JP2013165169A - Organic photoelectric conversion element, method for manufacturing the same, organic solar cell, organic solar cell module, supply device, and film deposition apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and safely manufacture an organic thin-film solar cell having high photoelectric conversion efficiency.SOLUTION: A method for manufacturing an organic photoelectric conversion element including at least a pair of electrodes and an organic active layer between the electrodes includes a film deposition step of depositing the organic active layer by a wet deposition method. The film deposition step is performed under an environment in which an oxygen concentration is 18 to 22 vol.% inclusive and the following condition (1) or (2) is satisfied. (1) A sulfur oxide concentration is 1.2 μg/mor less. (2) A nitrogen oxide concentration is 2.5 μg/mor less.

Description

本発明は有機光電変換素子及びその製造方法、有機太陽電池、有機太陽電池モジュール、供給装置、並びに成膜装置に関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element and a manufacturing method thereof, an organic solar battery, an organic solar battery module, a supply device, and a film forming device.

有機薄膜太陽電池は、p型半導体化合物とn型半導体化合物とを含む有機活性層を有する。非特許文献1には、この有機活性層は水分及び酸素に弱いため、大気中で有機活性層を成膜した有機薄膜太陽電池は特性が劣化すること、及び特性劣化を回避するために窒素雰囲気下で有機活性層を形成することが記載されている。また特許文献1には、水分及びオゾンが所定濃度以下に抑えられた空気雰囲気中で有機活性層を成膜する、有機薄膜太陽電池の製造方法が記載されている。   An organic thin film solar cell has an organic active layer containing a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound. In Non-Patent Document 1, since this organic active layer is vulnerable to moisture and oxygen, the organic thin-film solar cell in which the organic active layer is formed in the atmosphere deteriorates in characteristics, and in order to avoid characteristic deterioration, a nitrogen atmosphere The formation of an organic active layer is described below. Patent Document 1 describes a method for manufacturing an organic thin-film solar cell in which an organic active layer is formed in an air atmosphere in which moisture and ozone are suppressed to a predetermined concentration or less.

特開2011−124281号公報JP 2011-124281 A

有機太陽電池の最新技術II(シーエムシー出版、2009年、上原赫、吉川暹)Latest Technology of Organic Solar Cells II (CMC Publishing, 2009, Satoshi Uehara, Satoshi Yoshikawa)

非特許文献1に記載の方法のように、水分及び酸素を含まない窒素雰囲気下で有機活性層を形成する場合、グローブボックスのような、内部と外部とが遮断された装置を用いる必要がある。したがって非特許文献1に記載の方法で有機薄膜太陽電池を製造する場合、より大きい設備が必要となり、製造コストが増加するという問題があった。また、大型基板を使用する場合や、ロールツーロール等の連続プロセスを用いる場合に、非特許文献1に記載の方法を用いることは困難であった。   When the organic active layer is formed in a nitrogen atmosphere that does not contain moisture and oxygen as in the method described in Non-Patent Document 1, it is necessary to use an apparatus in which the inside and the outside are cut off, such as a glove box. . Therefore, when manufacturing an organic thin-film solar cell by the method of a nonpatent literature 1, the bigger installation was needed and there existed a problem that manufacturing cost increased. Further, when using a large substrate or using a continuous process such as roll-to-roll, it is difficult to use the method described in Non-Patent Document 1.

特許文献1に記載の方法においても、空気中の水分及びオゾンをそれぞれ制御する装置が必要であり、より大きい設備が必要となり、製造コストが増加するという問題があった。さらには、空気中の水分を一定濃度以下とするため、静電気が発生しやすくなるという問題があった。発生した静電気は、成膜の際に使用される有機溶媒に着火し、引火爆発が起こる可能性がある。   The method described in Patent Document 1 also requires a device for controlling the moisture and ozone in the air, and requires a larger facility, resulting in an increase in manufacturing cost. Furthermore, since the moisture in the air is kept below a certain concentration, there is a problem that static electricity is likely to occur. The generated static electricity ignites the organic solvent used in film formation, and there is a possibility that a flammable explosion will occur.

本発明では、光電変換効率が高い有機薄膜太陽電池を、容易かつ安全に製造することを目的とする。   An object of the present invention is to easily and safely manufacture an organic thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency.

本発明者等は上記実情に鑑み、有機薄膜太陽電池を容易かつ安全に製造する方法を鋭意検討した結果、成膜環境中の特定成分を低減することにより、有機光電変換素子の変換効率の低下を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明の要旨は、以下に存する。   In light of the above circumstances, the present inventors have intensively studied a method for manufacturing an organic thin film solar cell easily and safely, and as a result, the conversion efficiency of the organic photoelectric conversion element is reduced by reducing specific components in the film forming environment. The present invention has been completed. That is, the gist of the present invention is as follows.

[1]少なくとも一対の電極と該電極の間の有機活性層とを有する有機光電変換素子の製造方法であって、
湿式成膜法で前記有機活性層を成膜する成膜工程を含み、
前記成膜工程を、酸素濃度が18体積%以上22体積%以下であり、かつ下記(1)又は(2)を満たす環境下で行うことを特徴とする、有機光電変換素子の製造方法。
(1)硫黄酸化物濃度が1.2μg/m以下。
(2)窒素酸化物濃度が2.5μg/m以下。
[2]前記(1)及び(2)の条件を満たす環境下で前記成膜工程を行うことを特徴とする、[1]に記載の有機光電変換素子の製造方法。
[3]前記有機活性層の材料が、少なくとも1種類の高分子p型半導体化合物を含むことを特徴とする、[1]又は[2]に記載の有機光電変換素子の製造方法。
[4][1]から[3]のいずれかに記載の有機光電変換素子の製造方法により製造されたことを特徴とする、有機光電変換素子。
[5]有機太陽電池であることを特徴とする、[4]に記載の有機光電変換素子。
[6][4]に記載の有機光電変換素子を含むことを特徴とする、有機太陽電池モジュール。
[7]有機光電変換素子の有機活性層を湿式成膜法で成膜する成膜装置へと外気を供給する供給装置であって、前記成膜装置へと供給される外気中の硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去する除去手段を備えることを特徴とする供給装置。
[8][7]に記載の供給装置と、
前記供給装置から供給された外気を受け入れるハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、有機光電変換素子の有機活性層を湿式成膜法で成膜する成膜手段と、
を備えることを特徴とする成膜装置。
[1] A method for producing an organic photoelectric conversion device having at least a pair of electrodes and an organic active layer between the electrodes,
Including a film forming step of forming the organic active layer by a wet film forming method,
The method for producing an organic photoelectric conversion element, wherein the film forming step is performed in an environment where an oxygen concentration is 18% by volume or more and 22% by volume or less and satisfies the following (1) or (2).
(1) The sulfur oxide concentration is 1.2 μg / m 3 or less.
(2) Nitrogen oxide concentration is 2.5 μg / m 3 or less.
[2] The method for producing an organic photoelectric conversion element according to [1], wherein the film forming step is performed in an environment satisfying the conditions (1) and (2).
[3] The method for producing an organic photoelectric conversion element according to [1] or [2], wherein the material of the organic active layer contains at least one type of polymer p-type semiconductor compound.
[4] An organic photoelectric conversion element manufactured by the method for manufacturing an organic photoelectric conversion element according to any one of [1] to [3].
[5] The organic photoelectric conversion element according to [4], which is an organic solar battery.
[6] An organic solar cell module comprising the organic photoelectric conversion element according to [4].
[7] A supply device for supplying outside air to a film forming apparatus for forming an organic active layer of an organic photoelectric conversion element by a wet film forming method, and sulfur oxide in the outside air supplied to the film forming apparatus Or the supply apparatus characterized by including the removal means which removes nitrogen oxides.
[8] The supply device according to [7];
A housing for receiving outside air supplied from the supply device;
A film forming means disposed in the housing and forming an organic active layer of the organic photoelectric conversion element by a wet film forming method;
A film forming apparatus comprising:

光電変換効率が高い有機薄膜太陽電池を、容易かつ安全に製造することができる。   An organic thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency can be manufactured easily and safely.

本発明の一実施形態としての光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the photoelectric conversion element as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell module as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての成膜装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the film-forming apparatus as one Embodiment of this invention.

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定されない。   Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention does not exceed the gist thereof. It is not specified in the contents.

以下に、本発明に係る、少なくとも一対の電極と該電極の間の有機活性層とを有する有機光電変換素子の製造方法について説明する。この有機光電変換素子の製造方法は、湿式成膜法で有機活性層を成膜する成膜工程を含む。この成膜工程について、以下で詳しく説明する。   Below, the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element which has at least a pair of electrode and organic active layer between this electrode based on this invention is demonstrated. This method for producing an organic photoelectric conversion element includes a film forming step of forming an organic active layer by a wet film forming method. This film forming process will be described in detail below.

<1.成膜環境>
本発明に係る光電変換素子の製造方法においては、成膜工程を、酸素濃度が18体積%以上22体積%以下であり、かつ下記条件(1)又は(2)を満たす環境下で行う。
(1)硫黄酸化物濃度が所定濃度以下。
(2)窒素酸化物濃度が所定濃度以下。
<1. Deposition environment>
In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention, the film forming step is performed in an environment where the oxygen concentration is 18% by volume or more and 22% by volume or less and the following condition (1) or (2) is satisfied.
(1) The sulfur oxide concentration is below a predetermined concentration.
(2) The nitrogen oxide concentration is below a predetermined concentration.

得られる光電変換素子の変換効率を向上させるためには、上記条件(1)及び(2)の双方を満たすことが好ましい。   In order to improve the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element, it is preferable to satisfy both of the above conditions (1) and (2).

[1.1 硫黄酸化物濃度]
本発明において、成膜工程が行われる環境中の硫黄酸化物濃度は、通常2.2μg/m以下であり、好ましくは1.2μg/m以下である。硫黄酸化物濃度がこの範囲にあることは、得られる光電変換素子の光電変換効率が向上しうる点で好ましい。
[1.1 Sulfur oxide concentration]
In the present invention, the sulfur oxide concentration in the environment in which the deposition process takes place is usually 2.2μg / m 3 or less, preferably 1.2 ug / m 3 or less. It is preferable that the sulfur oxide concentration be in this range in that the photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element can be improved.

・測定方法
環境中の硫黄酸化物は、化石燃料の燃焼や火山ガスに由来するものであり、硫黄酸化物濃度は、例えば、イオンクロマトグラフィー法によって測定することができる。具体的には、測定対象のガスを1.5L/minの速度で水に通すことにより2時間捕集し、これをイオンクロマトグラフ分析装置DX500型(DIONEX社製)によって分析することで、上記ガス中の硫黄酸化物濃度を定量する。この方法による検出限界は0.1μg/mである。
Measurement method Sulfur oxide in the environment is derived from fossil fuel combustion and volcanic gas, and the concentration of sulfur oxide can be measured, for example, by ion chromatography. Specifically, the gas to be measured is collected for 2 hours by passing it through water at a rate of 1.5 L / min, and analyzed by an ion chromatograph analyzer DX500 type (manufactured by DIONEX). Quantify the sulfur oxide concentration in the gas. The detection limit by this method is 0.1 μg / m 3 .

・硫黄酸化物濃度を制御する理由
本発明においては、硫黄酸化物濃度がより低い環境中で成膜工程を行うことにより、硫黄酸化物濃度がより高い環境中で成膜工程を行う場合と比べて、得られる光電変換素子の変換効率が向上することが見出された。
-Reason for controlling sulfur oxide concentration In the present invention, by performing the film forming process in an environment with a lower sulfur oxide concentration, the film forming process is performed in an environment with a higher sulfur oxide concentration. Thus, it has been found that the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element is improved.

この理由としては、環境中の硫黄酸化物の活性層との反応が防止されていることが考えられる。硫黄酸化物は、大気中に通常50〜1700μg/m程度含有される。硫黄酸化物は大気中の水分と反応して酸化剤である硫酸になることが知られている。また、硫黄酸化物の一種である、二酸化硫黄及び三酸化硫黄は、それぞれ還元剤及び酸化剤として機能する。酸化剤や還元剤の働きによって、有機光電変換素子を構成している有機化合物が酸化又は還元されることにより、その有機化合物が持つ特性、例えばイオン化ポテンシャル、電子親和力、及びキャリア移動度等が変化すると考えられる。このような成分は電荷に対するトラップサイトとなるため、発生した電荷の輸送を阻害しうる。その結果、硫黄酸化物濃度がより高い環境中で成膜工程を行った場合、短絡電流や曲線因子が減少し、光電変換効率が低下したものと考えられる。 This may be because the reaction with the active layer of sulfur oxide in the environment is prevented. Sulfur oxide is usually contained in the atmosphere at about 50 to 1700 μg / m 3 . It is known that sulfur oxides react with moisture in the atmosphere to become sulfuric acid, which is an oxidant. Moreover, sulfur dioxide and sulfur trioxide, which are types of sulfur oxides, function as a reducing agent and an oxidizing agent, respectively. The properties of the organic compound, such as ionization potential, electron affinity, and carrier mobility, are changed when the organic compound that constitutes the organic photoelectric conversion element is oxidized or reduced by the action of the oxidizing agent or the reducing agent. I think that. Such a component serves as a trap site for charges, and thus can inhibit the transport of the generated charges. As a result, when the film forming process is performed in an environment with a higher sulfur oxide concentration, it is considered that the short circuit current and the fill factor are reduced, and the photoelectric conversion efficiency is lowered.

また、硫酸のような酸が、有機光電変換素子の有機層中に混入することによって、有機層中を移動する電荷のクエンチを引き起こすことが考えられる。これによる有機層内のキャリアバランスの変化が、硫黄酸化物濃度がより高い環境中で成膜工程を行った場合の有機光電変換素子の低効率化を引き起こしたものと考えられる。   In addition, it is considered that an acid such as sulfuric acid is mixed into the organic layer of the organic photoelectric conversion element, thereby causing quenching of charges moving in the organic layer. It is considered that the change in the carrier balance in the organic layer caused the reduction in the efficiency of the organic photoelectric conversion element when the film forming process is performed in an environment having a higher sulfur oxide concentration.

硫黄酸化物濃度がより低い環境中で成膜工程を行うことにより、有機化合物の変質や酸の混入によるクエンチャーの生成を避けることができ、得られる光電変換素子の変換効率が向上したものと考えられる。   By performing the film-forming process in an environment where the sulfur oxide concentration is lower, it is possible to avoid the generation of quenchers due to the deterioration of organic compounds and the mixing of acids, and the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element is improved. Conceivable.

[1.2 窒素酸化物濃度]
本発明において、成膜工程が行われる環境中の窒素酸化物濃度は、通常3.1μg/m以下であり、好ましくは2.5μg/m以下である。窒素酸化物濃度がこの範囲にあることは、得られる光電変換素子の光電変換効率が向上しうる点で好ましい。
[1.2 Nitrogen oxide concentration]
In the present invention, the nitrogen oxides concentration in the environment in which the film-forming step is carried out is usually 3.1μg / m 3 or less, preferably 2.5 [mu] g / m 3 or less. It is preferable that the nitrogen oxide concentration be in this range in that the photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element can be improved.

・測定方法
環境中の窒素酸化物は、化石燃料の燃焼に由来するものであり、窒素酸化物濃度は、例えば、イオンクロマトグラフィーによって測定することができる。具体的には、測定対象のガスを1.5L/minの速度で水に通すことにより2時間捕集し、これをイオンクロマトグラフ分析装置DX500型(DIONEX社製)を用いて分析することで、上記ガス中の窒素酸化物濃度を定量する。この方法による検出限界は0.1μg/mである。
Measurement method Nitrogen oxides in the environment are derived from the combustion of fossil fuels, and the concentration of nitrogen oxides can be measured, for example, by ion chromatography. Specifically, the gas to be measured is collected for 2 hours by passing it through water at a rate of 1.5 L / min, and this is analyzed by using an ion chromatograph analyzer DX500 type (manufactured by DIONEX). The nitrogen oxide concentration in the gas is quantified. The detection limit by this method is 0.1 μg / m 3 .

