JP2012167241A - New copolymer, organic semiconductor material, and organic electronic device, photoelectric conversion element and solar cell module each using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new copolymer with high solubility and having absorption in a long wavelength region, that is suitable for a photoelectric conversion element.SOLUTION: This copolymer is expressed by general formula (1), and has a weight-average molecular weight in terms of polystyrene of 2×10-1×10, where in the formula, Rrepresents a (substituted) alkyl group, (substituted) alkenyl group or (substituted) aryl group; Rto Reach independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, a (substituted) alkyl group, (substituted) alkenyl group or (substituted) aryl group.

Description

本発明は、特定骨格の繰り返し単位を有する新規のコポリマーとこれを含む有機半導体材料、及びこれを用いた有機電子デバイス並びに太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a novel copolymer having a repeating unit having a specific skeleton, an organic semiconductor material containing the same, an organic electronic device using the same, and a solar cell module.

有機ELや有機薄膜トランジスタ、有機発光センサー等デバイスの半導体材料として、π共役高分子が応用されており、なかでも高分子有機太陽電池への応用が注目されている。特に有機太陽電池においては、太陽光の吸収効率を向上させることが望まれており、長波長(600nm以上)の光を吸収できるポリマーの開発が重要である。
吸収波長の長波長化を目的として、ドナー性モノマーとアクセプター性モノマーの共重合体(以後、コポリマーということがある)を光電変換素子に用いた例がいくつか報告されている。
As semiconductor materials for devices such as organic EL, organic thin-film transistors, and organic light-emitting sensors, π-conjugated polymers are applied, and in particular, application to polymer organic solar cells is attracting attention. In particular, in an organic solar cell, it is desired to improve sunlight absorption efficiency, and it is important to develop a polymer that can absorb light having a long wavelength (600 nm or more).
Several examples have been reported in which a copolymer of a donor monomer and an acceptor monomer (hereinafter sometimes referred to as a copolymer) is used in a photoelectric conversion element for the purpose of increasing the absorption wavelength.

例えば、非特許文献1には、イミドチオフェン骨格とベンゾジチオフェン骨格を主鎖に導入したコポリマーが700nm程度の波長の光を吸収すること、当該コポリマーを用いた光電変換素子の光電変換効率が6.8%程度であったことが記載されている。
非特許文献2には、イミドチオフェン骨格とジチエノシクロペンタジエン骨格を主鎖に導入したコポリマーが700nm程度の波長の光を吸収すること、当該コポリマーを用いた光電変換素子の光電変換効率が3.1%程度であったことが記載されている。
For example, Non-Patent Document 1 discloses that a copolymer having an imidothiophene skeleton and a benzodithiophene skeleton in the main chain absorbs light having a wavelength of about 700 nm, and the photoelectric conversion efficiency of a photoelectric conversion element using the copolymer is 6. It is described that it was about 8%.
Non-Patent Document 2 discloses that a copolymer having an imidothiophene skeleton and a dithienocyclopentadiene skeleton in the main chain absorbs light having a wavelength of about 700 nm, and the photoelectric conversion efficiency of a photoelectric conversion element using the copolymer is 3. It is described that it was about 1%.

特許文献1には、ジチエノシロール骨格及びベンゾチアジアゾール骨格又はイミドベンゼン骨格等のモノマーを主鎖に導入したコポリマーを用いた光電変換素子の光電変換効率が0.7%程度であったことが記載されている。
特許文献2には、ジチエノシロール骨格及びベンゾチアジアゾール骨格等を主鎖に導入したコポリマーが750nm程度の波長の光を吸収すること、当該コポリマーを用いた光電変換素子の光電変換効率が3.5%程度であったことが記載されている。
Patent Document 1 describes that the photoelectric conversion efficiency of a photoelectric conversion element using a copolymer obtained by introducing a monomer such as a dithienosilol skeleton, a benzothiadiazole skeleton, or an imidobenzene skeleton into the main chain was about 0.7%. Yes.
Patent Document 2 discloses that a copolymer having a dithienosilole skeleton, a benzothiadiazole skeleton, etc. introduced into the main chain absorbs light having a wavelength of about 750 nm, and the photoelectric conversion efficiency of a photoelectric conversion element using the copolymer is about 3.5%. It is described that it was.

特許文献3には、ビフェニル誘導体骨格と置換基を有するチオフェン骨格を含有するコポリマーを使用した光電変換素子が記載されている。
非特許文献3には、イミドチオフェン骨格とジチエノシクロペンタジエン骨格を主鎖に導入したコポリマー、イミドチオフェン骨格とジチエノシロール骨格を含有するコポリマー及びイミドチオフェン骨格とジチエノピロール骨格を主鎖に導入したコポリマーを使用した光電変換素子が記載されている。
Patent Document 3 describes a photoelectric conversion element using a copolymer containing a biphenyl derivative skeleton and a thiophene skeleton having a substituent.
Non-Patent Document 3 uses a copolymer having an imidothiophene skeleton and a dithienocyclopentadiene skeleton introduced in the main chain, a copolymer containing an imidethiophene skeleton and a dithienosilole skeleton, and a copolymer having an imidethiophene skeleton and a dithienopyrrole skeleton introduced into the main chain. A photoelectric conversion element is described.

特開2010−507233号公報JP 2010-507233 A 国際公開第2010/022058号International Publication No. 2010/022058 特開2006−63334号公報JP 2006-63334 A

J.Am.Chem.Soc. 2010, 132, 7595−7597J. et al. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7595-7597 Xugang Guo、外5名、Thieno[3,4−c]pyrrole−4,6−dione−Based Donor−Acceptor Conjugated Polymers for Solar Cells、[on line]、Macromolecules、[平成23年1月21日検索]、インターネット<URL: http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/ma101878w>Xugang Guo, 5 others, Thieno [3,4-c] pyrrole-4,6-dione-Based Donor-Acceptor Conjugated Polymers for Solar Cells, [on line], Macromolecules, January 21, 2011 , Internet <URL: http: // pubs. acs. org / doi / pdfplus / 10.1021 / ma101878w> J.Mater.Chem. 2011,21,3895−3902J. et al. Mater. Chem. 2011, 21, 3895-3902

本願発明者らの検討によれば、前述の文献に記載されたポリマーはいずれも、塗布成膜性や、光電変換素子とした場合の変換効率が十分ではなく、更なる改善が求められていた。   According to the study by the present inventors, none of the polymers described in the above-mentioned documents has sufficient coating film forming properties and conversion efficiency when used as a photoelectric conversion element, and further improvement has been demanded. .

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、イミドチオフェン骨格とジチエノシロール骨格からなる繰り返し単位を含有し、重量平均分子量が2×10以上1×10以下であるコポリマーは、有機デバイスに実用可能な易溶解性と、光吸収波長領域の長波長化を兼ね備えた材料となることを見出し、本発明を達成するに至った。即ち、本発明は、以下を要旨とする。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention contain a repeating unit composed of an imidothiophene skeleton and a dithienosilole skeleton, and a copolymer having a weight average molecular weight of 2 × 10 4 or more and 1 × 10 7 or less. The inventors have found that the material has both easy solubility practical for organic devices and a longer wavelength in the light absorption wavelength region, and has achieved the present invention. That is, this invention makes the following a summary.

[1]下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するコポリマーであって、ポリスチレン換算の重量平均分子量が2×10以上1×10以下であることを特徴とするコポリマー。
(式(1)中、Rは置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよいアリール基を表し、R〜Rは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよいアリール基を表す。)
[2][1]に記載のコポリマーを含むことを特徴とする、有機半導体材料。
[3][2]に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする、有機電子デバイス。
[4]一対の電極間に有機活性層が配置されてなる光電変換素子であって、該有機活性層が[2]に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする光電変換素子。
[5]前記有機半導体材料が、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体およびn型ポリマーよりなる群から選ばれる少なくとも1種のn型半導体化合物を含むことを特徴とする[4]に記載の光電変換素子。
[6]さらに、第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物を含有するバッファ層を有する、[4]又は[5]に記載の光電変換素子。
[7]太陽電池である、[4]から[6]の何れかに記載の光電変換素子。
[8][7]に記載の光電変換素子を含有することを特徴とする、太陽電池モジュール。
[1] A copolymer having a repeating unit represented by the following general formula (1), having a polystyrene-equivalent weight average molecular weight of 2 × 10 4 or more and 1 × 10 7 or less.
(In the formula (1), R 1 represents a substituent alkyl group which may have a which may have an optionally substituted alkenyl group or an optionally substituted aryl group, R 2 to R 5 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an optionally substituted alkyl group, which may have an optionally substituted alkenyl group or an optionally substituted aryl group Represents.)
[2] An organic semiconductor material comprising the copolymer according to [1].
[3] An organic electronic device comprising the organic semiconductor material according to [2].
[4] A photoelectric conversion element in which an organic active layer is disposed between a pair of electrodes, wherein the organic active layer includes the organic semiconductor material according to [2].
[5] The organic semiconductor material is a fullerene compound, borane derivative, thiazole derivative, benzothiazole derivative, benzothiadiazole derivative, N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimide, N-alkyl substituted perylene diimide derivative and n-type The photoelectric conversion device according to [4], comprising at least one n-type semiconductor compound selected from the group consisting of polymers.
[6] The photoelectric conversion device according to [4] or [5], further including a buffer layer containing a phosphine compound having a double bond with a Group 16 element.
[7] The photoelectric conversion element according to any one of [4] to [6], which is a solar cell.
[8] A solar cell module comprising the photoelectric conversion element according to [7].

本発明のコポリマーは、易溶解性であるため、実用的な塗布プロセスへの適用性に優れた半導体材料である。また、本発明のコポリマーは光吸収波長領域が長波長化し、かつ光吸収性が高いことから、これを用いた太陽電池などの有機電子デバイスは高い光電変換効率を示す利点がある。   Since the copolymer of the present invention is easily soluble, it is a semiconductor material excellent in applicability to practical application processes. In addition, since the copolymer of the present invention has a longer light absorption wavelength region and high light absorption, an organic electronic device such as a solar cell using the copolymer has an advantage of high photoelectric conversion efficiency.

本発明の一実施形態としての光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the photoelectric conversion element as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell module as one Embodiment of this invention. コポリマーA1、コポリマーA2、コポリマーA3及びコポリマーBの吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of the copolymer A1, the copolymer A2, the copolymer A3, and the copolymer B. コポリマーA2及びコポリマーCの吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the absorption spectrum of the copolymer A2 and the copolymer C. FIG. コポリマーA2のX線回折スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction spectrum of copolymer A2.

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

本発明のコポリマーは、下記式(1)で表される繰り返し単位、すなわちイミドチオフェン骨格及びジチエノシロール骨格からなる繰り返し単位を有するものである。また、ポリスチレン換算の重量平均分子量が2×10以上1×10以下である。本発明のコポリマーは、光吸収波長領域が長波長化し、かつ光吸収性が高い点から好ましい。 The copolymer of the present invention has a repeating unit represented by the following formula (1), that is, a repeating unit composed of an imidothiophene skeleton and a dithienosilole skeleton. Moreover, the polystyrene equivalent weight average molecular weight is 2 × 10 4 or more and 1 × 10 7 or less. The copolymer of the present invention is preferable from the viewpoint that the light absorption wavelength region is longer and the light absorption is high.

式(1)中、Rは置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよいアリール基を表し、R〜Rは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよいアリール基を表す。 In Formula (1), R 1 represents an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent, R 2 to R 5 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkenyl group or an optionally substituted aryl group. To express.

式(1)におけるR〜Rの定義中の基および原子について、具体例を以下に説明する。Rは置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよいアリール基である。 Specific examples of groups and atoms in the definition of R 1 to R 5 in formula (1) will be described below. R 1 represents an alkyl group which may have a substituent, an alkenyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent.

の炭素原子数は、通常1以上、好ましくは3以上、より好ましくは4以上、一方、通常20以下、好ましくは16以下、より好ましくは12以下、更に好ましくは10以下である。 The number of carbon atoms of R 1 is usually 1 or more, preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and usually 20 or less, preferably 16 or less, more preferably 12 or less, and even more preferably 10 or less.

このようなアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、シクロプロピル基、nブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、3−メチルブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘプチル基、オクチル基、シクロオクチル基、ノニル基、シクロノニル基、デシル基、シクロデシル基、ラウリル基又はシクロラウリル基等が挙げられる。その中でも、n−プロピル基、iso−プロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、3−メチルブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、シクロヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ラウリル基又はシクロラウリル基が好ましく、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、シクロオクチル基、ノニル基、シクロノニル基、デシル基又はシクロデシル基等がより好ましい。   Examples of such an alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an iso-propyl group, a cyclopropyl group, an n-butyl group, an iso-butyl group, a tert-butyl group, a 3-methylbutyl group, and a cyclobutyl group. Group, pentyl group, cyclopentyl group, hexyl group, 2-ethylhexyl group, cyclohexyl group, heptyl group, cycloheptyl group, octyl group, cyclooctyl group, nonyl group, cyclononyl group, decyl group, cyclodecyl group, lauryl group or cyclolauryl Groups and the like. Among them, n-propyl group, iso-propyl group, cyclopropyl group, n-butyl group, iso-butyl group, tert-butyl group, 3-methylbutyl group, cyclobutyl group, pentyl group, cyclopentyl group, hexyl group, 2 -Ethylhexyl group, cyclohexyl group, heptyl group, cycloheptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, lauryl group or cyclolauryl group are preferred, butyl group, pentyl group, hexyl group, 2-ethylhexyl group, cyclooctyl group, A nonyl group, a cyclononyl group, a decyl group, a cyclodecyl group, or the like is more preferable.

アルケニル基としては、炭素原子数が、通常1以上、好ましくは3以上、より好ましくは4以上、一方、通常20以下、好ましくは16以下、より好ましくは12以下、更に好ましくは10以下である。このようなアルケニル基としては、例えば、エテン基、プロペン基、ブテン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基、デセン基、ウンデセン基、ドデセン基、トリデセン基、テトラデセン基、ペンタデセン基、ヘキサデセン基、ヘプタデセン基、オクタデセン基、ノナデセン基、イコセン基又はゲラニル基などが挙げられる。好ましくは、プロペン基、ブテン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基、デセン基、ウンデセン基又はドデセン基であり、より好ましくは、ブテン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基又はデセン基である。   The alkenyl group has usually 1 or more, preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and usually 20 or less, preferably 16 or less, more preferably 12 or less, and still more preferably 10 or less. Examples of such alkenyl groups include ethene, propene, butene, pentene, hexene, heptene, octene, nonene, decene, undecene, dodecene, tridecene, tetradecene, pentadecene, and the like. Group, hexadecene group, heptadecene group, octadecene group, nonadecene group, icocene group or geranyl group. Preferred are propene group, butene group, pentene group, hexene group, heptene group, octene group, nonene group, decene group, undecene group or dodecene group, more preferably butene group, pentene group, hexene group, heptene group. An octene group, a nonene group or a decene group.

アリール基としては、炭素原子数が、通常2以上、一方、通常60以下、好ましくは20以下、より好ましくは14以下である。このようなアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフタレン基、インダン基、インデン基、フルオレン基、アントラセン基又はアズレン基等の芳香族炭化水素基;チエニル基、フラニル基、ピリジル基、ピリミジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、トリアゾリル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基又はベンゾトリアゾリル基等の芳香族複素環基;が挙げられる。なかでも、フェニル基、ナフタレン基、チエニル基、ピリジル基、ピリミジル基、チアゾリル基又はオキサゾリル基が好ましい。   The aryl group usually has 2 or more carbon atoms, on the other hand, usually 60 or less, preferably 20 or less, more preferably 14 or less. Examples of such an aryl group include an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a naphthalene group, an indane group, an indene group, a fluorene group, an anthracene group or an azulene group; a thienyl group, a furanyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, And aromatic heterocyclic groups such as a thiazolyl group, an oxazolyl group, a triazolyl group, a benzothiophenyl group, a benzofuranyl group, a benzothienyl group, a benzothiazolyl group, a benzooxazolyl group, or a benzotriazolyl group. Of these, a phenyl group, a naphthalene group, a thienyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a thiazolyl group, or an oxazolyl group is preferable.

アルキル基、アルケニル基又はアリール基が有していてもよい置換基とは、特に限定はないが、好ましくはハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、エステル基、アルキルカルボニル基、アセチル基、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、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基である。これらは、隣接する置換基同士で連結して環を形成していても良い。特にアリール基が有していてもよい置換基は、C〜C12アルコキシ基(「C〜C12」とは、この式とともに記載された有機基の炭素原子数が1〜12であることを示す。以下も同様である。)又はC〜C12アルキル基が好ましい。また、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられる。これらの中で、フッ素原子が好ましい。 The substituent that the alkyl group, alkenyl group or aryl group may have is not particularly limited, but preferably a halogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, an ester group, an alkylcarbonyl group, an acetyl group, a sulfonyl group. Group, silyl group, boryl group, nitrile group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, aromatic hydrocarbon group or aromatic heterocyclic group. These may be connected with adjacent substituents to form a ring. In particular, the substituent that the aryl group may have is a C 1 to C 12 alkoxy group (“C 1 to C 12 ” means that the organic group described together with this formula has 1 to 12 carbon atoms. indicates that. the same applies is less.) or C 1 -C 12 alkyl group are preferable. Moreover, as a halogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom is mentioned. Among these, a fluorine atom is preferable.

上記のとおり、式(1)において、Rは置換基を有していても良いアルキル基、置換基を有していても良いアルケニル基又は置換基を有していても良いアリール基である。Rをこれらの基とすることにより、コポリマーの有機溶媒への溶解性が優れたものとなりやすく、塗布成膜プロセスにおいて有利となり得るために好ましい。さらに好ましくは、Rは置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していても良いアリール基である。アルキル基としては、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基である。なかでも、直鎖状又は分岐状のアルキル基が好ましい。直鎖状のアルキルはポリマーの結晶性が向上しうるために移動度が大きくなりうる点で好ましく、分岐状のアルキル基はポリマーの溶解性が向上しうる点で好ましい。また、Rが置換基を有していても良いアリール基であることは、コポリマーがより長波長の光を吸収しうる点で好ましい。さらにRが置換基を有していても良いアリール基であることは、ポリマーの結晶性が向上しうるために移動度が大きくなりうる点で好ましい。 As described above, in Formula (1), R 1 is an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or an aryl group that may have a substituent. . By using R 1 as these groups, it is preferable because the solubility of the copolymer in an organic solvent tends to be excellent, and it can be advantageous in a coating film forming process. More preferably, R 1 is an alkyl group which may have a substituent or an aryl group which may have a substituent. The alkyl group is a linear, branched or cyclic alkyl group. Of these, a linear or branched alkyl group is preferable. Linear alkyl is preferable in that the crystallinity of the polymer can be improved, and thus mobility can be increased, and a branched alkyl group is preferable in that the solubility of the polymer can be improved. In addition, it is preferable that R 1 is an aryl group which may have a substituent since the copolymer can absorb light having a longer wavelength. Furthermore, it is preferable that R 1 is an aryl group which may have a substituent since the crystallinity of the polymer can be improved and the mobility can be increased.

〜Rは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよいアリール基を表す。置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、及び置換基を有していてもよいアリール基としては、Rについて上述したのと同様の基を用いることができる。また、アルキル基、アルケニル基、及びアリール基が有していてもよい置換基としては、Rについて上述したのと同様の置換基を用いることができる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられる。これらの中で、フッ素原子が好ましい。また、R〜Rは隣接するもの同士で結合して環を形成していても良い。 R 2 to R 5 may each independently have a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group that may have a substituent, an alkenyl group that may have a substituent, or a substituent. Represents an aryl group. As the alkyl group that may have a substituent, the alkenyl group that may have a substituent, and the aryl group that may have a substituent, the same groups as those described above for R 1 may be used. Can be used. As the substituent that the alkyl group, alkenyl group, and aryl group may have, the same substituents as those described above for R 1 can be used. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Among these, a fluorine atom is preferable. R 2 to R 5 may be bonded together to form a ring.

なかでも、R及びRの少なくともひとつが置換基を有していてもよいアルキル基又はアリール基であることが好ましく、RとRとの双方が置換基を有していてもよいアルキル基又はアリール基であることがさらに好ましい。アルキル基が好ましい理由として、直鎖状のアルキル基では、ポリマーの結晶性が向上することにより移動度が大きくなりうる点で好ましく、分岐状のアルキル基では、ポリマーの溶解性が向上することにより塗布プロセスによる成膜が容易となる点で好ましい。R及びRの少なくともひとつがアルキル基であることは、コポリマーがより長波長の光を吸収しうるという観点からも好ましい。これらの観点からは、R及びRの少なくともひとつがC〜C20アルキル基であることが好ましく、C〜C20アルキル基であることが特に好ましい。また、アリール基であることは、π電子間の相互作用により分子間の相互作用が向上するために移動度が大きくなる傾向がある点で好ましく、またジチエノシロール骨格の安定性が向上する傾向がある点で好ましい。 Of these, at least one of R 4 and R 5 is preferably an alkyl group or aryl group which may have a substituent, and both R 4 and R 5 may have a substituent. More preferably, it is an alkyl group or an aryl group. The reason why the alkyl group is preferable is that a linear alkyl group is preferable in that the mobility can be increased by improving the crystallinity of the polymer, and a branched alkyl group is preferable because the solubility of the polymer is improved. This is preferable in that film formation by a coating process is easy. It is preferable that at least one of R 4 and R 5 is an alkyl group from the viewpoint that the copolymer can absorb light having a longer wavelength. From these viewpoints, at least one of R 4 and R 5 is preferably a C 1 to C 20 alkyl group, and particularly preferably a C 6 to C 20 alkyl group. Further, being an aryl group is preferable in that the mobility between molecules tends to increase because the interaction between molecules is improved by the interaction between π electrons, and the stability of the dithienosilole skeleton tends to be improved. This is preferable.

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

コポリマーの溶解度を向上させるという観点からは、R、及びRとRとのうちの少なくとも一方が直鎖又は分岐のアルキル基であることが好ましく、R、R、及びRが直鎖又は分岐のアルキル基であることがさらに好ましく、R、R、及びRが分岐のアルキル基であることが特に好ましい。ここで、分岐のアルキル基はC〜C20アルキル基であることが好ましく、C〜C20アルキル基であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of improving the solubility of the copolymer, it is preferable that at least one of R 1 and R 4 and R 5 is a linear or branched alkyl group, and R 1 , R 4 , and R 5 are It is more preferable that it is a linear or branched alkyl group, and it is especially preferable that R 1 , R 4 , and R 5 are branched alkyl groups. Here, the branched alkyl group is preferably a C 3 to C 20 alkyl group, and more preferably a C 6 to C 20 alkyl group.

コポリマー分子間の相互作用を強くするという観点からは、R、及びRとRとのうちの少なくとも一方が直鎖のアルキル基又はアリール基であることが好ましく、R、R、及びRが直鎖のアルキル基又はアリール基であることがさらに好ましい。R、R、及びRがアリール基であることは移動度の点で特に好ましく、R、R、及びRが直鎖のアルキル基であることはコポリマーがより長波長の光を吸収しうる点で特に好ましい。ここで、直鎖のアルキル基はC〜C20アルキル基であることが好ましく、C〜C20アルキル基であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of strengthening the interaction between the copolymer molecules, it is preferable that at least one of R 1 and R 4 and R 5 is a linear alkyl group or an aryl group, and R 1 , R 4 , And R 5 is more preferably a linear alkyl group or an aryl group. It is particularly preferable in terms of mobility that R 1 , R 4 , and R 5 are aryl groups, and that R 1 , R 4 , and R 5 are linear alkyl groups indicates that the copolymer has a longer wavelength light. Is particularly preferred in that it can be absorbed. Here, it is more preferred straight-chain alkyl group is preferably a C 1 -C 20 alkyl group, a C 6 -C 20 alkyl group.

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

本発明のコポリマーは、式(1)で表される繰り返し単位1種のみを含有するものでもよく、2種以上含有するものであってもよい。その場合、繰り返し単位の種類に制限はないが、通常8以下、好ましくは5以下である。また、本発明の効果を損なわない範囲で、他の繰り返し単位を含有していてもよい。   The copolymer of this invention may contain only 1 type of repeating units represented by Formula (1), and may contain 2 or more types. In that case, the type of repeating unit is not limited, but is usually 8 or less, preferably 5 or less. Moreover, you may contain another repeating unit in the range which does not impair the effect of this invention.

本発明のコポリマーの好ましい具体例を示すが、以下の例示に限られるものではない。C17およびCは、所定の炭素数をもつ直鎖のアルキル基である。本発明のコポリマーが複数の繰り返し単位を含む場合は、含まれる複数の繰り返し単位間の比率は任意である。 Although the preferable specific example of the copolymer of this invention is shown, it is not restricted to the following illustrations. C 8 H 17 and C 4 H 9 are linear alkyl groups having a predetermined number of carbon atoms. When the copolymer of the present invention includes a plurality of repeating units, the ratio between the plurality of repeating units included is arbitrary.

以上説明した本発明のコポリマーは、長波長領域(600nm以上)に吸収を持ち、かつ高い開放電圧(Voc)を示すため、高い光電変換特性を示す利点があり、特にフラーレン化合物と組み合わせて太陽電池に適用すると高い太陽電池特性を示す。また、HOMOレベルが低く酸化されにくい利点もある。
また、本発明のコポリマーは高溶解性を示す利点がある。塗布成膜時の溶媒溶解性が高く、また溶媒そのものの選択の幅も広がるため条件に最適な溶媒を用いやすいため、形成された有機半導体層の膜質を向上させることができる。このことも、本コポリマーを用いた太陽電池が高い太陽電池特性を示す一因であると考えられる。
The copolymer of the present invention described above has an advantage of high photoelectric conversion characteristics because it has absorption in a long wavelength region (600 nm or more) and high open circuit voltage (Voc). In particular, it is a solar cell in combination with a fullerene compound. When applied to, it exhibits high solar cell characteristics. In addition, there is an advantage that the HOMO level is low and it is difficult to be oxidized.
Further, the copolymer of the present invention has an advantage of exhibiting high solubility. Since the solvent solubility at the time of coating film formation is high and the range of selection of the solvent itself is widened, it is easy to use a solvent that is optimal for the conditions, so that the film quality of the formed organic semiconductor layer can be improved. This is also considered to be a factor that the solar cell using this copolymer exhibits high solar cell characteristics.

本発明のコポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、2×10以上、好ましくは2.5×10以上、より好ましくは3.0×10以上、さらに好ましくは3.5×10以上、さらにより好ましくは4.0×10以上、特に好ましくは5.0×10以上である。一方、好ましくは1×10以下、より好ましくは1×10以下、さらにより好ましくは9×10以下、さらに好ましくは5×10以下、よりさらに好ましくは1×10以下、殊更に好ましくは8×10以下、特に好ましくは6×10以下である。光吸収波長の長波長化や高吸光度化の点でこの範囲が好ましい。 The weight average molecular weight (Mw) in terms of polystyrene of the copolymer of the present invention is 2 × 10 4 or more, preferably 2.5 × 10 4 or more, more preferably 3.0 × 10 4 or more, and further preferably 3.5 ×. 10 4 or more, still more preferably 4.0 × 10 4 or more, and particularly preferably 5.0 × 10 4 or more. On the other hand, preferably 1 × 10 7 or less, more preferably 1 × 10 6 or less, even more preferably 9 × 10 5 or less, even more preferably 5 × 10 5 or less, even more preferably 1 × 10 5 or less, and even more preferably Preferably it is 8 × 10 4 or less, particularly preferably 6 × 10 4 or less. This range is preferable in terms of increasing the light absorption wavelength and increasing the absorbance.

本発明のコポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により求めることができる。具体的には、カラムとして、Shim−pack GPC−803、GPC−804(島津製作所製、内径8.0 mm、長さ30 cm)をそれぞれ1本ずつ直列に繋げて用い、ポンプとしてLC−10AT、オーブンとしてCTO−10A、検出器として示差屈折率検出器(島津製作所製:RID−10A)、及びUV−vis検出器(島津製作所製:SPD−10A)を用いることにより測定できる。測定対象のコポリマーをテトラヒドロフラン(THF)に溶解させ、得られた溶液5μLをカラムに注入する。移動相としてTHFを用い、1.0mL/minの流速で測定を行なう。解析にはLC−Solution(島津製作所)を用いる。   The weight average molecular weight in terms of polystyrene of the copolymer of the present invention can be determined by gel permeation chromatography (GPC). Specifically, Shim-pack GPC-803 and GPC-804 (manufactured by Shimadzu Corporation, inner diameter 8.0 mm, length 30 cm) are connected in series as columns, and LC-10AT is used as a pump. It can be measured by using a CTO-10A as an oven, a differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation: RID-10A), and a UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation: SPD-10A) as a detector. The copolymer to be measured is dissolved in tetrahydrofuran (THF), and 5 μL of the resulting solution is injected into the column. Measurement is performed at a flow rate of 1.0 mL / min using THF as the mobile phase. LC-Solution (Shimadzu Corporation) is used for the analysis.

本発明のコポリマーの数平均分子量(Mn)は、通常1.0×10以上、好ましくは3.0×10上、より好ましくは5.0×10以上、さらに好ましくは1.0×10以上、よりさらに好ましくは1.5×10以上、殊更に好ましくは2.0×10以上、特に好ましくは2.5×10以上である。一方、好ましくは1×10以下、より好ましくは1×10以下、さらに好ましくは9×10以下である。光吸収波長を長波長化するという観点、及び高い吸光度を実現するという観点から、数平均分子量がこの範囲にあることが好ましい。本発明のコポリマーの数平均分子量は、上記重量平均分子量と同様の方法で測定することができる。 The number average molecular weight of the copolymer of the present invention (Mn) of usually 1.0 × 10 3 or more, preferably 3.0 on × 10 3, more preferably 5.0 × 10 3 or more, more preferably 1.0 × It is 10 4 or more, more preferably 1.5 × 10 4 or more, particularly preferably 2.0 × 10 4 or more, and particularly preferably 2.5 × 10 4 or more. On the other hand, it is preferably 1 × 10 8 or less, more preferably 1 × 10 7 or less, and further preferably 9 × 10 6 or less. The number average molecular weight is preferably in this range from the viewpoint of increasing the light absorption wavelength and achieving high absorbance. The number average molecular weight of the copolymer of the present invention can be measured by the same method as the above weight average molecular weight.

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

本発明のコポリマーは、好ましくは光吸収極大波長(λmax)が通常470nm以上、好ましくは480nm以上にあり、一方、通常1200nm以下、好ましくは1000nm以下、より好ましくは900nm以下にある。また、半値幅が通常10nm以上、好ましくは20nm以上であり、一方、通常300nm以下である。
また、本発明のコポリマーを太陽電池用途に用いる場合、コポリマーの吸収波長領域は太陽光の吸収波長領域に近いほど望ましい。
The copolymer of the present invention preferably has a light absorption maximum wavelength (λ max ) of usually 470 nm or more, preferably 480 nm or more, and is usually 1200 nm or less, preferably 1000 nm or less, more preferably 900 nm or less. Moreover, a half value width is 10 nm or more normally, Preferably it is 20 nm or more, on the other hand, it is 300 nm or less normally.
Moreover, when using the copolymer of this invention for a solar cell use, it is so desirable that the absorption wavelength range of a copolymer is near the absorption wavelength range of sunlight.

本発明のコポリマーの溶解度は、特に限定は無いが、好ましくは25℃におけるクロロベンゼンに対する溶解度が通常0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上であり、一方、通常30重量%以下、好ましくは20重量%である。溶解性が上がることで、十分な厚さで製膜することができるため好ましい。
ここで、後述する成膜に際して用い得る溶媒としては、前記コポリマーを均一に溶解又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、ノナン又はデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、クロロベンゼン又は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、エタノール又は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、シクロペンタノン又はシクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル又は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、トリクロロエタン又は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又はジオキサンなどのエーテル類;ジメチルホルムアミド又は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、クロロベンゼン又は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、トリクロロエタン又は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 solubility of the copolymer of the present invention is not particularly limited, but preferably the solubility in chlorobenzene at 25 ° C. is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, On the other hand, it is usually 30% by weight or less, preferably 20% by weight. Increased solubility is preferable because a film can be formed with a sufficient thickness.
Here, the solvent that can be used in the film formation described later is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the copolymer. For example, aliphatic carbonization such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane. Hydrogens; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate Or esters such as methyl lactate; halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane Amides such as dimethylformamide or dimethylacetamide, and the like. Among these, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene, and halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene are preferable.

本発明のコポリマーは分子間で相互作用するものであることが好ましい。本明細書において、分子間で相互作用するということは、分子間でのπ−πスタッキングの相互作用等によってポリマー鎖間の距離が短くなることを意味する。相互作用が強いほど、高い移動度及び/又は結晶性を示す傾向がある。すなわち、分子間で相互作用するコポリマーにおいては分子間での電子移動が起こりやすいため、後述する光電変換素子において活性層103中にこのコポリマーを用いた場合に、活性層103内のp型半導体化合物とn型半導体化合物との混合物層の界面で生成した正孔(ホール)を効率よく電極(アノード)101へ輸送できると考えられる。   The copolymer of the present invention preferably interacts between molecules. In the present specification, the interaction between molecules means that the distance between polymer chains is shortened due to the interaction of π-π stacking between molecules. The stronger the interaction, the higher the mobility and / or crystallinity. That is, in a copolymer that interacts between molecules, electron transfer between molecules is likely to occur. Therefore, when this copolymer is used in the active layer 103 in a photoelectric conversion element described later, the p-type semiconductor compound in the active layer 103 is used. It is considered that holes generated at the interface of the mixture layer of the n-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound can be efficiently transported to the electrode (anode) 101.

結晶性の測定方法としてはX線回折法(XRD)が挙げられる。本明細書において結晶性を有するとは、コポリマーの回折ピークがX線回折スペクトルに示されることを意味し、特に2θ=4.8°近傍に回折ピークを示すことが好ましい。結晶性を有することは、分子同士が配列した積層構造を有することを意味すると考えられ、後述する活性層を厚膜化できる傾向がある点で好ましい。X線回折法(XRD)は公知文献(X線結晶解析の手引き(応用物理学選書4))に記載の方法に基づいて行うことができる。   An example of a crystallinity measuring method is an X-ray diffraction method (XRD). In this specification, having crystallinity means that the diffraction peak of the copolymer is shown in the X-ray diffraction spectrum, and it is particularly preferable that the diffraction peak is shown in the vicinity of 2θ = 4.8 °. Having crystallinity is considered to mean that it has a laminated structure in which molecules are arranged, and is preferable in that the active layer described later tends to be thickened. The X-ray diffraction method (XRD) can be performed based on a method described in a publicly known document (X-ray crystal analysis guide (applied physics selection book 4)).

本発明のコポリマーの正孔移動度は、通常1.0×10(−7)cm/(Vs)以上、好ましくは1.0×10(−6)cm/(Vs)以上、より好ましくは1.0×10(−5)cm/(Vs)以上、特に好ましくは1.0×10(−4)cm/(Vs)以上である。一方、本発明のコポリマーの正孔移動度は通常1.0×10(3)cm/(Vs)以下であり、好ましくは1.0×10(2)cm/(Vs)以下であり、より好ましくは1.0×10(1)cm/(Vs)以下である。高い変換効率を得るためには、n型半導体の移動度と、コポリマーの移動度とのバランスが重要である。p型半導体として用いられる本発明のコポリマーの移動度とn型半導体の移動度とを近づける点で、本発明のコポリマーの正孔移動度がこの範囲にあることが好ましい。正孔移動度の測定方法としてはFET法が挙げられる。FET法は公知文献(特開2010−045186)に記載の方法により行うことができる。 The hole mobility of the copolymer of the present invention is usually 1.0 × 10 (−7) cm 2 / (Vs) or more, preferably 1.0 × 10 (−6) cm 2 / (Vs) or more, more preferably Is 1.0 × 10 (−5) cm 2 / (Vs) or more, particularly preferably 1.0 × 10 (−4) cm 2 / (Vs) or more. On the other hand, the hole mobility of the copolymer of the present invention is usually 1.0 × 10 (3) cm 2 / (Vs) or less, preferably 1.0 × 10 (2) cm 2 / (Vs) or less. More preferably, it is 1.0 × 10 (1) cm 2 / (Vs) or less. In order to obtain high conversion efficiency, it is important to balance the mobility of the n-type semiconductor and the mobility of the copolymer. The hole mobility of the copolymer of the present invention is preferably in this range from the viewpoint of bringing the mobility of the copolymer of the present invention used as a p-type semiconductor close to the mobility of the n-type semiconductor. As a method for measuring the hole mobility, there is an FET method. The FET method can be performed by a method described in a known document (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-045186).

