強いことが好ましい。この場合、結晶成長方向であるb軸(π−πスタッキング)方向への結晶成長が悪いものと考えられる。このことは、結晶成長方向が単一ではないことを示唆する。このような相対強度の差が存在する活性層には、多彩な配向を有する結晶が存在するものと考えられる。したがって、このような活性層はより広範囲な波長の光を捕集し、光電変換効率が向上することが期待される。   In the present example, it is preferable that the relative intensity of peak B to peak A in the out-of-plane X-ray diffraction method is stronger than the relative intensity of peak B to peak A in the in-plane X-ray diffraction method. In this case, it is considered that crystal growth in the b-axis (π-π stacking) direction, which is the crystal growth direction, is poor. This suggests that the crystal growth direction is not single. It is considered that crystals having various orientations exist in the active layer where such a difference in relative strength exists. Therefore, such an active layer is expected to collect light of a wider range of wavelengths and improve the photoelectric conversion efficiency.

薄膜X線回折スペクトルについてのin−plane測定法、及びout−of−plane測定法には特に限定はなく、公知の方法に従って測定することができる。本明細書においては、例として、リガク製のX線回折装置(Rigaku ATX−G:XRD装置とも言う)を用い、下記の測定条件によって測定を行うものとする。
X線源:放射光(SPring−8 BL46XU)
X線波長:1.0Å、1.1809Å
スキャン軸:out−of−plane 2θ
in−plane 2θχ
測定モード:Continuous
読取幅:0.05°
走査速度:5deg/min(out−of−plane)
10deg/min(in−plane)
測定温度:室温
The in-plane measurement method and the out-of-plane measurement method for the thin film X-ray diffraction spectrum are not particularly limited, and can be measured according to a known method. In this specification, as an example, an X-ray diffraction apparatus (also referred to as Rigaku ATX-G: XRD apparatus) manufactured by Rigaku is used, and measurement is performed under the following measurement conditions.
X-ray source: synchrotron radiation (SPring-8 BL46XU)
X-ray wavelength: 1.0 mm, 1.1809 mm
Scan axis: out-of-plane 2θ
in-plane 2θχ
Measurement mode: Continuous
Reading width: 0.05 °
Scanning speed: 5 deg / min (out-of-plane)
10 deg / min (in-plane)
Measurement temperature: room temperature

得られたピークについて、X線波長λを2sinθで除することにより、面間隔d[Å](=λ/2sinθ)が得られる。面間隔dに対応する格子面がどの面に対応するのかは、半導体材料化合物の結晶格子定数を用いて決定することができる。   By dividing the X-ray wavelength λ by 2 sin θ for the obtained peak, the surface separation d [Å] (= λ / 2 sin θ) is obtained. Which plane corresponds to the lattice plane corresponding to the interplanar spacing d can be determined using the crystal lattice constant of the semiconductor material compound.

(光吸収)
活性層の光吸収は、吸収スペクトル又は透過光スペクトルによって測定することができる。例えば、紫外−可視領域(UV−Vis)における薄膜の吸収スペクトル、あるいは透過光スペクトルを測定すればよい。また、赤外領域における薄膜の吸収スペクトル、あるいは透過光スペクトルを測定してもよい。
(Light absorption)
The light absorption of the active layer can be measured by an absorption spectrum or a transmission light spectrum. For example, the absorption spectrum or transmitted light spectrum of the thin film in the ultraviolet-visible region (UV-Vis) may be measured. Further, the absorption spectrum or transmitted light spectrum of the thin film in the infrared region may be measured.

活性層の吸収スペクトルは、以下の条件を満たすことが好ましい。特に活性層に含まれる半導体材料化合物がポルフィリン系化合物である場合に、以下の条件を満たすことが好ましい。すなわち、活性層の吸収スペクトルにおいて、吸収極大波長(λmax)が670〜700nmの範囲内にあるピーク(以下、Q帯のピークと称する)の半値幅は、40nm以上であることが好ましく、さらに好ましくは50nm以上である。また、Q帯のピークの半値幅は、200nm以下であることが好ましく、さらに好ましくは150nm以下である。Q帯のピークの半値幅がこのような範囲にあることは、より幅広い波長の光を効率よく吸収することができ、光電変換素子がより効率よく光電変換を行うことができる点で好ましい。活性層の透過光スペクトルもまた、吸収スペクトルと同様の条件を満たすことが好ましい。   The absorption spectrum of the active layer preferably satisfies the following conditions. In particular, when the semiconductor material compound contained in the active layer is a porphyrin compound, it is preferable to satisfy the following conditions. That is, in the absorption spectrum of the active layer, the full width at half maximum of a peak having an absorption maximum wavelength (λmax) in the range of 670 to 700 nm (hereinafter referred to as Q-band peak) is preferably 40 nm or more, more preferably Is 50 nm or more. Further, the half width of the peak of the Q band is preferably 200 nm or less, and more preferably 150 nm or less. It is preferable that the half width of the peak of the Q band is in such a range because light of a wider wavelength can be efficiently absorbed and the photoelectric conversion element can perform photoelectric conversion more efficiently. The transmitted light spectrum of the active layer also preferably satisfies the same conditions as the absorption spectrum.

本明細書において、吸収スペクトル(あるいは透過光スペクトル)の半値幅とは次のように決定されるものとする。即ち、所定の波長領域において、吸収スペクトル(あるいは透過光スペクトル)のもっとも小さい(大きい)点を通るベースラインを引く。このベースラインからピークの頂点までの高さをピーク強度とし、ピーク強度の半分の強度を与える波長間の幅を半値幅とする。所定の波長領域とは、例えば、400nmと800nmの間であってもよい。   In this specification, the half width of the absorption spectrum (or transmitted light spectrum) is determined as follows. That is, a baseline that passes through the smallest (larger) point of the absorption spectrum (or transmitted light spectrum) in a predetermined wavelength region is drawn. The height from this baseline to the peak apex is defined as peak intensity, and the width between wavelengths giving half the peak intensity is defined as the half width. The predetermined wavelength region may be between 400 nm and 800 nm, for example.

[2.1 活性層140の形成方法]
本実施例に係る光電変換素子において、活性層140は、p型半導体層とn型半導体層とが積層された薄膜積層型であることが好ましい。特に活性層140は、p型半導体材料を含むp型半導体層と、混合層(p型半導体材料とn型半導体材料とを含む層)と、n型半導体材料を含むn型半導体層とが積層された構造(以下、p−i−n構造と呼ぶ)を有することが好ましい。p型半導体材料及びn型半導体材料の例については後述する。
[2.1 Formation Method of Active Layer 140]
In the photoelectric conversion element according to this example, the active layer 140 is preferably a thin film stacked type in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are stacked. In particular, the active layer 140 includes a p-type semiconductor layer containing a p-type semiconductor material, a mixed layer (a layer containing a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material), and an n-type semiconductor layer containing an n-type semiconductor material. It is preferable to have a structure (hereinafter referred to as a pin structure). Examples of the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material will be described later.

活性層140を形成する際には、1つの層に含まれる半導体材料化合物と、他の層に含まれる半導体材料化合物とを、同時に結晶化させることが好ましい。例えば、p−i−n構造の活性層140を形成する際には、半導体層に含まれる半導体材料化合物と、混合層に含まれる半導体材料化合物とを、同時に結晶化させることが好ましい。また、p型半導体層とn型半導体層とが接合している構造(以下、pn構造と呼ぶ)の活性層140を形成する際には、p型半導体層に含まれるp型半導体材料化合物と、n型半導体層に含まれるn型半導体材料化合物とを、同時に結晶化させても構わない。また、p型半導体層とn型半導体層とが接合している構造(以下、pn構造と呼ぶ)の活性層140を形成する際には、p型半導体層に含まれるp型半導体材料化合物を、n型半導体層を形成してから、結晶化させても構わない。   When forming the active layer 140, it is preferable to crystallize the semiconductor material compound contained in one layer and the semiconductor material compound contained in another layer at the same time. For example, when forming the active layer 140 having a pin structure, it is preferable to simultaneously crystallize the semiconductor material compound contained in the semiconductor layer and the semiconductor material compound contained in the mixed layer. When forming the active layer 140 having a structure in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are joined (hereinafter referred to as a pn structure), a p-type semiconductor material compound contained in the p-type semiconductor layer The n-type semiconductor material compound contained in the n-type semiconductor layer may be crystallized at the same time. In forming the active layer 140 having a structure in which the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are joined (hereinafter referred to as a pn structure), the p-type semiconductor material compound contained in the p-type semiconductor layer is added. The n-type semiconductor layer may be formed and then crystallized.

以下では例として、p型半導体層に含まれるp型半導体材料化合物と、混合層に含まれるp型半導体材料化合物とを、同時に結晶化させる場合について説明する。しかしながら、n型半導体層に含まれるn型半導体材料化合物と、混合層に含まれるn型半導体材料化合物とを、同時に結晶化させる場合についても同様であり、本発明の範囲に含まれる。また、p型半導体層に含まれるp型半導体材料化合物と、n型半導体層に含まれるn型半導体材料化合物とを、同時に結晶化させる場合についても同様であり、本発明の範囲に含まれる。   Hereinafter, as an example, a case where the p-type semiconductor material compound contained in the p-type semiconductor layer and the p-type semiconductor material compound contained in the mixed layer are crystallized simultaneously will be described. However, the same applies to the case where the n-type semiconductor material compound contained in the n-type semiconductor layer and the n-type semiconductor material compound contained in the mixed layer are crystallized at the same time, and are included in the scope of the present invention. The same applies to the case where the p-type semiconductor material compound contained in the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor material compound contained in the n-type semiconductor layer are crystallized at the same time, and are included in the scope of the present invention.

p型半導体層に含まれるp型半導体材料化合物を結晶化させた後に、混合層を積層し、混合層に含まれるp型半導体材料化合物を結晶化させる場合、p型半導体層中の結晶の影響により、混合層中に形成されるp型半導体材料化合物の結晶配向が揃ってしまう(エピタキシャル成長)可能性がある。一方でp型半導体層に含まれるp型半導体材料化合物と、混合層に含まれるp型半導体材料化合物とを、同時に結晶化させる場合、混合層中には多彩な配向を有するp型半導体材料化合物の結晶が生じることが期待される。したがって、このように形成された活性層はより広範囲な波長の光を捕集し、光電変換効率が向上することが期待される。すなわち、活性層の吸収スペクトルにおいて、Q帯のピークの半値幅がより大きくなることが期待される。   When the p-type semiconductor material compound contained in the p-type semiconductor layer is crystallized, then the mixed layer is stacked, and when the p-type semiconductor material compound contained in the mixed layer is crystallized, the influence of crystals in the p-type semiconductor layer As a result, the crystal orientation of the p-type semiconductor material compound formed in the mixed layer may be aligned (epitaxial growth). On the other hand, when the p-type semiconductor material compound contained in the p-type semiconductor layer and the p-type semiconductor material compound contained in the mixed layer are crystallized simultaneously, the p-type semiconductor material compound having various orientations in the mixed layer Is expected to occur. Therefore, the active layer formed in this manner is expected to collect light of a wider range of wavelengths and improve the photoelectric conversion efficiency. That is, in the absorption spectrum of the active layer, it is expected that the half width of the peak of the Q band becomes larger.

また、半導体材料化合物の結晶配向がある一方向に強く偏らないことにより、薄膜X線回折スペクトルにおいて、ピーク強度が上述の基準を満たすことが期待される。さらに、このように形成された混合層中には、多彩な結晶配向を有し、かつ均一な結晶形状の半導体材料化合物が含まれることが期待される。この場合、電極120,160又はバッファ層130,150が活性層140によって十分に被膜され、リーク電流の発生が抑制されることが期待される。   Further, since the crystal orientation of the semiconductor material compound is not strongly biased in one direction, it is expected that the peak intensity satisfies the above-mentioned standard in the thin film X-ray diffraction spectrum. Furthermore, it is expected that the mixed layer formed in this manner contains a semiconductor material compound having various crystal orientations and a uniform crystal shape. In this case, it is expected that the electrodes 120 and 160 or the buffer layers 130 and 150 are sufficiently covered with the active layer 140 and the generation of leakage current is suppressed.

以下では、p型半導体層を積層した後に混合層を積層する場合について説明する。しかしながら、混合層を積層した後にp型半導体層を積層する場合についても同様であり、本発明の範囲に含まれる。本実施例においては、p型半導体層を積層した後には、p型半導体層に含まれるp型半導体材料化合物が結晶化しないようにする。例えば、p型半導体層を積層した後に、加熱を行わないか、又は加熱を短時間とすることにより、化合物の結晶化を進めないようにすることができる。加熱を行う場合、温度は150℃〜250℃の範囲にあることが好ましく、170℃〜200℃の範囲にあることがさらに好ましい。また、加熱時間は5分以下であることが好ましく、さらに好ましくは3分以下、特に好ましくは1分以下である。この範囲で加熱を行うことにより、化合物の結晶化を抑えることができ、光電変換効率が向上することが期待される。   Below, the case where a mixed layer is laminated | stacked after laminating | stacking a p-type semiconductor layer is demonstrated. However, the same applies to the case where the p-type semiconductor layer is stacked after stacking the mixed layers, and is included in the scope of the present invention. In this embodiment, after the p-type semiconductor layer is stacked, the p-type semiconductor material compound contained in the p-type semiconductor layer is prevented from crystallizing. For example, the crystallization of the compound can be prevented from proceeding by not heating after the p-type semiconductor layer is stacked or by heating for a short time. When heating is performed, the temperature is preferably in the range of 150 ° C to 250 ° C, and more preferably in the range of 170 ° C to 200 ° C. The heating time is preferably 5 minutes or less, more preferably 3 minutes or less, and particularly preferably 1 minute or less. By heating within this range, crystallization of the compound can be suppressed, and photoelectric conversion efficiency is expected to improve.

p型半導体層においてp型半導体材料化合物が結晶化しているか否かは、例えば、薄膜X線回折スペクトル測定又は吸収スペクトル測定によって判定することができる。例えば、薄膜X線回折スペクトル(特にout−of−planeX線回折法により得られるスペクトル)において、ピークがシャープではない場合に、結晶化が進行していないと判断することができる。例えば、横軸をsinθ/λに、縦軸を強度としたスペクトルにおいて、最大の強度を有するピークの半値幅が1.0E+8[m−1]よりも大きい場合に、ピークはシャープではないと判定してもよい。また、特に半導体材料化合物が後述するベンゾポルフィリン(BP)を含むポルフィリン系化合物である場合、吸収スペクトルの強度が0〜1となるように規格化した時に、上述のQ帯のピーク強度が0.3未満である場合に、p型半導体材料化合物は結晶化していないと判定してもよい。 Whether or not the p-type semiconductor material compound is crystallized in the p-type semiconductor layer can be determined, for example, by thin film X-ray diffraction spectrum measurement or absorption spectrum measurement. For example, in a thin film X-ray diffraction spectrum (particularly a spectrum obtained by an out-of-plane X-ray diffraction method), it can be determined that crystallization has not progressed when the peak is not sharp. For example, in a spectrum in which the horizontal axis is sin θ / λ and the vertical axis is intensity, the peak is determined not to be sharp when the half width of the peak having the maximum intensity is larger than 1.0E + 8 [m −1 ]. May be. In particular, when the semiconductor material compound is a porphyrin-based compound containing benzoporphyrin (BP), which will be described later, the peak intensity of the above-mentioned Q band is 0. When it is less than 3, it may be determined that the p-type semiconductor material compound is not crystallized.

そして、混合層を積層した後に、十分な加熱を行うことにより、p型半導体材料化合物の結晶化を進めることが好ましい。例えば、加熱を行うことによって、p型半導体材料化合物の結晶化を進めることができる。加熱を行う場合、温度は150℃〜250℃の範囲にあることが好ましく、170℃〜200℃の範囲にあることがさらに好ましい。また、加熱時間は5分以上であることが好ましく、さらに好ましくは10分以上、特に好ましくは15分以上である。また、加熱時間は180分以下であることが好ましく、さらに好ましくは120分以下、特に好ましくは90分以下である。この範囲で加熱を行うことにより、活性層の劣化を防ぎながら、十分な結晶化を行うことができるため、光電変換素子の変換効率が向上することが期待される。   And after laminating | stacking a mixed layer, it is preferable to advance crystallization of a p-type semiconductor material compound by performing sufficient heating. For example, crystallization of the p-type semiconductor material compound can be promoted by heating. When heating is performed, the temperature is preferably in the range of 150 ° C to 250 ° C, and more preferably in the range of 170 ° C to 200 ° C. The heating time is preferably 5 minutes or more, more preferably 10 minutes or more, and particularly preferably 15 minutes or more. The heating time is preferably 180 minutes or less, more preferably 120 minutes or less, and particularly preferably 90 minutes or less. By heating within this range, sufficient crystallization can be performed while preventing deterioration of the active layer, so that the conversion efficiency of the photoelectric conversion element is expected to be improved.

p型半導体材料化合物が十分に結晶化しているか否かは、例えば、薄膜X線回折スペクトル測定又は吸収スペクトル測定によって判定することができる。すなわち、薄膜X線回折スペクトル又は吸収スペクトルが変化しなくなるまで、例えば加熱を行うことにより、結晶化を進めればよい。上述のように、薄膜X線回折スペクトルのピークがシャープであるか否か、又はQ帯のピーク強度に従って、p型半導体材料化合物が十分に結晶化しているか否かを判定してもよい。   Whether or not the p-type semiconductor material compound is sufficiently crystallized can be determined, for example, by thin film X-ray diffraction spectrum measurement or absorption spectrum measurement. That is, crystallization may be promoted, for example, by heating until the thin film X-ray diffraction spectrum or the absorption spectrum does not change. As described above, it may be determined whether the peak of the thin film X-ray diffraction spectrum is sharp, or whether the p-type semiconductor material compound is sufficiently crystallized according to the peak intensity of the Q band.