・窒素酸化物を制御する理由
本発明においては、窒素酸化物濃度がより低い環境中で成膜工程を行うことにより、窒素酸化物濃度がより高い環境中で成膜工程を行う場合と比べて、得られる光電変換素子の変換効率が向上することが見出された。
・ Reason for controlling nitrogen oxides In the present invention, by performing the film forming process in an environment having a lower nitrogen oxide concentration, the film forming process is performed in an environment having a higher nitrogen oxide concentration. It has been found that the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element is improved.

この理由としては、環境中の硫黄酸化物の活性層との反応が防止されていることが考えられる。窒素酸化物は、大気中に通常70〜5400μg/m程度含有されるが。窒素酸化物は大気中の水分と反応して、強力な酸化剤である硝酸になることが知られている。この酸化剤の働きによって、有機光電変換素子を構成している有機化合物が酸化され、その有機化合物が持つ独自の特性、例えばイオン化ポテンシャル、電子親和力、及びキャリア移動度等が変化すると考えられる。このような成分は電荷に対するトラップサイトとなるため、発生した電荷の輸送を阻害しうる。その結果、窒素酸化物濃度がより高い環境中で成膜工程を行った場合、短絡電流や曲線因子が減少し、光電変換効率が低下したものと考えられる。 This may be because the reaction with the active layer of sulfur oxide in the environment is prevented. Although nitrogen oxides are usually contained in the atmosphere at about 70 to 5400 μg / m 3 . Nitrogen oxides are known to react with moisture in the atmosphere to form nitric acid, a powerful oxidant. It is considered that the organic compound constituting the organic photoelectric conversion element is oxidized by the action of the oxidizing agent, and the unique characteristics of the organic compound, such as ionization potential, electron affinity, and carrier mobility, are changed. Such a component serves as a trap site for charges, and thus can inhibit the transport of the generated charges. As a result, when the film forming process is performed in an environment where the nitrogen oxide concentration is higher, it is considered that the short circuit current and the fill factor are reduced and the photoelectric conversion efficiency is lowered.

また、窒素酸化物の一種で、不対電子を有するラジカル分子である二酸化窒素が、有機光電変換素子の有機層中に混入することによって、有機層中を移動する電荷のクエンチを引き起こすことが考えられる。これによる有機層内のキャリアバランスの変化が、窒素酸化物濃度がより高い環境中で成膜工程を行った場合の有機光電変換素子の低効率化や短寿命化を引き起こしたものと考えられる。   In addition, nitrogen dioxide, which is a kind of nitrogen oxide and is a radical molecule having unpaired electrons, is considered to cause quenching of charges moving in the organic layer when mixed into the organic layer of the organic photoelectric conversion element. It is done. It is considered that the change in the carrier balance in the organic layer caused the reduction in efficiency and the life of the organic photoelectric conversion element when the film forming process is performed in an environment with a higher nitrogen oxide concentration.

窒素酸化物濃度がより低い環境中で成膜工程を行うことにより、有機化合物の変質や酸の混入によるクエンチャーの生成を避けることができ、得られる光電変換素子の変換効率が向上したものと考えられる。   By performing the film forming process in an environment where the concentration of nitrogen oxides is lower, it is possible to avoid the generation of quenchers due to the deterioration of organic compounds and the mixing of acids, and the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element is improved. Conceivable.

[1.3 酸素濃度]
成膜工程を行う環境中の酸素濃度は任意である。例えば、酸素濃度は1体積%以上であってもよく、10体積%以上であってもよい。すなわち、成膜工程を行う環境中の酸素濃度は大気中の酸素濃度と同等であってもよい。成膜工程を行う環境中の酸素濃度が大気中の酸素濃度と同等であることは、成膜工程を行うための装置を簡略化することができる点で好ましい。例えば、酸素濃度は18体積%以上22体積%以下でありうる。
[1.3 Oxygen concentration]
The oxygen concentration in the environment where the film forming process is performed is arbitrary. For example, the oxygen concentration may be 1% by volume or more, or 10% by volume or more. That is, the oxygen concentration in the environment in which the film forming process is performed may be equivalent to the oxygen concentration in the atmosphere. It is preferable that the oxygen concentration in the environment in which the film forming process is performed is equivalent to the oxygen concentration in the atmosphere because the apparatus for performing the film forming process can be simplified. For example, the oxygen concentration can be 18 volume% or more and 22 volume% or less.

本発明においては、酸素濃度が大気中と同等である環境下で成膜工程を行うことにより得られた光電変換素子が、酸素濃度が5ppm以下である環境下で成膜工程を行うことにより得られた光電変換素子と同等の変換効率を示す事が見出された。酸素濃度が極めて低い環境下で成膜工程を行う場合、グローブボックスのような特殊な装置を必要とするが、本発明に係る成膜工程においては、窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去するフィルターのような装置があれば十分である。   In the present invention, the photoelectric conversion element obtained by performing the film forming step in an environment where the oxygen concentration is equivalent to that in the atmosphere is obtained by performing the film forming step in an environment where the oxygen concentration is 5 ppm or less. It has been found that the conversion efficiency is equivalent to that of the obtained photoelectric conversion element. When a film forming process is performed in an environment where the oxygen concentration is extremely low, a special apparatus such as a glove box is required. In the film forming process according to the present invention, a filter for removing nitrogen oxides or sulfur oxides It is sufficient to have a device such as

酸素濃度の測定方式はいくつか存在するが、特に手法は問わない。例えば、酸素による酸化還元反応の電流値から測定するガルバニ電池式、酸素の持つ強い常磁性を用いて測定を行う磁気圧力式、酸素のイオン伝導による起電力から測定を行うジルコニア式が挙げられる。   There are several methods for measuring the oxygen concentration, but the method is not particularly limited. For example, a galvanic cell type that measures from the current value of the oxidation-reduction reaction by oxygen, a magnetic pressure type that measures using strong paramagnetism of oxygen, and a zirconia type that measures from electromotive force due to ionic conduction of oxygen are included.

[1.4 湿度]
成膜工程を行う環境中の湿度は任意である。例えば、相対湿度は1%以上であってもよく、10%以上であってもよい。また、相対湿度の上限は特に限定されないが、例えば90%以下であってもよく、60%以下であってもよい。すなわち、成膜工程を行う環境中の湿度は大気中の湿度と同等であってもよい。成膜工程を行う環境中の湿度が大気中の湿度と同等であることは、成膜工程を行うための装置を簡略化することができる点で好ましい。
[1.4 Humidity]
The humidity in the environment where the film forming process is performed is arbitrary. For example, the relative humidity may be 1% or more, or 10% or more. Moreover, although the upper limit of relative humidity is not specifically limited, For example, 90% or less may be sufficient and 60% or less may be sufficient. That is, the humidity in the environment in which the film forming process is performed may be equal to the humidity in the atmosphere. It is preferable that the humidity in the environment in which the film forming process is performed is equal to the humidity in the atmosphere because the apparatus for performing the film forming process can be simplified.

本発明においては、湿度が大気中と同等である環境下で成膜工程を行うことにより得られた光電変換素子が、相対湿度が0.1%以下である環境下で成膜工程を行うことにより得られた光電変換素子と同等の変換効率を示す事が見出された。湿度が極めて低い環境下で成膜工程を行う場合、グローブボックスのような特殊な装置を必要とするが、本発明に係る成膜工程においては、窒素酸化物又は硫黄酸化物を除去するフィルターのような装置があれば十分である。   In the present invention, the photoelectric conversion element obtained by performing the film forming process in an environment where the humidity is equivalent to that in the atmosphere performs the film forming process in an environment where the relative humidity is 0.1% or less. It was found that the conversion efficiency is equivalent to that of the photoelectric conversion element obtained by the above. When the film forming process is performed in an environment with extremely low humidity, a special apparatus such as a glove box is required. In the film forming process according to the present invention, a filter for removing nitrogen oxides or sulfur oxides is required. It would be sufficient if there was such a device.

相対湿度とは環境中の水蒸気量とその気温における飽和水蒸気量との比を百分率で表したものである。相対湿度の測定計としては、測定する大気中の水蒸気量に応じて適宜選択できる。通常、電気容量式湿度計(例えばtesto社製,testo608−H2)を使用することができる。大気の水蒸気量が低濃度の場合には、電解式水分計(MBRAUM社製,MB MO−SE−1)を使用することができる。   Relative humidity is a percentage of the amount of water vapor in the environment and the amount of saturated water vapor at that temperature. The relative humidity measuring instrument can be appropriately selected according to the amount of water vapor in the atmosphere to be measured. Usually, an electric capacity type hygrometer (for example, testo608-H2 manufactured by testo) can be used. When the amount of water vapor in the atmosphere is low, an electrolytic moisture meter (manufactured by MBRAUM, MB MO-SE-1) can be used.

<2.成膜装置>
図4は、本発明に係る成膜工程を行うために用いられる成膜装置の一例を示す。図4に示される成膜装置20は、有機光電変換素子の有機活性層を湿式成膜法で成膜するための装置である。成膜装置20は、ハウジング21と、空気浄化手段22と、送風機23とを備える。空気浄化手段22は、ハウジング21へと供給される外気中の硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去する除去手段として、及びハウジング21へと外気を供給する供給装置として機能しうる。この空気浄化手段22を用いることにより、外気から硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去する工程と、硫黄酸化物又は窒素酸化物が除去された外気をハウジング21に供給する工程と、を含む供給方法が実現されうる。
<2. Deposition system>
FIG. 4 shows an example of a film forming apparatus used for performing the film forming process according to the present invention. A film forming apparatus 20 shown in FIG. 4 is an apparatus for forming an organic active layer of an organic photoelectric conversion element by a wet film forming method. The film forming apparatus 20 includes a housing 21, an air purification unit 22, and a blower 23. The air purifying means 22 can function as a removing means for removing sulfur oxides or nitrogen oxides in the outside air supplied to the housing 21 and as a supply device for supplying outside air to the housing 21. A supply method including a step of removing sulfur oxides or nitrogen oxides from the outside air by using the air purification means 22 and a step of supplying outside air from which sulfur oxides or nitrogen oxides have been removed to the housing 21. Can be realized.

本発明に係る成膜工程は、ハウジング21内で行われる。すなわち、有機光電変換素子の有機活性層を湿式成膜法で成膜するための装置(成膜手段)が、ハウジング21内に設けられている。そして、ハウジング21内において、有機活性層の塗布成膜が行われる。例えば、ハウジング21内に、有機活性層を形成する基板(例えば、基板上に電極、及び必要に応じてバッファ層(正孔取り出し層又は電子取り出し層)等を形成したもの)を挿入し、この基板上に塗布成膜法により有機活性層を成膜することにより、有機活性層が形成される。   The film forming process according to the present invention is performed in the housing 21. That is, an apparatus (film forming means) for forming an organic active layer of the organic photoelectric conversion element by a wet film forming method is provided in the housing 21. In the housing 21, an organic active layer is formed by coating. For example, a substrate for forming an organic active layer (for example, an electrode, and a buffer layer (a hole extraction layer or an electron extraction layer) formed on the substrate as necessary) is inserted into the housing 21, and this An organic active layer is formed by forming an organic active layer on a substrate by a coating film forming method.

[2.1 ハウジング21]
ハウジング21は、空気浄化手段22及び送風機23から供給された外気を受け入れるように構成されている。また、図4の下部に示されるように、受け入れた外気を排出する排出部をハウジング21がさらに備えていてもよい。例えばこの排出部は、ハウジング21内に有機活性層が形成される基板を挿入するための、又は有機活性層が形成された基板を取り出すための、開口であってもよい。この場合、ハウジング21は、空気浄化手段22及び送風機23から供給された外気を継続的に受け入れることが好ましい。この場合、ハウジング21内がわずかに加圧されるため、開口からハウジング21内へと硫黄酸化物又は窒素酸化物が流入することを防止することができる。このような構成は、基板がハウジング21内へと基板が連続して挿入されかつ連続して取り出されるような連続プロセス、例えばロールツーロール法等を用いる場合に特に有利である。
[2.1 Housing 21]
The housing 21 is configured to receive outside air supplied from the air purification means 22 and the blower 23. Further, as shown in the lower part of FIG. 4, the housing 21 may further include a discharge part for discharging the received outside air. For example, the discharge portion may be an opening for inserting a substrate on which the organic active layer is formed in the housing 21 or for taking out the substrate on which the organic active layer is formed. In this case, it is preferable that the housing 21 continuously receives the outside air supplied from the air purification means 22 and the blower 23. In this case, since the inside of the housing 21 is slightly pressurized, it is possible to prevent sulfur oxide or nitrogen oxide from flowing into the housing 21 from the opening. Such a configuration is particularly advantageous when using a continuous process, such as a roll-to-roll process, in which the substrate is continuously inserted into and removed from the housing 21.

[2.2 空気浄化手段22]
空気浄化手段22は、ハウジング21内に供給する空気中の硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去する。空気浄化手段22は、全ての硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去する必要はなく、ハウジング21内へと供給する空気中の硫黄酸化物濃度又は窒素酸化物濃度を所定値以下となるように低減すればよい。こうして、ハウジング21内の空気中の硫黄酸化物濃度又は窒素酸化物濃度を所定値以下とすることができる。
[2.2 Air purification means 22]
The air purification means 22 removes sulfur oxides or nitrogen oxides in the air supplied into the housing 21. The air purifying means 22 does not need to remove all sulfur oxides or nitrogen oxides, and reduces the concentration of sulfur oxides or nitrogen oxides in the air supplied into the housing 21 to a predetermined value or less. do it. Thus, the sulfur oxide concentration or the nitrogen oxide concentration in the air in the housing 21 can be set to a predetermined value or less.

空気浄化手段は、空気中の硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去できるのであれば特に限定されないが、例えばケミカルフィルター、気相吸着用活性炭、又は水が挙げられる。この中でも、硫黄酸化物又は窒素酸化物の除去効率の観点から、ケミカルフィルターを用いることは特に好ましい。これらのうち1種が単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わせて用いられてもよい。また空気浄化手段には、HEPAフィルターのような微粒子を捕捉するためのフィルターがさらに含まれていてもよい。以下に、これらの方法について詳しく説明する。   The air purification means is not particularly limited as long as it can remove sulfur oxides or nitrogen oxides in the air, and examples thereof include chemical filters, activated carbon for gas phase adsorption, and water. Among these, it is particularly preferable to use a chemical filter from the viewpoint of removal efficiency of sulfur oxides or nitrogen oxides. Among these, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. The air purification means may further include a filter for capturing fine particles such as a HEPA filter. Hereinafter, these methods will be described in detail.

・ケミカルフィルター
ケミカルフィルターは、空気中から無機ガス成分等の特定成分を除去する機能を有する。本発明に係る空気浄化手段としては、硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去するケミカルフィルターが用いられる。空気をケミカルフィルターに通すことにより、硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去することができる。ケミカルフィルターとしては、特定のガスを除去する成分が溶着されている、活性炭や活性アルミナ等の吸着機能を有する物質が用いられうる。
-Chemical filter The chemical filter has a function of removing specific components such as inorganic gas components from the air. As the air purification means according to the present invention, a chemical filter for removing sulfur oxides or nitrogen oxides is used. By passing air through a chemical filter, sulfur oxides or nitrogen oxides can be removed. As the chemical filter, a substance having an adsorption function, such as activated carbon or activated alumina, to which a component for removing a specific gas is welded can be used.

用いられるケミカルフィルターは本発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、例えば、ケミカルガード(ニチアス社製)、ピュアライトフィルタ(日本ピュアテック社製)、ピュアスメル(日本無機社製)、TIOS(高砂熱化学社製)等が挙げられる。   The chemical filter used is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, chemical guard (manufactured by NICHIAS), pure light filter (manufactured by Japan Puretec), puresmel (manufactured by Nippon Inorganic), TIOS Takasago Thermal Chemical Co., Ltd.).