本発明のコポリマー中の不純物は極力少ないほうが好ましい。特に、パラジウム、銅等の遷移金属触媒が残っていると、遷移金属の重原子効果による励起子トラップが生じるために電荷移動を阻害され、結果として光電変換素子に用いた際の光電変換効率を低下させるおそれがある。遷移金属触媒の濃度が、コポリマー1gあたり、通常1000ppm以下、好ましくは500pm以下、より好ましくは100ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、好ましくは1ppm以上、より好ましくは3ppm以上である。   The impurities in the copolymer of the present invention are preferably as few as possible. In particular, if a transition metal catalyst such as palladium or copper remains, an exciton trap due to the heavy atom effect of the transition metal is generated, so that charge transfer is hindered. As a result, the photoelectric conversion efficiency when used in a photoelectric conversion element is reduced. May decrease. The concentration of the transition metal catalyst is usually 1000 ppm or less, preferably 500 pm or less, more preferably 100 ppm or less, per 1 g of copolymer. On the other hand, it is usually greater than 0 ppm, preferably 1 ppm or more, more preferably 3 ppm or more.

コポリマーの末端残基(後述の式(2)及び式(3)でのX及びY)の残存量は、特段の制限は無いが、コポリマー1gあたり、通常6000ppm以下、好ましくは4000ppm以下、より好ましくは3000ppm以下、さらに好ましくは2000ppm以下、よりさらに好ましくは1000ppm以下、特に好ましくは500ppm以下、最も好ましくは200ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、好ましくは1ppm以上、より好ましくは3ppm以上である。   The residual amount of the terminal residue of the copolymer (X and Y in formula (2) and formula (3) described later) is not particularly limited, but is usually 6000 ppm or less, preferably 4000 ppm or less, more preferably 4,000 ppm or less per gram of copolymer. Is at most 3000 ppm, more preferably at most 2000 ppm, even more preferably at most 1000 ppm, particularly preferably at most 500 ppm, most preferably at most 200 ppm. On the other hand, it is usually greater than 0 ppm, preferably 1 ppm or more, more preferably 3 ppm or more.

特に、コポリマー中のSn元素の残存量としては、コポリマー1gあたり、通常5000ppm以下、好ましくは4000ppm以下、より好ましくは2500ppm以下、さらに好ましくは1000ppm以下、よりさらに好ましくは750ppm以下、特に好ましくは500ppm以下、最も好ましくは100ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、好ましくは1ppm以上、より好ましくは3ppm以上である。Sn原子の残存量を5000ppm以下にすることにより、熱分解しやすいアルキルスタニル基中のSn元素の残存量が少なくなり、安定性の観点から高性能を得ることができるために、好ましい。   In particular, the residual amount of Sn element in the copolymer is usually 5000 ppm or less, preferably 4000 ppm or less, more preferably 2500 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less, even more preferably 750 ppm or less, particularly preferably 500 ppm or less per 1 g of the copolymer. Most preferably, it is 100 ppm or less. On the other hand, it is usually greater than 0 ppm, preferably 1 ppm or more, more preferably 3 ppm or more. It is preferable to set the remaining amount of Sn atoms to 5000 ppm or less because the remaining amount of Sn element in the alkylstannyl group which is easily thermally decomposed is reduced, and high performance can be obtained from the viewpoint of stability.

また、ハロゲン元素の残存量は、コポリマー1gあたり、通常5000ppm以下、好ましくは4000ppm以下、より好ましくは2500ppm以下、さらに好ましくは1000ppm以下、よりさらに好ましくは750ppm以下、特に好ましくは500ppm以下、最も好ましくは100ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、好ましくは1ppm以上、より好ましくは3ppm以上である。ハロゲン元素の残存量を5000ppm以下にすることにより、コポリマーの光電変換特性及び耐久性等の性能が向上する傾向にあり、好ましい。   Further, the residual amount of halogen element is usually 5000 ppm or less, preferably 4000 ppm or less, more preferably 2500 ppm or less, further preferably 1000 ppm or less, even more preferably 750 ppm or less, particularly preferably 500 ppm or less, most preferably per 1 g of copolymer. 100 ppm or less. On the other hand, it is usually greater than 0 ppm, preferably 1 ppm or more, more preferably 3 ppm or more. It is preferable that the residual amount of the halogen element is 5000 ppm or less because the performance of the copolymer such as photoelectric conversion characteristics and durability tends to be improved.

コポリマーの末端残基(後述のX及びY)の残存量は、炭素、水素及び窒素以外の元素で同定することができる。測定手法として、得られた高分子量体の元素分析は、臭素イオン(Br)及びヨウ素イオン(I)についてはイオンクロマトグラフィー法又はICP質量分析法で実施することができ、Pd及びSnについてはICP質量分析法で実施することができる。 The residual amount of the terminal residues (X and Y described later) of the copolymer can be identified by elements other than carbon, hydrogen and nitrogen. As a measurement method, elemental analysis of the obtained high molecular weight body can be carried out for bromine ions (Br ) and iodine ions (I ) by ion chromatography or ICP mass spectrometry, and for Pd and Sn Can be performed by ICP mass spectrometry.

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

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

(本発明のコポリマーの製造方法)
本発明のコポリマーの製造方法には特に限定はなく、例えばイミドチオフェン誘導体及びジチエノシロール誘導体を用いて公知の方法で製造することができる。好ましい方法としては、下記一般式(2)で表されるイミドチオフェン誘導体化合物と、下記一般式(3)で表されるジチエノシロール誘導体化合物とを、必要であれば適当な触媒の存在下で、重合する方法が挙げられる。
(Method for producing the copolymer of the present invention)
The method for producing the copolymer of the present invention is not particularly limited. For example, the copolymer can be produced by a known method using an imidothiophene derivative and a dithienosilole derivative. As a preferred method, an imidothiophene derivative compound represented by the following general formula (2) and a dithienosilole derivative compound represented by the following general formula (3) are polymerized in the presence of an appropriate catalyst if necessary. The method of doing is mentioned.

式(2)中、Rは前記と同義である。式(3)中、R〜Rは前記と同義である。
X及びYは各々独立して、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、アルキルスルホ基、アリールスルホ基、アリールアルキルスルホ基、ホウ酸エステル残基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、ホウ酸残基(−B(OH))、ホルミル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。前記式(2)または(3)で表される化合物の合成上の観点及び反応のし易さの観点から、X及びYは各々独立に、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、ホウ酸エステル残基、またはホウ酸残基(−B(OH))であることが好ましい。XおよびYにおいて、ハロゲン原子としては、臭素原子又はヨウ素原子が好ましい。
In formula (2), R 1 has the same meaning as described above. In formula (3), R 2 to R 5 are as defined above.
X and Y are each independently a halogen atom, alkylstannyl group, alkylsulfo group, arylsulfo group, arylalkylsulfo group, boric acid ester residue, sulfoniummethyl group, phosphoniummethyl group, phosphonatemethyl group, monohalogen Represents a methyl group, a boric acid residue (—B (OH) 2 ), a formyl group, an alkenyl group or an alkynyl group. From the viewpoint of synthesis of the compound represented by the formula (2) or (3) and the viewpoint of easy reaction, X and Y are each independently a halogen atom, an alkylstannyl group, a borate ester residue. Or a boric acid residue (—B (OH) 2 ). In X and Y, the halogen atom is preferably a bromine atom or an iodine atom.

ホウ酸エステル残基としては、例えば、下記式で示される基が挙げられる。   Examples of the boric acid ester residue include a group represented by the following formula.

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

アルケニル基としては、例えば炭素数2〜12のアルケニル基が挙げられる。
本発明のコポリマーの重合に用いる反応方法としては、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Yamamotoカップリング反応方法、Grignard反応方法、ヘック反応方法、園頭反応方法、FeClなどの酸化剤を用いる反応方法、電気化学的な酸化反応を用いる方法、適当な脱離基を有する中間体化合物の分解による反応方法などが挙げられる。これらの中でも、Suzuki−Miyauraカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Yamamotoカップリング反応方法、Grignard反応方法が、構造制御がしやすい点で好ましい。特に、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Grignard反応方法が、材料の入手しやすさ、反応操作の簡便さの点からも好ましい。これらの反応は、「クロスカップリング−基礎と産業応用−(CMC出版)」、「有機合成のための遷移金属触媒反応(辻二郎著:有機合成化学協会編)」、「有機合成のための触媒反応103(檜山為次郎:東京化学同人)」などの公知文献の記載の方法に従って行うことができる。以下はStilleカップリング反応方法について述べる。
As an alkenyl group, a C2-C12 alkenyl group is mentioned, for example.
The reaction method used for the polymerization of the copolymer of the present invention includes Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, Stille coupling reaction method, Yamamoto coupling reaction method, Grignard reaction method, Heck reaction method, Sonogashira reaction method, FeCl 3 and the like. A reaction method using an oxidizing agent, a method using an electrochemical oxidation reaction, a reaction method by decomposition of an intermediate compound having an appropriate leaving group, and the like. Among these, the Suzuki-Miyaura coupling reaction method, the Stille coupling reaction method, the Yamamoto coupling reaction method, and the Grignard reaction method are preferable in terms of easy structure control. In particular, the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, the Stille coupling reaction method, and the Grignard reaction method are preferable from the viewpoint of easy availability of materials and easy reaction operation. These reactions are described in "Cross Coupling-Fundamentals and Industrial Applications (CMC Publishing)", "Transition Metal Catalyzed Reactions for Organic Synthesis (edited by Jiro Jiro: edited by Organic Synthetic Chemistry Association)", "For Organic Synthesis" The reaction can be carried out according to a method described in known literature such as “catalytic reaction 103 (Teijiro Hatakeyama: Tokyo Kagaku Dojin)”. The following describes the Stille coupling reaction method.

Stilleカップリング反応方法を用いる場合、上記一般式(2)、一般式(3)において例えば、Xはハロゲン原子、且つYはアルキルスタニル基であるか、Xはアルキルスタニル基、且つYはハロゲン原子であるかが好ましい。   When the Stille coupling reaction method is used, in the general formulas (2) and (3), for example, X is a halogen atom and Y is an alkylstannyl group, X is an alkylstannyl group, and Y is It is preferably a halogen atom.

式(2)で表されるイミドチオフェン誘導体に対する、式(3)で表されるジチエノシロール誘導体の量比は、モル比換算にして、通常0.90以上、好ましくは0.95以上であり、一方、通常1.3以下、好ましくは1.2以下である。上記範囲内にあることにより、より高い収率で高分子量体を取得する点で好ましい。   The amount ratio of the dithienosilole derivative represented by the formula (3) to the imidothiophene derivative represented by the formula (2) is usually 0.90 or more, preferably 0.95 or more in terms of molar ratio, Usually, it is 1.3 or less, preferably 1.2 or less. By being in the said range, it is preferable at the point which acquires a high molecular weight body with a higher yield.

本発明のコポリマーを有機光電変換素子用の材料として用いる場合、その純度が高いと素子特性に良好であるため、重合前のモノマー(一般式(2)で表されるイミドチオフェン誘導体化合物、及び一般式(3)で表されるジチエノシロール誘導体化合物)を蒸留、昇華精製、カラムクロマトグラフィー又は再結晶等の方法で精製した後にカップリング反応させることが好ましい。   When the copolymer of the present invention is used as a material for an organic photoelectric conversion device, since the device characteristics are good when the purity is high, the monomer before polymerization (imidothiophene derivative compound represented by the general formula (2), and general The dithienosilole derivative compound represented by the formula (3) is preferably subjected to a coupling reaction after purification by a method such as distillation, sublimation purification, column chromatography, or recrystallization.

本発明のコポリマーを有機光電変換素子用の材料として用いる場合、上記モノマーの純度が通常90%以上、好ましくは95%以上である。上記モノマーの純度が高いと、本発明のコポリマーを有する光電変換素子の素子特性が良好となるため好ましい。   When the copolymer of the present invention is used as a material for an organic photoelectric conversion element, the purity of the monomer is usually 90% or more, preferably 95% or more. A high purity of the monomer is preferable because the device characteristics of the photoelectric conversion device having the copolymer of the present invention are improved.

前記重合においては、重合促進のために、適宜、アルカリ、触媒、補触媒、有機配位子又は相間移動触媒などを添加することができる。これらアルカリや触媒は、重合の種類に応じて選択すればよいが、重合反応に用いる溶媒に十分に溶解するものが好ましい。アルカリとしては、例えば、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸セシウム等の無機塩基;トリエチルアミン等の有機塩基;が挙げられる。触媒としては、例えば、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(PPh)等のホスフィン化合物を配位子として含むパラジウム錯体又は酢酸パラジウムなどのパラジウム(Pd)触媒;Ni(dppp)Cl又はNi(dppe)Clなどのニッケル触媒;塩化鉄などの鉄触媒;ヨウ化銅などの銅触媒などが挙げられる。 In the polymerization, an alkali, a catalyst, a cocatalyst, an organic ligand, a phase transfer catalyst, or the like can be appropriately added to promote the polymerization. These alkalis and catalysts may be selected according to the type of polymerization, but those that are sufficiently soluble in the solvent used for the polymerization reaction are preferred. Examples of the alkali include inorganic bases such as potassium carbonate, sodium carbonate and cesium carbonate; organic bases such as triethylamine. Examples of the catalyst include a palladium complex containing a phosphine compound such as tetrakis (triphenylphosphine) palladium (Pd (PPh 3 ) 4 ) as a ligand or a palladium (Pd) catalyst such as palladium acetate; Ni (dppp) Cl 2 or Ni (dppe) nickel catalyst such as Cl 2; iron catalyst such as iron chloride; copper catalyst such as copper iodide and the like.

ホスフィン化合物を配位子として含むパラジウム錯体としては、具体的には、Pd(PPh、Pd(P(o−tolyl)、Pd(PCy、Pd(dba)3、PdCl(PPh))等が挙げられる(式中、Phはフェニル基を表し、Cyはシクロヘキシル基を表し、o−toylは2−トリル基を表し、dbaはジベンジリデンアセトンを表わす)。Pd(dba)3、PdCl2(PPh))などの2価のPd錯体を用いる場合には、PPhやP(o−tolyl)などの有機配位子と併せて使用することが望ましい。 As a palladium complex containing a phosphine compound as a ligand, specifically, Pd (PPh 3 ) 4 , Pd (P (o-tolyl) 3 ) 4 , Pd (PCy 3 ) 2 , Pd 2 (dba) 3 , PdCl 2 (PPh 3 )) 2 and the like (wherein Ph represents a phenyl group, Cy represents a cyclohexyl group, o-toyl represents a 2-tolyl group, and dba represents dibenzylideneacetone). . When a divalent Pd complex such as Pd 2 (dba) 3 or PdCl 2 (PPh 3 )) 2 is used, it may be used in combination with an organic ligand such as PPh 3 or P (o-tolyl) 3. desirable.

触媒の使用量は、式(2)で表されるイミドチオフェン誘導体と式(3)で表されるジチエノシロール誘導体との合計に対するパラジウム錯体の使用量として、通常1×10−4mol%以上、好ましくは1×10−3mol%以上、より好ましくは1×10−2mol%以上であり、一方、通常1×10mol%以下、より好ましくは5mol%以下である。触媒の使用量がこの範囲にあることは、より低コストかつ高い収率で、より高分子量のコポリマーが得られる傾向にある点で好ましい。 The amount of the catalyst used is usually 1 × 10 −4 mol% or more, preferably the amount of the palladium complex based on the total of the imidothiophene derivative represented by the formula (2) and the dithienosilole derivative represented by the formula (3). Is 1 × 10 −3 mol% or more, more preferably 1 × 10 −2 mol% or more, and usually 1 × 10 2 mol% or less, more preferably 5 mol% or less. It is preferable that the amount of the catalyst used be in this range because a higher molecular weight copolymer tends to be obtained at a lower cost and a higher yield.

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

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

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

溶媒の使用量は、式(2)で表されるイミドチオフェン誘導体と式(3)で表されるジチエノシロール誘導体との合計1gに対して、通常、1×10−2mL以上、好ましくは1×10−1mL以上、より好ましくは1mL以上であり、一方、通常1×10mL以下、好ましくは1×10mL以下、より好ましくは2×10mL以下である。Stilleカップリング反応の反応温度は、通常0℃以上、好ましくは20℃以上、より好ましくは40℃以上、さらに好ましくは60℃以上である。一方、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは180℃以下、特に好ましくは160℃以下である。加熱方法としては、特段の制限は無いが、オイルバス加熱、熱電対加熱、赤外線加熱、マイクロウェーブ加熱の他、IHヒーターを用いた接触による加熱等が挙げられる。該反応の時間は、通常1分間以上、好ましくは10分間以上、一方、通常160時間以下、好ましくは120時間以下、より好ましくは100時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い収率でコポリマーが得られうる。 The amount of the solvent used is usually 1 × 10 −2 mL or more, preferably 1 × with respect to 1 g in total of the imidothiophene derivative represented by formula (2) and the dithienosilole derivative represented by formula (3). It is 10 −1 mL or more, more preferably 1 mL or more, while it is usually 1 × 10 5 mL or less, preferably 1 × 10 3 mL or less, more preferably 2 × 10 2 mL or less. The reaction temperature of the Stille coupling reaction is usually 0 ° C. or higher, preferably 20 ° C. or higher, more preferably 40 ° C. or higher, and further preferably 60 ° C. or higher. On the other hand, it is usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, further preferably 180 ° C. or lower, and particularly preferably 160 ° C. or lower. The heating method is not particularly limited, and examples thereof include oil bath heating, thermocouple heating, infrared heating, microwave heating, heating by contact using an IH heater, and the like. The reaction time is usually 1 minute or longer, preferably 10 minutes or longer, and is usually 160 hours or shorter, preferably 120 hours or shorter, more preferably 100 hours or shorter. By carrying out the reaction under these reaction conditions, the copolymer can be obtained in a shorter time and with a higher yield.

重合反応後は、例えば、水でクエンチした後に有機溶媒で抽出し、該有機溶媒を留去する等の通常の後処理で、粗製の高分子を得ることができる。高分子の合成後、再沈精製、ソックスレー、ゲル浸透クロマトグラフィー又はスキャベンジャーによる金属除去等の純化処理をすることが好ましい。   After the polymerization reaction, for example, a crude polymer can be obtained by ordinary post-treatment such as extraction with an organic solvent after quenching with water and evaporation of the organic solvent. After the synthesis of the polymer, purification treatment such as reprecipitation purification, Soxhlet, gel permeation chromatography or metal removal by scavenger is preferred.

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

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

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

ハロゲン元素の末端処理方法としては、反応系中に末端処理剤としてアリールトリアルキルスズを加えた後、加熱攪拌を行うことにより行うことができる。アリールトリアルキルスズとしてはフェニルトリメチルスズ又はチエニルトリメチルスズなどが挙げられる。末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、ハロゲン元素末端付加モノマーに対して、通常1.0×10−2当量以上、好ましくは0.1当量以上、より好ましくは1当量以上であり、一方、通常50当量以下、好ましくは20当量以下、より好ましくは10当量以上である。加熱時間は、特段の制限は無いが、通常30分以上、好ましくは1時間以上であり、一方、通常50時間以下、好ましくは20時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 The terminal treatment method of the halogen element can be performed by adding aryltrialkyltin as a terminal treatment agent to the reaction system and then stirring with heating. Examples of the aryl trialkyl tin include phenyl trimethyl tin and thienyl trimethyl tin. The addition amount of the end treatment agent is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −2 equivalent or more, preferably 0.1 equivalent or more, more preferably 1 equivalent or more with respect to the halogen-terminated terminal addition monomer. On the other hand, it is usually 50 equivalents or less, preferably 20 equivalents or less, more preferably 10 equivalents or more. The heating time is not particularly limited, but is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and is usually 50 hours or shorter, preferably 20 hours or shorter. By performing the reaction under these reaction conditions, the terminal treatment can be performed in a shorter time and with a higher conversion rate.

ハロゲン元素の末端処理をして、末端がアリール基に置換されることにより、共役安定効果により、コポリマーがより安定になるために、好ましい。   It is preferable that the terminal treatment of the halogen element is performed and the terminal is substituted with an aryl group, so that the copolymer becomes more stable due to the conjugate stability effect.

アルキルスタニル基の末端処理方法としては、反応系中に末端処理剤としてアリールハライドを加えたのち、加熱攪拌を行うことにより行うことができる。アリールハライドとしてはヨードチオフェン、ヨードベンゼン、ブロモチオフェン又はブロモベンゼンなどが挙げられる。末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、アルキルスタニル基末端付加モノマーに対して、通常1.0×10−2当量以上、好ましくは0.1当量以上、より好ましくは1当量以上であり、一方、通常50当量以下、好ましくは20当量以下、より好ましくは10当量以上である。加熱時間は、特段の制限は無いが、通常30分以上、好ましくは1時間以上であり、一方、通常50時間以下、好ましくは10時間以下である。これらの反応条件で反応を行うことにより、より短時間かつ高い変換率で末端処理を行うことができる。 As a terminal treatment method for the alkylstannyl group, an aryl halide can be added as a terminal treatment agent to the reaction system, and then heated and stirred. Examples of the aryl halide include iodothiophene, iodobenzene, bromothiophene, and bromobenzene. The addition amount of the end treatment agent is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −2 equivalent or more, preferably 0.1 equivalent or more, more preferably 1 with respect to the alkylstannyl group terminal addition monomer. On the other hand, it is usually 50 equivalents or less, preferably 20 equivalents or less, more preferably 10 equivalents or more. The heating time is not particularly limited, but is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and is usually 50 hours or shorter, preferably 10 hours or shorter. By performing the reaction under these reaction conditions, the terminal treatment can be performed in a shorter time and with a higher conversion rate.

アルキルスタニル基の末端処理をして、末端がアリール基に置換されることにより、熱分解しやすいアルキルスタニル基中のSn元素がポリマー中に存在しなくなることから、コポリマーの経時劣化が抑えられることが期待される。また、末端がアリール基に置換されることは、共役安定効果によりコポリマーがより安定になりうる点においても好ましい。   When the terminal of the alkylstannyl group is treated and the terminal is substituted with an aryl group, the Sn element in the alkylstannyl group, which is prone to thermal decomposition, does not exist in the polymer, so the deterioration of the copolymer over time is suppressed. Expected to be. Moreover, it is preferable that the terminal is substituted with an aryl group in that the copolymer can be more stable due to the conjugate stability effect.

上記の末端処理の操作については、特段の制限は無いが、各々独立に行うことが好ましい。なお、各々の末端処理の操作順序に、特段の制限は無く、適宜選択できる。
また、末端処理の操作については、コポリマーの精製前又はコポリマーの精製後に行っても良い。
Although there is no special restriction | limiting about operation of said terminal treatment, It is preferable to carry out each independently. In addition, there is no special restriction | limiting in the operation order of each terminal process, It can select suitably.
The terminal treatment may be performed before the copolymer is purified or after the copolymer is purified.

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

パラジウム触媒等の遷移金属触媒の添加量としては、特段の制限は無いが、コポリマーに対して、通常5.0×10−3当量以上、好ましくは1.0×10−2当量以上であり、一方、通常1.0×10−1当量以下、好ましくは5.0×10−2当量以下である。触媒の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。
アルキルスタニル基の末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、アルキルスタニル基末端付加モノマーに対して、通常1.0×10−2当量以上、好ましくは1.0×10−1当量以上、より好ましくは1当量以上であり、一方、通常50当量以下、好ましくは20当量以下、より好ましくは10当量以上である。末端処理剤の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。
The addition amount of the transition metal catalyst such as a palladium catalyst is not particularly limited, but is usually 5.0 × 10 −3 equivalent or more, preferably 1.0 × 10 −2 equivalent or more, relative to the copolymer, On the other hand, it is usually 1.0 × 10 −1 equivalent or less, preferably 5.0 × 10 −2 equivalent or less. When the addition amount of the catalyst is within this range, the end treatment can be performed at a lower cost and at a higher conversion rate.
The addition amount of the alkylstannyl group terminal treating agent is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −2 equivalent or more, preferably 1.0 × 10 6 with respect to the alkylstannyl group terminal addition monomer. -1 equivalent or more, more preferably 1 equivalent or more, and usually 50 equivalents or less, preferably 20 equivalents or less, more preferably 10 equivalents or more. When the added amount of the end treatment agent is within this range, the end treatment can be performed at a lower cost and at a higher conversion rate.

ハロゲン基の末端処理剤の添加量としては、特段の制限は無いが、ハロゲン基末端付加モノマーに対して、通常通常1.0×10−2当量以上、好ましくは1.0×10−1当量以上、より好ましくは1当量以上であり、一方、通常50当量以下、好ましくは20当量以下、より好ましくは10当量以上である。末端処理剤の添加量がこの範囲にあることにより、より低コストかつ高い変換率で末端処理を行うことができる。
加熱時間は、特段の制限は無いが、通常30分以上、好ましくは1時間以上であり、一方、通常25時間以下、好ましくは10時間以下である。
The addition amount of the halogen group terminal treating agent is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −2 equivalent or more, preferably 1.0 × 10 −1 equivalent, based on the halogen group terminal addition monomer. As mentioned above, More preferably, it is 1 equivalent or more, On the other hand, Usually, it is 50 equivalent or less, Preferably it is 20 equivalent or less, More preferably, it is 10 equivalent or more. When the added amount of the end treatment agent is within this range, the end treatment can be performed at a lower cost and at a higher conversion rate.
The heating time is not particularly limited, but is usually 30 minutes or longer, preferably 1 hour or longer, and is usually 25 hours or shorter, preferably 10 hours or shorter.

なお、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法によりコポリマーを重合した場合には、末端処理の方法として、アリールボロン酸を加えた後加熱攪拌を行う方法が挙げられる。   In addition, when a copolymer is polymerized by the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, a method of heating and stirring after adding arylboronic acid can be mentioned as a terminal treatment method.

精製は上記の通り、ソックスレー、ゲル浸透クロマトグラフィー又はスキャベンジャーによる金属除去等の方法により行うことができる。   As described above, the purification can be performed by a method such as soxhlet, gel permeation chromatography, or metal removal by a scavenger.

なお、重合反応の原料として用いられる式(2)のイミドチオフェン誘導体(イミドチオフェンモノマー)は、J.Am.Chem.Soc.,2010,132(22),7595−7597に記載の方法に準じて製造することができる。また、式(3)のジチエノシロール誘導体(ジチエノシロールモノマー)はJ.Mater.Chem.,2011,21,3895、及びJ.Am.Chem.Soc.2008,130,16144−16145に記載の方法に準じて製造することができる。   In addition, the imide thiophene derivative (imide thiophene monomer) of the formula (2) used as a raw material for the polymerization reaction is described in J. Am. Am. Chem. Soc. 2010, 132 (22), 7595-7597. Further, dithienosilole derivatives of formula (3) (dithienosilole monomers) are described in J. Org. Mater. Chem. , 2011, 21, 3895, and J.A. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16144-16145.

(有機半導体材料)
本発明のコポリマーは、溶媒溶解性が高く、また長波長領域に高い光吸収を持つことから、有機半導体材料として好適である。
(Organic semiconductor materials)
The copolymer of the present invention is suitable as an organic semiconductor material because it has high solvent solubility and high light absorption in a long wavelength region.

本発明の有機半導体材料は、上記コポリマーを少なくとも含有することを特徴とする。本発明のコポリマーの一種を単独で含有していてもよく、二種以上を任意の組み合わせで含有していても良い。また、本発明のコポリマーのみからなるものであってもよいが、その他の成分(例えば、その他の高分子やモノマー、各種の添加剤等)を含有していてもよい。   The organic semiconductor material of the present invention is characterized by containing at least the copolymer. One type of the copolymer of the present invention may be contained alone, or two or more types may be contained in any combination. Moreover, although it may consist only of the copolymer of this invention, the other component (For example, another polymer, a monomer, various additives, etc.) may be contained.

本発明の有機半導体材料は、後述する有機電子デバイスの有機半導体層(有機活性層)に好適である。その場合、当該有機半導体材料を成膜して用いることが好ましく、この際に前述した有機溶剤への可溶性及びその加工性に優れているなどの物性が好ましい点として現れる。有機電子デバイスの有機半導体層として用いる際の詳細は後述する。   The organic semiconductor material of the present invention is suitable for an organic semiconductor layer (organic active layer) of an organic electronic device described later. In that case, the organic semiconductor material is preferably used after being formed into a film, and physical properties such as the above-described solubility in an organic solvent and excellent workability appear as preferable points. Details of use as an organic semiconductor layer of an organic electronic device will be described later.

本発明の有機半導体材料は、単独でも有機電子デバイスの有機半導体層の材料として十分に作用するが、他の有機半導体材料と混合及び/又は積層して使用することも可能である。本発明の有機半導体材料と併用可能な他の有機半導体材料としては、Poly(3−hexylthiophene)(P3HT)、Poly[2,6−(4,4−bis−[2−ethylhexyl]−4H−cyclopenta[2,1−b:3,4−b’]dithiophene)−alt−4,7−(2,1,3−benzothiadiazole)] (PCPDTBT)、ベンゾポルフィリン(BP)、ペンタセンまた、n型半導体化合物として知られているペリレン−ビスイミド、[6,6]−Phenyl−C61−butyric acid methyl ester([60]PCBM)又はC70などのより大きいフラーレンを有するPCBM、[6,6]−Phenyl−C61−butyric acid n−butyl ester([60]PCBNB)又はC70などのより大きいフラーレンを有するPCBNB、等のフラーレン誘導体などの既知の有機半導体材料が挙げられるが、特にこれらに限定されることはない。 The organic semiconductor material of the present invention functions sufficiently as a material for an organic semiconductor layer of an organic electronic device alone, but can also be used by mixing and / or laminating with other organic semiconductor materials. Other organic semiconductor materials that can be used in combination with the organic semiconductor material of the present invention include Poly (3-hexylthiophene) (P3HT), Poly [2,6- (4,4-bis- [2-ethylhexyl] -4H-cyclenta). [2,1-b: 3,4-b ′] dithiophene) -alt-4,7- (2,1,3-benzothiazole)] (PCPDTBT), benzoporphyrin (BP), pentacene, and n-type semiconductor compounds as known perylene - bisimide, [6,6] -Phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester ([60] PCBM) or PCBM with a larger fullerene such as C 70, [6,6] -Phenyl- C 61 -butyric acid -Butyl ester ([60] PCBNB) or PCBNB having a larger fullerene such as C 70, although the known organic semiconductor materials such as fullerene derivatives and the like, are not particularly limited thereto.

本発明の有機半導体材料は半導体特性を示し、例えば、電界効果移動度測定において、正孔移動度が通常1.0×10−5cm/Vs以上、好ましくは1.0×10−4cm/Vs以上であり、一方、正孔移動度が通常1.0×10cm/Vs以下、好ましくは1.0×10cm/Vs以下、より好ましくは1.0×10cm/Vs以下である。正孔移動度の測定方法としてはFET法が挙げられる。FET法は、公知文献(特開2010−045186)に記載の方法により実施することができる。 The organic semiconductor material of the present invention exhibits semiconductor characteristics. For example, in field effect mobility measurement, the hole mobility is usually 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more, preferably 1.0 × 10 −4 cm. 2 / Vs or more, while the hole mobility is usually 1.0 × 10 4 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, more preferably 1.0 × 10 2. cm 2 / Vs or less. As a method for measuring the hole mobility, there is an FET method. The FET method can be performed by a method described in publicly known literature (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-045186).

(有機電子デバイス)
次に、本発明の有機電子デバイスについて説明する。
本発明の有機電子デバイスは、上述した本発明の有機半導体材料を用いて形成されたことを特徴としている。本発明の有機半導体材料を適用可能なものであれば、有機電子デバイスの種類に特に制限はない。例としては、発光素子、スイッチング素子、光電変換素子、光電導性を利用した光センサー等が挙げられる。
(Organic electronic devices)
Next, the organic electronic device of the present invention will be described.
The organic electronic device of the present invention is characterized by being formed using the organic semiconductor material of the present invention described above. If the organic semiconductor material of this invention is applicable, there will be no restriction | limiting in particular in the kind of organic electronic device. Examples include a light emitting element, a switching element, a photoelectric conversion element, an optical sensor using photoelectric conductivity, and the like.

発光素子としては、表示デバイスに用いられる各種の発光素子が挙げられる。具体例としては、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子、電気泳動表示素子、エレクトロルミネッセント素子、エレクトロクロミック素子等が挙げられる。
スイッチング素子の具体例としては、ダイオード(pn接合ダイオード、ショットキー・ダイオード、MOSダイオード等)、トランジスタ(バイポーラートランジスタ、電界効果トランジスタ(FET)等)、サイリスタ、更にはそれらの複合素子(例えばTTL等)等が挙げられる。
Examples of the light emitting element include various light emitting elements used for display devices. Specific examples include a liquid crystal display element, a polymer dispersion type liquid crystal display element, an electrophoretic display element, an electroluminescent element, an electrochromic element, and the like.
Specific examples of the switching element include a diode (pn junction diode, Schottky diode, MOS diode, etc.), a transistor (bipolar transistor, field effect transistor (FET), etc.), a thyristor, and a composite element thereof (for example, TTL). Etc.).

光電変換素子の具体例としては、薄膜太陽電池、電荷結合素子(CCD)、光電子増倍管、フォトカプラ等が挙げられる。また、光電導性を利用した光センサーとしては、これらの光電変換素子を利用したものが挙げられる。
本発明の有機半導体材料を有機電子デバイスのどの部位に用いるかは特に制限されず、任意の部位に用いることが可能である。特に光電変換素子の場合には、通常は本発明の有機半導体材料を含有する有機半導体層は有機電子デバイスの有機活性層に使用される。
Specific examples of the photoelectric conversion element include a thin film solar cell, a charge coupled device (CCD), a photomultiplier tube, and a photocoupler. Moreover, what utilized these photoelectric conversion elements is mentioned as an optical sensor using photoelectric conductivity.
Which part of the organic electronic device the organic semiconductor material of the present invention is used is not particularly limited, and can be used in any part. Particularly in the case of a photoelectric conversion element, the organic semiconductor layer containing the organic semiconductor material of the present invention is usually used as an organic active layer of an organic electronic device.

<光電変換素子>
本発明に係る光電変換素子は、少なくとも有機活性層、1対の電極を有し、該有機活性層に、本発明の有機半導体材料を含有する。有機活性層及びバッファ層は、電極間に配置されている。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、これに限るわけではない。
本発明の一実施形態としての光電変換素子107は、基板106、アノード101、正孔取り出し層102、有機活性層103(p型半導体化合物とn型半導体化合物混合層)、電子取り出し層104、カソード105が順次、形成された層構造を有する。それぞれの各層の間には、後述の各層機能に影響を与えない程度に、別の層が挿入されていても良い。
<Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element according to the present invention has at least an organic active layer and a pair of electrodes, and the organic active layer contains the organic semiconductor material of the present invention. The organic active layer and the buffer layer are disposed between the electrodes. Although FIG. 1 shows the photoelectric conversion element used for a general organic thin film solar cell, it is not necessarily restricted to this.
The photoelectric conversion element 107 as one embodiment of the present invention includes a substrate 106, an anode 101, a hole extraction layer 102, an organic active layer 103 (a mixed layer of p-type semiconductor compound and n-type semiconductor compound), an electron extraction layer 104, a cathode. 105 has a sequentially formed layer structure. Other layers may be inserted between the respective layers to the extent that the functions of the layers described later are not affected.

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

活性層103は無機化合物又は有機化合物のいずれを用いてもよいが、簡易な塗布プロセスにより形成しうる層であることが好ましい。より好ましくは、活性層103は有機化合物からなる有機活性層である。以下では、活性層103が有機活性層であるものとして説明する。   The active layer 103 may use either an inorganic compound or an organic compound, but is preferably a layer that can be formed by a simple coating process. More preferably, the active layer 103 is an organic active layer made of an organic compound. In the following description, it is assumed that the active layer 103 is an organic active layer.