本実施例においては混合層上にさらにn型半導体層を積層することにより、活性層140を完成させる。この場合、上述のp型半導体材料化合物の結晶化は、n型半導体層の積層前に行ってもよいし、n型半導体層の積層後に行ってもよい。このようにして得られた活性層140は、薄膜X線回折スペクトルが、上述したような条件を満たすことが好ましい。   In this embodiment, the active layer 140 is completed by further stacking an n-type semiconductor layer on the mixed layer. In this case, the p-type semiconductor material compound may be crystallized before the n-type semiconductor layer is stacked or after the n-type semiconductor layer is stacked. The active layer 140 thus obtained preferably has a thin film X-ray diffraction spectrum that satisfies the above-described conditions.

p型半導体層、n型半導体層、及び混合層の成膜方法としては、様々な方法を用いることができる。例えば、蒸着法を用いて成膜してもよいし、ダイコート法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、スプレーコート法、インクジェット法などのような塗布法を用いて成膜してもよい。塗布法を用いる場合、溶媒としては、例えば有機溶媒を用いることができ、環境負荷の面からは非ハロゲン系溶媒を用いることが特に好ましい。例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼンなどを用いることができる。   Various methods can be used for forming the p-type semiconductor layer, the n-type semiconductor layer, and the mixed layer. For example, the film may be formed using a vapor deposition method, or may be formed using a coating method such as a die coating method, a spin coating method, a dip coating method, a roll coating method, a spray coating method, or an ink jet method. Good. In the case of using the coating method, for example, an organic solvent can be used as the solvent, and it is particularly preferable to use a non-halogen solvent from the viewpoint of environmental load. For example, toluene, xylene, cyclohexylbenzene, or the like can be used.

さらには、半導体材料前駆体を用いることも可能である。半導体材料前駆体については、後に詳しく説明する。例えば、半導体材料前駆体の溶液を調製し、調製した溶液を塗布した後に、半導体材料前駆体を半導体材料化合物へと変換することにより、半導体材料化合物を含む半導体層を形成することができる。変換によって得られる半導体材料化合物は、p型半導体材料化合物であっても、n型半導体材料化合物であってもよい。   Furthermore, a semiconductor material precursor can be used. The semiconductor material precursor will be described in detail later. For example, a semiconductor layer containing a semiconductor material compound can be formed by preparing a solution of a semiconductor material precursor, applying the prepared solution, and then converting the semiconductor material precursor into a semiconductor material compound. The semiconductor material compound obtained by the conversion may be a p-type semiconductor material compound or an n-type semiconductor material compound.

p型半導体層に含まれるp型半導体材料化合物と、混合層に含まれるp型半導体材料化合物とを、同時に結晶化させる場合について、上で説明した。この場合にも、半導体材料前駆体を用いて、p型半導体層及び混合層を成膜することができる。しかしながら、半導体材料前駆体を加熱することによりp型半導体材料化合物を含むp型半導体層を成膜する場合、所定時間以上の加熱を行うと、p型半導体材料化合物が結晶化してしまう可能性がある。   The case where the p-type semiconductor material compound contained in the p-type semiconductor layer and the p-type semiconductor material compound contained in the mixed layer are simultaneously crystallized has been described above. Also in this case, the p-type semiconductor layer and the mixed layer can be formed using the semiconductor material precursor. However, when a p-type semiconductor layer containing a p-type semiconductor material compound is formed by heating the semiconductor material precursor, the p-type semiconductor material compound may be crystallized if heated for a predetermined time or longer. is there.

すなわちこの場合、半導体材料前駆体を半導体材料化合物へと変換する際の温度は、150℃以上250度であることが好ましく、170℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。また、加熱時間は5秒以上5分以下であることが好ましく、10秒以上2分以下であることがさらに好ましく、20秒以上1分以下であることが特に好ましい。この範囲に温度及び加熱時間を設定することにより、p型半導体材料化合物の結晶化を抑えながら、半導体材料前駆体から半導体材料化合物への変換を十分に行うことができる。   That is, in this case, the temperature at which the semiconductor material precursor is converted into the semiconductor material compound is preferably 150 ° C. or higher and 250 ° C., more preferably 170 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. The heating time is preferably 5 seconds or more and 5 minutes or less, more preferably 10 seconds or more and 2 minutes or less, and particularly preferably 20 seconds or more and 1 minute or less. By setting the temperature and heating time within this range, it is possible to sufficiently convert the semiconductor material precursor to the semiconductor material compound while suppressing crystallization of the p-type semiconductor material compound.

また、前述のように、活性層はナノ構造を有することが好ましい。このようなナノ構造は、例えば、n型半導体材料化合物とp型半導体材料化合物とを同時に蒸着することによって得られうる。また、例えば、n型半導体材料化合物とp型半導体材料化合物とを含む溶液を塗布することにより、このようなナノ構造を有する混合層を形成することができる。   As described above, the active layer preferably has a nanostructure. Such a nanostructure can be obtained, for example, by simultaneously depositing an n-type semiconductor material compound and a p-type semiconductor material compound. Further, for example, by applying a solution containing an n-type semiconductor material compound and a p-type semiconductor material compound, a mixed layer having such a nanostructure can be formed.

ナノ構造を形成するための別の方法として、p型半導体材料化合物とダミー化合物とを含む層を形成した後に、ダミー化合物をn型半導体材料化合物で置換してもよい。例えば、p型半導体材料化合物とダミー化合物とを含む層の上に、n型半導体材料化合物を含む溶液を塗布することにより、ダミー化合物をn型半導体材料化合物で置換することができる。また、溶媒を塗布することによってダミー化合物を除去してから、n型半導体材料化合物を含む溶液を塗布することにより、ダミー化合物をn型半導体材料化合物で置換してもよい。   As another method for forming the nanostructure, the dummy compound may be replaced with an n-type semiconductor material compound after forming a layer containing a p-type semiconductor material compound and a dummy compound. For example, the dummy compound can be replaced with the n-type semiconductor material compound by applying a solution containing the n-type semiconductor material compound on the layer containing the p-type semiconductor material compound and the dummy compound. Alternatively, the dummy compound may be removed by applying a solvent, and then the dummy compound may be replaced with the n-type semiconductor material compound by applying a solution containing the n-type semiconductor material compound.

反対に、n型半導体材料化合物とダミー化合物とを含む層を形成した後に、ダミー化合物をp型半導体材料化合物で置換してもよい。このように、ダミー化合物を用いて混合層のナノ構造を制御する場合、半導体材料化合物を選択する際に混合層のナノ構造を考慮しなくてもよい。このため、光電流の増大と開放端電圧の向上とをそれぞれ独立に達成することができる。   On the contrary, the dummy compound may be replaced with the p-type semiconductor material compound after the layer including the n-type semiconductor material compound and the dummy compound is formed. Thus, when controlling the nanostructure of a mixed layer using a dummy compound, it is not necessary to consider the nanostructure of a mixed layer when selecting a semiconductor material compound. For this reason, an increase in the photocurrent and an improvement in the open-circuit voltage can be achieved independently.

ダミー化合物としては例えば、アダマンタン、p−ターフェニル、カリックス[4]アレンテトラ−n−プロピルエーテル、フタロシアニン誘導体、フラーレン誘導体、などを用いることができる。   As the dummy compound, for example, adamantane, p-terphenyl, calix [4] arenetetra-n-propyl ether, phthalocyanine derivative, fullerene derivative, or the like can be used.

具体的には、以下のようにして活性層140を形成することができる。まず、p型半導体層を、電極120上またはバッファ層130上に形成する。ここでは、p型半導体材料前駆体を塗布し、加熱することにより、p型半導体材料前駆体をp型半導体材料化合物に変換する。通常p型半導体材料化合物はをp型半導体材料前駆体よりも溶解性が低いため、変換によって、次の溶液を塗布した際にp型半導体層から化合物が溶け出すことを防ぐことができる。この際、上述のように、p型半導体材料化合物の結晶化が進行しないように変換を行う。p型半導体層の膜厚に制限はないが、均一な膜を得る観点からは10nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがさらに好ましい。また、内部抵抗を小さくする観点からは1000nm以下が好ましく、200nm以下がさらに好ましい。   Specifically, the active layer 140 can be formed as follows. First, a p-type semiconductor layer is formed on the electrode 120 or the buffer layer 130. Here, the p-type semiconductor material precursor is applied and heated to convert the p-type semiconductor material precursor into a p-type semiconductor material compound. Since the p-type semiconductor material compound is usually less soluble than the p-type semiconductor material precursor, the compound can be prevented from dissolving out of the p-type semiconductor layer when the next solution is applied by conversion. At this time, as described above, the conversion is performed so that the crystallization of the p-type semiconductor material compound does not proceed. Although there is no restriction | limiting in the film thickness of a p-type semiconductor layer, From a viewpoint of obtaining a uniform film | membrane, it is preferable that it is 10 nm or more, and it is more preferable that it is 20 nm or more. Further, from the viewpoint of reducing the internal resistance, it is preferably 1000 nm or less, and more preferably 200 nm or less.

次に、p型半導体材料化合物とダミー化合物とを含む層(混合層)を形成する。具体的には、p型半導体材料前駆体とダミー化合物とを含む溶液を調製し、p型半導体層上に塗布する。そして、上述のように加熱を行うことにより、混合層中のp型半導体材料前駆体をp型半導体材料化合物に変換するとともに、p型半導体層中のp型半導体材料化合物と混合層中のp型半導体材料化合物とを同時に結晶化させる。混合層の膜厚に制限はないが、均一な膜を得る観点からは10nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがさらに好ましい。また、内部抵抗を小さくする観点からは1000nm以下が好ましく、200nm以下がさらに好ましい。   Next, a layer (mixed layer) including the p-type semiconductor material compound and the dummy compound is formed. Specifically, a solution containing a p-type semiconductor material precursor and a dummy compound is prepared and applied onto the p-type semiconductor layer. Then, by heating as described above, the p-type semiconductor material precursor in the mixed layer is converted into a p-type semiconductor material compound, and the p-type semiconductor material compound in the p-type semiconductor layer and p in the mixed layer are converted. And simultaneously crystallizing the type semiconductor material compound. Although there is no restriction | limiting in the film thickness of a mixed layer, From a viewpoint of obtaining a uniform film | membrane, it is preferable that it is 10 nm or more, and it is further more preferable that it is 20 nm or more. Further, from the viewpoint of reducing the internal resistance, it is preferably 1000 nm or less, and more preferably 200 nm or less.

さらに、混合層上にn型半導体材料化合物を含む溶液を塗布することにより、混合層中のダミー化合物をn型半導体材料化合物で置換するとともに、混合層上にn型半導体層を成膜する。n型半導体材料化合物を含む溶液としては、混合層中のダミー化合物を溶解することが可能であり、かつ混合層中のp型半導体材料化合物を出来る限り溶解しないものが用いられる。具体的には、n型半導体材料化合物を含む溶液に対するダミー化合物の溶解度が0.1重量%以上であり、p型半導体材料化合物の溶解度が0.1重量%未満であることが好ましい。n型半導体層の膜厚に制限はないが、均一な膜を得る観点からは10nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがさらに好ましい。また、内部抵抗を小さくする観点からは1000nm以下が好ましく、200nm以下がさらに好ましい。このようにして、活性層140は形成されうる。   Furthermore, by applying a solution containing an n-type semiconductor material compound on the mixed layer, the dummy compound in the mixed layer is replaced with the n-type semiconductor material compound, and an n-type semiconductor layer is formed on the mixed layer. As the solution containing the n-type semiconductor material compound, a solution capable of dissolving the dummy compound in the mixed layer and not dissolving the p-type semiconductor material compound in the mixed layer as much as possible is used. Specifically, the solubility of the dummy compound in the solution containing the n-type semiconductor material compound is preferably 0.1% by weight or more, and the solubility of the p-type semiconductor material compound is preferably less than 0.1% by weight. Although there is no restriction | limiting in the film thickness of an n-type semiconductor layer, From a viewpoint of obtaining a uniform film | membrane, it is preferable that it is 10 nm or more, and it is more preferable that it is 20 nm or more. Further, from the viewpoint of reducing the internal resistance, it is preferably 1000 nm or less, and more preferably 200 nm or less. In this way, the active layer 140 can be formed.

[2.1 p型半導体材料]
本実施例に係るp型半導体材料は、好ましくは、低分子有機半導体材料化合物である。該低分子有機化合物の分子量は、上限、下限ともに特に制限されないが、通常5000以下、好ましくは2000以下であり、一方、通常100以上、好ましくは200以上である。
[2.1 p-type semiconductor materials]
The p-type semiconductor material according to this example is preferably a low molecular organic semiconductor material compound. The molecular weight of the low molecular weight organic compound is not particularly limited both at the upper limit and the lower limit, but is usually 5000 or less, preferably 2000 or less, and is usually 100 or more, preferably 200 or more.

また、低分子有機半導体材料化合物は結晶性を有することが好ましい。理由としては、結晶性を有するp型半導体材料化合物は分子間相互作用が強く、活性層においてp型半導体とn型半導体の混合物層界面で生成した正孔(ホール)を効率よく正極へ輸送できることが期待されるためである。   The low molecular organic semiconductor material compound preferably has crystallinity. The reason is that the p-type semiconductor material compound having crystallinity has a strong intermolecular interaction, and holes generated at the interface between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor in the active layer can be efficiently transported to the positive electrode. This is because it is expected.

本発明における結晶性とは、分子間相互作用等によって配向の揃った3次元周期配列をとる性質のことを指す。結晶性の測定方法としては、X線回折法(XRD)、あるいは電界効果移動度測定等が挙げられる。特に電界効果移動度測定において、正孔移動度が1.0×10−5cm/(Vs)以上である結晶性化合物が好ましく、1.0×10−4cm/(Vs)以上である結晶性化合物がさらに好ましい。 The crystallinity in the present invention refers to the property of taking a three-dimensional periodic array with uniform orientation due to intermolecular interaction or the like. Examples of the crystallinity measuring method include X-ray diffraction (XRD), field effect mobility measurement, and the like. In particular, in the field effect mobility measurement, a crystalline compound having a hole mobility of 1.0 × 10 −5 cm 2 / (Vs) or more is preferable, and 1.0 × 10 −4 cm 2 / (Vs) or more is preferable. Certain crystalline compounds are more preferred.

本実施例に係る低分子有機半導体材料化合物は、以上の性質を有することが好ましいが、特段の制限はない。本実施例に係る低分子有機半導体材料化合物の例として具体的には、ナフタセン、ペンタセン、ピレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環、及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも1つを合計4個以上連結したもの;フタロシアニン化合物及びその金属錯体並びにテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体等の大環状化合物などが挙げられる。好ましくは、フタロシアニン化合物及びその金属錯体、もしくはテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体である。   The low molecular weight organic semiconductor material compound according to this example preferably has the above properties, but there is no particular limitation. Specific examples of the low molecular weight organic semiconductor material compound according to this example include condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene, and pyrene; oligothiophenes containing four or more thiophene rings such as α-sexithiophene; A combination of at least one of at least one of thiophene ring, benzene ring, fluorene ring, naphthalene ring, anthracene ring, thiazole ring, thiadiazole ring, and benzothiazole ring; phthalocyanine compound and metal complex thereof, tetrabenzoporphyrin, etc. And a macrocyclic compound such as a metal complex thereof. A phthalocyanine compound and a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin and a metal complex thereof are preferable.

p型半導体材料として用いられるポルフィリン化合物及びその金属錯体(下図においてQがCH)、フタロシアニン化合物及びその金属錯体(下図においてQがN)としては、例えば、以下のような構造の化合物が挙げられる。   Examples of the porphyrin compound and its metal complex (Q is CH in the lower figure), the phthalocyanine compound and its metal complex (Q is N in the lower figure) used as the p-type semiconductor material include compounds having the following structures.

Figure 2012129420
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ここで、Mは金属あるいは2個の水素原子を表し、金属としては、Cu、Zn、Pb、Mg、Co、Ni等の2価の金属のほか、軸配位子を有する3価以上の金属、例えば、TiO、VO、SnCl、AlCl、InCl、さらには、Si等も挙げられる。 Here, M represents a metal or two hydrogen atoms. As the metal, in addition to a divalent metal such as Cu, Zn, Pb, Mg, Co, Ni, a trivalent or higher metal having an axial ligand. Examples thereof include TiO, VO, SnCl 2 , AlCl, InCl, and Si.

