JP2013089684A - Organic photoelectric conversion element and solar cell using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic photoelectric conversion element which is excellent in durability and is capable of exhibiting sufficient photoelectric conversion efficiency, and a solar cell using the same.SOLUTION: The organic photoelectric conversion element includes: a first electrode; a second electrode; a hole transport layer containing a metal oxide and a bulk-heterojunction photoelectric conversion layer which are arranged between the first electrode and the second electrode; and a self-assembled monolayer arranged between the hole transport layer and the photoelectric conversion layer.

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酸素、バリア部材を透過してしまう微量の水分や酸素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、主には正孔輸送層材料として使用されるPEDOT:PSS(poly(3,4−ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate))等に含まれる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, a minute amount of moisture and oxygen mixed in during production and a minute amount of moisture and oxygen that permeate the barrier member inevitably exist in the device. To do. Thus, when continuous light irradiation is performed in the presence of a minute amount of moisture, PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedithiothiophene): poly (styreneenesulfonate), which is mainly used as a hole transport layer material. ) And the like, or the morphology of the bulk heterojunction layer (photoelectric conversion layer) formed by the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material changes, thereby causing a 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策として、例えば、正孔輸送材料として使用されるPEDOT:PSSの代わりに、酸化モリブデン(MoO)などの酸化物半導体層を用いることで、暗所保存の安定性が向上する技術が提案されている。さらにMoOなどの金属酸化物を用いた場合極薄膜で製膜ができ、求める機能を発揮することが可能なことから、従来のPEDOT:PSSと比較して層自体の抵抗を低くすることができ、素子の高効率化には欠かせない技術となっている(例えば、非特許文献2、特許文献1など)。 As countermeasures against these problems, for example, by using an oxide semiconductor layer such as molybdenum oxide (MoO 3 ) instead of PEDOT: PSS used as a hole transport material, stability in storage in a dark place is improved. Techniques to do this have been proposed. Furthermore, when a metal oxide such as MoO 3 is used, the film can be formed with an extremely thin film and can exhibit the desired function. Therefore, the resistance of the layer itself can be lowered as compared with the conventional PEDOT: PSS. Therefore, the technology is indispensable for improving the efficiency of the element (for example, Non-Patent Document 2, Patent Document 1, etc.).

また、酸化物半導体を使用した効率向上技術として金属酸化物層と光電変換層の間に自己組織化単分子膜(SAM)を形成する技術が報告されている。金属酸化物層上にSAMを形成させることにより真空準位を調整し、より高いVocを得ることに成功している(例えば、非特許文献3など)。   In addition, a technique for forming a self-assembled monolayer (SAM) between a metal oxide layer and a photoelectric conversion layer has been reported as an efficiency improvement technique using an oxide semiconductor. It has succeeded in adjusting the vacuum level by forming SAM on the metal oxide layer and obtaining higher Voc (for example, Non-Patent Document 3).

特開2008−91381号公報JP 2008-91381 A

A.Heeger et al.,Nature Mat.,vol.6(2007),p497A. Heeger et al. , Nature Mat. , Vol. 6 (2007), p497 Adv. Mater. 2011, 23, 2226−2230Adv. Mater. 2011, 23, 2226-2230 J. Appl. Phys. 101, 114503(2007)J. et al. Appl. Phys. 101, 114503 (2007)

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、十分な耐久性と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および上記特許文献1に記載された技術によると、連続的な光照射によって光電変換素子を駆動させた場合、酸化物半導体と有機層との界面で大きな準位のミスマッチが発生することで、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まうことが分かった。この準位のミスマッチによる連続した光照射下での素子の寿命の低下については、上記非特許文献3にはなんら記載がなく、さらにこの界面ミスマッチによる界面での大きな準位のミスマッチの発生は正孔輸送層側に用いられる金属酸化物の方が顕著であり、上記非特許文献3はこれらの課題を解決するものではなかった。 However, as a result of investigations by the present inventors, it has been found that sufficient durability and photoelectric conversion efficiency cannot be obtained even with the technique described in the above document. That is, according to the techniques described in Non-Patent Document 2 and Patent Document 1, when a photoelectric conversion element is driven by continuous light irradiation, a large level mismatch occurs at the interface between the oxide semiconductor and the organic layer. It has been found that short circuit current density (J SC ) decays due to the occurrence of, and the lifetime of the device is significantly shortened. Non-Patent Document 3 does not describe any decrease in the lifetime of the device under continuous light irradiation due to this level mismatch. Furthermore, the occurrence of a large level mismatch at the interface due to this interface mismatch is normal. The metal oxide used on the hole transport layer side is more conspicuous, and the non-patent document 3 does not solve these problems.

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有機光電変換素子およびそれを用いた太陽電池を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, It aims at providing the organic photoelectric conversion element which is excellent in durability, and can exhibit sufficient photoelectric conversion efficiency, and a solar cell using the same. .

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、金属酸化物からなる正孔輸送層と光電変換層との間に、自己組織化単分子層を有することで、連続的な光照射によって光電変換素子を駆動させた場合においても、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見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, by having a self-assembled monolayer between the hole transport layer made of a metal oxide and the photoelectric conversion layer, it is durable even when the photoelectric conversion element is driven by continuous light irradiation. The present invention has been completed by finding that it has excellent performance and exhibits sufficient photoelectric conversion efficiency.

すなわち、本発明は、第一の電極、第二の電極、前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置される金属酸化物を含む正孔輸送層およびバルクヘテロジャンクション型の光電変換層、ならびに前記正孔輸送層と前記光電変換層との間に配置される自己組織化単分子層、を有する、有機光電変換素子である。   That is, the present invention relates to a first electrode, a second electrode, a hole transport layer including a metal oxide disposed between the first electrode and the second electrode, and a bulk heterojunction photoelectric conversion. It is an organic photoelectric conversion element which has a layer and the self-organization monomolecular layer arrange | positioned between the said positive hole transport layer and the said photoelectric converting layer.

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およびその有機光電変換素子を用いた太陽電池が提供されうる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar cell using the organic photoelectric conversion element which is excellent in durability, and can exhibit sufficient photoelectric conversion efficiency, and the organic photoelectric conversion element can be provided.

本発明の有機光電変換素子の効果を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the effect of the organic photoelectric conversion element of the present invention. 本発明の一実施形態による、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 the organic photoelectric conversion element by one Embodiment of this invention typically. 本発明の他の実施形態による、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 the organic photoelectric conversion element by other embodiment of this invention typically. 本発明のさらに他の実施形態による、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 by other embodiment of this invention.

本発明は、第一の電極、第二の電極、前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置される金属酸化物を含む正孔輸送層およびバルクヘテロジャンクション型の光電変換層、ならびに前記正孔輸送層と前記光電変換層との間に配置される自己組織化単分子層、を有する、有機光電変換素子である。   The present invention includes a first electrode, a second electrode, a hole transport layer including a metal oxide disposed between the first electrode and the second electrode, and a bulk heterojunction photoelectric conversion layer, And an organic photoelectric conversion element having a self-assembled monolayer disposed between the hole transport layer and the photoelectric conversion layer.

正孔輸送層と光電変換層との間に自己組織化単分子層を有することで、p型半導体と無機酸化物から形成される正孔輸送層との間で、HOMO準位同士をよりオーミックに接続することが出来、連続的な光照射によって光電変換素子を駆動させた場合にも正孔輸送層と光電変換層との界面で大きな準位のミスマッチ発生を低減することができる。その結果、短絡電流密度(JSC)の減衰が抑制され、耐久性(素子の寿命)が向上しうる。 By having a self-assembled monolayer between the hole transport layer and the photoelectric conversion layer, the HOMO levels are more ohmic between the p-type semiconductor and the hole transport layer formed from the inorganic oxide. Even when the photoelectric conversion element is driven by continuous light irradiation, occurrence of a large level mismatch at the interface between the hole transport layer and the photoelectric conversion layer can be reduced. As a result, attenuation of the short circuit current density (J SC ) can be suppressed, and durability (device lifetime) can be improved.

この効果を、さらに図1を用いて模式的に説明すれば、図1の(a)に示すような自己組織化単分子層を有さない有機光電変換素子における正孔輸送層と光電変換層との界面では、HOMO準位の大きなミスマッチが発生している。しかしながら、図1の(b)に示すような本発明の有機光電変換素子は、自己組織化単分子層を有することにより、正孔輸送層の仕事関数が浅くなり、正孔輸送層と光電変換層との間において、HOMO準位同士をよりオーミックに接続することが出来る。この効果により、連続的な光照射によって正孔輸送層のHOMO準位が深くシフトする方向に働いても界面でのミスマッチを低減させることができ、その結果、短絡電流密度(JSC)の減衰が抑制され、耐久性(素子の寿命)が向上しうる。 If this effect is further explained schematically with reference to FIG. 1, a hole transport layer and a photoelectric conversion layer in an organic photoelectric conversion element having no self-assembled monolayer as shown in FIG. At the interface, a large HOMO level mismatch occurs. However, the organic photoelectric conversion device of the present invention as shown in FIG. 1B has a self-organized monomolecular layer, so that the work function of the hole transport layer becomes shallow, and the hole transport layer and the photoelectric conversion Between the layers, the HOMO levels can be more ohmic-connected. This effect can reduce mismatch at the interface even if the HOMO level of the hole transport layer shifts deeply due to continuous light irradiation. As a result, the short-circuit current density (J SC ) is attenuated. Can be suppressed, and the durability (the lifetime of the element) can be improved.

以下、添付した図面を参照しながら本発明の好ましい形態を説明するが、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, preferred embodiments 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 to the following embodiments. In addition, the dimension ratio of drawing is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.

(有機光電変換素子の構成)
図2は、本発明の一実施形態による、順層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。
(Configuration of organic photoelectric conversion element)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a normal layer type organic photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention.

有機光電変換素子10は、基板11上に、第1の電極12、正孔輸送層17、光電変換層14、電子輸送層18、第2の電極13がこの順に積層されてなる。そして、正孔輸送層17と光電変換層14との間に、自己組織化単分子層19が配置されている。   The organic photoelectric conversion element 10 is formed by laminating a first electrode 12, a hole transport layer 17, a photoelectric conversion layer 14, an electron transport layer 18, and a second electrode 13 on a substrate 11 in this order. A self-assembled monolayer 19 is disposed between the hole transport layer 17 and the photoelectric conversion layer 14.

本発明の一態様として、基板11および第1の電極12は透明であり、光電変換に用いられる光は、基板11の側から照射され、第1の電極12および正孔輸送層17を経て、光電変換層14へと届く。   As one embodiment of the present invention, the substrate 11 and the first electrode 12 are transparent, and light used for photoelectric conversion is irradiated from the substrate 11 side, passes through the first electrode 12 and the hole transport layer 17, It reaches the photoelectric conversion layer 14.

光電変換層14は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを含有する。   The photoelectric conversion layer 14 is a layer that converts light energy into electrical energy, and contains a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material.

p型半導体材料は、相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は、相対的に電子受容体(アクセプター)として機能する。   The p-type semiconductor material functions relatively as an electron donor (donor), and the n-type semiconductor material functions relatively as an electron acceptor (acceptor).

