JP2013077760A - Organic photoelectric conversion element and solar cell using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element which is excellent in durability and is capable of exhibiting sufficient photoelectric conversion efficiency.SOLUTION: The organic photoelectric conversion element of the present invention includes a first electrode, a second electrode, a photoelectric conversion layer existing between the first electrode and the second electrode and containing an n-type organic semiconductor and a p-type organic semiconductor, and a hole transport layer existing between the first electrode or the second electrode and the photoelectric conversion layer. The organic photoelectric conversion element is characterized in that at least one of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer contains polyalkyleneimine.

Description

本発明は、有機光電変換素子およびこれを用いた太陽電池に関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element and a solar cell using the same.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の削減が切に望まれている。また、近い将来、石油、石炭、および天然ガス等の化石燃料が枯渇することが予想されており、これらに替わる地球に優しいエネルギー資源の確保が急務となっている。そこで、太陽光、風力、地熱、原子力等利用した発電技術の開発が盛んに行われているが、なかでも太陽光発電は、安全性の高さから特に注目されている。   In recent years, in order to cope with global warming, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired. In addition, fossil fuels such as oil, coal, and natural gas are expected to be depleted in the near future, and there is an urgent need to secure an earth-friendly energy resource to replace them. Therefore, development of power generation technology using sunlight, wind power, geothermal heat, nuclear power, and the like has been actively performed, and solar power generation is particularly attracting attention because of its high safety.

太陽光発電では、光起電力効果を利用した光電変換素子を用いて、光エネルギーを直接電力に変換する。光電変換素子は、一般的に、一対の電極の間に光電変換層(光吸収層)が挟持されてなる構造を有し、当該光電変換層において光エネルギーが電気エネルギーに変換される。光電変換素子は、光電変換層に用いられる材料や、素子の形態により、単結晶・多結晶・アモルファスのSiを用いたシリコン系光電変換素子、GaAsやCIGS(銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)からなる半導体)等の化合物半導体を用いた化合物系光電変換素子、色素増感型光電変換素子(グレッツェルセル)等が提案・実用化されている。   In solar power generation, light energy is directly converted into electric power using a photoelectric conversion element utilizing the photovoltaic effect. Generally, a photoelectric conversion element has a structure in which a photoelectric conversion layer (light absorption layer) is sandwiched between a pair of electrodes, and light energy is converted into electric energy in the photoelectric conversion layer. The photoelectric conversion element is a silicon-based photoelectric conversion element using single-crystal / polycrystalline / amorphous Si, GaAs, CIGS (copper (Cu), indium (In), depending on the material used for the photoelectric conversion layer and the form of the element. Compound-based photoelectric conversion elements using a compound semiconductor such as gallium (Ga) and selenium (Se)), dye-sensitized photoelectric conversion elements (Gretzel cells), and the like have been proposed and put to practical use.

しかしながら、これらの太陽電池を用いた場合の発電コストは、依然として化石燃料を用いて発電・送電する場合のコストと比較して高く、これが太陽光発電の普及の妨げとなっていた。また、基板に重いガラスを用いなければならないため、屋根等に設置する場合に補強工事が必要であり、これらも発電コストを高騰させる一因であった。   However, the power generation cost when these solar cells are used is still higher than the cost when generating and transmitting power using fossil fuels, which hinders the spread of solar power generation. In addition, since heavy glass must be used for the substrate, reinforcement work is required when it is installed on a roof or the like, which has also contributed to a rise in power generation costs.

太陽光発電における発電コストを低減させるための技術として、透明電極と対電極との間に、電子供与性有機化合物(p型有機半導体)と電子受容性有機化合物(n型有機半導体)との混合物を光電変換層として含むバルクへテロジャンクション型の光電変換素子が提案されている(例えば、非特許文献1を参照)。   As a technique for reducing power generation costs in solar power generation, a mixture of an electron-donating organic compound (p-type organic semiconductor) and an electron-accepting organic compound (n-type organic semiconductor) between a transparent electrode and a counter electrode A bulk heterojunction type photoelectric conversion element is proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).

バルクへテロジャンクション型有機光電変換素子は、軽量で柔軟性に富むことから、様々な製品への応用が期待されている。また、構造が比較的単純であり、p型有機半導体およびn型有機半導体を塗布することによって光電変換層を形成できることから、大量生産に好適であり、コストダウンによる太陽電池の早期普及にも寄与するものと考えられる。より具体的には、バルクへテロジャンクション型有機光電変換素子において、電極(陽極および陰極)等を構成する金属層や金属酸化物層は蒸着法等により形成されうるが、これら以外の層は塗布プロセスを用いて形成することができる。したがって、バルクへテロジャンクション型光電変換素子の製造は高速でかつ安価に行うことが可能であると期待され、上述した発電コストの課題を解決できる可能性があると考えられるのである。さらに、従来のシリコン系光電変換素子、化合物系光電変換素子、色素増感型光電変換素子等の製造とは異なり、160℃よりも高温の製造プロセスを必須に伴うものではないため、安価でかつ軽量なプラスチック基板上への形成も可能であると期待される。   Bulk heterojunction organic photoelectric conversion elements are lightweight and flexible, and are expected to be applied to various products. In addition, since the structure is relatively simple and a photoelectric conversion layer can be formed by applying a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor, it is suitable for mass production and contributes to the early diffusion of solar cells due to cost reduction. It is thought to do. More specifically, in a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element, a metal layer or a metal oxide layer constituting electrodes (anode and cathode) can be formed by a vapor deposition method, but other layers are coated. It can be formed using a process. Therefore, it is expected that the production of the bulk heterojunction photoelectric conversion element can be performed at high speed and at low cost, and it is considered that there is a possibility that the above-described problem of power generation cost can be solved. Furthermore, unlike the manufacture of conventional silicon-based photoelectric conversion elements, compound-based photoelectric conversion elements, dye-sensitized photoelectric conversion elements, etc., it does not necessarily involve a manufacturing process at a temperature higher than 160 ° C. It is expected that it can be formed on a lightweight plastic substrate.

しかしながら、有機光電変換素子は、他のタイプの光電変換素子と比較して、光電変換効率や、熱や光に対する耐久性が十分とはいえない。   However, it cannot be said that the organic photoelectric conversion element has sufficient photoelectric conversion efficiency and durability against heat and light compared to other types of photoelectric conversion elements.

例えば、有機光電変換素子は一般的な有機エレクトロニクスデバイス(例えば、有機薄膜トランジスタ(OTFT)や有機発光ダイオード(OLED))と同様に、酸素や水分の影響を受けやすいという問題点を有している。素子に酸素や水分が侵入すると、素子が劣化し、素子寿命が短くなってしまうため、バリア部材(例えば、バリアフィルムやガラス板等)を用いることにより、これらの侵入を防ぐことが必要となる。   For example, an organic photoelectric conversion element has a problem that it is easily affected by oxygen and moisture, as in a general organic electronic device (for example, an organic thin film transistor (OTFT) or an organic light emitting diode (OLED)). If oxygen or moisture enters the element, the element deteriorates and the lifetime of the element is shortened. Therefore, it is necessary to prevent such penetration by using a barrier member (for example, a barrier film or a glass plate). .

しかしながら、バリア部材で封止した場合であっても、製造中に混入しそのまま残存した微量の水分や、バリア部材を透過してしまう微量の水分等が素子中には不可避的に存在する。このように微量の水分が存在する状態で、連続した光照射を行った場合、素子内のイオン性物質等が拡散したり、p型半導体材料およびn型半導体材料によって形成されるバルクヘテロジャンクション層(光電変換層)のモルフォロジーが変化したりすることにより、短絡電流密度(JSC)の減衰が起き、素子の寿命が著しく短くなってしてしまうことが問題となっていた。 However, even when sealed with a barrier member, there is inevitably present in the element a small amount of moisture mixed in and remaining as it is, or a small amount of moisture that permeates the barrier member. When continuous light irradiation is performed in such a state where a small amount of moisture exists, an ionic substance or the like in the element diffuses, or a bulk heterojunction layer (formed by a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material) When the morphology of the photoelectric conversion layer) is changed, the short circuit current density (J SC ) is attenuated, and the lifetime of the device is remarkably shortened.

これらの問題への対処として、例えば、正孔輸送材料として使用されるPEDOT:PSS(poly(3,4−ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))のアニオン成分の拡散抑制を目的として、PSSをNaOHで中和することで光照射時の安定性を向上させる技術が提案されている(例えば、非特許文献2)。また、半導体材料の側鎖末端に架橋性の置換基を導入し、分子間の架橋を行うことによって膜を硬化させ、モロフォロジーの変動を抑制する技術が提案されている(例えば、非特許文献3および4)。   In order to cope with these problems, for example, for the purpose of suppressing the diffusion of an anionic component of PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedithiophene): poly (styrenesulfonate)) used as a hole transporting material, NaOH is used for NaOH. A technique for improving the stability during light irradiation by neutralization has been proposed (for example, Non-Patent Document 2). In addition, a technique has been proposed in which a crosslinkable substituent is introduced into a side chain end of a semiconductor material and the film is cured by cross-linking between molecules to suppress a change in morphology (for example, Non-Patent Document 3). And 4).

A.Heeger et al.,Nature Mat.,vol.6(2007),p497A. Heeger et al. , Nature Mat. , Vol. 6 (2007), p497 J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13502−13510J. et al. Phys. Chem. C 2011, 115, 13502-13510 Macromolecules, Vol. 42, No. 5, 2009,1610−1618Macromolecules, Vol. 42, no. 5, 2009, 1610-1618 J. AM. CHEM. SOC. 2010, 132, 4887−4893J. et al. AM. CHEM. SOC. 2010, 132, 4887-4893

しかしながら、本発明者らが検討したところ、上記文献に記載された技術を以てしても、十分な耐久性または光電変換効率が得られないことが判明した。すなわち、上記非特許文献2に記載された技術によると、PSSの中和で仕事関数が変動することや、中和時に生じる塩成分が素子中に残存することにより、十分な耐久性および光電変換効率が発揮できないことが分かった。また、非特許文献3および4に記載された技術では、架橋反応を進行させるために外部から高い温度に加熱する必要があるため、モルフォロジーの粗大化が起こり、所望の光電変換効率が得られないことが分かった。   However, as a result of examinations by the present inventors, it has been found that sufficient durability or photoelectric conversion efficiency cannot be obtained even with the technique described in the above-mentioned document. That is, according to the technique described in Non-Patent Document 2, the work function fluctuates due to neutralization of PSS, and the salt component generated during neutralization remains in the device, so that sufficient durability and photoelectric conversion are achieved. It turns out that efficiency cannot be demonstrated. Further, in the techniques described in Non-Patent Documents 3 and 4, since it is necessary to heat to a high temperature from the outside in order to advance the crosslinking reaction, the morphology becomes coarse and the desired photoelectric conversion efficiency cannot be obtained. I understood that.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐久性に優れ、かつ十分な光電変換効率を発揮することができる光電変換素子を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the photoelectric conversion element which is excellent in durability and can exhibit sufficient photoelectric conversion efficiency.

本発明者らが、上記課題を解決すべく鋭意研究を行ったところ、光電変換層および正孔輸送層の少なくとも一方に、ポリアルキレンイミンを添加することにより、耐久性に優れ、かつ十分な光電変換効率が発揮されることを知得して、本発明を完成させた。   The present inventors have conducted intensive research to solve the above-mentioned problems, and as a result, polyalkyleneimine is added to at least one of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer, thereby achieving excellent durability and sufficient photoelectricity. Knowing that the conversion efficiency is exhibited, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、第一の電極;第二の電極;第一の電極および第二の電極の間に存在する、n型有機半導体およびp型有機半導体を含む光電変換層;ならびに第一の電極または第二の電極と、光電変換層と、の間に存在する正孔輸送層;を有する有機光電変換素子において、光電変換層および正孔輸送層の少なくとも一方が、ポリアルキレンイミンを含むことを特徴とする。   That is, the present invention includes a first electrode; a second electrode; a photoelectric conversion layer including an n-type organic semiconductor and a p-type organic semiconductor that exists between the first electrode and the second electrode; In the organic photoelectric conversion element having the hole transport layer present between the electrode or the second electrode and the photoelectric conversion layer, at least one of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer contains a polyalkyleneimine It is characterized by.

本発明によれば、耐久性に優れ、かつ十分な光電変換効率を発揮することができる有機光電変換素子を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the organic photoelectric conversion element which is excellent in durability and can exhibit sufficient photoelectric conversion efficiency.

本発明の一実施形態に係る、有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating an organic photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に係る、有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the organic photoelectric conversion element based on other one Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施形態に係る、タンデム型の光電変換層を備えた有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the organic photoelectric conversion element provided with the tandem-type photoelectric conversion layer based on other one Embodiment of this invention.

本発明は、第一の電極;第二の電極;第一の電極および第二の電極の間に存在する、n型有機半導体およびp型有機半導体を含む光電変換層;ならびに第一の電極または第二の電極と、光電変換層と、の間に存在する正孔輸送層;を有する有機光電変換素子において、光電変換層および正孔輸送層の少なくとも一方にポリアルキレンイミンが添加されてなる点に特徴を有する。このように光電変換層および正孔輸送層の少なくとも一方にアルキレンイミンを添加することにより、素子の耐久性が向上するという効果が得られるメカニズムについては定かではないが、本発明者らは以下のように推測している。   The present invention relates to a first electrode; a second electrode; a photoelectric conversion layer including an n-type organic semiconductor and a p-type organic semiconductor, which is present between the first electrode and the second electrode; A point in which polyalkyleneimine is added to at least one of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer in an organic photoelectric conversion element having a hole transport layer present between the second electrode and the photoelectric conversion layer. It has the characteristics. Thus, although the mechanism by which the effect of improving the durability of the device is obtained by adding alkyleneimine to at least one of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer is not clear, the present inventors have the following. I guess so.

すなわち、有機光電変換素子中には、各種のイオン性成分(例えば、PEDOT:PSSのPSS由来のアニオン成分や、電極材料であるAgのマイグレーションにより生じる成分、ポリマー材料の合成時に使用した触媒由来の成分)などが存在しており、素子の劣化は、光照射中(発電中)に電極間を移動するこれらのイオン性成分により引き起こされると考えらえる。これに対し、本発明では、ポリアルキレンイミンを光電変換層および/または正孔輸送層に添加する。ポリアルキレンイミンはイオン性成分を補足する機能を有するため、光照射中(発電中)のイオン性成分の移動を防止し、素子の劣化を抑制することができると推測される。   That is, in the organic photoelectric conversion element, various ionic components (for example, an anion component derived from PSS of PEDOT: PSS, a component generated by migration of Ag which is an electrode material, and a catalyst derived from the catalyst used in the synthesis of the polymer material). It is considered that the deterioration of the element is caused by these ionic components that move between the electrodes during light irradiation (during power generation). In contrast, in the present invention, polyalkyleneimine is added to the photoelectric conversion layer and / or the hole transport layer. Since polyalkyleneimine has a function of capturing an ionic component, it is presumed that the migration of the ionic component during light irradiation (power generation) can be prevented and deterioration of the element can be suppressed.

さらに、前記光電変換層にポリアルキレンイミンを添加した場合、後述の実施例でも示すように、光電変換効率が有意に向上するという効果も得られる。この光電変換効率の向上は、ポリアルキレンイミンの存在により、光電変換層のモルフォロジーが良好に形成されることによるものと推測される。   Furthermore, when polyalkyleneimine is added to the photoelectric conversion layer, the effect of significantly improving the photoelectric conversion efficiency can be obtained as shown in Examples described later. The improvement in the photoelectric conversion efficiency is presumed to be due to the favorable formation of the morphology of the photoelectric conversion layer due to the presence of the polyalkyleneimine.

以下、添付した図面を参照しながら本発明の有機光電変換素子を説明するが、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載により定められるべきものであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, the organic photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the technical scope of the present invention should be determined by the description of the scope of claims, and is not limited only to the following embodiments. . In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

図1は、本発明の一実施形態に係る、有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。具体的には、図1の有機光電変換素子10は、基板25上に、陽極11、正孔輸送層26、光電変換層14、電子輸送層27、および陰極12がこの順に積層されてなる構成を有する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an organic photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention. Specifically, the organic photoelectric conversion element 10 of FIG. 1 has a configuration in which an anode 11, a hole transport layer 26, a photoelectric conversion layer 14, an electron transport layer 27, and a cathode 12 are laminated in this order on a substrate 25. Have

図1に示す有機光電変換素子10の作動時において、光は基板25側から照射される。本実施形態において、陽極11は、照射された光が光電変換層14へと届くようにするため、透明な電極材料(例えば、ITO)で構成される。基板25側から照射された光は、透明な陽極11および正孔輸送層26を経て光電変換層14へと届く。   When the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 is operated, light is irradiated from the substrate 25 side. In the present embodiment, the anode 11 is made of a transparent electrode material (for example, ITO) so that the irradiated light reaches the photoelectric conversion layer 14. The light irradiated from the substrate 25 side reaches the photoelectric conversion layer 14 through the transparent anode 11 and the hole transport layer 26.