ケミカルフィルターを用いることは、ケミカルフィルターの通気性及びガス状不純物成分の吸着捕集性能が高い点、及びケミカルフィルターのコストが安く入手が容易である点で好ましい。   The use of a chemical filter is preferable in that the air permeability of the chemical filter and the adsorption and collection performance of gaseous impurity components are high, and the cost of the chemical filter is low and it is easy to obtain.

・気相吸着用活性炭
気相吸着用活性炭は、特定の物質を分離、除去、精製する等の目的で吸着能力を高めるために、化学的又は物理的な処理を施した1〜20nmの微細孔を多数有する炭素である。通常、気相吸着用活性炭の構成物質は90%以上が炭素である。本発明に係る空気浄化手段としては、硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去する気相吸着用活性炭が用いられる。空気を気相吸着用活性炭に通すこと、例えば気相吸着用活性炭が充填されたカラムに通すことにより、硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去することができる。
-Activated carbon for gas phase adsorption Activated carbon for gas phase adsorption is a fine pore of 1 to 20 nm that has been subjected to chemical or physical treatment in order to increase adsorption capacity for the purpose of separating, removing, and purifying specific substances. It is carbon which has many. Normally, 90% or more of the constituent material of the activated carbon for gas phase adsorption is carbon. As the air purification means according to the present invention, activated carbon for gas phase adsorption that removes sulfur oxides or nitrogen oxides is used. Sulfur oxides or nitrogen oxides can be removed by passing air through gas phase adsorption activated carbon, for example, through a column filled with gas phase adsorption activated carbon.

用いられる気相吸着用活性炭は本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、例えば、白鷺(日本エンバイロケミカルズ社製)、クラレコール(クラレケミカル社製)、カルゴン(三菱化学カルゴン社製)、活性炭(フタムラ化学社製)、等が挙げられる。   The activated carbon for gas phase adsorption to be used is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. , Activated carbon (Futamura Chemical Co., Ltd.), and the like.

気相吸着用活性炭を用いることは、物理吸着が行われるために吸着速度が速く、導入空気の流速に吸着性能が依存しにくい点で好ましい。また、一度使用した気相吸着用活性炭を再利用することが可能である点、及びコストが安価で入手が容易である点等でも好ましい。   The use of activated carbon for gas phase adsorption is preferable in that the adsorption speed is high because physical adsorption is performed, and the adsorption performance hardly depends on the flow rate of the introduced air. Further, it is preferable in that the activated carbon for gas phase adsorption that has been used once can be reused, the cost is low, and it is easy to obtain.

・水
空気を水に通すことにより、硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去することができる。また、流動中の空気に水を噴霧すること、又は空気と水とを向流接触させることによって、硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去することもできる。
-Water Sulfur oxides or nitrogen oxides can be removed by passing air through water. Moreover, sulfur oxides or nitrogen oxides can be removed by spraying water on the flowing air, or bringing the air and water into countercurrent contact.

用いられる水に特に制限はないが、硫黄酸化物及び窒素酸化物等が除去されやすい点で、脱塩水、イオン交換樹脂を通した水、純水、又は超純水を用いることが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the water to be used, It is preferable to use demineralized water, the water which passed the ion exchange resin, the pure water, or the ultrapure water at the point which a sulfur oxide, a nitrogen oxide, etc. are easy to remove.

[2.3 送風機23]
送風機23は、空気浄化手段22へと外気を送り込み、空気浄化手段22を通過した外気をハウジング21へと供給する。送風機23の種類は特に限定されず、例えば通常のエアーポンプでありうる。図4においては送風機23は空気浄化手段22の前段に設置されているが、送風機23は空気浄化手段22とハウジング21との間に設置されていてもよいし、ハウジング21からの空気の排出部に設けられていてもよい。
[2.3 Blower 23]
The blower 23 sends outside air to the air purification means 22 and supplies the outside air that has passed through the air purification means 22 to the housing 21. The type of the blower 23 is not particularly limited, and can be, for example, a normal air pump. In FIG. 4, the blower 23 is installed in front of the air purification means 22, but the blower 23 may be installed between the air purification means 22 and the housing 21, or an air discharge unit from the housing 21. May be provided.

以上説明した成膜装置20を用いることにより、空気浄化手段によって硫黄酸化物濃度又は窒素酸化物濃度が低減された空気をハウジング21に供給し、成膜工程のための環境を実現することができる。このように、本発明に係る成膜工程のための環境は、送風機23、空気浄化手段22、及びハウジング21で主に構成される簡易な装置により実現することができる。また、成膜装置20を用いる場合、グローブボックスを用いる場合と比べてより多量の空気をハウジングへと供給することができる。このことは、塗布成膜された有機活性層の乾燥効率を向上させうる点で有利である。   By using the film forming apparatus 20 described above, the air whose sulfur oxide concentration or nitrogen oxide concentration is reduced by the air purifying means is supplied to the housing 21, and an environment for the film forming process can be realized. . Thus, the environment for the film forming process according to the present invention can be realized by a simple apparatus mainly composed of the blower 23, the air purification means 22, and the housing 21. Further, when the film forming apparatus 20 is used, a larger amount of air can be supplied to the housing than when the glove box is used. This is advantageous in that the drying efficiency of the organic active layer formed by coating can be improved.

図4に示される実施形態においては、空気浄化手段22は外気中の硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去し、ハウジング21内に供給する。しかしながら空気浄化手段22は、ハウジング21内の空気から硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去し、再びハウジング21内に放出してもよい。   In the embodiment shown in FIG. 4, the air purification means 22 removes sulfur oxides or nitrogen oxides in the outside air and supplies them into the housing 21. However, the air purification means 22 may remove sulfur oxides or nitrogen oxides from the air in the housing 21 and release them again into the housing 21.

<3.湿式成膜法>
本発明に係る成膜工程で用いられる湿式成膜法の種類に特に限定はない。湿式成膜法の例としては、例えばスピンコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。均一な膜を形成しやすい点で、スピンコート法を用いることは特に好ましい。
<3. Wet deposition method>
There is no particular limitation on the type of wet film forming method used in the film forming process according to the present invention. Examples of wet film forming methods include, for example, spin coating, ink jet, doctor blade, drop casting, reverse roll coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, wire Examples thereof include a barber coating method, a pipe doctor method, an impregnation / coating method, and a curtain coating method. It is particularly preferable to use the spin coating method because it is easy to form a uniform film.

<4.有機活性層>
本発明に係る成膜工程で形成される有機活性層は、通常p型半導体化合物とn型半導体化合物との少なくとも一方を含む。すなわち、本発明に係る成膜工程により、p型半導体化合物を含むp型半導体層を形成してもよいし、n型半導体化合物を含むn型半導体層を形成してもよいし、双方を含むヘテロ層を形成してもよい。塗布成膜性が良好である点で、有機活性層の材料が少なくとも1種類の高分子p型半導体化合物を含んでいることが好ましい。特にバンドギャップが狭い高分子p型半導体化合物は比較的HOMOエネルギー準位が高く、成膜雰囲気中の硫黄化合物又は窒素化合物によって損傷を受けやすいことが考えられる。一方で本発明においては、成膜雰囲気中に酸素が含まれていても、高分子p型半導体化合物が損傷を受けにくいことが発見された。したがって、本発明に係る成膜工程はこのような高分子p型半導体化合物を含む有機活性層を形成するために好適である。
<4. Organic active layer>
The organic active layer formed in the film forming step according to the present invention usually includes at least one of a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound. That is, a p-type semiconductor layer containing a p-type semiconductor compound, an n-type semiconductor layer containing an n-type semiconductor compound, or both may be formed by the film forming process according to the present invention. A hetero layer may be formed. It is preferable that the material of the organic active layer contains at least one polymer p-type semiconductor compound in terms of good coating film forming properties. In particular, a high molecular p-type semiconductor compound having a narrow band gap has a relatively high HOMO energy level, and may be easily damaged by a sulfur compound or a nitrogen compound in a film formation atmosphere. On the other hand, in the present invention, it was discovered that the polymer p-type semiconductor compound is hardly damaged even when oxygen is contained in the film formation atmosphere. Therefore, the film forming process according to the present invention is suitable for forming an organic active layer containing such a polymer p-type semiconductor compound.

具体的には、p型半導体化合物とn型半導体化合物との少なくとも一方を含む塗布液を調製し、この塗布液を用いて上述の環境中で湿式成膜を行うことにより、基板(例えば、基板上に電極、及び必要に応じてバッファ層(正孔取り出し層又は電子取り出し層)等を形成したもの)上に有機活性層を形成することができる。もっとも、後述するように、半導体化合物前駆体を含む塗布液を用いて湿式成膜を行い、その後半導体化合物前駆体を半導体化合物へと変換することもできる。このように本発明において、成膜工程における湿式成膜で用いられる塗布液には、半導体化合物の代わりに半導体化合物前駆体を含んでいるものも含まれる。   Specifically, a coating solution containing at least one of a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound is prepared, and wet deposition is performed in the above-described environment using this coating solution, thereby obtaining a substrate (for example, a substrate). An organic active layer can be formed on an electrode and a buffer layer (a hole extraction layer or an electron extraction layer) or the like as necessary). However, as will be described later, wet film formation can be performed using a coating solution containing a semiconductor compound precursor, and then the semiconductor compound precursor can be converted into a semiconductor compound. As described above, in the present invention, the coating liquid used in the wet film formation in the film formation step includes one containing a semiconductor compound precursor instead of the semiconductor compound.

有機活性層に用いられる材料、及び塗布液の溶媒の具体例については後述する。また、膜厚等の有機活性層の特徴についても後述する。   Specific examples of the material used for the organic active layer and the solvent of the coating solution will be described later. The characteristics of the organic active layer such as the film thickness will be described later.

<5.有機光電変換素子>
本発明に係る有機光電変換素子の一例として、一般的な有機薄膜太陽電池に用いられる有機光電変換素子を図1に示す。図1において、有機光電変換素子107は、基板106、電極101、正孔取り出し層102、有機活性層103、電子取り出し層104、及び電極105をこの順に有する。電極101としては、正孔の捕集に適した電極101(以下、アノードと記載する場合もある)を用いることが好ましく、電極105としては、電子の捕集に適した電極(以下、カソードと記載する場合もある)を用いることが好ましい。前記の各層の間には、後述の各層機能に影響を与えない程度に、別の層を有してもよい。また、光電変換素子107の用途に応じて、基板106、正孔取り出し層102、及び/又は電子取り出し層104は設けなくてもよい。また、図1の例においては基板106はアノード101側に配置されているが、基板106がカソード105側に配置されていてもよい。
<5. Organic photoelectric conversion element>
As an example of the organic photoelectric conversion element according to the present invention, an organic photoelectric conversion element used in a general organic thin film solar cell is shown in FIG. In FIG. 1, the organic photoelectric conversion element 107 includes a substrate 106, an electrode 101, a hole extraction layer 102, an organic active layer 103, an electron extraction layer 104, and an electrode 105 in this order. The electrode 101 is preferably an electrode 101 suitable for collecting holes (hereinafter sometimes referred to as an anode), and the electrode 105 is preferably an electrode suitable for collecting electrons (hereinafter referred to as a cathode). (It may be described) is preferably used. Other layers may be provided between the above-described layers to the extent that the functions of the layers described later are not affected. Further, the substrate 106, the hole extraction layer 102, and / or the electron extraction layer 104 may not be provided depending on the use of the photoelectric conversion element 107. In the example of FIG. 1, the substrate 106 is disposed on the anode 101 side, but the substrate 106 may be disposed on the cathode 105 side.

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

有機活性層103は、無機化合物を含んでいてもよいが、より好ましくは有機化合物からなる。有機活性層の層構成としては、p型半導体化合物とn型半導体化合物が積層された薄膜積層型、又はp型半導体化合物とn型半導体化合物が混合したバルクヘテロ接合型等が挙げられる。バルクへテロ接合型においては、p型、n型両半導体化合物を混合する層があればよく、他にp型半導体化合物のみ、n型のみ半導体化合物の層を有してもよい。光電変換効率の点で、有機活性層は好ましくはバルクヘテロ接合型である。   The organic active layer 103 may contain an inorganic compound, but more preferably consists of an organic compound. Examples of the layer configuration of the organic active layer include a thin film stacked type in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are stacked, or a bulk heterojunction type in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed. In the bulk heterojunction type, it is only necessary to have a layer in which both p-type and n-type semiconductor compounds are mixed. In addition, only a p-type semiconductor compound or a layer of only n-type semiconductor compounds may be provided. In terms of photoelectric conversion efficiency, the organic active layer is preferably a bulk heterojunction type.

[5.1.1 薄膜積層型の有機活性層]
薄膜積層型の有機活性層は、p型半導体化合物を含むp型半導体層と、n型半導体化合物を含むn型半導体層とが積層された構造を有する。薄膜積層型の有機活性層は、p型半導体層と、n型半導体層とをそれぞれ形成することにより作製することができる。p型半導体層とn型半導体層との少なくとも一方は本発明に係る成膜工程により作製される。p型半導体層とn型半導体層との他方は、例えば蒸着法のような別の方法によって形成されてもよい。しかしながら、p型半導体層とn型半導体層とをの双方を本発明に係る成膜工程により作製することは、光電変換素子の変換効率が向上しうる点で好ましい。
[5.1.1 Thin film laminated organic active layer]
The thin film stacked organic active layer has a structure in which a p-type semiconductor layer containing a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor layer containing an n-type semiconductor compound are stacked. The thin film stacked organic active layer can be produced by forming a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, respectively. At least one of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer is produced by the film forming process according to the present invention. The other of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer may be formed by another method such as a vapor deposition method. However, it is preferable that both the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are formed by the film forming process according to the present invention in that the conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.

[5.1.1.1 p型半導体層]
p型半導体層は、p型半導体化合物を含む層である。p型半導体層の膜厚に制限はない。ただし、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、一方、通常500nm以下、好ましくは200nm以下である。p型半導体層の膜厚が500nm以下であると、直列抵抗が低くなる点で好ましい。p型半導体層の膜厚が5nm以上であると、より多くの光を吸収できる点で好ましい。
[5.1.1.1 p-type semiconductor layer]
The p-type semiconductor layer is a layer containing a p-type semiconductor compound. There is no limitation on the film thickness of the p-type semiconductor layer. However, it is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and usually 500 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the p-type semiconductor layer is 500 nm or less, it is preferable in that the series resistance is lowered. It is preferable that the thickness of the p-type semiconductor layer is 5 nm or more because more light can be absorbed.

p型半導体層は、本発明に係る成膜工程により作製することが好ましい。例えば、p型半導体化合物を含む塗布液を調製し、この塗布液を塗布すればよい。塗布液の塗布後に、加熱等することにより乾燥処理を行ってもよい。   The p-type semiconductor layer is preferably produced by a film forming process according to the present invention. For example, a coating solution containing a p-type semiconductor compound may be prepared and applied. After applying the coating solution, a drying process may be performed by heating or the like.

[5.1.1.2 n型半導体層]
n型半導体層は、n型半導体化合物を含む層である。n型半導体層の膜厚に特段の制限はないが、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、一方、通常500nm以下、好ましくは200nm以下である。n型半導体層の膜厚が500nm以下であると、直列抵抗が低くなる点で好ましい。n型半導体層の膜厚が5nm以上であると、より多くの光を吸収できる点で好ましい。
[5.1.1.2 N-type semiconductor layer]
The n-type semiconductor layer is a layer containing an n-type semiconductor compound. Although there is no special restriction | limiting in the film thickness of an n-type semiconductor layer, Usually, 5 nm or more, Preferably it is 10 nm or more, On the other hand, it is 500 nm or less normally, Preferably it is 200 nm or less. When the film thickness of the n-type semiconductor layer is 500 nm or less, it is preferable in that the series resistance is lowered. It is preferable that the thickness of the n-type semiconductor layer is 5 nm or more because more light can be absorbed.

n型半導体層は、本発明に係る成膜工程により作製することが好ましい。例えば、n型半導体化合物を含む塗布液を調製し、この塗布液を塗布すればよい。塗布液の塗布後に、加熱等することにより乾燥処理を行ってもよい。   The n-type semiconductor layer is preferably produced by a film forming process according to the present invention. For example, a coating solution containing an n-type semiconductor compound may be prepared and this coating solution may be applied. After applying the coating solution, a drying process may be performed by heating or the like.