ここで、電子供与体および電子受容体は、“光を吸収した際に、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)を形成する電子供与体および電子受容体”であり、電極のように単に電子を供与あるいは受容するものではなく、光反応によって、電子を供与あるいは受容するものである。   Here, the electron donor and the electron acceptor are “an electron donor in which, when light is absorbed, electrons move from the electron donor to the electron acceptor to form a hole-electron pair (charge separation state)”. And an electron acceptor ”, which does not simply donate or accept electrons as in the case of an electrode, but donates or accepts electrons by a photoreaction.

図2において、基板11を介して第1の電極12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. 2, the light incident from the first electrode 12 through the substrate 11 is absorbed by the electron acceptor or the electron donor in the photoelectric conversion layer 14, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. A pair of holes and electrons (charge separation state) is formed.

発生した電荷は内部電界、例えば、第1の電極12と第2の電極13との仕事関数が異なる場合では第1の電極12と第2の電極13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。   The generated electric charge is generated between the electron acceptors due to the internal electric field, for example, when the work functions of the first electrode 12 and the second electrode 13 are different, due to the potential difference between the first electrode 12 and the second electrode 13. And the holes pass between the electron donors and are carried to different electrodes, and a photocurrent is detected.

図2の例では、第1の電極12の仕事関数は第2の電極13の仕事関数よりも大きいため、正孔は第1の電極12へ、電子は第2の電極13へ輸送される。この場合、第2の電極13には仕事関数が小さく酸化されやすい金属が用いられる。この場合、第1の電極はアノード(陽極)として、第2の電極はカソード(陰極)として機能する。   In the example of FIG. 2, the work function of the first electrode 12 is larger than the work function of the second electrode 13, so that holes are transported to the first electrode 12 and electrons are transported to the second electrode 13. In this case, the second electrode 13 is made of a metal that has a small work function and is easily oxidized. In this case, the first electrode functions as an anode (anode) and the second electrode functions as a cathode (cathode).

図3に本発明の他の一実施形態による、逆層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing a reverse layer type organic photoelectric conversion device according to another embodiment of the present invention.

図3においては、図2の場合とは反対に、第1の電極12の仕事関数よりも第2の電極13の仕事関数を大きくすることで、電子を第1の電極12へ、正孔を第2の電極13へと輸送するように設計した場合を示した。この場合には、第1の電極12と光電変換層14との間に電子輸送層18を有し、光電変換層14と第2の電極13との間に正孔輸送層17を有し、第1の電極はカソード(陰極)として、第2の電極はアノード(陽極)として機能する。そして、正孔輸送層17と光電変換層14との間には、自己組織化単分子層19が配置されている。   In FIG. 3, contrary to the case of FIG. 2, the work function of the second electrode 13 is made larger than the work function of the first electrode 12, whereby electrons are transferred to the first electrode 12. The case where it designed so that it might convey to the 2nd electrode 13 was shown. In this case, the electron transport layer 18 is provided between the first electrode 12 and the photoelectric conversion layer 14, the hole transport layer 17 is provided between the photoelectric conversion layer 14 and the second electrode 13, The first electrode functions as a cathode (cathode) and the second electrode functions as an anode (anode). A self-assembled monolayer 19 is disposed between the hole transport layer 17 and the photoelectric conversion layer 14.

なお、図2および図3には記載していないが、本発明の有機光電変換素子は、正孔ブロック層、電子ブロック層、あるいは平滑化層等の層を有していてもよい。   Although not shown in FIGS. 2 and 3, the organic photoelectric conversion element of the present invention may have a layer such as a hole blocking layer, an electron blocking layer, or a smoothing layer.

さらに、太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、このような光電変換素子を積層した、タンデム型の構成としてもよい。図4は、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。   Furthermore, it is good also as a tandem-type structure which laminated | stacked such a photoelectric conversion element for the purpose of the improvement of sunlight utilization factor (photoelectric conversion efficiency). FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating an organic photoelectric conversion element including a tandem photoelectric conversion layer.

タンデム型の構成の場合、基板11上に第1の電極12、正孔輸送層17、第1の光電変換層14a、電荷再結合層15をこの順に積層した後、第2の光電変換層14b、電子輸送層18、次いで第2の電極13を積層することで、タンデム型の構成とすることができる。   In the case of the tandem configuration, the first electrode 12, the hole transport layer 17, the first photoelectric conversion layer 14a, and the charge recombination layer 15 are stacked in this order on the substrate 11, and then the second photoelectric conversion layer 14b. By stacking the electron transport layer 18 and then the second electrode 13, a tandem structure can be obtained.

そして、正孔輸送層17と第1の光電変換層14aとの間には、自己組織化単分子層19が配置されている。   A self-assembled monolayer 19 is disposed between the hole transport layer 17 and the first photoelectric conversion layer 14a.

第2の光電変換層14bは、第1の光電変換層14aの吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、より広い波長域の光を効率よく電気に変化することが可能となるため、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。   The second photoelectric conversion layer 14b may be a layer that absorbs the same spectrum as the absorption spectrum of the first photoelectric conversion layer 14a, or may be a layer that absorbs a different spectrum, but efficiently emits light in a wider wavelength range. Therefore, the layer preferably absorbs a different spectrum.

以下、本発明に係る有機光電変換素子の各構成について詳細に説明する。   Hereinafter, each structure of the organic photoelectric conversion element which concerns on this invention is demonstrated in detail.

〔正孔輸送層〕
正孔輸送層とは、アノードと光電変換層の中間に位置して、光電変換層と電極との間で正孔の授受をより効率的にすることのできる層のことである。なお、光電変換層に用いられるn型半導体材料のLUMO準位よりも浅いLUMO準位を有する正孔輸送層には、光電変換層で生成した電子をアノード側には流さないような整流効果を有する、電子ブロック機能が付与される。このような正孔輸送層は電子ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する正孔輸送層を使用するほうが好ましい。
(Hole transport layer)
The hole transport layer is a layer that is located between the anode and the photoelectric conversion layer, and that can transfer holes more efficiently between the photoelectric conversion layer and the electrode. Note that the hole transport layer having a LUMO level shallower than the LUMO level of the n-type semiconductor material used for the photoelectric conversion layer has a rectifying effect that prevents electrons generated in the photoelectric conversion layer from flowing to the anode side. It has an electronic block function. Such a hole transport layer is also called an electron block layer, and it is preferable to use a hole transport layer having such a function.

本発明に係る正孔輸送層は、金属酸化物を含む。   The hole transport layer according to the present invention contains a metal oxide.

正孔輸送層に用いられる金属酸化物としては、例えば、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)、レニウム(Re)、タンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、トリウム(Tr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、カドミウム(Cd)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、あるいはランタン(La)からルテチウム(Lu)までのいわゆる希土類元素などの酸化物が挙げられる。正孔輸送能に優れるという観点からは、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、バナジウム(V)、ニッケル(Ni)およびレニウム(Re)からなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸化物を含むことが好ましく、三酸化モリブデン、三酸化タングステン、酸化ニッケル、および五酸化二バナジウムからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。これら金属酸化物は、1種単独で用いてもよいし2種以上併用してもよい。   Examples of the metal oxide used for the hole transport layer include molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), chromium (Cr), niobium (Nb), rhenium (Re), tantalum (Ta), Zirconium (Zr), hafnium (Hf), scandium (Sc), yttrium (Y), thorium (Tr), manganese (Mn), iron (Fe), ruthenium (Ru), osmium (Os), cobalt (Co), Nickel (Ni), cadmium (Cd), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), antimony (Sb), Examples include bismuth (Bi) or oxides of so-called rare earth elements from lanthanum (La) to lutetium (Lu). From the viewpoint of excellent hole transport ability, an oxide of at least one metal selected from the group consisting of molybdenum (Mo), tungsten (W), vanadium (V), nickel (Ni), and rhenium (Re) Is preferable, and at least one selected from the group consisting of molybdenum trioxide, tungsten trioxide, nickel oxide, and divanadium pentoxide is more preferable. These metal oxides may be used alone or in combination of two or more.

正孔輸送層の厚さは、特に制限はないが、通常1〜1000nmである。正孔輸送性と正孔注入(取出し)性との観点から、より好ましくは2〜50nm、さらに好ましくは3〜20nmである。   Although the thickness of a positive hole transport layer does not have a restriction | limiting in particular, Usually, it is 1-1000 nm. From the viewpoint of hole transport properties and hole injection (extraction) properties, the thickness is more preferably 2 to 50 nm, and still more preferably 3 to 20 nm.

正孔輸送層は一般的な製膜方法を用いて形成でき、例えば、加熱真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザービーム蒸着法、スパッタ法、CVD法、大気圧プラズマ法などのドライプロセス、塗布法、メッキ法、電界形成法などのウェットプロセスなどを用いることができる。中でも特に好ましいのは、加熱真空蒸着法(実施例)である。   The hole transport layer can be formed by using a general film forming method, for example, a dry process such as a heating vacuum deposition method, an electron beam deposition method, a laser beam deposition method, a sputtering method, a CVD method, an atmospheric pressure plasma method, or a coating method. A wet process such as a method, a plating method, or an electric field forming method can be used. Of these, heating vacuum deposition (Example) is particularly preferred.

〔光電変換層〕
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。光電変換層は、光電変換材料として、p型有機半導体材料およびn型有機半導体材料を含有する。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]
The photoelectric conversion layer has a function of converting light energy into electric energy using the photovoltaic effect. The photoelectric conversion layer contains a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material as a photoelectric conversion material. When light is absorbed by these photoelectric conversion materials, excitons are generated, which are separated into holes and electrons at the pn junction interface.

光電変換層に使用されるp型有機半導体材料は、好適にはp型共役系高分子を含有する。このp型共役系高分子は、主鎖に電子供与性基(ドナー性ユニット)および電子吸引性基(アクセプター性ユニット)を有する共重合体である。より具体的には、p型共役系高分子は、ドナー性ユニットとアクセプター性ユニットとが交互に配列するように重合された構造を有する。このように、ドナー性ユニットとアクセプター性ユニットとが交互に配列することにより、p型有機半導体の吸収域を長波長域に拡大することができる。すなわち、p型共役系高分子は、従来のp型有機半導体の吸収域(例えば、400〜700nm)に加え、長波長域(例えば、700〜1000nm)の光も吸収することができるため、太陽光スペクトルの広い範囲にわたる放射エネルギーを効率よく吸収させることが可能となる。   The p-type organic semiconductor material used for the photoelectric conversion layer preferably contains a p-type conjugated polymer. This p-type conjugated polymer is a copolymer having an electron donating group (donor unit) and an electron withdrawing group (acceptor unit) in the main chain. More specifically, the p-type conjugated polymer has a structure in which donor units and acceptor units are alternately arranged. Thus, by arranging the donor unit and the acceptor unit alternately, the absorption region of the p-type organic semiconductor can be expanded to a long wavelength region. That is, since the p-type conjugated polymer can absorb light in a long wavelength region (for example, 700 to 1000 nm) in addition to the absorption region (for example, 400 to 700 nm) of the conventional p-type organic semiconductor, It becomes possible to efficiently absorb radiant energy over a wide range of the optical spectrum.

p型共役系高分子に含まれうるドナー性ユニットとしては、同じπ電子数を有する炭化水素芳香環(ベンゼン、ナフタレン、アントラセンなど)よりもLUMO準位またはHOMO準位が浅くなるようなユニットであれば、制限なく使用できる。例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、シクロペンタジエン若しくはシラシクロペンタジエンなどの複素5員環、およびこれらの縮合環を含むユニットである。   The donor unit that can be included in the p-type conjugated polymer is a unit in which the LUMO level or the HOMO level is shallower than a hydrocarbon aromatic ring (benzene, naphthalene, anthracene, etc.) having the same number of π electrons. If there is, it can be used without restriction. For example, a unit including a thiophene ring, a furan ring, a pyrrole ring, a hetero 5-membered ring such as cyclopentadiene or silacyclopentadiene, and a condensed ring thereof.