〜Yはそれぞれ独立に、水素原子ねもしくは炭素数1〜24のアルキル基でありうる。炭素数1から24のアルキル基とは、炭素数が1〜24の飽和もしくは不飽和の鎖状炭化水素基、又は、炭素数が1〜24の飽和もしくは不飽和の環式炭化水素である。その中でも好ましくは炭素数1〜12の飽和もしくは不飽和の鎖状炭化水素基、又は、炭素数が1〜12の飽和もしくは不飽和の環式炭化水素である。 Y 1 to Y 4 may each independently be a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 24 carbon atoms is a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms, or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms. Among them, a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms is preferable.

フタロシアニン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、29H,31H−フタロシアニン、銅フタロシアニン錯体、亜鉛フタロシアニン錯体、チタンフタロシアニンオキシド錯体、マグネシウムフタロシアニン錯体、鉛フタロシアニン錯体、銅4,4’,4’’,4’’’−テトラアザ−29H,31H−フタロシアニン錯体であり、より好ましくは、29H,31H−フタロシアニン、銅フタロシアニン錯体である。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。   Among the phthalocyanine compounds and metal complexes thereof, 29H, 31H-phthalocyanine, copper phthalocyanine complex, zinc phthalocyanine complex, titanium phthalocyanine oxide complex, magnesium phthalocyanine complex, lead phthalocyanine complex, copper 4,4 ′, 4 ″, 4 '' '-Tetraaza-29H, 31H-phthalocyanine complex, more preferably 29H, 31H-phthalocyanine, copper phthalocyanine complex. In addition, the above kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds may be used.

ポルフィリン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンコバルト(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン銅(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン亜鉛(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンニッケル(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンバナジウム(IV)オキシド、5,10,15,20−テトラ(4−ピリジル)−21H,23H−ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンコバルト(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン銅(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン亜鉛(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンニッケル(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンバナジウム(IV)オキシドであり、より好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンである。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。   Among the porphyrin compounds and metal complexes thereof, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine cobalt (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine copper (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine zinc (II), 5,10,15,20- Tetraphenyl-21H, 23H-porphine nickel (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine vanadium (IV) oxide, 5,10,15,20-tetra (4-pyridyl)- 21H, 23H-porphine, 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine, 2 H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine cobalt (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine copper (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine zinc (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine nickel (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine vanadium (IV) oxide And more preferably 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine, 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine. In addition, the above kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds may be used.

なお、本実施例に係るp型半導体材料は、一種の化合物で構成されても、複数種の化合物の混合物であってもよい。   Note that the p-type semiconductor material according to the present embodiment may be composed of one kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds.

(熱安定性)
本実施例に係るp型半導体材料のガラス転移温度としては、特に限定はないが、250℃以上が好ましく、さらに好ましくは280℃以上である。上限は特に限定はなく、通常350℃以下、好ましくは400℃以下であるが、ガラス転移温度が観測されなくてもよい。ガラス転移温度が低いと、製膜過程における温度範囲で化合物がアモルファス状態と結晶状態に変化することにより、p型半導体としての機能安定性が損なわれるため、光電変換素子効率が低下しうる。
(Thermal stability)
Although there is no limitation in particular as glass transition temperature of the p-type semiconductor material which concerns on a present Example, 250 degreeC or more is preferable, More preferably, it is 280 degreeC or more. The upper limit is not particularly limited and is usually 350 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower, but the glass transition temperature may not be observed. When the glass transition temperature is low, the compound changes in an amorphous state and a crystalline state in a temperature range in the film forming process, thereby impairing functional stability as a p-type semiconductor, so that the photoelectric conversion element efficiency can be lowered.

本明細書におけるガラス転移温度とは、有機化合物のアモルファス状態の固体が、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、比熱が変化する点として定義される。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のが一般的である。但し、高温で分子が分解したり、昇華したりして、それらの相転移が見られないこともある。ガラス転移温度は公知の方法で測定すれば良く、たとえばDSC法が挙げられる。   The glass transition temperature in the present specification is defined as a point at which the specific heat of an organic compound in an amorphous state is changed to a temperature at which local molecular motion is started by thermal energy. When the temperature further increases, 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, the molecules may be decomposed or sublimated at a high temperature, and their phase transition may not be observed. What is necessary is just to measure a glass transition temperature by a well-known method, for example, DSC method is mentioned.

DSC法とは、JIS K−0129“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法(示差走査熱量測定法)である。有機材料の非晶質固体状態がガラス転移温度は、ガラス状態から分子運動が開始する温度であり、比熱の変化する温度としてDSCで測定できる。ガラス転移温度をより明確に決める為に、一度ガラス点移転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。   The DSC method is a thermophysical property measurement method (differential scanning calorimetry method) defined in JIS K-0129 “General Rules for Thermal Analysis”. The glass transition temperature of the amorphous solid state of the organic material is a temperature at which molecular motion starts from the glass state, and can be measured by DSC as the temperature at which the specific heat changes. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is desirable to measure after quenching a sample once heated to a temperature higher than the glass point transfer.

p型半導体材料として用いられる化合物の最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギー準位は、特段制限はないが、例えば光電子収量分光法(PYS)により算出される真空準位に対する値(イオン化ポテンシャル)が、通常−6.0eV以上、好ましくは−5.5eV以上である。p型半導体材料として用いられる化合物の最高空分子軌道(LUMO)のエネルギー準位は、特段制限はないが、例えばサイクリックボルタモグラムにより算出される真空準位に対する値(電子親和力)が、通常−4.0eV以上、好ましくは−3.5eV以上である。   The energy level of the highest occupied molecular orbital (HOMO) of a compound used as a p-type semiconductor material is not particularly limited, but is a value with respect to a vacuum level calculated by, for example, photoelectron yield spectroscopy (PYS) (ionization potential) Is usually -6.0 eV or more, preferably -5.5 eV or more. The energy level of the highest unoccupied molecular orbital (LUMO) of a compound used as a p-type semiconductor material is not particularly limited. For example, a value (electron affinity) with respect to a vacuum level calculated by a cyclic voltammogram is usually −4. 0.0 eV or more, preferably -3.5 eV or more.

電子供与体層(p型半導体層)から効率良く電子受容体層(n型半導体層)へと電子を移動させるためには、p型半導体材料として用いられる化合物と、n型半導体材料として用いられる化合物との、最低空分子軌道(LUMO)の相対関係が重要である。具体的には、p型半導体材料化合物のLUMOが、n型半導体材料化合物のLUMOより所定のエネルギーだけ上にあること、言い換えると、電子受容体の電子親和力が電子供与体の電子親和力より所定のエネルギーだけ大きいことが好ましい。電子受容体のLUMOが高すぎると、電子の移動が起こりにくくなるため、短絡電流(Jsc)が低くなる傾向がある。開放電圧(Voc)はp型半導体材料化合物の最高被占軌道(HOMO)とn型半導体材料化合物の最低空分子軌道(LUMO)との差で決定されるため、電子供与体のHOMOが高すぎると、Vocが低くなる傾向がある。   In order to efficiently transfer electrons from the electron donor layer (p-type semiconductor layer) to the electron acceptor layer (n-type semiconductor layer), a compound used as a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are used. The relative relationship of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) with the compound is important. Specifically, the LUMO of the p-type semiconductor material compound is higher than the LUMO of the n-type semiconductor material compound by a predetermined energy, in other words, the electron affinity of the electron acceptor is higher than the electron affinity of the electron donor. It is preferable that only the energy is large. If the LUMO of the electron acceptor is too high, the electron transfer is difficult to occur, so that the short circuit current (Jsc) tends to be low. Since the open-circuit voltage (Voc) is determined by the difference between the highest occupied orbital (HOMO) of the p-type semiconductor material compound and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the n-type semiconductor material compound, the HOMO of the electron donor is too high. Voc tends to be low.

HOMOエネルギー準位の算出方法は、理論計算により求める方法と実際に測定する方法とが挙げられる。理論計算により求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法があげられる。また、実際に測定する方法としては、光電子分光法(PES)、及び光電子収量分光法(PYS)があげられる。その中でも好ましくは光電子収量分光法であり、本明細書においては光電子収量分光法を採用する。   As a method for calculating the HOMO energy level, there are a method obtained by theoretical calculation and a method of actual measurement. Examples of the method to be obtained by theoretical calculation include a semi-empirical molecular orbital method and a non-empirical molecular orbital method. In addition, examples of the actual measurement method include photoelectron spectroscopy (PES) and photoelectron yield spectroscopy (PYS). Among them, photoelectron yield spectroscopy is preferable, and photoelectron yield spectroscopy is employed in this specification.

また、LUMOエネルギー準位の算出方法にも、理論計算により求める方法と実際に測定する方法とが挙げられる。理論計算により求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法があげられる。また、実際に測定する方法としては、紫外可視吸収スペクトル測定法、サイクリックボルタモグラム測定法、逆光電子分光法(IPES)が挙げられる。その中でも好ましくは、サイクリックボルタモグラム測定法であり、本明細書においてはサイクリックボルタモグラム測定法を採用する。   Also, the LUMO energy level calculation method includes a method of obtaining by theoretical calculation and a method of actually measuring. Examples of the method to be obtained by theoretical calculation include a semi-empirical molecular orbital method and a non-empirical molecular orbital method. Examples of the actual measurement method include ultraviolet-visible absorption spectrum measurement method, cyclic voltammogram measurement method, and inverse photoelectron spectroscopy (IPES). Among them, the cyclic voltammogram measurement method is preferable, and the cyclic voltammogram measurement method is adopted in this specification.

p型半導体の単位構造の大きさには特に限定はないが、通常平均短径が5nm以上、好ましくは10nm以上である。また、通常500nm以下、好ましくは100nm以下である。小さすぎると、電荷分離して発生した電荷が再結合しやすいという問題点があり、大きすぎると、構造体の内部で発生した励起子が反対の極性の半導体との界面まで拡散していくことが困難になり、電荷の発生効率が下がるという問題点がある。   The size of the unit structure of the p-type semiconductor is not particularly limited, but the average minor axis is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more. Moreover, it is 500 nm or less normally, Preferably it is 100 nm or less. If it is too small, there is a problem that charges generated by charge separation are likely to recombine. If it is too large, excitons generated inside the structure diffuse to the interface with the opposite polarity semiconductor. However, there is a problem that the generation efficiency of charges is lowered.

(半導体材料前駆体)
本実施例に係る半導体材料化合物は、半導体材料前駆体から生成されてもよい。半導体材料前駆体に対して、例えば加熱や光照射等の外的刺激を与えることにより、半導体材料前駆体は半導体材料化合物へと変換される。また、本実施例に係る半導体材料前駆体は、成膜性に優れることが好ましい。特に、塗布法を用いて半導体材料前駆体を成膜するために、半導体材料前駆体自体が液状で塗布可能であるか、半導体材料前駆体が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。溶解性の好適な範囲をあげると、半導体材料前駆体の溶媒に対する溶解性は、通常0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上である。溶解度が高いほど、半導体材料前駆体を含む膜の成膜が容易となる。
(Semiconductor material precursor)
The semiconductor material compound according to the present embodiment may be generated from a semiconductor material precursor. By applying an external stimulus such as heating or light irradiation to the semiconductor material precursor, the semiconductor material precursor is converted into a semiconductor material compound. Moreover, it is preferable that the semiconductor material precursor which concerns on a present Example is excellent in film forming property. In particular, in order to deposit a semiconductor material precursor using a coating method, the semiconductor material precursor itself can be applied in a liquid state, or the semiconductor material precursor is highly soluble in any solvent and can be applied as a solution. It is preferable that When the preferable range of the solubility is raised, the solubility of the semiconductor material precursor in the solvent is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more. The higher the solubility, the easier it is to form a film containing the semiconductor material precursor.

溶媒の種類としては、半導体材料前駆体を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼンなどの芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール、プロパノールなど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、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチルなどのエステル類;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、トリクロロエチレンなど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、ジオキサンなどのエーテル類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類等が挙げられる。その中でも好ましくは、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼンなどの芳香族炭化水素類やクロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレンなどのハロゲン炭化水素類である。   The type of the solvent is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the semiconductor material precursor. For example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, decane; toluene, xylene Aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene and orthodichlorobenzene; lower alcohols such as methanol, ethanol and propanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone and cyclohexanone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate and methyl lactate Halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane; dimethylformamide, dimethylacetate Amides such as bromide, and the like. Among these, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, chlorobenzene and orthodichlorobenzene, and halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane and trichloroethylene are preferable.

本実施例に係る半導体材料前駆体は、容易に半導体材料化合物へと変換できることが好ましい。半導体材料前駆体から半導体材料化合物への変換工程において、どのような外的な刺激を半導体前躯体に与えるかは任意であるが、例えば、熱処理及び/又は光処理などを行うことができる。好ましくは、熱処理である。この場合には、半導体材料前駆体の骨格の一部に、逆ディールス・アルダー反応によって脱離可能な基が含まれていることが好ましい。この脱離可能な基は、所定の溶媒に対して親溶媒性であることが好ましい。   It is preferable that the semiconductor material precursor according to this example can be easily converted into a semiconductor material compound. In the step of converting the semiconductor material precursor to the semiconductor material compound, what kind of external stimulus is given to the semiconductor precursor is arbitrary. For example, heat treatment and / or light treatment can be performed. Preferably, it is heat treatment. In this case, it is preferable that a part of the skeleton of the semiconductor material precursor contains a group that can be removed by a reverse Diels-Alder reaction. This detachable group is preferably solvophilic with respect to a predetermined solvent.

また、本発明に係る半導体材料前駆体は、高い収率で半導体材料化合物へと変換されることが好ましい。この際、半導体材料前駆体から変換して得られる半導体材料化合物の収率は有機光電変換素子の性能を損なわない限り任意である。収率の好適な範囲をあげると、半導体材料化合物前躯体から得られる半導体材料化合物の収率は高いほど好ましく、通常90モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは99モル%以上である。収率が高いほど、光電変換素子の変換効率が上がることが期待される。   Moreover, it is preferable that the semiconductor material precursor which concerns on this invention is converted into a semiconductor material compound with a high yield. Under the present circumstances, the yield of the semiconductor material compound obtained by converting from a semiconductor material precursor is arbitrary unless the performance of an organic photoelectric conversion element is impaired. If the suitable range of yield is raised, the yield of the semiconductor material compound obtained from the semiconductor material compound precursor is preferably as high as possible, usually 90 mol% or more, preferably 95 mol% or more, more preferably 99 mol% or more. is there. The higher the yield, the higher the conversion efficiency of the photoelectric conversion element is expected.

本実施例に係る半導体材料前駆体は、上記のような特徴を有することが好ましいが、特に限定されない。具体的な半導体材料前駆体として、特開2007−324587号公報に記載の化合物が挙げられる。その中でも好ましい例としては、下記式(A1)で表わされる化合物が挙げられる。   The semiconductor material precursor according to the present embodiment preferably has the characteristics as described above, but is not particularly limited. Specific examples of the semiconductor material precursor include compounds described in JP-A-2007-324587. Among them, a preferable example is a compound represented by the following formula (A1).

Figure 2012129420
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式(A1)において、X及びXの少なくとも一方はπ共役した2価の芳香族環を形成する基を表わし、Z−Zは熱または光により脱離可能な基である。Z−Zが脱離することにより、半導体材料化合物であるπ共役化合物が生成される。生成されるπ共役化合物は、顔料分子であることが好ましい。また、X及びXのうちπ共役した2価の芳香族環を形成する基でないものは、置換又は無置換のエテニレン基でありうる。 In Formula (A1), at least one of X 1 and X 2 represents a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring, and Z 1 -Z 2 is a group that can be removed by heat or light. By desorption of Z 1 -Z 2 , a π-conjugated compound that is a semiconductor material compound is generated. The π-conjugated compound produced is preferably a pigment molecule. Further, X 1 and X 2 which are not a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring may be a substituted or unsubstituted ethenylene group.

式(A1)で表される化合物は、下記式(A2)に示すように熱又は光によりZ−Zが脱離して、平面性の高いπ共役化合物を生成する。この生成されたπ共役化合物が本発明に係る半導体材料化合物である。本発明においては、この半導体材料化合物が半導体特性を示すことが好ましい。 In the compound represented by the formula (A1), Z 1 -Z 2 is eliminated by heat or light as shown in the following formula (A2) to form a π-conjugated compound having high planarity. This produced π-conjugated compound is a semiconductor material compound according to the present invention. In the present invention, the semiconductor material compound preferably exhibits semiconductor characteristics.

Figure 2012129420
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式(A1)で表わされる化合物の例としては、以下のものが挙げられる。なお、t−Buはt−ブチル基を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。   Examples of the compound represented by the formula (A1) include the following. T-Bu represents a t-butyl group. M represents a divalent metal atom or an atomic group in which a trivalent or higher metal and another atom are bonded.

Figure 2012129420
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Figure 2012129420
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例えば、上記半導体材料前駆体を半導体材料化合物へと変換する具体例としては、以下のものが挙げられる。   For example, specific examples of converting the semiconductor material precursor into a semiconductor material compound include the following.