[5.1.2 バルクヘテロ接合型の有機活性層]
バルクヘテロ接合型の有機活性層は、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが混合されている層(i層)を有する。i層はp型半導体化合物とn型半導体化合物とが相分離した構造を有し、相界面でキャリア分離が起こり、生じたキャリア(正孔及び電子)が電極まで輸送される。
[5.1.2 Organic active layer of bulk heterojunction type]
The bulk heterojunction organic active layer has a layer (i layer) in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed. The i layer has a structure in which the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound are phase-separated, carrier separation occurs at the phase interface, and the generated carriers (holes and electrons) are transported to the electrode.

i層の膜厚に制限はない。ただし、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、一方、通常500nm以下、好ましくは200nm以下である。i層の膜厚が500nm以下であると、直列抵抗が低くなる点で好ましい。i層の膜厚が5nm以上であると、より多くの光を吸収できる点で好ましい。   There is no restriction | limiting in the film thickness of i layer. However, it is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and usually 500 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the i layer is 500 nm or less, it is preferable in that the series resistance is lowered. When the film thickness of the i layer is 5 nm or more, it is preferable in that more light can be absorbed.

i層は、本発明に係る成膜工程により作製することが好ましい。例えば、p型半導体化合物及びn型半導体化合物を含む塗布液を調製し、この塗布液を塗布すればよい。p型半導体化合物及びn型半導体化合物を含む塗布液は、p型半導体化合物を含む溶液とn型半導体化合物を含む溶液をそれぞれ調製後混合して作製してもよく、後述する溶媒にp型半導体化合物及びn型半導体化合物を溶解して作成してもよい。   The i layer is preferably formed by the film forming process according to the present invention. For example, a coating solution containing a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound may be prepared and applied. The coating liquid containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound may be prepared by preparing and mixing a solution containing the p-type semiconductor compound and a solution containing the n-type semiconductor compound, respectively. It may be prepared by dissolving the compound and the n-type semiconductor compound.

[5.1.2.1 添加剤]
i層を本発明に係る成膜工程により作製する場合に、p型半導体化合物とn型半導体化合物とを含む塗布液に、さらに添加剤を加えてもよい。バルクヘテロ接合型の有機活性層におけるp型半導体化合物とn型半導体化合物との相分離構造は、光吸収過程、励起子の拡散過程、励起子の乖離(キャリア分離)過程、キャリア輸送過程等に対する影響がある。したがって、相分離構造を最適化することにより、良好な光電変換効率を実現することができるものと考えられる。塗布液が溶媒とは異なる揮発性を有する添加剤を含むと、有機活性層形成時に好ましい相分離構造が得られ、光電変換効率が向上しうる点で、添加剤を含むのが好ましい。
[5.1.2.1 Additives]
When the i layer is formed by the film forming step according to the present invention, an additive may be further added to the coating solution containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound. The phase separation structure of the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound in the bulk heterojunction organic active layer affects the light absorption process, exciton diffusion process, exciton separation (carrier separation) process, carrier transport process, etc. There is. Therefore, it is considered that good photoelectric conversion efficiency can be realized by optimizing the phase separation structure. When the coating solution contains an additive having volatility different from that of the solvent, a preferable phase separation structure is obtained at the time of forming the organic active layer, and the additive is preferably contained in that the photoelectric conversion efficiency can be improved.

添加剤の例としては、例えば国際公開第2008/066933号公報に記載されている化合物等が挙げられる。添加剤のより具体的な例としては、置換基を有するアルカン、又は置換基を有するナフタレンのような芳香族化合物等が挙げられる。置換基としては、アルデヒド基、オキソ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、チオール基、チオアルキル基、カルボキシル基、エステル基、アミン基、アミド基、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基、ハロゲン基、ニトリル基、エポキシ基、芳香族基及びアリールアルキル基等が挙げられる。置換基は1つでもよいし、複数、例えば2つでもよい。アルカンが有する置換基として好ましくは、チオール基又はヨード基である。また、ナフタレンのような芳香族化合物が有する置換基として好ましくは、ブロモ基又はクロロ基である。   As an example of an additive, the compound etc. which are described in the international publication 2008/066933 are mentioned, for example. More specific examples of the additive include aromatic compounds such as alkane having a substituent or naphthalene having a substituent. Examples of substituents include aldehyde groups, oxo groups, hydroxy groups, alkoxy groups, thiol groups, thioalkyl groups, carboxyl groups, ester groups, amine groups, amide groups, fluoro groups, chloro groups, bromo groups, iodo groups, halogen groups, A nitrile group, an epoxy group, an aromatic group, an arylalkyl group, etc. are mentioned. There may be one or more, for example two, substituents. A preferred substituent for the alkane is a thiol group or an iodo group. Moreover, as a substituent which an aromatic compound like naphthalene has, Preferably, they are a bromo group or a chloro group.

添加剤は沸点が高いことが好ましいため、添加剤として用いられる脂肪族炭化水素の炭素数は6以上が好ましく、8以上がさらに好ましい。また添加剤は常温で液体であることが好ましいため、脂肪族炭化水素の炭素数は14以下が好ましく、12以下がさらに好ましい。同様の理由により、添加剤として用いられる芳香族炭化水素の炭素数は、通常6以上、好ましくは8以上、より好ましくは10以上であり、一方、通常50以下、好ましくは30以下、より好ましくは20以下である。添加剤として用いられる芳香族複素環の炭素数は、通常2以上、好ましくは3以上、より好ましくは6以上であり、一方、通常50以下、好ましくは30以下、より好ましくは20以下である。添加剤の沸点は、常圧(1気圧)において通常100℃以上、好ましくは、200℃以上であり、一方、通常600℃以下、好ましくは500℃以下である。   Since the additive preferably has a high boiling point, the aliphatic hydrocarbon used as the additive preferably has 6 or more carbon atoms, and more preferably 8 or more carbon atoms. Moreover, since it is preferable that an additive is liquid at normal temperature, carbon number of an aliphatic hydrocarbon has preferable 14 or less, and 12 or less is more preferable. For the same reason, the aromatic hydrocarbon used as an additive usually has 6 or more carbon atoms, preferably 8 or more, more preferably 10 or more, and usually 50 or less, preferably 30 or less, more preferably 20 or less. The number of carbon atoms of the aromatic heterocycle used as an additive is usually 2 or more, preferably 3 or more, more preferably 6 or more, and usually 50 or less, preferably 30 or less, more preferably 20 or less. The boiling point of the additive is usually 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher at normal pressure (1 atm), and is usually 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower.

p型半導体化合物とn型半導体化合物とを含む塗布液に含まれる添加剤の量は、塗布液全体に対して通常0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上がである。また、塗布液全体に対して通常10重量%以下、好ましくは3重量%以下である。添加剤の量がこの範囲にあることにより、有機活性層内に残留する添加剤を減らしながら、好ましい相分離構造を得ることができる。以上のように、p型半導体化合物とn型半導体化合物と、必要により添加剤とを含む塗布液(インク)を塗布することによって、バルクヘテロ接合型の活性層を形成することができる。   The amount of the additive contained in the coating solution containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more based on the whole coating solution. Moreover, it is 10 weight% or less normally with respect to the whole coating liquid, Preferably it is 3 weight% or less. When the amount of the additive is within this range, a preferable phase separation structure can be obtained while reducing the additive remaining in the organic active layer. As described above, a bulk heterojunction active layer can be formed by applying a coating liquid (ink) containing a p-type semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and, if necessary, an additive.

[5.1.3 活性層の熱処理]
薄膜積層型の活性層を形成した後又はバルクヘテロ接合型の活性層を形成した後に、得られた層を熱処理してもよい(この工程をプレアニーリング処理工程と称する場合がある)。
[5.1.3 Heat treatment of active layer]
After forming the thin film stacked type active layer or after forming the bulk heterojunction type active layer, the obtained layer may be heat-treated (this process may be referred to as a pre-annealing process).

プレアニーリング処理工程の温度は、通常80℃以上、好ましくは100℃以上、一方、通常200℃以下、好ましくは160℃以下、より好ましくは150℃以下である。このプレアニーリング処理工程の温度を100℃以上にすることで、有機活性層103に含まれる残留溶媒成分が揮発する、又は活性層中のp型半導体化合物に結晶性が付与される等の理由で耐熱性が向上しうる点で好ましい。このプレアニーリング処理工程の温度が200℃以下にすることで、活性層の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。熱処理の方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気下に光電変換素子を入れてもよい。また、バッチ式であっても連続方式であっても構わない。なお、温度操作については上記範囲内で段階的に熱処理してもよい。   The temperature in the pre-annealing process is usually 80 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, and is usually 200 ° C. or lower, preferably 160 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower. By setting the temperature of this pre-annealing treatment step to 100 ° C. or higher, the residual solvent component contained in the organic active layer 103 volatilizes or crystallinity is imparted to the p-type semiconductor compound in the active layer. It is preferable at the point which heat resistance can improve. It is preferable that the temperature of the pre-annealing process is 200 ° C. or lower because the possibility that the organic compound in the active layer is thermally decomposed is reduced. As a heat treatment method, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. Moreover, it may be a batch type or a continuous type. In addition, about temperature operation, you may heat-process in steps within the said range.

プレアニーリング処理工程の時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上であり、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。プレアニーリング処理工程の圧力は、特段の制限はなく、常圧条件下、減圧条件下及び加圧条件下のいずれかでよい。プレアニーリング処理工程は、本発明に係る成膜工程と同様の雰囲気、又は不活性ガス雰囲気で実施することが、活性層を劣化させにくい点で好ましい。   The time for the pre-annealing treatment step is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and is usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter. The pressure in the pre-annealing process is not particularly limited, and may be any of normal pressure conditions, reduced pressure conditions, and pressurized conditions. The pre-annealing process is preferably performed in the same atmosphere as the film-forming process according to the present invention or in an inert gas atmosphere because the active layer is hardly deteriorated.

[5.1.4 塗布液の溶媒]
上述の、p型半導体化合物を含む塗布液、n型半導体化合物を含む塗布液、及びp型半導体化合物とn型半導体化合物とを含む塗布液の溶媒としては、p型半導体化合物及び/又はn型半導体化合物を均一に溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン若しくはデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;メタノール、エタノール若しくはプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の脂肪族ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル若しくは乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類;又は、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。
[5.1.4 Solvent of coating solution]
Examples of the solvent for the coating solution containing the p-type semiconductor compound, the coating solution containing the n-type semiconductor compound, and the coating solution containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound include p-type semiconductor compounds and / or n-type. Although it will not specifically limit if a semiconductor compound can be melt | dissolved uniformly, For example, aliphatic hydrocarbons, such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, or decane; Toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene, or orthodi Aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene; cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; acetone, methyl ethyl ketone Aliphatic ketones such as cyclohexane, cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate; chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, or trichloroethylene Halogen ethers of the above; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane; or amides such as dimethylformamide or dimethylacetamide.

なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;又は、エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン若しくはシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;テトラヒドロフラン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;又は、1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。   Among them, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; cycloaliphatic carbonization such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin Hydrogens; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene; or ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; tetrahydrofuran, cyclohexane Alicyclic hydrocarbons such as pentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; or non-halogens such as 1,4-dioxane Aliphatic ethers. Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene.

なお、溶媒としては1種の溶媒を単独で用いてもよいし、任意の2種以上の溶媒を任意の比率で併用してもよい。2種以上の溶媒を併用する場合、沸点が60〜150℃である低沸点溶媒と、沸点が180〜250℃である高沸点溶媒とを組み合わせることが好ましい。低沸点溶媒と高沸点溶媒との組み合わせの例としては、非ハロゲン芳香族炭化水素類と脂環式炭化水素類、非ハロゲン芳香族炭化水素類と芳香族ケトン類、エーテル類と脂環式炭化水素類、エーテル類と芳香族ケトン類、脂肪族ケトン類と脂環式炭化水素類、又は脂肪族ケトン類と芳香族ケトン類、等が挙げられる。好ましい組み合わせの具体例としては、トルエンとテトラリン、キシレンとテトラリン、トルエンとアセトフェノン、キシレンとアセトフェノン、テトラヒドロフランとテトラリン、テトラヒドロフランとアセトフェノン、メチルエチルケトンとテトラリン、メチルエチルケトンとアセトフェノン、等が挙げられる。   In addition, as a solvent, 1 type of solvent may be used independently, and arbitrary 2 or more types of solvents may be used together in arbitrary ratios. When two or more solvents are used in combination, it is preferable to combine a low boiling point solvent having a boiling point of 60 to 150 ° C and a high boiling point solvent having a boiling point of 180 to 250 ° C. Examples of combinations of low and high boiling solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons and alicyclic hydrocarbons, non-halogen aromatic hydrocarbons and aromatic ketones, ethers and alicyclic carbonization. Examples thereof include hydrogens, ethers and aromatic ketones, aliphatic ketones and alicyclic hydrocarbons, or aliphatic ketones and aromatic ketones. Specific examples of preferred combinations include toluene and tetralin, xylene and tetralin, toluene and acetophenone, xylene and acetophenone, tetrahydrofuran and tetralin, tetrahydrofuran and acetophenone, methyl ethyl ketone and tetralin, methyl ethyl ketone and acetophenone, and the like.

[5.1.5 n型半導体化合物]
有機活性層103が含みうるn型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはフラーレン化合物、8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体;ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物;単層カーボンナノチューブ、n型高分子半導体化合物等が挙げられる。
[5.1.5 n-type semiconductor compound]
The n-type semiconductor compound that can be included in the organic active layer 103 is not particularly limited. Specifically, the fullerene compound, a quinolinol derivative metal complex represented by 8-hydroxyquinoline aluminum; naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetra Condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as carboxylic acid diimides; perylene diimide derivatives, terpyridine metal complexes, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazol derivatives, benzothiadiazole derivatives Oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives Body, benzoquinoline derivatives, bipyridine derivatives, borane derivatives, anthracene, pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthacene or pentacene; single-walled carbon nanotubes, n-type polymer semiconductor compounds, and the like.

[5.1.5.2.1 フラーレン化合物]
有機活性層103が含みうるフラーレン化合物としては、特に限定されないが、国際公開第2011/016430号に記載されているフラーレン化合物等が挙げられる。具体的には、SIMEF又はSIMEF2等のシリルメチル基付加体フラーレン化合物;C60(Ind)又はC70(Ind)等のビスインデン付加体フラーレン化合物;C60(QM)又はC70(QM)等のビスキノジメタン付加体フラーレン化合物;C60PCBM、C70PCBM、C60PCBNB又はC70PCBNB等のメタノフラーレン化合物が挙げられる。例えば市販されているC60PCBM、C70PCBM又はC60PCBNB(フロンティアカーボン社)等を使用できる。
[5.1.5.2.1.2.1 Fullerene Compound]
Although it does not specifically limit as a fullerene compound which the organic active layer 103 can contain, The fullerene compound etc. which are described in the international publication 2011/016430 are mentioned. Specifically, silylmethyl group adduct fullerene compound such as SIMEF or SIMEF2; bisindene adduct fullerene compound such as C 60 (Ind) 2 or C 70 (Ind) 2 ; C 60 (QM) 2 or C 70 (QM) Biskinodimethane adduct fullerene compounds such as 2 ; and methanofullerene compounds such as C 60 PCBM, C 70 PCBM, C 60 PCBNB, and C 70 PCBNB. For example, commercially available C 60 PCBM, C 70 PCBM, or C 60 PCBNB (Frontier Carbon Co.) can be used.