具体的には、フルオレン、シラフルオレン、カルバゾール、ジチエノシクロペンタジエン、ジチエノシラシクロペンタジエン、ジチエノピロール、ベンゾジチオフェンなどを挙げることができる。   Specific examples include fluorene, silafluorene, carbazole, dithienocyclopentadiene, dithienosylcyclopentadiene, dithienopyrrole, and benzodithiophene.

ドナー性ユニットは、好ましくは下記化学式1で表される構造である。   The donor unit preferably has a structure represented by the following chemical formula 1.

Figure 2013089684
Figure 2013089684

式中、Zは、炭素原子、ケイ素原子、またはゲルマニウムを表し、
は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜20の置換または非置換のアルキル基、炭素原子数1〜20の置換または非置換のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜30の置換または非置換のシクロアルキル基、炭素原子数6〜30の置換または非置換のアリール基、炭素原子数1〜20の置換または非置換のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20の置換または非置換のアルキルシリル基を表し、2つのRは互いに結合して環を形成してもよい。また、Rは互いに異なっていても良い。
In the formula, Z 1 represents a carbon atom, a silicon atom, or germanium,
Each R 1 independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon group having 3 to 30 carbon atoms, or An unsubstituted cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted group having 1 to 20 carbon atoms And two R 1 's may be bonded to each other to form a ring. R 1 may be different from each other.

また、下記化学式2で表される構造もドナー性ユニットとして好適である。   A structure represented by the following chemical formula 2 is also suitable as the donor unit.

Figure 2013089684
Figure 2013089684

式中、Rは、それぞれ独立して、炭素原子数1〜20の置換または非置換のアルキル基、炭素原子数1〜20の置換または非置換のアルコキシ基、または炭素原子数1〜20の置換または非置換のアルキルエステル基を表す。Rは互いに異なっていてもよい。 In the formula, each R 2 independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 to 20 carbon atoms. Represents a substituted or unsubstituted alkyl ester group. R 2 may be different from each other.

上記RおよびRにおける炭素原子数1〜20のアルキル基とは、炭素原子数1〜20個の直鎖、または分岐鎖のアルキル基である。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、n−ヘキシル基、1,3−ジメチルブチル基、1−イソプロピルプロピル基、1,2−ジメチルブチル基、n−ヘプチル基、1,4−ジメチルペンチル基、2−メチル−1−イソプロピルプロピル基、1−エチル−3−メチルブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、3−メチル−1−イソプロピルブチル基、2−メチル−1−イソプロピル基、1−t−ブチル−2−メチルプロピル基、n−ノニル基、3,5,5−トリメチルヘキシル基、n−デシル基、n−ドデシル基などが挙げられる。 The alkyl group having 1 to 20 carbon atoms in R 1 and R 2 is a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Specifically, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, 1, 2-dimethylpropyl group, n-hexyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 1-isopropylpropyl group, 1,2-dimethylbutyl group, n-heptyl group, 1,4-dimethylpentyl group, 2-methyl- 1-isopropylpropyl group, 1-ethyl-3-methylbutyl group, n-octyl group, 2-ethylhexyl group, 3-methyl-1-isopropylbutyl group, 2-methyl-1-isopropyl group, 1-t-butyl- Examples include 2-methylpropyl group, n-nonyl group, 3,5,5-trimethylhexyl group, n-decyl group, n-dodecyl group and the like.

上記Rにおける炭素原子数3〜30のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などが挙げられる。 Examples of the cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms in R 1 include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group, and an adamantyl group.

上記Rにおける炭素原子数6〜30のアリール基としては、フェニル基、フェネチル基、o−,m−若しくはp−トリル基、2,3−若しくは2,4−キシリル基、メシチル基、ナフチル基などが挙げられる。 Examples of the aryl group having 6 to 30 carbon atoms in R 1 include phenyl group, phenethyl group, o-, m- or p-tolyl group, 2,3- or 2,4-xylyl group, mesityl group, and naphthyl group. Etc.

上記Rにおける炭素原子数6〜30のヘテロアリール基としては、ピロール基、フラン基、チオフェニル基、ピリジル基、ピリミジル基などが挙げられる。 Examples of the heteroaryl group having 6 to 30 carbon atoms in R 1 include a pyrrole group, a furan group, a thiophenyl group, a pyridyl group, and a pyrimidyl group.

上記Rにおける炭素原子数1〜20のアルキルシリル基としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基などが挙げられる。 Examples of the alkylsilyl group having 1 to 20 carbon atoms in R 1 include a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a triisopropylsilyl group, and a tert-butyldimethylsilyl group.

上記Rにおける炭素原子数1〜20のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基などの直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基が挙げられる。 Examples of the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms in R 2 include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, a pentyloxy group, a hexyloxy group, a 2-ethylhexyloxy group, and an octyloxy group. And linear, branched or cyclic alkoxy groups.

上記Rにおける炭素原子数1〜20のアルキルエステル基としては、メチルエステル基、エチルエステル基、n−プロピルエステル基、i−プロピルエステル基、n−ブチルエステル基、2−メチルプロピルエステル基、1−メチルプロピル基、t−ブチルエステル基、ペンチルエステル基、ヘキシルエステル基、ヘプチルエステル基、オクチルエステル基、ノニルエステル基、デシルエステル基、ウンデシルエステル基、ドデシルエステル基などが挙げられる。 Examples of the alkyl ester group having 1 to 20 carbon atoms in R 2 include a methyl ester group, an ethyl ester group, an n-propyl ester group, an i-propyl ester group, an n-butyl ester group, a 2-methylpropyl ester group, Examples include 1-methylpropyl group, t-butyl ester group, pentyl ester group, hexyl ester group, heptyl ester group, octyl ester group, nonyl ester group, decyl ester group, undecyl ester group, dodecyl ester group and the like.

なお、上記化学式1および化学式2において、アルキル基、フッ化アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルシリル基、アルコキシ基、またはアルキルエステル基に場合によって存在する置換基としては、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アシル基、アルキル基、フェニル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルコキシ基、ニトロ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アルキルカルボニルアミノ基、アリールアミノ基、アリールカルボニルアミノ基、カルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルアミノカルボニル基、アルコキシスルホニル基、アルキルチオ基、カルバモイル基、アリールオキシカルボニル基、オキシアルキルエーテル基、シアノ基などが例示できるが、これらに限定されるものではない。なお、該置換基は、RおよびRとして用いられる骨格となる基と互いに異なるものを適用する。 In the above chemical formula 1 and chemical formula 2, as an optional substituent in the alkyl group, fluorinated alkyl group, cycloalkyl group, aryl group, heteroaryl group, alkylsilyl group, alkoxy group, or alkyl ester group, For example, halogen atom (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom), acyl group, alkyl group, phenyl group, alkoxy group, halogenated alkyl group, halogenated alkoxy group, nitro group, amino group, alkylamino group, Alkylcarbonylamino group, arylamino group, arylcarbonylamino group, carbonyl group, alkoxycarbonyl group, alkylaminocarbonyl group, alkoxysulfonyl group, alkylthio group, carbamoyl group, aryloxycarbonyl group, oxyalkyl ether group, Such as amino group are exemplified, but not limited thereto. As the substituent, a group different from the skeleton group used as R 1 and R 2 is used.

上記化学式1および2で表されるドナー性ユニットは、移動度の高いチオフェン構造が縮合して大きなπ共役平面を有しつつも、置換基により溶解性が付与されている。このようなドナー性ユニットは、溶解性と移動度が共に優れているため、より一層、光電変換効率を向上させることが可能となる。   The donor unit represented by the above chemical formulas 1 and 2 has a solubility imparted by a substituent while the thiophene structure having a high mobility is condensed to have a large π-conjugated plane. Since such a donor unit is excellent in both solubility and mobility, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

一方、p型共役系高分子に含まれうるアクセプター性ユニットとしては、例えば、キノキサリン骨格、ピラジノキノキサリン骨格、ベンゾチアジアゾール骨格、ベンゾオキサジアゾール骨格、ベンゾセレナジアゾール骨格、ベンゾトリアゾール骨格、ピリドチアジアゾール骨格、チエノピラジン骨格、フタルイミド骨格、3,4−チオフェンジカルボン酸イミド骨格、イソインディゴ骨格、チエノチオフェン骨格、ジケトピロロピロール骨格、4−アシル−チエノ[3,4−b]チオフェン骨格、ピラゾロ[5,1−c][1,2,4]トリアゾール骨格などが挙げられる。なお、本形態のp型共役高分子に含まれるドナー性ユニットまたはアクセプター性ユニットは、それぞれ、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。   On the other hand, acceptor units that can be included in the p-type conjugated polymer include, for example, quinoxaline skeleton, pyrazinoquinoxaline skeleton, benzothiadiazole skeleton, benzooxadiazole skeleton, benzoselenadiazole skeleton, benzotriazole skeleton, pyrido Thiadiazole skeleton, thienopyrazine skeleton, phthalimide skeleton, 3,4-thiophenedicarboxylic acid imide skeleton, isoindigo skeleton, thienothiophene skeleton, diketopyrrolopyrrole skeleton, 4-acyl-thieno [3,4-b] thiophene skeleton, pyrazolo [ 5,1-c] [1,2,4] triazole skeleton and the like. In addition, the donor unit or acceptor unit contained in the p-type conjugated polymer of this embodiment may be used alone or in combination of two or more.

本形態において、好ましいp型共役高分子としては、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、国際公開第08/000664号パンフレットに記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv.Mater.,2007,p4160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PCDTBT(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)などのポリチオフェン共重合体などが挙げられる。なかでもPCDTBTがより好ましい。   In the present embodiment, preferable p-type conjugated polymers include Nature Material, (2006) vol. 5, p328, polythiophene-thienothiophene copolymer, polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO08 / 000664, Adv. Mater. , 2007, p4160, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer, Nature Mat. vol. 6 (2007), p497, and polythiophene copolymers such as PCDTBT (polythiophene-carbazole-benzothiadiazole copolymer). Of these, PCDTBT is more preferable.