有機活性層の層構成は、p型半導体化合物とn型半導体化合物が積層された薄膜積層型、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合したバルクヘテロ接合型、薄膜積層型の中間層にp型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層(i層)を有する構造等が挙げられる。中でも、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合したバルクヘテロ接合型が好ましい。   The layer structure of the organic active layer is a thin film laminated type in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are laminated, a bulk heterojunction type in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed, and a p-type in an intermediate layer of a thin film laminated type. Examples include a structure having a layer (i layer) in which a semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed. Among these, a bulk heterojunction type in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed is preferable.

有機活性層103の膜厚は特に限定されないが、通常10nm以上、好ましくは50nm以上であり、一方通常1.0×10nm以下、好ましくは5.0×10nm以下、より好ましくは2.0×10nm以下である。有機活性層の膜厚が10nm以上であることで、均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるため、好ましい。また、有機活性層の厚さが1.0×10nm以下であることで、内部抵抗が小さくなり、かつ電極間の距離が離れず電荷の拡散が良好となるため、好ましい。 The thickness of the organic active layer 103 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 50 nm or more, while usually 1.0 × 10 3 nm or less, preferably 5.0 × 10 2 nm or less, more preferably 2 0.0 × 10 2 nm or less. It is preferable that the thickness of the organic active layer is 10 nm or more because uniformity is maintained and short-circuiting is less likely to occur. Further, it is preferable that the thickness of the organic active layer is 1.0 × 10 3 nm or less because the internal resistance is reduced and the distance between the electrodes is not increased, and the charge diffusion is improved.

有機活性層103の作成方法としては、特段に制限はないが、塗布法が好ましい。塗布法については、以下の任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法などが挙げられる。   A method for forming the organic active layer 103 is not particularly limited, but a coating method is preferable. The coating method can be performed by any of the following methods. Examples include reverse roll coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, wire barber coating, pipe doctor method, impregnation / coating method, curtain coating method and the like.

[p型半導体化合物]
本発明に係るp型半導体化合物としては、本発明のコポリマーを少なくとも含有するが、他の有機半導体材料と混合及び/又は積層して併用することも可能である。以下、併用しうる有機半導体材料、例えば、高分子有機半導体材料や低分子有機半導体材料について説明する。
[P-type semiconductor compound]
The p-type semiconductor compound according to the present invention contains at least the copolymer of the present invention, but may be mixed and / or laminated with other organic semiconductor materials. Hereinafter, organic semiconductor materials that can be used in combination, for example, high-molecular organic semiconductor materials and low-molecular organic semiconductor materials will be described.

<高分子有機半導体化合物>
本発明で併用しうる高分子有機半導体化合物としては、特に限定はなく、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン又はポリアニリン等の共役コポリマー半導体;アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のコポリマー半導体も挙げられる。また、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体コポリマーも挙げられる。共役コポリマーは、例えば、Handbook of Conducting Polymers, 3rd Ed.(全2巻), 2007、Materials Science and Engineering, 2001, 32, 1−40、Pure Appl. Chem. 2002, 74, 2031−3044、Handbook of THIOPHENE−BASED MATERIALS(全2巻), 2009などの公知文献に記載されたコポリマーやその誘導体、及び記載されているモノマーの組み合わせによって合成し得るコポリマーを用いることができる。
<High molecular organic semiconductor compound>
The polymer organic semiconductor compound that can be used in the present invention is not particularly limited, and is a conjugated copolymer semiconductor such as polythiophene, polyfluorene, polyphenylene vinylene, polythienylene vinylene, polyacetylene, or polyaniline; an alkyl group or other substituent is substituted. Also included are copolymer semiconductors such as oligothiophene. Moreover, the semiconductor copolymer which copolymerized 2 or more types of monomer units is also mentioned. Conjugated copolymers are described in, for example, Handbook of Conducting Polymers, 3 rd Ed. (2 volumes), 2007, Materials Science and Engineering, 2001, 32, 1-40, Pure Appl. Chem. Use a copolymer described in publicly known literature such as 2002, 74, 2031-3044, Handbook of THIOPHENE-BASED MATERIALS (2 volumes), 2009, or a derivative thereof, and a copolymer that can be synthesized by a combination of the described monomers. Can do.

なお、一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。併用しうる高分子有機半導体化合物の具体例としては以下のものが挙げられるが、これに限定されない。   One kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds may be used. Specific examples of the polymer organic semiconductor compound that can be used in combination include the following, but are not limited thereto.

<低分子有機半導体化合物>
本発明で併用しうる低分子有機半導体化合物は、特段の制限はないが、具体的には、ナフタセン、ペンタセン又は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一つ以上を含み、かつ合計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、又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、等の大環状化合物等が挙げられる。好ましくは、フタロシアニン化合物及びその金属錯体又はポルフィリン化合物及びその金属錯体である。
<Low molecular organic semiconductor compounds>
The low-molecular organic semiconductor compound that can be used in the present invention is not particularly limited, but specifically, condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene or pyrene; four thiophene rings such as α-sexithiophene Oligothiophenes containing above: those containing at least one of thiophene ring, benzene ring, fluorene ring, naphthalene ring, anthracene ring, thiazole ring, thiadiazole ring and benzothiazole ring, and a total of four or more linked; phthalocyanine compound And a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin and a macrocycle compound thereof such as a metal complex thereof. Preferably, they are a phthalocyanine compound and its metal complex, or a porphyrin compound and its metal complex.

ポルフィリン化合物及びその金属錯体(図中のQがCH)、フタロシアニン化合物及びその金属錯体(図中の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 in the figure are CH), the phthalocyanine compound and its metal complex (Q in the figure are N) include compounds having the following structures.

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又は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又はSi等も挙げられる。
〜Yはそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜24のアルキル基である。炭素数1〜24のアルキル基とは、炭素数が1〜24の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が3〜24の飽和若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の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が3〜12の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。
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 or Ni, a trivalent or higher metal having an axial ligand. Examples thereof include TiO, VO, SnCl 2 , AlCl, InCl, and Si.
Y 1 to Y 4 are each independently 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 3 to 24 carbon atoms. Among these, a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 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、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、チタンフタロシアニンオキシド錯体、バナジウムフタロシアニンオキシド錯体、インジウムフタロシアニンハロゲン錯体、ガリウムフタロシアニンハロゲン錯体、アルミニウムフタロシアニンハロゲン錯体、スズフタロシアニンハロゲン錯体、珪素フタロシアニンハロゲン錯体、又は銅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、チタンフタロシアニンオキシド錯体、バナジウムフタロシアニンオキシド錯体、インジウムフタロシアニンクロロ錯体、アルミニウムフタロシアニンクロロ錯体である。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 phthalocyanine compounds and metal complexes thereof, preferably 29H, 31H-phthalocyanine, copper phthalocyanine complex, zinc phthalocyanine complex, magnesium phthalocyanine complex, lead phthalocyanine complex, titanium phthalocyanine oxide complex, vanadium phthalocyanine oxide complex, indium phthalocyanine halogen complex, gallium Phthalocyanine halogen complex, aluminum phthalocyanine halogen complex, tin phthalocyanine halogen complex, silicon phthalocyanine halogen complex, or copper 4,4 ′, 4 ″, 4 ′ ″-tetraaza-29H, 31H-phthalocyanine complex, more preferably Titanium phthalocyanine oxide complex, vanadium phthalocyanine oxide complex, indium phthalocyanine chloro complex, aluminum fluoride Russia is a Nin chloro complexes. 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)又は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、好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン又は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) or 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine vanadium (IV) oxide And preferably 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine or 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.

低分子有機半導体化合物の製膜方法としては、蒸着法によって製膜する方法や低分子有機半導体化合物前駆体を塗布後に低分子有機半導体化合物に変換することで製膜する方法がある。塗布製膜できるというプロセス上の利点からは後者が好ましい。
低分子有機半導体化合物前駆体とは、例えば加熱や光照射等の外的刺激を与えることにより、その化学構造が変化し、低分子有機半導体化合物に変換される物質である。本発明に係る低分子有機半導体化合物前駆体は成膜性に優れるものが好ましい。特に、塗布法を適用できるようにするためには、前駆体自体が液状で塗布可能であるか又は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。このため、低分子有機半導体化合物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。一方、上限に特段の制限はないが、通常50重量%以下、好ましくは40重量%以下である。
As a method for forming a low molecular organic semiconductor compound, there are a method of forming a film by vapor deposition and a method of forming a film by converting a low molecular organic semiconductor compound precursor into a low molecular organic semiconductor compound after coating. The latter is preferred because of the process advantage that coating can be formed.
A low molecular organic semiconductor compound precursor is a substance that changes its chemical structure and is converted into a low molecular organic semiconductor compound by applying an external stimulus such as heating or light irradiation. The low molecular weight organic semiconductor compound precursor according to the present invention is preferably excellent in film formability. In particular, in order to be able to apply the coating method, it is preferable that the precursor itself can be applied in a liquid state, or the precursor is highly soluble in some solvent and can be applied as a solution. For this reason, the solubility with respect to the solvent of a low molecular organic-semiconductor compound precursor is usually 0.1 weight% or more, Preferably it is 0.5 weight% or more, More preferably, it is 1 weight% or more. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is usually 50% by weight or less, preferably 40% by weight or less.

溶媒の種類としては、半導体前駆体化合物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、ノナン又はデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール又はプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル又は乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類;ジメチルホルムアミド又はジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。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。   The type of the solvent is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the semiconductor precursor compound. For example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane; toluene, xylene , Aromatic hydrocarbons such as cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate Esters such as: Chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, and other halogen hydrocarbons; Ethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, and other ethers; Dimethyl Formamide or amides such as dimethylacetamide and the like. Of these, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene, or orthodichlorobenzene; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, or cyclohexanone; chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, or trichloroethylene Halogen hydrocarbons; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as cyclopentanone or cyclohexanone; non-halogen aliphatic ethers such as tetrahydrofuran or 1,4-dioxane is there. Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene or cyclohexylbenzene. 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.

さらに、低分子有機半導体化合物前駆体は、容易に半導体化合物に変換できることが好ましい。低分子有機半導体化合物前駆体から半導体化合物への変換工程においてどのような外的刺激を半導体前躯体に与えるかは任意であるが、通常は、熱処理、光処理等を行なう。好ましくは、熱処理である。この場合には、低分子有機半導体化合物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所定の溶媒に対する親溶媒性の基を有するものが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the low molecular organic semiconductor compound precursor can be easily converted into a semiconductor compound. Although what kind of external stimulus is given to the semiconductor precursor in the conversion step from the low-molecular organic semiconductor compound precursor to the semiconductor compound is arbitrary, usually heat treatment, light treatment, etc. are performed. Preferably, it is heat treatment. In this case, it is preferable that a part of the skeleton of the low molecular organic semiconductor compound precursor has a solvophilic group with respect to a predetermined solvent that can be eliminated by a reverse Diels-Alder reaction.

また、低分子有機半導体化合物前駆体は、変換工程を経て、高い収率で半導体化合物に変換されることが好ましい。この際、低分子有機半導体化合物前駆体から変換して得られる半導体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が、低分子有機半導体化合物前躯体から得られる低分子有機半導体化合物の収率は、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。   Moreover, it is preferable that a low molecular organic-semiconductor compound precursor is converted into a semiconductor compound with a high yield through a conversion process. At this time, the yield of the semiconductor compound obtained by conversion from the low molecular organic semiconductor compound precursor is arbitrary as long as the performance of the organic photoelectric conversion element is not impaired, but the low molecular organic obtained from the precursor of the low molecular organic semiconductor compound The yield of the semiconductor compound is usually 90 mol% or more, preferably 95 mol% or more, more preferably 99 mol% or more.

低分子有機半導体化合物前駆体は上記特徴を有するものであれば特に制限はないが、具体的には特開2007−324587に記載の化合物などが用いられうる。なか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 low molecular organic semiconductor compound precursor is not particularly limited as long as it has the above characteristics, and specifically, compounds described in JP-A-2007-324587 and the like can be used. Particularly preferred examples include compounds represented by the following formula (A1).

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は熱又は光により脱離可能な基であって、Z−Zが脱離して得られるπ共役化合物が顔料分子となるものを表わす。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を表わす。 In the formula (A1), at least one of X 1 and X 2 represents a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring, Z 1 -Z 2 is a group that can be removed by heat or light, The π-conjugated compound obtained by elimination of Z 1 -Z 2 represents a pigment molecule. X 1 and X 2 which are not a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring represent a substituted or unsubstituted ethenylene group.

式(A1)で表わされる化合物は、下記化学反応式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化合物である。本発明においては、この半導体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 chemical reaction formula, and a π-conjugated compound having high planarity is generated. This produced π-conjugated compound is a semiconductor compound according to the present invention. In the present invention, the semiconductor compound preferably exhibits semiconductor characteristics.

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 an atomic group in which a divalent metal atom or a trivalent or higher metal is bonded to another atom.

低分子有機半導体化合物前駆体の半導体化合物への変換方法は、公知のものを用いうる。
式(A1)で表わされる低分子有機半導体化合物前駆体は、位置異性体が存在する構造であってもよく、またその場合、複数の位置異性体の混合物から成っていてもよい。複数の位置異性体からなる低分子有機半導体化合物前駆体は、単一異性体成分からなる低分子有機半導体化合物前駆体と比較して溶媒に対する溶解度が向上するため、塗布製膜が行いやすく好ましい。複数の位置異性体の混合物とすると溶解度が向上する理由は、詳細なメカニズムは明確ではないが、化合物そのものの結晶性が潜在的に保持されつつも、複数の異性体混合物が溶液内に混在することで、三次元規則的な分子間相互作用が困難になるためと想定される。本発明においては、複数の異性体化合物からなる前駆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。上限に制限は無いが、通常50重量%以下、より好ましくは40重量%以下である。
As a method for converting the low molecular organic semiconductor compound precursor into the semiconductor compound, a known method can be used.
The low molecular organic semiconductor compound precursor represented by the formula (A1) may have a structure in which positional isomers exist, and in that case, may consist of a mixture of a plurality of positional isomers. A low-molecular organic semiconductor compound precursor composed of a plurality of positional isomers is preferable because it has a higher solubility in a solvent than a low-molecular organic semiconductor compound precursor composed of a single isomer component, so that coating film formation is easy. The reason why the solubility is improved when a mixture of multiple positional isomers is used is that the detailed mechanism is not clear, but the crystallinity of the compound itself is potentially retained, but the mixture of multiple isomers is mixed in the solution. Therefore, it is assumed that the three-dimensional regular intermolecular interaction becomes difficult. In the present invention, the solubility of the precursor mixture composed of a plurality of isomeric compounds in a non-halogen solvent is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more. Although there is no restriction | limiting in an upper limit, Usually, it is 50 weight% or less, More preferably, it is 40 weight% or less.

本発明のコポリマーと併用しうるp型半導体化合物として、中でも好ましくは、高分子有機半導体化合物としてはポリチオフェン等の共役コポリマー半導体であり、低分子有機半導体化合物としては、ナフタセン、ペンタセン、ピレン等の縮合芳香族炭化水素、フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン(BP)等のポルフィリン化合物及びその金属錯体である。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。   The p-type semiconductor compound that can be used in combination with the copolymer of the present invention is preferably a conjugated copolymer semiconductor such as polythiophene as the high molecular organic semiconductor compound, and a condensation of naphthacene, pentacene, pyrene or the like as the low molecular organic semiconductor compound. An aromatic hydrocarbon, a phthalocyanine compound and a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin (BP) and a metal complex thereof. In addition, the above kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds may be used.

本発明の有機半導体材料を用いたp型半導体化合物層作成方法については、特段の制限はないが、塗布法が好ましい。本発明のコポリマーは溶媒に易溶解性であるため、塗布成膜性に優れる。塗布法については、以下の任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法などが挙げられる。   Although there is no special restriction | limiting about the p-type semiconductor compound layer preparation method using the organic-semiconductor material of this invention, The application | coating method is preferable. Since the copolymer of the present invention is easily soluble in a solvent, the coating film-forming property is excellent. The coating method can be performed by any of the following methods. Examples thereof include reverse roll coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, wire barber coating, pipe doctor method, impregnation / coating method, and curtain coating method.

高分子有機半導体化合物及び/又は低分子有機半導体化合物は、製膜された状態において、何らかの自己組織化した構造を有するものであっても、アモルファス状態であっても良い。
p型半導体化合物のHOMOレベルは、特に限定は無いが、後述のn型半導体の種類によって選択することができるが、特にフラーレン化合物と組み合わせるp型半導体のHOMOレベルは、通常−5.7eV以上、より好ましくは−5.5eV以上、一方、通常−4.6eV以下、−4.8eV以下が好ましい。p型半導体化合物のHOMOレベルが−5.7eV以上であることによりp型半導体としての特性が向上し、p型半導体のHOMOレベルが−4.6eV以下であることにより化合物の安定性が向上し、開放電圧(Voc)も向上する。また、p型半導体のLUMOレベルは、特に限定は無いが、後述のn型半導体の種類によって選択することができるが、特にフラーレン化合物と組み合わせるp型半導体のLUMOレベルは、通常−3.7eV以上、好ましくは−3.6eV以上である。一方、通常−2.5eV以下、好ましくは−2.7eV以下である。p型半導体のLUMOレベルが−2.5eV以下であることにより、バンドギャップが調整され長波長な光エネルギーを有効に吸収することができ、短絡電流密度が向上する。p型半導体のLUMOレベルが−3.7eV以上であることにより、n型半導体への電子移動が起こりやすくなり短絡電流密度が向上する。
The high-molecular organic semiconductor compound and / or the low-molecular organic semiconductor compound may have some self-organized structure in the film-formed state, or may be in an amorphous state.
The HOMO level of the p-type semiconductor compound is not particularly limited, but can be selected depending on the type of the n-type semiconductor described later, but the HOMO level of the p-type semiconductor combined with the fullerene compound is usually −5.7 eV or more, More preferably, it is −5.5 eV or more, and usually −4.6 eV or less and −4.8 eV or less. When the HOMO level of the p-type semiconductor compound is −5.7 eV or more, the characteristics as the p-type semiconductor are improved, and when the HOMO level of the p-type semiconductor is −4.6 eV or less, the stability of the compound is improved. The open circuit voltage (Voc) is also improved. Further, the LUMO level of the p-type semiconductor is not particularly limited, but can be selected depending on the type of the n-type semiconductor described later. The LUMO level of the p-type semiconductor combined with the fullerene compound is usually −3.7 eV or more. , Preferably −3.6 eV or more. On the other hand, it is usually −2.5 eV or less, preferably −2.7 eV or less. When the LUMO level of the p-type semiconductor is −2.5 eV or less, the band gap is adjusted, light energy having a long wavelength can be effectively absorbed, and the short-circuit current density is improved. When the LUMO level of the p-type semiconductor is −3.7 eV or more, electron transfer to the n-type semiconductor easily occurs and the short-circuit current density is improved.

<n型半導体化合物>
n型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはフラーレン化合物、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又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全弗化物;単層カーボンナノチューブ、n型ポリマー等が挙げられる。
<N-type semiconductor compound>
The n-type semiconductor compound is not particularly limited. Specifically, it is a fullerene compound, a quinolinol derivative metal complex represented by 8-hydroxyquinoline aluminum; a condensed ring such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetracarboxylic acid diimide. Tetracarboxylic acid diimides; perylene diimide derivatives, terpyridine metal complexes, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazoles Derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives Bipyridine derivatives, borane derivatives, anthracene, pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthacene or pentacene; single-walled carbon nanotubes, n-type polymers.

その中でも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドおよびN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体が好ましく、フラーレン化合物、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はn型ポリマーがより好ましい。これらの化合物を一種又は二種以上含んでもよく、n型ポリマーを一種又は二種以上含んでもよい。   Among them, fullerene compounds, borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl-substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides and N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives are preferable, fullerene compounds, N-alkyl More preferred are substituted perylene diimide derivatives, N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides or n-type polymers. One or more of these compounds may be included, and one or more of n-type polymers may be included.

以下、これらの好ましいn型半導体化合物について説明する。   Hereinafter, these preferable n-type semiconductor compounds will be described.

<フラーレン化合物>
本発明のフラーレン化合物としては、一般式(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)で表される部分構造を有することが好ましい。
<Fullerene compound>
The fullerene compound of the present invention preferably has a partial structure represented by general formulas (n1), (n2), (n3) and (n4).

式中、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を表わす。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又はC70が好ましい。フラーレンとしては、一部のフラーレン環上の炭素―炭素結合が切れていても良い。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。 In the formula, FLN represents fullerene which is a carbon cluster having a closed shell structure. The carbon number of fullerene is not particularly limited as long as it is 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. 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.

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

一般式(n1)中のRは置換基を有していてもよい炭素数1〜14のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜14のアルコキシ基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。
アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基又はイソブチル基がより好ましく、メチル基又はエチル基が更に好ましい。
R 6 in the general formula (n1) has an optionally substituted alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, an optionally substituted alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, or a substituent. An aromatic group that may be used.
As an alkyl group, a C1-C10 alkyl group is preferable, a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, or an isobutyl group is more preferable, and a methyl group or an ethyl group is still more preferable.

アルコキシ基としては、炭素数1〜10のアルコキシ基が好ましく、炭素数1〜6のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基が特に好ましい。
芳香族基としては、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜20の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。
As an alkoxy group, a C1-C10 alkoxy group is preferable, a C1-C6 alkoxy group is more preferable, and a methoxy group or an ethoxy group is especially preferable.
As an aromatic group, a C6-C20 aromatic hydrocarbon group or a C2-C20 aromatic heterocyclic group is preferable, a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group is more preferable, a phenyl group or More preferred is a thienyl group.

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

一般式(n1)中のR〜Rは各々独立して置換基を表し、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜14のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。
アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基又はn−ヘキシル基が好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。
R 7 to R 9 in the general formula (n1) each independently represent a substituent, which has a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. It is also a good aromatic group.
As an alkyl group, a C1-C10 alkyl group is preferable and a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, or n-hexyl group is preferable. The substituent that the alkyl group may have is preferably a halogen atom. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The alkyl group substituted with a fluorine atom is preferably a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group or a perfluorobutyl group.

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

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

アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。
芳香族基が有していてもよい置換基としては、特に限定は無いが、好ましくはフッ素原子、炭素数1〜14のアルキル基、炭素数1〜14のアルコキシ基である。アルキル基にはフッ素原子が置換されていてもよい。さらに好ましくは炭素数1〜14のアルコキシ基であり、さらに好ましくはメトキシ基である。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは1〜3であり、より好ましくは1である。置換基の種類は異なっていても良いが、好ましくは同一である。
The substituent that the alkyl group may have is preferably a halogen atom. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The alkyl group substituted with a fluorine atom is preferably a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group or a perfluorobutyl group.
The substituent that the aromatic group may have is not particularly limited, but is preferably a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms. The alkyl group may be substituted with a fluorine atom. More preferably, it is a C1-C14 alkoxy group, More preferably, it is a methoxy group. When it has a substituent, there is no limitation in the number, However, Preferably it is 1-3, More preferably, it is 1. The types of substituents may be different but are preferably the same.

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

炭素数1〜14のアルキル基としては、メチル基、エチル基又はプロピル基が好ましい。炭素数1〜14のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシル基が好ましい。炭素数1〜14のアルキルカルボニル基としては、アセチル基が好ましい。
エステル基としては、メチルエステル基又はn−ブチルエステル基が好ましい。アリールカルボニル基としては、ベンゾイル基が好ましい。
As the alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a methyl group, an ethyl group or a propyl group is preferable. As a C1-C14 alkoxy group, a methoxy group, an ethoxy group, or a propoxyl group is preferable. As the alkylcarbonyl group having 1 to 14 carbon atoms, an acetyl group is preferable.
As the ester group, a methyl ester group or an n-butyl ester group is preferable. As the arylcarbonyl group, a benzoyl group is preferable.

置換基を有する場合、その数に限定は無いが、1〜4が好ましく、1〜3がより好ましい。置換基が複数の場合、その種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
一般式(n3)中のR15〜R18は各々独立して、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアルコキシ基または置換基を有していてもよいアルキルチオ基である。R15またはR16は、R17またはR18との間のいずれか一方と環を形成してもよい。環を形成する場合における構造は、例えば、芳香族基が縮合したビシクロ構造である一般式(n5)で示すことができる。一般式(n5)中におけるfはcと同様であり、Xは、酸素原子、硫黄原子、アミノ基、アルキレン基又はアリーレン基である。アルキレン基としては炭素数1〜2が好ましい。アリーレン基としては炭素数5〜12が好ましく、例えばフェニレン基である。アミノ基は、メチル基やエチル基等の炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
When it has a substituent, although there is no limitation in the number, 1-4 are preferable and 1-3 are more preferable. When there are a plurality of substituents, the types may be different, but are preferably the same.
R 15 to R 18 in the general formula (n3) each independently have a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, or a substituent. It is an optionally substituted alkoxy group or an optionally substituted alkylthio group. R 15 or R 16 may form a ring with either one of R 17 or R 18 . The structure in the case of forming a ring can be represented by, for example, the general formula (n5) which is a bicyclo structure in which an aromatic group is condensed. F in the general formula (n5) is the same as c, and X is an oxygen atom, a sulfur atom, an amino group, an alkylene group, or an arylene group. The alkylene group preferably has 1 to 2 carbon atoms. As an arylene group, C5-C12 is preferable, for example, is a phenylene group. The amino group may be substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group or an ethyl group.

アルキレン基は、メトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜20の芳香族複素環基で置換されていてもよい。
アリーレン基は、メトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜20の芳香族複素環基で置換されていてもよい。
The alkylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or an aromatic complex having 2 to 20 carbon atoms. It may be substituted with a cyclic group.
The arylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or an aromatic complex having 2 to 20 carbon atoms. It may be substituted with a cyclic group.

一般式(n4)中のR19〜R20は各々独立して、水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜14のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。
アルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基としては、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数1〜12のフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数1〜12のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、n−ヘキソキシ基、オクトキシ基、2−プロピルペントキシ基、2−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基又はn−ヘキソキシ基が特に好ましい。
R 19 to R 20 in the general formula (n4) each independently have a hydrogen atom, an alkoxycarbonyl group, an optionally substituted alkyl group having 1 to 14 carbon atoms or a substituent. It is also a good aromatic group.
The alkoxy group in the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group, n -Propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, n-hexoxy group, octoxy group, 2-propylpentoxy group, 2-ethylhexoxy group, cyclohexylmethoxy group or benzyloxy group are more preferable, methoxy group, An ethoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group or n-hexoxy group is particularly preferred.

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

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

一般式(n4)の構造として好ましくは、R19、R20が共にアルコキシカルボニル基であるか、R19、R20が共に芳香族基であるか又はR19が芳香族基でかつR20が3−(アルコキシカルボニル)プロピル基である。
なお、本発明に用いられるn型半導体化合物は一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
As the structure of the general formula (n4), R 19 and R 20 are preferably both alkoxycarbonyl groups, R 19 and R 20 are both aromatic groups, or R 19 is an aromatic group and R 20 is 3- (alkoxycarbonyl) propyl group.
The n-type semiconductor compound used in the present invention may be a single compound or a mixture of multiple compounds.

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

本発明のフラーレン化合物の溶媒は、非極性有機溶媒であれば、特段に制限はないが、非ハロゲン系溶媒が好ましい。ジクロロベンゼンなどのハロゲン系溶媒でも可能であるが、環境負荷の面等から代替が求められている。
非ハロゲン系溶媒としては、例えば、非ハロゲン系芳香族炭化水素類が挙げられる。その中でも好ましくはトルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼンなどである。
The solvent for the fullerene compound of the present invention is not particularly limited as long as it is a nonpolar organic solvent, but a non-halogen solvent is preferred. Although halogen-based solvents such as dichlorobenzene are also possible, alternatives are required in terms of environmental impact.
Examples of non-halogen solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons. Of these, toluene, xylene, cyclohexylbenzene and the like are preferable.

<フラーレン化合物の製造方法>
本発明のフラーレン化合物の製造方法としては、特に制限はないが、例えば、部分構造(n1)を有するフラーレン化合物の合成方法としては、国際公開第2008/059771号パンフレットやJ.Am.Chem.Soc.,2008,130(46),15429−15436に記載されている公知文献によって、実施可能である。
<Method for producing fullerene compound>
Although there is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of the fullerene compound of this invention, For example, as a synthesis method of the fullerene compound which has a partial structure (n1), international publication 2008/059771 pamphlet, J. Org. Am. Chem. Soc. , 2008, 130 (46), 15429-15436.

部分構造(n2)を有するフラーレン化合物の合成方法としては、J.Am.Chem.Soc.1993,115,9798−9799、Chem.Mater.2007,19,5363−5372及びChem.Mater.2007,19,5194−5199に記載されている公知文献によって、実施可能である。
部分構造(n3)を有するフラーレン化合物の合成方法としては、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.1993,32,78−80、Tetrahedron Lett. 1997, 38, 285−288、国際公開第2008/018931号及び国際公開第2009/086210号に記載されている公知文献によって、実施可能である。
As a method for synthesizing a fullerene compound having a partial structure (n2), J. et al. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9798-9799, Chem. Mater. 2007, 19, 5363-5372 and Chem. Mater. It can be implemented by publicly known literatures described in 2007, 19, 5194-5199.
As a synthesis method of a fullerene compound having a partial structure (n3), Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 78-80, Tetrahedron Lett. 1997, 38, 285-288, International Publication No. 2008/018931 and International Publication No. 2009/086212 can be implemented.

部分構造(n4)を有するフラーレン化合物の合成方法としては、J.Chem.Soc., Perkin Trans.1,1997 1595、Thin Solid Films 489(2005)251−256、Adv.Funct.Mater.2005,15,1979−1987及びJ.Org.Chem.1995,60,532−538に記載されている公知文献によって、実施可能である。   As a method for synthesizing a fullerene compound having a partial structure (n4), J. et al. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1997 1595, Thin Solid Films 489 (2005) 251-256, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1979-1987 and J. Org. Org. Chem. It can be carried out according to known documents described in 1995, 60, 532-538.

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

<N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体>
本発明に係るN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体は、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2009/115513号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2009/000756号及び国際公開第2009/091670号に記載されている化合物が挙げられる。電子移動度が高く、可視域に吸収を有するため、電荷輸送と発電との両方に寄与する点から好ましい。
<N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives>
The N-alkyl-substituted perylene diimide derivative according to the present invention is not particularly limited, and specifically, International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2009/115513, International Publication No. 2009/098250, Examples thereof include the compounds described in International Publication No. 2009/000756 and International Publication No. 2009/091670. High electron mobility and absorption in the visible range are preferable because they contribute to both charge transport and power generation.

<ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド>
本発明に係るナフタレンテトラカルボン酸ジイミドは、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2007/146250号及び国際公開第2009/000756号に記載されている化合物が挙げられる。電子移動度が高く、溶解性が高く塗布性に優れている点から好ましい。
<Naphthalene tetracarboxylic acid diimide>
The naphthalene tetracarboxylic acid diimide according to the present invention is not particularly limited, but specifically described in International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2007/146250 and International Publication No. 2009/000756. Compounds. It is preferable from the viewpoint of high electron mobility, high solubility, and excellent coating properties.

<n型ポリマー>
本発明に係るn型ポリマーは、特段の制限はないが、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型ポリマーが挙げられる。
<N-type polymer>
The n-type polymer according to the present invention is not particularly limited, but condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalene tetracarboxylic acid diimide and perylene tetracarboxylic acid diimide, perylene diimide derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazoles Derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, bipyridine derivatives, and borane derivatives include n-type polymers. It is done.

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

具体的には国際公開第2009/098253号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2010/012710号及び国際公開第2009/098250号に記載されている化合物が挙げられる。可視域に吸収を有するため、発電に寄与し、粘度が高く、塗布性に優れている点から好ましい。n型半導体の最低空分子軌道(LUMO)の値は、特に限定はされないが、例えばサイクリックボルタモグラム測定法により算出される真空準位に対する値が、通常−3.85eV以上、好ましくは−3.80eV以上である。電子供与体層(p型半導体層)から効率良く電子受容体層(n型半導体層)へと電子を移動させるためには、各電子供与体層及び電子受容体層に用いられる材料の最低空軌道(LUMO)の相対関係が重要である。具体的には、電子供与体層の材料のLUMOが、電子受容体層の材料のLUMOより所定のエネルギーだけ上にあること、言い換えると、電子受容体の電子親和力が電子供与体の電子親和力より所定のエネルギーだけ大きいことが好ましい。開放電圧(Voc)は電子供与体層の材料の最高被占軌道(HOMO)と電子受容体層の材料のLUMOの差で決定されるため、電子受容体のLUMOを高くすると、Vocが高くなる傾向がある。一方、LUMOの値は通常−1.0eV以下、好ましくは−2.0eV以下、より好ましくは−3.0eV以下、更に好ましくは−3.3eV以下である。電子受容体のLUMOを低くすることで、電子の移動が起こりやすくなり、短絡電流(Jsc)が高くなる傾向がある。   Specific examples thereof include compounds described in International Publication No. 2009/098253, International Publication No. 2009/098250, International Publication No. 2010/012710, and International Publication No. 2009/098250. Since it has absorption in the visible region, it is preferable from the viewpoint of contributing to power generation, high viscosity, and excellent coating properties. The value of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the n-type semiconductor is not particularly limited. For example, the value for the vacuum level calculated by the cyclic voltammogram measurement method is usually −3.85 eV or more, preferably −3. 80 eV or more. In order to efficiently move electrons from the electron donor layer (p-type semiconductor layer) to the electron acceptor layer (n-type semiconductor layer), the minimum vacancy of the materials used for each electron donor layer and electron acceptor layer is required. The relative relationship of the orbit (LUMO) is important. Specifically, the LUMO of the material of the electron donor layer is higher than the LUMO of the material of the electron acceptor layer by a predetermined energy, in other words, the electron affinity of the electron acceptor is higher than the electron affinity of the electron donor. It is preferable that the energy is larger by a predetermined energy. Since the open circuit voltage (Voc) is determined by the difference between the highest occupied orbit (HOMO) of the electron donor layer material and the LUMO of the electron acceptor layer material, increasing the LUMO of the electron acceptor increases the Voc. Tend. On the other hand, the LUMO value is usually −1.0 eV or less, preferably −2.0 eV or less, more preferably −3.0 eV or less, and still more preferably −3.3 eV or less. Lowering the LUMO of the electron acceptor tends to cause electron migration and increase the short-circuit current (Jsc).

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

n型半導体化合物のHOMOの値は、特に限定は無いが、通常−5.0eV以下、好ましくは−5.5eV以下である。一方、通常−7.0eV以上、好ましくは−6.6eV以上である。n型半導体化合物のHOMOの値が−7.0eV以上であることにより、n型材料の吸収も発電に利用出来る点で好ましい。n型半導体化合物のHOMOの値が−5.0eV以下であることにより、正孔の逆移動を阻止できる点で好ましい。   Although the HOMO value of the n-type semiconductor compound is not particularly limited, it is usually −5.0 eV or less, preferably −5.5 eV or less. On the other hand, it is usually −7.0 eV or more, preferably −6.6 eV or more. The n-type semiconductor compound having a HOMO value of −7.0 eV or more is preferable in that the absorption of the n-type material can also be used for power generation. It is preferable that the HOMO value of the n-type semiconductor compound is −5.0 eV or less in that the reverse movement of holes can be prevented.

n型半導体化合物の電子移動度は、特段の制限はないが、通常1.0×10−6cm/Vs以上であり、1.0×10−5cm/Vs以上が好ましく、5.0×10−5cm/Vs以上がより好ましく、1.0×10−4cm/Vs以上がさらに好ましい。一方、通常1.0×10cm/Vs以下であり、1.0×10cm/Vs以下が好ましく、5.0×10cm/Vs以下がより好ましい。該化合物の電子移動度が1.0×10−6cm/Vs以上であることは、光電変換素子の電子拡散速度向上、短絡電流向上、変換効率向上などの効果が大きくなる傾向にある傾向にあるため、好ましい。 The electron mobility of the n-type semiconductor compound is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, preferably 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more. 0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more is more preferable, and 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more is more preferable. On the other hand, it is usually 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 2 cm 2 / Vs or less, and more preferably 5.0 × 10 1 cm 2 / Vs or less. When the electron mobility of the compound is 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, effects such as improvement of the electron diffusion rate, improvement of short circuit current, and improvement of conversion efficiency of the photoelectric conversion element tend to increase. Therefore, it is preferable.