Figure 2012129420
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式(A1)で表わされる半導体材料前駆体は、位置異性体が存在する構造を取ってもよい。すなわち、本実施例に係る半導体材料前駆体は、位置異性体の混合物であってもよい。位置異性体の混合物である半導体材料前駆体は、単一の異性体成分からなる半導体材料前駆体と比較して、溶媒に対する溶解度が向上するために好ましい。特に、非ハロゲン性溶媒に対する溶解度が高いほど、製造プロセスにおいて有利である。溶解度が向上する理由としては、化合物そのものの結晶性は潜在的に保持されるものの、複数の異性体が溶液内に混在することにより、規則的な三次元分子間相互作用が起こりにくくなることが考えられる。本発明においては、位置異性体混合物の非ハロゲン性溶媒への溶解度は通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上である。溶解度が高いほど、半導体材料前駆体を含む膜の成膜が容易となる。   The semiconductor material precursor represented by the formula (A1) may take a structure in which a positional isomer exists. That is, the semiconductor material precursor according to the present embodiment may be a mixture of positional isomers. A semiconductor material precursor which is a mixture of positional isomers is preferable because solubility in a solvent is improved as compared with a semiconductor material precursor composed of a single isomer component. In particular, the higher the solubility in a non-halogen solvent, the more advantageous in the production process. The reason why the solubility is improved is that although the crystallinity of the compound itself is potentially retained, regular three-dimensional intermolecular interactions are less likely to occur due to the presence of multiple isomers in the solution. Conceivable. In the present invention, the solubility of the regioisomer mixture in the non-halogen solvent is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more. The higher the solubility, the easier it is to form a film containing the semiconductor material precursor.

非ハロゲン性溶媒とは、トルエン、キシレンなどの非ハロゲン系芳香族炭化水素類;シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどの非ハロゲン系ケトン類;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどの非ハロゲン系脂肪族エーテル類が挙げられる。なお、溶媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   Non-halogen solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; non-halogen ketones such as cyclopentanone and cyclohexanone; non-halogen aliphatic ethers such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane Is mentioned. In addition, a solvent may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

[2.2 n型半導体材料]
本実施例に係るn型半導体材料は、特に限定されない。例えば、フラーレン化合物、8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸ジイミドなどの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン、ペンタセンなど縮合多環芳香族の全フッ化物、単層カーボンナノチューブ、ポリキノリン、ポリピリジン、ポリアニリン、ポリ(ベンゾビスイミダゾベンゾフェナントロリン)、ホウ素ポリマー、シアノ置換されたポリフェニレンビニレン等が挙げられる。その中でも好ましくは、フラーレン化合物である。n型半導体材料は、一種類の化合物で構成されていてもよいし、二種類以上の化合物で構成されていてもよい。
[2.2 n-type semiconductor materials]
The n-type semiconductor material according to the present embodiment is not particularly limited. For example, fullerene compounds, quinolinol derivative metal complexes typified by 8-hydroxyquinoline aluminum, condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalene tetracarboxylic acid diimide, perylene tetracarboxylic acid diimide, terpyridine metal complex, tropolone metal complex, flavonol metal Complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, benzthiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives, bipyridine derivatives, Condensed polycyclic aromatic total fluoride such as anthracene, pyrene, naphthacene, pentacene, single-walled carbon nanochu , Polyquinoline, polypyridine, polyaniline, poly (benzo-bis-imidazo benzo phenanthroline), boron polymer, cyano-substituted polyphenylene vinylene, and the like. Among them, a fullerene compound is preferable. The n-type semiconductor material may be composed of one kind of compound, or may be composed of two or more kinds of compounds.

本実施例に係るn型半導体材料は、例えば一般式(B1)に示されるフラーレン化合物でありうる。式(B1)においてmは通常1〜10の整数であり、好ましくは2〜6の整数である。付加基R21が複数存在する場合、それぞれの付加基R21は同一でもいいし、異なっていてもよい。また、それぞれの付加基R21が、直接または付加基を介して環を形成してもよい。もっとも、全ての付加基R21が水素ではないことが好ましい。付加基R21を複数有する場合は、付加する位置により異性体が存在しうる。この場合、単一の異性体をn型半導体材料として用いても良いし、複数の異性体の混合物をn型半導体材料として用いても良い。 The n-type semiconductor material according to this example can be, for example, a fullerene compound represented by the general formula (B1). In the formula (B1), m is usually an integer of 1 to 10, preferably an integer of 2 to 6. When a plurality of additional groups R 21 are present, each additional group R 21 may be the same or different. In addition, each additional group R 21 may form a ring directly or via an additional group. However, it is preferable that all the additional groups R 21 are not hydrogen. When there are a plurality of addition groups R 21 , isomers may exist depending on the position of addition. In this case, a single isomer may be used as the n-type semiconductor material, or a mixture of a plurality of isomers may be used as the n-type semiconductor material.

Figure 2012129420
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本発明に係るフラーレン(FLN)とは、閉殻構造を有する炭素クラスターである。フラーレンの炭素数は、通常60〜130の偶数であれば何でも良い。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などが挙げられる。その中でも、C60もしくはC70が好ましく、C60がさらに好ましい。 The fullerene (FLN) according to the present invention is a carbon cluster having a closed shell structure. The carbon number of fullerene is not particularly limited as long as it is usually an even number of 60 to 130. 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 and C60 is more preferable.

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良い。又、一部の炭素原子が、他の原子に置き換えられていても良い。さらに、金属原子、非金属原子あるいはこれらから構成される原子団をフラーレンケージ内に内包していても良い。   As fullerenes, carbon-carbon bonds on some fullerene rings may be broken. Some carbon atoms may be replaced with other atoms. Furthermore, a metal atom, a non-metal atom, or an atomic group composed of these may be included in the fullerene cage.

付加基R21は何でもよいが、例えば水素原子、ハロゲン原子、酸素原子、硫黄原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、エステル基、カルボキシル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、カルボニルオキシ基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、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、又は芳香族基等でありうる。 The additional group R 21 may be anything, for example, a hydrogen atom, a halogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, an ester group, a carboxyl group, a carbonyl group, an oxycarbonyl group, a carbonyloxy group, a sulfonyl group, It may be a silyl group, a boryl group, a nitrile group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, an aromatic group, or the like.

アルキル基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、具体例としてはメチル基、エチル基、i−プロピル基、n−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、2−プロピルペンチル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ベンジル基等が挙げられる。また、トリフルオロメチル基、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロブチル基などの、炭素数1〜12のフッ化アルキル基又はパーフルオロアルキル基も好ましい。さらには、トリメチルシリルメチル基、ジアリールメチルシリルメチル基、ジメチルアリールシリルメチル基、トリアリールシリルメチル基のようなシリルアルキル基もまた好ましい。   As the alkyl group, those having 1 to 20 carbon atoms are preferred, and specific examples include methyl group, ethyl group, i-propyl group, n-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, t-butyl group, Examples include n-hexyl group, cyclohexyl group, octyl group, 2-propylpentyl group, 2-ethylhexyl group, cyclohexylmethyl group, benzyl group and the like. A fluorinated alkyl group or a perfluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms such as a trifluoromethyl group, a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group, or a perfluorobutyl group is also preferable. Furthermore, silylalkyl groups such as trimethylsilylmethyl group, diarylmethylsilylmethyl group, dimethylarylsilylmethyl group, and triarylsilylmethyl group are also preferable.

アルケニル基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、具体例としてはビニル基、スチリル基、ジフェニルビニル基等が挙げられる。   The alkenyl group preferably has 2 to 20 carbon atoms, and specific examples thereof include a vinyl group, a styryl group, and a diphenylvinyl group.

アルキニル基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、具体例としてはメチルエチニル基、フェニルエチニル基、トリメチルシリルエチニル基等が挙げられる。   As the alkynyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and specific examples include a methylethynyl group, a phenylethynyl group, a trimethylsilylethynyl group, and the like.

アルコキシ基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、具体例としてはメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、t−ブトキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基など直鎖または分岐のアルコキシ基が挙げられる。   As the alkoxy group, those having 1 to 20 carbon atoms are preferable, and specific examples include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, t-butoxy group, Examples include linear or branched alkoxy groups such as 2-ethylhexyloxy group.

アリールオキシ基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、具体例としては、フェノキシ基等が挙げられる。   The aryloxy group preferably has 2 to 20 carbon atoms, and specific examples include a phenoxy group.

アルキルチオ基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基等が挙げられる。   As an alkylthio group, a C1-C20 thing is preferable and a methylthio group, an ethylthio group, etc. are mentioned as a specific example.

アリールチオ基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、具体例としては、フェニルチオ基等が挙げられる。   As the arylthio group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and specific examples thereof include a phenylthio group.

アミノ基としては、炭素数0〜30のものが好ましく、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等のアルキルアミノ基や、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、カルバゾイル基等のアリールアミノ基が挙げられる。   The amino group preferably has 0 to 30 carbon atoms, and examples thereof include alkylamino groups such as dimethylamino group, diethylamino group and diisopropylamino group, and arylamino groups such as diphenylamino group, ditolylamino group and carbazoyl group.

カルボニル基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、アセチル基、フェニルカルボニル基等の、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、等が挙げられる。   As a carbonyl group, a C1-C20 thing is preferable and alkyl carbonyl groups, aryl carbonyl groups, etc., such as an acetyl group and a phenyl carbonyl group, are mentioned.

オキシカルボニル基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、i−プロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル基、i−ブトキシカルボニル基、n−ヘキソキシカルボニル基、オクトキシカルボニル基、2−プロピルペントキシカルボニル基、2−エチルヘキソキシカルボニル基、シクロヘキシルメトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、等が挙げられる。   As the oxycarbonyl group, those having 1 to 20 carbon atoms are preferable. A methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, an n-propoxycarbonyl group, an i-propoxycarbonyl group, an n-butoxycarbonyl group, an i-butoxycarbonyl group, an n- Examples thereof include a hexoxycarbonyl group, an octoxycarbonyl group, a 2-propylpentoxycarbonyl group, a 2-ethylhexoxycarbonyl group, a cyclohexylmethoxycarbonyl group, and a benzyloxycarbonyl group.

カルボニルオキシ基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、等が挙げられる。   As a carbonyloxy group, a C1-C20 thing is preferable and an acetyloxy group, an ethylcarbonyloxy group, etc. are mentioned.

シリル基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、具体例としてはトリメチルシリル基、ジメチルフェニル基、トリフェニルシリル基などの置換基としてアルキル基、アリール基を有するシリル基が挙げられる。   As the silyl group, those having 1 to 20 carbon atoms are preferable, and specific examples include a silyl group having an alkyl group or an aryl group as a substituent such as a trimethylsilyl group, a dimethylphenyl group, or a triphenylsilyl group.

ボリル基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、アリール基で置換されたジメシチルボリル基などが挙げられる。   As the boryl group, those having 1 to 20 carbon atoms are preferred, and examples thereof include a dimesitylboryl group substituted with an aryl group.

芳香族基としては、炭素数6〜30のものが好ましく、これらは単環基に何ら限定されず、縮合多環式炭化水素基又は環縮合炭化水素基であってもよい。例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、ビフェニレニル基、トリフェニレン基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基、トリフェニレニル基、ターフェニル基、クオーターフェニル基等の芳香族炭化水素基、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロール基、オキサゾール基、チアゾール基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾイル基、イミダゾイル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾイル、フェノキサチエニル基、キサンテニル基、ベンゾフラニル基、チアントレニル基、インドリジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、キノキサリニル基等の芳香族複素環基が挙げられる。好ましくは、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、トリフェニレン基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ペリレニル基、トリフェニレニル基等の芳香族炭化水素基;ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾイル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾイル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、キノキサリニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾイル、キサンテニル基、フェノキサジニル基等の芳香族複素環基である。   The aromatic group is preferably one having 6 to 30 carbon atoms, and is not limited to a monocyclic group, and may be a condensed polycyclic hydrocarbon group or a condensed ring hydrocarbon group. For example, phenyl group, naphthyl group, biphenyl group, phenanthryl group, biphenylenyl group, triphenylene group, anthryl group, pyrenyl group, fluorenyl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluoranthenyl group, naphthacenyl group, perylenyl group, pentacenyl group, triphenylenyl Group, aromatic hydrocarbon group such as terphenyl group, quarterphenyl group, pyridyl group, thienyl group, furyl group, pyrrole group, oxazole group, thiazole group, oxadiazole group, thiadiazole group, pyrazyl group, pyrimidyl group, pyrazoyl group Group, imidazolyl group, benzothienyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, phenylcarbazoyl, phenoxathienyl group, xanthenyl group, benzofuranyl group, thianthenyl group, indolizinyl group, phenoxy group Jiniru group, phenothiazinyl group, acridinyl group, phenanthridinyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, indolyl group, an aromatic heterocyclic group such as a quinoxalinyl group. Preferably, an aromatic hydrocarbon group such as phenyl group, naphthyl group, phenanthryl group, triphenylene group, anthryl group, pyrenyl group, fluorenyl group, acenaphthenyl group, fluoranthenyl group, perylenyl group, triphenylenyl group; pyridyl group, pyrazyl group , Pyrimidyl group, pyrazoyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, imidazoyl group, acridinyl group, phenanthridinyl group, quinoxalinyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, phenylcarbazoyl, xanthenyl group, phenoxazinyl group, etc. It is a cyclic group.

又、縮合多環芳香族基を形成する環として好ましくは、置換基を有しても良い環状アルキル基、置換基を有しても良い芳香族炭化水素基、置換基を有しても良い芳香族複素環基である。環状アルキル基の具体例としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基である。芳香族複素環基の具体例としては、具体例としてはピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロール基、オキサゾール基、チアゾール基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾイル基、イミダゾイル基、等が挙げられる。芳香族複素環基として好ましくは、ピリジル基、チエニル基、である。縮合多環芳香族基は、これらの環が縮合した基である。   The ring forming the condensed polycyclic aromatic group is preferably a cyclic alkyl group which may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or a substituent. An aromatic heterocyclic group. Specific examples of the cyclic alkyl group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. A specific example of the aromatic hydrocarbon group is a phenyl group. Specific examples of the aromatic heterocyclic group include pyridyl group, thienyl group, furyl group, pyrrole group, oxazole group, thiazole group, oxadiazole group, thiadiazole group, pyrazyl group, pyrimidyl group, pyrazoyl group, as specific examples. An imidazolyl group, and the like. As the aromatic heterocyclic group, a pyridyl group and a thienyl group are preferable. The condensed polycyclic aromatic group is a group in which these rings are condensed.

付加基R21は、さらに置換基を有していてもよい。付加基R21が有する置換基は何でもよい。例えば付加基R21は、付加基R21の例として挙げた基を置換基として有してもよい。付加基R21が置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは1〜3であり、より好ましくは1である。 The additional group R 21 may further have a substituent. Any substituent may be present in the additional group R 21 . For example, the additional group R 21 may have the group exemplified as the additional group R 21 as a substituent. When the additional group R 21 has a substituent, the number is not limited, but is preferably 1 to 3, and more preferably 1.

また、付加基R21が有する置換基は、さらなる置換基を有してもよい。このさらなる置換基は何でもよく、例えば、付加基R21が有する置換基は、付加基R21の例として挙げた基をさらなる置換基として有してもよい。 Further, substituents added group R 21 has may have further substituents. This further substituent well anything, for example, a substituent addition group R 21 has the groups mentioned as examples of additional radicals R 21 may have a further substituent.

付加基R21又は付加基R21が有する置換基が、金属への配位能を有する場合、金属原子との配位結合を介して金属錯体を形成していても良い。 When the substituent that the additional group R 21 or the additional group R 21 has has a coordination ability to a metal, a metal complex may be formed through a coordination bond with a metal atom.

本実施例に係るn型半導体材料は、一般式(B2)及び/又は(B3)に示される構造を有するフラーレン化合物であることがより好ましい。

Figure 2012129420
The n-type semiconductor material according to this example is more preferably a fullerene compound having a structure represented by the general formula (B2) and / or (B3).
Figure 2012129420

式(B2)及び(B3)においてFLNは、式(1)と同様にフラーレンを表す。式中、p及びqは各々整数であり、通常pとqの合計は1〜5であり、好ましくは1〜3である。付加基R22〜R24は、各々独立してフラーレン骨格に付加する付加基を表す。付加基R22〜R24は、フラーレン骨格中の同一の五員環もしくは六員環に付加されることが好ましい。R22とR23とは、直接または置換基を介して環を形成してもよい。付加基R22〜R24はどのような基でもよい。例えば付加基R22〜R24は、付加基R21の例として挙げた基でありうる。 In the formulas (B2) and (B3), FLN represents fullerene as in the formula (1). In the formula, p and q are each an integer, and the sum of p and q is usually 1 to 5, preferably 1 to 3. The addition groups R 22 to R 24 each independently represent an addition group added to the fullerene skeleton. The addition groups R 22 to R 24 are preferably added to the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. R 22 and R 23 may form a ring directly or through a substituent. The addition groups R 22 to R 24 may be any group. For example, the additional groups R 22 to R 24 may be the groups given as examples of the additional group R 21 .