上記p型共役高分子の分子量は、特に制限はないが、数平均分子量が5,000〜500,000であることが好ましく、10,000〜100,000であることがより好ましく、15,000〜50,000であることがさらに好ましい。数平均分子量が5,000以上であると、曲線因子向上の効果がより一層顕著になる。一方、数平均分子量が500,000以下であると、p型共役高分子の溶解性が向上するため、生産性を上げることができる。なお、本明細書において、数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した値を採用する。   The molecular weight of the p-type conjugated polymer is not particularly limited, but the number average molecular weight is preferably 5,000 to 500,000, more preferably 10,000 to 100,000, and 15,000. More preferably, it is -50,000. When the number average molecular weight is 5,000 or more, the effect of improving the fill factor becomes more remarkable. On the other hand, when the number average molecular weight is 500,000 or less, the solubility of the p-type conjugated polymer is improved, so that productivity can be increased. In addition, in this specification, the value measured by gel permeation chromatography (GPC) is employ | adopted for a number average molecular weight.

なお、上述したp型共役系高分子以外のその他のp型有機半導体材料を含んでもよい。このようなその他のp型有機半導体材料としては、例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などが挙げられる。ただし、本発明の作用効果を顕著に発現させるという観点からは、光電変換層に含まれるp型有機半導体材料に占めるp型共役系高分子の質量割合は、好ましくは5質量%以上であり、より好ましくは10質量%以上であり、さらに好ましくは50質量%以上であり、特に好ましくは90質量%以上であり、最も好ましくは100質量%である。   In addition, you may include other p-type organic-semiconductor materials other than the p-type conjugated polymer mentioned above. Examples of such other p-type organic semiconductor materials include triarylamine compounds, benzidine compounds, pyrazoline compounds, styrylamine compounds, hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, carbazole compounds, polysilane compounds, thiophene compounds, phthalocyanine compounds, Cyanine compounds, merocyanine compounds, oxonol compounds, polyamine compounds, indole compounds, pyrrole compounds, pyrazole compounds, polyarylene compounds, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, Fluoranthene derivatives) and metal complexes having a nitrogen-containing heterocyclic compound as a ligand. However, from the viewpoint of remarkably expressing the effects of the present invention, the mass ratio of the p-type conjugated polymer in the p-type organic semiconductor material contained in the photoelectric conversion layer is preferably 5% by mass or more, More preferably, it is 10 mass% or more, More preferably, it is 50 mass% or more, Especially preferably, it is 90 mass% or more, Most preferably, it is 100 mass%.

光電変換層に含まれるp型有機半導体材料のバンドギャップは、1.8eV以下であることが好ましく、1.6〜1.1eVであることがより好ましい。バンドギャップが1.8eV以下であると、幅広く太陽光を吸収できる。一方、バンドギャップが1.1eV以上であると、開放電圧Voc(V)が出やすくなり、変換効率が向上しうる。なお、p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勿論構わない。   The band gap of the p-type organic semiconductor material contained in the photoelectric conversion layer is preferably 1.8 eV or less, and more preferably 1.6 to 1.1 eV. When the band gap is 1.8 eV or less, sunlight can be widely absorbed. On the other hand, when the band gap is 1.1 eV or more, the open circuit voltage Voc (V) is easily generated, and the conversion efficiency can be improved. In addition, p-type organic semiconductors may be used alone or in combination of two or more.

一方、光電変換層に使用されるn型有機半導体材料も、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など、上記p型有機半導体材料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など)、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など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などが挙げられる。   On the other hand, the n-type organic semiconductor material used for the photoelectric conversion layer 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 can be appropriately employed. As such a compound, for example, a perfluoro product in which a hydrogen atom of the p-type organic semiconductor material is substituted with a fluorine atom, such as fullerene, carbon nanotube, and octaazaporphyrin (for example, perfluoropentacene or perfluorophthalocyanine), Examples thereof include aromatic carboxylic acid anhydrides such as naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, and perylenetetracarboxylic acid diimide, and polymer compounds containing an imidized product thereof as a skeleton.

このうち、p型有機半導体材料と高速(〜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)など、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、アミノ基など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 material 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などのような、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、n型有機半導体材料は、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 addition, n-type organic-semiconductor material may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

本発明に係る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、バルクへテロ接合(バルクヘテロジャンクション)である。バルクヘテロ接合(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、バルクヘテロ接合では、平面へテロ接合と比較して、pn接合界面が層全体に亘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。   The junction form of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer according to the present invention is a bulk heterojunction (bulk heterojunction). A bulk heterojunction (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. And have a microphase separation structure. Therefore, in a bulk heterojunction, as compared with a planar heterojunction, many pn junction interfaces exist throughout the layer. 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.

光電変換層に含まれるp型有機半導体材料とn型有機半導体材料との混合比は、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。また、光電変換層の膜厚は、好ましくは50〜400nmであり、より好ましくは80〜300nmである。   The mixing ratio of the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material contained in the photoelectric conversion layer is preferably in the range of 2: 8 to 8: 2, more preferably in the range of 4: 6 to 6: 4. It is. Moreover, the film thickness of a photoelectric converting layer becomes like this. Preferably it is 50-400 nm, More preferably, it is 80-300 nm.

〔自己組織化単分子層〕
本発明の有機光電変換素子は、前記正孔輸送層と前記光電変換層との間に、自己組織化単分子層を有する。
(Self-assembled monolayer)
The organic photoelectric conversion device of the present invention has a self-assembled monolayer between the hole transport layer and the photoelectric conversion layer.

自己組織化単分子層とは、有機化合物、特に吸着基を有する有機化合物が、該吸着基を介して無機材料に吸着することで得られる層である。その吸着機構において、有機化合物と無機材料との間では、単分子の層のみが自己組織化された状態で形成されることから、自己組織化単分子層または自己組織化単分子膜(SAM、Self−Assembled Monolayer)と呼ばれている。   The self-assembled monolayer is a layer obtained by adsorbing an organic compound, particularly an organic compound having an adsorbing group, onto an inorganic material through the adsorbing group. In the adsorption mechanism, since only a monomolecular layer is formed in a self-organized state between the organic compound and the inorganic material, a self-assembled monolayer or a self-assembled monolayer (SAM, It is called Self-Assembled Monolayer.

このような自己組織化単分子層を形成する有機化合物は、一般に、無機材料に結合可能な官能基(吸着基)と、その反対側に電子供与性基または電子吸引性基といった無機材料の表面性を改質する(表面エネルギーを制御する)官能基(末端基)と、これらの官能基を結ぶ芳香族基または直鎖状もしくは分枝状の炭素鎖等の連結基と、を備えるものであり、本発明に係る自己組織化単分子層も、かような有機化合物が好適に用いられる。   The organic compound that forms such a self-assembled monolayer is generally a surface of an inorganic material such as a functional group (adsorbing group) capable of binding to an inorganic material and an electron-donating group or electron-withdrawing group on the opposite side. A functional group (terminal group) that modifies the surface properties (controlling the surface energy), and a linking group such as an aromatic group or a linear or branched carbon chain that connects these functional groups. In addition, such organic compounds are also preferably used in the self-assembled monolayer according to the present invention.

前記吸着基としては、例えば、チオール基(−SH)、ホスホン酸基(−PO(OH)2)、カルボキシル基(−COOH)、カルボニルクロライド基(−COCl)、カルボニルブロマイド基(−COBr)、クロロシラン基(−SiCl)、ブロモシラン基(−SiBr)、アルコキシシラン基(−SiOR)等が挙げられる。   Examples of the adsorption group include a thiol group (—SH), a phosphonic acid group (—PO (OH) 2), a carboxyl group (—COOH), a carbonyl chloride group (—COCl), a carbonyl bromide group (—COBr), A chlorosilane group (-SiCl), a bromosilane group (-SiBr), an alkoxysilane group (-SiOR), etc. are mentioned.

前記末端基としては、例えば、アルキル基、アミノ基(−NR)、ヒドロキシ基(−OH)、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基(−OR)、フェノキシ基等のアリールオキシ基、トリフルオロメチル基(−CF)、フェノセニル基、キノニル基、ポルフィニル基等の電子供与性基が挙げられる。 Examples of the terminal group include an alkyl group, an amino group (—NR 2 ), a hydroxy group (—OH), an alkoxy group (—OR) such as a methoxy group and an ethoxy group, an aryloxy group such as a phenoxy group, and trifluoro Examples thereof include an electron donating group such as a methyl group (—CF 3 ), a phenocenyl group, a quinonyl group, and a porphinyl group.

前記芳香族基としては、例えば、フェニレン基等が挙げられる。前記炭素鎖としては、例えば、炭素数3〜10の直鎖状または分枝状のアルキレン基等が挙げられる。   Examples of the aromatic group include a phenylene group. As said carbon chain, a C3-C10 linear or branched alkylene group etc. are mentioned, for example.

本発明に係る自己組織化単分子層を形成する有機化合物をさらに具体的に例示すると、例えば、安息香酸、4−メチル安息香酸、4−メトキシ安息香酸、4−アミノ安息香酸等の連結基として芳香族基を有する化合物;オクチルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、フェネチルトリメトキシシラン、フェノキシオクタデシルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェネチルトリエトキシシラン、フェノキシオクタデシルトリエトキシシラン、フェネチルトリクロロシラン、フェノキシオクタデシルトリクロロシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリクロロシラン、パーフルオロオクチルエチルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルエチルトリエトキシシラン、パーフルオロオクチルエチルトリクロロシラン、10−アミド−1−デカンチオール、16−アミノ−1−ヘキサデカンチオール、18−アミノ−1−オクタデカンチオール等の連結基として炭素鎖を有する化合物等が挙げられる。   Specific examples of the organic compound forming the self-assembled monolayer according to the present invention include, for example, linking groups such as benzoic acid, 4-methylbenzoic acid, 4-methoxybenzoic acid, and 4-aminobenzoic acid. Compounds having an aromatic group; octyltrimethoxysilane, octadecyltrimethoxysilane, octyltriethoxysilane, octadecyltriethoxysilane, octyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, phenethyltrimethoxysilane, phenoxyoctadecyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane , Phenethyltriethoxysilane, phenoxyoctadecyltriethoxysilane, phenethyltrichlorosilane, phenoxyoctadecyltrichlorosilane, aminopropyltrimethoxysilane, aminopropyltrie Xysilane, aminopropyltrichlorosilane, perfluorooctylethyltrimethoxysilane, perfluorooctylethyltriethoxysilane, perfluorooctylethyltrichlorosilane, 10-amido-1-decanethiol, 16-amino-1-hexadecanethiol, 18- Examples thereof include compounds having a carbon chain as a linking group such as amino-1-octadecanethiol.

前記吸着基は、金属酸化物上への製膜性の観点から、カルボキシル基が好ましい。   The adsorbing group is preferably a carboxyl group from the viewpoint of film forming properties on the metal oxide.