測定方法としてはFET法が挙げられ、公知文献(特開2010−045186)に記載の方法により実施することができる。   An example of the measurement method is an FET method, which can be performed by a method described in a known document (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-045186).

n型半導体化合物の25℃でのトルエンに対する溶解度は、通常0.5重量%以上であり、0.6重量%以上が好ましく、0.7重量%以上がより好ましい。一方、通常90重量%以下が好ましく、80重量%以下がより好ましく、70重量%以下がさらに好ましい。該化合物の25℃でのトルエンに対する溶解度を0.5重量%以上とすることにより、溶媒中でのn型半導体材料の分散安定性が向上し、凝集、沈降、分離等を起こしにくくなるため、好ましい。   The solubility of the n-type semiconductor compound in toluene at 25 ° C. is usually 0.5% by weight or more, preferably 0.6% by weight or more, and more preferably 0.7% by weight or more. On the other hand, it is usually preferably 90% by weight or less, more preferably 80% by weight or less, and further preferably 70% by weight or less. By setting the solubility of the compound in toluene at 25 ° C. to 0.5% by weight or more, the dispersion stability of the n-type semiconductor material in the solvent is improved, and aggregation, sedimentation, separation, and the like are less likely to occur. preferable.

<バッファ層(102、104)>
本発明の光電変換素子107は、1対の電極(101、105)、及びその間に配置された有機活性層103の他に、さらにバッファ層を1以上有することが好ましい。バッファ層としては、電子取り出し層104及び正孔取り出し層102に分類することができ、それぞれ、有機活性層103と電極(101、105)の間に設けることができる。バッファ層を設けることで、活性層と電極の間での電子や正孔の移動度が高まるほか、電極間の短絡を防止しうるという利点がある。
電子取り出し層104と正孔取り出し層102とは、1対の電極間(101、105)に、有機活性層103を挟むように配置される。すなわち、本発明に係る光電変換素子107が電子取り出し層104と正孔取り出し層102の両者を含む場合、電極101、正孔取り出し層102、有機活性層103、電子取り出し層104、電極105がこの順に配置されている。本発明に係る光電変換素子107が電子取り出し層104を含み正孔取り出し層102を含まない場合は、電極101、有機活性層103、電子取り出し層104、電極105がこの順に配置されている。電子取り出し層104と正孔取り出し層102とは積層順序が逆であってもよいし、また電子取り出し層104と正孔取り出し層102との少なくとも一方が異なる複数の膜により構成されていてもよい。
<Buffer layer (102, 104)>
The photoelectric conversion element 107 of the present invention preferably further includes one or more buffer layers in addition to the pair of electrodes (101, 105) and the organic active layer 103 disposed therebetween. The buffer layer can be classified into an electron extraction layer 104 and a hole extraction layer 102, and can be provided between the organic active layer 103 and the electrodes (101, 105), respectively. By providing the buffer layer, there are advantages that the mobility of electrons and holes between the active layer and the electrode is increased, and that a short circuit between the electrodes can be prevented.
The electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 are disposed so as to sandwich the organic active layer 103 between a pair of electrodes (101, 105). That is, when the photoelectric conversion element 107 according to the present invention includes both the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102, the electrode 101, the hole extraction layer 102, the organic active layer 103, the electron extraction layer 104, and the electrode 105 Arranged in order. When the photoelectric conversion element 107 according to the present invention includes the electron extraction layer 104 and does not include the hole extraction layer 102, the electrode 101, the organic active layer 103, the electron extraction layer 104, and the electrode 105 are arranged in this order. The stacking order of the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 may be reversed, or at least one of the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 may be composed of a plurality of different films. .

<電子取り出し層104>
電子取り出し層104の材料は、p半導体化合物とn半導体化合物を含む有機活性層103から電極101へ電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。無機化合物の材料としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型の酸化物半導体が望ましい。
<Electron extraction layer 104>
The material of the electron extraction layer 104 is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of extracting electrons from the organic active layer 103 containing the p semiconductor compound and the n semiconductor compound to the electrode 101. Specifically, an inorganic compound or an organic compound is mentioned. As the material of the inorganic compound, an alkali metal salt such as Li, Na, K, or Cs; an n-type oxide semiconductor such as titanium oxide (TiOx) or zinc oxide (ZnO) is desirable.

アルカリ金属塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が望ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等の電子取り出し電極(カソード105)と組み合わされてカソード105の仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。
有機化合物の材料としては、具体的には、バソキュプロイン(BCP)、バソフェナントレン(Bphen)、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)、ホウ素化合物、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)、ペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)、又はホスフィンオキサイド化合物若しくはホスフィンスルフィド化合物等の第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物が挙げられる。なかでも好ましくは、アリール基で置換されたホスフィンオキサイド化合物又はアリール基で置換されたホスフィンスルフィド化合物等のアリール基で置換された第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物であり、より好ましくは、トリアリールホスフィンオキサイド化合物、トリアリールホスフィンスルフィド化合物、ジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物、ジアリールホスフィンスルフィドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物又はジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物である。上記アリール基にはフッ素原子又はパーフルオロアルキル基等のフッ素原子が置換されたアルキル基が置換されていてもよい。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。
As the alkali metal salt, a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF is desirable. Although the operation mechanism of such a material is unknown, it is possible to reduce the work function of the cathode 105 in combination with an electron extraction electrode (cathode 105) such as Al to increase the voltage applied to the inside of the solar cell element. It is done.
Specific examples of the organic compound material include bathocuproin (BCP), bathophenanthrene (Bphen), (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3), boron compound, oxadiazole compound, benzimidazole compound, and naphthalenetetracarboxylic acid. Examples include acid anhydrides (NTCDA), perylene tetracarboxylic acid anhydrides (PTCDA), and phosphine compounds having a double bond with a Group 16 element such as a phosphine oxide compound or a phosphine sulfide compound. Among them, a phosphine compound having a double bond with a group 16 element substituted with an aryl group, such as a phosphine oxide compound substituted with an aryl group or a phosphine sulfide compound substituted with an aryl group, is more preferable. , Triarylphosphine oxide compounds, triarylphosphine sulfide compounds, aromatic hydrocarbon compounds having two or more diarylphosphine oxide units, two aromatic hydrocarbon compounds or two diarylphosphine oxide units having two or more diarylphosphine sulfide units An aromatic hydrocarbon compound having the above. The aryl group may be substituted with an alkyl group substituted with a fluorine atom such as a fluorine atom or a perfluoroalkyl group. In addition to the above materials, alkali metal or alkaline earth metal may be doped.

電子取り出し層104の材料のLUMOの値は、特に限定は無いが、通常−4.0eV以上、好ましくは−3.9eV以上である。一方、通常−1.9eV以下、好ましくは−2.0eV以下である。電子取り出し層104の材料のLUMOの値が−1.9eV以下であることにより、電荷移動が促進される点で好ましい。電子取り出し層104の材料のLUMOの値が−4.0eV以上であることにより、n型材料への逆電子移動が防がれる点で好ましい。   The LUMO value of the material of the electron extraction layer 104 is not particularly limited, but is usually −4.0 eV or more, preferably −3.9 eV or more. On the other hand, it is usually −1.9 eV or less, preferably −2.0 eV or less. The LUMO value of the material of the electron extraction layer 104 is preferably −1.9 eV or less, which is preferable in that charge transfer is promoted. When the LUMO value of the material of the electron extraction layer 104 is −4.0 eV or more, it is preferable in that reverse electron transfer to the n-type material is prevented.

電子取り出し層104の材料のLUMOの値の算出方法としては、サイクリックボルタモグラム測定法が挙げられる。例えば、公知文献(国際公報第2011/016430号)に記載の方法を参考にして実施することができる。   As a method for calculating the LUMO value of the material of the electron extraction layer 104, there is a cyclic voltammogram measurement method. For example, it can implement with reference to the method as described in well-known literature (International publication 2011/016430).

電子取り出し層104の材料のHOMOの値は、特に限定は無いが、通常−9.0eV以上、好ましくは−8.0eV以上である。一方、通常−5.0eV以下、好ましくは−5.5eV以下である。電子取り出し層104の材料のHOMOの値が−5.0eV以下であることにより、正孔が移動してくることを阻止出来る点で好ましい。   The HOMO value of the material of the electron extraction layer 104 is not particularly limited, but is usually −9.0 eV or more, preferably −8.0 eV or more. On the other hand, it is usually −5.0 eV or less, preferably −5.5 eV or less. When the HOMO value of the material of the electron extraction layer 104 is −5.0 eV or less, it is preferable in that holes can be prevented from moving.

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

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

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

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

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

電子取り出し層104の膜厚は特に限定はないが、通常0.01nm以上、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.5nm以上である。一方、通常40nm以下、好ましくは20nm以下である。電子取り出し層104の膜厚が0.01nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、電子取り出し層104の膜厚が40nm以下であることで、電子が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。   The thickness of the electron extraction layer 104 is not particularly limited, but is usually 0.01 nm or more, preferably 0.1 nm or more, more preferably 0.5 nm or more. On the other hand, it is usually 40 nm or less, preferably 20 nm or less. When the film thickness of the electron extraction layer 104 is 0.01 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the electron extraction layer 104 is 40 nm or less, electrons are easily extracted, and photoelectric conversion is performed. Efficiency is improved.

<第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物>
第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物としては、下記一般式(P1)で表される化合物が好ましい。下記一般式(P1)で表される化合物を電子取り出し層104の材料として用いることは、光電変換効率が向上する点及び/又は光電変換素子の耐久性が向上する点で好ましい。
<A phosphine compound having a double bond with a Group 16 element>
As the phosphine compound having a double bond with the Group 16 element, a compound represented by the following general formula (P1) is preferable. The use of a compound represented by the following general formula (P1) as a material for the electron extraction layer 104 is preferable in that the photoelectric conversion efficiency is improved and / or the durability of the photoelectric conversion element is improved.

式(P1)中、pは1以上の整数を表し、通常6以下であり、5以下であることが好ましく、3以下であることがさらに好ましく、2以下であることが特に好ましい。   In formula (P1), p represents an integer of 1 or more and is usually 6 or less, preferably 5 or less, more preferably 3 or less, and particularly preferably 2 or less.

21及びR22は各々独立して、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい複素環基を表し、R21及びR22は互いに結合し環を形成してもよい。炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基が挙げられる。脂肪族炭化水素基としては、アルキル基(シクロアルキル基を含む)等の飽和脂肪族炭化水素基;アルケニル基(シクロアルケニル基を含む)又はアルキニル基等の不飽和脂肪族炭化水素基が挙げられる。なかでも、アルキル基等の飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。複素環基としては、脂肪族複素環基及び芳香族複素環基が挙げられる。すなわちR21及びR22は、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基のような芳香族基(アリール基)でありうる。 R 21 and R 22 each independently represent a hydrocarbon group that may have a substituent, an alkoxy group that may have a substituent, or a heterocyclic group that may have a substituent. R 21 and R 22 may be bonded to each other to form a ring. Examples of the hydrocarbon group include an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group. Examples of the aliphatic hydrocarbon group include saturated aliphatic hydrocarbon groups such as alkyl groups (including cycloalkyl groups); unsaturated aliphatic hydrocarbon groups such as alkenyl groups (including cycloalkenyl groups) or alkynyl groups. . Of these, a saturated aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group is preferable. Examples of the heterocyclic group include an aliphatic heterocyclic group and an aromatic heterocyclic group. That is, R 21 and R 22 may be an aromatic group (aryl group) such as an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group.

中でも、R21及びR22のうち少なくとも一つが置換基を有していてもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基であることが好ましい。R21及びR22のうち少なくとも一つが飽和脂肪族炭化水素基であると、溶解性が向上するために、塗布による成膜が容易となる点で好ましい。一方でR21及びR22のうち少なくとも一つが芳香族基であると、熱安定性が向上する点で好ましい。さらに芳香族基は平面性が高いため、R21及びR22のうち少なくとも一つが芳香族化合物である場合、後述する活性層103のn型半導体化合物とホスフィン化合物が相互作用しやすくなることが考えられる。この場合、バッファ層と活性層との間での電荷移動がより起こりやすくなるために、特に好ましい。 Among them, at least one of R 21 and R 22 has a saturated aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or a substituent. It is preferably an aromatic heterocyclic group. When at least one of R 21 and R 22 is a saturated aliphatic hydrocarbon group, solubility is improved, which is preferable in that film formation by coating is facilitated. On the other hand, it is preferable that at least one of R 21 and R 22 is an aromatic group in terms of improving thermal stability. Further, since the aromatic group has high planarity, it is considered that when at least one of R 21 and R 22 is an aromatic compound, an n-type semiconductor compound and an phosphine compound of the active layer 103 described later are likely to interact with each other. It is done. This is particularly preferred because charge transfer between the buffer layer and the active layer is more likely to occur.

pが2以上の場合には複数のR21及び複数のR22が存在することとなるが、複数のR21及び複数のR22は各々独立して異なっていてもよい。また、複数のR21及び複数のR22のうちいずれか2つ以上が、互いに結合して環を形成してもよい。 When p is 2 or more, a plurality of R 21 and a plurality of R 22 exist, but the plurality of R 21 and the plurality of R 22 may be independently different from each other. Further, any two or more of the plurality of R 21 and the plurality of R 22 may be bonded to each other to form a ring.

アルキル基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、i−プロピル基、t−ブチル基およびヘキシル基等が挙げられる。   As an alkyl group, a C1-C20 thing is preferable, for example, a methyl group, an ethyl group, i-propyl group, t-butyl group, a hexyl group, etc. are mentioned.

シクロアルキル基としては、炭素数3〜20のものが好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基などが挙げられる。   As a cycloalkyl group, a C3-C20 thing is preferable, for example, a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, or a cyclohexyl group etc. are mentioned.

アルケニル基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、ビニル基又はスチリル基等が挙げられる。   As an alkenyl group, a C2-C20 thing is preferable, for example, a vinyl group or a styryl group etc. are mentioned.

シクロアルケニル基としては、炭素数3〜20のものが好ましく、例えば、シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、又はシクロヘキセニル基等が挙げられる。   As a cycloalkenyl group, a C3-C20 thing is preferable, for example, a cyclopropenyl group, a cyclopentenyl group, or a cyclohexenyl group etc. are mentioned.

アルキニル基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基又は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 examples thereof include a methylethynyl group and a trimethylsilylethynyl group.

芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜30のものが好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ビフェニレニル基、トリフェニレニル基、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、ペンタセニル基又はクオーターフェニル基等が挙げられる。なかでも、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、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又はペリレニル基が好ましい。   As the aromatic hydrocarbon group, those having 6 to 30 carbon atoms are preferable, for example, phenyl group, naphthyl group, phenanthryl group, biphenylenyl group, triphenylenyl group, anthryl group, pyrenyl group, fluorenyl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, Examples include a fluoranthenyl group, a naphthacenyl group, a perylenyl group, a pentacenyl group, a quarterphenyl group, and the like. Of these, a phenyl group, a naphthyl group, a phenanthryl group, a triphenylenyl group, an anthryl group, a pyrenyl group, a fluorenyl group, an acenaphthenyl group, a fluoranthenyl group, or a perylenyl group is preferable.

アルコキシ基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、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−ブトキシ基およびt−ブトキシ基、ベンジルオキシ基、エチルヘキシルオキシ基などの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 2 to 20 carbon atoms are preferable. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group and t-butoxy group, benzyloxy And straight-chain or branched alkoxy groups such as an ethylhexyloxy group.

脂肪族複素環基としては、炭素数2〜30のものが好ましく、例えば、ピロリジニル基、ピペリジニル基、ピペラジニル基、テトラヒドロフラニル基、ジオキサニル基、モルホリニル基又はチオモルホリニル基が挙げられる。なかでも、ピロリジニル基、ピペリジニル基又はピペラジニル基が好ましい。芳香族複素環基としては、炭素数2〜30のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、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、フェニルカルバゾリル、フェノキサチイニル基、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、フェナントロリニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基又はキノキサリニル基等が挙げられる。なかでも、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾリル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、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、フェニルカルバゾリル、キサンテニル基又はフェノキサジニル基が好ましい。   As the aliphatic heterocyclic group, those having 2 to 30 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a pyrrolidinyl group, piperidinyl group, piperazinyl group, tetrahydrofuranyl group, dioxanyl group, morpholinyl group and thiomorpholinyl group. Of these, a pyrrolidinyl group, a piperidinyl group, or a piperazinyl group is preferable. As the aromatic heterocyclic group, those having 2 to 30 carbon atoms are preferable, for example, pyridyl group, thienyl group, furyl group, pyrrolyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, oxadiazolyl group, thiadiazolyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, Pyrazolyl group, imidazolyl group, benzothienyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, phenylcarbazolyl, phenoxathiinyl group, xanthenyl group, benzofuranyl group, thianthenyl group, indolizinyl group, phenoxazinyl group, phenothiazinyl group, acridinyl group Phenanthridinyl group, phenanthrolinyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, indolyl group or quinoxalinyl group. Among them, pyridyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyrazolyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, imidazolyl group, acridinyl group, phenanthridinyl group, phenanthrolinyl group, quinoxalinyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, A phenylcarbazolyl, xanthenyl group or phenoxazinyl group is preferred.

また、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基は、縮合多環芳香族基であってもよい。縮合多環芳香族基を形成する環としては、置換基を有していてもよい環状アルキル基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基が好ましい。環状アルキル基としては、例えば、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。芳香族複素環基としては、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基又はイミダゾリル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基又はチエニル基が好ましい。   The aromatic hydrocarbon group or aromatic heterocyclic group may be a condensed polycyclic aromatic group. The ring forming the condensed polycyclic aromatic group may have a cyclic alkyl group which may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or a substituent. Aromatic heterocyclic groups are preferred. Examples of the cyclic alkyl group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. Examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group. Examples of the aromatic heterocyclic group include pyridyl group, thienyl group, furyl group, pyrrolyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, oxadiazolyl group, thiadiazolyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyrazolyl group, and imidazolyl group. Among these, a pyridyl group or a thienyl group is preferable.

縮合多環芳香族基として、例えば、縮合多環芳香族炭化水素基および縮合多環芳香族複素環基が好適なものとして挙げられる。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェナントリル基、アントリル基、ピレニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はトリフェニレニル基等が好適なものとして挙げられる。また、縮合多環芳香族複素環基として、例えば、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又はフェナントロリニル基等が好適なものとして挙げられる。   Preferred examples of the condensed polycyclic aromatic group include a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group and a condensed polycyclic aromatic heterocyclic group. Preferable examples of the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group include a phenanthryl group, an anthryl group, a pyrenyl group, a fluoranthenyl group, a naphthacenyl group, a perylenyl group, a pentacenyl group, and a triphenylenyl group. In addition, preferable examples of the condensed polycyclic aromatic heterocyclic group include a phenoxazinyl group, a phenothiazinyl group, an acridinyl group, a phenanthridinyl group, and a phenanthrolinyl group.

縮合多環芳香族基の具体例としては以下のものが挙げられるが、これに限定されることはない。また、下記縮合多環芳香族基において、リン原子と結合する原子の位置は特に限定されない。
Specific examples of the condensed polycyclic aromatic group include the following, but are not limited thereto. Further, in the following condensed polycyclic aromatic group, the position of the atom bonded to the phosphorus atom is not particularly limited.

23は置換基を有していてもよいp価の炭化水素基、置換基を有していてもよいp価の複素環基、又は置換基を有していてもよい炭化水素基及び置換基を有していてもよい複素環基の少なくとも一方が連結したp価の基を表す。すなわちR23は、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基のような芳香族基でありうる。なお、R23は置換基を有しても良いp価の縮合多環芳香族基であってもよい。R23は、好ましくは、置換基を有していてもよいp価の芳香族基であり、より好ましくは、置換基を有しても良いp価の縮合多環芳香族基である。 R 23 represents a p-valent hydrocarbon group which may have a substituent, a p-valent heterocyclic group which may have a substituent, or a hydrocarbon group which may have a substituent and a substituent. It represents a p-valent group in which at least one of the heterocyclic groups which may have a group is linked. That is, R 23 can be an aromatic group such as an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group. R 23 may be a p-valent condensed polycyclic aromatic group which may have a substituent. R 23 is preferably a p-valent aromatic group which may have a substituent, and more preferably a p-valent condensed polycyclic aromatic group which may have a substituent.

炭化水素基としては、R21及びR22について説明した1価の炭化水素基又はそれに対応する2価以上6価以下の炭化水素基が挙げられる。炭化水素基の種類としては、R21及びR22と同様に脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基が挙げられる。 Examples of the hydrocarbon group include the monovalent hydrocarbon group described for R 21 and R 22 or the corresponding divalent to hexavalent hydrocarbon group. The types of hydrocarbon groups, likewise include aliphatic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group as R 21 and R 22.

複素環基としては、R21及びR22について説明した1価の複素環基又はそれに対応する2価以上6価以下の複素環基が挙げられる。複素環基の種類としては、R21及びR22と同様に脂肪族複素環基又は芳香族複素環基が挙げられる。 Examples of the heterocyclic group include the monovalent heterocyclic group described for R 21 and R 22 or the corresponding divalent to hexavalent heterocyclic group. As the type of the heterocyclic group, an aliphatic heterocyclic group or an aromatic heterocyclic group can be used in the same manner as R 21 and R 22 .

縮合多環芳香族基としては、R21及びR22について説明した1価の縮合多環芳香族基又はその2価以上6価以下の縮合多環芳香族基が挙げられる。 Examples of the condensed polycyclic aromatic group include the monovalent condensed polycyclic aromatic group described for R 21 and R 22 or the condensed polycyclic aromatic group having 2 to 6 valences.

23が2価の基の場合、以下の具体例が挙げられるがこれらに限定されるものではない。 When R 23 is a divalent group, the following specific examples can be given, but the invention is not limited thereto.

21、R22及びR23についての説明における「置換基を有していてもよい」との用語は、置換基を1以上有していてもよいことを意味する。この置換基としては特に限定はないが、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、アセチル基、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、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基などが挙げられる。 The term “which may have a substituent” in the description of R 21 , R 22 and R 23 means that it may have one or more substituents. This substituent is not particularly limited, but is a halogen atom, hydroxyl group, cyano group, amino group, carboxyl group, carbonyl group, acetyl group, sulfonyl group, silyl group, boryl group, nitrile group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl. Group, alkoxy group, aromatic hydrocarbon group or aromatic heterocyclic group.

ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。   As the halogen atom, a fluorine atom is preferable.

アルキル基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、i−プロピル基、t−ブチル基およびシクロヘキシル基等が挙げられる。   As an alkyl group, a C1-C20 thing is preferable, for example, a methyl group, an ethyl group, i-propyl group, t-butyl group, a cyclohexyl group, etc. are mentioned.

アルケニル基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、ビニル基、スチリル基および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 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、例えば、メチルエチニル基、フェニルエチニル基および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 examples thereof include a methylethynyl group, a phenylethynyl group, and a trimethylsilylethynyl group.

シリル基としては,炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、トリメチルシリル基およびトリフェニルシリル基などが挙げられる。   As a silyl group, a C2-C20 thing is preferable, for example, a trimethylsilyl group, a triphenylsilyl group, etc. are mentioned.

ボリル基としては、例えば、ジメシチルボリル基などの芳香族基置換ボリル基が挙げられる。   Examples of the boryl group include an aromatic group-substituted boryl group such as a dimesitylboryl group.

アルコキシ基としては、炭素数2〜20のものが好ましく、例えば、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、エチルヘキシルオキシ基、ベンジルオキシ基およびt−ブトキシ基などの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 2 to 20 carbon atoms are preferable. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, ethylhexyloxy group, benzyloxy group And linear or branched alkoxy groups such as t-butoxy group.

アミノ基としては、例えば、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基又はカルバゾリル基等の芳香族置換アミンが挙げられる。   Examples of the amino group include aromatic substituted amines such as a diphenylamino group, a ditolylamino group, and a carbazolyl group.

芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜20のものが好ましく、これらは単環基に何ら限定されず、単環芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族炭化水素基および環連結芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。   As the aromatic hydrocarbon group, those having 6 to 20 carbon atoms are preferable, and these are not limited to monocyclic groups at all, and monocyclic aromatic hydrocarbon groups, condensed polycyclic aromatic hydrocarbon groups, and ring-linked aromatic groups. Any of hydrocarbon groups may be used.

単環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基等が挙げられる。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、ビフェニル基、フェナントリル基、ナフチル基、アントリル基、フルオレニル基、ピレニル基又はペリレニル基等が挙げられる。環連結芳香族炭化水素基としては、例えば、ビフェニル基およびターフェニル等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基又はナフチル基が好ましい。   Examples of the monocyclic aromatic hydrocarbon group include a phenyl group. Examples of the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group include a biphenyl group, a phenanthryl group, a naphthyl group, an anthryl group, a fluorenyl group, a pyrenyl group, and a perylenyl group. Examples of the ring-linked aromatic hydrocarbon group include a biphenyl group and terphenyl. Among these, a phenyl group or a naphthyl group is preferable.

芳香族複素環基としては、炭素数5〜20のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基,オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、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、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基又はフェニルカルバゾリル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基、チエニル基、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又はフェナントリル基が好ましい。   As the aromatic heterocyclic group, those having 5 to 20 carbon atoms are preferable, for example, pyridyl group, thienyl group, furyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, oxadiazolyl group, benzothienyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, Examples include a pyrazinyl group, a pyrimidinyl group, a pyrazolyl group, an imidazolyl group, and a phenylcarbazolyl group. Among these, a pyridyl group, a thienyl group, a benzothienyl group, a dibenzofuryl group, a dibenzothienyl group, or a phenanthryl group is preferable.

式(P1)においてXは16族元素を表し、具体的には、酸素、硫黄又はセレンが挙げられる。なかでも、酸素又は硫黄が好ましく、酸素が特に好ましい。式(P1)で表される化合物の具体例(Xは酸素、硫黄又はセレン等の16族元素を表す。)を以下に例示する。   In the formula (P1), X represents a group 16 element, and specific examples include oxygen, sulfur, and selenium. Of these, oxygen or sulfur is preferable, and oxygen is particularly preferable. Specific examples of the compound represented by the formula (P1) (X represents a group 16 element such as oxygen, sulfur or selenium) are exemplified below.

<正孔取り出し層102>
正孔取り出し層102の材料は、特に限定は無く有機活性層103からアノード101へ正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリンなどに、スルホン酸及び/又はヨウ素などがドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、後述のp型半導体化合物等が挙げられる。その中でも、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーが好ましく、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)がより好ましい。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
<Hole extraction layer 102>
The material of the hole extraction layer 102 is not particularly limited as long as the hole extraction efficiency from the organic active layer 103 to the anode 101 can be improved. Specifically, conductive polymers in which polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, etc. are doped with sulfonic acid and / or iodine, polythiophene derivatives having a sulfonyl group as a substituent, conductive organic materials such as arylamine Examples thereof include compounds and p-type semiconductor compounds described later. Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS) in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid is more preferable. A thin film of metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used. Furthermore, a thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.

正孔取り出し層102の膜厚は特に限定はないが、通常2nm以上である。一方、通常40nm以下、好ましくは20nm以下である。正孔取り出し層102の膜厚が2nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層102の膜厚が40nm以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。
電子取り出し層104と正孔取り出し層102の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。正孔取り出し層102に半導体材料を用いる場合は、上述の有機活性層の低分子有機半導体化合物と同様に、前駆体を用いて層を形成した後に前駆体を半導体化合物に変換してもよい。
The thickness of the hole extraction layer 102 is not particularly limited, but is usually 2 nm or more. On the other hand, it is usually 40 nm or less, preferably 20 nm or less. When the film thickness of the hole extraction layer 102 is 2 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the hole extraction layer 102 is 40 nm or less, holes are easily extracted, Conversion efficiency is improved.
There is no limitation on the formation method of the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet. When a semiconductor material is used for the hole extraction layer 102, the precursor may be converted into a semiconductor compound after the layer is formed using the precursor, similarly to the low-molecular organic semiconductor compound of the organic active layer described above.

<電極101、105>
本発明に係る電極(101及び105)は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有するものである。したがって、一対の電極には、正孔の捕集に適した電極101(以下、アノードと記載する場合もある)と電子の捕集に適した電極105(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。また、透明電極の太陽光線透過率が70%以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるためには、好ましい。なお、光の透過率は、通常の分光光度計で測定可能できる。
<Electrodes 101, 105>
The electrodes (101 and 105) according to the present invention have a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Therefore, the pair of electrodes includes an electrode 101 suitable for collecting holes (hereinafter also referred to as an anode) and an electrode 105 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.

正孔の捕集に適した電極101(アノード)とは、一般には仕事関数がカソードよりも高い値を有する導電性材料で、有機活性層103で発生した正孔をスムーズに取り出す機能を有する電極である。
アノード101の材料を挙げると、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、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。
The electrode 101 (anode) suitable for collecting holes is a conductive material generally having a work function higher than that of the cathode, and an electrode having a function of smoothly extracting holes generated in the organic active layer 103. It is.
Examples of the material of the anode 101 include conductive metal oxidation such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide, or zinc oxide. A metal such as gold, platinum, silver, chromium or cobalt, or an alloy thereof.

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

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

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

アノード101のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常1Ω/□以上、一方、1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。
アノード101の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。
The sheet resistance of the anode 101 is not particularly limited, but is usually 1Ω / □ or more, on the other hand, 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less.
A method for forming the anode 101 includes a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a method of forming a film by applying an ink containing nanoparticles or a precursor.

電子の捕集に適した電極105(カソード)とは、一般には仕事関数がアノードよりも高い値を有する導電性材料で、有機活性層103で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極であり、本発明の電子取り出し層104と隣接することを特徴とする。
カソード105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、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金;フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩;酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料のため、好ましい。カソード105についてもアノード101と同様に、電子取り出し層104にチタニアのようなn型半導体で導電性を有するものを用いることにより、アノード101に適した高い仕事関数を有する材料も用いることができる。電極保護の観点から、アノード101材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、カルシウム又はインジウム等の金属及びこれらの金属を用いた合金である。
The electrode 105 (cathode) suitable for collecting electrons is a conductive material generally having a work function higher than that of the anode, and is an electrode having a function of smoothly extracting electrons generated in the organic active layer 103. It is characterized by being adjacent to the electron extraction layer 104 of the present invention.
Examples of the material of the cathode 105 include metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, and magnesium, and alloys thereof; Examples include inorganic salts such as lithium and cesium fluoride; metal oxides such as nickel oxide, aluminum oxide, lithium oxide, and cesium oxide. These materials are preferred because they have a low work function. Similarly to the anode 101, a material having a high work function suitable for the anode 101 can be used for the cathode 105 by using an n-type semiconductor such as titania having conductivity for the electron extraction layer 104. From the viewpoint of electrode protection, the anode 101 material is preferably a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, calcium, or indium and an alloy using these metals.

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

カソード105のシート抵抗は、特に制限は無いが、通常1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。下限に制限は無いが、通常は1Ω/□以上である。
カソード105の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。
さらに、アノード101又はカソード105は2層以上積層してもよく、表面処理により特性(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。
The sheet resistance of the cathode 105 is not particularly limited, but is usually 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, and more preferably 100Ω / □ or less. Although there is no restriction on the lower limit, it is usually 1Ω / □ or more.
Examples of the method for forming the cathode 105 include a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a method of forming a film by applying an ink containing nanoparticles or a precursor.
Further, two or more layers of the anode 101 or the cathode 105 may be stacked, and characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by surface treatment.

アノード101及びカソード105を積層した後に、当該光電変換素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい(この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある)。該アニーリング処理工程の温度を50℃以上にすることで、電子取り出し層104と電極101及び/又は電子取り出し層104と活性層103の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。該アニーリング処理工程の温度が300℃以下にすることで、活性層の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。   After laminating the anode 101 and the cathode 105, the photoelectric conversion element is usually in a temperature range of 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable to heat (this step may be referred to as an annealing treatment step). It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 50 ° C. or higher because an effect of improving the adhesion between the electron extraction layer 104 and the electrode 101 and / or the electron extraction layer 104 and the active layer 103 can be obtained. It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 300 ° C. or lower because the organic compound in the active layer is less likely to be thermally decomposed.

なお、温度操作については上記範囲内で段階的に加熱してもよい。
加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。該アニーリング処理は太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、該アニーリング処理の雰囲気は常圧下、かつ不活性ガス雰囲気で実施することが好ましい。
In addition, about temperature operation, you may heat in steps within the said range.
The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter. The annealing process is preferably terminated when the open circuit voltage, short circuit current, and fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a constant value. Further, it is preferable that the annealing treatment be performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.

該アニーリング処理工程により、電子取り出し層104と電極101及び/又は電子取り出し層104と活性層103の密着性を向上させることで、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上する効果とともに、有機活性層の自己組織化が促進される効果が得られる。
加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に当該光電変換素子を載せても良いし、オーブン等の加熱雰囲気下に当該光電変換素子を入れても良い。また、バッチ式であっても連続方式であっても構わない。
With the annealing treatment step, by improving the adhesion between the electron extraction layer 104 and the electrode 101 and / or the electron extraction layer 104 and the active layer 103, the effect of improving the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element, The effect of promoting the self-organization of the organic active layer is obtained.
As a method for heating, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be put in a heating atmosphere such as an oven. Moreover, it may be a batch type or a continuous type.

<基板106>
本発明に係る光電変換素子は、通常は支持体となる基板106を有する。すなわち、基板上に、電極と、活性層、バッファ層とが形成される。基板の材料(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、サファイア又はチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料;紙又は合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。
<Substrate 106>
The photoelectric conversion element according to the present invention usually has a substrate 106 that serves as a support. That is, an electrode, an active layer, and a buffer layer are formed on the substrate. The material of the substrate (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, fluorine Resin film, polyolefin such as vinyl chloride or polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene, epoxy resin or other organic materials; paper such as paper or synthetic paper; stainless steel, Examples thereof include composite materials such as those obtained by coating or laminating a surface of a metal such as titanium or aluminum to impart insulation.

ガラスとしてはソーダガラス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。
基板106の形状に制限はなく、例えば、板、フィルム、シート等の形状を用いることができる。基板106の膜厚に制限はない。ただし、通常5μm以上、中でも20μm以上であり、一方、通常20mm以下、中でも10mm以下に形成することが好ましい。基板の膜厚が5μm以上であると、半導体デバイスの強度が不足する可能性は少なくなるため、好ましい。基板の膜厚が20mm以下であることで、コストが抑えられ、かつ重量が重くならず、好ましい。又、基板がガラスの場合の膜厚は、通常0.01mm以上、好ましくは0.1mm以上であり、一方、また、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。ガラス基板の膜厚が0.01mm以上であると、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。ガラス基板の膜厚が0.5cm以下であると、重量が重くならずに好ましい。
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.
There is no restriction | limiting in the shape of the board | substrate 106, For example, shapes, such as a board, a film, a sheet | seat, can be used. There is no limitation on the film thickness of the substrate 106. However, it is usually 5 μm or more, particularly 20 μm or more. On the other hand, it is usually preferably 20 mm or less, particularly preferably 10 mm or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 5 μm or more because the possibility that the strength of the semiconductor device is insufficient is reduced. It is preferable that the film thickness of the substrate is 20 mm or less because the cost is suppressed and the weight is not increased. When the substrate is glass, the film thickness is usually 0.01 mm or more, preferably 0.1 mm or more, while it is usually 1 cm or less, preferably 0.5 cm or less. When the film thickness of the glass substrate is 0.01 mm or more, the mechanical strength increases and it is difficult to break, which is preferable. It is preferable that the thickness of the glass substrate is 0.5 cm or less without increasing the weight.

<太陽電池モジュール>
[太陽電池モジュール13]
本発明の光電変換素子107は、太陽電池素子として薄膜太陽電池として使用されることが好ましい。
図2は本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10とをこの順に備える。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。
<Solar cell module>
[Solar cell module 13]
The photoelectric conversion element 107 of the present invention is preferably used as a thin film solar cell as a solar cell element.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin film solar cell as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the thin film solar cell 14 of this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a solar cell element. 6, a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 are provided in this order. And light is irradiated from the side (downward in the figure) where the weather-resistant protective film 1 is formed, and the solar cell element 6 generates power. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet in which a fluororesin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. Good.