本実施例に係るn型半導体材料は、一般式(B4)〜(B7)に示される構造のうちの少なくとも1つを有するフラーレン化合物であることがより好ましい。

Figure 2012129420
The n-type semiconductor material according to this example is more preferably a fullerene compound having at least one of the structures represented by the general formulas (B4) to (B7).
Figure 2012129420

式(B4)〜(B7)においてFLNは、式(1)と同様にフラーレンを表す。式中、r,s,t,及びuは各々整数であり、通常r,s,t,uの合計は1〜5であり、好ましくは1〜3である。一般式(B4)〜(B7)に示される構造は、フラーレン骨格中の同一の五員環もしくは六員環に付加されることが好ましい。Lは1〜8の整数であり、好ましくは1以上4以下の整数であり、さらに好ましくは1以上2以下の整数である。   In formulas (B4) to (B7), FLN represents fullerene as in formula (1). In the formula, r, s, t and u are each an integer, and the sum of r, s, t and u is usually 1 to 5, preferably 1 to 3. The structures represented by the general formulas (B4) to (B7) are preferably added to the same five-membered ring or six-membered ring in the fullerene skeleton. L is an integer of 1 to 8, preferably an integer of 1 to 4, and more preferably an integer of 1 to 2.

付加基R25〜R39は、各々独立な基である。また、付加基R25〜R39はどのような基でもよい。例えば付加基R25〜R39は、付加基R21の例として挙げた基でありうる。Arは、任意の芳香環でありうる。 The additional groups R 25 to R 39 are each an independent group. Also, additional groups R 25 to R 39 may be any group. For example, the additional groups R 25 to R 39 can be the groups listed as examples of the additional group R 21 . Ar 1 can be any aromatic ring.

また、R34又はR35と、R36又はR37との間で、直接または置換基を介して環を形成してもよい。さらには、R34〜R37の何れかと式(B6)化合物の骨格を形成する炭素原子との間で、直接または置換基を介して環を形成してもよい。例えば本実施例に係るn型半導体材料は、一般式(B8)に示される構造を有しうる。 Further, a ring may be formed directly or through a substituent between R 34 or R 35 and R 36 or R 37 . Furthermore, a ring may be formed directly or via a substituent between any of R 34 to R 37 and the carbon atom forming the skeleton of the compound of formula (B6). For example, the n-type semiconductor material according to this embodiment can have a structure represented by the general formula (B8).

Figure 2012129420
Figure 2012129420

式(B8)においてXは、酸素原子又は硫黄原子、置換基を有してもよい窒素原子、置換基を有してもよいメタノ基、置換基を有してもよいエタノ基、などでありうる。窒素原子が有しうる置換基としては、例えばメチル基及びエチル基などの炭素数1〜6のアルキル基でありうる。また、メタノ基又はエタノ基が有しうる置換基としては、メトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシル基、又は炭素数1〜5の炭化水素基でありうる。vは、1以上t以下の整数でありうる。   In the formula (B8), X represents an oxygen atom or a sulfur atom, a nitrogen atom which may have a substituent, a methano group which may have a substituent, an ethano group which may have a substituent, and the like. sell. The substituent that the nitrogen atom may have may be an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group and an ethyl group. Moreover, as a substituent which a methano group or an ethano group may have, it may be a C1-C6 alkoxyl group such as a methoxy group or a C1-C5 hydrocarbon group. v may be an integer from 1 to t.

式(B7)の構造として好ましくは、R38、R39が共にアルコキシカルボニル基であるか、R38、R39が共に芳香族基であるか、R38が芳香族基でありかつR39が3−(アルコキシカルボニル)プロピル基である。 Preferably, as the structure of the formula (B7), R 38 and R 39 are both alkoxycarbonyl groups, R 38 and R 39 are both aromatic groups, or R 38 is an aromatic group and R 39 is R 39. 3- (alkoxycarbonyl) propyl group.

上述のフラーレン化合物の製造方法としては、特に制限はない。例えば、式(B4)で表される構造を有するフラーレンは、国際公開第2008/059771号又はJ. Am. Chem. Soc., 2008, 130 (46), 15429-15436に記載されている方法に従って合成可能である。また、式(B5)で表される構造を有するフラーレンは、J. Am. Chem. Soc. 1993,115, 9798-9799、Chem. Mater. 2007, 19, 5363-5372、又はChem. Mater. 2007, 19, 5194-5199に記載されている方法に従って合成可能である。また、式(B6)で表される構造を有するフラーレンは、Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 78-80、Tetrahedron Lett. 1997, 38, 285-288、又は国際公開第2009/086210号に記載されている方法に従って合成可能である。また、式(B7)で表される構造をを有するフラーレンは、J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1997, 1595、Thin Solid Films 489 (2005) 251-256、Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1979-1987、又はJ. Org. Chem. 1995, 60, 532-538に記載されている方法に従って合成可能である。   There is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of the above-mentioned fullerene compound. For example, fullerene having a structure represented by the formula (B4) can be obtained according to the method described in International Publication No. 2008/059771 or J. Am. Chem. Soc., 2008, 130 (46), 15429-15436. It can be synthesized. In addition, fullerenes having a structure represented by the formula (B5) are J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9798-9799, Chem. Mater. 2007, 19, 5363-5372, or Chem. Mater. 2007. , 19, 5194-5199. In addition, fullerenes having a structure represented by the formula (B6) are Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 78-80, Tetrahedron Lett. 1997, 38, 285-288, or International Publication No. 2009. Can be synthesized according to the method described in Japanese Patent No. 086210. In addition, fullerenes having a structure represented by the formula (B7) are described in J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1997, 1595, Thin Solid Films 489 (2005) 251-256, Adv. Funct. Mater. It can be synthesized according to the method described in 2005, 15, 1979-1987, or J. Org. Chem. 1995, 60, 532-538.

本実施例に係るn型半導体材料は、1種類の化合物を含んでいてもよいし、複数の化合物を含んでいてもよい。   The n-type semiconductor material according to this example may include one type of compound or a plurality of compounds.

本実施例に係るn型半導体材料として用いられうるフラーレン化合物の具体的構造としては、以下のようなものが挙げられる。   Specific examples of the fullerene compound that can be used as the n-type semiconductor material according to this embodiment include the following.

Figure 2012129420
Figure 2012129420

Figure 2012129420
Figure 2012129420

Figure 2012129420
Figure 2012129420

Figure 2012129420
Figure 2012129420

Figure 2012129420
Figure 2012129420

本実施例に係るn型半導体材料として用いられうるフラーレン化合物のガラス転移温度としては、特に限定はないが、250℃以上が好ましく、さらに好ましくは280℃以上である。上限は特に限定はなく、通常350℃以下、好ましくは400℃以下であるが、ガラス転移温度が観測されなくてもよい。ガラス転移温度が低いと、製膜過程における温度範囲で化合物がアモルファス状態と結晶状態との間で変化することにより、n型半導体としての機能安定性が損なわれるため、光電変換素子効率が低下しうる。ガラス転移温度は公知の方法で測定すれば良く、たとえばDSC法が挙げられる。   The glass transition temperature of the fullerene compound that can be used as the n-type semiconductor material according to this example is not particularly limited, but is preferably 250 ° C. or higher, and more preferably 280 ° C. or higher. The upper limit is not particularly limited and is usually 350 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower, but the glass transition temperature may not be observed. When the glass transition temperature is low, the compound changes between an amorphous state and a crystalline state in the temperature range in the film forming process, and thus the functional stability as an n-type semiconductor is impaired. sell. What is necessary is just to measure a glass transition temperature by a well-known method, for example, DSC method is mentioned.

本実施例に係るn型半導体材料として用いられうるフラーレン化合物の最低空分子軌道(LUMO)のエネルギー準位は、特段制限はないが、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。上述のように、n型半導体材料のLUMOが低すぎると光電変換素子の開放電圧が低くなりうる。   The energy level of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the fullerene compound that can be used as the n-type semiconductor material according to the present embodiment is not particularly limited, but is a value with respect to the vacuum level calculated by, for example, a cyclic voltammogram measurement method. Is usually −3.85 eV or more, preferably −3.80 eV or more. As described above, when the LUMO of the n-type semiconductor material is too low, the open circuit voltage of the photoelectric conversion element can be lowered.

[3 電極120,160]
本実施例に係る電極は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有するものである。したがって、一対の電極には、正孔の捕集に適した電極120(以下、アノードと記載する場合もある)と電子の捕集に適した電極160(以下、カソードと記載する場合もある)を用いることが好ましい。1対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは、太陽光が40%以上透過する程度のものである。又、透明電極の太陽光線透過率が70%以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるためには、好ましい。なお、光の透過率は、通常の分光光度計で測定できる。
[3 electrodes 120, 160]
The electrode according to this example has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Therefore, the pair of electrodes includes an electrode 120 suitable for collecting holes (hereinafter also referred to as an anode) and an electrode 160 suitable for collecting electrons (hereinafter also referred to as a cathode). Is preferably used. Any one of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucency means that sunlight passes through 40% or more. In addition, it is preferable that the transparent electrode has a solar ray transmittance of 70% or more in order to allow light to reach the active layer through the transparent electrode. The light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.

[3.1 正孔の捕集に適した電極120(アノード)]
正孔の捕集に適した電極120(アノード)には、一般には、仕事関数がカソード電極よりも高い値を有する導電性材料を用いることが好ましい。この場合、活性層で発生した正孔をスムーズに取り出しうる。
[3.1 Electrode 120 (Anode) Suitable for Collecting Holes]
For the electrode 120 (anode) suitable for collecting holes, it is generally preferable to use a conductive material having a work function higher than that of the cathode electrode. In this case, holes generated in the active layer can be taken out smoothly.

アノード120の材料としては、例えば、酸化ニッケル、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)、インジウムージルコニウム酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化インジウム、及び酸化亜鉛などの導電性金属酸化物、並びに、金、白金、銀、クロム、及びコバルトなどの金属あるいはその合金が挙げられる。   Examples of the material of the anode 120 include conductive metal oxidation such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide, and zinc oxide. And metals such as gold, platinum, silver, chromium, and cobalt, or alloys thereof.

これらの物質は高い仕事関数を有するため好ましい。また、これらの材料にはさらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルフォ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した場合には、その導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料の代わりに、AlやMg等のカソードに適した金属を用いることも可能である。   These materials are preferred because they have a high work function. Further, these materials are preferable because a conductive polymer material represented by PEDOT / PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid can be laminated. When such a conductive polymer is laminated, since the work function of the conductive polymer material is high, it is suitable for a cathode such as Al or Mg instead of the high work function material as described above. It is also possible to use a metal.

ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルフォン酸をドーピングしたPEDOT/PSS、又はポリピロールおよびポリアニリンなどにヨウ素などをドーピングした導電性高分子材料を、アノード120の材料として使用することもできる。   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 the material of the anode 120.

また、アノード120が透明電極である場合には、ITO、酸化亜鉛、酸化錫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。   Further, when the anode 120 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120の膜厚は特に制限は無いが、10nm以上10μm以下、好ましくは20nm以上1μm以下、さらに好ましくは、50nm以上500nm以下である。薄すぎるとシート抵抗が高くなり、厚すぎると光透過率が低下する。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗とを両立する膜厚を選ぶ必要がある。   The thickness of the anode 120 is not particularly limited, but is 10 nm to 10 μm, preferably 20 nm to 1 μm, and more preferably 50 nm to 500 nm. If it is too thin, the sheet resistance increases, and if it is too thick, the light transmittance decreases. When used for a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance.

アノード120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。より大きな電流を取り出す観点から、シート抵抗は小さいことが好ましい。
[3.2 電子の捕集に適した電極160(カソード)]
The sheet resistance of the anode 120 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. From the viewpoint of extracting a larger current, the sheet resistance is preferably small.
[3.2 Electrode 160 (Cathode) Suitable for Electron Collection]

電子の捕集に適した電極160(カソード)の材料は、一般には仕事関数がアノード120よりも高い値を有する導電性材料であることが好ましい。この場合、カソード160は活性層で発生した電子をスムーズに取り出しうる。本実施例に係る光電変換素子がバッファ層150(電子取り出し層)を含む場合、電極160はバッファ層150と隣接することが好ましい。   The material of the electrode 160 (cathode) suitable for collecting electrons is generally preferably a conductive material having a work function higher than that of the anode 120. In this case, the cathode 160 can smoothly extract electrons generated in the active layer. When the photoelectric conversion element according to this example includes the buffer layer 150 (electron extraction layer), the electrode 160 is preferably adjacent to the buffer layer 150.

カソード160の材料を挙げると、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、錫、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、カルシウムおよびマグネシウムなどの金属およびその合金、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどの無機塩、酸化ニッケル,酸化アルミニウム、酸化リチウムおよび酸化セシウムのような金属酸化物などが挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料であることから好ましい。   Examples of the material of the cathode 160 include metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium and magnesium, and alloys thereof, fluoride Examples thereof include inorganic salts such as lithium and cesium fluoride, and metal oxides such as nickel oxide, aluminum oxide, lithium oxide, and cesium oxide. These materials are preferable because they are materials having a low work function.

また、本実施例に係る光電変換素子100は、カソード160と活性層140との間に、電子取り出し層150を有してもよい。例えば電子取り出し層150は、チタニアのようなn型半導体で導電性を有する材料で構成されうる。この場合、カソード160の材料として、アノードに適した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、アノードに適した材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、カルシウムおよびインジウムなどの金属、またはこれら金属を用いた合金である。   In addition, the photoelectric conversion element 100 according to this embodiment may include an electron extraction layer 150 between the cathode 160 and the active layer 140. For example, the electron extraction layer 150 can be made of an n-type semiconductor such as titania and a conductive material. In this case, as the material of the cathode 160, a material having a high work function suitable for the anode can be used. From the viewpoint of electrode protection, a material suitable for the anode is preferably a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, calcium and indium, or an alloy using these metals.

カソード160の膜厚は特に制限は無いが、10nm以上10μm以下、好ましくは20nm以上1μm以下、さらに好ましくは、50nm以上500nm以下である。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。薄すぎるとシート抵抗が高くなり、厚すぎると光透過率が低下する。   The film thickness of the cathode 160 is not particularly limited, but is 10 nm or more and 10 μm or less, preferably 20 nm or more and 1 μm or less, and more preferably 50 nm or more and 500 nm or less. When used for a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance. If it is too thin, the sheet resistance increases, and if it is too thick, the light transmittance decreases.

カソード160のシート抵抗は、特に制限は無いが、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。シート抵抗が小さいほど、より効率的に電流を取り出すことができる。   The sheet resistance of the cathode 160 is not particularly limited, but is 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. The smaller the sheet resistance, the more efficiently the current can be taken out.

[3.3 電極120,160の形成方法]
電極120,160の形成方法としては、蒸着、スパッタ等の真空成膜方法、及びナノ粒子又は電極材料前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法などがある。さらに、電極120,160は2以上の層で構成される積層構造であってもよい。また、電極120,160を表面処理することにより、特性(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。
[3.3 Method for Forming Electrodes 120 and 160]
Examples of a method for forming the electrodes 120 and 160 include a vacuum film formation method such as vapor deposition and sputtering, and a method in which an ink containing nanoparticles or an electrode material precursor is applied to form a film. Further, the electrodes 120 and 160 may have a laminated structure including two or more layers. In addition, characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by subjecting the electrodes 120 and 160 to surface treatment.

[4 基板110]
本実施例に係る光電変換素子100は、通常は支持体となる基板110を有する。すなわち、基板110上に、電極120,160と、活性層140とが形成される。基板100の材料(基板材料)は本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。基板材料の好適な例を挙げると、石英、ガラス、サファイア、及びチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル、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、及びエポキシ樹脂等の有機材料;紙及び合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン、又はアルミニウム等の金属の表面を、絶縁性を付与するためにコート或いはラミネートしたもの等の複合材料、等が挙げられる。ガラスとしてはソーダガラスや青板ガラスや無アルカリガラスなどが挙げられる。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。
[4 Substrate 110]
The photoelectric conversion element 100 according to the present embodiment has a substrate 110 that is normally a support. That is, the electrodes 120 and 160 and the active layer 140 are formed on the substrate 110. The material of the substrate 100 (substrate material) is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Preferred 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, Organic materials such as fluororesin film, polyolefins such as vinyl chloride and polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene, and epoxy resins; paper materials such as paper and synthetic paper; Examples thereof include composite materials such as those obtained by coating or laminating the surface of a metal such as stainless steel, titanium, or aluminum in order to provide insulation. Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and alkali-free glass. As for the glass material, alkali-free glass is preferred because it is better that there are fewer ions eluted from the glass.

基板の形状に制限はなく、例えば、板、フィルム、シート等の形状を用いることができる。基板の厚みに制限はない。ただし、通常5μm以上、中でも20μm以上、また、通常20mm以下、中でも10mm以下に形成することが好ましい。基板が薄すぎると半導体デバイスの強度が不足する可能性があり、基板が厚すぎるとコストが高くなったり重量が重くなりすぎたりする可能性がある。又、基板がガラスの場合は、薄すぎると機械的強度が低下し,割れやすくなるため,好ましくは0.01mm以上、より好ましくは0.1mm以上がよい。また,厚すぎると重量が重くなるため,好ましくは1cm以下,より好ましくは0.5cm以下である。   There is no restriction | limiting in the shape of a board | substrate, For example, shapes, such as a board, a film, a sheet | seat, can be used. There is no limitation on the thickness of the substrate. However, it is preferably 5 μm or more, especially 20 μm or more, and usually 20 mm or less, especially 10 mm or less. If the substrate is too thin, the strength of the semiconductor device may be insufficient, and if the substrate is too thick, the cost may be increased or the weight may be increased. Further, when the substrate is made of glass, if it is too thin, the mechanical strength is lowered and the substrate is easily broken, so that the thickness is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.1 mm or more. Moreover, since weight will become heavy when too thick, Preferably it is 1 cm or less, More preferably, it is 0.5 cm or less.