また、前記末端基は、光電変換層のエネルギー準位と金属酸化物(正孔輸送層)のエネルギー準位とがよりオーミックに接続する方向の双極子を形成することができる観点から、電子供与性基であることが好ましく、アミノ基またはメトキシ基がより好ましい。   In addition, the terminal group can form an electron donor from the viewpoint of forming a dipole in a direction in which the energy level of the photoelectric conversion layer and the energy level of the metal oxide (hole transport layer) are more ohmicly connected. Preferably an amino group or a methoxy group.

なお、前記電子供与性基は光電変換層側に配向していることが好ましく、前記吸着基は正孔輸送層側に配向していることが好ましい。このような配向により、光電変換層のエネルギー準位と金属酸化物(正孔輸送層)のエネルギー準位とがよりオーミックに接続する方向の双極子を形成することができ、本発明の効果がさらに向上する。   The electron donating group is preferably oriented on the photoelectric conversion layer side, and the adsorbing group is preferably oriented on the hole transport layer side. With such an orientation, a dipole in a direction in which the energy level of the photoelectric conversion layer and the energy level of the metal oxide (hole transport layer) are more ohmicly connected can be formed, and the effect of the present invention can be achieved. Further improve.

該自己組織化単分子層の形成方法は、特に制限されず、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法等のドライプロセス、スピンコート法(実施例)、ディップ法、ラングミュア−ブロジェット法(LB法)等のウェットプロセスが挙げられる。製膜の容易さの観点から、好ましくはウェットプロセスである。   The method for forming the self-assembled monolayer is not particularly limited, and examples thereof include dry processes such as vacuum deposition, sputtering, molecular beam epitaxy, spin coating (Examples), dip method, Langmuir-Blodgett. A wet process such as a method (LB method) may be mentioned. From the viewpoint of ease of film formation, a wet process is preferable.

ウェットプロセスを用いる場合、溶液中の有機化合物の濃度は特に限定されないが、希薄溶液の場合には単分子層の形成が不十分になり、また、濃厚溶液の場合には第二層が形成される可能性があるため、好ましくは0.5〜5mMである。自己組織化単分子層を形成する化合物を含む溶液を塗布した後、溶媒のみで再度塗布(リンス)することにより余分な自己組織化単分子層を除去することができる。この場合の溶媒は、溶液に使用したものと同じでも異なってもよく、適宜選択することができる。溶媒の種類は特に限定されず、有機化合物が溶解すれば非極性溶媒でも極性溶媒でも構わない。例えば、n−へキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、メタノール、エタノール、エトキシエタノール、2−プロパノール、水等が挙げられる。   When the wet process is used, the concentration of the organic compound in the solution is not particularly limited. However, in the case of a dilute solution, formation of a monomolecular layer is insufficient, and in the case of a concentrated solution, a second layer is formed. Therefore, it is preferably 0.5 to 5 mM. After applying a solution containing a compound that forms a self-assembled monolayer, the excess self-assembled monolayer can be removed by coating (rinsing) with a solvent alone. The solvent in this case may be the same as or different from that used for the solution, and can be appropriately selected. The type of the solvent is not particularly limited, and may be a nonpolar solvent or a polar solvent as long as the organic compound is dissolved. Examples include n-hexane, diethyl ether, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, benzene, toluene, xylene, acetone, methanol, ethanol, ethoxyethanol, 2-propanol, water, and the like. .

〔電極〕
本発明の有機光電変換素子においては、第1の電極および第2の電極を有するが、タンデム構成をとる場合には、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。
〔electrode〕
Although the organic photoelectric conversion element of the present invention has the first electrode and the second electrode, when the tandem configuration is adopted, the tandem configuration can be achieved by using the intermediate electrode.

本発明において、第1の電極は、透明な電極であることが好ましい。   In the present invention, the first electrode is preferably a transparent electrode.

「透明な」とは、光透過率が50%以上であるものをいう。   “Transparent” means that the light transmittance is 50% or more.

光透過率とは、JIS K 7361−1:1997(ISO 13468−1:1996 に対応)の「プラスチック−透明材料の全光線透過率の試験方法」に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率をいう。   The light transmittance is in the visible light wavelength range measured by a method in accordance with “Testing method of total light transmittance of plastic-transparent material” of JIS K 7361-1: 1997 (corresponding to ISO 13468-1: 1996). The total light transmittance.

本発明の有機光電変換素子においては、耐久性の観点から逆層型が好ましく、よって、第1の電極は、透明なカソード(陰極)であることが好ましく、第2の電極はアノード(陽極)であることが好ましい。   In the organic photoelectric conversion element of the present invention, the reverse layer type is preferable from the viewpoint of durability. Therefore, the first electrode is preferably a transparent cathode (cathode), and the second electrode is an anode (anode). It is preferable that

以下、好適な実施形態である逆層型の有機光電変換素子の電極について説明する。なお、透光性のある電極を透明電極とも称し、透光性の低い電極を対電極とも称する。   Hereinafter, the electrode of the reverse layer type organic photoelectric conversion element which is a preferred embodiment will be described. Note that a light-transmitting electrode is also referred to as a transparent electrode, and an electrode having a low light-transmitting property is also referred to as a counter electrode.

〔第1の電極〕
本発明の第1の電極(透明電極)に用いられる材料としては、例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)、SnO、ZnO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au、Pt等の金属または金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ等のナノワイヤやナノ粒子、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等を用いることができる。
[First electrode]
Examples of the material used for the first electrode (transparent electrode) of the present invention include indium tin oxide (ITO), AZO (aluminum doped zinc oxide), FTO (fluorine doped tin oxide), SnO 2 , ZnO, and oxidation. Transparent metal oxides such as titanium, metals such as Ag, Al, Au, and Pt, metal nanowires, nanowires such as carbon nanotubes and nanoparticles, conductive polymer materials such as PEDOT: PSS, polyaniline, and the like can be used.

また、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、ポリジアセチレンおよびポリナフタレンの各誘導体からなる群より選ばれる導電性高分子等も用いることができる。また、これらの導電性化合物を複数組み合わせてカソードとすることもできる。   Also selected from the group consisting of derivatives of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, polyphenylacetylene, polydiacetylene and polynaphthalene. Conductive polymers can also be used. Further, a plurality of these conductive compounds can be combined to form a cathode.

〔第2の電極〕
第2の電極は導電材単独層であってもよいが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用してもよい。
[Second electrode]
The second electrode may be a single layer of a conductive material, but in addition to a conductive material, a resin that holds these may be used in combination.

カソードである透明電極の仕事関数がおよそ−5.0〜−4.0eVであるため、バルクヘテロジャンクション型の光電変換層で生成したキャリアが拡散してそれぞれの電極に到達するためには、ビルトインポテンシャル、すなわちアノードとカソード間の仕事関数の差がなるべく大きいことが好ましい。   Since the work function of the transparent electrode, which is the cathode, is approximately −5.0 to −4.0 eV, the built-in potential is necessary for the carriers generated in the bulk heterojunction photoelectric conversion layer to diffuse and reach each electrode. That is, it is preferable that the work function difference between the anode and the cathode is as large as possible.

したがって、アノードの導電材としては、仕事関数の大きい(4eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、金、銀(実施例)、銅、白金、ロジウム、インジウム、ニッケル、パラジウム等が挙げられる。これらの中で、正孔の取り出し性能、光の反射率、および酸化等に対する耐久性の点から、銀(実施例)が最も好ましい。   Therefore, as an anode conductive material, a material having a work function (4 eV or less) metal, alloy, electrically conductive compound, and a mixture thereof as an electrode material is used. Specific examples of such an electrode material include gold, silver (Example), copper, platinum, rhodium, indium, nickel, palladium and the like. Among these, silver (Example) is most preferable from the viewpoint of hole extraction performance, light reflectance, and durability against oxidation and the like.

第一の電極および第二の電極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nm(実施例:第1の電極150nm、第2の電極200nm)の範囲で選ばれる。   The first electrode and the second electrode can be produced by forming a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 μm, preferably 50 to 200 nm (Example: first electrode 150 nm, second electrode 200 nm).

また、アノード側を光透過性とする場合は、例えば、アルミニウムおよびアルミニウム合金、銀および銀化合物等のアノードに適した導電性材料を薄く1〜20nm程度の膜厚で作製した後、導電性光透過性材料の膜を設けることで、光透過性アノードとすることができる。   Further, when making the anode side light-transmitting, for example, a conductive material suitable for the anode such as aluminum and aluminum alloy, silver and silver compound is formed in a thin film thickness of about 1 to 20 nm, and then conductive light is used. By providing a film of a transmissive material, a light transmissive anode can be obtained.

なお上記は耐久性向上に有利な、いわゆる逆層型素子とするための第2の電極材料に好ましい材料を記載したが、いわゆる順層型(第1の電極がアノードで第2の電極がカソード)とするためには、前述のように第1電極および第2の電極の仕事関数の関係を逆転させればよいが、実質的に透明な電極は種類が限られておりその仕事関数は比較的深いものが多いため、実際には第2の電極側に仕事関数の浅い(−4.0eV未満)金属を使用することで順層型の有機薄膜太陽電池とすることができる。そのような金属としては、たとえば、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。一般的には反射率が高く導電性の高いアルミニウムが使用される。また、第2の電極は、透明な電極であっても良い。「透明な」とは、前述の第1電極の記載と同様の意味を有する。   In the above description, preferred materials for the second electrode material for making a so-called reverse layer type element, which is advantageous for improving the durability, have been described. However, the so-called normal layer type (the first electrode is an anode and the second electrode is a cathode) ), The work function relationship between the first electrode and the second electrode may be reversed as described above. However, the types of substantially transparent electrodes are limited, and the work functions are compared. In many cases, a deep layer organic thin film solar cell can be obtained by using a metal having a shallow work function (less than −4.0 eV) on the second electrode side. Examples of such metals include aluminum, calcium, magnesium, lithium, sodium, potassium, and the like. In general, aluminum having high reflectivity and high conductivity is used. Further, the second electrode may be a transparent electrode. “Transparent” has the same meaning as described above for the first electrode.

〔電荷再結合層;中間電極〕
また、図3のようなタンデム構成の場合に必要となる電荷再結合層(中間電極)の材料としては、透明性と導電性とを併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、前記アノードで用いたような材料(ITO、AZO、FTO、SnO、ZnO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au、Pt等の金属または金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ等のナノワイヤやナノ粒子、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等)を用いることができる。
[Charge recombination layer; intermediate electrode]
In addition, the material of the charge recombination layer (intermediate electrode) required in the case of the tandem configuration as shown in FIG. 3 is preferably a layer using a compound having both transparency and conductivity. Materials used (transparent metal oxides such as ITO, AZO, FTO, SnO 2 , ZnO, and titanium oxide, metals such as Ag, Al, Au, and Pt, metal nanowires, nanowires and nanoparticles such as carbon nanotubes, PEDOT, etc. : Conductive polymer materials such as PSS and polyaniline).

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1層形成する工程を省くことができ好ましい。   In addition, in the hole transport layer and the electron transport layer described above, there is also a combination that works as an intermediate electrode (charge recombination layer) by appropriately combining and laminating. Is preferable.