図1において、基板25を経て陽極11から入射された光は、光電変換層14における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が形成される。   In FIG. 1, light incident from the anode 11 through the substrate 25 is absorbed by the electron acceptor or electron donor in the photoelectric conversion layer 14, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. Pair (charge separation state) is formed.

発生した電荷は内部電界、例えば、陽極11と陰極12との仕事関数が異なる場合では陽極11と陰極12との電位差によって、電子は電子受容体間を通り、また正孔は電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。   In the case where the generated electric charges have different internal electric fields, for example, when the work functions of the anode 11 and the cathode 12 are different, the electrons pass between the electron acceptors and the holes pass between the electron donors due to the potential difference between the anode 11 and the cathode 12. Each is carried to a different electrode and the photocurrent is detected.

なお、正孔輸送層26は、正孔の移動度が高い材料で形成されており、光電変換層14のpn接合界面で生成した正孔を効率よく陽極11へと輸送する機能を担っている。一方、電子輸送層27は、電子の移動度が高い材料で形成されており、光電変換層14のpn接合界面で生成した電子を効率よく陰極12へと輸送する機能を担っている。   The hole transport layer 26 is formed of a material having a high hole mobility, and has a function of efficiently transporting holes generated at the pn junction interface of the photoelectric conversion layer 14 to the anode 11. . On the other hand, the electron transport layer 27 is made of a material having high electron mobility, and has a function of efficiently transporting electrons generated at the pn junction interface of the photoelectric conversion layer 14 to the cathode 12.

図2は、本発明の他の一実施形態に係る有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。図2の有機光電変換素子20は、図1の有機光電変換素子10と比較して、陽極11と陰極12とが逆の位置に配置され、また、正孔輸送層26と電子輸送層27とが逆の位置に配置されている点が異なる。すなわち、図2の有機光電変換素子20は、基板25上に、陰極12、電子輸送層27、光電変換層14、正孔輸送層26、および陽極11がこの順に積層されてなる構成を有している。このような構成を有することにより、光電変換層14のpn接合界面で生成される電子は電子輸送層27を経て陰極12へと輸送され、正孔は正孔輸送層26を経て陽極11へと輸送される。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing an organic photoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention. The organic photoelectric conversion element 20 in FIG. 2 has the anode 11 and the cathode 12 disposed at opposite positions as compared with the organic photoelectric conversion element 10 in FIG. 1, and the hole transport layer 26, the electron transport layer 27, and the like. Are different in that they are arranged at the opposite positions. 2 has a configuration in which the cathode 12, the electron transport layer 27, the photoelectric conversion layer 14, the hole transport layer 26, and the anode 11 are laminated on the substrate 25 in this order. ing. With this configuration, electrons generated at the pn junction interface of the photoelectric conversion layer 14 are transported to the cathode 12 through the electron transport layer 27, and holes are transported to the anode 11 through the hole transport layer 26. Transported.

図3は、本発明の他の一実施形態に係る、タンデム型(多接合型)の光電変換層を備えた有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。図3の有機光電変換素子30は、図1の有機光電変換素子10と比較して、光電変換層14に代えて、第1の光電変換層14aと、第2の光電変換層14bと、これら2つの光電変換層の間に介在する電荷再結合層38との積層体が配置されている点が異なる。図3に示すタンデム型の有機光電変換素子30では、第1の光電変換層14aおよび第2の光電変換層14bに、それぞれ吸収波長の異なる光電変換材料(p型有機半導体およびn型有機半導体)を用いることにより、より広い波長域の光を効率よく電気に変換することが可能となる。以下、本発明に係る有機光電変換素子の各構成要素について詳細に説明する。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating an organic photoelectric conversion element including a tandem (multi-junction type) photoelectric conversion layer according to another embodiment of the present invention. Compared with the organic photoelectric conversion element 10 in FIG. 1, the organic photoelectric conversion element 30 in FIG. 3 replaces the photoelectric conversion layer 14 with a first photoelectric conversion layer 14 a, a second photoelectric conversion layer 14 b, and these The difference is that a stacked body with a charge recombination layer 38 interposed between two photoelectric conversion layers is disposed. In the tandem organic photoelectric conversion element 30 shown in FIG. 3, photoelectric conversion materials (p-type organic semiconductor and n-type organic semiconductor) having different absorption wavelengths are used for the first photoelectric conversion layer 14a and the second photoelectric conversion layer 14b, respectively. By using this, light in a wider wavelength range can be efficiently converted into electricity. Hereinafter, each component of the organic photoelectric conversion element according to the present invention will be described in detail.

[電極]
本形態の有機光電変換素子は、第一の電極および第二の電極を必須に含む。第一の電極および第二の電極は、各々、陽極または陰極として機能する。本明細書において、「第一の」および「第二の」とは、陽極または陰極としての機能を区別するための用語である。したがって、第一の電極が陽極として機能し、第二の電極が陰極として機能する場合もあるし、逆に、第一の電極が陰極として機能し、第二の電極が陽極として機能する場合もある。光電変換層14で生成されるキャリア(正孔・電子)は、電極間を移動し、正孔は陽極12へ、電子は陰極16へと到達する。なお、本発明においては主に正孔が流れる電極を陽極と呼び、主に電子が流れる電極を陰極と呼ぶ。また、タンデム構成をとる場合には電荷再結合層(中間電極)を用いることでタンデム構成を達成することができる。さらに、電極が透光性を有するものであるか否かという機能面から、透光性を有する電極を透明電極と呼び、透光性のない電極を対電極と呼び分ける場合もある。図1の形態の場合、通常、陽極は透光性のある透明電極であり、陰極は透光性のない対電極である。
[electrode]
The organic photoelectric conversion element of this embodiment essentially includes a first electrode and a second electrode. The first electrode and the second electrode each function as an anode or a cathode. In the present specification, “first” and “second” are terms for distinguishing functions as an anode or a cathode. Therefore, the first electrode may function as an anode and the second electrode may function as a cathode. Conversely, the first electrode may function as a cathode and the second electrode may function as an anode. is there. Carriers (holes / electrons) generated in the photoelectric conversion layer 14 move between the electrodes, and the holes reach the anode 12 and the electrons reach the cathode 16. In the present invention, an electrode through which holes mainly flow is called an anode, and an electrode through which electrons mainly flow is called a cathode. Moreover, when taking a tandem structure, a tandem structure can be achieved by using a charge recombination layer (intermediate electrode). Furthermore, from the functional aspect of whether or not the electrode has translucency, the translucent electrode is sometimes referred to as a transparent electrode, and the non-translucent electrode is sometimes referred to as a counter electrode. In the case of the form of FIG. 1, the anode is usually a transparent electrode having a light transmitting property, and the cathode is a counter electrode having no light transmitting property.

本形態の電極に使用される材料は、光電変換素子として駆動する限りにおいては特に制限はなく、本技術分野で使用されうる電極材料を適宜採用することができる。なかでも、陽極は陰極と比較して相対的に仕事関数が大きい材料から構成されることが好ましく、逆に陰極は陽極と比較して相対的に仕事関数が小さい材料から構成されることが好ましい。なお、電荷輸送層(正孔輸送層または電子輸送層)が存在する場合は、上記以外の形態であっても十分に光電変換素子として機能する。   The material used for the electrode of this embodiment is not particularly limited as long as it is driven as a photoelectric conversion element, and an electrode material that can be used in this technical field can be appropriately employed. Among them, the anode is preferably composed of a material having a relatively large work function compared to the cathode, and conversely, the cathode is preferably composed of a material having a relatively small work function compared to the anode. . Note that in the case where a charge transport layer (a hole transport layer or an electron transport layer) is present, it functions sufficiently as a photoelectric conversion element even in a form other than the above.

上述の図1に示す有機光電変換素子10において、陽極11は、相対的に仕事関数が大きく、透明な(好ましくは、380〜800nmの可視光に対して80%以上の透過率を有する)電極材料から構成されることが好ましい。一方、陰極12は、相対的に仕事関数が小さく(例えば、4eV以下)、通常、透光性の低い電極材料から構成されうる。   In the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 described above, the anode 11 has a relatively large work function and is transparent (preferably has a transmittance of 80% or more for visible light of 380 to 800 nm). It is preferable that it is comprised from a material. On the other hand, the cathode 12 has a relatively small work function (for example, 4 eV or less), and can usually be composed of an electrode material having low translucency.

このような、図1に示す有機光電変換素子10において、陽極(透明電極)に使用される電極材料としては、例えば、金、銀、白金等の金属;インジウムスズ酸化物(ITO)、SnO2、ZnO等の透明な導電性金属酸化物;金属ナノワイヤー、カーボンナノチューブ等の炭素材料等が挙げられる。また、陽極の電極材料として導電性高分子を用いることも可能である。陽極に使用されうる導電性高分子としては、例えば、PEDOT:PSS、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン、ポリナフタレンおよびこれらの誘導体等が挙げられる。これらの電極材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上の材料を混合して使用してもよい。また、これらの材料の形状も特に制限はなく、ナノ粒子、ナノワイヤー、極薄膜等の形状で使用されうる。さらに、各材料からなる層を2種以上積層させて電極を構成することも可能である。 In such an organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1, examples of electrode materials used for the anode (transparent electrode) include metals such as gold, silver, and platinum; indium tin oxide (ITO), SnO 2. And transparent conductive metal oxides such as ZnO; carbon materials such as metal nanowires and carbon nanotubes. It is also possible to use a conductive polymer as the anode electrode material. Examples of the conductive polymer that can be used for the anode include PEDOT: PSS, polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, and polyphenyl. Examples include acetylene, polydiacetylene, polynaphthalene, and derivatives thereof. These electrode materials may be used alone or as a mixture of two or more materials. Also, the shape of these materials is not particularly limited, and can be used in the form of nanoparticles, nanowires, ultrathin films and the like. Furthermore, it is also possible to constitute an electrode by laminating two or more layers made of each material.

一方、図1の有機光電変換素子において、陰極(対電極)に使用される電極材料としては、合金、電子伝導性化合物、およびこれらの混合物が使用されうる。具体的には、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。このうち、電子の取り出し性能や、酸化等に対する耐久性の観点から、仕事関数が低い第一の金属と、第一の金属よりも仕事関数が大きく安定な金属である第二の金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、リチウム/アルミニウム混合物や、安定な金属であるアルミニウム等を用いることが好ましい。また、これらの材料のうち金属を用いることも好ましく、これにより、第一の電極側から入射し光電変換層で吸収されずに透過した光を、第二の電極で反射させて光電変換に再利用することができ、光電変換効率を向上させることが可能である。また、これらの材料の形状も特に制限はなく、ナノ粒子、ナノワイヤー、極薄膜等の形状で使用されうる。さらに、各材料からなる層を2種以上積層させて電極を構成することも可能である。 On the other hand, in the organic photoelectric conversion element of FIG. 1, an alloy, an electron conductive compound, and a mixture thereof can be used as an electrode material used for the cathode (counter electrode). Specifically, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixture, indium, Examples include lithium / aluminum mixtures and rare earth metals. Of these, a mixture of a first metal having a low work function and a second metal, which is a metal having a larger work function and more stable than the first metal, from the viewpoint of electron extraction performance and durability against oxidation, etc. For example, it is preferable to use a magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, a magnesium / indium mixture, an aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixture, a lithium / aluminum mixture, aluminum which is a stable metal, or the like. In addition, it is also preferable to use a metal among these materials, so that light that is incident from the first electrode side and transmitted without being absorbed by the photoelectric conversion layer is reflected by the second electrode and is regenerated for photoelectric conversion. The photoelectric conversion efficiency can be improved. Also, the shape of these materials is not particularly limited, and can be used in the form of nanoparticles, nanowires, ultrathin films and the like. Furthermore, it is also possible to constitute an electrode by laminating two or more layers made of each material.

また、図2に示す有機光電変換素子では、光が入射する基板25側に陰極12が位置し、反対側に陽極11が位置する。したがって、図2に示す陽極11は、相対的に仕事関数が大きく、通常、透光性の低い電極材料から構成されることが好ましい。一方、陰極12は、相対的に仕事関数が小さく、透明な電極材料から構成される。   In the organic photoelectric conversion element shown in FIG. 2, the cathode 12 is located on the substrate 25 side where light enters, and the anode 11 is located on the opposite side. Therefore, the anode 11 shown in FIG. 2 is preferably composed of an electrode material having a relatively large work function and usually low translucency. On the other hand, the cathode 12 has a relatively small work function and is made of a transparent electrode material.

図2の有機光電変換素子において、陰極(透明電極)に使用される電極材料としては、例えば、金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム、スズ、亜鉛等の金属、金属化合物、および合金(具体的には、インジウムスズ酸化物(ITO)、SnO2、ZnO、IDIXO(In23−ZnO));カーボンナノ粒子、カーボンナノワイヤー、カーボンナノ構造体等の炭素材料;が挙げられる。これらの電極材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上の材料を混合して使用してもよい。また、これらの材料の形状も特に制限はなく、ナノ粒子、ナノワイヤー、極薄膜等の形状で使用されうる。さらに、各材料からなる層を2種以上積層させて電極を構成することも可能である。このうち、カーボンナノワイヤーを用いることにより、透明で導電性の高い陰極を塗布法により形成できるため好ましい。また、金属系の材料を使用する場合、陽極(対電極)と対向する側に、例えば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、またはこれらの合金(アルミニウム合金)、金属化合物(銀化合物)等を用いて、補助電極(グリッド電極、バスライン電極とも称される)を作製した後、上述の図1の有機光電変換素子の陽極(透明電極)材料として例示した導電性高分子の膜を設けることで、陰極(透明電極)とすることができる。このように補助電極を設けることにより、素子を大面積化した場合に起こる曲線因子(FF)の低減を抑えることができる。 In the organic photoelectric conversion element of FIG. 2, examples of the electrode material used for the cathode (transparent electrode) include metals such as gold, silver, copper, platinum, rhodium, ruthenium, aluminum, magnesium, indium, tin, and zinc, Metal compounds, and alloys (specifically, indium tin oxide (ITO), SnO 2 , ZnO, IDIXO (In 2 O 3 —ZnO)); carbon such as carbon nanoparticles, carbon nanowires, and carbon nanostructures Materials; These electrode materials may be used alone or as a mixture of two or more materials. Also, the shape of these materials is not particularly limited, and can be used in the form of nanoparticles, nanowires, ultrathin films and the like. Furthermore, it is also possible to constitute an electrode by laminating two or more layers made of each material. Among these, it is preferable to use carbon nanowires because a transparent and highly conductive cathode can be formed by a coating method. When using a metal-based material, on the side facing the anode (counter electrode), for example, gold, silver, copper, iron, nickel, chromium, aluminum, or an alloy thereof (aluminum alloy), metal compound ( After preparing an auxiliary electrode (also referred to as a grid electrode or a bus line electrode) using a silver compound) or the like, the conductive polymer exemplified as the anode (transparent electrode) material of the organic photoelectric conversion element in FIG. By providing this film, a cathode (transparent electrode) can be obtained. By providing the auxiliary electrode in this way, it is possible to suppress the reduction of the fill factor (FF) that occurs when the element has a large area.

補助電極の形状は特に制限はないが、例えば、導電部がストライプ状もしくはメッシュ状、またはランダムな網目状である。導電部がストライプ状またはメッシュ状の補助電極を形成する方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法が利用できる。例えば、基板全面に金属層を形成し、公知のフォトリソグラフィ法によって形成できる。具体的には、基板上に全面に、蒸着、スパッタ、めっき等の1もしくは2以上の物理的または化学的形成手法を用いて導電体層を形成する方法や、金属箔を接着剤で基板に積層した後、公知のフォトリソグラフィ法を用いてエッチングする方法等により、所望のストライプ状またはメッシュ状に加工できる。別の方法としては、金属微粒子を含有するインクをスクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、インクジェット方式等の各種印刷法により所望の形状に印刷する方法や、めっき可能な触媒インクを同様な各種印刷法で所望の形状に塗布した後、めっき処理する方法、さらに別な方法としては、銀塩写真技術を応用した方法も利用できる。こうした方法の中でも、金属微粒子を含有するインクを各種印刷法により所望の形状に印刷する方法は簡便な工程で製造できることから製造時にリークの原因となるような異物の巻き込みを低減でき、また、必要個所にしかインクを使用しないので液のロスが少ないことから最も好ましい。   The shape of the auxiliary electrode is not particularly limited, but for example, the conductive portion has a stripe shape, a mesh shape, or a random mesh shape. There are no particular limitations on the method of forming the stripe-shaped or mesh-shaped auxiliary electrode with the conductive portion, and a conventionally known method can be used. For example, a metal layer can be formed on the entire surface of the substrate and can be formed by a known photolithography method. Specifically, a method of forming a conductor layer on the entire surface of the substrate using one or more physical or chemical forming methods such as vapor deposition, sputtering, plating, etc., or a metal foil on the substrate with an adhesive After the lamination, it can be processed into a desired stripe shape or mesh shape by a method of etching using a known photolithography method. As another method, a method of printing an ink containing metal fine particles in a desired shape by various printing methods such as screen printing, flexographic printing, gravure printing, and an ink jet method, and various printing methods similar to plating catalyst ink As another method, a method of applying a silver salt photographic technique can be used after coating in a desired shape. Among these methods, the method of printing ink containing metal fine particles in a desired shape by various printing methods can be manufactured in a simple process, so that it is possible to reduce the entrainment of foreign matters that may cause leakage at the time of manufacture. Since the ink is used only at the portions, the liquid loss is small, which is most preferable.