[5 バッファ層130,150]
本実施例に係る光電変換素子100は、1対の電極120,160、およびその間に配置された活性層140の他に、さらに1以上のバッファ層を有することができる。バッファ層は、正孔取り出し層130と電子取り出し層150とに分類することができる。通常、正孔取り出し層130は活性層140とアノード120との間に配置され、電子取り出し層150は活性層140とカソード160との間に配置される。
[5 Buffer layers 130 and 150]
The photoelectric conversion element 100 according to this embodiment can further include one or more buffer layers in addition to the pair of electrodes 120 and 160 and the active layer 140 disposed therebetween. The buffer layer can be classified into a hole extraction layer 130 and an electron extraction layer 150. Usually, the hole extraction layer 130 is disposed between the active layer 140 and the anode 120, and the electron extraction layer 150 is disposed between the active layer 140 and the cathode 160.

[5.1 電子取り出し層150]
電子取り出し層150の材料は、活性層140からカソード160へ電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、バソキュプロイン(BCP)または、バソフェナントレン(Bphen)、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)、ホウ素化合物、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)、ペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)、ホスフィンオキシド化合物、及びホスフィンスルフィド化合物が挙げられる。その中でも好ましくは、アリール基で置換されたホスフィンオキシド化合物、アリール基で置換されたホスフィンスルフィド化合物であり、より好ましくは、トリアリールホスフィンオキシド化合物、トリアリールホスフィンスルフィド化合物、ジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物、ジアリールホスフィンスルフィドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物、フッ素原子もしくはペルフルオロアルキル基で置換されたアリールからなるトリアリールホスフィンオキシド化合物、ジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物である。上記材料に加えてアルカリ金属又はアルカリ土類金属をドープしてもよい。
[5.1 Electron extraction layer 150]
The material of the electron extraction layer 150 is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of extracting electrons from the active layer 140 to the cathode 160. Specifically, bathocuproin (BCP) or bathophenanthrene (Bphen), (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3), boron compound, oxadiazole compound, benzimidazole compound, naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA) Perylenetetracarboxylic anhydride (PTCDA), phosphine oxide compounds, and phosphine sulfide compounds. Among them, a phosphine oxide compound substituted with an aryl group and a phosphine sulfide compound substituted with an aryl group are preferable, and two triaryl phosphine oxide compounds, triaryl phosphine sulfide compounds, and two diaryl phosphine oxide units are more preferable. Aromatic hydrocarbon compounds having two or more diarylphosphine sulfide units, triarylphosphine oxide compounds composed of aryl substituted with fluorine atoms or perfluoroalkyl groups, two or more diarylphosphine oxide units It is an aromatic hydrocarbon compound. In addition to the above materials, alkali metal or alkaline earth metal may be doped.

アリール基で置換されたホスフィンオキシド化合物、アリール基で置換されたホスフィンスルフィド化合物は、例えば、下記一般式で表される化合物でありうる。

Figure 2012129420
式中、R51〜R52は各々独立して置換基を有しても良い縮合多環芳香族基もしくは芳香族基を表わし、nは1以上の整数を表す。R53は芳香族基である。Xは酸素原子もしくは硫黄原子である。R51,R52,R53は、例えば、付加基R21について挙げた上述の基でありうる。 The phosphine oxide compound substituted with an aryl group and the phosphine sulfide compound substituted with an aryl group can be, for example, a compound represented by the following general formula.
Figure 2012129420
In the formula, R 51 to R 52 each independently represents a condensed polycyclic aromatic group or an aromatic group which may have a substituent, and n represents an integer of 1 or more. R 53 is an aromatic group. X is an oxygen atom or a sulfur atom. R 51 , R 52 , and R 53 can be, for example, the above-described groups mentioned for the additional group R 21 .

本実施例に係る電子取り出し層で使用される化合物のガラス転移温度としては、特に限定はないが、50℃以上が好ましく、さらに好ましくは80℃以上である。上限は特に限定はなく、DSC法によるガラス転移温度が300℃以下に観測されない化合物であることも好ましい。   Although there is no limitation in particular as a glass transition temperature of the compound used with the electron extraction layer which concerns on a present Example, 50 degreeC or more is preferable, More preferably, it is 80 degreeC or more. The upper limit is not particularly limited, and it is also preferably a compound whose glass transition temperature by DSC method is not observed below 300 ° C.

ガラス転移温度が低すぎると、該有機化合物は、印加される電場、流れる電流、曲げや温度変化による応力などの外部ストレスに対して構造が変化しやすいため、耐久性の面で問題になる。また、ガラス転移温度が低すぎると、該有機化合物の薄膜の結晶化が進みやすい傾向も有すことから、使用温度範囲において該有機化合物がアモルファス状態と結晶状態との間で変化することにより電子取り出し層としての安定性がなくなるため、耐久性の面で問題になる。本実施例に係る電子取り出し層150として使用されうる化合物の中には、DSC法によるガラス転移温度が300℃以下に観測されないものが存在し、それは熱的に高い安定性を有しており好ましいものである。   If the glass transition temperature is too low, the organic compound tends to change in structure with respect to external stress such as applied electric field, flowing current, stress due to bending or temperature change, and this causes a problem in terms of durability. In addition, if the glass transition temperature is too low, crystallization of the thin film of the organic compound tends to proceed, so that the organic compound changes between an amorphous state and a crystalline state in the operating temperature range, thereby causing an electron. Since the stability as the extraction layer is lost, there is a problem in terms of durability. Among the compounds that can be used as the electron extraction layer 150 according to this example, there are compounds in which the glass transition temperature by the DSC method is not observed below 300 ° C., which is preferable because it has high thermal stability. Is.

電子取り出し層150の膜厚は特に限定はないが、好ましくは0.01nm以上である。また、好ましくは40nm以下であり、さらに好ましくは20nm以下である。大きすぎる電子が取り出しにくくなり,光電変換効率が低下するといった問題点があり、小さすぎるとバッファ材料としての機能を果たさなくなるといった問題点がある。   The thickness of the electron extraction layer 150 is not particularly limited, but is preferably 0.01 nm or more. Moreover, it is preferably 40 nm or less, and more preferably 20 nm or less. There is a problem that it becomes difficult to take out too large electrons and the photoelectric conversion efficiency is lowered, and when it is too small, there is a problem that the function as a buffer material cannot be performed.

[5.2 正孔取り出し層130]
正孔取り出し層130の材料は、活性層140からアノード120への正孔の取り出し効率を向上させうる材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、及びトリフェニレンジアミンなどの導電性有機化合物などが挙げられる。また、Au、In、Ag、及びPdなどの金属などの薄膜も使用することができる。さらに、金属などの薄膜を単独で正孔取り出し層130として用いることもできるし、金属などの薄膜と上記の有機材料とを組み合わせて正孔取り出し層130として用いることもできる。
[5.2 Hole Extraction Layer 130]
The material of the hole extraction layer 130 is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of extracting holes from the active layer 140 to the anode 120. Specific examples include conductive organic compounds such as polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, and triphenylenediamine. A thin film of metal such as Au, In, Ag, and Pd can also be used. Further, a thin film of metal or the like can be used alone as the hole extraction layer 130, or a thin film of metal or the like and the above organic material can be used in combination as the hole extraction layer 130.

正孔取り出し層の膜厚は特に限定はないが、通常2nm以上、一方、通常40nm以下、好ましくは20nm以下である。厚すぎると、正孔が取り出しにくくなり、光電変換効率が低下する傾向がある。また、薄すぎると、例えば均一な膜とならないために、バッファ材料としての機能を果たさなくなりうる。   The thickness of the hole extraction layer is not particularly limited, but is usually 2 nm or more, and usually 40 nm or less, preferably 20 nm or less. When it is too thick, it becomes difficult to extract holes, and the photoelectric conversion efficiency tends to decrease. On the other hand, if it is too thin, for example, a uniform film cannot be obtained, so that the function as a buffer material may not be achieved.

[5.2 バッファ層130,150の成膜方法]
バッファ層120,160の形成方法は任意である。例えば、蒸着、スパッタ等の真空成膜方法を用いてもよいし、スピンコートなどの塗布成膜方法を用いてもよい。
[5.2 Film Formation Method of Buffer Layers 130 and 150]
The formation method of the buffer layers 120 and 160 is arbitrary. For example, a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering may be used, or a coating film formation method such as spin coating may be used.

[6 アニール処理]
活性層140、及び電極120,160を有する積層構造を作製した後に、この積層構造を加熱する(アニール処理する)ことが、光電変換素子の性能を向上させる点で好ましい。具体的には、光電変換素子100を作製する際には、積層構造を通常50℃以上、さらに好ましくは80℃以上、一方、通常280℃以下、さらに好ましくは250℃以下の温度範囲において加熱することが好ましい。アニール処理の温度が低すぎると、例えば電子取り出し層150とカソード160との間、及び電子取り出し層150と活性層140との間の密着性が十分に向上しない可能性がある。また、アニール処理の温度が高すぎると、例えば活性層140に含まれる化合物が熱分解してしまう可能性がある。なお、アニール処理には複数の温度での加熱が含まれていてもよい。
[6 Annealing treatment]
In order to improve the performance of the photoelectric conversion element, it is preferable to heat (anneal) the stacked structure after forming the stacked structure including the active layer 140 and the electrodes 120 and 160. Specifically, when producing the photoelectric conversion element 100, the laminated structure is usually heated in a temperature range of 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and usually 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable. If the annealing temperature is too low, for example, the adhesion between the electron extraction layer 150 and the cathode 160 and between the electron extraction layer 150 and the active layer 140 may not be sufficiently improved. If the annealing temperature is too high, for example, a compound contained in the active layer 140 may be thermally decomposed. Note that the annealing treatment may include heating at a plurality of temperatures.

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。アニール処理は、太陽電池性能のパラメーターである開放電圧、短絡電流、およ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、アニール処理は常圧下で行うことが好ましく、不活性ガス雰囲気中で実施することも好ましい。   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 is preferably terminated when the open circuit voltage, short circuit current, and fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach constant values. The annealing treatment is preferably performed under normal pressure, and is preferably performed in an inert gas atmosphere.

アニール処理により、例えば電子取り出し層150とカソード160との間、及び電子取り出し層150と活性層140との間の密着性が向上しうる。この場合、光電変換素子100の熱安定性及び耐久性等が向上しうる。また、活性層140のの自己組織化が促進され、変換効率が向上しうる。加熱方法としては、ホットプレート等の熱源に積層構造を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気下に積層構造を入れても良い。また、バッチ生産方式に従ってアニール処理を行ってもよいし、連続生産方式に従ってアニール処理を行ってもよい。   By the annealing treatment, for example, adhesion between the electron extraction layer 150 and the cathode 160 and between the electron extraction layer 150 and the active layer 140 can be improved. In this case, the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element 100 can be improved. In addition, the self-organization of the active layer 140 is promoted, and conversion efficiency can be improved. As a heating method, the laminated structure may be placed on a heat source such as a hot plate, or the laminated structure may be put in a heating atmosphere such as an oven. Further, the annealing treatment may be performed according to a batch production method, or the annealing treatment may be performed according to a continuous production method.

[7 本発明に係る太陽電池]
本発明に係る光電変換素子を用いて、太陽電池を作製することができる。特に、本発明に係る光電変換素子は、太陽電池(又は太陽電池モジュール)における太陽電池素子として使用されることが好ましい。
[7 Solar Cell According to the Present Invention]
A solar cell can be produced using the photoelectric conversion element according to the present invention. In particular, the photoelectric conversion element according to the present invention is preferably used as a solar cell element in a solar cell (or a solar cell module).

本発明に係る太陽電池の作製方法に制限は無い。例えば封止材を用い、フィルム状又はシート状の部材の間に光電変換素子を封止することにより、太陽電池を作製することができる。フィルム状又はシート状の部材としては、例えばガラス板を用いることができる。   There is no restriction | limiting in the preparation methods of the solar cell concerning this invention. For example, a solar cell can be manufactured by using a sealing material and sealing a photoelectric conversion element between film-like or sheet-like members. As a film-like or sheet-like member, for example, a glass plate can be used.

また、本発明に係る光電変換素子は、薄膜太陽電池における太陽電池素子として使用されることが好ましい。このような薄膜太陽電池は、例えば、以下のように作製することができる。すなわち、フィルム状又はシート状の部材の間に1個又は2個以上の光電変換素子を直列または並列接続し、封止材を用いて一般的な真空ラミネート装置でラミネートすればよい。フィルムとしては耐候性保護フィルムを用いることもできる。また、この薄膜太陽電池は、紫外線カットフィルム、ガスバリアフィルム、並びに酸素及び/又は水分を補足するゲッター材フィルム、のうちの少なくとも1つを、光電変換素子とともに含んでいてもよい。   Moreover, it is preferable that the photoelectric conversion element which concerns on this invention is used as a solar cell element in a thin film solar cell. Such a thin film solar cell can be manufactured as follows, for example. That is, one or two or more photoelectric conversion elements may be connected in series or in parallel between film-like or sheet-like members and laminated with a general vacuum laminating apparatus using a sealing material. A weather-resistant protective film can also be used as the film. In addition, the thin film solar cell may include at least one of an ultraviolet cut film, a gas barrier film, and a getter material film supplementing oxygen and / or moisture together with the photoelectric conversion element.

以下、本発明の実施例を示して本発明について更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although the Example of this invention is shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to a following example, unless it deviates from the summary.

[合成例1:ビシクロポルフィリン化合物CP−1の合成]
(化合物E2の合成)

Figure 2012129420
[Synthesis Example 1: Synthesis of bicycloporphyrin compound CP-1]
(Synthesis of Compound E2)
Figure 2012129420

窒素雰囲気下、冷却器を備えた500mLの4ツ口フラスコにエチル−4,7−ジヒドロ−8,8−ジメチル−4,7−エタノ−2H−イソインドール−1−カルポキシレート(E1)(5.00 g, 20.4 mmol)と、あらかじめ乳鉢ですりつぶした水酸化ナトリウム(6.25 g, 150 mmol)をエチレングリコール(150 mL)に溶解し、溶媒を脱気し窒素置換した。反応容器を遮光し、170℃で60分間撹拌し、その後室温に冷却した。反応溶液を氷水(300 mL)に投入し、クロロホルムで抽出を行い、無水硫酸ナトリウムを添加して有機層を乾燥した。粉体をろ過後、ろ液を減圧濃縮した。得られたオイルを昇華精製することにより、化合物(E2)を得た(2.54 g, 14.7 mmol, 72 %)。得られた化合物が化合物(E2)であることを、H NMRで確認した。H NMRの結果を以下に示す。 In a 500 mL four-necked flask equipped with a condenser under a nitrogen atmosphere, ethyl-4,7-dihydro-8,8-dimethyl-4,7-ethano-2H-isoindole-1-carboxylate (E1) ( 5.00 g, 20.4 mmol) and sodium hydroxide (6.25 g, 150 mmol) previously ground in a mortar were dissolved in ethylene glycol (150 mL), and the solvent was degassed and replaced with nitrogen. The reaction vessel was shielded from light, stirred at 170 ° C. for 60 minutes, and then cooled to room temperature. The reaction solution was poured into ice water (300 mL), extracted with chloroform, anhydrous sodium sulfate was added, and the organic layer was dried. After filtering the powder, the filtrate was concentrated under reduced pressure. The obtained oil was purified by sublimation to obtain compound (E2) (2.54 g, 14.7 mmol, 72%). It was confirmed by 1 H NMR that the obtained compound was the compound (E2). The result of 1 H NMR is shown below.

化合物(E2):1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.46 (br s, 1H), 6.54 (m, 1H), 6.48 (m, 1H), 6.47 (m, 1H), 6.41 (m, 1H), 3.70 (m, 1H), 3.22 (d, 1H, J = 5.9 Hz), 1.41 (dd, 1H, J = 11.5, 2.7 Hz), 1.24 (dd, 1H, J = 11.5, 2.7 Hz), 1.04 (s, 3H), and 0.72 (s, 3H). Compound (E2): 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 7.46 (br s, 1H), 6.54 (m, 1H), 6.48 (m, 1H), 6.47 (m, 1H), 6.41 (m, 1H ), 3.70 (m, 1H), 3.22 (d, 1H, J = 5.9 Hz), 1.41 (dd, 1H, J = 11.5, 2.7 Hz), 1.24 (dd, 1H, J = 11.5, 2.7 Hz), 1.04 (s, 3H), and 0.72 (s, 3H).