〔電子輸送層〕
本発明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。
(Electron transport layer)
The organic photoelectric conversion element of the present invention may include an electron transport layer as necessary.

電子輸送層とは、カソードと光電変換層との間に位置して、光電変換層と電極との間で電子の授受をより効率的にすることができる層のことである。   The electron transport layer is a layer that is located between the cathode and the photoelectric conversion layer and that can more efficiently transfer electrons between the photoelectric conversion layer and the electrode.

電子輸送層は、金属化合物を有することによって仕事関数が浅く、かつ重合していることが好ましい。電子輸送層における仕事関数とは電子輸送層自体のHOMO−LUMO準位を指すが、単分子膜のように極薄膜の電子輸送層の積層により隣接する電極の仕事関数を変化させる場合には電極の仕事関数を電子輸送層の仕事関数として明記する。   It is preferable that the electron transport layer has a metal compound and has a shallow work function and is polymerized. The work function in the electron transport layer refers to the HOMO-LUMO level of the electron transport layer itself. When the work function of the adjacent electrode is changed by stacking the electron transport layer of a very thin film like a monomolecular film, the electrode Is specified as the work function of the electron transport layer.

電子輸送層としては、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(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)、国際公開第04/095889号パンフレットに記載のカルボリン化合物等を用いることができるが、同様に、光電変換層に用いられるp型半導体材料のHOMO準位よりも深いHOMO準位を有する電子輸送層には、光電変換層で生成した正孔をカソード側には流さないような整流効果を有する、正孔ブロック機能が付与される。より好ましくは、n型半導体のHOMO準位よりも深い材料を電子輸送層として用いることである。正孔を阻止する特性から、正孔移動度が10−6よりも低い化合物を用いることが好ましい。また、電子を輸送する特性から、電子移動度の高い化合物を用いることが好ましい。より好ましくは、電子移動度が10−4以上の化合物である。 As the electron transport layer, octaazaporphyrin, p-type semiconductor perfluoro compounds (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, etc.), carboline compounds described in WO 04/095889 pamphlet, and the like can be used. In addition, the electron transport layer having a HOMO level deeper than the HOMO level of the p-type semiconductor material used for the photoelectric conversion layer has a rectifying effect so that holes generated in the photoelectric conversion layer do not flow to the cathode side. It has a hole blocking function. More preferably, a material deeper than the HOMO level of the n-type semiconductor is used as the electron transport layer. From the viewpoint of blocking holes, it is preferable to use a compound having a hole mobility lower than 10 −6 . Moreover, it is preferable to use a compound with high electron mobility from the characteristic of transporting electrons. More preferably, it is a compound having an electron mobility of 10 −4 or more.

このような材料としては、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、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n型半導体材料、国際公開第08/134492号パンフレットに記載のアミン系シランカップリング剤のようなアミン化合物、および酸化チタン(TiOX)、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物を用いることができる。また、光電変換層に用いたn型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。   Examples of such materials include phenanthrene compounds such as bathocuproine, n-type semiconductor materials such as naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, and perylenetetracarboxylic acid diimide, International Publication No. 08. An amine compound such as the amine-based silane coupling agent described in the / 134492 pamphlet and n-type inorganic oxides such as titanium oxide (TiOX), zinc oxide, and gallium oxide can be used. Moreover, the layer which consists of a n-type semiconductor material single-piece | unit used for the photoelectric converting layer can also be used.

これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、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。   The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method.

電子輸送層の厚さは、特に制限がないが、通常1〜2000nmである。リーク防止効果を高める観点からは、厚さ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 enhancing 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.

〔透明な基板〕
本発明の有機光電変換素子は、必要に応じて基板を含みうる。基板は、電極を塗布方式で形成する場合における、塗布液の被塗布部材としての役割を有する。基板は透明な基板であるが、「透明な」とは前述の第1電極の記載と同様の意味を有する。
[Transparent substrate]
The organic photoelectric conversion element of the present invention may include a substrate as necessary. The substrate has a role as a member to be coated with a coating solution when the electrode is formed by a coating method. The substrate is a transparent substrate, but “transparent” has the same meaning as described above for the first electrode.

基板としては、例えばガラス基板や樹脂基板等が好適に挙げられる。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。   Suitable examples of the substrate include a glass substrate and a resin substrate. 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.

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、好ましく適用することができる。   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.

中でも、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。   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.

〔その他の層〕
本発明の有機光電変換素子の構成としては、光電変換効率の向上や、素子寿命の向上を目的に、各種中間層を素子内に有する構成としてもよい。
[Other layers]
As a structure of the organic photoelectric conversion element of this invention, it is good also as a structure which has various intermediate | middle layers in an element for the purpose of the improvement of a photoelectric conversion efficiency, and the improvement of element lifetime.

中間層の例としては、正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層、UV吸収層、光反射層、波長変換層等を挙げることができる。   Examples of the intermediate layer include a hole block layer, an electron block layer, a hole injection layer, an electron injection layer, an exciton block layer, a UV absorption layer, a light reflection layer, and a wavelength conversion layer.

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、カソード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を設けてもよい。   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. As the optical functional layer, for example, a light condensing layer such as an antireflection film or a microlens array, a light diffusing layer that can scatter the light reflected by the cathode and enter the power generation layer again may be provided. .

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、酸化錫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 of 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.

〔パターニング〕
本発明に係る各々の電極、光電変換層、正孔輸送層、電子輸送層等をパターニングする方法やプロセスには特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。
[Patterning]
The method and process for patterning each electrode, photoelectric conversion layer, hole transport layer, electron transport layer and the like according to the present invention are not particularly limited, and known methods can be appropriately applied.

光電変換層、電子輸送層等の可溶性の材料であれば、ダイコート、ディップコート、スピンコート、ブレード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、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。   If it is a soluble material such as a photoelectric conversion layer and an electron transport layer, only unnecessary portions may be wiped after the entire surface of die coating, dip coating, spin coating, blade coating, etc., or a method such as an inkjet method or screen printing is used. Then, direct patterning may be performed at the time of application.

電極材料等の不溶性の材料の場合は、電極を真空堆積時にマスク蒸着を行ったり、エッチングまたはリフトオフ等の公知の方法によってパターニングしたりすることができる。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。   In the case of an insoluble material such as an electrode material, the electrode can be subjected to mask vapor deposition during vacuum deposition or patterned by a known method such as etching or lift-off. Alternatively, the pattern may be formed by transferring a pattern formed on another substrate.

〔太陽電池〕
上記有機光電変換素子は、優れた光電変換効率および耐久性を有するため、太陽電池に好適に使用されうる。
[Solar cell]
Since the said organic photoelectric conversion element has the outstanding photoelectric conversion efficiency and durability, it can be used suitably for a solar cell.

本発明の太陽電池は、上記有機光電変換素子を具備し、太陽光に最適の設計並びに回路設計が行われ、太陽光を光源として用いたときに最適な光電変換が行われるような構造を有する。   The solar cell of the present invention comprises the above-described organic photoelectric conversion element, has a structure in which optimum design and circuit design are performed for sunlight, and optimum photoelectric conversion is performed when sunlight is used as a light source. .

即ち、光電変換層に太陽光が照射されうる構造となっており、本発明の太陽電池を構成する際には、前記光電変換層および各々の電極をケース内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封止することが好ましい。   That is, the photoelectric conversion layer has a structure that can be irradiated with sunlight, and when the solar cell of the present invention is configured, the photoelectric conversion layer and each electrode are housed in a case and sealed, Alternatively, it is preferable to seal them entirely with resin.

封止の方法としては、作製した有機光電変換素子が環境中の酸素、水分等で劣化しないために、有機光電変換素子だけでなく有機エレクトロルミネッセンス素子等で公知の手法によって封止することが好ましい。   As a sealing method, since the produced organic photoelectric conversion element is not deteriorated by oxygen, moisture, etc. in the environment, it is preferable to seal not only the organic photoelectric conversion element but also an organic electroluminescence element by a known method. .

例えば、アルミまたはガラスで出来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、アルミニウム、酸化珪素、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、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、ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化珪素、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、およびこれらを複合的に積層する方法等を挙げることができる。   For example, a method of sealing a cap made of aluminum or glass by bonding with an adhesive, a plastic film on which a gas barrier layer such as aluminum, silicon oxide, or aluminum oxide is formed and an organic photoelectric conversion element are pasted with an adhesive. Method, spin coating of organic polymer material with high gas barrier property (polyvinyl alcohol, etc.), inorganic thin film with high gas barrier property (silicon oxide, aluminum oxide, etc.) or organic film (parylene etc.) are deposited under vacuum. Examples thereof include a method and a method of laminating these in a composite manner.

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。
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.
is not.

〔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.

〔自己組織化単分子層(SAM層)形成用溶液A〜Eの調製〕
安息香酸(化合物A)、10−アミド−1−ドデカンチオール(化合物B)、4−メチル安息香酸(化合物C)、4−アミノ安息香酸(化合物D)、および4−メトキシ安息香酸(化合物E)をそれぞれ1mMの濃度でエタノールに溶解させ、1昼夜室温で攪拌することにより、自己組織化単分子層(以下、単にSAM層とも称する)形成用溶液A〜Eを調製した。
[Preparation of Self-Assembled Monolayer (SAM Layer) Formation Solutions A to E]
Benzoic acid (compound A), 10-amido-1-dodecanthiol (compound B), 4-methylbenzoic acid (compound C), 4-aminobenzoic acid (compound D), and 4-methoxybenzoic acid (compound E) Were dissolved in ethanol at a concentration of 1 mM, and stirred at room temperature for 1 day to prepare solutions A to E for forming a self-assembled monolayer (hereinafter also simply referred to as SAM layer).

(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堆積したもの(シート抵抗12Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と湿式エッチングとを用いて10mm幅にパターニングし、第1の電極を形成した。パターン形成した第1電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
(Comparative Example 1)
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-101]
An indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on a glass substrate with a thickness of 150 nm (sheet resistance 12 Ω / □) is patterned to a width of 10 mm using a normal photolithography technique and wet etching, and the first An electrode was formed. The patterned first electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried by nitrogen blowing, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning.

基板を真空蒸着装置内に移動してセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.03nm/秒で三酸化モリブデン(MoO)を5nm積層し正孔輸送層を形成した。 The substrate is moved and set in the vacuum deposition apparatus, and after reducing the pressure in the vacuum deposition apparatus to 1 × 10 −3 Pa or less, 5 nm of molybdenum trioxide (MoO 3 ) is laminated at a deposition rate of 0.03 nm / second. A hole transport layer was formed.