[耐候性保護フィルム1]
耐候性保護フィルム1は天候変化から太陽電池素子6を保護するフィルムである。
太陽電池素子6の構成部品のなかには、温度変化、湿度変化、自然光及び/又は風雨による侵食等により劣化するものがある。そこで、耐候性保護フィルム1で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を天候変化等から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。
[Weather-resistant protective film 1]
The weather-resistant protective film 1 is a film that protects the solar cell element 6 from weather changes.
Some components of the solar cell element 6 are deteriorated by temperature change, humidity change, natural light, and / or erosion caused by wind and rain. Therefore, by covering the solar cell element 6 with the weather-resistant protective film 1, the solar cell element 6 and the like are protected from weather changes and the like, and the power generation capacity is kept high.

耐候性保護フィルム1は、薄膜太陽電池14の最表層に位置するため、耐候性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性及び/又は機械強度等の、薄膜太陽電池14の表面被覆材として好適な性能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持する性質を有することが好ましい。
また、耐候性保護フィルム1は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、特に好ましくは95%である。
Since the weather resistant protective film 1 is located on the outermost layer of the thin film solar cell 14, the surface covering material of the thin film solar cell 14 such as weather resistance, heat resistance, transparency, water repellency, stain resistance and / or mechanical strength is provided. It is preferable to have a property suitable for the above and to maintain it for a long period of time in outdoor exposure.
Moreover, the weather-resistant protective film 1 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95%.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、耐候性保護フィルム1も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、耐候性保護フィルム1の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時に耐候性保護フィルム1が融解・劣化する可能性を低減できる。   Furthermore, since the thin-film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the weather-resistant protective film 1 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the weather-resistant protective film 1 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower. Preferably it is 300 degrees C or less. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the weather resistant protective film 1 is melted and deteriorated when the thin film solar cell 14 is used.

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

中でも好ましくはフッ素系樹脂が挙げられ、その具体例を挙げるとポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、4−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体(PFA)、4−フッ化エチレン−6−フッ化プロピレン共重合体(FEP)、2−エチレン−4−フッ化エチレン共重合体(ETFE)、ポリ3−フッ化塩化エチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はポリフッ化ビニル(PVF)等が挙げられる。   Among them, fluorine resin is preferable, and specific examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE), 4-fluoroethylene-perchloroalkoxy copolymer (PFA), 4-fluoroethylene-6-fluoride. Propylene copolymer (FEP), 2-ethylene-4-fluoroethylene copolymer (ETFE), poly-3-fluoroethylene chloride (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), etc. Can be mentioned.

なお、耐候性保護フィルム1は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、耐候性保護フィルム1は単層フィルムにより形成されていても良いが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
耐候性保護フィルム1の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上、好ましくは15μm以上、より好ましくは20μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。
In addition, the weather-resistant protective film 1 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Moreover, although the weather-resistant protective film 1 may be formed with the single layer film, the laminated | multilayer film provided with the film of 2 or more layers may be sufficient as it.
The thickness of the weather-resistant protective film 1 is not particularly specified, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility.

また耐候性保護フィルム1には、他のフィルムとの接着性の改良のために、コロナ処理及び/又はプラズマ処理等の表面処理を行なってもよい。
耐候性保護フィルム1は、薄膜太陽電池14においてできるだけ外側に設けることが好ましい。薄膜太陽電池14の構成部材のうちより多くのものを保護できるようにするためである。
Moreover, you may perform surface treatments, such as a corona treatment and / or a plasma treatment, for the weather-resistant protective film 1 in order to improve adhesiveness with another film.
The weatherproof protective film 1 is preferably provided on the outer side as much as possible in the thin-film solar cell 14. This is because more of the constituent members of the thin-film solar cell 14 can be protected.

[紫外線カットフィルム2]
紫外線カットフィルム2は紫外線の透過を防止するフィルムである。
薄膜太陽電池14の構成部品のなかには紫外線により劣化するものがある。また、ガスバリアフィルム3、9等は種類によっては紫外線により劣化するものがある。そこで、紫外線カットフィルム2を薄膜太陽電池14の受光部分に設け、紫外線カットフィルム2で太陽電池素子6の受光面6aを覆うことにより、太陽電池素子6及び必要に応じてガスバリアフィルム3、9等を紫外線から保護し、発電能力を高く維持することができるようになっている。
[UV cut film 2]
The ultraviolet cut film 2 is a film that prevents the transmission of ultraviolet rays.
Some components of the thin film solar cell 14 are deteriorated by ultraviolet rays. Some of the gas barrier films 3, 9 and the like are deteriorated by ultraviolet rays depending on the type. Therefore, the ultraviolet cut film 2 is provided in the light receiving portion of the thin-film solar cell 14, and the ultraviolet cut film 2 covers the light receiving surface 6a of the solar cell element 6, whereby the solar cell element 6 and, if necessary, the gas barrier films 3, 9 and the like. Can be protected from ultraviolet rays and the power generation capacity can be kept high.

紫外線カットフィルム2に要求される紫外線の透過抑制能力の程度は、紫外線(例えば、波長300nm)の透過率が50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましく、特に好ましくは10%以下である。
また、紫外線カットフィルム2は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、特に好ましくは95%以上である。
The degree of the ability to suppress the transmission of ultraviolet rays required for the ultraviolet cut film 2 is such that the transmittance of ultraviolet rays (for example, wavelength 300 nm) is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and particularly preferably. 10% or less.
Further, the ultraviolet cut film 2 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、紫外線カットフィルム2も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、紫外線カットフィルム2の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点が低すぎると薄膜太陽電池14の使用時に紫外線カットフィルム2が融解する可能性がある。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the ultraviolet cut film 2 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the ultraviolet cut film 2 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. Is 300 ° C. or lower. If the melting point is too low, the ultraviolet cut film 2 may melt when the thin film solar cell 14 is used.

また、紫外線カットフィルム2は、柔軟性が高く、隣接するフィルムとの接着性が良好であり、水蒸気や酸素をカットしうるものが好ましい。
紫外線カットフィルム2を構成する材料は、紫外線の強度を弱めることができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系又はエステル系の樹脂に紫外線吸収剤を配合して成膜したフィルム等が挙げられる。また、紫外線吸収剤を樹脂中に分散あるいは溶解させたものの層(以下、適宜「紫外線吸収層」という)を基材フィルム上に形成したフィルムを用いてもよい。
Moreover, the ultraviolet cut film 2 has a high softness | flexibility, its adhesiveness with an adjacent film is favorable, and what can cut water vapor | steam and oxygen is preferable.
The material which comprises the ultraviolet cut film 2 is arbitrary if the intensity | strength of an ultraviolet-ray can be weakened. Examples of the material include films formed by blending an ultraviolet absorber with an epoxy, acrylic, urethane, or ester resin. Further, a film in which a layer of an ultraviolet absorbent dispersed or dissolved in a resin (hereinafter referred to as “ultraviolet absorbing layer” as appropriate) is formed on a base film may be used.

紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系のものを用いることができる。中でもベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系が好ましい。この例としては、ベンゾフェノン系やベンゾトリアゾール系の種々の芳香族系有機化合物等が挙げられる。なお、紫外線吸収剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   As the ultraviolet absorber, for example, salicylic acid-based, benzophenone-based, benzotriazole-based, and cyanoacrylate-based ones can be used. Of these, benzophenone and benzotriazole are preferable. Examples of this include various aromatic organic compounds such as benzophenone and benzotriazole. In addition, a ultraviolet absorber may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

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

塗布は任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。また、これらの方法は1種を単独で行なってもよく、2種以上を任意に組み合わせて行うこともできる。   Application | coating can be performed by arbitrary methods. Examples thereof include reverse roll coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, wire barber coating, pipe doctor method, impregnation / coating method and curtain coating method. In addition, these methods may be performed alone or in any combination of two or more.

塗布液に用いる溶剤は、紫外線吸収剤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。例えば液状の樹脂を溶剤として用いることができ、その例を挙げると、ポリエステル系、アクリル系、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリカーボネート系又はポリスチレン系等の各種合成樹脂等が挙げられる。また、例えば、ゼラチンやセルロース誘導体等の天然高分子;水、水とエタノール等のアルコール混合溶液等も溶剤として用いることができる。さらに、溶剤として有機溶剤を使用してもよい。有機溶剤を使用すれば、色素や樹脂を溶解又は分散させることが可能となり、塗工性を向上させることが可能となる。なお、溶剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   The solvent used for the coating solution is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the UV absorber. For example, a liquid resin can be used as a solvent, and examples thereof include various synthetic resins such as polyester, acrylic, polyamide, polyurethane, polyolefin, polycarbonate, or polystyrene. Further, for example, natural polymers such as gelatin and cellulose derivatives; water, alcohol mixed solutions such as water and ethanol, and the like can also be used as the solvent. Further, an organic solvent may be used as the solvent. If an organic solvent is used, it becomes possible to dissolve or disperse the pigment and the resin, and to improve the coatability. In addition, 1 type may be used for a solvent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

塗布液にはさらに界面活性剤も含有させてもよい。界面活性剤の使用により、紫外線吸収色素の樹脂への分散性が向上する。これにより、紫外線吸収層において、微小な泡によるヌケ、異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程でのハジキ等の発生が抑制される。
界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤又はノニオン系界面活性剤)を用いることができる。中でも、シリコーン系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
The coating solution may further contain a surfactant. Use of the surfactant improves the dispersibility of the ultraviolet absorbing dye in the resin. Thereby, in an ultraviolet absorption layer, generation | occurrence | production of the dent by the adhesion | attachment of the leakage of a micro bubble, a foreign material, etc. and / or a repellency in a drying process is suppressed.
As the surfactant, a known surfactant (cationic surfactant, anionic surfactant or nonionic surfactant) can be used. Among these, silicone surfactants or fluorine surfactants are preferable. In addition, 1 type may be used for surfactant and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

なお、塗布液を基材フィルムに塗布した後の乾燥は、例えば熱風乾燥、赤外線ヒーターによる乾燥等の公知の乾燥方法が採用できる。中でも、乾燥速度が速い熱風乾燥が好適である。
紫外線カットフィルム2の具体的な商品の例を挙げると、カットエース(MKVプラスティック株式会社)等が挙げられる。
In addition, the drying after apply | coating a coating liquid to a base film can employ | adopt well-known drying methods, such as hot air drying and drying by an infrared heater, for example. Among these, hot air drying with a high drying speed is preferable.
Examples of specific products of the ultraviolet cut film 2 include cut ace (MKV Plastic Co., Ltd.).

なお、紫外線カットフィルム2は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、紫外線カットフィルム2は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
紫外線カットフィルム2の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで紫外線の吸収が高まる傾向にあり、薄くすることで可視光の透過率を増加させられる傾向にある。
In addition, the ultraviolet cut film 2 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Further, the ultraviolet cut film 2 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.
The thickness of the ultraviolet cut film 2 is not particularly defined, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase the absorption of ultraviolet rays, and decreasing the thickness tends to increase the transmittance of visible light.

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

[ガスバリアフィルム3]
ガスバリアフィルム3は水及び酸素の透過を防止するフィルムである。
[Gas barrier film 3]
The gas barrier film 3 is a film that prevents permeation of water and oxygen.

太陽電池素子6は湿気及び酸素に弱い傾向があり、特に、ZnO:Al等の透明電極や、化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子が水分及び酸素により劣化することがある。そこで、ガスバリアフィルム3で太陽電池素子6を被覆することにより、太陽電池素子6を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。
ガスバリアフィルム3に要求される防湿能力の程度は、太陽電池素子6の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子6が化合物半導体系太陽電池素子である場合には、単位面積(1m)の1日あたりの水蒸気透過率が、1×10−1g/m/day以下であることが好ましく、1×10−2g/m/day以下であることがより好ましく、1×10−3g/m/day以下であることが更に好ましく、1×10−4g/m/day以下であることが中でも好ましく、1×10−5g/m/day以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6g/m/day以下であることが特に好ましい。
The solar cell element 6 tends to be vulnerable to moisture and oxygen. In particular, transparent electrodes such as ZnO: Al, compound semiconductor solar cell elements, and organic solar cell elements may be deteriorated by moisture and oxygen. Therefore, by covering the solar cell element 6 with the gas barrier film 3, the solar cell element 6 can be protected from water and oxygen, and the power generation capacity can be kept high.
The degree of moisture resistance required for the gas barrier film 3 varies depending on the type of the solar cell element 6 and the like. For example, when the solar cell element 6 is a compound semiconductor solar cell element, the water vapor permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 g / m 2 / day or less. Is preferably 1 × 10 −2 g / m 2 / day or less, more preferably 1 × 10 −3 g / m 2 / day or less, and further preferably 1 × 10 −4 g / m 2. / Day or less is particularly preferable, 1 × 10 −5 g / m 2 / day or less is particularly preferable, and 1 × 10 −6 g / m 2 / day or less is particularly preferable.

また、太陽電池素子6が有機太陽電池素子である場合には、単位面積(1m)の1日あたりの水蒸気透過率が、1×10−1g/m/day以下であることが好ましく、1×10−2g/m/day以下であることがより好ましく、1×10−3g/m/day以下であることが更に好ましく、1×10−4g/m/day以下であることが中でも好ましく、1×10−5g/m/day以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6g/m/day以下であることが特に好ましい。水蒸気が透過しなければしないほど、太陽電池素子6及び当該素子6のZnO:Al等の透明電極の水分との反応に起因する劣化が抑えられるので、発電効率が上がると共に寿命が延びる。 Moreover, when the solar cell element 6 is an organic solar cell element, it is preferable that the water vapor permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 g / m 2 / day or less. It is more preferably 1 × 10 −2 g / m 2 / day or less, further preferably 1 × 10 −3 g / m 2 / day or less, and further preferably 1 × 10 −4 g / m 2 / day. Among them, the following is particularly preferable, and it is particularly preferably 1 × 10 −5 g / m 2 / day or less, and particularly preferably 1 × 10 −6 g / m 2 / day or less. The more water vapor has to pass through, the lower the degradation caused by the reaction of the solar cell element 6 and the transparent electrode such as ZnO: Al of the element 6 with moisture, thus increasing the power generation efficiency and extending the life.

ガスバリアフィルム3に要求される酸素透過性の程度は、太陽電池素子6の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子6が化合物半導体系太陽電池素子である場合には、単位面積(1m)の1日あたりの酸素透過率が、1×10−1cc/m/day/atm以下であることが好ましく、1×10−2cc/m/day/atm以下であることがより好ましく、1×10−3cc/m/day/atm以下であることが更に好ましく、1×10−4cc/m/day/atm以下であることが中でも好ましく、1×10−5cc/m/day/atm以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6cc/m/day/atm以下であることが特に好ましい。また、例えば、太陽電池素子6が有機太陽電池素子である場合には、単位面積(1m)の1日あたりの酸素透過率が、1×10−1cc/m/day/atm以下であることが好ましく、1×10−2cc/m/day/atm以下であることがより好ましく、1×10−3cc/m/day/atm以下であることが更に好ましく、1×10−4cc/m/day/atm以下であることが中でも好ましく、1×10−5cc/m/day/atm以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6cc/m/day/atm以下であることが特に好ましい。酸素が透過しなければしないほど、太陽電池素子6及び当該素子6のZnO:Al等の透明電極の酸化による劣化が抑えられる。 The degree of oxygen permeability required for the gas barrier film 3 varies depending on the type of the solar cell element 6 and the like. For example, when the solar cell element 6 is a compound semiconductor solar cell element, the oxygen permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 cc / m 2 / day / atm or less. Preferably, it is 1 × 10 −2 cc / m 2 / day / atm or less, more preferably 1 × 10 −3 cc / m 2 / day / atm or less, and further preferably 1 × 10 2. −4 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −5 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −6 cc / m 2 / day. / Atm or less is particularly preferable. For example, when the solar cell element 6 is an organic solar cell element, the oxygen permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 cc / m 2 / day / atm or less. Preferably, it is 1 × 10 −2 cc / m 2 / day / atm or less, more preferably 1 × 10 −3 cc / m 2 / day / atm or less, and further preferably 1 × 10 2. −4 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −5 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −6 cc / m 2 / day. / Atm or less is particularly preferable. The deterioration due to oxidation of the solar cell element 6 and the transparent electrode such as ZnO: Al of the element 6 is suppressed as the oxygen does not permeate.

従来はこのように高い防湿及び酸素遮断能力を有するガスバリアフィルム3の実装が困難であったため、化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子のように優れた太陽電池素子を備えた太陽電池を実現することが困難であったが、このようなガスバリアフィルム3を適用することにより化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子等の優れた性質を活かした薄膜太陽電池14の実施が容易となる。   Conventionally, it has been difficult to mount the gas barrier film 3 having such a high moisture-proof and oxygen-blocking capability, so that a solar cell including an excellent solar cell element such as a compound semiconductor solar cell element and an organic solar cell element is realized. Although it was difficult to carry out, implementation of the thin film solar cell 14 which utilized the outstanding properties, such as a compound semiconductor type solar cell element and an organic solar cell element, becomes easy by applying such a gas barrier film 3.

また、ガスバリアフィルム3は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。   Further, the gas barrier film 3 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the light absorption of the solar cell element 6. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more. Preferably it is 90% or more, Especially preferably, it is 95% or more, Especially preferably, it is 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、ガスバリアフィルム3も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ガスバリアフィルム3の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時にガスバリアフィルム3が融解・劣化する可能性を低減できる。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the gas barrier film 3 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the gas barrier film 3 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. It is 300 degrees C or less. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the gas barrier film 3 is melted and deteriorated when the thin film solar cell 14 is used.

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

ガスバリアフィルム3の構成として好ましいものは以下の2例が挙げられる。
一つ目の例は、プラスチックフィルム基材に無機バリア層を配置したフィルムである。この際、無機バリア層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。
The following two examples are preferable as the configuration of the gas barrier film 3.
The first example is a film in which an inorganic barrier layer is disposed on a plastic film substrate. In this case, the inorganic barrier layer may be formed only on one side of the plastic film substrate, or may be formed on both sides of the plastic film substrate. When forming on both surfaces, the number of inorganic barrier layers formed on both surfaces may be the same or different.

二つ目の例は、プラスチックフィルム基材に、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された2層からなるユニット層が形成されたフィルムである。この際、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された2層からなるユニット層を1単位として、このユニット層が1単位(無機バリア層1層とポリマー層1層を合わせて1単位の意味)のみを形成しても良いが、2単位以上形成しても良い。例えば2〜5単位、積層してもよい。   The second example is a film in which a unit layer composed of two layers in which an inorganic barrier layer and a polymer layer are arranged adjacent to each other is formed on a plastic film substrate. At this time, a unit layer composed of two layers in which an inorganic barrier layer and a polymer layer are arranged adjacent to each other is regarded as one unit, and this unit layer is composed of one unit (one inorganic barrier layer and one polymer layer are combined into one unit). (Meaning of unit) may be formed, but two or more units may be formed. For example, 2 to 5 units may be laminated.

ユニット層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層及びポリマー層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。また、プラスチックフィルム基材上にユニット層を形成する場合、無機バリア層を形成してからその上にポリマー層を形成してもよいし、ポリマー層を形成してから無機バリア層を形成してもよい。   The unit layer may be formed only on one side of the plastic film substrate, or may be formed on both sides of the plastic film substrate. When forming on both surfaces, the numbers of inorganic barrier layers and polymer layers formed on both surfaces may be the same or different. In addition, when forming a unit layer on a plastic film substrate, an inorganic barrier layer may be formed and then a polymer layer may be formed thereon, or after forming a polymer layer and forming an inorganic barrier layer. Also good.

(プラスチックフィルム基材)
ガスバリアフィルム3に使用されるプラスチックフィルム基材は、上記の無機バリア層及びポリマー層を保持しうるフィルムであれば特に制限はなく、ガスバリアフィルム3の使用目的等から適宜選択することができる。
プラスチックフィルム基材の材料の例を挙げると、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂又はアクリロイル化合物が挙げられる。また、スピロビインダン、スピロビクロマンを含む縮合ポリマーを用いるのも好ましい。ポリエステル樹脂の中でも、二軸延伸を施したポリエチレンテレフタレート(PET)又は同じく二軸延伸したポリエチレンナフタレート(PEN)は、熱的寸度安定性に優れるため、プラスチックフィルム基材として好ましく用いられる。
(Plastic film substrate)
The plastic film substrate used for the gas barrier film 3 is not particularly limited as long as it is a film capable of holding the above-described inorganic barrier layer and polymer layer, and can be appropriately selected from the purpose of use of the gas barrier film 3 and the like.
Examples of the material for the plastic film substrate include polyester resin, polyarylate resin, polyethersulfone resin, fluorene ring-modified polycarbonate resin, alicyclic modified polycarbonate resin, and acryloyl compound. It is also preferable to use a condensation polymer containing spirobiindane or spirobichroman. Among the polyester resins, biaxially stretched polyethylene terephthalate (PET) or biaxially stretched polyethylene naphthalate (PEN) is excellent in thermal dimensional stability, and is preferably used as a plastic film substrate.

なおプラスチックフィルム基材の材料は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
プラスチックフィルム基材の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上、好ましくは15μm以上、より好ましくは20μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。
In addition, 1 type may be used for the material of a plastic film base material, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
The thickness of the plastic film substrate is not particularly defined, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility.

プラスチックフィルム基材は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。   The plastic film substrate is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more. Preferably it is 90% or more, Especially preferably, it is 95% or more, Especially preferably, it is 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.

プラスチックフィルム基材には、無機バリア層との密着性向上のため、アンカーコート剤の層(アンカーコート層)を形成してもよい。通常、アンカーコート層はアンカーコート剤を塗布して形成される。アンカーコート剤としては、例えば、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂、イソシアネート含有樹脂及びこれらの共重合体等が挙げられる。中でも、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂及びアクリル樹脂の中から選ばれる少なくとも1種類以上の樹脂と、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂及びイソシアネート基含有樹脂の中から選ばれる少なくとも1種類以上の樹脂とを組み合わせたものが好ましい。なお、アンカーコート剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   An anchor coat agent layer (anchor coat layer) may be formed on the plastic film substrate in order to improve adhesion to the inorganic barrier layer. Usually, the anchor coat layer is formed by applying an anchor coat agent. Examples of the anchor coating agent include polyester resins, urethane resins, acrylic resins, oxazoline group-containing resins, carbodiimide group-containing resins, epoxy group-containing resins, isocyanate-containing resins, and copolymers thereof. Among them, at least one resin selected from polyester resins, urethane resins and acrylic resins, and at least one resin selected from oxazoline group-containing resins, carbodiimide group-containing resins, epoxy group-containing resins and isocyanate group-containing resins. What combined the above resin is preferable. In addition, an anchor coat agent may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

アンカーコート層の厚さは、通常0.005μm以上、好ましくは0.01μm以上であり、通常5μm以下、好ましくは1μm以下である。この範囲の上限値以下の厚さであれば滑り性が良好であり、アンカーコート層自体の内部応力によるプラスチックフィルム基材からの剥離もほとんどない。また、この範囲の下限値以上の厚さであれば、均一な厚さを保つことができ好ましい。   The thickness of the anchor coat layer is usually 0.005 μm or more, preferably 0.01 μm or more, and usually 5 μm or less, preferably 1 μm or less. If the thickness is less than or equal to the upper limit of this range, the slipperiness is good, and there is almost no peeling from the plastic film substrate due to the internal stress of the anchor coat layer itself. Moreover, if it is the thickness more than the lower limit of this range, a uniform thickness can be maintained and it is preferable.

また、プラスチックフィルム基材へのアンカーコート剤の塗布性、接着性を改良するため、アンカーコート剤の塗布前に、プラスチックフィルム基材に通常の化学処理、放電処理等の表面処理を施してもよい。   In addition, in order to improve the applicability and adhesion of the anchor coating agent to the plastic film substrate, the plastic film substrate may be subjected to a surface treatment such as normal chemical treatment or discharge treatment before application of the anchor coating agent. Good.

(無機バリア層)
無機バリア層は通常は金属酸化物、窒化物又は酸化窒化物により形成される層である。なお、無機バリア層を形成する金属酸化物、窒化物及び酸化窒化物は、1種でもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(Inorganic barrier layer)
The inorganic barrier layer is usually a layer formed of a metal oxide, nitride or oxynitride. In addition, the metal oxide, nitride, and oxynitride which form an inorganic barrier layer may be 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

金属酸化物としては、例えば、Si、Al、Mg、In、Ni、Sn、Zn、Ti、Cu、Ce又はTa等の酸化物が挙げられる。中でも、高いバリア性と高透明性とを両立させるために、酸化アルミニウム又は酸化珪素を含むことが好ましく、特に水分の透過性、光線透過性の観点から、酸化珪素を含むことが好ましい。   Examples of the metal oxide include oxides such as Si, Al, Mg, In, Ni, Sn, Zn, Ti, Cu, Ce, and Ta. Among these, in order to achieve both high barrier properties and high transparency, it is preferable to include aluminum oxide or silicon oxide, and it is particularly preferable to include silicon oxide from the viewpoint of moisture permeability and light transmittance.

各々の金属原子と酸素原子との比率も任意であるが、無機バリア層の透明度を向上させ着色を防ぐためには、酸素原子の比率が酸化物の化学量論的な比率から極端に少なくないことが望ましい。一方、無機バリア層の緻密性を向上させバリア性を高くするためには、酸素原子を少なくすることが望ましい。この観点から、例えば金属酸化物としてSiOを用いる場合には前記xの値は1.5〜1.8が特に好ましい。また、例えば金属酸化物としてAlOを用いる場合には前記xの値は1.0〜1.4が特に好ましい。 The ratio of each metal atom to oxygen atom is also arbitrary, but in order to improve the transparency of the inorganic barrier layer and prevent coloring, the oxygen atom ratio should be extremely small from the stoichiometric ratio of the oxide. Is desirable. On the other hand, in order to improve the denseness of the inorganic barrier layer and increase the barrier property, it is desirable to reduce oxygen atoms. From this viewpoint, for example, when SiO x is used as the metal oxide, the value of x is particularly preferably 1.5 to 1.8. For example, when AlO x is used as the metal oxide, the value of x is particularly preferably 1.0 to 1.4.

また、2種以上の金属酸化物より無機バリア層を構成する場合、金属酸化物としては酸化アルミニウム及び酸化珪素を含むことが望ましい。中でも無機バリア層が酸化アルミニウム及び酸化珪素からなる場合、無機バリア層中のアルミニウムとケイ素との比率は任意に設定することができるが、Si/Alの比率は、通常1/9以上、好ましくは2/8以上であり、また、通常9/1以下、好ましくは2/8以下である。   When the inorganic barrier layer is composed of two or more kinds of metal oxides, it is desirable that the metal oxide includes aluminum oxide and silicon oxide. Among them, when the inorganic barrier layer is made of aluminum oxide and silicon oxide, the ratio of aluminum and silicon in the inorganic barrier layer can be arbitrarily set, but the ratio of Si / Al is usually 1/9 or more, preferably 2/8 or more, and usually 9/1 or less, preferably 2/8 or less.

無機バリア層の厚みを厚くするとバリア性が高まる傾向にあるが、曲げた際にクラックを生じにくくし割れを防ぐためには、厚みを薄くすることが望ましい。そこで無機バリア層の適正な厚みとしては、通常5nm以上、好ましくは10nm以上であり、また、通常1000nm以下、好ましくは200nm以下である。
無機バリア層の成膜方法に制限は無いが、一般的にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法等で行うことができる。例えばスパッタリング法では1種類のあるいは複数の金属ターゲットと酸素ガスを原料とし、プラズマを用いた反応性スパッタ方式で形成することができる。
When the thickness of the inorganic barrier layer is increased, the barrier property tends to be increased. However, it is desirable to reduce the thickness in order to prevent cracking and prevent cracking when bent. Therefore, the appropriate thickness of the inorganic barrier layer is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and is usually 1000 nm or less, preferably 200 nm or less.
Although there is no restriction | limiting in the film-forming method of an inorganic barrier layer, Generally, it can carry out by sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method, plasma CVD method etc. For example, the sputtering method can be formed by a reactive sputtering method using plasma using one or more metal targets and oxygen gas as raw materials.

(ポリマー層)
ポリマー層にはいずれのポリマーでも使用することができ、例えば真空チャンバー内で成膜できるものも用いることができる。なお、ポリマー層を構成するポリマーは、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
前記ポリマーを与える化合物としては多種多様なものを用いることができるが、例えば以下の(i)〜(vii)のようなものが例示される。なお、モノマーは1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
(Polymer layer)
Any polymer can be used for the polymer layer, and for example, a film that can be formed in a vacuum chamber can be used. In addition, the polymer which comprises a polymer layer may use 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
A wide variety of compounds can be used as the compound that gives the polymer, and examples include the following (i) to (vii). In addition, 1 type may be used for a monomer and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

(i)例えばヘキサメチルジシロキサン等のシロキサンが挙げられる。ヘキサメチルジシロキサンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、RF電極を用いた平行平板型のプラズマ装置にヘキサメチルジシロキサンを蒸気として導入し、プラズマ中で重合反応を起こさせ、プラスチックフィルム基材上に堆積させることでポリマー層をポリシロキサン薄膜として形成できる。   (I) Examples include siloxanes such as hexamethyldisiloxane. An example of a method for forming a polymer layer in the case of using hexamethyldisiloxane is to introduce hexamethyldisiloxane as a vapor into a parallel plate type plasma apparatus using an RF electrode, to cause a polymerization reaction in the plasma, The polymer layer can be formed as a polysiloxane thin film by being deposited on a plastic film substrate.

(ii)例えばジパラキシリレン等のパラキシリレンが挙げられる。ジパラキシリレンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、まず高真空中でジパラキシリレンの蒸気を650℃〜700℃で加熱することで熱分解させて熱ラジカルを発生させる。そして、そのラジカルモノマー蒸気をチャンバー内に導いて、プラスチックフィルム基材へと吸着させると同時にラジカル重合反応を進行させてポリパラキシリレンを堆積させることでポリマー層を形成できる。   (Ii) Examples include paraxylylene such as diparaxylylene. As an example of a method for forming a polymer layer in the case of using diparaxylylene, first, the vapor of diparaxylylene is heated at 650 ° C. to 700 ° C. in a high vacuum to generate thermal radicals. Then, the radical monomer vapor is introduced into the chamber and adsorbed onto the plastic film substrate, and at the same time, the radical polymerization reaction proceeds to deposit polyparaxylylene to form a polymer layer.

(iii)例えば二種のモノマーを交互に繰り返し付加重合させることができるモノマーが挙げられる。これにより得られるポリマーは重付加ポリマーである。重付加ポリマーとしては、例えば、ポリウレタン(ジイソシアナート/グリコール)、ポリ尿素(ジイソシアナート/ジアミン)、ポリチオ尿素(ジチオイソシアナート/ジアミン)、ポリチオエーテルウレタン(ビスエチレンウレタン/ジチオール)、ポリイミン(ビスエポキシ/第一アミン)、ポリペプチドアミド(ビスアゾラクトン/ジアミン)又はポリアミド(ジオレフィン/ジアミド)等が挙げられる。   (Iii) For example, a monomer capable of alternately repeating addition polymerization of two kinds of monomers can be mentioned. The polymer thus obtained is a polyaddition polymer. Examples of the polyaddition polymer include polyurethane (diisocyanate / glycol), polyurea (diisocyanate / diamine), polythiourea (dithioisocyanate / diamine), polythioether urethane (bisethyleneurethane / dithiol), polyimine ( Bisepoxy / primary amine), polypeptide amide (bisazolactone / diamine) or polyamide (diolefin / diamide).

(iv)例えばアクリレートモノマーが挙げられる。アクリレートモノマーには単官能、2官能又は多官能のアクリレートモノマーがあるが、いずれを用いてもよい。ただし、適切な蒸発速度、硬化度及び/又は硬化速度等を得るために、前記のアクリレートモノマーを2種以上組み合わせて併用することが好ましい。
また、単官能アクリレートモノマーとしては、例えば脂肪族アクリレートモノマー、脂環式アクリレートモノマー、エーテル系アクリレートモノマー、環状エーテル系アクリレートモノマー、芳香族系アクリレートモノマー、水酸基含有アクリレートモノマー又はカルボキシ基含有アクリレートモノマー等があるが、いずれも用いることができる。
(Iv) Examples include acrylate monomers. The acrylate monomer includes monofunctional, bifunctional or polyfunctional acrylate monomers, and any of them may be used. However, in order to obtain an appropriate evaporation rate, degree of cure and / or cure rate, it is preferable to use a combination of two or more of the above acrylate monomers.
Examples of monofunctional acrylate monomers include aliphatic acrylate monomers, alicyclic acrylate monomers, ether acrylate monomers, cyclic ether acrylate monomers, aromatic acrylate monomers, hydroxyl group-containing acrylate monomers, or carboxy group-containing acrylate monomers. There are, but any can be used.

(v)例えばエポキシ系やオキセタン系等の、光カチオン硬化ポリマーが得られるモノマーが挙げられる。エポキシ系モノマーとしては、例えば、脂環式エポキシ系モノマー、2官能性モノマー又は多官能性オリゴマー等が挙げられる。また、オキセタン系モノマーとしては、例えば、単官能オキセタン、2官能オキセタン又はシルセスキオキサン構造を有するオキセタン等が挙げられる。   (V) Monomers capable of obtaining a photocationically cured polymer, such as epoxy and oxetane, are exemplified. As an epoxy-type monomer, an alicyclic epoxy-type monomer, a bifunctional monomer, or a polyfunctional oligomer etc. are mentioned, for example. Examples of the oxetane-based monomer include monofunctional oxetane, bifunctional oxetane, and oxetane having a silsesquioxane structure.

(vi)例えば酢酸ビニルが挙げられる。モノマーとして酢酸ビニルを用いると、その重合体をケン化することでポリビニルアルコールが得られ、このポリビニルアルコールをポリマーとして使用できる。
(vii)例えば、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、無水マレイン酸又は無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸等が挙げられる。これらは、エチレンとの共重合体を構成させ、この共重合体をポリマーとして使用できる。さらに、これらの混合物、あるいはグリシジルエーテル化合物を混合した混合物、さらにはエポキシ化合物との混合物もポリマーとして用いることができる。
(Vi) An example is vinyl acetate. When vinyl acetate is used as a monomer, polyvinyl alcohol is obtained by saponifying the polymer, and this polyvinyl alcohol can be used as a polymer.
(Vii) Examples thereof include unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, fumaric acid, maleic acid, itaconic acid, monomethyl maleate, monoethyl maleate, maleic anhydride or itaconic anhydride. These constitute a copolymer with ethylene, and the copolymer can be used as a polymer. Furthermore, a mixture thereof, a mixture obtained by mixing glycidyl ether compounds, and a mixture with an epoxy compound can also be used as the polymer.

前記のモノマーを重合してポリマーを生成させる際、モノマーの重合方法に制限は無い。ただし、通常は、モノマーを含む組成物を塗布又は蒸着して成膜した後で重合を行うようにする。重合方法の例を挙げると、熱重合開始剤を用いたときはヒーター等による接触加熱又は赤外線若しくはマイクロ波等の放射加熱等により重合を開始させる。また、光重合開始剤を用いたときは活性エネルギー線を照射して重合を開始させる。活性エネルギー線を照射する場合には様々な光源を使用することができ、例えば、水銀アークランプ、キセノンアークランプ、蛍光ランプ、炭素アークランプ、タングステンーハロゲン輻射ランプ又は日光による照射光等を用いることができる。また、電子線照射や大気圧プラズマ処理を行うこともできる。   There is no restriction | limiting in the polymerization method of a monomer when superposing | polymerizing the said monomer and producing | generating a polymer. However, the polymerization is usually carried out after a composition containing a monomer is applied or vapor deposited to form a film. As an example of the polymerization method, when a thermal polymerization initiator is used, the polymerization is started by contact heating with a heater or the like, or radiation heating such as infrared rays or microwaves. Moreover, when a photoinitiator is used, an active energy ray is irradiated and polymerization is started. Various light sources can be used when irradiating active energy rays, such as mercury arc lamps, xenon arc lamps, fluorescent lamps, carbon arc lamps, tungsten-halogen radiation lamps, or irradiation light from sunlight. Can do. Further, electron beam irradiation or atmospheric pressure plasma treatment can also be performed.