(ビシクロポルフィリン化合物異性体混合物CP−1の合成)

Figure 2012129420
(Synthesis of Bicycloporphyrin Compound Isomeric Mixture CP-1)
Figure 2012129420

上記のように合成した化合物(E2)(3.81 g, 22 mmol)をクロロホルム(アミレン含有)(400 mL)に溶解し、これに窒素雰囲気下でパラホルムアルデヒド(850 mg)を添加し、ついでp−トルエンスルホン酸一水和物(200 mg)を添加し、室温で5時間撹拌した。続いてp−クロラニル(2.17 g)を添加してさらに5時間撹拌した。反応液を水に注入し、有機層を分離して飽和炭酸水素ナトリウム溶液、水、及び飽和食塩水で順次洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。粉体をろ過後、ろ液を減圧濃縮した。残渣をアルミナカラムクロマトグラフィー(溶媒:クロロホルム)で精製し、ついでシリカゲルクロマトグラフィー(溶媒:酢酸エチル/クロロホルム)で精製することで、ビシクロポルフィリン化合物の位置異性体混合物CP−1を得た(2.44 g, 3.30 mmol, 60 %)。   Compound (E2) synthesized as described above (3.81 g, 22 mmol) was dissolved in chloroform (containing amylene) (400 mL), and paraformaldehyde (850 mg) was added thereto under a nitrogen atmosphere. Toluenesulfonic acid monohydrate (200 mg) was added and stirred at room temperature for 5 hours. Subsequently, p-chloranil (2.17 g) was added and stirred for another 5 hours. The reaction solution was poured into water, the organic layer was separated, washed successively with saturated sodium hydrogen carbonate solution, water, and saturated brine, and dried over anhydrous sodium sulfate. After filtering the powder, the filtrate was concentrated under reduced pressure. The residue was purified by alumina column chromatography (solvent: chloroform) and then purified by silica gel chromatography (solvent: ethyl acetate / chloroform) to obtain a regioisomer mixture CP-1 of a bicycloporphyrin compound (2.44 g). , 3.30 mmol, 60%).

得られた化合物が目的のビシクロポルフィリン化合物の位置異性体混合物であることを、H NMR、LC分析、及びMS分析によって確認した。すなわち、質量分析(FAB−MS法)により、目的物の質量と一致するm/z:736[M]を検出した。LC分析結果については表1に記す。H NMRの結果は以下に示す。 It was confirmed by 1 H NMR, LC analysis, and MS analysis that the obtained compound was a regioisomer mixture of the target bicycloporphyrin compound. That is, m / z: 736 [M + ] corresponding to the mass of the target product was detected by mass spectrometry (FAB-MS method). The LC analysis results are shown in Table 1. The results of 1 H NMR are shown below.

ビシクロポルフィリン化合物異性体混合物CP−1:1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 10.26-10.33 (m, 4H), 7.11-7.26 (m, 8H), 5.63 (m, 4H), 5.12-5.16 (m, 4H), 2.06-2.11 (m, 4H), 1.75-1.88 (m, 4H), 1.55-1.56 (m, 12H), 0.59-0.80 (m, 12H), and -4.63 (br s, 2H). Bicycloporphyrin compound isomer mixture CP-1: 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 10.26-10.33 (m, 4H), 7.11-7.26 (m, 8H), 5.63 (m, 4H), 5.12-5.16 ( m, 4H), 2.06-2.11 (m, 4H), 1.75-1.88 (m, 4H), 1.55-1.56 (m, 12H), 0.59-0.80 (m, 12H), and -4.63 (br s, 2H) .

[合成例2:ビシクロポルフィリン化合物CP−2の合成]

Figure 2012129420
[Synthesis Example 2: Synthesis of bicycloporphyrin compound CP-2]
Figure 2012129420

特開2003−304014号公報の明細書段落[0060]〜[0066]の記載に従って合成した。質量分析(FAB−MS法)により、目的物の質量と一致するm/z:623[M+1]を検出した。得られた化合物のLC分析結果については表1に記す。 The compound was synthesized according to the description in paragraphs [0060] to [0066] of JP-A-2003-304014. By mass spectrometry (FAB-MS method), m / z: 623 [M + +1] consistent with the mass of the target product was detected. The LC analysis results of the obtained compound are shown in Table 1.

テトラキス(ビシクロ[2.2.2]オクタジエン)ポルフィリン(CP−2):1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 10.40 (m, 4H), 7.20 (m, 8H), 5.81 (m, 8H), 2.24 (m, 8H), and -4.80 (br s, 2H). Tetrakis (bicyclo [2.2.2] octadiene) porphyrin (CP-2): 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 10.40 (m, 4H), 7.20 (m, 8H), 5.81 (m, 8H) , 2.24 (m, 8H), and -4.80 (br s, 2H).

Figure 2012129420
Figure 2012129420

[合成例3:SIMEF2(フラーレン化合物A)の合成]

Figure 2012129420
SIMEF2(フラーレン化合物A)の合成は、以下のように行った。 [Synthesis Example 3: Synthesis of SIMEF2 (fullerene compound A)]
Figure 2012129420
The synthesis of SIMEF2 (fullerene compound A) was performed as follows.

(中間体E12の合成)

Figure 2012129420
(Synthesis of Intermediate E12)
Figure 2012129420

500mL三口ナスフラスコに、窒素雰囲気下、2−メトキシフェニルマグネシウムブロミド(E11)の1.0M THF溶液(100 mL, 0.1 mol)を入れて室温で攪拌した。ここに、クロロメチルジメチルクロロシラン(11.25 mL, 0.085 mol)をゆっくり滴下した。室温で1時間攪拌後、40℃で3時間攪拌した。室温に戻し、ゆっくりと水を加えた。酢酸エチルで抽出し、飽和食塩水で洗浄後、硫酸ナトリウム上で乾燥、ろ過し、減圧下で濃縮した。得られた液体を減圧蒸留することにより、目的物(クロロメチル(2−メトキシフェニル)ジメチルシラン((o-MeO-Ph)Me2SiCH2Cl)(E12)を無色液体として得た(11.2 g, 0.0522 mol, 52 %)。 To a 500 mL three-necked eggplant flask, a 1.0 M THF solution (100 mL, 0.1 mol) of 2-methoxyphenylmagnesium bromide (E11) was added under a nitrogen atmosphere and stirred at room temperature. Chloromethyldimethylchlorosilane (11.25 mL, 0.085 mol) was slowly added dropwise thereto. After stirring at room temperature for 1 hour, the mixture was stirred at 40 ° C. for 3 hours. It returned to room temperature and water was added slowly. The mixture was extracted with ethyl acetate, washed with saturated brine, dried over sodium sulfate, filtered, and concentrated under reduced pressure. The obtained liquid was distilled under reduced pressure to obtain the desired product (chloromethyl (2-methoxyphenyl) dimethylsilane ((o-MeO-Ph) Me 2 SiCH 2 Cl) (E12) as a colorless liquid (11.2 g). , 0.0522 mol, 52%).

(中間体E14の合成)

Figure 2012129420
(Synthesis of Intermediate E14)
Figure 2012129420

窒素雰囲気下、N,N−ジメチルホルムアミド(6.45 mL, 83.3 mmol)、フラーレンC60(E13)(2.00 g, 2.78 mmol)、及び1,2−ジクロロベンゼン(500 mL)を混合し、脱気した後、窒素で復圧した。ここに、ジメチルフェニルシリルメチルマグネシウムクロリド(PhMe2SiCH2MgCl)のTHF溶液(9.80 mL, 0.850 M, 8.33 mmol)を25℃で加えた。10分間攪拌した後、脱気した飽和塩化アンモニウム水溶液(1.0 mL)を加え攪拌した。得られた溶液を濃縮した後、トルエン(200 mL)、シリカゲルろ過カラムを通した後、濃縮した。メタノール(ca. 100-200 mL)を加え、再沈させることにより茶色の固体を得た。得られた固体をHPLC(Buckyprep column、溶媒:トルエン/2−プロパノール=7/3)で分取することにより、目的物である1−(ジメチルフェニルシリルメチル)−1,9−ジヒドロ(C60−I)[5,6]フラーレン(C60(CH2SiMe2Ph)H)(E14)を得た(1.99 g, 2.28 mmol, 82 % isolated yield, analytically pure)。 Under a nitrogen atmosphere, N, N-dimethylformamide (6.45 mL, 83.3 mmol), fullerene C 60 (E13) (2.00 g, 2.78 mmol), and 1,2-dichlorobenzene (500 mL) were mixed and degassed. Then, the pressure was restored with nitrogen. A THF solution (9.80 mL, 0.850 M, 8.33 mmol) of dimethylphenylsilylmethyl magnesium chloride (PhMe 2 SiCH 2 MgCl) was added thereto at 25 ° C. After stirring for 10 minutes, degassed saturated aqueous ammonium chloride solution (1.0 mL) was added and stirred. The resulting solution was concentrated, passed through toluene (200 mL) and a silica gel filtration column, and concentrated. Methanol (ca. 100-200 mL) was added and reprecipitated to obtain a brown solid. The obtained solid was separated by HPLC (Buckyprep column, solvent: toluene / 2-propanol = 7/3) to obtain 1- (dimethylphenylsilylmethyl) -1,9-dihydro (C 60 -I h) [5,6] to obtain a fullerene (C 60 (CH 2 SiMe 2 Ph) H) (E14) (1.99 g, 2.28 mmol, 82% isolated yield, analytically pure).

(SIMEF2(フラーレン化合物A)の合成)

Figure 2012129420
(Synthesis of SIMEF2 (fullerene compound A))
Figure 2012129420

窒素雰囲気下、上記のように得られた中間体(E14)(1.02 g, 1.17 mmol)のベンゾニトリル溶液を脱気した後、t−ブトキシカリウムのTHF溶液(1.41 mL, 1.0 M, 1.41 mmol)を25℃で加えた。10分間攪拌した後、上記のように得られた中間体(E12)(5.03 g, 23.4 mmol)とヨウ化カリウムとを加え110℃で17時間攪拌した。得られた溶液に飽和塩化アンモニウム水溶液1.0 mL を加え、濃縮した。得られた粗生成物にトルエン(100 mL)を加え、ろ過濃縮した後、メタノール(ca. 50-100 mL)を加え、再沈を行った。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶媒:二硫化炭素/ヘキサン=1/1)で生成し、続いてHPLC分取(Buckyprep column、溶媒:トルエン/2−プロパノール=7/3)によって精製することにより、SIMEF2(C60(CH2SiMe2Ph)[CH2SiMe2(o-MeO-Ph)])を得た(0.810 g, 0.772 mmol, 66% isolated yield)。 After degassing the benzonitrile solution of intermediate (E14) (1.02 g, 1.17 mmol) obtained as described above under a nitrogen atmosphere, THF solution (1.41 mL, 1.0 M, 1.41 mmol) of t-butoxypotassium was used. Was added at 25 ° C. After stirring for 10 minutes, the intermediate (E12) (5.03 g, 23.4 mmol) obtained above and potassium iodide were added and stirred at 110 ° C. for 17 hours. To the resulting solution, 1.0 mL of saturated aqueous ammonium chloride solution was added and concentrated. Toluene (100 mL) was added to the obtained crude product, and after concentration by filtration, methanol (ca. 50-100 mL) was added to perform reprecipitation. The obtained crude product was produced by silica gel column chromatography (solvent: carbon disulfide / hexane = 1/1), followed by HPLC fractionation (Buckyprep column, solvent: toluene / 2-propanol = 7/3). purification, SIMEF2 (C 60 (CH 2 SiMe 2 Ph) [CH 2 SiMe 2 (o-MeO-Ph)]) was obtained (0.810 g, 0.772 mmol, 66 % isolated yield).

[合成例4:C60(QM)(フラーレン化合物B)の合成]

Figure 2012129420
[Synthesis Example 4: Synthesis of C 60 (QM) 2 (fullerene compound B)]
Figure 2012129420

窒素雰囲気下、500mL三口ナスフラスコ中、フラーレンC60(E13)(500 mg, 0.694 mmol)、ヨウ化テトラn−ブチルアンモニウム(TBAI)(1.28 g, 3.47 mmol, 5 mol eq.)、及びトルエン(230 mL)を入れた。減圧脱気後、α、α’−ジブロモ−o−キシレン(916 mg, 3.47 mmol, 5 mol eq.)を加えて加熱還流した。10時間後、室温に戻し、シリカゲルろ過カラム(溶媒:トルエン)を通し、その後濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶媒:二硫化炭素/ヘキサン=1/2)で精製した後、さらにGPC精製(溶媒:クロロホルム)を行うことにより、目的物であるC60(QM)(フラーレン化合物B)を得た。(304 mg, 0.328 mmol, 47 %)。質量分析(APCI法,negative)により、目的物の質量と一致するm/z:928[M]を検出した。 Under a nitrogen atmosphere, in a 500 mL three-necked eggplant flask, fullerene C 60 (E13) (500 mg, 0.694 mmol), tetra n-butylammonium iodide (TBAI) (1.28 g, 3.47 mmol, 5 mol eq.), And toluene ( 230 mL) was added. After degassing under reduced pressure, α, α'-dibromo-o-xylene (916 mg, 3.47 mmol, 5 mol eq.) Was added and heated to reflux. After 10 hours, the temperature was returned to room temperature, passed through a silica gel filtration column (solvent: toluene), and then concentrated. After purification by silica gel column chromatography (solvent: carbon disulfide / hexane = 1/2), further GPC purification (solvent: chloroform) is performed to obtain the target product C 60 (QM) 2 (fullerene compound B). Got. (304 mg, 0.328 mmol, 47%). By mass spectrometry (APCI method, negative), m / z: 928 [M ] corresponding to the mass of the target product was detected.

[合成例5:POPyの合成]

Figure 2012129420
[Synthesis Example 5: Synthesis of POPy 2 ]
Figure 2012129420

窒素雰囲気下、1−ブロモピレン(E21)(東京化成製)(14 g, 50 mmol)を脱水THF(関東化学製)(200 mL)に溶かし、−78℃に冷却した後、n−BuLi(関東化学製)(33 mL, 1.6 M, 53 mmol)をゆっくり滴下し、−78℃を保持したまま、30分間撹拌した。つづいて、ジクロロフェニルホスフィン(東京化成製)(4.3 g, 9.0 mmol)を滴下し、10分間攪拌した後、室温まで昇温し、さらに1.5時間撹拌した。得られた反応溶液にメタノール(純正化学製)(30 mL)を加え、得られた粗精製物をろ過し、ベンゼンを用いて再結晶することにより、中間体(E22)を得た(10.7 g)。   In a nitrogen atmosphere, 1-bromopyrene (E21) (manufactured by Tokyo Chemical Industry) (14 g, 50 mmol) was dissolved in dehydrated THF (manufactured by Kanto Chemical) (200 mL), cooled to -78 ° C. (Chemical) (33 mL, 1.6 M, 53 mmol) was slowly added dropwise, and the mixture was stirred for 30 minutes while maintaining -78 ° C. Subsequently, dichlorophenylphosphine (manufactured by Tokyo Chemical Industry) (4.3 g, 9.0 mmol) was added dropwise, stirred for 10 minutes, then warmed to room temperature, and further stirred for 1.5 hours. Methanol (manufactured by Junsei Kagaku) (30 mL) was added to the obtained reaction solution, and the resulting crude product was filtered and recrystallized using benzene to obtain an intermediate (E22) (10.7 g). ).

得られた中間体(E22)を、THF(純正化学製)(350 mL)、ジクロロメタン(関東化学製)(300 mL)、及びアセトン(関東化学製)(100 mL)に溶かし、さらに過酸化水素水(和光純薬製)(30 %, 10 mL)を加え、室温で30分間撹拌した。反応溶液に水(30 mL)を加え、全量が600mLとなるまで濃縮した後、ろ過することにより、目的化合物POPyを得た(7.5 g)。 The obtained intermediate (E22) was dissolved in THF (manufactured by Junsei Chemical) (350 mL), dichloromethane (manufactured by Kanto Chemical) (300 mL), and acetone (manufactured by Kanto Chemical) (100 mL), and further hydrogen peroxide. Water (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (30%, 10 mL) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. Water (30 mL) was added to the reaction solution, and the mixture was concentrated to a total volume of 600 mL, followed by filtration to obtain the target compound POPy 2 (7.5 g).

[実施例1:本発明に係る光電変換素子の作製と評価]
まず、基板上に正孔取り出し層を成膜した。ITO電極がパターニングされたガラス基板上に、正孔取り出し層としてポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)水性分散液(エイチ・シー・スタルク社製 商品名「CLEVIOUSTM PVP AI4083」)をスピンコートにより塗布した後、当該基板を120℃のホットプレート上で大気中10分間、加熱処理を施した。正孔取り出し層の膜厚は約30nmであった。
[Example 1: Production and evaluation of photoelectric conversion device according to the present invention]
First, a hole extraction layer was formed on the substrate. A poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) aqueous dispersion (manufactured by H.C. Starck, Inc., trade name “CLEVIOUS PVP” as a hole extraction layer on a glass substrate on which an ITO electrode is patterned. AI4083 ") was applied by spin coating, and then the substrate was subjected to heat treatment on the hot plate at 120 ° C for 10 minutes in the air. The film thickness of the hole extraction layer was about 30 nm.

続けて、正孔取り出し層上に活性層を形成した。本実施例において活性層は、p型半導体層、混合層(i層)、及びn型半導体層で構成される。   Subsequently, an active layer was formed on the hole extraction layer. In this embodiment, the active layer includes a p-type semiconductor layer, a mixed layer (i layer), and an n-type semiconductor layer.