[5.1.5.2.2 N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体]
有機活性層103が含みうるN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体としては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2009/115513号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2009/000756号及び国際公開第2009/091670号に記載されている化合物が挙げられる。N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体は電子移動度が高く、可視域に吸収を有するため、電荷輸送と発電との両方に寄与する点から好ましい。
[5.1.5.2.2 N-alkyl substituted perylene diimide derivatives]
The N-alkyl-substituted perylene diimide derivative that can be included in the organic active layer 103 is not particularly limited, and specifically, International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2009/115513, International Publication No. 2009. / 098250, the international publication 2009/000756 and the international publication 2009/091670 are mentioned. N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives are preferable in that they have high electron mobility and absorption in the visible region, and thus contribute to both charge transport and power generation.

[5.1.5.2.3 ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド]
有機活性層103が含みうるナフタレンテトラカルボン酸ジイミドとしては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2007/146250号及び国際公開第2009/000756号に記載されている化合物が挙げられる。ナフタレンテトラカルボン酸ジイミドは電子移動度が高く、溶解性が高く塗布性に優れている点から好ましい。
[5.1.2.3.2.3 Naphthalenetetracarboxylic acid diimide]
The naphthalenetetracarboxylic acid diimide that can be contained in the organic active layer 103 is not particularly limited, and specifically, International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2007/146250 and International Publication No. 2009/000756. The compounds described are mentioned. Naphthalenetetracarboxylic acid diimide is preferable because it has high electron mobility, high solubility, and excellent coating properties.

[5.1.5.2.4 n型高分子半導体化合物]
有機活性層103が含みうるn型高分子半導体化合物としては、特段の制限はないが、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型高分子半導体化合物が挙げられる。
[5.1.2.4 n-type polymer semiconductor compound]
The n-type polymer semiconductor compound that can be included in the organic active layer 103 is not particularly limited, but condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide and perylenetetracarboxylic acid diimide, perylene diimide derivatives, and benzimidazole Derivative unit, benzoxazole derivative, thiazole derivative, benzothiazole derivative, benzothiadiazole derivative, oxadiazole derivative, thiadiazole derivative, triazole derivative, pyrazine derivative, phenanthroline derivative, quinoxaline derivative, bipyridine derivative and borane derivative And an n-type polymer semiconductor compound.

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

具体的には国際公開第2009/098253号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2010/012710号及び国際公開第2009/098250号に記載されている化合物が挙げられる。n型高分子半導体化合物は可視域に吸収を有するため、発電に寄与し、粘度が高く、塗布性に優れている点から好ましい。   Specific examples thereof include compounds described in International Publication No. 2009/098253, International Publication No. 2009/098250, International Publication No. 2010/012710, and International Publication No. 2009/098250. Since n-type polymer semiconductor compounds have absorption in the visible range, they contribute to power generation, have high viscosity, and are excellent in terms of coating properties.

[5.1.6 p型半導体化合物]
本発明に係る光電変換素子107において、有機活性層103が含みうるp型半導体化合物としては、p型高分子半導体化合物及びp型低分子半導体化合物が挙げられる。
[5.1.6 p-type semiconductor compound]
In the photoelectric conversion element 107 according to the present invention, examples of the p-type semiconductor compound that can be included in the organic active layer 103 include a p-type high molecular semiconductor compound and a p-type low molecular semiconductor compound.

p型高分子半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリアニリン等の共役ポリマー半導体;アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のポリマー半導体等が挙げられる。また、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体コポリマーも挙げられる。共役コポリマーは、例えば、Handbook of Conducting Polymers, 3rd Ed.(全2巻), 2007、Materials Science and Engineering, 2001, 32, 1−40、Pure Appl. Chem. 2002, 74, 2031−3044、Handbook of THIOPHENE−BASED MATERIALS(全2巻), 2009等の公知文献に記載されたコポリマーやその誘導体、及び記載されているモノマーの組み合わせによって合成し得るコポリマーを用いることができる。モノマーの具体的な例としては、チオフェン誘導体、イミドチオフェン誘導体、及びジチエノシロール誘導体などが挙げられる。なかでも、イミドチオフェン誘導体とジチエノシロール誘導体との交互コポリマーを用いることは、光電変換効率がより向上しうる点で好ましい。 The p-type polymer semiconductor compound is not particularly limited, but specifically, conjugated polymer semiconductors such as polythiophene, polyfluorene, polyphenylene vinylene, polythienylene vinylene, polyacetylene, polyaniline; alkyl groups and other substituents Examples thereof include polymer semiconductors such as substituted oligothiophenes. Moreover, the semiconductor copolymer which copolymerized 2 or more types of monomer units is also mentioned. Conjugated copolymers are described in, for example, Handbook of Conducting Polymers, 3 rd Ed. (2 volumes), 2007, Materials Science and Engineering, 2001, 32, 1-40, Pure Appl. Chem. Use a copolymer which can be synthesized by a combination of known copolymers such as 2002, 74, 2031-3044, Handbook of THIOPHENE-BASED MATERIALS (2 volumes), 2009, derivatives thereof, and monomers described therein. Can do. Specific examples of the monomer include thiophene derivatives, imidothiophene derivatives, and dithienosilole derivatives. Among these, the use of an alternating copolymer of an imidothiophene derivative and a dithienosilole derivative is preferable in that the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

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

Figure 2013165169
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Figure 2013165169
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p型低分子半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的には、ナフタセン、ペンタセン、ピレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾチアゾール環を合計4個以上連結したもの;フタロシアニン化合物及びその金属錯体並びにテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体等の大環状化合物等が挙げられる。上記化合物としては、国際公報第2011/016430号に記載の化合物を用いることができる。   The p-type low molecular semiconductor compound is not particularly limited. Specifically, it is a condensed aromatic hydrocarbon such as naphthacene, pentacene, or pyrene; an oligothiophene containing four or more thiophene rings such as α-sexithiophene. A thiophene ring, a benzene ring, a fluorene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a thiazole ring, a thiadiazole ring, a benzothiazole ring, or a total of four or more; And macrocyclic compounds such as the metal complex. As the compound, compounds described in International Publication No. 2011/016430 can be used.

ポルフィリン化合物及びその金属錯体(図中のX11がCH)、フタロシアニン化合物及びその金属錯体(図中のX11がN)としては、例えば、以下のような構造の化合物が挙げられる。 Examples of the porphyrin compound and its metal complex (X 11 in the figure is CH), the phthalocyanine compound and its metal complex (X 11 in the figure is N) include compounds having the following structures.

Figure 2013165169
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Figure 2013165169
Figure 2013165169

Figure 2013165169
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ここで、M11は金属あるいは2個の水素原子を表し、金属としては、Cu、Zn、Pb、Mg、Co又はNi等の2価の金属のほか、軸配位子を有する3価以上の金属、例えば、TiO、VO、SnCl、AlCl、InCl又はSi等も挙げられる。 Here, M 11 represents a metal or two hydrogen atoms, a metal, Cu, Zn, Pb, Mg, other divalent metal such as Co or Ni, 3 or more valences with an axial ligand Metals such as TiO, VO, SnCl 2 , AlCl, InCl or Si are also included.

12〜X15はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜24のアルキル基である。炭素数1〜24のアルキル基とは、炭素数が1〜24の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が3〜24の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。その中でも好ましくは炭素数1〜12の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が3〜12の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。 X 12 to X 15 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 24 carbon atoms is a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 to 24 carbon atoms. Among these, a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 to 12 carbon atoms is preferable.

フタロシアニン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、29H,31H−フタロシアニン、銅フタロシアニン錯体、亜鉛フタロシアニン錯体、マグネシウムフタロシアニン錯体、鉛フタロシアニン錯体、チタンフタロシアニンオキシド錯体、バナジウムフタロシアニンオキシド錯体、インジウムフタロシアニンハロゲン錯体、ガリウムフタロシアニンハロゲン錯体、アルミニウムフタロシアニンハロゲン錯体、スズフタロシアニンハロゲン錯体、珪素フタロシアニンハロゲン錯体、又は銅4,4’,4’’,4’’’−テトラアザ−29H,31H−フタロシアニン錯体であり、より好ましくは、チタンフタロシアニンオキシド錯体、バナジウムフタロシアニンオキシド錯体、インジウムフタロシアニンクロロ錯体、アルミニウムフタロシアニンクロロ錯体である。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。   Among phthalocyanine compounds and metal complexes thereof, preferably 29H, 31H-phthalocyanine, copper phthalocyanine complex, zinc phthalocyanine complex, magnesium phthalocyanine complex, lead phthalocyanine complex, titanium phthalocyanine oxide complex, vanadium phthalocyanine oxide complex, indium phthalocyanine halogen complex, gallium A phthalocyanine halogen complex, an aluminum phthalocyanine halogen complex, a tin phthalocyanine halogen complex, a silicon phthalocyanine halogen complex, or a copper 4,4 ′, 4 ″, 4 ′ ″-tetraaza-29H, 31H-phthalocyanine complex, more preferably Titanium phthalocyanine oxide complex, vanadium phthalocyanine oxide complex, indium phthalocyanine chloro complex, aluminum fluoride Russia is a Nin chloro complexes. In addition, the above kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds may be used.

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

p型低分子半導体化合物を含む層の形成方法としては、p型低分子半導体化合物前駆体を含む層を形成後に、p型低分子半導体化合物に変換する方法がある。ここで、p型低分子半導体化合物前駆体を含む層を形成するために、本発明に係る成膜工程を用いることができる。   As a method for forming a layer containing a p-type low molecular semiconductor compound, there is a method of converting into a p-type low molecular semiconductor compound after forming a layer containing a p-type low molecular semiconductor compound precursor. Here, in order to form the layer containing the p-type low molecular semiconductor compound precursor, the film forming process according to the present invention can be used.

半導体化合物前駆体とは、例えば加熱や光照射等の外的刺激を与えることにより、その化学構造が変化し、半導体化合物に変換される物質である。本発明に係る半導体化合物前駆体は成膜性に優れることが好ましい。特に、塗布法を適用できるようにするためには、前駆体自体が液状で塗布可能であるか又は前駆体が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。このため、半導体化合物前駆体の溶媒に対する溶解性は、通常0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上である。一方、上限に特段の制限はないが、通常50重量%以下、好ましくは40重量%以下である。   A semiconductor compound precursor is a substance that changes its chemical structure and is converted into a semiconductor compound by applying an external stimulus such as heating or light irradiation. The semiconductor compound precursor according to the present invention is preferably excellent in film formability. In particular, in order to be able to apply the coating method, it is preferable that the precursor itself can be applied in a liquid state, or the precursor is highly soluble in some solvent and can be applied as a solution. For this reason, the solubility with respect to the solvent of a semiconductor compound precursor is 0.1 weight% or more normally, Preferably it is 0.5 weight% or more, More preferably, it is 1 weight% or more. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is usually 50% by weight or less, preferably 40% by weight or less.

溶媒の種類としては、半導体化合物前駆体を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン又はデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール又はプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル又は乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類;ジメチルホルムアミド又はジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。なお、溶媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   The type of solvent is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the semiconductor compound precursor. For example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane; toluene, xylene , Aromatic hydrocarbons such as cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate Esters such as: Chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, and other halogen hydrocarbons; Ethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, and other ethers; Dimethyl Formamide or amides such as dimethylacetamide and the like. Among them, preferably, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene Halogen hydrocarbons; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as cyclopentanone or cyclohexanone; non-halogen aliphatic ethers such as tetrahydrofuran or 1,4-dioxane is there. Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene or cyclohexylbenzene. In addition, a solvent may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

さらに、半導体化合物前駆体は、容易に半導体化合物に変換できることが好ましい。半導体化合物前駆体から半導体化合物への変換工程においてどのような外的刺激を半導体化合物前躯体に与えるかは任意であるが、通常は、熱処理、光処理等を行う。好ましくは、熱処理である。この場合には、半導体化合物前駆体の骨格の一部に、逆ディールス・アルダー反応によって脱離可能な、所定の溶媒に対する親溶媒性の基を有するものが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the semiconductor compound precursor can be easily converted into a semiconductor compound. Although what kind of external stimulus is given to the semiconductor compound precursor in the step of converting the semiconductor compound precursor to the semiconductor compound is arbitrary, usually heat treatment, light treatment or the like is performed. Preferably, it is heat treatment. In this case, it is preferable that a part of the skeleton of the semiconductor compound precursor has a solvophilic group with respect to a predetermined solvent that can be eliminated by a reverse Diels-Alder reaction.

また、半導体化合物前駆体は、変換工程を経て、高い収率で半導体化合物に変換されることが好ましい。この際、半導体化合物前駆体から変換して得られる半導体化合物の収率は有機光電変換素子の性能を損なわない限り任意であるが、半導体化合物前躯体から得られる半導体化合物の収率は、通常90モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは99モル%以上である。   Moreover, it is preferable that a semiconductor compound precursor is converted into a semiconductor compound with a high yield through a conversion process. At this time, the yield of the semiconductor compound obtained by conversion from the semiconductor compound precursor is arbitrary as long as the performance of the organic photoelectric conversion element is not impaired, but the yield of the semiconductor compound obtained from the semiconductor compound precursor is usually 90. It is at least mol%, preferably at least 95 mol%, more preferably at least 99 mol%.

半導体化合物前駆体は上記特徴を有するものであれば特に制限はないが、具体的には特開2007−324587号公報に記載の化合物等が用いられうる。なかでも好ましい例としては、下記式で表される化合物が挙げられる。   The semiconductor compound precursor is not particularly limited as long as it has the above characteristics, but specifically, compounds described in JP-A-2007-324587 can be used. Particularly preferred examples include compounds represented by the following formula.

Figure 2013165169
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上式において、X16及びX17の少なくとも一方はπ共役した2価の芳香族環を形成する基を表し、Z−Zは熱又は光により脱離可能な基であって、Z−Zが脱離して得られるπ共役化合物が顔料分子となるものを表わす。また、X16及びX17のうちπ共役した2価の芳香族環を形成する基でないものは、置換又は無置換のエテニレン基を表わす。 In the above formula, at least one of X 16 and X 17 represents a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring, Z 1 -Z 2 is a group that can be removed by heat or light, and Z 1 The π-conjugated compound obtained by elimination of —Z 2 represents a pigment molecule. Further, X 16 and X 17 which are not a group forming a π-conjugated divalent aromatic ring represent a substituted or unsubstituted ethenylene group.

上式で表される化合物は、下記化学反応式に表すように熱又は光によりZ−Zが脱離して、平面性の高いπ共役化合物を生成する。この生成されたπ共役化合物が半導体化合物である。 In the compound represented by the above formula, Z 1 -Z 2 is eliminated by heat or light as shown in the following chemical reaction formula to form a π-conjugated compound having high planarity. This produced π-conjugated compound is a semiconductor compound.

Figure 2013165169
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上式で表される化合物の例としては、以下のものが挙げられる。なお、t−Buはt−ブチル基を表わす。M12は、2価の金属原子又は3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表す。 Examples of the compound represented by the above formula include the following. T-Bu represents a t-butyl group. M 12 represents an atomic group in which a divalent metal atom or a trivalent or higher metal and another atom are bonded.

Figure 2013165169
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Figure 2013165169
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半導体化合物前駆体の半導体化合物への変換方法は、公知のものを用いうる。   As a method for converting the semiconductor compound precursor into the semiconductor compound, a known method can be used.

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

[5.2 バッファ層(102,104)]
本発明に係る光電変換素子107は、1対の電極(101,105)、及びその間に配置された有機活性層103の他に、さらにバッファ層を1以上有することが好ましい。バッファ層としては、電子取り出し層104及び正孔取り出し層102に分類することができ、それぞれ、有機活性層103と電極(101,105)の間に設けることができる。バッファ層を設けることで、活性層と電極の間での電子や正孔の移動度が高まるほか、電極間の短絡を防止しうるという利点がある。
[5.2 Buffer layer (102, 104)]
The photoelectric conversion element 107 according to the present invention preferably further includes one or more buffer layers in addition to the pair of electrodes (101, 105) and the organic active layer 103 disposed therebetween. The buffer layer can be classified into an electron extraction layer 104 and a hole extraction layer 102, and can be provided between the organic active layer 103 and the electrodes (101, 105), respectively. By providing the buffer layer, there are advantages that the mobility of electrons and holes between the active layer and the electrode is increased, and that a short circuit between the electrodes can be prevented.