ポリマー層の形成方法は、例えば、塗布法、真空成膜法等が挙げられる。
塗布法でポリマー層を形成する場合、例えば、ロールコート、グラビアコート、ナイフコート、ディップコート、カーテンフローコート、スプレーコート、バーコート等の方法を用いることができる。また、ポリマー層形成用の塗布液をミスト状で塗布するようにしてもよい。この場合の液滴の平均粒径は適切な範囲に調整すればよく、例えば重合性モノマーを含有する塗布液をミスト状でプラスチックフィルム基材上に成膜して形成する場合には、液滴の平均粒径は通常5μm以下、好ましくは1μm以下である。
Examples of the method for forming the polymer layer include a coating method and a vacuum film forming method.
When the polymer layer is formed by a coating method, for example, methods such as roll coating, gravure coating, knife coating, dip coating, curtain flow coating, spray coating, and bar coating can be used. Moreover, you may make it apply | coat the coating liquid for polymer layer formation in mist form. In this case, the average particle diameter of the droplets may be adjusted to an appropriate range. For example, in the case of forming a coating liquid containing a polymerizable monomer in the form of a mist on a plastic film substrate, the droplets The average particle size of is usually 5 μm or less, preferably 1 μm or less.

他方、真空成膜法でポリマー層を形成する場合、例えば、蒸着やプラズマCVD等の成膜方法が挙げられる。
ポリマー層の厚みについては特に限定はないが、通常10nm以上であり、また、通常5000nm以下、好ましくは2000nm以下、より好ましくは1000nm以下である。ポリマー層の厚みを厚くすることで、厚みの均一性が得やすくなり無機バリア層の構造欠陥を効率よくポリマー層で埋めることができ、バリア性が向上する傾向にある。また、ポリマー層の厚みを薄くする事で、曲げ等の外力によりポリマー層自身がクラックを発生しにくくなるためバリア性が向上しうる。
On the other hand, when forming a polymer layer by a vacuum film-forming method, film-forming methods, such as vapor deposition and plasma CVD, are mentioned, for example.
The thickness of the polymer layer is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, and is usually 5000 nm or less, preferably 2000 nm or less, more preferably 1000 nm or less. By increasing the thickness of the polymer layer, the uniformity of the thickness can be easily obtained, and structural defects of the inorganic barrier layer can be efficiently filled with the polymer layer, and the barrier property tends to be improved. In addition, by reducing the thickness of the polymer layer, the barrier property can be improved because the polymer layer itself is less likely to crack due to an external force such as bending.

中でも好適なガスバリアフィルム3としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)或いはポリエチレンナフタレート(PEN)等の基材フィルムにSiOを真空蒸着したフィルム等が挙げられる。
なお、ガスバリアフィルム3は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ガスバリアフィルム3は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
Particularly suitable gas barrier film 3 includes, for example, a film obtained by vacuum-depositing SiO x on a base film such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate (PEN).
In addition, the gas barrier film 3 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. The gas barrier film 3 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.

ガスバリアフィルム3の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることでガスバリア性が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。   The thickness of the gas barrier film 3 is not particularly defined, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and is usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase gas barrier properties, and decreasing the thickness tends to increase flexibility and improve visible light transmittance.

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

[ゲッター材フィルム4]
ゲッター材フィルム4は水分及び/又は酸素を吸収するフィルムである。太陽電池素子6の構成部品のなかには前記のように水分で劣化するものがあり、また、酸素によって劣化するものもある。そこで、ゲッター材フィルム4で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を水分及び/又は酸素から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。
[Getter material film 4]
The getter material film 4 is a film that absorbs moisture and / or oxygen. Some components of the solar cell element 6 are deteriorated by moisture as described above, and some are deteriorated by oxygen. Therefore, by covering the solar cell element 6 with the getter material film 4, the solar cell element 6 and the like are protected from moisture and / or oxygen, and the power generation capacity is kept high.

ここで、ゲッター材フィルム4は前記のようなガスバリアフィルム3とは異なり、水分の透過を妨げるものではなく、水分を吸収するものである。水分を吸収するフィルムを用いることにより、ガスバリアフィルム3等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間に僅かに浸入する水分をゲッター材フィルム4が捕捉して水分による太陽電池素子6への影響を排除できる。   Here, unlike the gas barrier film 3 as described above, the getter material film 4 does not prevent moisture permeation but absorbs moisture. By using a film that absorbs moisture, the getter material film 4 captures moisture that slightly enters the space formed by the gas barrier films 3 and 9 when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier film 3 or the like. The influence of moisture on the solar cell element 6 can be eliminated.

ゲッター材フィルム4の水分吸収能力の程度は、通常0.1mg/cm以上、好ましくは0.5mg/cm以上、より好ましくは1mg/cm以上である。この数値が高いほど水分吸収能力が高く太陽電池素子6の劣化を抑制しうる。また、上限に制限は無いが、通常10mg/cm以下である。
また、ゲッター材フィルム4が酸素を吸収することにより、ガスバリアフィルム3及び9等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間に僅かに浸入する酸素をゲッター材フィルム4が捕捉して酸素による太陽電池素子6への影響を排除できる。
The degree of water absorption capacity of the getter material film 4 is usually 0.1 mg / cm 2 or more, preferably 0.5 mg / cm 2 or more, more preferably 1 mg / cm 2 or more. The higher this value, the higher the water absorption capacity, and the deterioration of the solar cell element 6 can be suppressed. Moreover, although there is no restriction | limiting in an upper limit, it is usually 10 mg / cm < 2 > or less.
Further, when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier films 3 and 9 or the like by the getter material film 4 absorbing oxygen, the oxygen that slightly enters the space formed by the gas barrier films 3 and 9 is obtained as the getter material. The film 4 can capture and eliminate the influence of oxygen on the solar cell element 6.

さらに、ゲッター材フィルム4は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。   Furthermore, the getter material film 4 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more. Preferably it is 90% or more, Especially preferably, it is 95% or more, Especially preferably, it is 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せされることが多いため、ゲッター材フィルム4も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ゲッター材フィルム4の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時にゲッター材フィルム4が融解・劣化する可能性を低減できる。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the getter material film 4 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the getter material film 4 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. Is 300 ° C. or lower. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the getter material film 4 melts and deteriorates when the thin-film solar cell 14 is used.

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

酸素を吸収する物質としては、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、モレキュラーシーブ、酸化マグネシウム又は酸化鉄等が挙げられる。またFe、Mn、Zn、及びこれら金属の硫酸塩・塩化物塩・硝酸塩等の無機塩も挙げられる。
なお、ゲッター材フィルム4は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ゲッター材フィルム4は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
Examples of the substance that absorbs oxygen include activated carbon, silica gel, activated alumina, molecular sieve, magnesium oxide, and iron oxide. In addition, Fe, Mn, Zn, and inorganic salts such as sulfates, chlorides, and nitrates of these metals are also included.
In addition, the getter material film 4 may be formed of one type of material or may be formed of two or more types of materials. The getter material film 4 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.

ゲッター材フィルム4の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。
ゲッター材フィルム4は、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間内であればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子6の正面(受光面側の面。図2では下側の面)及び背面(受光面とは反対側の面。図2では上側の面)を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池14においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いため、これらの面を介して水分及び酸素が浸入する傾向があるからである。この観点から、ゲッター材フィルム4はガスバリアフィルム3と太陽電池素子6との間に設けることが好ましい。本実施形態ではゲッター材フィルム4が太陽電池素子6の正面を覆い、後述するゲッター材フィルム8が太陽電池素子6の背面を覆い、ゲッター材フィルム4、8がそれぞれ太陽電池素子6とガスバリアフィルム3、9との間に位置するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。
The thickness of the getter material film 4 is not particularly specified, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility.
The formation position of the getter material film 4 is not limited as long as it is in the space formed by the gas barrier films 3 and 9, but the front surface of the solar cell element 6 (the surface on the light receiving surface side, the lower surface in FIG. 2). And it is preferable to cover the back surface (surface opposite to the light receiving surface; upper surface in FIG. 2). This is because, in the thin film solar cell 14, the front and back surfaces are often formed in a larger area than the other surfaces, and therefore moisture and oxygen tend to enter through these surfaces. From this viewpoint, the getter material film 4 is preferably provided between the gas barrier film 3 and the solar cell element 6. In this embodiment, the getter material film 4 covers the front surface of the solar cell element 6, a getter material film 8 described later covers the back surface of the solar cell element 6, and the getter material films 4 and 8 are respectively the solar cell element 6 and the gas barrier film 3. , 9 are located between them. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet obtained by bonding a fluororesin film on both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. .

ゲッター材フィルム4は吸水剤又は乾燥剤の種類に応じて任意の方法で形成することができるが、例えば、吸水剤又は乾燥剤を分散したフィルムを粘着剤で添付する方法、吸水剤又は乾燥剤の溶液をスピンコート法、インクジェット法又はディスペンサー法等で塗布する方法等を用いることができる。また真空蒸着法やスパッタリング法等の成膜法を使用してもよい。   The getter material film 4 can be formed by any method depending on the type of the water-absorbing agent or desiccant. For example, a method in which a film in which the water-absorbing agent or desiccant is dispersed is attached with a pressure-sensitive adhesive, The method of apply | coating this solution with a spin coat method, the inkjet method, or a dispenser method etc. can be used. Further, a film forming method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method may be used.

吸水剤又は乾燥剤のためのフィルムとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂又はポリカーボネート系樹脂等を用いることができる。中でも、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂又はポリカーボネート系樹脂のフィルムが好ましい。なお、前記樹脂は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   As a film for a water absorbing agent or a desiccant, for example, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polyvinyl chloride resin, fluorine resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, or the like can be used. Among these, a film of polyethylene resin, fluorine resin, cyclic polyolefin resin or polycarbonate resin is preferable. In addition, the said resin may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

[封止材5]
封止材5は、太陽電池素子6を補強するフィルムである。太陽電池素子6は薄いため通常は強度が弱く、ひいては薄膜太陽電池の強度が弱くなる傾向があるが、封止材5により強度を高く維持することが可能である。
また、封止材5は、薄膜太陽電池14の強度保持の観点から強度が高いことが好ましい。
[Sealing material 5]
The sealing material 5 is a film that reinforces the solar cell element 6. Since the solar cell element 6 is thin, the strength is usually weak, and thus the strength of the thin film solar cell tends to be weak. However, the strength can be maintained high by the sealing material 5.
Moreover, it is preferable that the sealing material 5 has high strength from the viewpoint of maintaining strength of the thin-film solar cell 14.

具体的強度については、封止材5以外の耐候性保護フィルム1やバックシート10の強度とも関係することになり一概には規定しにくいが、薄膜太陽電池14全体が良好な曲げ加工性を有し、折り曲げ部分の剥離を生じないような強度を有するのが望ましい。
また、封止材5は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。
The specific strength is related to the strength of the weatherproof protective film 1 other than the sealing material 5 and the strength of the back sheet 10 and is generally difficult to define, but the thin film solar cell 14 as a whole has good bending workability. However, it is desirable to have a strength that does not cause peeling of the bent portion.
In addition, the sealing material 5 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more. Preferably it is 90% or more, Especially preferably, it is 95% or more, Especially preferably, it is 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、封止材5も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、封止材5の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時に封止材5が融解・劣化する可能性を低減できる。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the sealing material 5 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the sealing material 5 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. Is 300 ° C. or lower. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the sealing material 5 melts and deteriorates when the thin film solar cell 14 is used.

封止材5の厚みは特に規定されないが、通常100μm以上、好ましくは150μm以上、より好ましくは200μm以上であり、また、通常700μm以下、好ましくは600μm以下、より好ましくは500μm以下である。厚みを厚くすることで薄膜太陽電池14全体の強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。   The thickness of the sealing material 5 is not particularly defined, but is usually 100 μm or more, preferably 150 μm or more, more preferably 200 μm or more, and usually 700 μm or less, preferably 600 μm or less, more preferably 500 μm or less. Increasing the thickness tends to increase the strength of the thin-film solar cell 14 as a whole, and decreasing the thickness tends to increase flexibility and improve visible light transmittance.

封止材5を構成する材料としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)樹脂組成物をフィルムにしたもの(EVAフィルム)等を用いることができる。EVAフィルムには通常は耐候性の向上のために架橋剤を配合して架橋構造を構成させる。この架橋剤としては、一般に、100℃以上でラジカルを発生する有機過酸化物が用いられる。このような有機過酸化物としては、例えば、2,5−ジメチルヘキサン、2,5−ジハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン又は3−ジ−t−ブチルパーオキサイド等を用いることができる。これらの有機過酸化物の配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下であり、通常1重量部以上である。なお、架橋剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   As a material which comprises the sealing material 5, what used the ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) resin composition for the film (EVA film) etc. can be used, for example. In order to improve weather resistance, the EVA film is usually blended with a crosslinking agent to form a crosslinked structure. As the crosslinking agent, an organic peroxide that generates radicals at 100 ° C. or higher is generally used. Examples of such organic peroxides include 2,5-dimethylhexane, 2,5-dihydroperoxide, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane, and 3- Di-t-butyl peroxide or the like can be used. The compounding amount of these organic peroxides is usually 5 parts by weight or less, preferably 3 parts by weight or less, and usually 1 part by weight or more with respect to 100 parts by weight of the EVA resin. In addition, 1 type may be used for a crosslinking agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

このEVA樹脂組成物には、接着力向上の目的で、シランカップリング剤を含有させてもよい。この目的に供されるシランカップリング剤としては、例えば、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス−(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン又はβ−(3,4−エトキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等を挙げることができる。これらのシランカップリング剤の配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下、好ましくは2重量部以下であり、通常0.1重量部以上である。なお、シランカップリング剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   This EVA resin composition may contain a silane coupling agent for the purpose of improving the adhesive strength. Examples of the silane coupling agent used for this purpose include γ-chloropropyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane, vinyl-tris- (β-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltri Examples thereof include methoxysilane and β- (3,4-ethoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane. The compounding amount of these silane coupling agents is usually 5 parts by weight or less, preferably 2 parts by weight or less, and usually 0.1 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the EVA resin. In addition, 1 type may be used for a silane coupling agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

更に、EVA樹脂のゲル分率を向上させ、耐久性を向上するために、EVA樹脂組成物に架橋助剤を含有させてもよい。この目的に供される架橋助剤としては、例えば、トリアリルイソシアヌレート又はトリアリルイソシアネート等の3官能の架橋助剤等の単官能の架橋助剤等が挙げられる。これらの架橋助剤の配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常10重量部以下、好ましくは5重量部以下であり、また、通常1重量部以上である。なお、架橋助剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   Furthermore, in order to improve the gel fraction of the EVA resin and improve the durability, a crosslinking aid may be included in the EVA resin composition. Examples of the crosslinking aid provided for this purpose include monofunctional crosslinking aids such as trifunctional crosslinking aids such as triallyl isocyanurate or triallyl isocyanate. The amount of these crosslinking aids is usually 10 parts by weight or less, preferably 5 parts by weight or less, and usually 1 part by weight or more with respect to 100 parts by weight of the EVA resin. In addition, 1 type may be used for a crosslinking adjuvant, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

更に、EVA樹脂の安定性を向上する目的で、EVA樹脂組成物に、例えばハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、p−ベンゾキノン又はメチルハイドロキノンなどを含有させてもよい。これらの配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下である。
しかし、EVA樹脂の架橋処理には1〜2時間程度の比較的長時間を要するため、薄膜太陽電池14の生産速度及び生産効率を低下させる原因となる場合がある。また、長期間使用の際には、EVA樹脂組成物の分解ガス(酢酸ガス)又はEVA樹脂自体が有する酢酸ビニル基が、太陽電池素子6に悪影響を与えて発電効率が低下させる場合がある。
そこで、封止材5としては、EVAフィルムの他に、プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体のフィルムを用いることもできる。この共重合体としては、例えば、下記成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物が挙げられる。
Furthermore, for the purpose of improving the stability of the EVA resin, the EVA resin composition may contain, for example, hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, p-benzoquinone, or methylhydroquinone. These compounding quantities are normally 5 weight part or less with respect to 100 weight part of EVA resin.
However, since the EVA resin cross-linking process requires a relatively long time of about 1 to 2 hours, it may cause a reduction in the production rate and production efficiency of the thin-film solar cell 14. In addition, when used for a long time, the decomposition gas (acetic acid gas) of the EVA resin composition or the vinyl acetate group of the EVA resin itself may adversely affect the solar cell element 6 and reduce the power generation efficiency.
Therefore, as the sealing material 5, in addition to the EVA film, a copolymer film made of a propylene / ethylene / α-olefin copolymer can also be used. As this copolymer, the thermoplastic resin composition with which the following component 1 and the component 2 were mix | blended is mentioned, for example.

・成分1:プロピレン系重合体が、通常0重量部以上、好ましくは10重量部以上であり、また、通常70重量部以下、好ましくは50重量部以下である。
・成分2:軟質プロピレン系共重合体が、30重量部以上、好ましくは50重量部以上であり、また、通常100重量部以下、好ましくは90重量部以下である。
なお、成分1及び成分2の合計量は100重量部である。上記のように、成分1および成分2が好ましい範囲にあると、封止材5のシートへの成形性が良好であるとともに、得られる封止材5の耐熱性、透明性及び柔軟性が良好となり、薄膜太陽電池14に好適である。
Component 1: The propylene polymer is usually 0 part by weight or more, preferably 10 parts by weight or more, and usually 70 parts by weight or less, preferably 50 parts by weight or less.
Component 2: The soft propylene copolymer is 30 parts by weight or more, preferably 50 parts by weight or more, and is usually 100 parts by weight or less, preferably 90 parts by weight or less.
The total amount of component 1 and component 2 is 100 parts by weight. As described above, when component 1 and component 2 are in the preferred ranges, the moldability of the encapsulant 5 into a sheet is good, and the resulting encapsulant 5 has good heat resistance, transparency, and flexibility. Therefore, it is suitable for the thin film solar cell 14.

上記の成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物は、メルトフローレート(ASTM D 1238、230度、荷重2.16kg)が、通常0.0001g/10分以上であり、また、通常1000g/10分以下、好ましくは900g/10分以下、より好ましくは800g/10分以下である。
成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物の融点は、通常100℃以上、好ましくは110℃以上である。また通常140℃以下、好ましくは135℃以下である。
The thermoplastic resin composition in which the above components 1 and 2 are blended has a melt flow rate (ASTM D 1238, 230 degrees, load 2.16 kg), usually 0.0001 g / 10 min or more. It is 1000 g / 10 min or less, preferably 900 g / 10 min or less, more preferably 800 g / 10 min or less.
The melting point of the thermoplastic resin composition containing component 1 and component 2 is usually 100 ° C. or higher, preferably 110 ° C. or higher. Moreover, it is 140 degrees C or less normally, Preferably it is 135 degrees C or less.

また成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物の密度は、0.98g/cm以下が好ましく、0.95g/cm以下がより好ましく、0.94g/cm以下がさらに好ましい。
この封止材5においては、上記成分1及び成分2に、プラスチック等に対する接着促進剤としてカップリング剤を配合することが可能である。カップリング剤は、シラン系、チタネート系、クロム系の各カップリング剤が好ましく用いられ、特にシラン系のカップリング剤(シランカップリング剤)が好適に用いられる。
Density of The thermoplastic resin composition components 1 and 2 is blended is preferably from 0.98 g / cm 3 or less, more preferably 0.95 g / cm 3 or less, more preferably 0.94 g / cm 3 or less .
In this sealing material 5, it is possible to mix | blend a coupling agent with the said component 1 and component 2 as an adhesion promoter with respect to a plastics. As the coupling agent, silane, titanate, and chromium coupling agents are preferably used, and a silane coupling agent (silane coupling agent) is particularly preferably used.

上記シランカップリング剤としては公知のものが使用でき、特に制限はないが、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシーエトキシシラン)、γ−グリシドキシプロピルートリピルトリーメトキシシラン又はγ−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。なお、カップリング剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   Known silane coupling agents can be used and are not particularly limited. For example, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris (β-methoxy-ethoxysilane), γ-glycidoxypropyl-tri Examples include piltrimethoxysilane or γ-aminopropyltriethoxysilane. In addition, 1 type may be used for a coupling agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

また、これらは熱可塑性樹脂組成物(成分1及び成分2の合計量)100重量部に対して、上記シランカップリング剤を通常0.1重量部以上含み、また、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下含むことが望ましい。
また、上記カップリング剤は、有機過酸化物を用いて、当該熱可塑性樹脂組成物にグラフト反応させてもよい。この場合、熱可塑性樹脂組成物(成分1及び成分2の合計量)100重量部に対して、上記カップリング剤を0.1〜5重量部含むことが望ましい。シラングラフト化された熱可塑性樹脂組成物を用いても、ガラスやプラスチックに対して、シランカップリング剤ブレンドと同等以上の接着性が得られる。
In addition, these usually contain 0.1 parts by weight or more of the silane coupling agent, and usually 5 parts by weight or less, preferably 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition (total amount of Component 1 and Component 2). It is desirable to contain 3 parts by weight or less.
The coupling agent may be grafted to the thermoplastic resin composition using an organic peroxide. In this case, it is desirable to contain 0.1 to 5 parts by weight of the coupling agent with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition (total amount of component 1 and component 2). Even when a silane-grafted thermoplastic resin composition is used, the same or better adhesiveness as that of the silane coupling agent blend can be obtained with respect to glass or plastic.

有機過酸化物を用いる場合、有機過酸化物は、熱可塑性樹脂組成物(成分1及び成分2の合計量)100重量部に対して、通常0.001重量部以上、好ましくは0.01重量部以上であり、また、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下である。
また、封止材5としてエチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体を用いることもできる。この共重合体としては、下記に示す成分A及び成分Bからなる封止材用樹脂組成物と基材とを積層してなる、ホットタック性が5〜25℃のラミネートフィルムが例示される。
When the organic peroxide is used, the organic peroxide is usually 0.001 part by weight or more, preferably 0.01 part by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition (total amount of Component 1 and Component 2). The amount is usually 5 parts by weight or less, preferably 3 parts by weight or less.
Further, a copolymer made of an ethylene / α-olefin copolymer can be used as the sealing material 5. As this copolymer, a laminate film having a hot tack property of 5 to 25 ° C., which is formed by laminating a resin composition for a sealing material comprising the following components A and B and a substrate, is exemplified.

・成分A:エチレン系樹脂。
・成分B:以下の(a)〜(d)の性状を有するエチレンとα−オレフィンとの共重合体。
(a)密度が0.86〜0.935g/cm
(b)メルトフローレート(MFR)が1〜50g/10分。
(c)温度上昇溶離分別(TREF)によって得られる溶出曲線のピークが1つであり、かつ該ピーク温度が100℃以下である。
(d)温度上昇溶離分別(TREF)による積分溶出量が、90℃のとき90%以上である。
成分Aと成分Bとの配合割合(成分A/成分B)は、重量比で、通常50/50以上、好ましくは55/45以上、より好ましくは60/40以上であり、また、通常99/1以下、好ましくは90/10以下、より好ましくは85/15以下である。成分Bの配合量を多くすることで透明性やヒートシール性が高まる傾向にあり、成分Bの配合量を少なくすることでフィルムの作業性が高まる傾向にある。
Component A: ethylene resin.
Component B: a copolymer of ethylene and an α-olefin having the following properties (a) to (d).
(A) Density is 0.86-0.935 g / cm 3 .
(B) Melt flow rate (MFR) is 1 to 50 g / 10 min.
(C) There is one peak in the elution curve obtained by temperature rising elution fractionation (TREF), and the peak temperature is 100 ° C. or lower.
(D) The integrated elution amount by temperature rising elution fractionation (TREF) is 90% or more at 90 ° C.
The blending ratio (component A / component B) of component A and component B is usually 50/50 or more, preferably 55/45 or more, more preferably 60/40 or more, and usually 99 / 1 or less, preferably 90/10 or less, more preferably 85/15 or less. Increasing the amount of component B tends to increase transparency and heat sealability, and decreasing the amount of component B tends to increase the workability of the film.

成分Aと成分Bを配合して生成される封止材用樹脂組成物のメルトフローレート(MFR)は、通常2g/10分以上、好ましくは3g/10分以上であり、通常50g/10分以下、好ましくは40g/10分以下である。なおMFRの測定と評価は、JIS K7210(190℃、2.16kg荷重)に準拠する方法によって実施することができる。   The melt flow rate (MFR) of the resin composition for a sealing material produced by blending component A and component B is usually 2 g / 10 minutes or more, preferably 3 g / 10 minutes or more, and usually 50 g / 10 minutes. Hereinafter, it is preferably 40 g / 10 min or less. In addition, the measurement and evaluation of MFR can be implemented by the method based on JISK7210 (190 degreeC, 2.16kg load).

封止材用樹脂組成物の融点は、好ましくは50℃以上、より好ましくは55℃以上であり、また、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、さらに好ましくは200℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時に融解・劣化する可能性を低減できる。
封止材用樹脂組成物の密度は、0.80g/cm以上が好ましく、0.85g/cm以上がより好ましく、また、0.98g/cm以下が好ましく、0.95g/cm以下がより好ましく、0.94g/cm以下がさらに好ましい。なお、密度の測定と評価は、JIS K7112に準拠する方法によって実施することができる。
The melting point of the encapsulant resin composition is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 55 ° C. or higher, and is usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower. By increasing the melting point, the possibility of melting and deterioration during use of the thin-film solar cell 14 can be reduced.
The density of the resin composition for a sealing material is preferably 0.80 g / cm 3 or more, more preferably 0.85 g / cm 3 or more, and preferably 0.98 g / cm 3 or less, 0.95 g / cm 3. The following is more preferable, and 0.94 g / cm 3 or less is more preferable. The measurement and evaluation of density can be performed by a method based on JIS K7112.

さらに、エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた封止材5において、前記プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた場合と同様に、カップリング剤を用いることが可能である。
上述した封止材5は、材料由来の分解ガスを発生することがないため、太陽電池素子6への悪影響がなく、良好な耐熱性、機械強度、柔軟性(太陽電池封止性)及び透明性を有する。また、材料の架橋工程を必要としないため、シート成形時及び薄膜太陽電池14の製造時間が大きく短縮できるとともに、使用後の薄膜太陽電池14のリサイクルも容易となる。
Further, in the encapsulant 5 using the ethylene / α-olefin copolymer, a coupling agent can be used as in the case of using the propylene / ethylene / α-olefin copolymer.
Since the sealing material 5 described above does not generate a decomposition gas derived from the material, there is no adverse effect on the solar cell element 6, and good heat resistance, mechanical strength, flexibility (solar cell sealing property) and transparency. Have sex. In addition, since a material cross-linking step is not required, the manufacturing time of the thin film solar cell 14 during sheet molding can be greatly shortened, and the thin film solar cell 14 after use can be easily recycled.

なお、封止材5は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、封止材5は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
封止材5の厚みは、通常2μm以上、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上であり、また、通常500μm以下、好ましくは300μm以下、より好ましくは100μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた光線透過率が高まる傾向にある。
In addition, the sealing material 5 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Moreover, although the sealing material 5 may be formed with the single layer film, the laminated | multilayer film provided with the film of 2 or more layers may be sufficient as it.
The thickness of the sealing material 5 is usually 2 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 500 μm or less, preferably 300 μm or less, more preferably 100 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility and light transmittance.

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

[太陽電池素子6]
太陽電池素子6は、前述の光電変換素子と同様である。
[Solar cell element 6]
The solar cell element 6 is the same as the above-described photoelectric conversion element.

・太陽電池素子同士の接続
太陽電池素子6は、薄膜太陽電池14の1個あたり1個だけを設けてもよいが、通常は2個以上の太陽電池素子6を設ける。具体的な太陽電池素子6の個数は任意に設定すればよい。太陽電池素子6を複数設ける場合、太陽電池素子6はアレイ状に並べて設けられていることが多い。
-Connection between solar cell elements Only one solar cell element 6 may be provided for each thin film solar cell 14, but usually two or more solar cell elements 6 are provided. The specific number of solar cell elements 6 may be set arbitrarily. When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are often arranged in an array.

太陽電池素子6を複数設ける場合、通常は、太陽電池素子6同士は電気的に接続され、接続された一群の太陽電池素子6から生じた電気を端子(図示せず)から取り出すようになっていて、この際、電圧を高めるため通常は太陽電池素子は直列に接続される。
このように太陽電池素子6同士を接続する場合には、太陽電池素子6間の距離は小さいことが好ましく、ひいては、太陽電池素子6と太陽電池素子6との間の隙間は狭いことが好ましい。太陽電池素子6の受光面積を広くして受光量を増加させ、薄膜太陽電池14の発電量を増加させるためである。
When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are usually electrically connected to each other, and electricity generated from the connected group of solar cell elements 6 is taken out from a terminal (not shown). At this time, the solar cell elements are usually connected in series in order to increase the voltage.
Thus, when connecting the solar cell elements 6, it is preferable that the distance between the solar cell elements 6 is small, and the clearance between the solar cell element 6 and the solar cell element 6 is preferably narrow. This is because the light receiving area of the solar cell element 6 is widened to increase the amount of received light, and the amount of power generated by the thin film solar cell 14 is increased.

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

[ゲッター材フィルム8]
ゲッター材フィルム8は、上述したゲッター材フィルム4と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はゲッター材フィルム4と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。
また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。また使用する水分あるいは酸素吸収剤をゲッター材フィルム4よりも多く含有するフィルムを用いることも可能となる。このような吸収剤としては、水分吸収剤としてCaO、BaO又はZr−Al−BaO等が挙げられ、酸素の吸収剤として活性炭やモレキュラーシーブ等が挙げられる。
[Getter material film 8]
The getter material film 8 is the same film as the getter material film 4 described above, and the same material as the getter material film 4 can be used as necessary, except for the arrangement position.
Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used. It is also possible to use a film containing more water or oxygen absorbent than the getter material film 4. As such an absorbent, CaO, BaO, Zr-Al-BaO, etc. are mentioned as a moisture absorbent, and activated carbon, molecular sieve, etc. are mentioned as an oxygen absorbent.

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

[バックシート10]
バックシート10は、上述した耐候性保護フィルム1と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は耐候性保護フィルム1と同様のものを同様に用いることができる。また、このバックシート10が水及び酸素を透過させ難いものであれば、バックシート10をガスバリア層として機能させることも可能である。
[Backsheet 10]
The back sheet 10 is the same film as the weather-resistant protective film 1 described above, and the same material as the weather-resistant protective film 1 can be used in the same manner except that the arrangement position is different. In addition, if the back sheet 10 is difficult to permeate water and oxygen, the back sheet 10 can also function as a gas barrier layer.

また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。このため、バックシート10としては、以下に説明するもの(i)〜(iv)を用いることが特に好ましい。
(i)バックシート10としては、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性及び/又は耐光性に優れた各種の樹脂のフィルム又はシートを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリルースチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のシートを使用することができる。これらの樹脂のシートの中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のシートを使用することが好ましい。なお、これらは1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used. For this reason, it is particularly preferable to use the following (i) to (iv) as the backsheet 10.
(I) As the back sheet 10, it is possible to use various resin films or sheets having excellent strength and weather resistance, heat resistance, water resistance and / or light resistance. For example, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polyvinyl chloride resin, fluorine Resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, various polyamide resins such as nylon, polyimide resin, polyamideimide resin, polyaryl phthalate resin , Silicone resin, polysulfone resin, polyphenylene sulfide resin, polyethersulfone resin, polyurethane resin, acetal resin, cellulose resin or other resin It can be used. Among these resin sheets, it is preferable to use a fluorine resin, a cyclic polyolefin resin, a polycarbonate resin, a poly (meth) acrylic resin, a polyamide resin, or a polyester resin sheet. In addition, these may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

(ii)バックシート10としては、金属薄膜を用いることもできる。例えば、腐蝕防止したアルミニウム金属箔、ステンレス製薄膜等が挙げられる。なお、前記の金属は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
(iii)バックシート10としては、例えばアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着した防水性の高いシートを用いてもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、一弗化エチレン(商品名:テドラー、デュポン社製)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー(ETFE)、フッ化ビニリデン系樹脂(PVDF)又はフッ化ビニル系樹脂(PVF)等が挙げられる。なお、フッ素系樹脂は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
(Ii) As the back sheet 10, a metal thin film can also be used. For example, corrosion-resistant aluminum metal foil, stainless steel thin film, and the like can be mentioned. In addition, the said metal may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(Iii) As the back sheet 10, for example, a highly waterproof sheet in which a fluorine resin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil may be used. Examples of the fluorine resin include ethylene monofluoride (trade name: Tedlar, manufactured by DuPont), polytetrafluoroethylene (PTFE), a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene or propylene (ETFE), and a vinylidene fluoride resin. (PVDF) or vinyl fluoride resin (PVF). In addition, 1 type may be used for fluororesin and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

(iv)バックシート10としては、例えば、基材フィルムの片面又は両面に、無機酸化物の蒸着膜を設け、更に、上記の無機酸化物の蒸着膜を設けた基材フィルムの両面に、耐熱性のポリプロピレン系樹脂フィルムを積層したものを用いてもよい。なお、通常は、基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、ラミネート用接着剤で張り合わせることで積層する。無機酸化物の蒸着膜を設けることで、水分及び/又は酸素等の侵入を防止する防湿性に優れたバックシート10として使用できる。   (Iv) As the back sheet 10, for example, an inorganic oxide vapor-deposited film is provided on one side or both sides of the base film, and furthermore, the base film provided with the inorganic oxide vapor-deposited film has heat resistance on both sides. What laminated | stacked the property polypropylene-type resin film may be used. Usually, when a polypropylene resin film is laminated on the base film, the lamination is performed by laminating with a laminating adhesive. By providing an inorganic oxide vapor-deposited film, it can be used as a back sheet 10 having excellent moisture resistance that prevents intrusion of moisture and / or oxygen.

・基材フィルム
基材フィルムとしては、基本的には、無機酸化物の蒸着膜等との密接着性に優れ、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性に優れた各種の樹脂のフィルムを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリルースチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のフィルムを使用することができる。中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のフィルムを使用することが好ましい。
・ Base film Basically, the base film is excellent in close adhesion with inorganic oxide deposition film, etc., excellent in strength, weather resistance, heat resistance, water resistance, and light resistance. Resin films can be used. For example, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polyvinyl chloride resin, fluorine Resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, various polyamide resins such as nylon, polyimide resin, polyamideimide resin, polyaryl phthalate resin , Silicone resins, polysulfone resins, polyphenylene sulfide resins, polyethersulfone resins, polyurethane resins, acetal resins, cellulose resins, and other resins. It is possible to use the beam. Among these, it is preferable to use a film of a fluorine resin, a cyclic polyolefin resin, a polycarbonate resin, a poly (meth) acrylic resin, a polyamide resin, or a polyester resin.

上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ化ビニリデン系樹脂(PVDF)又はフッ化ビニル系樹脂(PVF)等のフッ素系樹脂のフィルムを使用することがより好ましい。更に、このフッ素系樹脂のフィルムの中でも、特に、ポリフッ化ビニル系樹脂(PVF)又はテトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー(ETFE)からなるフッ素系樹脂のフィルムが、強度等の観点から特に好ましい。なお、前記樹脂は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   Among the various resin films as described above, for example, a fluororesin film such as polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene fluoride resin (PVDF), or vinyl fluoride resin (PVF) is used. It is more preferable. Further, among these fluororesin films, in particular, a fluororesin film made of polyvinyl fluoride resin (PVF) or a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene or propylene (ETFE) is particularly preferable from the viewpoint of strength and the like. preferable. In addition, the said resin may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

また、上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、シクロペンタジエン及びその誘導体又はシクロヘキサジエン及びその誘導体等の環状ポリオレフィン系樹脂のフィルムを使用することもより好ましい。
基材フィルムの膜厚としては、通常12μm以上、好ましくは20μm以上であり、また、通常300μm以下、好ましくは200μm以下である。
Of the various resin films as described above, it is more preferable to use a film of a cyclic polyolefin resin such as cyclopentadiene and a derivative thereof or cyclohexadiene and a derivative thereof.
The film thickness of the base film is usually 12 μm or more, preferably 20 μm or more, and is usually 300 μm or less, preferably 200 μm or less.

・無機酸化物の蒸着膜
無機酸化物の蒸着膜としては、基本的に金属の酸化物を蒸着した薄膜であれば使用可能である。例えば、ケイ素(Si)やアルミニウム(Al)の酸化物の蒸着膜を使用することができる。この際、酸化ケイ素としては例えばSiO(x=1.0〜2.0)を用いることができ、酸化アルミニウムとしては例えばAlO(x=0.5〜1.5)を用いることができる。
-Vapor deposition film of an inorganic oxide As a vapor deposition film of an inorganic oxide, basically any thin film on which a metal oxide is deposited can be used. For example, a deposited film of an oxide of silicon (Si) or aluminum (Al) can be used. At this time, for example, SiO x (x = 1.0 to 2.0) can be used as silicon oxide, and for example, AlO x (x = 0.5 to 1.5) can be used as aluminum oxide. .