一方、図2の有機光電変換素子において、陽極(対電極)に使用される電極材料としては、例えば、銀、ニッケル、モリブデン、金、白金、タングステン、および銅等が挙げられる。   On the other hand, in the organic photoelectric conversion element of FIG. 2, examples of the electrode material used for the anode (counter electrode) include silver, nickel, molybdenum, gold, platinum, tungsten, and copper.

第一の電極および第二の電極のシート抵抗は、特に制限はないが、数百Ω/□以下が好ましく、50Ω/□以下がより好ましく、15Ω/□以下がさらに好ましい。また、それぞれの電極の膜厚も特に制限はなく、材料によって異なるが、通常10〜1000nmであり、好ましくは100〜200nmであり、光の透過率または抵抗の観点から当業者により適宜設定されうる。   The sheet resistance of the first electrode and the second electrode is not particularly limited, but is preferably several hundred Ω / □ or less, more preferably 50Ω / □ or less, and further preferably 15Ω / □ or less. Also, the thickness of each electrode is not particularly limited and varies depending on the material, but is usually 10 to 1000 nm, preferably 100 to 200 nm, and can be appropriately set by those skilled in the art from the viewpoint of light transmittance or resistance. .

また、補助電極を有する場合のシート抵抗は、10Ω/□以下であることが好ましく、0.01〜8Ω/□であることがより好ましい。この場合、シート抵抗は補助電極の形状(線幅、高さ、ピッチ、形状)によって決まり、補助電極よりも抵抗の高い材料を使用する場合であっても窓部の抵抗影響はほとんど受けない。   Further, the sheet resistance when the auxiliary electrode is provided is preferably 10Ω / □ or less, and more preferably 0.01 to 8Ω / □. In this case, the sheet resistance is determined by the shape (line width, height, pitch, shape) of the auxiliary electrode, and even if a material having higher resistance than the auxiliary electrode is used, the resistance of the window portion is hardly affected.

[光電変換層]
(n型有機半導体およびp型有機半導体)
光電変換層は、光起電力効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有する。これらの光電変換材料に光が吸収されると、励起子が発生し、これがpn接合界面において、正孔と電子とに電荷分離される。
[Photoelectric conversion layer]
(N-type organic semiconductor and p-type organic semiconductor)
The photoelectric conversion layer has a function of converting light energy into electric energy using the photovoltaic effect. When light is absorbed by these photoelectric conversion materials, excitons are generated, which are separated into holes and electrons at the pn junction interface.

本形態の光電変換層に使用されるp型有機半導体は、ドナー性(電子供与性)の有機化合物であれば特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。このような化合物のうち縮合多環芳香族低分子化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、へプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンジチオテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、およびこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。   The p-type organic semiconductor used for the photoelectric conversion layer of this embodiment is not particularly limited as long as it is a donor (electron donating) organic compound, and materials that can be used in this technical field can be appropriately adopted. Among such compounds, as the condensed polycyclic aromatic low molecular weight compound, for example, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, Compounds such as circumanthracene, bisanthene, bisanthene, heptazethrene, pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, anthradithiophene, porphyrin, copper phthalocyanine, tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, Examples include bisethylenedithiotetrathiafulvalene (BEDTTTF) -perchloric acid complex, and derivatives and precursors thereof.

また上記の縮合多環を有する誘導体の例としては、国際公開第03/16599号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol127.No14.4986、J.Amer.Chem.Soc.,vol.123、p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008)、No.9、2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物等が挙げられる。   Examples of the derivative having the above-mentioned condensed polycycle include WO 03/16599 pamphlet, WO 03/28125 pamphlet, US Pat. No. 6,690,029, JP 2004-107216 A. A pentacene derivative having a substituent described in JP-A No. 2003-136964, a pentacene precursor described in US Patent Application Publication No. 2003/136964, and the like; Amer. Chem. Soc. , Vol127. No. 14.4986, J. MoI. Amer. Chem. Soc. , Vol. 123, p9482; Amer. Chem. Soc. , Vol. 130 (2008), no. 9, acene-based compounds substituted with a trialkylsilylethynyl group described in 2706 and the like.

共役系ポリマーとしては、例えば、ポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)等のポリチオフェンおよびそのオリゴマー、またはTechnical Digest of the International PVSEC−17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Nature Material,(2006)vol.5,p328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、WO2008000664に記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv Mater,2007p4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体,Nature Mat.vol.6(2007),p497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、Adv.Mater.,vol.19,(2007)p2295に記載のポリチオフェン−カルバゾール−ベンゾチアジアゾール共重合体(PCDTBT)、Macromolecules 2009,42,p1610−1618に記載のビニル基置換ポリヘキシルチオフェン(P3HNT)、ポリピロールおよびそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレンおよびそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレンおよびそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレンおよびそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー等のポリマー材料が挙げられる。   As the conjugated polymer, for example, a polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and its oligomer, or a polymerizable group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Polythiophene, Nature Material, (2006) vol. 5, p328, a polythiophene-thienothiophene copolymer described in WO2008000664, a polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO2008000664, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer described in Adv Mater, 2007p4160, Nature Mat. vol. 6 (2007), p497, a polythiophene copolymer such as PCPDTBT, Adv. Mater. , Vol. 19, (2007) p2295 polythiophene-carbazole-benzothiadiazole copolymer (PCDTBT), Macromolecules 2009, 42, p1610-1618 vinyl group-substituted polyhexylthiophene (P3HNT), polypyrrole and its oligomer, polyaniline, Polymer materials such as polyphenylene and oligomers thereof, polyphenylene vinylene and oligomers thereof, polythienylene vinylene and oligomers thereof, σ-conjugated polymers such as polyacetylene, polydiacetylene, polysilane, and polygermane.

また、ポリマー材料ではなくオリゴマー材料としては、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。   In addition, oligomeric materials instead of polymer materials include thiophene hexamer α-sexual thiophene α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3 Oligomers such as -butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.

これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、かつ乾燥後は結晶性薄膜を形成し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。より好ましくは、後述のn型有機半導体材料であるフラーレン誘導体と適度な相溶性を有するような化合物(適度な相分離構造形成し得る化合物)であることが好ましい。   Among these compounds, compounds that have high solubility in organic solvents to the extent that solution processing is possible, can form a crystalline thin film after drying, and can achieve high mobility are preferable. More preferably, it is a compound (a compound capable of forming an appropriate phase separation structure) having appropriate compatibility with a fullerene derivative which is an n-type organic semiconductor material described later.

またバルクへテロジャンクション層上にさらに溶液プロセスで電子輸送層や正孔ブロック層を形成する際には、一度塗布した層の上にさらに塗布することができれば、容易に積層することができるが、通常溶解性のよい材料からなる層の上にさらに層を溶液プロセスによって積層使用とすると、下地の層を溶かしてしまうために積層することができないという課題を有していた。したがって、溶液プロセスで塗布した後に不溶化できるような材料が好ましい。   In addition, when forming an electron transport layer or a hole blocking layer by a solution process on the bulk heterojunction layer, if it can be further applied on the layer once applied, it can be easily laminated, When a layer is further laminated by a solution process on a layer made of a material that usually has good solubility, there is a problem that the layer cannot be laminated because the underlying layer is dissolved. Therefore, a material that can be insolubilized after application by a solution process is preferable.

このような材料としては、Technical Digest of the International PVSEC−17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェンのような、塗布後に塗布膜を重合架橋して不溶化できる材料、または米国特許出願公開第2003/136964号、および特開2008−16834等に記載されているような、熱等のエネルギーを加えることによって可溶性置換基が反応して不溶化する(顔料化する)材料等を挙げることができる。   Examples of such a material include materials that can be insolubilized by polymerizing and crosslinking the coating film after coating, such as polythiophene having a polymerizable group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Or a material in which soluble substituents react and become insoluble (pigmented) by applying energy such as heat, as described in US Patent Application Publication No. 2003/136964, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-16834 Etc.

一方、本形態の光電変換層に使用されるn型有機半導体も、アクセプター性(電子受容性)の有機化合物であれば特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。このような化合物としては、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、オクタアザポルフィリン等、上記p型有機半導体の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体(例えば、パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、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無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む高分子化合物等が挙げられる。   On the other hand, the n-type organic semiconductor used for the photoelectric conversion layer of this embodiment is not particularly limited as long as it is an acceptor (electron-accepting) organic compound, and a material that can be used in this technical field may be appropriately adopted. it can. Such compounds include, for example, fullerenes, carbon nanotubes, octaazaporphyrins, and the like perfluoro compounds in which the hydrogen atoms of the p-type organic semiconductor are substituted with fluorine atoms (for example, perfluoropentacene and perfluorophthalocyanine), naphthalene, etc. Examples thereof include aromatic carboxylic acid anhydrides such as tetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, and perylenetetracarboxylic acid diimide, and polymer compounds containing the imidized product thereof as a skeleton.

このうち、p型有機半導体と高速(〜50fs)かつ効率的に電荷分離を行うことができるという観点から、フラーレンもしくはカーボンナノチューブまたはこれらの誘導体を用いることが好ましい。より具体的には、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン(円錐型)等、およびこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、置換されたまたは非置換の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基等によって置換されたフラーレン誘導体が挙げられる。   Of these, fullerenes, carbon nanotubes, or derivatives thereof are preferably used from the viewpoint that charge separation can be efficiently performed with a p-type organic semiconductor at high speed (up to 50 fs). More specifically, fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotube, multi-walled carbon nanotube, single-walled carbon nanotube, carbon nanohorn (conical type), etc. , And some of these are hydrogen atoms, halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, iodine atoms), substituted or unsubstituted alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, aryl groups, heteroaryl groups, And a fullerene derivative substituted with a cycloalkyl group, a silyl group, an ether group, a thioether group, an amino group, or the like.

特に、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PCBM)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nブチルエステル(PCBnB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−イソブチルエステル(PCBiB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nヘキシルエステル(PCBH)、[6,6]−フェニルC71−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PC71BM)、Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116に記載のbis−PCBM、特開2006−199674号公報に記載のアミノ化フラーレン、特開2008−130889号公報に記載のメタロセン化フラーレン、米国特許第7,329,709号明細書に記載の環状エーテル基を有するフラーレン等のような、置換基により溶解性が向上されてなるフラーレン誘導体を用いることが好ましい。なお、本形態において、n型有機半導体は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用しても構わない。   In particular, [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (abbreviation PCBM), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-nbutyl ester (PCBnB), [6,6] -phenyl C61- Butyric acid-isobutyl ester (PCBiB), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-n hexyl ester (PCBH), [6,6] -phenyl C71-butyric acid methyl ester (abbreviation PC71BM), Adv . Mater. , Vol. 20 (2008), p2116, aminated fullerene described in JP-A 2006-199674, metallocene fullerene described in JP-A 2008-130889, US Pat. No. 7,329,709 It is preferable to use a fullerene derivative whose solubility is improved by a substituent such as fullerene having a cyclic ether group described in the specification. In this embodiment, the n-type organic semiconductor may be used alone or in combination of two or more.

本形態の光電変換層における、p型有機半導体およびn型有機半導体の接合形態は、特に制限はなく、平面へテロ接合であってもよいし、バルクへテロ接合(バルクヘテロジャンクション)であってもよい。平面ヘテロ接合とは、p型有機半導体を含むp型有機半導体層と、n型有機半導体を含むn型有機半導体層とが積層され、これら2つの層が接触する面がpn接合界面となる接合形態である。一方、バルクヘテロジャンクションとは、p型有機半導体とn型有機半導体との混合物を塗布することにより形成され、この単一の層中において、p型有機半導体のドメインとn型有機半導体のドメインとがミクロ相分離構造をとっている。したがって、バルクヘテロジャンクションでは、平面へテロ接合と比較して、pn接合界面が層全体にわたって数多く存在することになる。よって、光吸収により生成した励起子の多くがpn接合界面に到達できることになり、電荷分離に至る効率を高めることができる。このような理由から、本形態の光電変換層における、p型有機半導体とn型有機半導体との接合は、バルクヘテロジャンクションであることが好ましい。   There is no particular limitation on the junction form of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer of this embodiment, and it may be a planar heterojunction or a bulk heterojunction (bulk heterojunction). Good. A planar heterojunction is a junction in which a p-type organic semiconductor layer containing a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor layer containing an n-type organic semiconductor are stacked, and the surface where these two layers contact is the pn junction interface. It is a form. On the other hand, a bulk heterojunction is formed by applying a mixture of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor. In this single layer, a domain of the p-type organic semiconductor and a domain of the n-type organic semiconductor are formed. It has a microphase separation structure. Therefore, in a bulk heterojunction, many pn junction interfaces exist throughout the layer as compared to a planar heterojunction. Therefore, most of the excitons generated by light absorption can reach the pn junction interface, and the efficiency leading to charge separation can be increased. For these reasons, the junction between the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer of this embodiment is preferably a bulk heterojunction.

また、バルクヘテロジャンクション層は、通常の、p型有機半導体材料とn型有機半導体層が混合されてなる単一の層(i層)からなる場合の他に、当該i層がp型有機半導体からなるp層およびn型有機半導体からなるn層により挟持されてなる3層構造(p−i−n構造)を有する場合がある。このようなp−i−n構造は、正孔および電子の整流性がより高くなり、電荷分離した正孔・電子の再結合等によるロスが低減され、一層高い光電変換効率を得ることができる。   The bulk heterojunction layer is formed of a single layer (i layer) in which a normal p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor layer are mixed, and the i layer is made of a p-type organic semiconductor. In some cases, it has a three-layer structure (p-i-n structure) sandwiched between a p layer and an n layer made of an n-type organic semiconductor. Such a pin structure has higher rectification of holes and electrons, reduces loss due to recombination of charge-separated holes and electrons, and can achieve higher photoelectric conversion efficiency. .

本発明において、光電変換層に含まれるp型有機半導体とn型有機半導体との混合比は、質量比で2:8〜8:2の範囲が好ましく、より好ましくは4:6〜6:4の範囲である。   In the present invention, the mixing ratio of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor contained in the photoelectric conversion layer is preferably in the range of 2: 8 to 8: 2, more preferably 4: 6 to 6: 4. Range.

(ポリアルキレンイミン)
本形態の有機光電変換素子は、光電変換層および後述の正孔輸送層の少なくとも一方にポリアルキレンイミンを必須に含む点に特徴を有する。以下、光電変換層にポリアルキレンイミンが含まれる実施形態について説明する。
(Polyalkyleneimine)
The organic photoelectric conversion element of this embodiment is characterized in that polyalkyleneimine is essential in at least one of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer described later. Hereinafter, an embodiment in which a polyalkyleneimine is contained in the photoelectric conversion layer will be described.

本発明において、ポリアルキレンイミンとは、アミノアルキレン基を繰り返し単位として有する直鎖状または分岐鎖状の重合体を意味する。なお、本明細書では二量体、三量体等のオリゴマーもポリアルキレンイミンに含むものとする。本形態で使用されるポリアルキレンイミンの一例として、アミノエチレン基を繰り返し単位とする分岐鎖状の重合体であるポリエチレンイミンを下記化学式1に示す。   In the present invention, the polyalkyleneimine means a linear or branched polymer having an aminoalkylene group as a repeating unit. In this specification, oligomers such as dimers and trimers are also included in the polyalkyleneimine. As an example of the polyalkyleneimine used in this embodiment, polyethyleneimine which is a branched polymer having an aminoethylene group as a repeating unit is represented by the following chemical formula 1.

上記化学式1に示すポリエチレンイミンは、第1級アミノ基(NH2−CH2CH2−)、第2級アミノ基(NH−(CH2CH2−)2)、第3級アミノ基(N−(CH2CH2−)3)を含む。このうち、第1級アミノ基は鎖の末端を構成し、第3級アミノ基は鎖の分岐点を構成している。 The polyethyleneimine represented by the chemical formula 1 includes a primary amino group (NH 2 —CH 2 CH 2 —), a secondary amino group (NH— (CH 2 CH 2 —) 2 ), a tertiary amino group (N - including 3) - (CH 2 CH 2 ). Of these, the primary amino group constitutes the end of the chain, and the tertiary amino group constitutes the branching point of the chain.