電子取り出し層104と正孔取り出し層102とは、1対の電極間(101,105)に、有機活性層103を挟むように配置される。すなわち、本発明に係る光電変換素子107が電子取り出し層104と正孔取り出し層102の両者を含む場合、電極101、正孔取り出し層102、有機活性層103、電子取り出し層104、電極105がこの順に配置されている。本発明に係る光電変換素子107が電子取り出し層104を含み正孔取り出し層102を含まない場合は、電極101、有機活性層103、電子取り出し層104、電極105がこの順に配置されている。電子取り出し層104と正孔取り出し層102とは積層順序が逆であってもよいし、また電子取り出し層104と正孔取り出し層102との少なくとも一方が異なる複数の膜により構成されていてもよい。   The electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 are disposed so as to sandwich the organic active layer 103 between a pair of electrodes (101, 105). That is, when the photoelectric conversion element 107 according to the present invention includes both the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102, the electrode 101, the hole extraction layer 102, the organic active layer 103, the electron extraction layer 104, and the electrode 105 Arranged in order. When the photoelectric conversion element 107 according to the present invention includes the electron extraction layer 104 and does not include the hole extraction layer 102, the electrode 101, the organic active layer 103, the electron extraction layer 104, and the electrode 105 are arranged in this order. The stacking order of the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 may be reversed, or at least one of the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 may be composed of a plurality of different films. .

[5.2.1 電子取り出し層(104)]
電子取り出し層104の材料は、p型半導体化合物とn型半導体化合物を含む有機活性層103から電極101へ電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
[5.2.1 Electron extraction layer (104)]
The material of the electron extraction layer 104 is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of extracting electrons from the organic active layer 103 containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound to the electrode 101. Specifically, an inorganic compound or an organic compound is mentioned.

[5.2.1.1 無機化合物]
無機化合物としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型半導体金属酸化物が望ましい。
[5.2.1.1 Inorganic compounds]
The inorganic compound is preferably an alkali metal salt such as Li, Na, K or Cs; an n-type semiconductor metal oxide such as titanium oxide (TiOx) or zinc oxide (ZnO).

アルカリ金属塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が好ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等の電子取り出し電極(カソード105)と組み合わされてカソード105の仕事関数を小さくし、光電変換素子内部に印加される電圧を上げることが考えられる。   As the alkali metal salt, a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF is preferable. Although the operation mechanism of such a material is unknown, it is conceivable to reduce the work function of the cathode 105 in combination with an electron extraction electrode (cathode 105) such as Al and increase the voltage applied to the inside of the photoelectric conversion element. It is done.

金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化鉛、酸化ジルコニウム又は酸化ガリウム等が挙げられる。なかでも、酸化亜鉛、酸化チタン又は酸化スズが好ましい。また、金属酸化物は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。金属酸化物は、ポーラス(多孔質)構造であることが望ましい。   Examples of the metal oxide include zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, aluminum oxide, silicon oxide, cerium oxide, lead oxide, zirconium oxide, and gallium oxide. Of these, zinc oxide, titanium oxide or tin oxide is preferable. Moreover, a metal oxide may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together. The metal oxide desirably has a porous (porous) structure.

また、金属酸化物は粒子状であることが好ましく、その平均一次粒径は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上であり、一方、通常100nm以下、好ましくは60nm以下、より好ましくは40nm以下である。   Further, the metal oxide is preferably in the form of particles, and the average primary particle size is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, while usually 100 nm or less, preferably 60 nm or less, more Preferably it is 40 nm or less.

平均一次粒径が5nm以上であると金属酸化物の一次粒子が凝集しにくく、平均二次粒径が好適な大きさの金属酸化物が得られるため、好ましい。また、平均一次粒径が100nm以下であることで、金属酸化物の二次粒子ひとつひとつが適度な大きさとなり、均一な膜厚の電子取り出し層が形成されるため好ましい。   When the average primary particle size is 5 nm or more, the primary particles of the metal oxide hardly aggregate and a metal oxide having a suitable average secondary particle size can be obtained. Further, it is preferable that the average primary particle size is 100 nm or less because each of the secondary particles of the metal oxide has an appropriate size and an electron extraction layer having a uniform film thickness is formed.

金属酸化物の平均一次粒径は、動的光散乱粒子径測定装置や透過型電子顕微鏡(TEM)等で測定することができる。   The average primary particle size of the metal oxide can be measured with a dynamic light scattering particle size measuring device, a transmission electron microscope (TEM), or the like.

平均一次粒径が5nm以上100nm以下の金属酸化物(金属酸化物のナノ粒子と記すこともある)としては、具体的には、ナノジンク60(本荘ケミカル社製)、FINEX−30、FINEX−50(堺化学工業社製)等が挙げられる。   Specific examples of metal oxides having an average primary particle size of 5 nm to 100 nm (sometimes referred to as metal oxide nanoparticles) include Nanozinc 60 (Honjo Chemical Co., Ltd.), FINEX-30, FINEX-50. (Manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.).

また、金属酸化物の粒子は、分散しやすくするために表面処理剤で表面処理されていてもよい。表面処理剤としては、特段の制限はないが、メチルハイドロジェンポリシロキサン、ポリメトキシシラン、ジメチルポリシロキサン又はジメチコンPEG−7コハク酸塩等のポリシロキサン化合物及びその塩;シラン化合物等(メチルジメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシラン又は3−カルボキシプロピルトリメチルトリメトキシシラン等)の有機ケイ素化合物、ラウリン酸、ステアリン酸、2−(2−メトキシエトキシ)酢酸又は6−ヒドロキシヘキサン酸等のカルボン酸化合物;ラウリルエーテルリン酸又はトリオクチルホスフィン等の有機リン化合物;ポリイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素等のバインダー化合物等が挙げられる。なお、表面処理剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   Further, the metal oxide particles may be surface-treated with a surface treatment agent to facilitate dispersion. The surface treatment agent is not particularly limited, but is a polysiloxane compound such as methylhydrogenpolysiloxane, polymethoxysilane, dimethylpolysiloxane, or dimethicone PEG-7 succinate and a salt thereof; a silane compound or the like (methyldimethoxysilane) , Dimethyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane or 3-carboxypropyltrimethyltrimethoxysilane), organosilicon compounds, lauric acid, stearic acid, 2- (2-methoxy) Ethoxy) Acetic acid or carboxylic acid compound such as 6-hydroxyhexanoic acid; Organic phosphorus compound such as lauryl ether phosphoric acid or trioctylphosphine; Vine such as polyimine, polyester, polyamide, polyurethane, polyurea Over compounds. In addition, a surface treating agent may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

[5.2.1.2 有機化合物]
有機化合物としては、具体的には、バソキュプロイン(BCP)、バソフェナントレン(Bphen)、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq)、ホウ素化合物、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)、ペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)、又はホスフィンオキシド化合物若しくはホスフィンスルフィド化合物等の第16族から選ばれる原子とリン原子との間に二重結合を有するホスフィン化合物が挙げられる。
[5.2.1.2 Organic compounds]
Specific examples of the organic compound include bathocuproin (BCP), bathophenanthrene (Bphen), (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq 3 ), boron compound, oxadiazole compound, benzimidazole compound, and naphthalenetetracarboxylic acid. Examples include phosphine compounds having a double bond between an atom selected from Group 16 such as anhydride (NTCDA), perylenetetracarboxylic anhydride (PTCDA), or a phosphine oxide compound or phosphine sulfide compound, and a phosphorus atom. .

好ましくは、アリール基で置換されたホスフィンオキシド化合物又はアリール基で置換されたホスフィンスルフィド化合物等のアリール基で置換された第16族から選ばれる原子とリン原子との間に二重結合を有するホスフィン化合物であり、より好ましくは、トリアリールホスフィンオキシド化合物、トリアリールホスフィンスルフィド化合物、ジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物、ジアリールホスフィンスルフィドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物又はジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物である。アリール基は、フッ素原子、又はパーフルオロアルキル基等のフッ素原子置換アルキル基で置換されていてもよい。また、これら材料に加えてアルカリ金属又はアルカリ土類金属をドープしてもよい。   Preferably, a phosphine having a double bond between an atom selected from the group 16 substituted with an aryl group such as a phosphine oxide compound substituted with an aryl group or a phosphine sulfide compound substituted with an aryl group and a phosphorus atom More preferably a triarylphosphine oxide compound, a triarylphosphine sulfide compound, an aromatic hydrocarbon compound having two or more diarylphosphine oxide units, an aromatic hydrocarbon compound having two or more diarylphosphine sulfide units, or An aromatic hydrocarbon compound having two or more diarylphosphine oxide units. The aryl group may be substituted with a fluorine atom or a fluorine atom-substituted alkyl group such as a perfluoroalkyl group. In addition to these materials, alkali metal or alkaline earth metal may be doped.

電子取り出し層104の材料のLUMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−5.0eV以上、好ましくは−4.5eV以上である。一方、通常−1.9eV以下、好ましくは−2.0eV以下である。用いる電極の仕事関数、n型半導体のLUMOエネルギー準位にも多少影響されるが、電子取り出し層104の材料のLUMOエネルギー準位が当該範囲にあることにより、活性層で発生した電子が選択的に電極に取り出され、また開放電圧のロスがなくなるため、高い光電変換効率につながる。   The LUMO energy level of the material of the electron extraction layer 104 is not particularly limited, but is usually −5.0 eV or more, preferably −4.5 eV or more. On the other hand, it is usually −1.9 eV or less, preferably −2.0 eV or less. Although it is somewhat affected by the work function of the electrode used and the LUMO energy level of the n-type semiconductor, when the LUMO energy level of the material of the electron extraction layer 104 is within the range, electrons generated in the active layer are selectively In addition, since the loss of the open circuit voltage is eliminated, it leads to high photoelectric conversion efficiency.

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

電子取り出し層104の材料のHOMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−9.0eV以上、好ましくは−8.0eV以上である。一方、通常−5.5eV以下、好ましくは−6.0eV以下である。電子取り出し層104の材料のHOMOエネルギー準位が−5.5eV以下であることにより、正孔が移動してくることを阻止出来る点で好ましい。   The HOMO energy level of the material of the electron extraction layer 104 is not particularly limited, but is usually −9.0 eV or more, preferably −8.0 eV or more. On the other hand, it is usually −5.5 eV or less, preferably −6.0 eV or less. When the HOMO energy level of the material of the electron extraction layer 104 is −5.5 eV or less, it is preferable in that the movement of holes can be prevented.

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

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

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

DSC法とは、JIS K−0129“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法(示差走査熱量測定法)である。ガラス転移温度は、ガラス状態から分子運動が開始する温度であり、比熱の変化する温度としてDSCで測定できる。ガラス転移温度をより明確に決める為には、一度ガラス転移点以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定することが望ましい。例えば、公知文献(国際公開第2011/016430号)に記載の方法により、実施することができる。   The DSC method is a thermophysical property measurement method (differential scanning calorimetry method) defined in JIS K-0129 “General Rules for Thermal Analysis”. The glass transition temperature is a temperature at which molecular motion starts from a glass state, and can be measured by DSC as a temperature at which specific heat changes. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is desirable to measure after rapidly cooling a sample once heated to a temperature higher than the glass transition temperature. For example, it can implement by the method as described in well-known literature (International Publication 2011/016430).

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

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

電子取り出し層104の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。また、本発明に係る成膜工程を用いてもよい。   There is no limitation on the method for forming the electron extraction layer 104. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet. Moreover, you may use the film-forming process which concerns on this invention.

[5.2.2 正孔取り出し層(102)]
正孔取り出し層102の材料に特に限定は無く、有機活性層103からアノード101へ正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び/又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、上述のp型半導体化合物等が挙げられる。
[5.2.2 Hole Extraction Layer (102)]
The material of the hole extraction layer 102 is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of extracting holes from the organic active layer 103 to the anode 101. Specifically, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, or the like, a conductive polymer doped with sulfonic acid and / or iodine, a polythiophene derivative having a sulfonyl group as a substituent, or a conductive organic such as arylamine Compounds, the above-mentioned p-type semiconductor compounds, and the like.

なかでも、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーが好ましく、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)がより好ましい。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができ、特に三酸化モリブデンのような金属酸化物を用いることも好ましい。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。   Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS) in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid is more preferable. A thin film of metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used, and a metal oxide such as molybdenum trioxide is particularly preferable. Furthermore, a thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.

正孔取り出し層102の膜厚は特に限定はないが、通常2nm以上である。一方、通常40nm以下、好ましくは20nm以下である。正孔取り出し層102の膜厚が2nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層102の膜厚が40nm以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。   The thickness of the hole extraction layer 102 is not particularly limited, but is usually 2 nm or more. On the other hand, it is usually 40 nm or less, preferably 20 nm or less. When the film thickness of the hole extraction layer 102 is 2 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the hole extraction layer 102 is 40 nm or less, holes are easily extracted, Conversion efficiency is improved.

正孔取り出し層102の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。また、本発明に係る成膜工程を用いてもよい。塗布法を用いる場合、塗布液にはさらに界面活性剤も含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡、異物等の付着による凹み、乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。   There is no limitation on the method of forming the hole extraction layer 102. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet. Moreover, you may use the film-forming process which concerns on this invention. When using a coating method, the coating solution may further contain a surfactant. By using the surfactant, generation of dents due to adhesion of fine bubbles, foreign matters, etc., uneven coating in the drying process, and the like are suppressed.

界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, 1 type may be used for surfactant and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

[5.3 電極(101,105)]
本発明に係る電極(101,105)は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有するものである。1対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは太陽光が40%以上透過する程度のものである。また、透明電極の太陽光線透過率が70%以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるためには、好ましい。なお、光の透過率は、通常の分光光度計で測定可能できる。
[5.3 Electrodes (101, 105)]
The electrodes (101, 105) according to the present invention have a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Any one of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucency means that sunlight passes through 40% or more. In addition, it is preferable that the transparent electrode has a solar ray transmittance of 70% or more in order to allow light to reach the active layer through the transparent electrode. The light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.

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

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

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

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

アノード101のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常1Ω/□以上、一方、1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。   The sheet resistance of the anode 101 is not particularly limited, but is usually 1Ω / □ or more, on the other hand, 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less.

アノード101の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。   A method for forming the anode 101 includes a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a method of forming a film by applying an ink containing nanoparticles or a precursor.

[5.3.2 カソード]
電子の捕集に適した電極105(カソード)とは、一般には仕事関数がアノードよりも高い値を有する導電性材料で、有機活性層103で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極である。図1の例においては、カソード105は電子取り出し層104と隣接する。
[5.3.2 Cathode]
The electrode 105 (cathode) suitable for collecting electrons is a conductive material generally having a work function higher than that of the anode, and is an electrode having a function of smoothly extracting electrons generated in the organic active layer 103. . In the example of FIG. 1, the cathode 105 is adjacent to the electron extraction layer 104.

カソード105の材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金;フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩;酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料のため、好ましい。   Examples of the material of the cathode 105 include metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, and magnesium, and alloys thereof; lithium fluoride And inorganic salts such as cesium fluoride and metal oxides such as nickel oxide, aluminum oxide, lithium oxide, and cesium oxide. These materials are preferred because they have a low work function.

カソード105についてもアノード101と同様に、電子取り出し層104にチタニアのようなn型半導体で導電性を有するものを用いることにより、アノード101に適した高い仕事関数を有する材料も用いることができる。電極保護の観点から、アノード101材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウム、カルシウム又はインジウム等の金属及びこれらの金属を用いた合金である。   Similarly to the anode 101, a material having a high work function suitable for the anode 101 can be used for the cathode 105 by using an n-type semiconductor such as titania having conductivity for the electron extraction layer 104. From the viewpoint of electrode protection, the anode 101 material is preferably a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, calcium or indium and an alloy using these metals.

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

カソード105のシート抵抗は、特に制限は無いが、通常1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。下限に制限は無いが、通常は1Ω/□以上である。   The sheet resistance of the cathode 105 is not particularly limited, but is usually 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, and more preferably 100Ω / □ or less. Although there is no restriction on the lower limit, it is usually 1Ω / □ or more.