具体的にはまず、正孔取り出し層上にp型半導体層を形成した。すなわち、正孔取り出し層が形成された基板を、まず窒素雰囲気下で180℃で3分間加熱処理した。次に、合成例1で合成したビシクロポルフィリン化合物CP−1を0.4重量%含むトルエン溶液を調製し、ろ過し、上記基板上に1500rpmでスピンコートすることにより塗布した。さらに、窒素雰囲気下で上記基板を195℃で30秒間加熱処理した。ビシクロポルフィリン化合物CP−1は、加熱処理によってp型半導体材料であるテトラベンゾポルフィリン(BP)に変換される。こうして、正孔取り出し層の上に約25nmのp型半導体層を形成した。   Specifically, first, a p-type semiconductor layer was formed on the hole extraction layer. That is, the substrate on which the hole extraction layer was formed was first heat-treated at 180 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere. Next, a toluene solution containing 0.4% by weight of the bicycloporphyrin compound CP-1 synthesized in Synthesis Example 1 was prepared, filtered, and applied by spin coating on the substrate at 1500 rpm. Further, the substrate was heat-treated at 195 ° C. for 30 seconds in a nitrogen atmosphere. Bicycloporphyrin compound CP-1 is converted into tetrabenzoporphyrin (BP) which is a p-type semiconductor material by heat treatment. Thus, a p-type semiconductor layer of about 25 nm was formed on the hole extraction layer.

Figure 2012129420
Figure 2012129420

次に、p型半導体層上に混合物層を形成した。すなわち、合成例2で合成したビシクロポルフィリン化合物CP−2を0.75重量%含み、さらに合成例3で製造したSIMEF2(フラーレン化合物A)を1.75重量%含むクロロホルム:クロロベンゼン=1:1(重量比)溶液を調製した。調製した溶液をろ過し、窒素雰囲気下で得られたろ液をp型半導体層上に1500rpmでスピンコートし、160℃で120分間加熱した。ビシクロポルフィリン化合物CP−2は、加熱処理によってp型半導体材料であるテトラベンゾポルフィリン(BP)に変換される。こうしてp型半導体層上に、テトラベンゾポルフィリン(BP)とSIMEF2とを含む、約100nmの層を形成した。   Next, a mixture layer was formed on the p-type semiconductor layer. That is, chloroform: chlorobenzene = 1: 1 (containing 0.75% by weight of the bicycloporphyrin compound CP-2 synthesized in Synthesis Example 2 and 1.75% by weight of SIMEF2 (fullerene compound A) produced in Synthesis Example 3) (Weight ratio) solution was prepared. The prepared solution was filtered, and the filtrate obtained under a nitrogen atmosphere was spin-coated on the p-type semiconductor layer at 1500 rpm and heated at 160 ° C. for 120 minutes. Bicycloporphyrin compound CP-2 is converted into tetrabenzoporphyrin (BP) which is a p-type semiconductor material by heat treatment. Thus, a layer of about 100 nm containing tetrabenzoporphyrin (BP) and SIMEF2 was formed on the p-type semiconductor layer.

Figure 2012129420
Figure 2012129420

次に、テトラベンゾポルフィリン(BP)とSIMEF2とを含む層の上に、n型半導体層を形成した。すなわち、合成例4で合成した、n型半導体材料であるC60(QM)(フラーレン化合物B)を0.65重量%含むトルエン溶液を調製した。調製した溶液をろ過し、窒素雰囲気下で得られたろ液を3000rpmでスピンコートした。この処理によって、SIMEF2はフラーレン化合物Bによって置換される。さらに、スピンコート後の基板に対し、120℃で5分間加熱処理を施した。以上の工程により、p型半導体層上にテトラベンゾポルフィリン(BP)とフラーレン化合物Bとを含む混合物層(i層)が形成され、さらに混合物層上にフラーレン化合物Bを含むn型半導体層が形成された。 Next, an n-type semiconductor layer was formed on the layer containing tetrabenzoporphyrin (BP) and SIMEF2. That is, a toluene solution containing 0.65% by weight of C 60 (QM) 2 (fullerene compound B), which is an n-type semiconductor material, synthesized in Synthesis Example 4 was prepared. The prepared solution was filtered, and the filtrate obtained under a nitrogen atmosphere was spin-coated at 3000 rpm. By this treatment, SIMEF2 is replaced by the fullerene compound B. Further, the substrate after spin coating was subjected to heat treatment at 120 ° C. for 5 minutes. Through the above steps, a mixture layer (i layer) containing tetrabenzoporphyrin (BP) and fullerene compound B is formed on the p-type semiconductor layer, and an n-type semiconductor layer containing fullerene compound B is further formed on the mixture layer. It was done.

Figure 2012129420
Figure 2012129420

こうして形成した活性層について、薄膜X線回折スペクトルを測定した。out−of−plane測定における回折パターン、in−plane測定における回折パターンの双方について、ピークとその相対強度とを表2に示す。さらに、この活性層について、UV−Vis透過光スペクトルを測定した。得られたUV−Vis透過光スペクトルを図2に示す。また、Q帯(波長範囲670−700nm)における吸収ピークについて、吸収極大波長λmaxとその半値幅とを表3に示す。   A thin film X-ray diffraction spectrum was measured for the active layer thus formed. Table 2 shows peaks and their relative intensities for both the diffraction pattern in out-of-plane measurement and the diffraction pattern in in-plane measurement. Furthermore, the UV-Vis transmission light spectrum was measured about this active layer. The obtained UV-Vis transmitted light spectrum is shown in FIG. Table 3 shows the absorption maximum wavelength λmax and its half-value width for the absorption peak in the Q band (wavelength range: 670 to 700 nm).

続いて、活性層上にバッファ層を形成した。すなわち、真空蒸着装置内に配置されたメタルボートに合成例5で合成したPOPyを入れ、加熱することにより、膜厚6nmになるまで活性層上にPOPyを蒸着した。 Subsequently, a buffer layer was formed on the active layer. That is, POPy 2 synthesized in Synthesis Example 5 was placed in a metal boat placed in a vacuum vapor deposition apparatus and heated to deposit POPy 2 on the active layer until the film thickness reached 6 nm.

Figure 2012129420
Figure 2012129420

そして、バッファ層上に厚さ80nmのアルミニウム電極を真空蒸着により設けた。電極を設けた後、作製された積層体を180℃のホットプレートで10分間加熱し、さらに210℃のホットプレートで10分間加熱し、さらに220℃のホットプレートで10分間加熱し、さらに230℃のホットプレートで10分間加熱することによって、光電変換素子を作製した。   Then, an aluminum electrode having a thickness of 80 nm was provided on the buffer layer by vacuum deposition. After providing the electrodes, the manufactured laminate was heated on a 180 ° C. hot plate for 10 minutes, further heated on a 210 ° C. hot plate for 10 minutes, further heated on a 220 ° C. hot plate for 10 minutes, and further 230 ° C. The photoelectric conversion element was produced by heating with a hot plate for 10 minutes.

作製した光電変換素子について、以下のように特性を測定した。すなわち、ガラス板を封止板として用い、得られた光電変換素子を封止することによって太陽電池を作製した。そして、光電変換素子のITO電極側からソーラシミュレーター(AM1.5G)で100mW/cmの強度の光を照射し、ソースメーター(ケイスレー社製、2400型)を用いて、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。 About the produced photoelectric conversion element, the characteristic was measured as follows. That is, the solar cell was produced by sealing the obtained photoelectric conversion element using a glass plate as a sealing plate. Then, a solar simulator (AM1.5G) is used to irradiate light with an intensity of 100 mW / cm 2 from the ITO electrode side of the photoelectric conversion element, and using a source meter (type 2400, manufactured by Keithley), an ITO electrode and an aluminum electrode The current-voltage characteristics during the period were measured.

上記の方法を用いて、20個の光電変換素子を作製した。そして、20個の光電変換素子のそれぞれについて、光電変換素子の開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、フィルファクター(FF)、及び光電変換効率(PCE)を測定した。開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、フィルファクター(FF)、及び光電変換効率(PCE)の、20個の光電変換素子についての平均と標準偏差とを、表4に示す。さらに、20個の光電変換素子のうち、リーク電流が観測された光電変換素子の割合(%)を、表4に示す。   Twenty photoelectric conversion elements were produced using the above method. And the open circuit voltage (Voc) of the photoelectric conversion element, the short circuit current (Jsc), the fill factor (FF), and the photoelectric conversion efficiency (PCE) were measured about each of 20 photoelectric conversion elements. Table 4 shows the average and standard deviation of the 20 open-circuit voltages (Voc), short-circuit current (Jsc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (PCE) for 20 photoelectric conversion elements. Furthermore, Table 4 shows the ratio (%) of photoelectric conversion elements in which leakage current was observed among the 20 photoelectric conversion elements.

[比較例1:比較例としての光電変換素子の作製と評価]
p型半導体層を成膜する際に、195℃で30秒間加熱処理する代わりに、180℃で20分間加熱処理したこと以外は、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。また、実施例1と同様に活性層の薄膜X線回折スペクトルを測定し、さらに光電変換素子の電流−電圧特性を測定した。結果を実施例1と同様に、図2及び表2〜4に示す。
[Comparative Example 1: Production and Evaluation of Photoelectric Conversion Element as Comparative Example]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that, when the p-type semiconductor layer was formed, heat treatment was performed at 180 ° C. for 20 minutes instead of heat treatment at 195 ° C. for 30 seconds. Moreover, the thin film X-ray diffraction spectrum of the active layer was measured in the same manner as in Example 1, and the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion element were further measured. The results are shown in FIG. 2 and Tables 2 to 4 as in Example 1.

Figure 2012129420
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以上のように、out−of−plane測定法による活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、実施例1に係る光電変換素子では、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する、格子面[101]、格子面[002]、格子面[200]、格子面[202]、格子面[004]のそれぞれに対応するピークの相対強度が、比較例1に係る光電変換素子よりも大きい。また、活性層のQ帯における吸収ピークについて、実施例1に係る光電変換素子は比較例1に係る光電変換素子よりも半値幅が大きい。すなわち実施例1に係る光電変換素子はより幅広い波長の光を吸収することができるため、光電変換効率が向上することが期待される。   As described above, in the thin film X-ray diffraction spectrum of the active layer by the out-of-plane measurement method, the photoelectric conversion element according to Example 1 has a lattice plane [10] with respect to the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1]. 101], the lattice plane [002], the lattice plane [200], the lattice plane [202], and the lattice plane [004], the relative intensity of the peaks is higher than that of the photoelectric conversion element according to Comparative Example 1. In addition, regarding the absorption peak in the Q band of the active layer, the photoelectric conversion element according to Example 1 has a larger half-width than the photoelectric conversion element according to Comparative Example 1. That is, since the photoelectric conversion element according to Example 1 can absorb light having a wider wavelength, it is expected that the photoelectric conversion efficiency is improved.

また、実施例1に係る光電変換素子は、比較例1に係る光電変換素子と比較して、短絡電流(Jsc)および光電変換効率(PCE)が向上したことが分かる。また、リーク電流が観測された光電変換素子が大きく減ったことが分かる。   Moreover, it turns out that the short circuit current (Jsc) and photoelectric conversion efficiency (PCE) improved the photoelectric conversion element which concerns on Example 1 compared with the photoelectric conversion element which concerns on the comparative example 1. FIG. It can also be seen that the number of photoelectric conversion elements in which leakage current was observed was greatly reduced.

Claims (11)

少なくとも一対の電極と活性層とを有する光電変換素子であって、
out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、格子面[10−1]に対応する回折ピークと格子面[101]に対応する回折ピークとが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[101]に対応する回折ピークの相対強度が40%以上であることを特徴とする光電変換素子。
A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer,
In the thin-film X-ray diffraction spectrum of the active layer obtained by the out-of-plane measurement method, there are a diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] and a diffraction peak corresponding to the lattice plane [101]. The relative intensity of the diffraction peak corresponding to the lattice plane [101] with respect to the diffraction peak corresponding to 10-1] is 40% or more.
out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、さらに格子面[002]に対応する回折ピークが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[002]に対応する回折ピークの相対強度が30%以上であることを特徴とする、請求項1に記載の光電変換素子。   In the thin film X-ray diffraction spectrum of the active layer obtained by the out-of-plane measurement method, there is a diffraction peak corresponding to the lattice plane [002], and the lattice plane corresponding to the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] [ The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a relative intensity of a diffraction peak corresponding to 002] is 30% or more. out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、さらに格子面[200]に対応する回折ピークが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[200]に対応する回折ピークの相対強度が50%以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光電変換素子。   In the thin-film X-ray diffraction spectrum of the active layer by the out-of-plane measurement method, there is a diffraction peak corresponding to the lattice plane [200], and the lattice plane corresponding to the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] [ The photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, wherein the relative intensity of the diffraction peak corresponding to 200] is 50% or more. out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、さらに格子面[202]に対応する回折ピークが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[202]に対応する回折ピークの相対強度が15%以上であることを特徴とする、請求項1乃至3の何れか1項に記載の光電変換素子。   In the thin film X-ray diffraction spectrum of the active layer obtained by the out-of-plane measurement method, there is a diffraction peak corresponding to the lattice plane [202], and the lattice plane corresponding to the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] [ 202], the relative intensity of a diffraction peak corresponding to 202] is 15% or more, and the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 3. out−of−plane測定法による前記活性層の薄膜X線回折スペクトルにおいて、さらに格子面[004]に対応する回折ピークが存在し、格子面[10−1]に対応する回折ピークに対する格子面[004]に対応する回折ピークの相対強度が20%以上であることを特徴とする、請求項1乃至4の何れか1項に記載の光電変換素子。   In the thin-film X-ray diffraction spectrum of the active layer by the out-of-plane measurement method, there is a diffraction peak corresponding to the lattice plane [004], and the lattice plane corresponding to the diffraction peak corresponding to the lattice plane [10-1] [ The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the relative intensity of the diffraction peak corresponding to [004] is 20% or more. 前記活性層がポルフィリン化合物を含有することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the active layer contains a porphyrin compound. 少なくとも一対の電極と活性層とを有する光電変換素子であって、
前記活性層がポルフィリン化合物を含有し、
前記活性層の紫外可視透過スペクトルにおいて、吸収極大波長が670〜700nmの範囲内にあるピークの半値幅が40nm以上であることを特徴とする光電変換素子。
A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer,
The active layer contains a porphyrin compound;
In the ultraviolet visible transmission spectrum of the active layer, the half width of a peak having an absorption maximum wavelength in the range of 670 to 700 nm is 40 nm or more.
前記活性層が、
半導体材料前駆体を塗布する工程と、
前記半導体材料前駆体を半導体材料化合物へと変換する工程と、
を含む方法によって形成されることを特徴とする、請求項1乃至7の何れか1項に記載の光電変換素子。
The active layer is
Applying a semiconductor material precursor;
Converting the semiconductor material precursor into a semiconductor material compound;
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is formed by a method including:
少なくとも一対の電極と活性層とを有する光電変換素子であって、
前記活性層は、
第1の半導体材料を含む第1の層と、前記第1の半導体層に隣接しかつ前記第1の半導体材料及び第2の材料を含む第2の層と、を形成する工程と、
前記第1の層に含まれる前記第1の半導体材料と、前記第2の層に含まれる前記第1の半導体材料とを、同時に結晶化する工程と、
を含む方法によって形成されることを特徴とする、光電変換素子。
A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer,
The active layer is
Forming a first layer including a first semiconductor material; and a second layer adjacent to the first semiconductor layer and including the first semiconductor material and the second material;
Simultaneously crystallizing the first semiconductor material contained in the first layer and the first semiconductor material contained in the second layer;
It is formed by the method containing this, The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
少なくとも一対の電極と活性層とを有する光電変換素子であって、
前記活性層は、
第1の半導体材料を含む第1の層と、前記第1の半導体層に隣接しかつ第2の半導体材料を含む第2の層と、を形成する工程の後に、
前記第1の層に含まれる前記第1の半導体材料を結晶化する工程、あるいは、前記第1の層に含まれる前記第1の半導体材料と前記第2の層に含まれる前記第2の半導体材料とを同時に結晶化する工程、を行うことによって形成されることを特徴とする、光電変換素子。
A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer,
The active layer is
After the step of forming a first layer including a first semiconductor material and a second layer adjacent to the first semiconductor layer and including a second semiconductor material,
A step of crystallizing the first semiconductor material contained in the first layer, or the first semiconductor material contained in the first layer and the second semiconductor contained in the second layer. It is formed by performing the process of crystallizing material simultaneously, The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
請求項1乃至10の何れか1項に記載の光電変換素子を備える太陽電池。   A solar cell provided with the photoelectric conversion element of any one of Claims 1 thru | or 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008135622A (en) * 2006-11-29 2008-06-12 Mitsubishi Chemicals Corp Manufacturing method of organic photoelectric conversion element and organic photoelectric conversion element
JP2009188386A (en) * 2008-12-19 2009-08-20 Mitsubishi Chemicals Corp Organic electronic device and its manufacturing method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008135622A (en) * 2006-11-29 2008-06-12 Mitsubishi Chemicals Corp Manufacturing method of organic photoelectric conversion element and organic photoelectric conversion element
JP2009188386A (en) * 2008-12-19 2009-08-20 Mitsubishi Chemicals Corp Organic electronic device and its manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016521009A (en) * 2013-05-07 2016-07-14 エルジー・ケム・リミテッド Organic electronic devices containing fullerene derivatives

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