本形態のポリアルキレンイミンは、上述のようにアミノアルキレン基を繰り返し単位として有する重合体である限りにおいて、特に制限はない。当該アミノアルキレン基に含まれるアルキレン基としては、例えば、メチレン基(−CH2−)、エチレン基(−CH2CH2−)、トリメチレン基(−CH2CH2CH2−)、プロピレン基(−CH(CH3)CH2−)、テトラメチレン基(−CH2CH2CH2CH2−)、1,2−ジメチルエチレン基(−CH(CH3)CH(CH3)−)等が挙げられる。このうち、合成の容易さ・入手し易さの観点、または塗布液への相溶性の観点から、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基が好ましく、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基がさらに好ましい。なお、末端の構造は特に制限はないが、通常、第1級アミノ基(−NH2)またはアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基等)でありうる。 The polyalkyleneimine of this embodiment is not particularly limited as long as it is a polymer having an aminoalkylene group as a repeating unit as described above. Examples of the alkylene group contained in the aminoalkylene group include a methylene group (—CH 2 —), an ethylene group (—CH 2 CH 2 —), a trimethylene group (—CH 2 CH 2 CH 2 —), a propylene group ( —CH (CH 3 ) CH 2 —), tetramethylene group (—CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 —), 1,2-dimethylethylene group (—CH (CH 3 ) CH (CH 3 ) —), etc. Can be mentioned. Among these, ethylene group, trimethylene group, and propylene group are preferable, and ethylene group, trimethylene group, and propylene group are more preferable from the viewpoint of easy synthesis and availability or compatibility with the coating solution. The terminal structure is not particularly limited, but is usually a primary amino group (—NH 2 ) or an alkyl group (eg, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, etc.) It can be.

本形態のポリアルキレンイミンは、直鎖状(すなわち、第3級アミノ基を含まない)であっても分岐鎖状であってもよいが、反応性向上の観点から分岐鎖状のポリアルキレンイミンであることが好ましい。また、ポリアルキレンイミンが分岐鎖状の場合の分岐構造も特に制限はなく、網目型の構造であってもよいし、デンドリマー型の構造であってもよい。分岐鎖状のポリアルキレンイミンである場合の第1級アミノ基、第2級アミノ基、および第3級アミノ基のそれぞれの含有割合は特に制限はないが、第1級アミノ基の含有割合は、カチオン密度の上昇により反応性を向上させる観点から、全アミノ基100モル%に対して、5〜60モル%であることが好ましく、20〜50%であることがより好ましく、30〜45%であることがさらに好ましい。また、重合体のネットワークを良好に形成させる観点から、全アミノ基100モル%に対して、第2級アミノ基の含有割合は25〜55モル%であることが好ましく、30〜45%であることがより好ましく、第3級アミノ基の含有割合は15〜45モル%であることが好ましく、15〜35%であることがより好ましい。なお、本明細書において、ポリアルキレンイミンの第1級アミノ基、第2級アミノ基、および第3級アミノ基の含有割合は、後述の実施例に記載の方法により求める値を採用する。   The polyalkyleneimine of this form may be linear (that is, not containing a tertiary amino group) or branched, but from the viewpoint of improving reactivity, branched polyalkyleneimine It is preferable that Further, the branched structure when the polyalkyleneimine is branched is not particularly limited, and may be a network structure or a dendrimer structure. The content ratio of the primary amino group, secondary amino group, and tertiary amino group in the case of the branched polyalkyleneimine is not particularly limited, but the content ratio of the primary amino group is From the viewpoint of improving the reactivity by increasing the cation density, it is preferably 5 to 60 mol%, more preferably 20 to 50%, more preferably 30 to 45% with respect to 100 mol% of all amino groups. More preferably. Further, from the viewpoint of satisfactorily forming a polymer network, the content ratio of secondary amino groups is preferably 25 to 55 mol%, and preferably 30 to 45% with respect to 100 mol% of all amino groups. More preferably, the content ratio of the tertiary amino group is preferably 15 to 45 mol%, more preferably 15 to 35%. In addition, in this specification, the value calculated | required by the method as described in the below-mentioned Example is employ | adopted for the content rate of the primary amino group of a polyalkylene imine, a secondary amino group, and a tertiary amino group.

ポリアルキレンイミンのアミン価(第1アミノ基、第2級アミノ基、および第3級アミノ基の総量を示すもので、試料1gを中和するのに要する塩酸に当量の水酸化カリウムのmg数で表わす)は、通常2〜40mmol/gであり、好ましくは10〜30mmol/gである。アミン価が2mmol/g以上であると、拡散物質との反応性が得られ、40mmol/g以下であると、塗布液の粘度上昇を抑制できる。本明細書において、ポリアルキレンイミンのアミン価の測定方法は以下の通りである。試料約1gを精秤し(試料量:Sg)、トルエン20mlを加えて溶解し、イソプロピルアルコール20mlおよびブロムフェノールブルー溶液を数滴加えて、1/10N塩酸イソプロピルアルコール溶液(力価:f)で滴定し、終点までの滴定量を読み取る。(滴定量:A[ml])この滴定量から下記の式1によりアミン価を算出する。   Amine number of polyalkyleneimine (indicating the total amount of primary amino group, secondary amino group, and tertiary amino group, mg number of potassium hydroxide equivalent to hydrochloric acid required to neutralize 1 g of sample) Is usually 2 to 40 mmol / g, preferably 10 to 30 mmol / g. When the amine value is 2 mmol / g or more, reactivity with the diffusing substance is obtained, and when it is 40 mmol / g or less, an increase in the viscosity of the coating solution can be suppressed. In the present specification, the method for measuring the amine value of polyalkyleneimine is as follows. About 1 g of sample is precisely weighed (sample amount: Sg), 20 ml of toluene is added to dissolve, and 20 ml of isopropyl alcohol and a few drops of bromophenol blue solution are added, and 1/10 N isopropyl alcohol solution (titer: f) is added. Titration and read titration to end point. (Titration: A [ml]) From this titration, the amine value is calculated by the following formula 1.

本発明において好ましく用いることが出来るポリアルキレンイミンの分子量は、本発明の効果が発揮される限りにおいて特に制限はないが、通常は数平均分子量で100〜50000であり、好ましくは300〜10000、更に好ましくは500〜5000程度が好ましい。数平均分子量はGPC(例えばTOSOH社製HLC−8220など)によって測定された値からポリスチレン換算により評価することができる。   The molecular weight of the polyalkyleneimine that can be preferably used in the present invention is not particularly limited as long as the effect of the present invention is exhibited, but is usually 100 to 50,000 in terms of number average molecular weight, preferably 300 to 10,000, Preferably about 500-5000 is preferable. The number average molecular weight can be evaluated by polystyrene conversion from the value measured by GPC (for example, HLC-8220 manufactured by TOSOH).

本形態で使用されるポリアルキレンイミンは、市販されているものを使用してもよいし、合成により得たものを使用しても構わない。合成によりポリアルキレンイミンを調製する場合、特公昭49−33120号公報に記載の方法等により合成することができる。具体的には、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、モノエタノールアミン等を原料に、塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸等の酸触媒下にアルキレンイミンを反応させ、ポリアルキレンイミンを得ることができる。また、市販品としては、例えば直鎖状のポリエチレンイミンは和光純薬工業製、関東化学社製等から入手可能である。また、例えば分岐状のポリエチレンイミンは日本触媒社製のエポミン(登録商標)SP−003、SP−006、SP−012、SP−018、SP−200、P−1000等を使用することができる。   The polyalkyleneimine used in this embodiment may be a commercially available product or a product obtained by synthesis. When polyalkyleneimine is prepared by synthesis, it can be synthesized by the method described in JP-B-49-33120. Specifically, polyalkyleneimine can be obtained by reacting alkyleneimine with ethylenediamine, diethylenetriamine, monoethanolamine or the like as a raw material in the presence of an acid catalyst such as hydrochloric acid, sulfuric acid or p-toluenesulfonic acid. Moreover, as a commercial item, for example, linear polyethyleneimine is available from Wako Pure Chemical Industries, Kanto Chemical Co., Ltd., etc. For example, Epomin (registered trademark) SP-003, SP-006, SP-012, SP-018, SP-200, P-1000, etc. manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. can be used as the branched polyethyleneimine.

本形態で使用されるポリアルキレンイミンは、光電変換層または正孔輸送層を形成する際の塗布液への溶解性を高めるため、第1級アミノ基または第2級アミノ基の一部が変性されたものであってもよい。具体的には、下記一般式1〜7で表される基からなる群から選択される少なくとも1種が窒素原子の少なくとも一部と結合してなる変性ポリアルキレンイミン等を好ましく用いることができる。   The polyalkyleneimine used in this embodiment is partially modified with a primary amino group or a secondary amino group in order to improve the solubility in a coating solution when forming a photoelectric conversion layer or a hole transport layer. It may be what was done. Specifically, a modified polyalkyleneimine formed by bonding at least one selected from the group consisting of groups represented by the following general formulas 1 to 7 to at least a part of a nitrogen atom can be preferably used.

式中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜4の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す。当該一般式1で表される基により変性されてなるポリアルキレンイミンは、ポリアルキレンイミンを対応するエポキシドと反応させることにより得られる。 In the formula, R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The polyalkyleneimine modified by the group represented by the general formula 1 can be obtained by reacting the polyalkyleneimine with a corresponding epoxide.

式中、R5は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す。当該一般式2で表される基により変性されてなるポリアルキレンイミンは、ポリアルキレンイミンを対応するイソシアネートと反応させることにより得られる。 In the formula, each R 5 independently represents a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms. The polyalkyleneimine modified by the group represented by the general formula 2 can be obtained by reacting the polyalkyleneimine with a corresponding isocyanate.

式中、R6およびR7は、それぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す。当該一般式3で表される基により変性されてなるポリアルキレンイミンは、ポリアルキレンイミンを対応するアルデヒドまたはケトンと反応させることにより得られる。 In the formula, R 6 and R 7 each independently represent a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms. The polyalkyleneimine modified by the group represented by the general formula 3 can be obtained by reacting the polyalkyleneimine with a corresponding aldehyde or ketone.

式中、R8〜R11は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜4の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す。当該一般式4で表される基により変性されてなるポリアルキレンイミンは、ポリアルキレンイミンを対応するアルケンと反応させることにより得られる。 In formula, R < 8 > -R < 11 > represents a hydrogen atom and a C1-C4 linear or branched alkyl group each independently. The polyalkyleneimine modified by the group represented by the general formula 4 can be obtained by reacting the polyalkyleneimine with a corresponding alkene.

式中、R12は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す。当該一般式5で表される基により変性されてなるポリアルキレンイミンは、ポリアルキレンイミンを対応するハロゲン化アルキルと反応させることにより得られる。 In the formula, each R 12 independently represents a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms. The polyalkyleneimine modified by the group represented by the general formula 5 can be obtained by reacting the polyalkyleneimine with a corresponding alkyl halide.

式中、R13は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す。当該一般式6で表される基により変性されてなるポリアルキレンイミンは、ポリアルキレンイミンを対応するカルボン酸等と反応させることにより得られる。 In the formula, each R 13 independently represents a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms. The polyalkyleneimine modified by the group represented by the general formula 6 can be obtained by reacting the polyalkyleneimine with a corresponding carboxylic acid or the like.

式中、R14は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基を表す。当該一般式7で表される基により変性されてなるポリアルキレンイミンは、ポリアルキレンイミンを対応するカルボン酸無水物等と反応させることにより得られる。 In the formula, each R 14 independently represents a linear or branched alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, an arylene group, or a heteroarylene group. The polyalkyleneimine modified by the group represented by the general formula 7 can be obtained by reacting the polyalkyleneimine with a corresponding carboxylic acid anhydride or the like.

上記変性ポリアルキレンイミンの変性率(変性前の第1級アミノ基および第2級アミノ基総数に対する、変性後の上記置換基が付加されてなるアミノ基の割合)は、好ましくは10%〜90%であり、より好ましくは15%〜70%であり、さらに好ましくは20%〜50%である。変性率が10%以上あれば、塗布液に溶解させるのに十分な溶解性を確保することができる。一方、変性率が90%以下であれば、活性なアミノ基(第1級アミノ基および第2級アミノ基)を含むため本発明の効果をより一層顕著に発揮させることができる。なお、本明細書において、変性率は、13C−NMR測定により算出することができる。 The modification rate of the modified polyalkyleneimine (ratio of amino groups formed by adding the substituents after modification to the total number of primary amino groups and secondary amino groups before modification) is preferably 10% to 90%. %, More preferably 15% to 70%, and still more preferably 20% to 50%. If the modification rate is 10% or more, sufficient solubility to be dissolved in the coating solution can be ensured. On the other hand, when the modification rate is 90% or less, since the active amino group (primary amino group and secondary amino group) is contained, the effect of the present invention can be exhibited more remarkably. In the present specification, the modification rate can be calculated by 13 C-NMR measurement.

本形態のポリアルキレンイミンは、アミノアルキレンユニットのみからなるホモポリマーであってもよいし、2種以上のアミノアルキレンユニットを含む共重合体(ヘテロポリマー)であってもよい。また、アミノアルキレンユニット以外の他のユニットを含む共重合体であってもよい。他のユニットは、本発明の作用効果を著しく低減させない限りにおいては特に制限はなく、例えば、ポリエステル化合物ユニット、アクリル化合物ユニット、ポリウレタン化合物ユニット、アクリルウレタン化合物ユニット、ポリカーボネート化合物ユニット、セルロース化合物ユニット、ポリビニルアセタール化合物ユニット、ポリビニルアルコール化合物ユニット等を挙げることができる。なお、本発明において、共重合体とは、ランダム共重合体、ブロック共重合体のいずれであってもよく、好ましくは、ブロック共重合体である。これらの他のユニットの含有割合は塗布溶媒や溶質との相溶性の観点で選択することができ、アミノアルキレンユニットの総数100モル%に対して、50モル%以下であることが好ましく、20モル%以下であることがより好ましい。   The polyalkyleneimine of this form may be a homopolymer consisting only of aminoalkylene units or a copolymer (heteropolymer) containing two or more aminoalkylene units. Moreover, the copolymer containing other units other than an amino alkylene unit may be sufficient. Other units are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly reduced. For example, polyester compound units, acrylic compound units, polyurethane compound units, acrylic urethane compound units, polycarbonate compound units, cellulose compound units, polyvinyl compounds. Examples include acetal compound units and polyvinyl alcohol compound units. In the present invention, the copolymer may be either a random copolymer or a block copolymer, and is preferably a block copolymer. The content ratio of these other units can be selected from the viewpoint of compatibility with the coating solvent and the solute, and is preferably 50 mol% or less with respect to the total number of amino alkylene units of 100 mol%, and 20 mol. % Or less is more preferable.

なお、光電変換層1層に含まれるポリアルキレンイミンは、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が組み合わされて使用されてもよい。また、2種以上のポリアルキレンイミンが含まれていてもよい。また、上述の図3のタンデム型の有機光電変換素子のように光電変換層を2以上含む場合は、1の光電変換層のみにポリアルキレンイミンが含まれていてもよいし、2以上の光電変換層にポリアルキレンイミンが含まれていてもよい。このうち、本発明の作用効果をより一層顕著に発揮させる観点から、全ての光電変換層にポリアルキレンイミンが含まれている形態が最も好ましい。また、2以上の光電変換層にポリアルキレンイミンが含まれる形態において、それぞれの光電変換層に含まれるポリアルキレンイミンは、互いに同一のものであってもよいし、異なるものであってもよい。   In addition, only one type of polyalkyleneimine contained in one photoelectric conversion layer may be used alone, or two or more types may be used in combination. Moreover, 2 or more types of polyalkyleneimines may be contained. Further, when two or more photoelectric conversion layers are included as in the tandem organic photoelectric conversion element of FIG. 3 described above, only one photoelectric conversion layer may contain polyalkyleneimine, or two or more photoelectric conversion layers may be included. The conversion layer may contain polyalkyleneimine. Among these, from the viewpoint of more remarkably exerting the function and effect of the present invention, a form in which polyalkyleneimine is contained in all the photoelectric conversion layers is most preferable. Moreover, in the form in which the polyalkyleneimine is contained in two or more photoelectric conversion layers, the polyalkyleneimines contained in the respective photoelectric conversion layers may be the same as or different from each other.

また、光電変換層1層の膜厚は、好ましくは50〜400nmであり、より好ましくは80〜300nmであり、特に好ましくは100〜200nmである。一般に、より多くの光を吸収させる観点から、光電変換層の膜厚は大きい方が好ましいが、膜厚が大きくなるとキャリア(正孔・電子)の取り出し効率が低下するために光電変換効率が低下する傾向がある。   Moreover, the film thickness of one photoelectric conversion layer is preferably 50 to 400 nm, more preferably 80 to 300 nm, and particularly preferably 100 to 200 nm. In general, from the viewpoint of absorbing more light, it is preferable that the thickness of the photoelectric conversion layer is larger. However, as the film thickness increases, the extraction efficiency of carriers (holes / electrons) decreases, so the photoelectric conversion efficiency decreases. Tend to.