次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動した。o−ジクロロベンゼンに、p型有機半導体材料であるPCDTBTを0.6質量%、n型有機半導体材料であるPC71BM(フロンティアカーボン製nanom spectra E110)を1.2質量%で混合した溶液を調製し、オーブンで100℃に加熱しながら撹拌(60分間)してPCPDTBTとPC71BMとを溶解した後、0.20μmのフィルタでろ過をかけながら、乾燥膜厚が約100nmになるようにブレードコーターを用いて塗布し、80℃で2分間乾燥して、光電変換層を製膜した。   Next, the substrate was moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 degrees). Prepare a solution in which 0.6% by mass of PCDTBT, which is a p-type organic semiconductor material, and 1.2% by mass of PC71BM, which is an n-type organic semiconductor material, is mixed with o-dichlorobenzene. , Stir while heating to 100 ° C. in an oven (60 minutes) to dissolve PCPDTBT and PC71BM, and then apply a blade coater so that the dry film thickness is about 100 nm while filtering through a 0.20 μm filter. And dried at 80 ° C. for 2 minutes to form a photoelectric conversion layer.

次に、150mMのTiO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、TiO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TiO層からなる電子輸送層を形成した。 Next, a 150 mM TiO X precursor solution was spin-coated on the transparent electrode (rotation speed 5000 rpm, rotation time 60 seconds), and wiped off in a predetermined pattern. And after leaving this in the air for 2 hours to hydrolyze the TiO X precursor, an electron transport layer composed of a TiO X layer having a thickness of about 10 nm was formed by heat treatment at 150 ° C. for 1 hour. .

なお、上記150mMのTiO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、TiO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 TiO X 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 TiO X precursor solution. The above steps were all performed in a nitrogen atmosphere.

次に、蒸着速度0.5nm/秒でAgメタルを200nm積層して、第2の電極を形成した。得られた積層体を窒素チャンバーに移動し、2枚の凸版印刷製透明バリアフィルムGX(水蒸気透過率0.05g/m/d)の間に挟みこみ、UV硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、UV RESIN XNR5570−B1)を用いて封止を行った後に大気下に取り出し、受光部が約10×10mmサイズの比較となる有機光電変換素子SC−101を得た。 Next, 200 nm of Ag metal was laminated at a deposition rate of 0.5 nm / second to form a second electrode. The obtained laminate was moved to a nitrogen chamber and sandwiched between two relief printing transparent barrier films GX (water vapor transmission rate 0.05 g / m 2 / d), and UV curable resin (Nagase ChemteX Corporation). Manufactured, manufactured by UV RESIN XNR5570-B1) and then taken out into the atmosphere to obtain an organic photoelectric conversion element SC-101 having a light receiving portion of about 10 × 10 mm size for comparison.

(比較例2)
〔有機光電変換素子SC−102の作製:比較例2〕
有機光電変換素子SC−101の作製において、MoOを5nm積層した代わりに五酸化二バナジウム(V)を5nm積層して正孔輸送層とした以外は、SC−101と同様にして有機光電変換素子SC−102を得た。
(Comparative Example 2)
[Preparation of Organic Photoelectric Conversion Element SC-102: Comparative Example 2]
In the production of the organic photoelectric conversion element SC-101, the same procedure as for SC-101 was performed except that 5 nm of MoO 3 was laminated and 5 nm of divanadium pentoxide (V 2 O 5 ) was laminated to form a hole transport layer. Organic photoelectric conversion element SC-102 was obtained.

(実施例1)
〔有機光電変換素子SC−103の作製〕
有機光電変換素子SC−101の製法と同様の方法で準備した基板を、パルスレーザー蒸着法にて蒸着速度0.03nm/秒で酸化ニッケル(NiO)を5nm積層し正孔輸送層を形成した。次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動し、先に調製したSAM形成用溶液Eを2000rpmでスピンコートした後、エタノールのみを2000rpmでスピンコートしてリンスすることで、NiO上にSAM層Eを形成した。
Example 1
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-103]
A substrate prepared by a method similar to the method for manufacturing the organic photoelectric conversion element SC-101 was laminated by depositing 5 nm of nickel oxide (NiO) at a deposition rate of 0.03 nm / second by a pulse laser deposition method to form a hole transport layer. Next, the substrate is moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 ° C.), the SAM forming solution E prepared above is spin-coated at 2000 rpm, and then ethanol alone is spin-coated at 2000 rpm and rinsed. Thus, the SAM layer E was formed on NiO.

これ以降は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−103を得た。   Thereafter, an organic photoelectric conversion element SC-103 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element SC-101.

(実施例2)
〔有機光電変換素子SC−104の作製〕
有機光電変換素子SC−101の製法と同様の方法で準備した基板を、真空蒸着装置内に移動してセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.03nm/秒でMoOを5nm積層し正孔輸送層を形成した。次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動し、先に調製したSAM形成用溶液Aを2000rpmでスピンコートした後、エタノールのみを2000rpmでスピンコートしてリンスすることで、MoO上にSAM層Aを形成した。
(Example 2)
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-104]
The substrate prepared by the same method as the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element SC-101 is moved and set in a vacuum deposition apparatus, and the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then the deposition rate. A hole transport layer was formed by laminating 5 nm of MoO 3 at 0.03 nm / second. Next, the substrate is moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 ° C.), the SAM-forming solution A prepared above is spin-coated at 2000 rpm, and then only ethanol is spin-coated at 2000 rpm for rinsing. Thus, the SAM layer A was formed on the MoO 3 .

これ以降は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−104を得た。   Thereafter, an organic photoelectric conversion element SC-104 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element SC-101.

(実施例3)
〔有機光電変換素子SC−105の作製〕
有機光電変換素子SC−101の製法と同様の方法で準備した基板を、真空蒸着装置内に移動してセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.03nm/秒でMoOを5nm積層し正孔輸送層を形成した。次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動し、先に調製したSAM形成用溶液Bを2000rpmでスピンコートした後、エタノールのみを2000rpmでスピンコートしてリンスすることで、MoO上にSAM層Bを形成した。
(Example 3)
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-105]
The substrate prepared by the same method as the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element SC-101 is moved and set in a vacuum deposition apparatus, and the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then the deposition rate. A hole transport layer was formed by laminating 5 nm of MoO 3 at 0.03 nm / second. Next, the substrate is moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 ° C.), the SAM-forming solution B prepared above is spin-coated at 2000 rpm, and then ethanol alone is spin-coated at 2000 rpm and rinsed. Thus, the SAM layer B was formed on the MoO 3 .

これ以降は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−105を得た。   Thereafter, an organic photoelectric conversion element SC-105 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element SC-101.

(実施例4)
〔有機光電変換素子SC−106の作製〕
有機光電変換素子SC−101の製法と同様の方法で準備した基板を、真空蒸着装置内に移動してセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.03nm/秒でMoOを5nm積層し正孔輸送層を形成した。次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動し、先に調製したSAM形成用溶液Cを2000rpmでスピンコートした後、エタノールのみを2000rpmでスピンコートしてリンスすることで、MoO上にSAM層Cを形成した。
Example 4
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-106]
The substrate prepared by the same method as the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element SC-101 is moved and set in a vacuum deposition apparatus, and the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then the deposition rate. A hole transport layer was formed by laminating 5 nm of MoO 3 at 0.03 nm / second. Next, the substrate is moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 ° C.), the SAM-forming solution C prepared above is spin-coated at 2000 rpm, and then ethanol alone is spin-coated at 2000 rpm and rinsed. Thus, the SAM layer C was formed on the MoO 3 .

これ以降は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−106を得た。   Thereafter, an organic photoelectric conversion element SC-106 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element SC-101.

(実施例5)
〔有機光電変換素子SC−107の作製〕
有機光電変換素子SC−101の製法と同様の方法で準備した基板を、真空蒸着装置内に移動してセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.03nm/秒でMoOを5nm積層し正孔輸送層を形成した。次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動し、先に調製したSAM形成用溶液Dを2000rpmでスピンコートした後、エタノールのみを2000rpmでスピンコートしてリンスすることで、MoO上にSAM層Dを形成した。
(Example 5)
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-107]
The substrate prepared by the same method as the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element SC-101 is moved and set in a vacuum deposition apparatus, and the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then the deposition rate. A hole transport layer was formed by laminating 5 nm of MoO 3 at 0.03 nm / second. Next, the substrate is moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 ° C.), the SAM-forming solution D prepared above is spin-coated at 2000 rpm, and then ethanol alone is spin-coated at 2000 rpm for rinsing. Thus, the SAM layer D was formed on the MoO 3 .

これ以降は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−107を得た。   Thereafter, an organic photoelectric conversion element SC-107 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element SC-101.

(実施例6)
〔有機光電変換素子SC−108の作製〕
有機光電変換素子SC−101の製法と同様の方法で準備した基板を、真空蒸着装置内に移動してセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.03nm/秒でVを5nm積層し正孔輸送層を形成した。次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動し、先に調製したSAM形成用溶液Eを2000rpmでスピンコートした後、エタノールのみを2000rpmでスピンコートしてリンスすることで、V上にSAM層Eを形成した。
(Example 6)
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-108]
The substrate prepared by the same method as the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element SC-101 is moved and set in a vacuum deposition apparatus, and the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then the deposition rate. V 2 O 5 was deposited in a thickness of 5 nm at 0.03 nm / second to form a hole transport layer. Next, the substrate is moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 ° C.), the SAM forming solution E prepared above is spin-coated at 2000 rpm, and then ethanol alone is spin-coated at 2000 rpm and rinsed. Thus, the SAM layer E was formed on V 2 O 5 .

これ以降は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−108を得た。   Thereafter, an organic photoelectric conversion element SC-108 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element SC-101.

(実施例7)
〔有機光電変換素子SC−109の作製〕
有機光電変換素子SC−101の製法と同様の方法で準備した基板を、真空蒸着装置内に移動してセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.03nm/秒で三酸化タングステン(WO)を5nm積層し正孔輸送層を形成した。次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動し、先に調製したSAM形成用溶液Eを2000rpmでスピンコートした後、エタノールのみを2000rpmでスピンコートしてリンスすることで、WO上にSAM層Eを形成した。
(Example 7)
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-109]
The substrate prepared by the same method as the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element SC-101 is moved and set in a vacuum deposition apparatus, and the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then the deposition rate. A hole transport layer was formed by laminating tungsten trioxide (WO 3 ) at a thickness of 5 nm at 0.03 nm / second. Next, the substrate is moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 ° C.), the SAM forming solution E prepared above is spin-coated at 2000 rpm, and then ethanol alone is spin-coated at 2000 rpm and rinsed. Thus, the SAM layer E was formed on the WO 3 .

これ以降は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−109を得た。   Thereafter, an organic photoelectric conversion element SC-109 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element SC-101.

(比較例3)
〔有機光電変換素子SC−201の作製〕
有機光電変換素子SC−101の製法と同様の方法で準備した基板上に、150mMのTiO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、TiO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TiO層からなる電子輸送層を形成した。
(Comparative Example 3)
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-201]
A 150 mM TiO X precursor solution is spin-coated on a transparent electrode (a rotational speed of 5000 rpm, a rotational time of 60 seconds) on a substrate prepared in the same manner as the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element SC-101. Wiped off. And after leaving this in the air for 2 hours to hydrolyze the TiO X precursor, an electron transport layer composed of a TiO X layer having a thickness of about 10 nm was formed by heat treatment at 150 ° C. for 1 hour. .