なお、使用する金属及び無機酸化物の種類は1種でもよく、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。
無機酸化物の蒸着膜の膜厚としては、通常50Å以上、好ましくは100Å以上であり、また、通常4000Å以下、好ましくは1000Å以下である。
蒸着膜の作製方法としては、プラズマ化学気相成長法、熱化学気相成長法、光化学気相成長法等の化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition法、CVD法)等を用いることができる。具体例を挙げると、基材フィルムの一方の面に、有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガスを原料とし、キャリヤーガスとして、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを使用し、更に、酸素供給ガスとして、酸素ガス等を使用し、低温プラズマ発生装置等を利用する低温プラズマ化学気相成長法を用いて酸化珪素等の無機酸化物の蒸着膜を形成することができる。
In addition, the kind of metal and inorganic oxide to be used may be 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
The film thickness of the inorganic oxide vapor deposition film is usually 50 mm or more, preferably 100 mm or more, and is usually 4000 mm or less, preferably 1000 mm or less.
As a method for forming the deposited film, a chemical vapor deposition method (chemical vapor deposition method, CVD method) such as a plasma chemical vapor deposition method, a thermal chemical vapor deposition method, or a photochemical vapor deposition method can be used. As a specific example, on one surface of the base film, a monomer gas for vapor deposition such as an organosilicon compound is used as a raw material, an inert gas such as argon gas or helium gas is used as a carrier gas, and oxygen is supplied. An oxygen oxide vapor or the like can be used as a gas, and a vapor deposition film of an inorganic oxide such as silicon oxide can be formed using a low temperature plasma chemical vapor deposition method using a low temperature plasma generator or the like.

・ポリプロピレン系樹脂フィルム
ポリプロピレン系樹脂としては、例えば、プロピレンの単独重合体又はプロピレンと他のモノマー(例えばα−オレフィン等)との共重合体を使用することができる。また、ポリプロピレン系樹脂としては、アイソタクチック重合体を用いることもできる。
ポリプロピレン系樹脂の融点は通常164℃以上であり、一方、通常170℃以下である。ポリプロピレン系樹脂の比重は通常0.90以上であり、一方、通常0.91以下である。ポリプロピレン系樹脂の分子量は通常10万以上であり、一方、通常20万以下である。
-Polypropylene-type resin film As a polypropylene-type resin, the homopolymer of propylene or the copolymer of propylene and another monomer (for example, alpha-olefin etc.) can be used, for example. Moreover, an isotactic polymer can also be used as a polypropylene resin.
The melting point of the polypropylene resin is usually 164 ° C or higher, and is usually 170 ° C or lower. The specific gravity of the polypropylene resin is usually 0.90 or more, and usually 0.91 or less. The molecular weight of the polypropylene resin is usually 100,000 or more, and usually 200,000 or less.

ポリプロピレン系樹脂は、その結晶性により性質が大きく支配されるが、アイソタクチックの高いポリマーは、引っ張り強さ、衝撃強度に優れ、耐熱性、耐屈曲疲労強度を良好であり、かつ、加工性は極めて良好なものである。   Polypropylene resins are largely controlled by their crystallinity, but high isotactic polymers have excellent tensile strength and impact strength, good heat resistance and bending fatigue strength, and workability. Is very good.

・接着剤
基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、通常はラミネート用接着剤を用いる。これにより、基材フィルムとポリプロピレン系樹脂フィルムとはラミネート用接着剤層を介して積層されることになる。
-Adhesive When laminating a polypropylene resin film on a base film, an adhesive for laminating is usually used. Thereby, a base film and a polypropylene resin film are laminated | stacked via the adhesive bond layer for lamination.

ラミネート用接着剤層を構成する接着剤としては、例えば、ポリ酢酸ビニル系接着剤、ポリアクリル酸エステル系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エチレン共重合体系接着剤、セルロース系接着剤、ポリエステル系接着剤、ポリアミド系接着剤、ポリイミド系接着剤、アミノ樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリウレタン系接着剤、反応型(メタ)アクリル系接着剤又はシリコーン系接着剤等が挙げられる。なお、接着剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   Examples of the adhesive constituting the adhesive layer for laminating include, for example, a polyvinyl acetate adhesive, a polyacrylate adhesive, a cyanoacrylate adhesive, an ethylene copolymer adhesive, a cellulose adhesive, and a polyester adhesive. Adhesives, polyamide adhesives, polyimide adhesives, amino resin adhesives, phenol resin adhesives, epoxy adhesives, polyurethane adhesives, reactive (meth) acrylic adhesives, silicone adhesives, etc. Is mentioned. In addition, 1 type may be used for an adhesive agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

上記の接着剤の組成系は、水性型、溶液型、エマルジョン型又は分散型等のいずれの組成物形態でもよい。また、その性状は、フィルム・シート状、粉末状、固形状等のいずれの形態でもよい。さらに、接着機構については、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型又は熱圧型等のいずれの形態でもよいものである。
上記の接着剤は、例えば、ロールコート法、グラビアロールコート法、キスコート法又はその他等のコート法あるいは印刷法等によって施すことができる。そのコーティング量としては、乾燥状態で通常0.1g/m以上が望ましく、一方、通常10g/m以下が望ましい。
The composition system of the adhesive may be any composition form such as an aqueous type, a solution type, an emulsion type, or a dispersion type. Further, the property may be any of film / sheet, powder, solid and the like. Furthermore, the bonding mechanism may be any form such as a chemical reaction type, a solvent volatilization type, a hot melt type, or a hot pressure type.
The adhesive can be applied by, for example, a coating method such as a roll coating method, a gravure roll coating method, a kiss coating method, or the like, or a printing method. The coating amount is usually preferably 0.1 g / m 2 or more in a dry state, and usually 10 g / m 2 or less.

[寸法等]
本実施形態の薄膜太陽電池14は、通常、膜状の薄い部材である。このように膜状の部材として薄膜太陽電池14を形成することにより、薄膜太陽電池14を建材、自動車又はインテリア等に容易に設置できるようになっている。薄膜太陽電池14は、軽く、割れにくく、従って安全性の高い太陽電池が得られ、また曲面にも適用可能であるため更に多くの用途に使用しうる。薄くて軽いため輸送や保管等流通面でも好ましい。更に、膜状であるためロール・トゥ・ロール式の製造が可能であり大幅なコストカットが可能である。
[Dimensions]
The thin film solar cell 14 of the present embodiment is usually a thin film member. Thus, by forming the thin film solar cell 14 as a film-like member, the thin film solar cell 14 can be easily installed in a building material, an automobile, an interior, or the like. The thin-film solar cell 14 is light and difficult to break, and thus a highly safe solar cell can be obtained and can be applied to a curved surface, so that it can be used for more applications. Since it is thin and light, it is preferable in terms of distribution such as transportation and storage. Furthermore, since it is in the form of a film, it can be manufactured in a roll-to-roll manner, and the cost can be greatly reduced.

薄膜太陽電池14の具体的な寸法に制限は無いが、その厚みは、通常300μm以上、好ましくは500μm以上、より好ましくは700μm以上であり、また、通常3000μm以下、好ましくは2000μm以下、より好ましくは1500μm以下である。   Although there is no restriction | limiting in the specific dimension of the thin film solar cell 14, The thickness is 300 micrometers or more normally, Preferably it is 500 micrometers or more, More preferably, it is 700 micrometers or more, Moreover, it is 3000 micrometers or less normally, Preferably it is 2000 micrometers or less, More preferably. It is 1500 micrometers or less.

[製造方法]
本実施形態の薄膜太陽電池14の製造方法に制限は無いが、例えば、耐候性保護フィルム1とバックシート10との間に、1個又は2個以上の太陽電池素子6を直列又は並列接続したものを、紫外線カットフィルム2、ガスバリアフィルム3、9、ゲッター材フィルム4、8及び封止材5、7と共に一般的な真空ラミネート装置でラミネートすることで製造できる。この際、加熱温度は通常130℃以上、好ましくは140℃以上であり、通常180℃以下、好ましくは170℃以下である。また、加熱時間は通常10分以上、好ましくは20分以上であり、通常100分以下、好ましくは90分以下である。圧力は通常0.001MPa以上、好ましくは0.01MPa以上であり、通常0.2MPa以下、好ましくは0.1MPa以下である。圧力をこの範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材5、7がはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。
[Production method]
Although there is no restriction | limiting in the manufacturing method of the thin film solar cell 14 of this embodiment, For example, between the weather-resistant protective film 1 and the back sheet | seat 10, the 1 or 2 or more solar cell element 6 was connected in series or in parallel. The product can be manufactured by laminating with a general vacuum laminating apparatus together with the ultraviolet cut film 2, the gas barrier films 3, 9, the getter material films 4, 8, and the sealing materials 5, 7. At this time, the heating temperature is usually 130 ° C. or higher, preferably 140 ° C. or higher, and is usually 180 ° C. or lower, preferably 170 ° C. or lower. The heating time is usually 10 minutes or longer, preferably 20 minutes or longer, usually 100 minutes or shorter, preferably 90 minutes or shorter. The pressure is usually 0.001 MPa or more, preferably 0.01 MPa or more, and usually 0.2 MPa or less, preferably 0.1 MPa or less. By setting the pressure within this range, sealing can be reliably performed, and the sealing materials 5 and 7 from the end can be prevented from protruding or reduced in film thickness due to over-pressurization, thereby ensuring dimensional stability.

[用途]
上述した薄膜太陽電池14の用途に制限はなく任意である。例えば、図3に模式的に示すように、何らかの基材12上に薄膜太陽電池14を設けた太陽電池モジュール13を用意し、これを使用場所に設置して用いればよい。具定例を挙げると、基材12として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けて太陽電池モジュール13として太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。
[Usage]
There is no restriction | limiting in the use of the thin film solar cell 14 mentioned above, It is arbitrary. For example, as schematically shown in FIG. 3, a solar cell module 13 in which a thin film solar cell 14 is provided on a certain base material 12 is prepared and used at a place of use. As a specific example, when a building material plate is used as the base material 12, a thin film solar cell 14 is provided on the surface of the plate material to produce a solar cell panel as the solar cell module 13, and this solar cell panel is attached to the outer wall of the building. It can be installed and used.

基材12は太陽電池素子6を支持する支持部材である。基材12を形成する材料としては、例えば、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル、ポリエチレン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン等の有機材料;紙又は合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。なお、基材の材料は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。また、これら有機材料あるいは紙材料に炭素繊維を含ませ、機械的強度を補強させても良い。   The substrate 12 is a support member that supports the solar cell element 6. Examples of the material for forming the substrate 12 include inorganic materials such as glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluorine. Organic materials such as resin film, vinyl chloride, polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene; paper materials such as paper or synthetic paper; metals such as stainless steel, titanium or aluminum For example, a composite material such as a material whose surface is coated or laminated in order to impart insulating properties can be used. In addition, 1 type may be used for the material of a base material, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio. Moreover, carbon fiber may be included in these organic materials or paper materials to reinforce the mechanical strength.

本発明の薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等に用いて好適である。具体例として以下のようなものを挙げることができる。   Examples of fields to which the thin film solar cell of the present invention is applied include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for interiors, solar cells for railways, solar cells for ships, solar cells for airplanes, solar cells for spacecraft. It is suitable for use in batteries, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like. Specific examples include the following.

1.建築用途
1.1ハウス屋根材として太陽電池
基材として屋根用板材等を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルをハウスの屋根の上に設置して使用すればよい。また、基材として瓦を直接用いることもできる。本発明の太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、瓦の曲線に密着させることができるので好適である。
1. Architectural use
1.1 Solar cell as a house roof material When a roof plate or the like is used as a base material, a thin film solar cell is provided on the surface of the plate material to produce a solar cell panel as a solar cell unit. Just install on the roof. Moreover, a roof tile can also be used directly as a base material. The solar cell of the present invention is suitable because it can be brought into close contact with the roof tiles by taking advantage of its flexibility.

1.2屋上
ビルの屋上に取り付けることもできる。基材上に薄膜太陽電池を設けた太陽電池ユニットを用意し、これをビルの屋上に設置することもできる。この時基材とともに防水シートを併用し、防水作用を有するのが望ましい。さらに、本発明の薄膜太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、平面ではない屋根、例えば折半屋根に密着させることもできる。この場合も防水シートを併用するのが望ましい。
1.2 Rooftop Can be installed on the rooftop of a building. A solar cell unit in which a thin film solar cell is provided on a base material can be prepared and installed on the roof of a building. At this time, it is desirable to use a waterproof sheet together with the base material to have a waterproof action. Furthermore, taking advantage of the property that the thin film solar cell of the present invention has flexibility, it can be brought into close contact with a roof that is not flat, for example, a folded roof. In this case, it is desirable to use a waterproof sheet in combination.

1.3トップライト
エントランスや吹き抜け部分に外装として本発明の薄膜太陽電池を用いることもできる。何らかのデザイン処理を施されたエントランス等は曲線が用いられている場合が多く、そのような場合において本発明の薄膜太陽電池の柔軟性が生かされる。またエントランス等ではシースルーである場合があり、このような場合には、有機太陽電池の緑色系の色合いが、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。
1.3 Toplight The thin-film solar cell of the present invention can also be used as an exterior at the entrance or at the atrium. Curves are often used for entrances and the like that have undergone some design processing, and in such a case, the flexibility of the thin film solar cell of the present invention is utilized. In addition, there is a case of see-through in an entrance or the like. In such a case, the green color of the organic solar cell is suitable because a design aesthetic can be obtained in an era when environmental measures are regarded as important.

1.4壁
基材として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。また、カーテンウオールに設置することもできる。その他、スパンドレルや方立等への取り付けも可能である。
1.4 Wall When a building material plate is used as the base material, a thin film solar cell is provided on the surface of the plate material to produce a solar cell panel as a solar cell unit, and this solar cell panel is installed on the outer wall of the building. Use it. It can also be installed on curtain walls. In addition, it can be attached to a spandrel or a vertical.

この場合、基材の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。このような基材の例を挙げると、アルポリック(登録商標;三菱樹脂製)等が挙げられる。   In this case, the shape of the substrate is not limited, but a plate material is usually used. Moreover, what is necessary is just to set the material of a base material, a dimension, etc. arbitrarily according to the use environment. As an example of such a substrate, Alpolic (registered trademark; manufactured by Mitsubishi Plastics) and the like can be mentioned.

1.5窓
また、シースルーの窓に使用することもできる。有機太陽電池の緑色系の色合いが、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。
1.5 windows It can also be used for see-through windows. The green color of the organic solar cell is preferable because a design aesthetic can be obtained in an era when environmental measures are important.

1.6その他
その他建築の外装としてひさし、ルーバー、手摺等にも使用できる。このような場合においても、本発明の薄膜太陽電池の柔軟性が、これら用途にとり好適である。
1.6 Others Can be used for eaves, louvers, handrails, etc. as other architectural exteriors. Even in such a case, the flexibility of the thin film solar cell of the present invention is suitable for these applications.

2.内装
本発明の薄膜太陽電池はブラインドのスラットに取り付けることもできる。本発明の薄膜太陽電池は軽量であり、柔軟性に富むことから、このような用途が可能となる。また、内容用窓についても有機太陽電池素子がシースルーである特性を生かし使用することができる。
2. Interior The thin film solar cell of this invention can also be attached to the slat of a blind. Since the thin-film solar cell of the present invention is lightweight and rich in flexibility, such a use is possible. Further, the contents window can be used by utilizing the characteristic that the organic solar cell element is see-through.

3.野菜工場
蛍光灯等の照明光を活用する植物工場の設置件数は増えているが、照明に掛かる電気代や光源の交換費用等によって栽培コストを引き下げにくいというのが現状である。そこで本発明の薄膜太陽電池を野菜工場に設置し、LED又は蛍光灯と組み合わせた照明システムを作製することができる。
3. Vegetable factories Although the number of plant factories that utilize illumination light such as fluorescent lamps is increasing, the current situation is that it is difficult to reduce the cultivation cost due to the electricity bill for lighting and the replacement cost of the light source. Then, the thin film solar cell of this invention can be installed in a vegetable factory, and the illumination system combined with LED or the fluorescent lamp can be produced.

このとき蛍光灯よりも寿命が長いLEDと本発明の太陽電池を組み合わせた照明システムを用いることで、照明に要するコストを現状に比べて30%程度減らせることができるので好適である。
また、野菜等を一定温度で輸送するリーファー・コンテナ (reefer container)の屋根や側壁に本発明の太陽電池を用いることもできる。
At this time, it is preferable to use an illumination system that combines an LED having a longer life than a fluorescent lamp and the solar cell of the present invention, because the cost required for illumination can be reduced by about 30% compared to the current situation.
Moreover, the solar cell of this invention can also be used for the roof and side wall of the reefer container (reefer container) which conveys vegetables etc. at fixed temperature.

4.道路資材・土木
本発明の薄膜太陽電池は、駐車場の外壁や高速道路の遮音壁や浄水場の外壁等にも用いることができる。
4). Road Material / Civil Engineering The thin film solar cell of the present invention can be used for an outer wall of a parking lot, a sound insulation wall of an expressway, an outer wall of a water purification plant, and the like.

5.自動車
本発明の薄膜太陽電池は、自動車のボンネット、ルーフ、トランクリッド、ドア、フロントフェンダー、リアフェンダー、ピラー、バンパー又はバックミラー等の表面に用いることができる。なおルーフとしてはトラック車輌の荷台のルーフも含まれる。得られた電力は走行用モータ、モータ駆動用バッテリー、電装品及び電装品用バッテリーのいずれに供給することができる。太陽電池パネルにおける発電状況と該走行用モータ、該モータ駆動用バッテリー、該電装品及び該電装品用バッテリーにおける電力使用状況とに合わせて選択する制御手段とを備えることで、得られた電力が適正にかつ効率的に使用することができる。
前記の場合、基材12の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材12の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。
5. Automobile The thin film solar cell of the present invention can be used on the surface of an automobile bonnet, roof, trunk lid, door, front fender, rear fender, pillar, bumper or rearview mirror. The roof includes the roof of the truck bed. The obtained electric power can be supplied to any of a traveling motor, a motor driving battery, an electrical component, and an electrical component battery. By providing the power generation status in the solar cell panel and the control means for selecting according to the power usage status in the motor for driving, the battery for driving the motor, the electrical equipment, and the battery for electrical equipment, the obtained power is It can be used properly and efficiently.
In the above case, the shape of the substrate 12 is not limited, but a plate material is usually used. Moreover, what is necessary is just to set the material of the base material 12, a dimension, etc. arbitrarily according to the use environment.

このような基材12の例を挙げると、アルポリック(登録商標;三菱樹脂製)等が挙げられる。   Examples of such a substrate 12 include Alpolic (registered trademark; manufactured by Mitsubishi Plastics) and the like.

以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の例に限定されるものではない。なお、本実施例に記載の項目は以下の方法によって測定した。   Examples The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist. The items described in the examples were measured by the following methods.

[重量平均分子量及び数平均分子量の測定方法]
ポリスチレン換算の重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により求めた。カラムとして、Shim−pack GPC−803、GPC−804(島津製作所社製、内径8.0mm、長さ30cm)をそれぞれ1本ずつ直列に繋げて用いた。ポンプとしてLC−10AT、オーブンとしてCTO−10A、検出器として示差屈折率検出器(島津製作所社製:RID−10A)、検出器としてUV−vis検出器(島津製作所社製:SPD−10A)を用いた。高分子をテトラヒドロフラン(THF)に溶解させ、得られた溶液5μLをカラムに注入した。移動相としてTHFを用い、1.0mL/minの流速で測定を行なった。解析はLC−Solution(島津製作所社製)を用いて行った。
[Method for measuring weight average molecular weight and number average molecular weight]
The weight average molecular weight and number average molecular weight in terms of polystyrene were determined by gel permeation chromatography (GPC). As the columns, Shim-pack GPC-803 and GPC-804 (manufactured by Shimadzu Corporation, inner diameter 8.0 mm, length 30 cm) were connected in series one by one. LC-10AT as a pump, CTO-10A as an oven, a differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation: RID-10A) as a detector, and a UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation: SPD-10A) as a detector. Using. The polymer was dissolved in tetrahydrofuran (THF), and 5 μL of the resulting solution was injected into the column. Measurement was performed at a flow rate of 1.0 mL / min using THF as the mobile phase. The analysis was performed using LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation).

[元素分析]
Pd及びSnについて、試料を湿式分解後、分解液中のPd,SnをICP質量分析装置(Agilent Technologies社製 ICP質量分析装置 7500ce型)を用いて検量線法により定量した。又、Br及びIについて、試料を試料燃焼装置(三菱化学アナリテック社製 試料燃焼装置 QF−02型)にて燃焼し、燃焼ガスを還元剤入りのアルカリ吸収液に吸収し、吸収液中のBr及びIをICP質量分析装置(Agilent Technologies社製 ICP質量分析装置 7500ce型)を用いて検量線法により定量した。
[Elemental analysis]
About Pd and Sn, after wet-decomposing the sample, Pd and Sn in the decomposition solution were quantified by a calibration curve method using an ICP mass spectrometer (ICP mass spectrometer 7500ce type manufactured by Agilent Technologies). For Br and I , the sample is combusted with a sample combustion device (sample combustion device QF-02 type manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.), and the combustion gas is absorbed in an alkaline absorbing liquid containing a reducing agent. The Br and I therein were quantified by a calibration curve method using an ICP mass spectrometer (ICP mass spectrometer 7500ce type manufactured by Agilent Technologies).

[吸収スペクトル]
吸収スペクトル測定には、日立分光光度計U−3500を用いた。コポリマーのクロロホルム溶液(吸光度極大値が0.8以下になるように調整)を、1cm角の石英セルを用いて測定を行った。コポリマーA1、コポリマーA2、コポリマーA3及びコポリマーBのスペクトルは、吸収波長610nmの吸光度を0.25として規格化した。コポリマーA2及びコポリマーCのスペクトルは、得られたスペクトルの吸光度極大値を0.38として規格化した。
[Absorption spectrum]
Hitachi spectrophotometer U-3500 was used for the absorption spectrum measurement. A chloroform solution of the copolymer (adjusted so that the absorbance maximum was 0.8 or less) was measured using a 1 cm square quartz cell. The spectra of the copolymer A1, the copolymer A2, the copolymer A3, and the copolymer B were normalized with the absorbance at an absorption wavelength of 610 nm being 0.25. The spectra of copolymer A2 and copolymer C were normalized by setting the absorbance maximum of the obtained spectrum to 0.38.

[X線回折(XRD)スペクトルの測定]
X線回折(XRD)スペクトルは、X線回折装置(XRD、RIGAKU製RINT−2000)を用い、対陰極にはCuを使用して測定した。
[Measurement of X-ray diffraction (XRD) spectrum]
The X-ray diffraction (XRD) spectrum was measured using an X-ray diffractometer (XRD, RINT-2000 manufactured by Rigaku) and using Cu as the counter cathode.

[電子取り出し層材料の最低空分子軌道(LUMO)測定]
サイクリックボルタモグラム測定により、各種電子取り出し層材料のLUMOの算出を行った。測定は室温で行い、作用電極にはグラッシーカーボン電極、対極には白金電極、参照電極にはAg/Agを用いた。電解質として過塩素酸テトラブチルアンモニウムパークロレート(TBAP)(0.1M)を含むアセトニトリル(ACN)溶液を用いた。電子取り出し層材料の濃度は、約0.5mMとした。電位はフェロセンの酸化還元電位を基準とした。得られた第一還元電位の値(E1/2 red1)より、次式(非特許文献:Nat.Mater.2007,6,521を参照)を用いてLUMOの算出を行い、得られた第一還元電位の値を基に、PCBM(フロンティアカーボン社製 PCBM:1−(3−メトキシカルボニル)プロピル−1−フェニル(6,6)−C60)のLUMOの値を−3.80eV(非特許文献:J.Am.Chem.Soc.2008,130,15429−15436を参照)とした場合の相対値よりLUMOの値の算出を行った。
LUMO level=−(E1/2 red1+4.8)
[Minimum unoccupied molecular orbital (LUMO) measurement of electron extraction layer material]
The LUMO of various electron extraction layer materials was calculated by cyclic voltammogram measurement. The measurement was performed at room temperature, and a glassy carbon electrode was used for the working electrode, a platinum electrode for the counter electrode, and Ag / Ag + for the reference electrode. An acetonitrile (ACN) solution containing tetrabutylammonium perchlorate (TBAP) (0.1 M) was used as an electrolyte. The concentration of the electron extraction layer material was about 0.5 mM. The potential was based on the oxidation-reduction potential of ferrocene. From the obtained first reduction potential value (E 1/2 red1 ), LUMO is calculated using the following equation (see Non-Patent Document: Nat. Mater. 2007, 6, 521), and the obtained first Based on the value of one reduction potential, the LUMO value of PCBM (PCBM manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd .: 1- (3-methoxycarbonyl) propyl-1-phenyl (6,6) -C60) is set to −3.80 eV (non-patented). The value of LUMO was calculated from the relative value in the case of J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 15429-15436).
LUMO level = − (E 1/2 red1 +4.8)

[DSC法によるガラス転移温度(Tg)測定]
約4mgの試料をアルミニウム製試料容器に入れ、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製の示差熱走査熱量分析装置を用いて、Nガス50ml/min、昇温速度10℃/minの条件で測定することにより求めた。
[Measurement of glass transition temperature (Tg) by DSC method]
About 4 mg of sample is put in an aluminum sample container and measured using a differential thermal scanning calorimeter manufactured by SII Nanotechnology Co., Ltd. under the conditions of N 2 gas 50 ml / min and heating rate 10 ° C./min. Was determined by

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

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

<実施例1>
[各種コポリマーの合成]
<Example 1>
[Synthesis of various copolymers]

<合成例1>
[イミドチオフェンモノマー1の合成]
<Synthesis Example 1>
[Synthesis of Imidothiophene Monomer 1]

500mLナスフラスコにチオフェンジカルボン酸5.3g(30.7mmol)、無水酢酸100mLを加え140℃で6時間加熱した。減圧留去により溶媒を除去し、トルエンで再結晶を行い3.5gの1H,3H−thieno[3,4−c]furan−1,3−dioneを得た。   To a 500 mL eggplant flask, 5.3 g (30.7 mmol) of thiophene dicarboxylic acid and 100 mL of acetic anhydride were added and heated at 140 ° C. for 6 hours. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, and recrystallization was performed with toluene to obtain 3.5 g of 1H, 3H-thieno [3,4-c] furan-1,3-dione.

窒素下、100mLナスフラスコ中で1H,3H−thieno[3,4−c]furan−1,3−dione3.57g(0.023mol)を脱水DMF35mLに溶解した。次いで、氷浴中でnオクチルアミン4.2mL(0.025mol)を加えた後、140℃で2時間加熱した。放冷後水と混合して析出した肌色粉末を濾取し、冷メタノールで洗浄を行い、4−[[1−octylamino]carbonyl]−3−thienophenecarboxylic acid 5.3gを得た。   Under nitrogen, 3.57 g (0.023 mol) of 1H, 3H-thieno [3,4-c] furan-1,3-dione was dissolved in 35 mL of dehydrated DMF in a 100 mL eggplant flask. Then, 4.2 mL (0.025 mol) of n-octylamine was added in an ice bath and heated at 140 ° C. for 2 hours. The skin-colored powder which was mixed with water after standing to cool and collected was collected by filtration and washed with cold methanol to obtain 5.3 g of 4-[[1-octylamino] carbonyl] -3-thienophenecarboxylic acid.

100mLナスフラスコに、4−[[1−octylamino]carbonyl]−3−thienophenecarboxylic acid 5.27g(18.6mmol)と塩化チオニル18mLを加えバス温度を72℃に設定して3時間加熱した。放冷後、1N水酸化ナトリウム水溶液に滴下し、析出した茶色粉末を濾取した。冷メタノールを用いて洗浄し、乾燥させ5−octyl−4H−thieno[3,4−c]pyrrole−4,6(5H)−dioneを4.55g得た(収率91%)。 4-[[1-octylamino] carbonyl] -3-thienophenecarboxylic acid 5.27 g (18.6 mmol) and thionyl chloride 18 mL were added to a 100 mL eggplant flask and the bath temperature was set to 72 ° C. and heated for 3 hours. After allowing to cool, the mixture was added dropwise to a 1N aqueous sodium hydroxide solution, and the precipitated brown powder was collected by filtration. This was washed with cold methanol and dried to obtain 4.55 g of 5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6 (5H) -dione (yield 91%).

(イミドチオフェンモノマー1)
窒素下、200mLナスフラスコ中で5−octyl−4H−thieno[3,4−c]pyrrole−4,6(5H)−dione 2.65g(10mmol)を、トリフルオロ酢酸50mL、濃硫酸15mLに溶解した。氷浴中で、更にNBS5.33g(30mmol)を溶解するまで攪拌後、氷浴を外して室温まで上昇させ20時間攪拌した。氷水と混合してクエンチ後、クロロホルムを用いて抽出、溶媒を減圧留去により除去し、カラムクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:クロロホルム2:1→1:1)にて精製した。ヘキサンを用いて懸濁洗浄後、イミドチオフェンモノマー1(1,3−dibromo−5−octyl−4H−thieno[3,4−c]pyrrole−4,6−(5H)−dione)を2.58g得た(収率61%)。
(Imidothiophene monomer 1)
Under nitrogen, 5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6 (5H) -dione (2.65 g, 10 mmol) was dissolved in 50 mL of trifluoroacetic acid and 15 mL of concentrated sulfuric acid in a 200 mL eggplant flask. did. The mixture was further stirred in an ice bath until 5.33 g (30 mmol) of NBS was dissolved, then the ice bath was removed, the temperature was raised to room temperature, and the mixture was stirred for 20 hours. After quenching by mixing with ice water, extraction was performed using chloroform, the solvent was removed by distillation under reduced pressure, and the residue was purified by column chromatography (developing solvent hexane: chloroform 2: 1 → 1: 1). After suspension washing with hexane, 2.58 g of imidothiophene monomer 1 (1,3-dibromo-5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione) was obtained. Obtained (yield 61%).

<合成例2>
[ジチエノシロールモノマー1の合成]
<Synthesis Example 2>
[Synthesis of Dithienosilol Monomer 1]

(ジチエノシロールモノマー1)
50mL多口フラスコに4,4’−dioctyl−5,5−dibromo−dithieno[3,2−b:2’,3’−d]silole 0.1gを加え、真空ポンプとドライヤーを用いて十分に窒素置換を行った。脱水THF5mLを加え、ドライアイス−アセトンバスで系を冷やした後、nBuLi in hexane 溶液0.28mLを加え、15分間攪拌した。その後トリメチルスズクロリド105mgを加え室温まで上昇させ2時間攪拌した。水を加えてクエンチし、ヘキサンで抽出後硫酸ナトリウムを用いて乾燥させ、減圧留去により溶媒を除去し、ジチエノシロールモノマー1(4,4’−dioctyl−5,5−bis(trimethyltin)−dithieno[3,2−b:2’,3’−d]silole、緑色オイル)125mgを得た。
(Dithienosilol monomer 1)
Add 0.1 g of 4,4′-dioctyl-5,5-dibromo-dithiono [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole to a 50 mL multi-necked flask, and use a vacuum pump and a drier. Nitrogen replacement was performed. After adding 5 mL of dehydrated THF and cooling the system in a dry ice-acetone bath, 0.28 mL of nBuLi in hexane solution was added and stirred for 15 minutes. Thereafter, 105 mg of trimethyltin chloride was added and the mixture was raised to room temperature and stirred for 2 hours. Quenched with water, extracted with hexane, dried over sodium sulfate, removed the solvent by distillation under reduced pressure, dithienosilol monomer 1 (4,4'-dioctyl-5,5-bis (trimethyltin)- dithiono [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole, green oil) 125 mg.

<合成例3>
[コポリマーAの合成]
<Synthesis Example 3>
[Synthesis of Copolymer A]

(コポリマーA)
窒素下50mLナスフラスコに、合成例1で得られたイミドチオフェンモノマー1:187mg(1,3−dibromo−5−octyl−4H−thieno[3,4−c]pyrrole−4,6−(5H)−dione、0.443mmol)、合成例2で得られたジチエノシロールモノマー1:340mg(4,4’−dioctyl−5,5−bis(trimethyltin)−dithieno[3,2−b:2’,3’−d]silole、0.443mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0価)15mg(0.013mmol)、酸化銅(II)35mg(0.443mmol)、トルエン6.75mL及びDMF1.62mLを加え、100℃で20時間攪拌した。その後末端処理として、その後ブロモベンゼン0.1mLを加え3時間過熱攪拌し、さらにトリメチル(フェニル)ティン0.1mLを加え3時間過熱攪拌後、トルエンで5倍に希釈した反応溶液をメタノール400mLに滴下した。析出したコポリマーを濾取した後、シリカゲルを用いて精製し目的のコポリマーAを得た。JAIGEL−3H(40φ)、2H(40φ)を取り付けたJAL908ーC60装置(日本分析工業)を用いて展開液:クロロホルム、流速14mL/minの条件下、粗ポリマー(50ー100mg)のクロロホルム溶液(10mL)を充填し、分取精製をおこなった。
分取されたコポリマーA(以後、コポリマーA1と記す)の重量平均分子量、数平均分子量及びPDIは、それぞれ、5.5×10、4.1×10及び1.34であった。コポリマーA1の元素分析を行ったところ、それぞれの元素量はBr:90ppm、Pd:25ppm、Sn:67ppmであった。
また、同様の方法に従って反応を行うことにより、重量平均分子量、数平均分子量及びPDIがそれぞれ4.4×10、2.8×10及び1.50であるコポリマーA(以後、コポリマーA2と記す)、並びに、重量平均分子量、数平均分子量及びPDIがそれぞれ1.9×10、1.8×10及び1.08であるコポリマーA(以後、コポリマーA3と記す)を得た。コポリマーA2の元素分析を行ったところ、それぞれの元素量はBr:170ppm、Pd:3.2ppm、Sn:600ppmであった。
(Copolymer A)
In a 50 mL eggplant flask under nitrogen, the imide thiophene monomer 1: 187 mg obtained in Synthesis Example 1 (1,3-dibromo-5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -Dione, 0.443 mmol), dithienosilol monomer obtained in Synthesis Example 2 1: 340 mg (4,4′-dioctyl-5,5-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole, 0.443 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (valent 0) 15 mg (0.013 mmol), copper (II) oxide 35 mg (0.443 mmol), toluene 6.75 mL and DMF 1.62 mL And stirred at 100 ° C. for 20 hours. Then, as a terminal treatment, 0.1 mL of bromobenzene was added and the mixture was stirred for 3 hours with heating. Further, 0.1 mL of trimethyl (phenyl) tin was added and stirred for 3 hours with heating, and the reaction solution diluted 5-fold with toluene was added dropwise to 400 mL of methanol. did. The precipitated copolymer was collected by filtration and purified using silica gel to obtain the desired copolymer A. Using a JAL908-C60 apparatus (Nippon Analytical Industrial) equipped with JAIGEL-3H (40φ), 2H (40φ), a developing solution: chloroform, a chloroform solution of a crude polymer (50-100 mg) under a flow rate of 14 mL / min ( 10 mL) and preparative purification was performed.
The weight average molecular weight, number average molecular weight and PDI of the fractionated copolymer A (hereinafter referred to as copolymer A1) were 5.5 × 10 4 , 4.1 × 10 4 and 1.34, respectively. When elemental analysis of the copolymer A1 was performed, the respective element amounts were Br: 90 ppm, Pd: 25 ppm, and Sn: 67 ppm.
Further, by carrying out the reaction according to the same method, copolymer A having a weight average molecular weight, a number average molecular weight and PDI of 4.4 × 10 4 , 2.8 × 10 4 and 1.50, respectively (hereinafter referred to as copolymer A2 and And a copolymer A (hereinafter referred to as a copolymer A3) having a weight average molecular weight, a number average molecular weight and a PDI of 1.9 × 10 4 , 1.8 × 10 4 and 1.08, respectively. When elemental analysis of the copolymer A2 was performed, the respective element amounts were Br: 170 ppm, Pd: 3.2 ppm, and Sn: 600 ppm.