本形態において、光電変換層1層分に含まれるポリアルキレンイミンの含有量は、抗伝変換層膜の固形分100質量%に対して、0.1〜10質量%であることが好ましく、1〜5質量%であることがより好ましい。ポリアルキレンイミンの含有量が0.1質量%以上であると、所望の耐久性および光電変換効率を得ることができる。一方、ポリアルキレンイミンの含有量が10質量%以下であると素子効率の低下が起きず好ましい。   In this embodiment, the content of the polyalkyleneimine contained in one photoelectric conversion layer is preferably 0.1 to 10% by mass with respect to 100% by mass of the solid content of the anti-conductivity conversion layer film. More preferably, it is -5 mass%. When the polyalkyleneimine content is 0.1% by mass or more, desired durability and photoelectric conversion efficiency can be obtained. On the other hand, when the content of the polyalkyleneimine is 10% by mass or less, the device efficiency is not lowered, which is preferable.

[基板]
基板側から光電変換される光が入射する場合、基板はこの光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材であることが好ましい。ここで「透明」とは、380〜800nmの可視光に対して80%以上の透過率を示すことを意味する。基板は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が好適に挙げられるが、軽量性と柔軟性の観点から透明樹脂フィルムを用いることが望ましい。
[substrate]
When light that is photoelectrically converted enters from the substrate side, the substrate is preferably a member that can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, a member that is transparent to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. Here, “transparent” means that the transmittance is 80% or more with respect to visible light of 380 to 800 nm. As the substrate, for example, a glass substrate, a resin substrate and the like are preferably mentioned, but it is desirable to use a transparent resin film from the viewpoint of light weight and flexibility.

本発明で透明基板として好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限がなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができるが、可視域の波長(380〜800nm)における透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本発明に係る透明樹脂フィルムに好ましく適用することができる。なかでも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度およびコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリカーボネートフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであることがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in the transparent resin film which can be preferably used as a transparent substrate by this invention, The material, a shape, a structure, thickness, etc. can be suitably selected from well-known things. For example, polyolefins such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyester resin film such as modified polyester, polyethylene (PE) resin film, polypropylene (PP) resin film, polystyrene resin film, cyclic olefin resin, etc. Resin films, vinyl resin films such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, polyether ether ketone (PEEK) resin films, polysulfone (PSF) resin films, polyether sulfone (PES) resin films, polycarbonate (PC) resin films , Polyamide resin film, polyimide resin film, acrylic resin film, triacetyl cellulose (TAC) resin film, and the like. If the resin film transmittance of 80% or more in from zero to eight hundred nanomolar), can be preferably applied to a transparent resin film according to the present invention. Among these, from the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost, it is preferably a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film, a polyethersulfone film, or a polycarbonate film. More preferred are a stretched polyethylene terephthalate film and a biaxially stretched polyethylene naphthalate film.

本発明に用いられる透明基板には、塗布液の濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理や易接着層については従来公知の技術を使用できる。例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。   The transparent substrate used in the present invention can be subjected to a surface treatment or an easy adhesion layer in order to ensure the wettability and adhesiveness of the coating solution. A conventionally well-known technique can be used about a surface treatment or an easily bonding layer. For example, the surface treatment includes surface activation treatment such as corona discharge treatment, flame treatment, ultraviolet treatment, high frequency treatment, glow discharge treatment, active plasma treatment, and laser treatment. Examples of the easy adhesion layer include polyester, polyamide, polyurethane, vinyl copolymer, butadiene copolymer, acrylic copolymer, vinylidene copolymer, and epoxy copolymer.

また、酸素および水蒸気の透過を抑制する目的で、透明基板にはバリアコート層が予め形成されていてもよいし、透明導電層を転写する反対側にはハードコート層が予め形成されていてもよい。   For the purpose of suppressing the permeation of oxygen and water vapor, a barrier coat layer may be formed in advance on the transparent substrate, or a hard coat layer may be formed in advance on the opposite side to which the transparent conductive layer is transferred. Good.

[正孔輸送層]
本形態の有機光電変換素子は、正孔輸送層を必須に含む。正孔輸送層は、正孔を輸送する機能を有し、かつ電子を輸送する能力が著しく小さい(例えば、正孔の移動度の10分の1以下)という性質を有する。正孔輸送層は、光電変換層と陽極との間に設けられ、正孔を陽極へと輸送しつつ、電子の移動を阻止することで、電子と正孔とが再結合するのを防ぐことができる。よって、本明細書では、正孔注入層、電子ブロック層等も正孔輸送層の概念に含む。
[Hole transport layer]
The organic photoelectric conversion element of this embodiment essentially includes a hole transport layer. The hole transport layer has a function of transporting holes and a property of extremely small ability to transport electrons (for example, 1/10 or less of the mobility of holes). The hole transport layer is provided between the photoelectric conversion layer and the anode and prevents recombination of electrons and holes by blocking the movement of electrons while transporting holes to the anode. Can do. Therefore, in this specification, a positive hole injection layer, an electronic block layer, etc. are also included in the concept of a positive hole transport layer.

正孔輸送層に用いられる正孔輸送材料は、特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。   There is no restriction | limiting in particular in the hole transport material used for a hole transport layer, The material which can be used in this technical field can be employ | adopted suitably.

本発明で好ましく用いられる導電性高分子は、特に限定されないが、π共役系高分子とポリアニオンとを有してなることが好ましい。こうした高分子は、π共役系高分子を形成する前駆体モノマーを、適切な酸化剤と酸化触媒と後述のポリアニオンの存在下で化学酸化重合することによって容易に製造できる。   The conductive polymer preferably used in the present invention is not particularly limited, but preferably comprises a π-conjugated polymer and a polyanion. Such a polymer can be easily produced by subjecting a precursor monomer forming a π-conjugated polymer to chemical oxidative polymerization in the presence of an appropriate oxidizing agent, an oxidation catalyst, and a polyanion described later.

本発明に用いることができるπ共役系高分子としては、ポリチオフェン(基本のポリチオフェンを含む、以下同様)類、ポリピロール類、ポリインドール類、ポリカルバゾール類、ポリアニリン類、ポリアセチレン類、ポリフラン類、ポリパラフェニレンビニレン類、ポリアズレン類、ポリパラフェニレン類、ポリパラフェニレンサルファイド類、ポリイソチアナフテン類、ポリチアジル類、の鎖状導電性ポリマーを利用することができる。中でも、導電性、透明性、安定性等の観点からポリチオフェン類やポリアニリン類が好ましい。更にはポリエチレンジオキシチオフェン類であることが好ましい。   Examples of the π-conjugated polymer that can be used in the present invention include polythiophenes (including basic polythiophenes, the same applies hereinafter), polypyrroles, polyindoles, polycarbazoles, polyanilines, polyacetylenes, polyfurans, and polyparaffins. A chain conductive polymer of phenylene vinylenes, polyazulenes, polyparaphenylenes, polyparaphenylene sulfides, polyisothianaphthenes, polythiazyl compounds can be used. Of these, polythiophenes and polyanilines are preferable from the viewpoints of conductivity, transparency, stability, and the like. Furthermore, polyethylenedioxythiophenes are preferable.

本発明で好ましく用いられるポリアニオンは特に限定されないが、アニオン性基として、スルホ基を有することがより好ましい。ポリアニオンの具体例としては、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリアクリル酸ブチルスルホン酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸等が挙げられる。これらの単独重合体であってもよいし、2種以上の共重合体であってもよい。   The polyanion preferably used in the present invention is not particularly limited, but it is more preferable to have a sulfo group as the anionic group. Specific examples of polyanions include polyvinyl sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid, polyallyl sulfonic acid, polyacrylic acid ethyl sulfonic acid, polyacrylic acid butyl sulfonic acid, poly-2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, polyisoprene sulfone. An acid etc. are mentioned. These homopolymers may be sufficient and 2 or more types of copolymers may be sufficient.

また、化合物内にフッ素(F)を有するポリアニオンであってもよい。具体的には、パーフルオロスルホン酸基を含有するナフィオン(Dupont社製)、カルボン酸基を含有するパーフルオロ型ビニルエーテルからなるフレミオン(旭硝子社製)等を挙げることができる。   Moreover, the polyanion which has a fluorine (F) in a compound may be sufficient. Specifically, Nafion (made by Dupont) containing a perfluorosulfonic acid group, Flemion (made by Asahi Glass Co., Ltd.) made of perfluoro vinyl ether containing a carboxylic acid group, and the like can be mentioned.

こうした導電性ポリマーは公知な材料や市販の材料も好ましく利用できる。例えば、一例を挙げると、ヘレウス社製、商品名CLEVIOS―P等のPEDOT:PSS、欧州特許第1546237号、特開2009−132897号公報等に記載のフッ素系ポリアニオン類(ナフィオン等)含有、または特開2006−225658号公報のようなフッ素系ポリアニオン添加構成、欧州特許第1647566号等に記載のポリチエノチオフェン類、特開2010−206146号に記載のスルホン化ポリチオフェン類、ポリアニリンおよびそのドープ材料、国際公開第2006/019270号パンフレット等に記載のシアン化合物等、Aldrich社からPEDOT−PASS483095、560598として、Nagase Chemtex社からDenatronシリーズとして市販されている。また、ポリアニリンが、日産化学社からORMECONシリーズとして市販されている。本発明において、こうした剤も好ましく用いることができる。   As the conductive polymer, known materials and commercially available materials can be preferably used. For example, for example, PEDOT: PSS made by Heraeus Co., Ltd., trade name CLEVIOS-P and the like, containing fluorine-based polyanions (Nafion etc.) described in European Patent No. 1546237, JP-A-2009-1329797, or the like, or Fluorine-based polyanion-added structure as described in JP-A-2006-225658, polythienothiophenes described in European Patent No. 1647566, sulfonated polythiophenes described in JP-A-2010-206146, polyaniline and a doping material thereof, The cyanide compounds described in WO 2006/019270 pamphlet and the like are commercially available as PEDOT-PASS 483095 and 560598 from Aldrich and as the Denatron series from Nagase Chemtex. Polyaniline is also commercially available from Nissan Chemical as the ORMECON series. In the present invention, such an agent can also be preferably used.

また、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、およびピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等もまた、用いられうる。   Also, triazole derivatives, oxadiazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, and pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives Further, stilbene derivatives, silazane derivatives, aniline copolymers, conductive polymer oligomers, particularly thiophene oligomers, and the like can also be used.

また、これら以外にも、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物、およびスチリルアミン化合物等が使用可能であり、これらのうちでは、芳香族第3級アミン化合物を用いることが好ましい。なお、場合によっては、p型−Si、p型−SiC、酸化ニッケル、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン等の無機化合物を用いて正孔輸送層を形成してもよい。   In addition to these, porphyrin compounds, aromatic tertiary amine compounds, styrylamine compounds, and the like can be used, and among these, aromatic tertiary amine compounds are preferably used. In some cases, the hole transport layer may be formed using an inorganic compound such as p-type-Si, p-type-SiC, nickel oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, or tungsten oxide.

さらに上記化合物に含まれる構造単位を高分子鎖に導入した、あるいは、上記化合物を高分子の主鎖とした高分子材料を正孔輸送材料として用いることもできる。また、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.,Applied Physics Letters,80(2002),p.139に記載されているような、p型正孔輸送材料を用いることもできる。さらに、不純物をドープしたp性の高い正孔輸送材料を用いることもできる。一例を挙げると、特開平4−297076号公報、特開2000−196140号公報、特開2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)、Appl.Phys.Let.,98,073311(2011)等に記載された材料、および構成が挙げられる。   Furthermore, a polymer material in which a structural unit contained in the above compound is introduced into a polymer chain, or a polymer material having the above compound as the main chain of the polymer can also be used as a hole transport material. JP-A-11-251067, J. Org. Huang et. al. , Applied Physics Letters, 80 (2002), p. A p-type hole transport material as described in 139 can also be used. Furthermore, a hole transport material with high p property doped with impurities can be used. For example, JP-A-4-297076, JP-A-2000-196140, JP-A-2001-102175, J. Pat. Appl. Phys. , 95, 5773 (2004), Appl. Phys. Let. , 98, 073311 (2011), and the like.

なお、これらの正孔輸送材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、各材料からなる層を2種以上積層させて正孔輸送層を構成することも可能である。   In addition, these hole transport materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. It is also possible to form a hole transport layer by laminating two or more layers made of each material.

正孔輸送層の厚さは、特に制限はないが、通常1〜2000nmである。リーク防止効果をより高める観点からは、厚さは5nm以上であることが好ましい。また、高い透過率と低い抵抗を維持する観点からは、厚さは1000nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがより好ましい。   The thickness of the hole transport layer is not particularly limited, but is usually 1 to 2000 nm. From the viewpoint of further improving the leak prevention effect, the thickness is preferably 5 nm or more. Further, from the viewpoint of maintaining high transmittance and low resistance, the thickness is preferably 1000 nm or less, and more preferably 200 nm or less.

正孔輸送層の導電率は、一般的に高い方が好ましいが、高くなりすぎると電子が移動するのを阻止する能力が低下し、整流性が低くなりうる。したがって、正孔輸送層の導電率は、10-5〜1S/cmであることが好ましく、10-4〜10-2S/cmであることがより好ましい。 In general, the conductivity of the hole transport layer is preferably as high as possible. However, if the conductivity is too high, the ability to prevent electrons from moving may be reduced, and rectification may be reduced. Therefore, the conductivity of the hole transport layer is preferably 10 −5 to 1 S / cm, and more preferably 10 −4 to 10 −2 S / cm.

本形態の有機光電変換素子は、光電変換層および後述の正孔輸送層の少なくとも一方にポリアルキレンイミンを必須に含む点に特徴を有する。以下、正孔輸送層にポリアルキレンイミンが含まれる実施形態について説明する。   The organic photoelectric conversion element of this embodiment is characterized in that polyalkyleneimine is essential in at least one of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer described later. Hereinafter, an embodiment in which a polyalkyleneimine is contained in the hole transport layer will be described.

正孔輸送層にポリアルキレンイミンが含まれる場合の、当該ポリアルキレンイミンは、上述の光電変換層にポリアルキレンイミンが含まれる形態におけるポリアルキレンイミンと同様のものを制限なく使用することができる。よって、本実施形態で使用可能なポリアルキレンイミンの具体的な説明についての詳細な説明は、ここでは省略する。   When the polyalkyleneimine is contained in the hole transporting layer, the same polyalkyleneimine as the polyalkyleneimine in the form in which the above-described photoelectric conversion layer contains the polyalkyleneimine can be used without limitation. Therefore, the detailed description about the specific description of the polyalkyleneimine that can be used in this embodiment is omitted here.

正孔輸送層に含まれるポリアルキレンイミンは、1種のみが単独で使用されてもよいし、2種以上が組み合わされて使用されてもよい。また、2種以上のポリアルキレンイミンが含まれていてもよい。また、正孔輸送層が、2以上の正孔輸送機能(あるいは、正孔注入機能、電子ブロック機能)を有する層の積層体である場合は、1の層のみにポリアルキレンイミンが含まれていてもよいし、2以上の層にポリアルキレンイミンが含まれていてもよい。また、2以上の層にポリアルキレンイミンが含まれる形態において、それぞれの光電変換層に含まれるポリアルキレンイミンは、互いに同一のものであってもよいし、異なるものであってもよい。   As for the polyalkyleneimine contained in the hole transport layer, only one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. Moreover, 2 or more types of polyalkyleneimines may be contained. Further, when the hole transport layer is a laminate of layers having two or more hole transport functions (or hole injection function, electron blocking function), only one layer contains polyalkyleneimine. The polyalkyleneimine may be contained in two or more layers. Moreover, in the form in which the polyalkyleneimine is contained in two or more layers, the polyalkyleneimine contained in each photoelectric conversion layer may be the same or different from each other.

本形態において、正孔輸送層に含まれるポリアルキレンイミンの含有量は、正孔輸送層材料の固形分100質量%に対して、0.05〜10質量%であることが好ましく、0.1〜5質量%であることがより好ましく、0.5〜3質量%であることがさらに好ましい。ポリアルキレンイミンの含有量が0.05質量%以上であると、所望の耐久性および光電変換効率を得ることができる。一方、ポリアルキレンイミンの含有量が10質量%以下であると初期の光電変換効率を著しく低下させるおそれがない。   In this embodiment, the content of the polyalkyleneimine contained in the hole transport layer is preferably 0.05 to 10% by mass with respect to 100% by mass of the solid content of the hole transport layer material. More preferably, it is -5 mass%, and it is further more preferable that it is 0.5-3 mass%. When the polyalkyleneimine content is 0.05% by mass or more, desired durability and photoelectric conversion efficiency can be obtained. On the other hand, when the content of the polyalkyleneimine is 10% by mass or less, there is no possibility that the initial photoelectric conversion efficiency is remarkably lowered.

さらに、本形態の有機光電変換素子は、光電変換効率および素子の耐久性をより一層向上させる観点から、上述の光電変換層および正孔輸送層の両方にポリアルキレンイミンを含むことが好ましい。この場合、光電変換層および正孔輸送層のそれぞれに含まれるポリアルキレンイミンは、同一であってもよいし、異なるものであってもよい。   Furthermore, the organic photoelectric conversion element of this embodiment preferably contains a polyalkyleneimine in both the photoelectric conversion layer and the hole transport layer from the viewpoint of further improving the photoelectric conversion efficiency and the durability of the element. In this case, the polyalkyleneimine contained in each of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer may be the same or different.