カソード105の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。   Examples of the method for forming the cathode 105 include a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a method of forming a film by applying an ink containing nanoparticles or a precursor.

さらに、アノード101又はカソード105は2層以上積層してもよく、表面処理により特性(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。   Further, two or more layers of the anode 101 or the cathode 105 may be stacked, and characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by surface treatment.

[5.3.3 電極積層後の熱処理]
アノード101及びカソード105を積層した後に、得られた光電変換素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常250℃以下、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下の温度範囲において、熱処理することが好ましい(この工程をポストアニーリング処理工程と称する場合がある)。このアニーリング処理工程の温度を50℃以上にすることで、電子取り出し層104と電極101及び/又は電子取り出し層104と有機活性層103の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。このアニーリング処理工程の温度が300℃以下にすることで、活性層の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。
[5.3.3 Heat treatment after electrode lamination]
After laminating anode 101 and cathode 105, the obtained photoelectric conversion element is usually at a temperature range of 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 250 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or lower. In this case, it is preferable to perform heat treatment (this step may be referred to as a post-annealing treatment step). It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 50 ° C. or higher because an effect of improving the adhesion between the electron extraction layer 104 and the electrode 101 and / or the electron extraction layer 104 and the organic active layer 103 can be obtained. It is preferable that the temperature of the annealing process be 300 ° C. or lower because the possibility that the organic compound in the active layer is thermally decomposed is reduced.

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

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

[5.4 基板(106)]
本発明に係る光電変換素子107は、通常は支持体となる基板106を有する。すなわち、基板上に、電極と、活性層、バッファ層とが形成される。基板の材料(基板材料)は効果を著しく損なわない限り任意である。
[5.4 Substrate (106)]
The photoelectric conversion element 107 according to the present invention has a substrate 106 that is usually a support. That is, an electrode, an active layer, and a buffer layer are formed on the substrate. The material of the substrate (substrate material) is arbitrary as long as the effect is not significantly impaired.

基板材料の好適な例としては、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料;紙又は合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。   Preferable examples of the substrate material include inorganic materials such as quartz, glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluororesin Film, polyolefin such as vinyl chloride or polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene, epoxy resin or other organic material; paper such as paper or synthetic paper; stainless steel, titanium Alternatively, composite materials such as those obtained by coating or laminating a surface of a metal such as aluminum so as to provide insulation can be used.

ガラスとしてはソーダガラスや青板ガラスや無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。   Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and alkali-free glass. As for the glass material, alkali-free glass is preferred because it is better that there are fewer ions eluted from the glass.

基板106の形状に制限はなく、例えば、板、フィルム、シート等の形状を用いることができる。基板106の膜厚に制限はない。ただし、通常5μm以上、なかでも20μm以上であり、一方、通常20mm以下、なかでも10mm以下に形成することが好ましい。基板の膜厚が5μm以上であると、半導体デバイスの強度が不足する可能性は少なくなるため、好ましい。基板の膜厚が20mm以下であることで、コストが抑えられ、かつ重量が重くならず、好ましい。又、基板がガラスの場合の膜厚は、通常0.01mm以上、好ましくは0.1mm以上であり、一方、また、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。ガラス基板の膜厚が0.01mm以上であると、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。ガラス基板の膜厚が0.5cm以下であると、重量が重くならず好ましい。   There is no restriction | limiting in the shape of the board | substrate 106, For example, shapes, such as a board, a film, a sheet | seat, can be used. There is no limitation on the film thickness of the substrate 106. However, it is usually 5 μm or more, particularly 20 μm or more, and on the other hand, it is usually preferably 20 mm or less, particularly preferably 10 mm or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 5 μm or more because the possibility that the strength of the semiconductor device is insufficient is reduced. It is preferable that the film thickness of the substrate is 20 mm or less because the cost is suppressed and the weight is not increased. When the substrate is glass, the film thickness is usually 0.01 mm or more, preferably 0.1 mm or more, while it is usually 1 cm or less, preferably 0.5 cm or less. When the film thickness of the glass substrate is 0.01 mm or more, the mechanical strength increases and it is difficult to break, which is preferable. When the film thickness of the glass substrate is 0.5 cm or less, it is preferable because the weight does not increase.

[5.5 光電変換素子の製造方法]
光電変換素子の製造方法は特に限定されない。各層について上述された方法で、各層を順次積層することにより、本発明に係る光電変換素子を作製することができる。例えば、一例としての光電変換素子の製造方法は、一方の電極を形成する工程と、本発明に係る有機活性層の成膜工程と、他方の電極を形成する工程と、を含む。図1に示す光電変換素子107を作製する場合には、基板106上に、電極101、正孔取り出し層102、有機活性層103、電子取り出し層104、及び電極105を順次積層すればよい。有機活性層103は上述のように、本発明に係る成膜工程を含む方法によって形成される。有機活性層103の劣化を防ぐために、有機活性層103を形成してから、有機活性層103の上に他の層(例えば電子取り出し層104)が形成されるまで、有機活性層は、硫黄酸化物及び窒素酸化物の濃度が所定濃度以下である環境中に保持されることが好ましい。この環境は、本発明に係る成膜工程について説明した条件(1)又は(2)を満たすものであることが好ましく、条件(1)及び(2)の双方を満たすものであることがより好ましい。
[5.5 Manufacturing Method of Photoelectric Conversion Element]
The manufacturing method of a photoelectric conversion element is not specifically limited. By sequentially laminating each layer by the method described above for each layer, the photoelectric conversion element according to the present invention can be manufactured. For example, a method for manufacturing a photoelectric conversion element as an example includes a step of forming one electrode, a step of forming an organic active layer according to the present invention, and a step of forming the other electrode. In the case of manufacturing the photoelectric conversion element 107 illustrated in FIG. 1, the electrode 101, the hole extraction layer 102, the organic active layer 103, the electron extraction layer 104, and the electrode 105 may be sequentially stacked over the substrate 106. As described above, the organic active layer 103 is formed by a method including a film forming process according to the present invention. In order to prevent deterioration of the organic active layer 103, the organic active layer is subjected to sulfur oxidation until another layer (for example, the electron extraction layer 104) is formed on the organic active layer 103 after the organic active layer 103 is formed. It is preferable to maintain in an environment where the concentration of the product and the nitrogen oxide is not more than a predetermined concentration. This environment preferably satisfies the condition (1) or (2) described for the film forming process according to the present invention, and more preferably satisfies both the conditions (1) and (2). .

<6.有機太陽電池>
本実施形態に係る光電変換素子107は、有機太陽電池、なかでも有機薄膜太陽電池の有機太陽電池素子として使用されることが好ましい。
<6. Organic solar cell>
The photoelectric conversion element 107 according to this embodiment is preferably used as an organic solar battery, particularly an organic solar battery element of an organic thin film solar battery.

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

[6.1 耐候性保護フィルム1]
耐候性保護フィルム1は天候変化から太陽電池素子6を保護するフィルムである。耐候性保護フィルム1で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を天候変化等から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。耐候性保護フィルム1は、薄膜太陽電池14の最表層に位置するため、耐候性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性及び/又は機械強度等の、薄膜太陽電池14の表面被覆材として好適な性能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持する性質を有することが好ましい。
[6.1 Weatherproof Protective Film 1]
The weather-resistant protective film 1 is a film that protects the solar cell element 6 from weather changes. By covering the solar cell element 6 with the weather-resistant protective film 1, the solar cell element 6 and the like are protected from weather changes and the power generation capacity is kept high. Since the weather resistant protective film 1 is located on the outermost layer of the thin film solar cell 14, the surface covering material of the thin film solar cell 14 such as weather resistance, heat resistance, transparency, water repellency, stain resistance and / or mechanical strength is provided. It is preferable to have a property suitable for the above and to maintain it for a long period of time in outdoor exposure.

また、耐候性保護フィルム1は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率が80%以上であることが好ましく、上限に制限はない。さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、耐候性保護フィルム1も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、耐候性保護フィルム1の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。   Moreover, the weather-resistant protective film 1 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the light transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is preferably 80% or more, and the upper limit is not limited. Furthermore, since the thin-film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the weather-resistant protective film 1 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the weather-resistant protective film 1 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

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

なお、耐候性保護フィルム1は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、耐候性保護フィルム1は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。耐候性保護フィルム1の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上200μm以下である。   In addition, the weather-resistant protective film 1 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Moreover, although the weather-resistant protective film 1 may be formed with the single layer film, the laminated | multilayer film provided with the film of two or more layers may be sufficient as it. The thickness of the weather-resistant protective film 1 is not particularly defined, but is usually 10 μm or more and 200 μm or less.

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

[6.2 紫外線カットフィルム2]
紫外線カットフィルム2は紫外線の透過を防止するフィルムである。紫外線カットフィルム2を薄膜太陽電池14の受光部分に設け、紫外線カットフィルム2で太陽電池素子6の受光面6aを覆うことにより、太陽電池素子6及び必要に応じてガスバリアフィルム(3,9)等を紫外線から保護し、発電能力を高く維持することができるようになっている。
[6.2 UV cut film 2]
The ultraviolet cut film 2 is a film that prevents the transmission of ultraviolet rays. The ultraviolet cut film 2 is provided in the light receiving portion of the thin-film solar cell 14, and the ultraviolet cut film 2 covers the light receiving surface 6a of the solar cell element 6, so that the solar cell element 6 and, if necessary, a gas barrier film (3, 9), etc. Can be protected from ultraviolet rays and the power generation capacity can be kept high.

紫外線カットフィルム2に要求される紫外線の透過抑制能力の程度は、紫外線(例えば、波長300nm)の透過率が50%以下であることが好ましく、下限に制限はない。また、紫外線カットフィルム2は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率が80%以上であることが好ましく、上限に制限はない。   The degree of the ability to suppress the transmission of ultraviolet rays required for the ultraviolet cut film 2 is preferably such that the transmittance of ultraviolet rays (for example, wavelength of 300 nm) is 50% or less, and there is no limit on the lower limit. Further, the ultraviolet cut film 2 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the light transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is preferably 80% or more, and the upper limit is not limited.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、紫外線カットフィルム2も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、紫外線カットフィルム2の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。また、紫外線カットフィルム2は、柔軟性が高く、隣接するフィルムとの接着性が良好であり、水蒸気や酸素をカットしうるものが好ましい。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the ultraviolet cut film 2 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the ultraviolet cut film 2 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. Moreover, the ultraviolet cut film 2 has a high softness | flexibility, its adhesiveness with an adjacent film is favorable, and what can cut water vapor | steam and oxygen is preferable.

紫外線カットフィルム2を構成する材料は、紫外線の強度を弱めることができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系又はエステル系の樹脂に紫外線吸収剤を配合して成膜したフィルム等が挙げられる。また、紫外線吸収剤を樹脂中に分散あるいは溶解させたものの層(以下、適宜「紫外線吸収層」という)を基材フィルム上に形成したフィルムを用いてもよい。   The material which comprises the ultraviolet cut film 2 is arbitrary if the intensity | strength of an ultraviolet-ray can be weakened. Examples of the material include films formed by blending an ultraviolet absorber with an epoxy, acrylic, urethane, or ester resin. Further, a film in which a layer of an ultraviolet absorbent dispersed or dissolved in a resin (hereinafter referred to as “ultraviolet absorbing layer” as appropriate) is formed on a base film may be used.

紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系のものを用いることができる。なお、紫外線吸収剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   As the ultraviolet absorber, for example, salicylic acid-based, benzophenone-based, benzotriazole-based, and cyanoacrylate-based ones can be used. In addition, a ultraviolet absorber may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

前記したように、紫外線吸収フィルムとしては紫外線吸収層を基材フィルム上に形成したフィルムを用いることもできる。このようなフィルムは、例えば、紫外線吸収剤を含む塗布液を基材フィルム上に塗布し、乾燥させることで作製できる。   As described above, a film in which an ultraviolet absorbing layer is formed on a base film can be used as the ultraviolet absorbing film. Such a film can be produced, for example, by applying a coating solution containing an ultraviolet absorber on a substrate film and drying it.

基材フィルムの材質は特に限定されないが、耐熱性、柔軟性のバランスが良好なフィルムが得られる点で、例えばポリエステルが挙げられる。   Although the material of a base film is not specifically limited, For example, polyester is mentioned at the point from which the balance of heat resistance and a softness | flexibility is obtained.

紫外線カットフィルム2の具体的な商品の例を挙げると、カットエース(MKVプラスティック株式会社)等が挙げられる。なお、紫外線カットフィルム2は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、紫外線カットフィルム2は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。紫外線カットフィルム2の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。   Examples of specific products of the ultraviolet cut film 2 include cut ace (MKV Plastic Co., Ltd.). In addition, the ultraviolet cut film 2 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Further, the ultraviolet cut film 2 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers. The thickness of the ultraviolet cut film 2 is not particularly limited, but is usually 5 μm or more and 200 μm or less.

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

[6.3 ガスバリアフィルム3]
ガスバリアフィルム3は水及び酸素の透過を防止するフィルムである。ガスバリアフィルム3で太陽電池素子6を被覆することにより、太陽電池素子6を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。
[6.3 Gas barrier film 3]
The gas barrier film 3 is a film that prevents permeation of water and oxygen. By covering the solar cell element 6 with the gas barrier film 3, the solar cell element 6 can be protected from water and oxygen, and the power generation capacity can be kept high.

ガスバリアフィルム3に要求される防湿能力の程度は、太陽電池素子6の種類等に応じて様々であるが、例えば、単位面積(1m)の1日あたりの水蒸気透過率が、通常1×10−1g/m/day以下であることが好ましく、下限に制限はない。 The degree of moisture-proof capability required for the gas barrier film 3 varies depending on the type of the solar cell element 6 and the like. For example, the water vapor transmission rate per unit area (1 m 2 ) is usually 1 × 10. It is preferably −1 g / m 2 / day or less, and the lower limit is not limited.

ガスバリアフィルム3に要求される酸素透過性の程度は、太陽電池素子6の種類等に応じて様々であるが、例えば、単位面積(1m)の1日あたりの酸素透過率が、通常1×10−1cc/m/day/atm以下であることが好ましく、下限に制限はない。 The degree of oxygen permeability required for the gas barrier film 3 varies depending on the type of the solar cell element 6 and the like. For example, the oxygen permeability per unit area (1 m 2 ) is usually 1 ×. It is preferable that it is 10 < -1 > cc / m < 2 > / day / atm or less, and there is no restriction | limiting in a lower limit.

また、ガスバリアフィルム3は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上であり、上限に制限はない。   Further, the gas barrier film 3 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the light absorption of the solar cell element 6. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, and there is no upper limit.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、ガスバリアフィルム3も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ガスバリアフィルム3の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the gas barrier film 3 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the gas barrier film 3 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

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

なかでも好適なガスバリアフィルム3としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)或いはポリエチレンナフタレート(PEN)等の基材フィルムにSiOを真空蒸着したフィルム等が挙げられる。 Particularly suitable gas barrier film 3 includes, for example, a film obtained by vacuum-depositing SiO x on a base film such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate (PEN).

なお、ガスバリアフィルム3は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ガスバリアフィルム3は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。   In addition, the gas barrier film 3 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. The gas barrier film 3 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.

ガスバリアフィルム3の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。   The thickness of the gas barrier film 3 is not particularly defined, but is usually 5 μm or more and 200 μm or less.

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

[6.4 ゲッター材フィルム4]
ゲッター材フィルム4は水分及び/又は酸素を吸収するフィルムである。ゲッター材フィルム4で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を水分及び/又は酸素から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。ここで、ゲッター材フィルム4は前記のようなガスバリアフィルム3とは異なり、水分の透過を妨げるものではなく、水分を吸収するものである。水分を吸収するフィルムを用いることにより、ガスバリアフィルム3等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間に僅かに浸入する水分をゲッター材フィルム4が捕捉して水分による太陽電池素子6への影響を排除できる。
[6.4 Getter material film 4]
The getter material film 4 is a film that absorbs moisture and / or oxygen. By covering the solar cell element 6 with the getter material film 4, the solar cell element 6 and the like are protected from moisture and / or oxygen, and the power generation capacity is kept high. Here, unlike the gas barrier film 3 as described above, the getter material film 4 does not prevent moisture permeation but absorbs moisture. By using a film that absorbs moisture, the getter material film 4 captures moisture that slightly enters the space formed by the gas barrier films 3 and 9 when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier film 3 or the like. The influence of moisture on the solar cell element 6 can be eliminated.