<合成例4>
[ジチエノシロールモノマー2の合成]
<Synthesis Example 4>
[Synthesis of Dithienosilol Monomer 2]

(ジチエノシロールモノマー2)
合成例2において、4,4’−dioctyl−5,5−dibromo−dithieno[3,2−b:2’,3’−d]siloleの代わりに、4,4’−di−n−octyl−5,5−dibromo−dithieno[3,2−b:2’,3’−d]silole(Lumtec社製)を用いた以外は同様にして、ジチエノシロールモノマー2(4,4’−di−n−octyl−5,5−bis(trimethyltin)−dithieno[3,2−b:2’,3’−d]silole)を合成した。
(Dithienosilol monomer 2)
In Synthesis Example 2, instead of 4,4′-dioctyl-5,5-dibromo-dithiono [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole, 4,4′-di-n-octyl- Dithienosilole monomer 2 (4,4′-di-) was used in the same manner except that 5,5-dibromo-dithiono [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (manufactured by Lumtec) was used. n-octyl-5,5-bis (trimethyltin) -dithiono [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole) was synthesized.

<合成例5>
[イミドチオフェンモノマー2の合成]
<Synthesis Example 5>
[Synthesis of Imidothiophene Monomer 2]

(イミドチオフェンモノマー2)
合成例1において、nオクチルアミンの代わりに、3,5−ビストリフルオロメチルフェニルアミンを用いた以外は同様にして、イミドチオフェンモノマー2(1,3−dibromo−5−(3,5−bis(trifluoromethyl)phenyl)−4H−thieno[3,4−c]pyrrole−4,6−(5H)−dione)を合成した。
(Imidothiophene monomer 2)
In Synthesis Example 1, imidothiophene monomer 2 (1,3-dibromo-5- (3,5-bis () was used in the same manner except that 3,5-bistrifluoromethylphenylamine was used instead of n octylamine. trifluoromethyl) phenyl) -4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione) was synthesized.

<合成例6>
[コポリマーBの合成]
<Synthesis Example 6>
[Synthesis of Copolymer B]

(コポリマーB)
合成例3において、合成例2で得られたジチエノシロールモノマー1(4,4’−dioctyl−5,5−bis(trimethyltin)−dithieno[3,2−b:2’,3’−d]silole)の代わりに、合成例4で得られたジチエノシロールモノマー2(4,4’−di−n−octyl−5,5−bis(trimethyltin)−dithieno[3,2−b:2’,3’−d]silole)を用いた以外は同様にして、コポリマーBを合成した。合成されたコポリマーBの重量平均分子量、数平均分子量及びPDIは、それぞれ2.8×10、3.5×10及び7.87であった。
(Copolymer B)
In Synthesis Example 3, dithienosilole monomer 1 (4,4′-dioctyl-5,5-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] obtained in Synthesis Example 2 dithienosilole monomer 2 (4,4′-di-n-octyl-5,5-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, Copolymer B was synthesized in the same manner except that 3′-d] silole) was used. The weight average molecular weight, number average molecular weight and PDI of the synthesized copolymer B were 2.8 × 10 4 , 3.5 × 10 3 and 7.87, respectively.

<合成例7>
[コポリマーCの合成]
<Synthesis Example 7>
[Synthesis of Copolymer C]

(コポリマーC)
合成例6において、イミドチオフェンモノマー1に代えてイミドチオフェンモノマー2を用いた以外は、同様にして、コポリマーCを合成した。合成されたコポリマーCの重量平均分子量、数平均分子量及びPDIは、それぞれ、4.7×10、3.3×10及び1.42であった。コポリマーCの元素分析を行ったところ、それぞれの元素量はBr:190ppm、Pd:750ppm、Sn:3600ppmであった。
(Copolymer C)
Copolymer C was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 6 except that imidothiophene monomer 2 was used instead of imidothiophene monomer 1. The weight average molecular weight, number average molecular weight and PDI of the synthesized copolymer C were 4.7 × 10 4 , 3.3 × 10 4 and 1.42, respectively. When elemental analysis of the copolymer C was performed, the respective element amounts were Br: 190 ppm, Pd: 750 ppm, and Sn: 3600 ppm.

<吸収スペクトルの測定>
各種コポリマー(コポリマーA1、コポリマーA2、コポリマーA3、コポリマーB及びコポリマーC)のクロロホルム溶液の吸収スペクトルを測定した結果を図4及び図5に示す。図4の結果から、分子量が2×10以上であることにより、吸収スペクトルの650〜700nmの吸光度が向上したことが判る。吸収スペクトルの650〜700nmの吸光度が向上することは、より幅広い波長の光を吸収できることを意味するため、分子量が2×10以上であるコポリマーを活性層に含む光電変換素子において変換効率が向上することが期待される。
<Measurement of absorption spectrum>
The results of measuring the absorption spectra of various copolymers (copolymer A1, copolymer A2, copolymer A3, copolymer B and copolymer C) in chloroform are shown in FIGS. From the results of FIG. 4, it can be seen that the absorbance at 650 to 700 nm of the absorption spectrum was improved by the molecular weight being 2 × 10 4 or more. An increase in absorbance at 650 to 700 nm in the absorption spectrum means that light having a wider range of wavelengths can be absorbed. Therefore, conversion efficiency is improved in a photoelectric conversion element including a copolymer having a molecular weight of 2 × 10 4 or more in an active layer. Is expected to do.

また、ジチエノシロール骨格のSiに結合している置換基(R及びR)が直鎖アルキル基であるコポリマー(コポリマーB)は、この置換基が直鎖アルキル基であるコポリマー(コポリマーA2)と比較して、吸収スペクトルの最長端が720nm近傍まで長波長化すること及び400〜600nmの吸光度が向上することが判る。コポリマーが長波長の光をより多く吸収できること及び400〜600nmの吸収特性が向上することは、より幅広い波長の光を吸収できることを意味するため、このようなコポリマーを活性層に含む光電変換素子において変換効率が向上することが期待される。 In addition, the copolymer (copolymer B) in which the substituents (R 3 and R 4 ) bonded to Si of the dithienosilol skeleton are linear alkyl groups is the same as the copolymer (copolymer A2) in which the substituent is a linear alkyl group. In comparison, it can be seen that the longest end of the absorption spectrum is increased to a wavelength near 720 nm and the absorbance at 400 to 600 nm is improved. The fact that the copolymer can absorb more light of a long wavelength and that the absorption characteristics at 400 to 600 nm are improved means that it can absorb light of a wider wavelength. Therefore, in a photoelectric conversion element including such a copolymer in an active layer. The conversion efficiency is expected to improve.

また、図5の結果から、イミドチオフェン骨格の窒素原子に結合している置換基(R)がアリール基であるコポリマー(コポリマーC)は、該置換基(R)が直鎖アルキル基であるコポリマー(コポリマーA2)と比較して、吸収スペクトルの吸収極大波長及び最長端がともに長波長化することが判った。コポリマーが長波長の光をより多く吸収できることは、より幅広い波長の光を吸収できることを意味するため、このようなコポリマーを活性層に含む光電変換素子において変換効率が向上することが期待される。 From the results of FIG. 5, the copolymer substituents attached to the nitrogen atom of the imide thiophene skeleton (R 1) is an aryl group (copolymer C), said substituent (R 1) is a straight-chain alkyl group It was found that both the absorption maximum wavelength and the longest end of the absorption spectrum become longer than that of a certain copolymer (copolymer A2). The ability of the copolymer to absorb more light having a longer wavelength means that light having a wider wavelength can be absorbed. Therefore, it is expected that the conversion efficiency is improved in a photoelectric conversion element including such a copolymer in the active layer.

<実施例2>
[コポリマーA1を用いた光電変換素子]
[有機活性層塗布液S0の作製]
p型半導体材料である、合成例3で得られた重量平均分子量が5.5×10のコポリマーA1と、n型半導体材料であるPC71BM(フロンティアカーボン社製 NS−E112)とを重量比が1:1.5となるように混合し、混合物が1.0重量%の濃度となるように窒素雰囲気中でクロロベンゼンに溶解させた。ついでこの溶液に、有機活性層塗布液全体に対して3.2重量%の割合となるように1,8−ジヨードオクタンを添加し、ホットスターラーを用いて80℃にて4時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を0.45μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過することにより、有機活性層塗布液S0を得た。
<Example 2>
[Photoelectric conversion element using copolymer A1]
[Preparation of organic active layer coating solution S0]
The weight ratio of the copolymer A1 having a weight average molecular weight of 5.5 × 10 4 obtained in Synthesis Example 3 that is a p-type semiconductor material and PC71BM (NS-E112 manufactured by Frontier Carbon Corporation) that is an n-type semiconductor material is The mixture was mixed at 1: 1.5 and dissolved in chlorobenzene in a nitrogen atmosphere so that the mixture had a concentration of 1.0% by weight. Next, 1,8-diiodooctane was added to this solution so that the ratio was 3.2% by weight with respect to the whole coating solution of the organic active layer, and the mixture was stirred and mixed at 80 ° C. for 4 hours using a hot stirrer. . The solution after stirring and mixing was filtered through a 0.45 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter to obtain an organic active layer coating solution S0.

[光電変換素子の作製]
インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜がパターニングされたガラス基板を、界面活性剤による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させた。
最後に、基板に対して紫外線オゾン洗浄を行った。この基板上に、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「CLEVIOSTMs PVP AI4083」)を4000rpm、30秒の条件にてスピンコートにより塗布し、塗布後の基板を120℃のホットプレート上で10分間、大気中で加熱した。正孔取り出し層の膜厚は約30nmであった。
[Production of photoelectric conversion element]
A glass substrate patterned with an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film is cleaned in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant, water with ultrapure water, and ultrasonic cleaning with ultrapure water, and then dried with nitrogen blow. I let you.
Finally, ultraviolet ozone cleaning was performed on the substrate. On this substrate, a poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) aqueous dispersion (“CLVIOSTMs PVP AI4083” manufactured by H.C. The substrate was coated by spin coating under the conditions, and the substrate after coating was heated in the air on a hot plate at 120 ° C. for 10 minutes. The film thickness of the hole extraction layer was about 30 nm.

正孔取り出し層を成膜した基板を、窒素雰囲気のグローブボックス内のホットプレート上で、220℃にて3分間加熱処理した。基板が冷却された後に上述のように作製した有機活性層塗布液S0を230rpmの速度にてスピンコートすることにより、約100nmの厚みの有機活性層を形成した。その後、電子取り出し層として0.6nmの膜厚のフッ化リチウムを、電極として80nmの膜厚のアルミニウムを、抵抗加熱型真空蒸着法により順次成膜し、5mm角の光電変換素子を作製した。   The substrate on which the hole extraction layer was formed was heat-treated at 220 ° C. for 3 minutes on a hot plate in a glove box in a nitrogen atmosphere. After the substrate was cooled, the organic active layer coating solution S0 produced as described above was spin-coated at a speed of 230 rpm to form an organic active layer having a thickness of about 100 nm. Thereafter, lithium fluoride with a thickness of 0.6 nm as an electron extraction layer and aluminum with a thickness of 80 nm as an electrode were sequentially formed by resistance heating vacuum deposition to produce a 5 mm square photoelectric conversion element.

[光電変換素子の評価]
作製した光電変換素子の電流−電圧特性を測定した。開放電圧Voc[V]、短絡電流密度Jsc[mA/cm]、形状因子FF、光電変換効率PCE[%]の各パラメータの測定結果を表1に示す。
[Evaluation of photoelectric conversion element]
The current-voltage characteristics of the produced photoelectric conversion element were measured. Table 1 shows the measurement results of each parameter of the open circuit voltage Voc [V], the short circuit current density Jsc [mA / cm 2 ], the form factor FF, and the photoelectric conversion efficiency PCE [%].

<実施例3>
[コポリマーA2を用いた光電変換素子]
実施例2において、重量平均分子量が5.5×10のコポリマーA1の代わりに、合成例3に記載の重量平均分子量が4.4×10のコポリマーA2を用い、電子取り出し層としてフッ化リチウムの代わりに以下に示す合成例8に従って得られたPOPyを使用し、電子取り出し層の膜厚を0.6nmから2.5nmに変更した以外は、同様にして、5mm角の光電変換素子を作製した。電流−電圧特性の測定結果を表1に示す。
<Example 3>
[Photoelectric conversion element using copolymer A2]
In Example 2, instead of the copolymer A1 having a weight average molecular weight of 5.5 × 10 4 , the copolymer A2 having a weight average molecular weight of 4.4 × 10 4 described in Synthesis Example 3 was used, and fluorination was performed as an electron extraction layer. A 5 mm square photoelectric conversion element was used in the same manner except that POPy 2 obtained according to Synthesis Example 8 shown below was used instead of lithium and the thickness of the electron extraction layer was changed from 0.6 nm to 2.5 nm. Was made. Table 1 shows the measurement results of the current-voltage characteristics.

<合成例8>
[POPyの合成例]
<Synthesis Example 8>
[Synthesis example of POPy 2 ]

窒素雰囲気下、1−ブロモピレン(東京化成社製:14g、50mmol)を脱水THF(関東化学社製:200mL)に溶解し、−78℃に冷却した後、n−BuLi(関東化学:33mL、1.6M)をゆっくり滴下し、−78℃を保持したまま、30分間攪拌した。つづいて、ジクロロフェニルホスフィン(東京化成社製:4.3g、9.0mmol)を滴下し、十分攪拌した後、室温まで昇温し、1.5h攪拌した。得られた反応溶液にメタノール(純正化学社製)30mL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、10.7gの目的物を得た。   In a nitrogen atmosphere, 1-bromopyrene (Tokyo Kasei Co., Ltd .: 14 g, 50 mmol) was dissolved in dehydrated THF (Kanto Chemical Co., Ltd .: 200 mL), cooled to −78 ° C., and then n-BuLi (Kanto Chemical: 33 mL, 1 6M) was slowly added dropwise, and the mixture was stirred for 30 minutes while maintaining -78 ° C. Subsequently, dichlorophenylphosphine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd .: 4.3 g, 9.0 mmol) was added dropwise, and after sufficient stirring, the mixture was warmed to room temperature and stirred for 1.5 h. 30 mL of methanol (manufactured by Junsei Co., Ltd.) was added to the obtained reaction solution, and the resulting crude purified product was filtered and recrystallized using benzene to obtain 10.7 g of the desired product.

ここで得られた化合物をTHF(純正化学社製)350mL、CHCl(関東化学社製)300mL、アセトン(関東化学社製)100mLに溶解し、過酸化水素水(和光純薬社製:30重量%溶液10mL)を加え、室温で30分間攪拌した。反応溶液に水30mLを加え600mLまで濃縮後、ろ過することにより、目的物(POPy)を7.5g得た。 The compound obtained here was dissolved in 350 mL of THF (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.), 300 mL of CH 2 Cl 2 (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), and 100 mL of acetone (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 30% by weight solution (10 mL) was added and stirred at room temperature for 30 minutes. The reaction solution was added with 30 mL of water, concentrated to 600 mL, and then filtered to obtain 7.5 g of the desired product (POPy 2 ).

<実施例4>
[コポリマーA2を用いた光電変換素子]
実施例3において、電子取り出し層としてPOPyの代わりに以下に示す合成例9に従って得られたBINAPOを使用し、電子取り出し層の膜厚を2.5nmから5nmに変更した以外は、同様にして、5mm角の光電変換素子を作製した。電流−電圧特性の測定結果を表1に示す。
<Example 4>
[Photoelectric conversion element using copolymer A2]
In Example 3, using the BINAPO obtained according to Synthesis Example 9 below in place of Popy 2 as an electron extraction layer, except that the thickness of the electron extraction layer was changed from 2.5nm to 5nm, similarly A 5 mm square photoelectric conversion element was produced. Table 1 shows the measurement results of the current-voltage characteristics.

<合成例9>
[BINAPOの合成例]
<Synthesis Example 9>
[Synthesis example of BINAPO]

BINAP(和光純薬:1.86g、3mmol)のテトラヒドロフラン(80mL)溶液に30重量%過酸化水素水(和光純薬:3mL)を加え、2.5時間攪拌した。その後水を20mL加え、テトラヒドロフランを減圧留去し、得られた粗精製物をメタノールで洗浄ろ過することにより、目的物BINAPO(1.78g、2.7mmol)を91%の収率で得た。   To a solution of BINAP (Wako Pure Chemical: 1.86 g, 3 mmol) in tetrahydrofuran (80 mL) was added 30 wt% aqueous hydrogen peroxide (Wako Pure Chemical: 3 mL), and the mixture was stirred for 2.5 hours. Then, 20 mL of water was added, tetrahydrofuran was distilled off under reduced pressure, and the obtained crude product was washed with methanol and filtered to obtain the target product BINAPO (1.78 g, 2.7 mmol) in a yield of 91%.

<実施例5>
[コポリマーA2を用いた光電変換素子]
実施例4において、電子取り出し層としてBINAPOの代わりに以下に示す合成例10に従って得られたF−POPyを使用した以外は、同様にして、5mm角の光電変換素子を作製した。電流−電圧特性の測定結果を表1に示す。
<Example 5>
[Photoelectric conversion element using copolymer A2]
In Example 4, a 5 mm square photoelectric conversion element was produced in the same manner except that F-POPy 2 obtained according to Synthesis Example 10 shown below was used instead of BINAPO as the electron extraction layer. Table 1 shows the measurement results of the current-voltage characteristics.

<合成例10>
[F−POPyの合成例]
<Synthesis Example 10>
[Synthesis Example of F-POPy 2 ]

窒素雰囲気下、1−ブロモピレン(東京化成:5.6g、20mmol)を脱水テトラヒドロフラン(関東化学:100mL)に溶解し、−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウム(関東化学:13mL、1.6M)をゆっくり滴下し、−78℃を保持したまま、45分間攪拌した。つづいて、亜リン酸トリフェニル(和光純薬:3.1g、10mmol)を滴下し、十分攪拌した後、室温まで昇温し、さらに1.5h攪拌し、再度−78℃まで冷却した。一方、別の反応容器で4−フルオロブロモベンゼン(東京化成:3.5g、20mmol)を脱水テトラヒドロフラン(50mL)に溶解し、窒素雰囲気下、−78℃の状態でn−ブチルリチウム(関東化学:13mL、1.6M)を加え、30分間攪拌をおこなったのち、最初の容器に滴下し、室温まで昇温し、さらに1時間攪拌した。   Under a nitrogen atmosphere, 1-bromopyrene (Tokyo Kasei: 5.6 g, 20 mmol) was dissolved in dehydrated tetrahydrofuran (Kanto Chemical: 100 mL), cooled to −78 ° C., and then n-butyllithium (Kanto Chemical: 13 mL, 1. 6M) was slowly added dropwise and stirred for 45 minutes while maintaining -78 ° C. Subsequently, triphenyl phosphite (Wako Pure Chemicals: 3.1 g, 10 mmol) was added dropwise, and after sufficient stirring, the temperature was raised to room temperature, further stirred for 1.5 h, and then cooled to -78 ° C again. On the other hand, 4-fluorobromobenzene (Tokyo Kasei: 3.5 g, 20 mmol) was dissolved in dehydrated tetrahydrofuran (50 mL) in a separate reaction vessel, and n-butyllithium (Kanto Chemical: 13 mL, 1.6 M) was added, and the mixture was stirred for 30 minutes, then dropped in the first container, warmed to room temperature, and further stirred for 1 hour.

得られた反応溶液に水20mLを加え、テトラヒドロフランを減圧留去し、塩化メチレンを用いて抽出をおこなった。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥後、ろ過濃縮し、カラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン)で精製することにより、3.7gの目的物を得た。ここで得られた化合物をアセトン(関東化学:150mL)に溶解し、過酸化水素水(和光純薬:30重量%溶液2mL)を加え、室温で攪拌した。反応溶液に水20mLを加えてから濃縮し、アセトニトリルで洗浄することにより、目的物(F−POPy)を1.9g得た。 20 mL of water was added to the obtained reaction solution, tetrahydrofuran was distilled off under reduced pressure, and extraction was performed using methylene chloride. Magnesium sulfate was added to the organic layer, dried, filtered and concentrated, and purified by column chromatography (developing solvent: hexane) to obtain 3.7 g of the desired product. The compound obtained here was dissolved in acetone (Kanto Chemical Co., Inc .: 150 mL), hydrogen peroxide water (Wako Pure Chemicals: 2 mL of 30 wt% solution) was added, and the mixture was stirred at room temperature. After adding 20 mL of water to the reaction solution, the mixture was concentrated and washed with acetonitrile to obtain 1.9 g of the desired product (F-POPy 2 ).

<実施例6>
[コポリマーA2を用いた光電変換素子]
実施例4において、電子取り出し層としてBINAPOの代わりに以下に示す合成例11に従って得られた(CF−POPyを使用した以外は、同様にして、5mm角の光電変換素子を作製した。電流−電圧特性の測定結果を表1に示す。
<Example 6>
[Photoelectric conversion element using copolymer A2]
In Example 4, a 5 mm square photoelectric conversion element was produced in the same manner except that (CF 3 ) 2 -POPy 2 obtained according to Synthesis Example 11 shown below was used instead of BINAPO as the electron extraction layer. . Table 1 shows the measurement results of the current-voltage characteristics.

<合成例11>
[(CF−POPyの合成例]
<Synthesis Example 11>
[Synthesis Example of (CF 3 ) 2 -POPy 2 ]

窒素雰囲気下、1−ブロモピレン(東京化成:5.6g、20mmol)を脱水テトラヒドロフラン(関東化学:100mL)に溶解し、−78℃に冷却した後、n−BuLi(関東化学:13mL、1.6M)をゆっくり滴下し、−78℃を保持したまま、30分間攪拌した。つづいて、亜リン酸トリフェニル(和光純薬:3.1g、10mmol)を滴下し、十分攪拌した後、室温まで昇温し、1.5時間攪拌し、再度−78℃まで冷却した。   In a nitrogen atmosphere, 1-bromopyrene (Tokyo Kasei: 5.6 g, 20 mmol) was dissolved in dehydrated tetrahydrofuran (Kanto Chemical: 100 mL), cooled to −78 ° C., and then n-BuLi (Kanto Chemical: 13 mL, 1.6 M). ) Was slowly added dropwise and stirred for 30 minutes while maintaining -78 ° C. Subsequently, triphenyl phosphite (Wako Pure Chemicals: 3.1 g, 10 mmol) was added dropwise, and after sufficient stirring, the temperature was raised to room temperature, stirred for 1.5 hours, and cooled to -78 ° C again.

一方、別の反応容器に3、5−ビストリフルオロメチルブロモベンゼン(東京化成:5.8g、20mmol)を脱水テトラヒドロフラン(50mL)に溶解し、窒素雰囲気下、−78℃の状態で、n−ブチルリチウム(関東化学:13mL、1.6M)を加え、30分間攪拌を行ったのち、最初の容器に滴下し、室温まで昇温し、12時間攪拌した。得られた反応溶液に水20mLを加え、テトラヒドロフランを減圧留去し、ジクロロメタンを用いて抽出を行った。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥後、ろ過濃縮し、カラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/ジクロロメタンの混合溶媒)を用いて精製することにより、0.9gの目的物前駆体を得た。なお化合物の同定はNMRを用いて行った。   On the other hand, 3,5-bistrifluoromethylbromobenzene (Tokyo Kasei: 5.8 g, 20 mmol) was dissolved in dehydrated tetrahydrofuran (50 mL) in a separate reaction vessel, and n-butyl in a nitrogen atmosphere at −78 ° C. Lithium (Kanto Chemical: 13 mL, 1.6 M) was added and stirred for 30 minutes, then dropped in the first container, warmed to room temperature, and stirred for 12 hours. 20 mL of water was added to the obtained reaction solution, tetrahydrofuran was distilled off under reduced pressure, and extraction was performed using dichloromethane. Magnesium sulfate was added to the organic layer, dried, concentrated by filtration, and purified by column chromatography (developing solvent: mixed solvent of hexane / dichloromethane) to obtain 0.9 g of a target product precursor. The compound was identified using NMR.

上記で得られた化合物0.9gをジクロロメタン(関東化学:100mL)に溶解し、過酸化水素水(和光純薬:30%溶液2mL)を加え、室温で攪拌した。反応溶液に水20mLを加え、生成物を抽出し、硫酸ナトリウムを用いて乾燥し、減圧留去により溶媒を除去した。ヘキサン、メタノールで懸洗し目的物((CF−POPy)を0.6g(収率9%)得た。得られた生成物はNMRにより確認した。 0.9 g of the compound obtained above was dissolved in dichloromethane (Kanto Chemical: 100 mL), hydrogen peroxide solution (Wako Pure Chemicals: 2% of 30% solution) was added, and the mixture was stirred at room temperature. 20 mL of water was added to the reaction solution, the product was extracted, dried using sodium sulfate, and the solvent was removed by distillation under reduced pressure. The suspension was washed with hexane and methanol to obtain 0.6 g (yield 9%) of the desired product ((CF 3 ) 2 -POPy 2 ). The resulting product was confirmed by NMR.

<比較例1>
[PBDTTPDを用いた光電変換素子]
[有機活性層塗布液S1の作製]
p型半導体材料である、以下に示す合成例12で得られたPBDTTPDと、n型半導体材料であるPC71BM(フロンティアカーボン社製 NS−E112)を重量比が1:1.5となるように混合し、混合物が0.8重量%の濃度となるように窒素雰囲気中でクロロベンゼンに溶解させた。ついでこの溶液に、有機活性層塗布液全体に対して2.0重量%の割合となるように1,8−ジヨードオクタンを添加し、ホットスターラーを用いて80℃の温度にて4時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を0.45μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過することにより、有機活性層塗布液S1を得た。
<Comparative Example 1>
[Photoelectric conversion element using PBDTTPD]
[Preparation of organic active layer coating solution S1]
PBDTTPD obtained in Synthesis Example 12 shown below, which is a p-type semiconductor material, and PC71BM (NS-E112 manufactured by Frontier Carbon Corporation), which is an n-type semiconductor material, are mixed so that the weight ratio is 1: 1.5. Then, the mixture was dissolved in chlorobenzene in a nitrogen atmosphere so as to have a concentration of 0.8% by weight. Next, 1,8-diiodooctane was added to this solution so that the ratio was 2.0% by weight with respect to the whole coating solution of the organic active layer, and the mixture was stirred at a temperature of 80 ° C. for 4 hours using a hot stirrer. Mixed. The solution after stirring and mixing was filtered through a 0.45 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter to obtain an organic active layer coating solution S1.

[光電変換素子の作製・評価]
有機活性層塗布液S0の代わりに有機活性層塗布液S1を用い、上述の実施例2と同様の方法で光電変換素子を作製し、作製した光電変換素子の電流−電圧特性を測定した。なお、有機活性層のスピンコート条件は300rpmであり、有機活性層の厚みは約100nmであった。電流−電圧特性の測定結果を表1に示す。
[Production and evaluation of photoelectric conversion elements]
Using the organic active layer coating solution S1 instead of the organic active layer coating solution S0, a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 2 described above, and the current-voltage characteristics of the produced photoelectric conversion element were measured. The spin coating condition for the organic active layer was 300 rpm, and the thickness of the organic active layer was about 100 nm. Table 1 shows the measurement results of the current-voltage characteristics.

<合成例12>
[PBDTTPDの合成]
<Synthesis Example 12>
[Synthesis of PBDTTPD]

(PBDTTPD)
Poly(2,6−(4,8−bis(2−ethylhexyloxy)benzo[1,2−b:4,5−b′]dithiophene))−alt−(5−octyl−4H−thieno[3,4−c]pyrrole−4,6(5H)−dione−1,3−dilyl)(PBDTTPD)は、J.Am.Chem.Soc. 2010, 132, 7595−7597の記載を参考にし、合成を行った。
(PBDTTPD)
Poly (2,6- (4,8-bis (2-ethylhexyloxy) benzo [1,2-b: 4,5-b '] dithiophene))-alt- (5-octyl-4H-thieno [3,4 -C] pyrrole-4,6 (5H) -dione-1,3-diyl) (PBDTTPD) Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7595-7597, and the synthesis was performed.

<比較例2>
[PDTSBTを用いた光電変換素子]
[有機活性層塗布液S2の作製]
p型半導体材料である、以下に示す合成例13で得られたPDTSBTと、n型半導体材料であるPC71BM(フロンティアカーボン社製 NS−E112)とを重量比が1:1となるように混合し、混合物が1.0重量%の濃度となるように窒素雰囲気中でクロロベンゼンに溶解させた。ついでこの溶液に、有機活性層塗布液全体に対して3.2重量%の割合となるように1,8−ジヨードオクタンを添加し、ホットスターラーを用いて80℃の温度にて4時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を1.0μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過することにより、有機活性層塗布液S2を得た。
<Comparative example 2>
[Photoelectric conversion element using PDTSBT]
[Preparation of organic active layer coating solution S2]
The PDTSBT obtained in Synthesis Example 13 shown below, which is a p-type semiconductor material, and PC71BM (NS-E112, manufactured by Frontier Carbon Co.), which is an n-type semiconductor material, are mixed so that the weight ratio is 1: 1. The mixture was dissolved in chlorobenzene in a nitrogen atmosphere so as to have a concentration of 1.0% by weight. Next, 1,8-diiodooctane was added to this solution so that the ratio was 3.2% by weight with respect to the whole coating solution of the organic active layer, and the mixture was stirred at a temperature of 80 ° C. for 4 hours using a hot stirrer. Mixed. The solution after stirring and mixing was filtered through a 1.0 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter to obtain an organic active layer coating solution S2.

[光電変換素子の作製・評価]
有機活性層塗布液S0の代わりに有機活性層塗布液S2を用い、上述の実施例2と同様の方法で光電変換素子を作製し、作製した光電変換素子の電流−電圧特性を測定した。なお、有機活性層のスピンコート条件は500rpmであり、有機活性層の厚みは約80nmであった。電流−電圧特性の測定結果を表1に示す。
[Production and evaluation of photoelectric conversion elements]
Using the organic active layer coating solution S2 instead of the organic active layer coating solution S0, a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 2 described above, and the current-voltage characteristics of the produced photoelectric conversion element were measured. The spin coating condition of the organic active layer was 500 rpm, and the thickness of the organic active layer was about 80 nm. Table 1 shows the measurement results of the current-voltage characteristics.

<合成例13>
[PDTSBTの合成]
<Synthesis Example 13>
[Synthesis of PDTSBT]

(PDTSBT)
Poly(2,6−(4,4−bis(2−ethylhexyl)4H−silolo[3,2−b:4,5−b′]dithiophene)−alt−(benzo[c][1,2,5]thiadiazole−4,7−diyl))(PDTSBT)は、国際公開第2010/022058号の記載を参考にし、合成を行った。
(PDTSBT)
Poly (2,6- (4,4-bis (2-ethylhexyl) 4H-silolo [3,2-b: 4,5-b '] dithiophene) -alt- (benzo [c] [1,2,5 ] Thiadiazole-4,7-diyl)) (PDTSBT) was synthesized with reference to the description of WO2010 / 022058.

表1に示すように、実施例2〜6ではイミドチオフェン骨格及びジチエノシロール骨格を含有するコポリマーを含む有機半導体材料を用いることにより、比較例1、2を大幅に上回る光電変換特性が得られた。   As shown in Table 1, in Examples 2 to 6, by using an organic semiconductor material containing a copolymer containing an imidothiophene skeleton and a dithienosilole skeleton, photoelectric conversion characteristics significantly higher than those of Comparative Examples 1 and 2 were obtained.

[電子取り出し層材料のLUMO及びガラス転移温度(Tg)の測定]
各種電子取り出し層材料のLUMO及びガラス転位温度(Tg)を上記記載の方法で測定した。それぞれの結果を表2に示す。
[Measurement of LUMO and Glass Transition Temperature (Tg) of Electron Extraction Layer Material]
The LUMO and glass transition temperature (Tg) of various electron extraction layer materials were measured by the methods described above. The results are shown in Table 2.

表1と表2の結果から、電子取り出し層の材料のLUMOが特定の範囲にある化合物を使用することで、光電変換効率が向上することが判った。また、ガラス転移温度(Tg)が特定の範囲にある化合物を使用することで、光電変換効率が向上することが判り、素子の耐久性が向上することが期待される。   From the results of Tables 1 and 2, it was found that the photoelectric conversion efficiency is improved by using a compound having a LUMO of the material of the electron extraction layer in a specific range. Moreover, it turns out that photoelectric conversion efficiency improves by using the compound whose glass transition temperature (Tg) exists in a specific range, and it is anticipated that the durability of an element improves.

[X線回折の測定]
コポリマーA2のX線回折スペクトルを図6に示す。回折ピーク(2θ=4.77°)が検出された。このピーク値より面間隔(d)を算出すると、d=1.85nmとなった。P3HTに代表されるチオフェンオリゴマーは分子同士の配列が促進され密に積み重なった二次元的な積層ラメラ構造を有し、面間隔d=1.6nm付近に相当する回折ピークが観測される。このことから考えて、コポリマーA2もまた、分子同士が配列した積層構造を有する結晶性材料であるものと考えられる。
[Measurement of X-ray diffraction]
The X-ray diffraction spectrum of copolymer A2 is shown in FIG. A diffraction peak (2θ = 4.77 °) was detected. When the interplanar spacing (d) was calculated from this peak value, d = 1.85 nm. A thiophene oligomer typified by P3HT has a two-dimensional laminated lamella structure in which the arrangement of molecules is promoted and densely stacked, and a diffraction peak corresponding to a plane spacing of d = 1.6 nm is observed. In view of this, the copolymer A2 is also considered to be a crystalline material having a laminated structure in which molecules are arranged.

以上より、本発明のコポリマーは、実用的な塗布プロセスで成膜可能であり、かつ長波長に光吸収をもつため、本ポリマーを適用した光電変換素子は開放電圧及び変換効率が高く及び/又は耐久性にも優れるため、太陽電池などに使用しうることが裏付けられた。   From the above, since the copolymer of the present invention can be formed by a practical coating process and has light absorption at a long wavelength, the photoelectric conversion element to which the present polymer is applied has a high open-circuit voltage and conversion efficiency and / or Since it is excellent in durability, it was confirmed that it can be used for solar cells and the like.

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

Claims (8)

下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するコポリマーであって、ポリスチレン換算の重量平均分子量が2×10以上1×10以下であることを特徴とするコポリマー。
(式(1)中、Rは置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよいアリール基を表し、R〜Rは各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルケニル基又は置換基を有していてもよいアリール基を表す。)
A copolymer having a repeating unit represented by the following general formula (1), having a polystyrene-equivalent weight average molecular weight of 2 × 10 4 or more and 1 × 10 7 or less.
(In the formula (1), R 1 represents a substituent alkyl group which may have a which may have an optionally substituted alkenyl group or an optionally substituted aryl group, R 2 to R 5 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an optionally substituted alkyl group, which may have an optionally substituted alkenyl group or an optionally substituted aryl group Represents.)
請求項1に記載のコポリマーを含むことを特徴とする、有機半導体材料。   An organic semiconductor material comprising the copolymer of claim 1. 請求項2に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする、有機電子デバイス。   An organic electronic device comprising the organic semiconductor material according to claim 2. 一対の電極間に有機活性層が配置されてなる光電変換素子であって、該有機活性層が請求項2に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする光電変換素子。   A photoelectric conversion element comprising an organic active layer disposed between a pair of electrodes, wherein the organic active layer includes the organic semiconductor material according to claim 2. 前記有機半導体材料が、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体およびn型ポリマーよりなる群から選ばれる少なくとも1種のn型半導体化合物を含むことを特徴とする請求項4に記載の光電変換素子。   The organic semiconductor material comprises a fullerene compound, a borane derivative, a thiazole derivative, a benzothiazole derivative, a benzothiadiazole derivative, an N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide, an N-alkyl-substituted perylene diimide derivative, and an n-type polymer. The photoelectric conversion element according to claim 4, comprising at least one n-type semiconductor compound selected from the group. さらに、第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物を含有するバッファ層を有する、請求項4又は5に記載の光電変換素子。   Furthermore, the photoelectric conversion element of Claim 4 or 5 which has a buffer layer containing the phosphine compound which has a group 16 element and a double bond. 太陽電池である、請求項4乃至6の何れか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 4, wherein the photoelectric conversion element is a solar battery. 請求項7に記載の光電変換素子を含有することを特徴とする、太陽電池モジュール。   A solar cell module comprising the photoelectric conversion element according to claim 7.
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