(電子輸送層)
本形態の有機光電変換素子は、必要に応じて電子輸送層を含みうる。電子輸送層は、電子を輸送する機能を有し、かつ正孔を輸送する能力が著しく小さいという性質を有する。電子輸送層は、光電変換層と陰極との間に設けられ、電子を陰極へと輸送しつつ、正孔の移動を阻止することで、電子と正孔とが再結合するのを防ぐことができる。よって、本明細書では、電子注入層、正孔ブロック層、励起子ブロック層等も電子輸送層の概念に含む。
(Electron transport layer)
The organic photoelectric conversion element of this form can contain an electron carrying layer as needed. The electron transport layer has a property of transporting electrons and having a remarkably small ability to transport holes. The electron transport layer is provided between the photoelectric conversion layer and the cathode, and prevents the recombination of electrons and holes by blocking the movement of holes while transporting electrons to the cathode. it can. Therefore, in this specification, an electron injection layer, a hole block layer, an exciton block layer, and the like are also included in the concept of the electron transport layer.

電子輸送層に用いられる電子輸送材料は、特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタンおよびアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。また、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらに、これらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。   There is no restriction | limiting in particular in the electron transport material used for an electron carrying layer, The material which can be used in this technical field can be employ | adopted suitably. Examples include nitro-substituted fluorene derivatives, diphenylquinone derivatives, thiopyran dioxide derivatives, carbodiimides, fluorenylidenemethane derivatives, anthraquinodimethane and anthrone derivatives, oxadiazole derivatives, and the like. In addition, in the above oxadiazole derivative, a thiadiazole derivative in which the oxygen atom of the oxadiazole ring is substituted with a sulfur atom, and a quinoxaline derivative having a quinoxaline ring known as an electron-withdrawing group can also be used as an electron transport material. Furthermore, a polymer material in which these materials are introduced into a polymer chain or these materials are used as a polymer main chain can also be used.

また、8−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq3)、トリス(5,7−ジクロロ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、ビス(8−キノリノール)亜鉛(Znq)等、およびこれらの金属錯体の中心金属がIn、Mg、Cu、Ca、Sn、GaまたはPbに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。上述の正孔輸送層と同様に、n型−Si、n型−SiC等の無機半導体や、n型の伝導性を有する無機酸化物(酸化チタン、酸化亜鉛等)も電子輸送材料として用いることができる。 In addition, metal complexes of 8-quinolinol derivatives such as tris (8-quinolinol) aluminum (Alq 3 ), tris (5,7-dichloro-8-quinolinol) aluminum, tris (5,7-dibromo-8-quinolinol) Aluminum, tris (2-methyl-8-quinolinol) aluminum, tris (5-methyl-8-quinolinol) aluminum, bis (8-quinolinol) zinc (Znq), etc., and the central metals of these metal complexes are In, Mg Metal complexes replaced with Cu, Ca, Sn, Ga, or Pb can also be used as electron transport materials. In addition, metal-free or metal phthalocyanine, or those having terminal ends substituted with an alkyl group or a sulfonic acid group can be preferably used as the electron transporting material. As with the hole transport layer described above, an inorganic semiconductor such as n-type-Si or n-type-SiC, or an inorganic oxide having n-type conductivity (such as titanium oxide or zinc oxide) should be used as an electron transport material. Can do.

更には電極に双極子材料を結合させることで界面双極子を形成し、電荷の取り出しを向上させる材料種、例えばWO2008/134492に記載の3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン(AEAP−TMOS)などを挙げることができる。   Furthermore, a material species that forms an interface dipole by bonding a dipole material to the electrode and improves charge extraction, such as 3- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane (AEAP) described in WO2008 / 134492 -TMOS).

また、不純物をドープしたn性の高い電子輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号公報、同10−270172号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。   Further, an electron transport layer having a high n property doped with impurities can also be used. Examples thereof include JP-A-4-297076, JP-A-10-270172, JP-A-2000-196140, 2001-102175, J.A. Appl. Phys. 95, 5773 (2004), and the like.

具体例としては、N,N′−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1′−ビフェニル)−4,4′−ジアミン(TPD)や4,4′−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)等の芳香族ジアミン化合物やその誘導体、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、4,4′,4″−トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物、トリアゾール誘導体、オキサジザゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アニールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体等を用いることができ、高分子材料では、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体や、その誘導体等を好ましく用いることができる。   Specific examples include N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD) and 4,4′-bis [N- (naphthyl)- Aromatic diamine compounds such as N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD) and derivatives thereof, oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone, stilbene derivative, pyrazoline derivative, tetrahydroimidazole, polyarylalkane, butadiene, 4 , 4 ', 4 "-tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), porphine, tetraphenylporphine copper, phthalocyanine, copper phthalocyanine, titanium phthalocyanine oxide, etc. , Triazole derivatives, oxa Zazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, annealed amine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, silazane derivatives, etc. In the polymer material, polymers such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, diacetylene, and derivatives thereof can be preferably used.

電子輸送層の厚さは、特に制限はないが、通常1〜2000nmである。リーク防止効果をより高める観点からは、厚さは5nm以上であることが好ましい。また、高い透過率と低い抵抗を維持する観点からは、厚さは1000nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがより好ましい。   The thickness of the electron transport layer is not particularly limited, but is usually 1 to 2000 nm. From the viewpoint of further improving the leak prevention effect, the thickness is preferably 5 nm or more. Further, from the viewpoint of maintaining high transmittance and low resistance, the thickness is preferably 1000 nm or less, and more preferably 200 nm or less.

(電荷再結合層;中間電極)
図3で示すような、2以上の光電変換層を有するタンデム型(多接合型)の有機光電変換素子において、光電変換層間には、電荷再結合層(中間電極)が配置される。
(Charge recombination layer; intermediate electrode)
In a tandem (multi-junction type) organic photoelectric conversion element having two or more photoelectric conversion layers as shown in FIG. 3, a charge recombination layer (intermediate electrode) is disposed between the photoelectric conversion layers.

電荷再結合層(中間電極)に用いられる材料は、導電性および透光性を併せ持つ材料であれば、特に制限はなく、上述の電極材料として例示した、ITO、AZO、FTO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au等の金属、およびカーボンナノ粒子、カーボンナノワイヤー等の炭素材料、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子等が用いられうる。これらの材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、各材料からなる層を2種以上積層させて電荷再結合層を構成することも可能である。なお前述した正孔輸送層と電子輸送層の中には、適切に組み合わせて積層することで中間電極(電荷再結合層)として働く組み合わせもあり、このような構成とすると電荷再結合層(中間電極)1層分を形成する工程を省くことができ好ましい。   The material used for the charge recombination layer (intermediate electrode) is not particularly limited as long as it is a material having both conductivity and translucency. Examples of the electrode material described above include ITO, AZO, FTO, and titanium oxide. Transparent metal oxides, metals such as Ag, Al, and Au, carbon materials such as carbon nanoparticles and carbon nanowires, conductive polymers such as PEDOT: PSS, polyaniline, and the like can be used. These materials may be used alone or in combination of two or more. It is also possible to form a charge recombination layer by laminating two or more layers made of each material. In addition, the hole transport layer and the electron transport layer described above also have a combination that works as an intermediate electrode (charge recombination layer) by stacking them in an appropriate combination. With such a configuration, the charge recombination layer (intermediate layer) Electrode) It is preferable because the step of forming one layer can be omitted.

電荷再結合層の導電率は、高い変換効率を得る観点から、高いことが好ましく、具体的には、5〜50000S/cmであることが好ましく、100〜10,000S/cmであることがより好ましい。また、電荷再結合層の厚さは、特に制限はないが、1〜1000nmであることが好ましく、5〜50nmであることが好ましい。厚さが1nm以上とすることにより、膜面を平滑化することができる。一方、厚さが1000nm以下とすることにより、短絡電流密度Jsc(mA/cm2)の低下を軽減することができる。 The electric conductivity of the charge recombination layer is preferably high from the viewpoint of obtaining high conversion efficiency. Specifically, it is preferably 5 to 50000 S / cm, more preferably 100 to 10,000 S / cm. preferable. The thickness of the charge recombination layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 1000 nm, and preferably 5 to 50 nm. By setting the thickness to 1 nm or more, the film surface can be smoothed. On the other hand, by setting the thickness to 1000 nm or less, it is possible to reduce the decrease in the short-circuit current density J sc (mA / cm 2 ).

(その他の層)
本形態の有機光電変換素子は、上記の各部材(各層)の他に、光電変換効率の向上や、素子の寿命の向上のために、他の部材(他の層)をさらに設けてもよい。その他の部材としては、例えば、励起子ブロック層、UV吸収層、光反射層、波長変換層、平滑化層等が挙げられる。また、上層に偏在した金属酸化物微粒子をより安定にするため等にシランカップリング剤等の層を設けてもよい。さらに本発明の光電変換層に隣接して金属酸化物の層を積層してもよい。
(Other layers)
The organic photoelectric conversion device of this embodiment may further include other members (other layers) in addition to the above-described members (each layer) in order to improve photoelectric conversion efficiency and improve the lifetime of the device. . Examples of other members include an exciton block layer, a UV absorption layer, a light reflection layer, a wavelength conversion layer, and a smoothing layer. Further, a layer such as a silane coupling agent may be provided in order to make the metal oxide fine particles unevenly distributed in the upper layer more stable. Further, a metal oxide layer may be laminated adjacent to the photoelectric conversion layer of the present invention.

また、本発明の有機光電変換素子は、太陽光のより効率的な受光を目的として、各種の光学機能層を有していてもよい。光学機能層としては、例えば、反射防止膜、マイクロレンズアレイ等の集光層、陰極で反射した光を散乱させて再度発電層に入射させることができるような光拡散層等が挙げられる。   Moreover, the organic photoelectric conversion element of this invention may have various optical function layers for the purpose of more efficient light reception of sunlight. Examples of the optical functional layer include a light condensing layer such as an antireflection film and a microlens array, and a light diffusion layer that can scatter light reflected by the cathode and enter the power generation layer again.

反射防止層としては、各種公知の反射防止層を設けることができるが、例えば、透明樹脂フィルムが二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率を1.57〜1.63とすることで、フィルム基板と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾル等の比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで実施できる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるためには2層以上の構成にしてもよい。   Various known antireflection layers can be provided as the antireflection layer. For example, when the transparent resin film is a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, the refractive index of the easy adhesion layer adjacent to the film is 1.57. It is more preferable to set it to ˜1.63 because the interface reflection between the film substrate and the easy adhesion layer can be reduced and the transmittance can be improved. The method for adjusting the refractive index can be carried out by appropriately adjusting the ratio of the oxide sol having a relatively high refractive index such as tin oxide sol or cerium oxide sol and the binder resin. The easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion.

集光層としては、例えば、支持基板の太陽光受光側にマイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせたりすることにより特定方向からの受光量を高めたり、逆に太陽光の入射角度依存性を低減することができる。   As the condensing layer, for example, it is processed so as to provide a structure on the microlens array on the sunlight receiving side of the support substrate, or the amount of light received from a specific direction is increased by combining with a so-called condensing sheet. Conversely, the incident angle dependency of sunlight can be reduced.

マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付き、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。   As an example of the microlens array, quadrangular pyramids having a side of 30 μm and an apex angle of 90 degrees are two-dimensionally arranged on the light extraction side of the substrate. One side is preferably 10 to 100 μm. If it becomes smaller than this, the effect of diffraction will generate | occur | produce and color, and if too large, thickness will become thick and is not preferable.

また光散乱層としては、各種のアンチグレア層、金属または各種無機酸化物等のナノ粒子・ナノワイヤー等を無色透明なポリマーに分散した層等を挙げることができる。   Examples of the light scattering layer include various antiglare layers, layers in which nanoparticles or nanowires such as metals or various inorganic oxides are dispersed in a colorless and transparent polymer, and the like.

<有機光電変換素子の製造方法>
上述の本形態の有機光電変換素子の製造方法は特に制限はなく、従来公知の手法を適宜参照することにより製造することができる。以下、図2に示す有機光電変換素子の製造方法を例に挙げて、本形態の有機光電変換素子の好ましい製造方法を説明する。ただし、当該製造方法における各工程は、図2の有機光電変換素子のみならず、図1に示す有機光電変換素子や、図3に示すようなタンデム型の製造に適用可能である。
<Method for producing organic photoelectric conversion element>
There is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of the above-mentioned this form, It can manufacture by referring a conventionally well-known method suitably. Hereinafter, the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element shown in FIG. 2 will be described as an example, and a preferable manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of this embodiment will be described. However, each process in the manufacturing method can be applied not only to the organic photoelectric conversion element of FIG. 2 but also to the organic photoelectric conversion element shown in FIG. 1 and the tandem type manufacturing as shown in FIG.

本形態の有機光電変換素子の製造方法は、陰極を形成する工程と、前記陰極の上に、p型有機半導体材料およびn型有機半導体材料を含む光電変換層を形成する工程と、前記光電変換層の上に、陽極を形成する工程とを含む。以下、本形態の有機光電変換素子の製造方法の各工程について、詳細に説明する。   The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of this embodiment includes a step of forming a cathode, a step of forming a photoelectric conversion layer including a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material on the cathode, and the photoelectric conversion. Forming an anode on the layer. Hereinafter, each process of the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of this form is demonstrated in detail.

本形態の製造方法では、まず、陰極を形成する。陰極を形成する方法は、特に制限はないが、操作の容易性や、ダイコータ等の装置を用いてロール・ツー・ロールで生産可能なことから、基板の上に、陰極の構成材料を含む液体を塗布し、乾燥させる方法であることが好ましい。またこれ以外にも、市販の薄膜状の電極材料をそのまま使用しても構わない。   In the manufacturing method of this embodiment, first, a cathode is formed. The method of forming the cathode is not particularly limited, but is easy to operate and can be produced by roll-to-roll using a device such as a die coater. Preferably, the method is a method of applying and drying. Besides this, a commercially available thin film electrode material may be used as it is.

上記で陰極を形成した後、必要に応じて、この陰極上に、電子輸送層を形成してもよい。電子輸送層を形成する手段としては、蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。溶液塗布法を用いて電子輸送層を形成する場合には、上述した電子輸送材料を適当な溶剤に溶解・分散させた溶液を、適当な塗布法を用いて陰極上に塗布し、乾燥させればよい。溶液塗布法に用いられる塗布法としては、キャスト法、スピンコート法、ブレードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、グラビアコート法、スプレーコーティング法、ディッピング(浸漬)コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法、Langmuir−Blodgett(LB)法等の通常の方法を用いることができる。なかでも、ブレードコーティング法を用いることが特に好ましい。なお、塗布法に使用する溶液の固形分濃度は、塗布方法や膜厚によっても変動しうるが、0.5〜15質量%が好ましく、より好ましくは1.0〜10質量%である。また、なお、塗布の際の塗布液および/または塗布面の温度は、特に制限はないが、塗布・乾燥時の温度変動による析出、ムラを防ぐといった観点から、好ましくは30〜120℃であり、より好ましくは50〜110℃である。さらに、乾燥の具体的な形態についても特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。乾燥条件の一例を挙げると90〜140℃程度の温度で、数分間〜数十分間程度といった条件が例示される。乾燥に使用する装置としては、ホットプレート、温風乾燥、赤外線ヒーター、マイクロウエーブ、真空乾燥機等が挙げられるが、これ以外の乾燥装置を用いることも勿論可能である。   After forming the cathode as described above, an electron transport layer may be formed on the cathode as necessary. The means for forming the electron transport layer may be either vapor deposition or solution coating, but is preferably solution coating. In the case of forming an electron transport layer using a solution coating method, a solution obtained by dissolving and dispersing the above-described electron transport material in a suitable solvent is coated on the cathode using a suitable coating method and dried. That's fine. The coating methods used for the solution coating method include cast method, spin coating method, blade coating method, wire bar coating method, gravure coating method, spray coating method, dipping (dipping) coating method, bead coating method, air knife coating method. Ordinary methods such as a curtain coating method, an ink jet method, a screen printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a flexographic printing method, and a Langmuir-Blodgett (LB) method can be used. Among these, it is particularly preferable to use a blade coating method. In addition, although the solid content concentration of the solution used for the coating method may vary depending on the coating method and the film thickness, it is preferably 0.5 to 15% by mass, more preferably 1.0 to 10% by mass. In addition, the temperature of the coating liquid and / or the coating surface during coating is not particularly limited, but is preferably 30 to 120 ° C. from the viewpoint of preventing precipitation and unevenness due to temperature fluctuations during coating and drying. More preferably, it is 50-110 degreeC. Furthermore, there is no restriction | limiting in particular also about the specific form of drying, A conventionally well-known knowledge can be referred suitably. An example of the drying condition is exemplified by a temperature of about 90 to 140 ° C. and a period of several minutes to several tens of minutes. Examples of the apparatus used for drying include a hot plate, hot air drying, an infrared heater, a microwave, and a vacuum dryer. Of course, other drying apparatuses can be used.