次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動した。o−ジクロロベンゼンに、p型有機半導体材料であるPCDTBTを0.6質量%、n型有機半導体材料であるPC71BM(フロンティアカーボン製nanom spectra E110)を1.2質量%で混合した溶液を調製し、オーブンで100℃に加熱しながら撹拌(60分間)してPCDTBTとPC71BMを溶解した後、0.20μmのフィルタでろ過をかけながら、乾燥膜厚が約100nmになるようにブレードコーターを用いて塗布し、80℃で2分間乾燥して、光電変換層を製膜した。真空蒸着装置内に移動してセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.03nm/秒でMoOを5nm積層し正孔輸送層を形成した。 Next, the substrate was moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 degrees). Prepare a solution in which 0.6% by mass of PCDTBT, which is a p-type organic semiconductor material, and 1.2% by mass of PC71BM, which is an n-type organic semiconductor material, is mixed with o-dichlorobenzene. Stir while heating to 100 ° C. in an oven (60 minutes) to dissolve PCDTBT and PC71BM, and then apply a blade coater so that the dry film thickness is about 100 nm while filtering through a 0.20 μm filter. The resultant was applied and dried at 80 ° C. for 2 minutes to form a photoelectric conversion layer. After moving and setting in a vacuum deposition apparatus, the inside of the vacuum deposition apparatus was depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then 5 nm of MoO 3 was laminated at a deposition rate of 0.03 nm / second to form a hole transport layer. .

次に、蒸着速度0.5nm/秒でAgメタルを200nm積層して、第2の電極を形成した。得られた積層体を窒素チャンバーに移動し、2枚の凸版印刷製透明バリアフィルムGX(水蒸気透過率0.05g/m/d)の間に挟みこみ、UV硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、UV RESIN XNR5570−B1)を用いて封止を行った後に大気下に取り出し、受光部が約10×10mmサイズの比較となる有機光電変換素子SC−201を得た。 Next, 200 nm of Ag metal was laminated at a deposition rate of 0.5 nm / second to form a second electrode. The obtained laminate was moved to a nitrogen chamber and sandwiched between two relief printing transparent barrier films GX (water vapor transmission rate 0.05 g / m 2 / d), and UV curable resin (Nagase ChemteX Corporation). Manufactured, manufactured by UV RESIN XNR5570-B1) and then taken out into the atmosphere to obtain an organic photoelectric conversion element SC-201 in which the light receiving part has a comparison of about 10 × 10 mm size.

(比較例4)
〔有機光電変換素子SC−202の作製〕
有機光電変換素子SC−101の製法と同様の方法で準備した基板上に、150mMのTiO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、TiO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TiO層からなる電子輸送層を形成した。次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動し、先に調製したSAM形成用溶液Eを2000rpmでスピンコートした後、エタノールのみを2000rpmでスピンコートしてリンスすることで、TiO上にSAM層Eを形成した。
(Comparative Example 4)
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-202]
A 150 mM TiO X precursor solution is spin-coated on a transparent electrode (a rotational speed of 5000 rpm, a rotational time of 60 seconds) on a substrate prepared in the same manner as the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element SC-101. Wiped off. And after leaving this in the air for 2 hours to hydrolyze the TiO X precursor, an electron transport layer composed of a TiO X layer having a thickness of about 10 nm was formed by heat treatment at 150 ° C. for 1 hour. . Next, the substrate is moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 ° C.), the SAM forming solution E prepared above is spin-coated at 2000 rpm, and then ethanol alone is spin-coated at 2000 rpm and rinsed. Thus, the SAM layer E was formed on the TiO X.

次いで、基板をグローブボックス内(酸素濃度10ppm、露点温度−80度)に移動した。o−ジクロロベンゼンに、p型有機半導体材料であるPCDTBTを0.6質量%、n型有機半導体材料であるPC71BM(フロンティアカーボン製nanom spectra E110)を1.2質量%で混合した溶液を調製し、オーブンで100℃に加熱しながら撹拌(60分間)してPCDTBTとPC71BMを溶解した後、0.20μmのフィルタでろ過をかけながら、乾燥膜厚が約100nmになるようにブレードコーターを用いて塗布し、80℃で2分間乾燥して、光電変換層を製膜した。真空蒸着装置内に移動してセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.03nm/秒でMoOを5nm積層し正孔輸送層を形成した。 Next, the substrate was moved into the glove box (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 degrees). Prepare a solution in which 0.6% by mass of PCDTBT, which is a p-type organic semiconductor material, and 1.2% by mass of PC71BM, which is an n-type organic semiconductor material, is mixed with o-dichlorobenzene. Stir while heating to 100 ° C. in an oven (60 minutes) to dissolve PCDTBT and PC71BM, and then apply a blade coater so that the dry film thickness is about 100 nm while filtering through a 0.20 μm filter. The resultant was applied and dried at 80 ° C. for 2 minutes to form a photoelectric conversion layer. After moving and setting in a vacuum deposition apparatus, the inside of the vacuum deposition apparatus was depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then 5 nm of MoO 3 was laminated at a deposition rate of 0.03 nm / second to form a hole transport layer. .

次に、蒸着速度0.5nm/秒でAgメタルを200nm積層して、第2の電極を形成した。得られた積層体を窒素チャンバーに移動し、2枚の凸版印刷製透明バリアフィルムGX(水蒸気透過率0.05g/m/d)の間に挟みこみ、UV硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、UV RESIN XNR5570−B1)を用いて封止を行った後に大気下に取り出し、受光部が約10×10mmサイズの比較となる有機光電変換素子SC−202を得た。 Next, 200 nm of Ag metal was laminated at a deposition rate of 0.5 nm / second to form a second electrode. The obtained laminate was moved to a nitrogen chamber and sandwiched between two relief printing transparent barrier films GX (water vapor transmission rate 0.05 g / m 2 / d), and UV curable resin (Nagase ChemteX Corporation). Manufactured, manufactured by UV RESIN XNR5570-B1) and then taken out into the atmosphere to obtain an organic photoelectric conversion element SC-202 having a light receiving portion of about 10 × 10 mm size for comparison.

<初期光電変換効率の評価>
上記で作製した有機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/cmの強度の光を照射し、有効面積を1cm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/cm]、開放電圧Voc[V]およびフィルファクターFFを測定し、初期光電変換効率ηを下記式1より算出した。評価結果を表1に示す。
<Evaluation of initial photoelectric conversion efficiency>
About the organic photoelectric conversion element produced above, the solar simulator (AM1.5G filter) is irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 , a mask with an effective area of 1 cm 2 is superimposed on the light receiving part, and the IV characteristics are obtained. By evaluating, 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 initial photoelectric conversion efficiency η was calculated from the following formula 1. The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2013089684
Figure 2013089684

<光安定性の評価>
上記で作製した有機光電変換素子を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、上記初期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(保持率)[%]を求めた。評価結果を表1に示す。
<Evaluation of light stability>
The organic photoelectric conversion element prepared above is placed on a hot plate at 85 ° C., and a short wavelength current density J measured in the evaluation of the initial photoelectric conversion efficiency is performed using a two-wavelength type white LED (Toshiba small SMD) as a light source. The light quantity of the LED was adjusted so as to be approximately the same value as sc (about 1 Sun), and the 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, the ratio of J sc after the deterioration to the initial J sc (retention) was determined [%]. The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2013089684
Figure 2013089684

上記表1から明らかなように、金属酸化物からなる正孔輸送層上にSAM層を形成し、光電変換層と正孔輸送層との界面の調整を行ったものは、経時でのJscの低下が少なく安定な素子が得られていることがわかる。ホールブロック層(電子輸送層)に金属酸化物を用いていても、正孔輸送層側の界面さえ調整すれば、Jscの劣化はほとんどない。   As apparent from Table 1 above, the SAM layer was formed on the hole transport layer made of a metal oxide and the interface between the photoelectric conversion layer and the hole transport layer was adjusted. It can be seen that a stable element with little decrease is obtained. Even if a metal oxide is used for the hole blocking layer (electron transport layer), there is almost no deterioration of Jsc as long as the interface on the hole transport layer side is adjusted.

逆にホールブロック層側のみSAM層で界面を調整したもの(比較例4)は、SAM層で調整を行っていないものと同様のJscの劣化が生じ、素子の安定化には正孔輸送層側をSAM層で界面を調整することが不可欠であることがわかる。   On the contrary, in the case where the interface is adjusted with the SAM layer only on the hole blocking layer side (Comparative Example 4), the same Jsc degradation occurs as in the case where the adjustment is not performed with the SAM layer. It can be seen that it is essential to adjust the interface with the SAM layer on the side.

10、20、30 有機光電変換素子、
11 基板、
12 第1の電極、
13 第2の電極、
14 光電変換層、
14a 第1の光電変換層、
14b 第2の光電変換層、
15 電荷再結合層、
17 正孔輸送層、
18 電子輸送層、
19 自己組織化単分子層。
10, 20, 30 organic photoelectric conversion element,
11 substrate,
12 first electrode;
13 second electrode,
14 photoelectric conversion layer,
14a 1st photoelectric conversion layer,
14b second photoelectric conversion layer,
15 charge recombination layer,
17 hole transport layer,
18 electron transport layer,
19 Self-assembled monolayer.

Claims (7)

第一の電極、
第二の電極、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置される、金属酸化物を含む正孔輸送層およびバルクヘテロジャンクション型の光電変換層、ならびに
前記正孔輸送層と前記光電変換層との間に配置される自己組織化単分子層、
を有する、有機光電変換素子。
The first electrode,
The second electrode,
A hole transport layer including a metal oxide and a bulk heterojunction type photoelectric conversion layer disposed between the first electrode and the second electrode, and the hole transport layer and the photoelectric conversion layer A self-assembled monolayer placed between,
An organic photoelectric conversion element.
前記正孔輸送層が、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、バナジウム(V)、ニッケル(Ni)およびレニウム(Re)からなる群より選択される少なくとも1種の金属の酸化物を含む、請求項1に記載の有機光電変換素子。   The hole transport layer includes an oxide of at least one metal selected from the group consisting of molybdenum (Mo), tungsten (W), vanadium (V), nickel (Ni), and rhenium (Re). Item 10. The organic photoelectric conversion device according to Item 1. 前記自己組織化単分子層を形成する化合物が電子供与性基および吸着基を有する、請求項1または2に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, wherein the compound forming the self-assembled monolayer has an electron donating group and an adsorbing group. 前記電子供与性基がアミノ基またはメトキシ基である、請求項3に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the electron donating group is an amino group or a methoxy group. 前記吸着基がカルボキシル基である、請求項3または4に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 3 or 4, wherein the adsorption group is a carboxyl group. 前記電子供与性基が光電変換層側に配向し、前記吸着基が正孔輸送層側に配向している、請求項3〜5のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to any one of claims 3 to 5, wherein the electron donating group is oriented toward the photoelectric conversion layer, and the adsorbing group is oriented toward the hole transport layer. 請求項1〜6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 1-6.
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