続いて、上記で形成した陰極または電子輸送層上に、p型有機半導体およびn型有機半導体を含む光電変換層を形成する。光電変換層を形成するための具体的な手法について特に制限はないが、好ましくは、p型有機半導体およびn型有機半導体をそれぞれ、または一括して、適当な溶剤に溶解・分散させた溶液を、適当な塗布法(具体的な形態については、上述した通りである)を用いて陰極上に塗布し、乾燥させればよい。その後、残留溶媒および水分、ガスの除去、および半導体材料の結晶化による移動度向上・吸収長波化を引き起こすために加熱を行うことが好ましい。製造工程中において所定の温度でアニール処理されると、微視的に一部が凝集または結晶化が促進され、光電変換層を適切な相分離構造とすることができる。その結果、光電変換層の正孔と電子(キャリア)の移動度が向上し、高い効率を得ることができるようになる。このようにして、p型有機半導体およびn型有機半導体が一様に混合され、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子とすることができる。   Subsequently, a photoelectric conversion layer including a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor is formed on the cathode or the electron transport layer formed as described above. A specific method for forming the photoelectric conversion layer is not particularly limited, but preferably, a solution in which a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor are dissolved or dispersed in an appropriate solvent, respectively or collectively. Then, it may be applied on the cathode using an appropriate application method (the specific form is as described above) and dried. After that, it is preferable to perform heating in order to cause removal of residual solvent, moisture, gas, and improvement of mobility and absorption absorption by crystallization of the semiconductor material. When annealing is performed at a predetermined temperature during the manufacturing process, a part of the particles is microscopically aggregated or crystallized and the photoelectric conversion layer can have an appropriate phase separation structure. As a result, the mobility of holes and electrons (carriers) in the photoelectric conversion layer is improved, and high efficiency can be obtained. In this way, the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor are uniformly mixed, and a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element can be obtained.

一方、p型有機半導体とn型有機半導体の混合比の異なる複数層からなる光電変換層(例えば、p−i−n構造)を形成する場合には、一の層を塗布後に、当該層を不溶化(顔料化)し、その後、他の層を塗布することにより形成することが可能である。   On the other hand, in the case of forming a photoelectric conversion layer (for example, a p-i-n structure) composed of a plurality of layers having different mixing ratios of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor, after applying one layer, the layer is It can be formed by insolubilizing (pigmenting) and then applying another layer.

なお、ポリアルキレンイミンを含む光電変換層を形成する場合、例えば、P型有機半導体および/またはn型有機半導体とポリアルキレンイミンと適当な溶媒に溶解・分散させた溶液を調製し、これを塗布、乾燥すればよい。   In the case of forming a photoelectric conversion layer containing polyalkyleneimine, for example, a solution in which P-type organic semiconductor and / or n-type organic semiconductor, polyalkyleneimine and polyalkyleneimine are dissolved and dispersed in an appropriate solvent is prepared and applied. What is necessary is just to dry.

当該光電変換層を形成する工程は、酸素や水分に曝さないようにするために窒素雰囲気下のグローブボックス内で行うことが好ましい。このように、窒素雰囲気下で行うことにより、大気中の酸素または水分によりp型有機半導体が劣化するのを防ぎ、素子の耐久性を高めることができる。   The step of forming the photoelectric conversion layer is preferably performed in a glove box under a nitrogen atmosphere so as not to be exposed to oxygen or moisture. Thus, by performing in a nitrogen atmosphere, it is possible to prevent the p-type organic semiconductor from being deteriorated by oxygen or moisture in the air, and to increase the durability of the element.

次に、光電変換層と陽極との間に正孔輸送層を、蒸着法または溶液塗布法、好ましくは溶液塗布法を用いて形成する。なお、当該正孔輸送層を形成する工程は、上記光電変換層を形成する工程と同様、窒素雰囲気下のグローブボックス内で行うことが好ましい。このように、窒素雰囲気下で行うことにより、大気中の酸素または水分により光電変換層が劣化するのを防ぎ、素子の耐久性を高めることができる。   Next, a hole transport layer is formed between the photoelectric conversion layer and the anode using a vapor deposition method or a solution coating method, preferably a solution coating method. In addition, it is preferable to perform the process of forming the said positive hole transport layer within the glove box of nitrogen atmosphere similarly to the process of forming the said photoelectric converting layer. Thus, by performing in a nitrogen atmosphere, deterioration of the photoelectric conversion layer due to oxygen or moisture in the air can be prevented, and the durability of the element can be improved.

なお、ポリアルキレンイミンを含む正孔輸送層を形成する場合の方法も特に制限はなく、例えば、正孔輸送材料とポリアルキレンイミンと適当な溶媒に溶解・分散させた溶液を調製し、これを塗布、乾燥することにより形成される。   The method for forming the hole transport layer containing polyalkyleneimine is not particularly limited. For example, a solution prepared by dissolving and dispersing the hole transport material, polyalkyleneimine and an appropriate solvent is prepared. It is formed by coating and drying.

その後、上記で形成した正孔輸送層上に、陽極を形成する。陽極を形成するための手段についても特に制限はなく、蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは蒸着法(例えば、真空蒸着法)が用いられる。   Thereafter, an anode is formed on the hole transport layer formed as described above. The means for forming the anode is not particularly limited and may be either a vapor deposition method or a solution coating method, but a vapor deposition method (for example, a vacuum vapor deposition method) is preferably used.

さらに、上述した各種の層以外の層が含まれる場合には、これらの層を形成するための工程を、溶液塗布法や蒸着法等を用いることで適宜追加して行うことができる。   Furthermore, when layers other than the various layers described above are included, a step for forming these layers can be appropriately added by using a solution coating method, a vapor deposition method, or the like.

上記電極(陰極・陽極)、光電変換層、正孔輸送層、電子輸送層等は、必要に応じてパターニングされうる。パターニングの方法は特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。例えば、バルクへテロジャンクション型の光電変換層や正孔輸送層・電子輸送層等で使用される可溶性の材料をパターニングする場合には、ダイコート、ディップコート等の全面塗布後に不要部だけ拭き取ってもよいし、製膜後に炭酸レーザー等を用いてアブレーションする方法、スクライバで直接削り取る方法等でパターニングしてもよいし、インクジェット法やスクリーン印刷等の方法を使用して塗布時に直接パターニングしてもよい。一方、電極等で使用される不溶性の材料の場合は、真空蒸着法や真空スパッタ法、プラズマCVD法、電極材料の微粒子を分散させたインキを用いたスクリーン印刷法やグラビア印刷法、インクジェット法等の各種印刷方法、蒸着膜に対しエッチング又はリフトオフする等の公知の方法を用いることができる。また、別の基板上に形成したパターンを転写することによってパターンを形成してもよい。   The electrodes (cathode / anode), photoelectric conversion layer, hole transport layer, electron transport layer, and the like can be patterned as necessary. The patterning method is not particularly limited, and a known method can be appropriately applied. For example, when patterning soluble materials used in bulk heterojunction type photoelectric conversion layers, hole transport layers, electron transport layers, etc., only unnecessary portions may be wiped after the entire surface of die coating, dip coating, etc. Alternatively, patterning may be performed by ablation using a carbonic acid laser or the like after film formation, by direct scraping with a scriber, or by direct patterning at the time of coating using a method such as an inkjet method or screen printing. . On the other hand, in the case of insoluble materials used in electrodes, etc., vacuum deposition method, vacuum sputtering method, plasma CVD method, screen printing method using ink in which fine particles of electrode material are dispersed, gravure printing method, ink jet method, etc. Various printing methods, and known methods such as etching or lift-off of the deposited film can be used. Alternatively, the pattern may be formed by transferring a pattern formed on another substrate.

また、本形態の有機光電変換素子は、環境中の酸素、水分等による劣化を防止するために、必要に応じて封止されうる。封止の方法は特に制限はなく、有機光電変換素子や有機エレクトロルミネッセンス素子等で用いられる公知の手法によって行われうる。例えば、(1)アルミニウムまたはガラス等でできたキャップを接着剤によって接着することによって封止する手法;(2)アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等のガスバリア層が形成されたプラスチックフィルムと有機光電変換素子上を接着剤で貼合する手法;(3)ガスバリア性の高い有機高分子材料(ポリビニルアルコール等)をスピンコートする方法;(4)ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化ケイ素、酸化アルミニウム等)または有機膜(パリレン等)を真空下で堆積する方法;ならびに(5)これらを複合的用いて積層する方法等が挙げられる。   Moreover, the organic photoelectric conversion element of this embodiment can be sealed as necessary in order to prevent deterioration due to oxygen, moisture, and the like in the environment. There is no restriction | limiting in particular in the method of sealing, It can carry out by the well-known method used with an organic photoelectric conversion element, an organic electroluminescent element, etc. For example, (1) a method of sealing by bonding a cap made of aluminum or glass with an adhesive; (2) a plastic film on which a gas barrier layer such as aluminum, silicon oxide, aluminum oxide or the like is formed and organic photoelectric conversion (3) A method of spin-coating an organic polymer material (polyvinyl alcohol, etc.) having a high gas barrier property; (4) An inorganic thin film (silicon oxide, aluminum oxide, etc.) having a high gas barrier property Alternatively, a method of depositing an organic film (parylene or the like) under vacuum;

さらに、本形態の有機光電変換素子は、エネルギー変換効率と素子寿命向上の観点から、素子全体を2枚のバリア付き基板で封止した構成でもよく、好ましくは、水分ゲッター、酸素ゲッター等を同封した構成であることがより好ましい。   Furthermore, the organic photoelectric conversion element of this embodiment may have a configuration in which the entire element is sealed with two substrates with a barrier from the viewpoint of improving energy conversion efficiency and element lifetime, and preferably includes a moisture getter, an oxygen getter, and the like. It is more preferable that the configuration is as described above.

<有機光電変換素子の用途>
本発明の他の形態によれば、上述の第1の形態に係る有機光電変換素子や、第2の形態に係る製造方法により得られる有機光電変換素子を有する太陽電池が提供される。本形態の有機光電変換素子は、優れた光電変換効率、耐久性を有するため、これを発電素子とする太陽電池に好適に使用されうる。
<Uses of organic photoelectric conversion elements>
According to the other form of this invention, the solar cell which has the organic photoelectric conversion element obtained by the organic photoelectric conversion element which concerns on the above-mentioned 1st form, and the manufacturing method which concerns on a 2nd form is provided. Since the organic photoelectric conversion element of this form has the outstanding photoelectric conversion efficiency and durability, it can be used suitably for the solar cell which uses this as an electric power generation element.

また、本発明のさらに他の形態によれば、上述した有機光電変換素子がアレイ状に配列されてなる光センサアレイが提供される。すなわち、本形態の有機光電変換素子は、その光電変換機能を利用して、光センサアレイ上に投影された画像を電気的な信号に変換する光センサアレイとして利用することもできる。   Moreover, according to the further another form of this invention, the optical sensor array by which the organic photoelectric conversion element mentioned above is arranged in the array form is provided. That is, the organic photoelectric conversion element of this embodiment can also be used as an optical sensor array that converts an image projected on the optical sensor array into an electrical signal using the photoelectric conversion function.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

<p型半導体材料(PCDTBT)の調製>
p型半導体材料として、ポリチオフェン−カルバゾール−ベンゾチアジアゾール共重合体(PCDTBT)を、Adv.Mater.,vol.19,(2007)p2295に記載の方法にしたがって合成した。得られた重合体をソックスレー抽出により精製し、数平均分子量(Mn):35,000、PDI:2.0であるPCDTBTを得た。
<Preparation of p-type semiconductor material (PCDTBT)>
As a p-type semiconductor material, a polythiophene-carbazole-benzothiadiazole copolymer (PCDTBT) is disclosed in Adv. Mater. , Vol. 19, (2007) p2295. The obtained polymer was purified by Soxhlet extraction to obtain PCDTBT having a number average molecular weight (Mn): 35,000 and PDI: 2.0.

<p型半導体材料(P3HNT)の調製>
p型半導体材料として、ビニル基置換ポリヘキシルチオフェン(P3HNT)を、Macromolecules 2009,42,p1610−1618に記載の方法を参考に合成した。重合反応を濃塩酸を用いて停止させた後、得られた重合体をソックスレー抽出により精製し、数平均分子量(Mn):42,000、PDI:1.7であるP3HNTを得た。
<Preparation of p-type semiconductor material (P3HNT)>
As a p-type semiconductor material, vinyl group-substituted polyhexylthiophene (P3HNT) was synthesized with reference to the method described in Macromolecules 2009, 42, p1610-1618. After stopping the polymerization reaction with concentrated hydrochloric acid, the obtained polymer was purified by Soxhlet extraction to obtain P3HNT having a number average molecular weight (Mn): 42,000 and PDI: 1.7.

<アルキレンイミン類の準備とアミノ基含有割合の評価>
本実施例で使用したアルキレンイミン類は以下の通り準備した;
(1)低分子のポリエチレンイミン(エチレンイミンオリゴマー)として、東京化成工業(株)製のペンタエチレンヘキサミンを使用した(以下、「化合物1」と称する)。
(2)直鎖構造を有するポリエチレンイミンとして、和光純薬工業(株)製の#24313−2(Mw〜2,500)を使用した(以下、「化合物2」と称する)。
(3)分岐鎖構造を有するポリエチレンイミンとして、(株)日本触媒製のエポミン(登録商標)SP−003を使用した(以下、「化合物3」と称する)。
(4)分岐鎖構造を有するポリエチレンイミンとして、(株)日本触媒製のエポミン(登録商標)SP−006を使用した(以下、「化合物4」と称する)。

(5)分岐鎖構造を有し、オクタデシルイソシアネート変性されたポリエチレンイミンとして、(株)日本触媒製のエポミン(登録商標)RP−20(変性率:約40%)を使用した(以下、「化合物5」と称する)。なお、当該オクタデシルイソシアネート変性されたポリエチレンイミンの部分構造を下記化学式2に示す。
<Preparation of alkyleneimines and evaluation of amino group content>
The alkyleneimines used in this example were prepared as follows:
(1) Pentaethylenehexamine manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. was used as a low molecular weight polyethyleneimine (ethyleneimine oligomer) (hereinafter referred to as “Compound 1”).
(2) Wako Pure Chemical Industries, Ltd. # 24313-2 (Mw-2,500) was used as polyethyleneimine having a linear structure (hereinafter referred to as "Compound 2").
(3) Epomin (registered trademark) SP-003 manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. was used as the polyethyleneimine having a branched chain structure (hereinafter referred to as “compound 3”).
(4) Epomin (registered trademark) SP-006 manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. was used as the polyethyleneimine having a branched chain structure (hereinafter referred to as “compound 4”).
.
(5) Epomin (registered trademark) RP-20 (modified rate: about 40%) manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. was used as polyethyleneimine having a branched chain structure and modified with octadecyl isocyanate (hereinafter referred to as “compound”). 5 ”). In addition, the partial structure of the polyethyleneimine modified with the octadecyl isocyanate is shown in the following chemical formula 2.

(6)分岐鎖構造を有し、プロピレンオキシド変性されたポリエチレンイミンとして、(株)日本触媒製のエポミン(登録商標)PP−061(変性率:約90%)を使用した(以下、「化合物6」と称する)。なお、当該プロピレンオキシド変性されたポリエチレンイミンの部分構造を下記化学式3に示す。 (6) Epomin (registered trademark) PP-061 (modified ratio: about 90%) manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. was used as a polyethyleneimine having a branched chain structure and modified with propylene oxide (hereinafter referred to as “compound”). 6 ”). The partial structure of the propylene oxide-modified polyethyleneimine is shown in the following chemical formula 3.

(7)分岐鎖(デンドリマー)構造を有するポリトリメチレンイミンとして、シグマアルドリッチジャパン(株)製の「プロピレンイミンオクタアミンデンドリマー(カタログにおける化合物名)」を使用した(以下、「化合物7」と称する)。 (7) As a polytrimethyleneimine having a branched chain (dendrimer) structure, “propyleneimine octaamine dendrimer (compound name in the catalog)” manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd. was used (hereinafter referred to as “compound 7”). ).

上記アルキレンイミン類について、第1級、第2級、および第3級アミノ基の含有割合を、13C−NMR測定により算出した。13C−NMRは、FT―NMR装置Lambda400(日本電子社製)を用いてスペクトルを測定し、第1級、第2級、および第3級アミノ基と結合する炭素に由来する各ピーク面積の比を、各アミノ基の比率として算出た。結果を表1に示す。 About the said alkyleneimine, the content rate of a primary, secondary, and tertiary amino group was computed by < 13 > C-NMR measurement. 13 C-NMR measures the spectrum using an FT-NMR apparatus Lambda400 (manufactured by JEOL Ltd.), and has a peak area derived from carbon bonded to primary, secondary, and tertiary amino groups. The ratio was calculated as the ratio of each amino group. The results are shown in Table 1.

<有機光電変換素子の作製>
[比較例1]有機光電変換素子SC−101の作製
ガラス基板上に、インジウムスズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積させたもの(シート抵抗:10Ω/□)を、フォトリソグラフィおよび塩酸を用いた湿式エッチングとを用いて20mm幅にパターニングし、第一の電極(透明電極;陰極)を形成した。パターン形成した第1の電極を、界面活性剤と超純水の混合液を用いて超音波洗浄した後、さらに超純水を用いて超音波洗浄し、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
<Production of organic photoelectric conversion element>
[Comparative Example 1] Preparation of Organic Photoelectric Conversion Device SC-101 A 150 nm thick indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on a glass substrate (sheet resistance: 10 Ω / □) was used for photolithography and hydrochloric acid. The first electrode (transparent electrode; cathode) was formed by patterning to a width of 20 mm using the wet etching used. The patterned first electrode is ultrasonically cleaned using a mixture of surfactant and ultrapure water, then ultrasonically cleaned using ultrapure water, dried by nitrogen blowing, and finally UV ozone. Washing was performed.

次に、上記第一の電極(透明電極)が形成された基板をグローブボックス(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に入れ、窒素雰囲気下で、150mMのTiOx前駆体溶液を透明電極上にスピンコート(回転速度5000rpm、回転時間60秒間)し、所定のパターンに拭き取った。そして、これを空気中で2時間放置して、TiOx前駆体を加水分解させた後、150℃で1時間加熱処理することにより膜厚約10nmのTiOx層からなる電子輸送層を形成した。   Next, the substrate on which the first electrode (transparent electrode) is formed is put in a glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 degrees), and a 150 mM TiOx precursor solution is placed on the transparent electrode in a nitrogen atmosphere. It spin-coated (rotation speed 5000rpm, rotation time 60 seconds), and wiped off to the predetermined | prescribed pattern. Then, this was left in the air for 2 hours to hydrolyze the TiOx precursor and then heat-treated at 150 ° C. for 1 hour to form an electron transport layer composed of a TiOx layer having a thickness of about 10 nm.

なお、上記150mMのTiOx前駆体溶液は、次の方法(ゾルゲル法)により調製した。100mL三口フラスコに、2−メトキシエタノール12.5mLと、6.25mmolのチタニウムテトライソプロポキシドとを入れ、氷浴中で10分間冷却した。次に、12.5mmolのアセチルアセトンをゆっくり加えて、氷浴中で10分間撹拌した。次に、この混合溶液を80℃で2時間加熱後、1時間還流した。これを室温(25℃)まで冷却し、2−メトキシエタノールを用いて濃度150mMに調整し、TiOx前駆体溶液を得た。なお、上記工程は全て窒素雰囲気で行った。   The 150 mM TiOx precursor solution was prepared by the following method (sol-gel method). In a 100 mL three-necked flask, 12.5 mL of 2-methoxyethanol and 6.25 mmol of titanium tetraisopropoxide were placed and cooled in an ice bath for 10 minutes. Next, 12.5 mmol of acetylacetone was slowly added and stirred in an ice bath for 10 minutes. Next, this mixed solution was heated at 80 ° C. for 2 hours and then refluxed for 1 hour. This was cooled to room temperature (25 ° C.) and adjusted to a concentration of 150 mM using 2-methoxyethanol to obtain a TiOx precursor solution. The above steps were all performed in a nitrogen atmosphere.

続けて、o−ジクロロベンゼンに、上記で合成したPCDTBTと、PC60BM(フロンティアカーボン社製、E100H:6,6−フェニル−C61−ブチリックアシッドメチルエステル)と1:1(質量比)で混合したものを3.0質量%の割合で溶解させた溶液Aを調製した。これを乾燥膜厚が約100nmになるよう上記電子輸送層上に製膜し、光電変換層を形成した。 Subsequently, PCDTBT synthesized above and PC 60 BM (manufactured by Frontier Carbon Co., E100H: 6,6-phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester) and 1: 1 (mass ratio) to o-dichlorobenzene. A solution A was prepared by dissolving what was mixed at a ratio of 3.0% by mass. This was formed on the electron transport layer so that the dry film thickness was about 100 nm to form a photoelectric conversion layer.

その後、導電性高分子およびポリアニオンからなるPEDOT:PSS(Clevios(登録商標)P4083、ヘレウス社製)1質量部に対し、花王ケミカル株式会社製のエマルゲン(0.1wt%)、イソプロパノール2質量部を含む溶液Bを調製した。得られた溶液Bを上記光電変換層上に、乾燥膜厚が約30nmになるように塗布し、乾燥させた。さらに100℃で10分間加熱処理し、正孔輸送層を製膜した。   Then, PEDOT: PSS (Clevios (registered trademark) P4083, manufactured by Heraeus Co., Ltd.) 1 part by mass composed of a conductive polymer and a polyanion, emulogen (0.1 wt%) manufactured by Kao Chemical Co., Ltd. and 2 parts by mass of isopropanol were added. A solution B containing was prepared. The obtained solution B was applied onto the photoelectric conversion layer so as to have a dry film thickness of about 30 nm and dried. Furthermore, it heat-processed for 10 minutes at 100 degreeC, and formed the positive hole transport layer into a film.

なお、以上のプロセスは全て窒素雰囲気下で行った。   The above processes were all performed in a nitrogen atmosphere.

次に、上記一連の機能層を製膜した基板を真空蒸着装置チャンバー内に移動させ、1×10-4Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度1.0nm/秒でAgメタルを200nm積層することで第2の電極を形成した。得られた有機光電変換素子を窒素チャンバーに移動させ、封止用キャビティグラスとUV硬化樹脂を用いて封止を行い、受光部が約5×20mmサイズの有機光電変換素子SC−101を完成させた。 Next, the substrate on which the series of functional layers has been formed is moved into a vacuum deposition apparatus chamber, the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −4 Pa or less, and then Ag is deposited at a deposition rate of 1.0 nm / second. A second electrode was formed by stacking 200 nm of metal. The obtained organic photoelectric conversion element is moved to a nitrogen chamber, sealing is performed using a sealing cavity glass and a UV curable resin, and an organic photoelectric conversion element SC-101 having a light receiving portion of about 5 × 20 mm size is completed. It was.

[比較例2]有機光電変換素子SC−102の作製
PEDOT:PSS層の製膜後に、CuPc(銅フタロシアニン、シグマアルドリッチ社製)を30nm厚になるよう蒸着し、2層からなる正孔輸送層を形成したこと以外は、上記SC−101と同様にしてSC−102を作製した。なお、下記表2において、CuPc層をブロック層と称する。
[Comparative Example 2] Preparation of organic photoelectric conversion element SC-102 After forming the PEDOT: PSS layer, CuPc (copper phthalocyanine, manufactured by Sigma-Aldrich) was deposited to a thickness of 30 nm, and a hole transport layer consisting of two layers SC-102 was produced in the same manner as SC-101 except that was formed. In Table 2 below, the CuPc layer is referred to as a block layer.

[比較例3]有機光電変換素子SC−103の作製
光電変換層の製膜において、p型半導体材料として、PCDTBTに換えてP3HNTを使用した以外は、上記SC−101と同様にしてSC−103を作製した。
[Comparative Example 3] Production of Organic Photoelectric Conversion Device SC-103 SC-103 was prepared in the same manner as SC-101 except that P3HNT was used instead of PCDTBT as the p-type semiconductor material in the formation of the photoelectric conversion layer. Was made.

[実施例1〜7]有機光電変換素子SC−104〜SC−110の作製
正孔輸送層の製膜において、溶液Bの調製の際に、表2に示すようにアルキレンイミン類を添加した以外は上記SC−101と同様にしてSC−104〜SC−110を作製した。
[Examples 1 to 7] Preparation of organic photoelectric conversion elements SC-104 to SC-110 In the formation of the hole transport layer, when the solution B was prepared, an alkyleneimine was added as shown in Table 2 Produced SC-104 to SC-110 in the same manner as SC-101.

[実施例8〜9]有機光電変換素子SC−111〜SC−112
光電変換層の製膜において、溶液Aの調製の際に、表2に示すようにアルキレンイミン類を添加した以外は上記SC−101と同様にしてSC−111〜SC−112を作製した。
[Examples 8 to 9] Organic photoelectric conversion elements SC-1111 to SC-112
SC-111 to SC-112 were produced in the same manner as SC-101 except that alkyleneimines were added as shown in Table 2 in the preparation of solution A in the formation of the photoelectric conversion layer.

[実施例10]有機光電変換素子SC−113の作製
光電変換層および正孔輸送層の製膜において、溶液Aおよび溶液Bの調製の際に、表2に示すようにアルキレンイミン類を添加した以外は上記SC−101の作製と同様にしてSC−113を作製した。
[Example 10] Production of organic photoelectric conversion element SC-113 In the film formation of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer, alkyleneimines were added as shown in Table 2 during the preparation of Solution A and Solution B. Except for the above, SC-113 was prepared in the same manner as SC-101.

<光電変換率の評価>
上記で作製した光電変換素子について、ソーラーシミュレーター(AM1.5Gフィルタ)の100mW/cm2の強度の光を照射し、有効面積を1cm2にしたマスクを受光部に重ね、I−V特性を評価することで、短絡電流密度Jsc[mA/cm2]、開放電圧Voc[V]及びフィルファクターFFを測定し、また光電変換効率ηを下記式2より算出した。結果を表2に示す。
<Evaluation of photoelectric conversion rate>
Photoelectric conversion element manufactured above was irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 solar simulator (AM1.5G filter), a superposed mask in which the effective area to 1 cm 2 on the light receiving unit, evaluating the I-V characteristic Thus, the short-circuit current density J sc [mA / cm 2 ], the open circuit voltage V oc [V] and the fill factor FF were measured, and the photoelectric conversion efficiency η was calculated from the following formula 2. The results are shown in Table 2.

<光安定性の評価>
上記で作製した光電変換素子を85℃のホットプレート上に置き、2波長タイプの白色LED(東芝製小型SMD)を光源に用い、上記光電変換効率の評価において測定された短絡電流密度Jscとほぼ同じ値(約1Sun)になるようLEDの光量を調整し、1000時間光照射した。光照射後の短絡電流密度Jscを、上記光電変換効率の評価における測定方法に従って測定し、初期Jscに対する劣化後のJscの割合[%]を求めた。結果を表2に示す。
<Evaluation of light stability>
The photoelectric conversion element produced above is placed on a hot plate at 85 ° C., a two-wavelength type white LED (Toshiba small SMD) is used as a light source, and the short-circuit current density J sc measured in the evaluation of the photoelectric conversion efficiency is The light quantity of the LED was adjusted so as to be approximately the same value (about 1 Sun), and light was irradiated for 1000 hours. The short-circuit current density J sc after light irradiation, was measured according to the measurement method in the evaluation of the photoelectric conversion efficiency was determined the ratio of J sc after the deterioration to the initial J sc [%]. The results are shown in Table 2.

表2の結果より、正孔輸送層および光電変換層のいずれか一方にポリアルキレンイミンを含む実施例1〜10の有機光電変換素子SC−104〜SC−113は、正孔輸送層および光電変換層のどちらにもポリアルキレンイミンを含まない比較例1〜3の有機光電変換素子SC−101〜SC−103と比べて、光安定性が高く、優れた耐久性を有するこことが示された。これは、ポリアルキレンイミンが有するイオン性成分の捕捉能により、素子中のイオン性成分の移動が抑制されたことによるものと考えられた。   From the result of Table 2, organic photoelectric conversion element SC-104-SC-113 of Examples 1-10 which contain a polyalkyleneimine in any one of a positive hole transport layer and a photoelectric converting layer is a positive hole transport layer and photoelectric conversion. Compared with the organic photoelectric conversion elements SC-101 to SC-103 of Comparative Examples 1 to 3 in which neither of the layers contains polyalkyleneimine, it was shown that the photostability was high and the durability was excellent. . This was considered to be due to the movement of the ionic component in the device being suppressed by the ability of the polyalkyleneimine to capture the ionic component.

また、光電変換層にポリアルキレンイミンを含む実施例8〜10の有機光電変換素子SC−111〜SC−113は、初期の光電変換効率が有意に向上することが示された。これは、光電変換層の作製の際に、ポリアルキレンイミンの存在によりモルフォロジーが良好に形成されることによるものと考えられた。   Moreover, it was shown that the initial photoelectric conversion efficiency improves significantly about the organic photoelectric conversion elements SC-1111-SC-113 of Examples 8-10 which contain a polyalkyleneimine in a photoelectric converting layer. This was considered to be due to the favorable morphology formed by the presence of polyalkyleneimine during the production of the photoelectric conversion layer.

特に、正孔輸送層および光電変換層の両方にポリアルキレンイミンを含む実施例10の有機光電変換素子SC−113では、素子の耐久性および初期の光電変換効率が著しく向上することが示された。   In particular, in the organic photoelectric conversion element SC-113 of Example 10 containing polyalkyleneimine in both the hole transport layer and the photoelectric conversion layer, it was shown that the durability and initial photoelectric conversion efficiency of the element were significantly improved. .

10、20、30 有機光電変換素子、
11 陽極、
12 陰極、
14 光電変換層、
14a 第1の光電変換層、
14b 第2の光電変換層、
25 基板、
26 正孔輸送層、
27 電子輸送層、
38 電荷再結合層。
10, 20, 30 organic photoelectric conversion element,
11 Anode,
12 cathode,
14 photoelectric conversion layer,
14a 1st photoelectric conversion layer,
14b second photoelectric conversion layer,
25 substrates,
26 hole transport layer,
27 electron transport layer,
38 Charge recombination layer.

Claims (8)

第一の電極、
第二の電極、
前記第一の電極および前記第二の電極の間に存在する、n型有機半導体およびp型有機半導体を含む光電変換層、および
前記第一の電極または前記第二の電極と、前記光電変換層と、の間に存在する正孔輸送層を有し、
前記光電変換層および前記正孔輸送層の少なくとも一方は、ポリアルキレンイミンを含む、有機光電変換素子。
The first electrode,
The second electrode,
A photoelectric conversion layer including an n-type organic semiconductor and a p-type organic semiconductor, which is present between the first electrode and the second electrode, and the first electrode or the second electrode, and the photoelectric conversion layer And a hole transport layer existing between
At least one of the photoelectric conversion layer and the hole transport layer is an organic photoelectric conversion element containing polyalkyleneimine.
前記ポリアルキレンイミンが、分岐鎖状のポリアルキレンイミンであり、
前記分岐鎖状のポリアルキレンイミンは、第1級アミノ基、第2級アミノ基、および第3級アミノ基を含み、
前記第1級アミノ基は、前記分岐鎖状のポリアルキレンイミン中の全アミノ基100モル%に対し、10モル%〜50モル%である、請求項1に記載の有機光電変換素子。
The polyalkyleneimine is a branched polyalkyleneimine;
The branched polyalkyleneimine includes a primary amino group, a secondary amino group, and a tertiary amino group,
The organic photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the primary amino group is 10 mol% to 50 mol% with respect to 100 mol% of all amino groups in the branched polyalkyleneimine.
前記ポリアルキレンイミンは、下記一般式1〜7で表される基からなる群から選択される少なくとも1種が窒素原子の少なくとも一部に付加されてなる変性ポリアルキレンイミンを含む、請求項1または2に記載の有機光電変換素子;
式中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜4の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す;
式中、R5は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す;
式中、R6およびR7は、それぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す;
式中、R8〜R11は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜4の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す;
式中、R12は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す;
式中、R13は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す;
式中、R14は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜30の直鎖または分岐鎖アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基を表す。
The polyalkyleneimine includes a modified polyalkyleneimine in which at least one selected from the group consisting of groups represented by the following general formulas 1 to 7 is added to at least a part of a nitrogen atom. 2. The organic photoelectric conversion element according to 2,
In the formula, R 1 to R 4 each independently represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms;
In the formula, each R 5 independently represents a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms;
In the formula, R 6 and R 7 each independently represent a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms;
In the formula, R 8 to R 11 each independently represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms;
In the formula, each R 12 independently represents a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms;
In the formula, each R 13 independently represents a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms;
In the formula, each R 14 independently represents a linear or branched alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, an arylene group, or a heteroarylene group.
前記光電変換層は、前記ポリアルキレンイミンを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer includes the polyalkyleneimine. 前記光電変換層および前記正孔輸送層は、前記ポリアルキレンイミンを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the photoelectric conversion layer and the hole transport layer include the polyalkyleneimine. 前記ポリアルキレンイミンが、ポリエチレンイミン、ポリプロピレンイミン、およびこれらの共重合体からなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element of any one of Claims 1-5 in which the said polyalkylene imine contains at least 1 sort (s) selected from the group which consists of polyethyleneimine, polypropyleneimine, and these copolymers. 前記正孔輸送層は、π共役系導電性高分子とポリアニオンを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the hole transport layer includes a π-conjugated conductive polymer and a polyanion. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の有機光電変換素子を有する、太陽電池。   The solar cell which has an organic photoelectric conversion element of any one of Claims 1-7.
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