ゲッター材フィルム4の水分吸収能力の程度は、通常0.1mg/cm以上であり、上限に制限は無いが、通常10mg/cm以下である。また、ゲッター材フィルム4が酸素を吸収することにより、ガスバリアフィルム3及び9等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間に僅かに浸入する酸素をゲッター材フィルム4が捕捉して酸素による太陽電池素子6への影響を排除できる。 The degree of moisture absorption capacity of the getter material film 4 is usually 0.1 mg / cm 2 or more, and although there is no upper limit, it is usually 10 mg / cm 2 or less. Further, when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier films 3 and 9 or the like by the getter material film 4 absorbing oxygen, the oxygen that slightly enters the space formed by the gas barrier films 3 and 9 is obtained as the getter material. The film 4 can capture and eliminate the influence of oxygen on the solar cell element 6.

さらに、ゲッター材フィルム4は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上であり、上限に制限はない。   Furthermore, the getter material film 4 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, and there is no upper limit.

さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せされることが多いため、ゲッター材フィルム4も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ゲッター材フィルム4の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。   Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the getter material film 4 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the getter material film 4 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

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

酸素を吸収する物質としては、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、モレキュラーシーブ、酸化マグネシウム又は酸化鉄等が挙げられる。またFe、Mn、Zn、及びこれら金属の硫酸塩・塩化物塩・硝酸塩等の無機塩も挙げられる。   Examples of the substance that absorbs oxygen include activated carbon, silica gel, activated alumina, molecular sieve, magnesium oxide, and iron oxide. In addition, Fe, Mn, Zn, and inorganic salts such as sulfates, chlorides, and nitrates of these metals are also included.

なお、ゲッター材フィルム4は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ゲッター材フィルム4は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。   In addition, the getter material film 4 may be formed of one type of material or may be formed of two or more types of materials. The getter material film 4 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.

ゲッター材フィルム4の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。   The thickness of the getter material film 4 is not particularly specified, but is usually 5 μm or more and 200 μm or less.

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

[6.5 封止材5]
封止材5は、太陽電池素子6を補強するフィルムである。太陽電池素子6は薄いため通常は強度が弱く、ひいては薄膜太陽電池の強度が弱くなる傾向があるが、封止材5により強度を高く維持することが可能である。
[6.5 Sealant 5]
The sealing material 5 is a film that reinforces the solar cell element 6. Since the solar cell element 6 is thin, the strength is usually weak, and thus the strength of the thin film solar cell tends to be weak. However, the strength can be maintained high by the sealing material 5.

また、封止材5は、薄膜太陽電池14の強度保持の観点から強度が高いことが好ましい。具体的強度については、封止材5以外の耐候性保護フィルム1やバックシート10の強度とも関係することになり一概には規定しにくいが、薄膜太陽電池14全体が良好な曲げ加工性を有し、折り曲げ部分の剥離を生じないような強度を有するのが望ましい。   Moreover, it is preferable that the sealing material 5 has high strength from the viewpoint of maintaining the strength of the thin-film solar cell 14. The specific strength is related to the strength of the weatherproof protective film 1 other than the sealing material 5 and the strength of the back sheet 10 and is generally difficult to define, but the thin film solar cell 14 as a whole has good bending workability. However, it is desirable to have a strength that does not cause peeling of the bent portion.

また、封止材5は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上であり、上限に制限はない。   In addition, the sealing material 5 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, and there is no upper limit.

封止材5の厚みは特に規定されないが、通常2μm以上通常700μm以下である。   The thickness of the sealing material 5 is not particularly specified, but is usually 2 μm or more and usually 700 μm or less.

封止材5の基板に対するT型剥離接着強さは通常1N/インチ以上通常2000N/インチ以下である。T型剥離接着強さが1N/インチ以上であることは、モジュールの長期耐久性を確保できる点で好ましい。T型剥離接着強さが2000N/インチ以下であることは、太陽電池モジュールを廃棄する際に、基材やバリアフィルムと接着材を分別して廃棄できる点で好ましい。T型剥離接着強さはJIS K6854に準拠する方法により測定する。   The T-type peel adhesion strength of the sealing material 5 to the substrate is usually 1 N / inch or more and usually 2000 N / inch or less. It is preferable that the T-type peel adhesive strength is 1 N / inch or more in terms of ensuring the long-term durability of the module. It is preferable that the T-type peel adhesive strength is 2000 N / inch or less in that the base material, the barrier film, and the adhesive can be separated and discarded when the solar cell module is discarded. The T-type peel adhesion strength is measured by a method according to JIS K6854.

封止材5の構成材料としては、上記特性を有する限り特段の制限はないが、有機・無機の太陽電池の封止、有機・無機のLED素子の封止、又は電子回路基板の封止等に一般的に用いられている封止用材料を用いる事ができる。   The constituent material of the sealing material 5 is not particularly limited as long as it has the above characteristics, but sealing of organic / inorganic solar cells, sealing of organic / inorganic LED elements, sealing of electronic circuit boards, etc. In general, a sealing material generally used can be used.

具体的には、熱硬化性樹脂組成物又は熱可塑性樹脂組成物及び活性エネルギー線硬化性樹脂組成物が挙げられる。活性エネルギー線硬化性樹脂組成物とは例えば、紫外線、可視光、電子線等で硬化する樹脂のことである。より具体的には、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)樹脂組成物、炭化水素系樹脂組成物、エポキシ系樹脂組成物、ポリエステル系樹脂組成物、アクリル系樹脂組成物、ウレタン系樹脂組成物、又はシリコーン系樹脂組成物等が挙げられ、それぞれの高分子の主鎖、分岐鎖、末端の化学修飾、分子量の調整、添加剤等によって、熱硬化性、熱可塑性及び活性エネルギー線硬化性等の特性が発現する。   Specifically, a thermosetting resin composition or a thermoplastic resin composition and an active energy ray curable resin composition can be mentioned. The active energy ray-curable resin composition is, for example, a resin that is cured by ultraviolet rays, visible light, electron beams, or the like. More specifically, an ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) resin composition, a hydrocarbon resin composition, an epoxy resin composition, a polyester resin composition, an acrylic resin composition, and a urethane resin composition. Or a silicone-based resin composition, etc., depending on the main chain, branched chain, terminal chemical modification of each polymer, adjustment of molecular weight, additives, etc., thermosetting, thermoplastic and active energy ray curable, etc. The characteristics are expressed.

また、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、封止材5も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、封止材5の構成材料の融点は、通常100℃以上350℃以下である。   Moreover, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the sealing material 5 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the sealing material 5 is usually 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

封止材5中の封止材用構成材料の密度は、0.80g/cm3以上が好ましく、上限に制限はない。なお、密度の測定と評価は、JIS K7112に準拠する方法によって実施することができる。   The density of the constituent material for sealing material in the sealing material 5 is preferably 0.80 g / cm 3 or more, and there is no upper limit. The measurement and evaluation of density can be performed by a method based on JIS K7112.

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

[6.6 太陽電池素子6]
太陽電池素子6は、前述の有機光電変換素子と同様である。太陽電池素子6は、薄膜太陽電池14一個につき一個だけを設けてもよいが、通常は2個以上の太陽電池素子6を設ける。具体的な太陽電池素子6の個数は任意に設定すればよい。太陽電池素子6を複数設ける場合、太陽電池素子6はアレイ状に並べて設けられていることが多い。太陽電池素子6を複数設ける場合、通常は、太陽電池素子6同士は電気的に接続され、接続された一群の太陽電池素子6から生じた電気を端子(図示せず)から取り出すようになっていて、この際、電圧を高めるため通常は太陽電池素子は直列に接続される。
[6.6 Solar cell element 6]
The solar cell element 6 is the same as the above-described organic photoelectric conversion element. Although only one solar cell element 6 may be provided for each thin film solar cell 14, usually two or more solar cell elements 6 are provided. The specific number of solar cell elements 6 may be set arbitrarily. When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are often arranged in an array. When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are usually electrically connected to each other, and electricity generated from the connected group of solar cell elements 6 is taken out from a terminal (not shown). At this time, the solar cell elements are usually connected in series in order to increase the voltage.

このように太陽電池素子6同士を接続する場合には、太陽電池素子6間の距離は小さいことが好ましく、ひいては、太陽電池素子6と太陽電池素子6との間の隙間は狭いことが好ましい。太陽電池素子6の受光面積を広くして受光量を増加させ、薄膜太陽電池14の発電量を増加させるためである。   Thus, when connecting the solar cell elements 6, it is preferable that the distance between the solar cell elements 6 is small, and the clearance between the solar cell element 6 and the solar cell element 6 is preferably narrow. This is because the light receiving area of the solar cell element 6 is widened to increase the amount of received light, and the amount of power generated by the thin film solar cell 14 is increased.

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

[6.8 ゲッター材フィルム8]
ゲッター材フィルム8は、上述したゲッター材フィルム4と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はゲッター材フィルム4と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[6.8 Getter material film 8]
The getter material film 8 is the same film as the getter material film 4 described above, and the same material as the getter material film 4 can be used as necessary, except for the arrangement position. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.

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

[6.10 バックシート10]
バックシート10は、上述した耐候性保護フィルム1と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は耐候性保護フィルム1と同様のものを同様に用いることができる。また、このバックシート10が水及び酸素を透過させ難いものであれば、バックシート10をガスバリア層として機能させることも可能である。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[6.10 Back sheet 10]
The back sheet 10 is the same film as the weather-resistant protective film 1 described above, and the same material as the weather-resistant protective film 1 can be used in the same manner except that the arrangement position is different. In addition, if the back sheet 10 is difficult to permeate water and oxygen, the back sheet 10 can also function as a gas barrier layer. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.

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

薄膜太陽電池14の具体的な寸法に制限は無いが、その厚みは、通常300μm以上3000μm以下である。   Although there is no restriction | limiting in the specific dimension of the thin film solar cell 14, The thickness is usually 300 micrometers or more and 3000 micrometers or less.

[6.12 製造方法]
本実施形態の薄膜太陽電池14の製造方法に制限は無いが、例えば、図2の形態の太陽電池製造方法としては、図2に示される積層体を作成した後に、ラミネート封止工程を行う方法が挙げられる。本発明の太陽電池素子は、耐熱性に優れるため、ラミネート封止工程による劣化が低減される点で好ましい。
[6.12 Manufacturing method]
Although there is no restriction | limiting in the manufacturing method of the thin film solar cell 14 of this embodiment, For example, as a solar cell manufacturing method of the form of FIG. 2, after producing the laminated body shown by FIG. Is mentioned. Since the solar cell element of the present invention is excellent in heat resistance, it is preferable in that deterioration due to the laminate sealing step is reduced.

図2に示される積層体作成は周知の技術を用いて行うことができる。ラミネート封止工程の方法は、本発明の効果を損なわなければ特に制限はないが、例えば、ウェットラミネート、ドライラミネート、ホットメルトラミネート、押出しラミネート、共押出成型ラミネート、押出コーティング、光硬化接着剤によるラミネート、サーマルラミネート等が挙げられる。なかでも有機ELデバイス封止で実績のある光硬化接着剤によるラミネート法、太陽電池で実績のあるホットメルトラミネート、サーマルラミネートが好ましく、さらに、ホットメルトラミネート、サーマルラミネートがシート状の封止材を使用できる点でより好ましい。   The laminate production shown in FIG. 2 can be performed using a known technique. The method of the laminate sealing step is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but for example, wet lamination, dry lamination, hot melt lamination, extrusion lamination, coextrusion molding lamination, extrusion coating, photocuring adhesive Laminate, thermal laminate, etc. are mentioned. Among them, the laminating method using a photo-curing adhesive having a proven record in organic EL device sealing, the hot melt laminate having a proven record in solar cells, and the thermal laminate are preferable. It is more preferable at the point which can be used.

ラミネート封止工程の加熱温度は通常130℃以上、好ましくは140℃以上であり、通常180℃以下、好ましくは170℃以下である。ラミネート封止工程の加熱時間は通常10分以上、好ましくは20分以上であり、通常100分以下、好ましくは90分以下である。ラミネート封止工程の圧力は通常0.001MPa以上、好ましくは0.01MPa以上であり、通常0.2MPa以下、好ましくは0.1MPa以下である。圧力をこの範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材5、7がはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。   The heating temperature in the laminate sealing step is usually 130 ° C or higher, preferably 140 ° C or higher, and is usually 180 ° C or lower, preferably 170 ° C or lower. The heating time in the laminate sealing step is usually 10 minutes or longer, preferably 20 minutes or longer, and is usually 100 minutes or shorter, preferably 90 minutes or shorter. The pressure in the laminate sealing step is usually 0.001 MPa or more, preferably 0.01 MPa or more, and usually 0.2 MPa or less, preferably 0.1 MPa or less. By setting the pressure within this range, sealing can be reliably performed, and the sealing materials 5 and 7 from the end can be prevented from protruding or reduced in film thickness due to over-pressurization, thereby ensuring dimensional stability.

なお、2個以上の太陽電池素子6を直列又は並列接続したものも上記と同様にして、製造することができる。   In addition, what connected two or more solar cell elements 6 in series or in parallel can be manufactured similarly to the above.

[6.13 用途]
本発明の有機太陽電池、特には上述した有機薄膜太陽電池14の用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。本発明の薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等である。
[6.13 Applications]
There is no restriction | limiting in the use of the organic solar cell of this invention, especially the organic thin film solar cell 14 mentioned above, It can use for arbitrary uses. Examples of fields to which the thin film solar cell of the present invention is applied include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for interiors, solar cells for railways, solar cells for ships, solar cells for airplanes, solar cells for spacecraft. Batteries, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like.

本発明の有機太陽電池、特には有機薄膜太陽電池はそのまま用いても、基材上に有機太陽電池を設置して有機太陽電池モジュールとして用いてもよい。この有機太陽電池モジュールは、本発明に係る有機光電変換素子を含むものである。例えば、図3に模式的に示すように、基材12上に薄膜太陽電池14を備えた太陽電池モジュール13を用意し、これを使用場所に設置して用いればよい。具体例を挙げると、基材12として建材用板材を使用する場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けることにより、太陽電池モジュール13として太陽電池パネルを作製することができる。   The organic solar cell of the present invention, in particular, the organic thin film solar cell may be used as it is, or the organic solar cell may be installed on a substrate and used as an organic solar cell module. This organic solar cell module includes the organic photoelectric conversion element according to the present invention. For example, as schematically shown in FIG. 3, a solar cell module 13 including a thin film solar cell 14 on a base material 12 is prepared and used at a place of use. As a specific example, when a building material plate is used as the base material 12, a solar cell panel can be produced as the solar cell module 13 by providing the thin film solar cell 14 on the surface of the plate material.

基材12は太陽電池素子6を支持する支持部材である。基材12を形成する材料としては、例えば、ガラス、サファイア及びチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂、塩化ビニル、ポリエチレン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート及びポリノルボルネン等の有機材料;紙及び合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン及びアルミニウム等の金属;ステンレス、チタン及びアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料;等が挙げられる。   The substrate 12 is a support member that supports the solar cell element 6. Examples of the material for forming the substrate 12 include inorganic materials such as glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluorine. Organic materials such as resin, vinyl chloride, polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate and polynorbornene; paper materials such as paper and synthetic paper; metals such as stainless steel, titanium and aluminum; Examples thereof include composite materials such as those obtained by coating or laminating a surface of a metal such as stainless steel, titanium, and aluminum to impart insulation.

なお、基材の材料は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、これら有機材料あるいは紙材料に炭素繊維を含ませ、機械的強度を補強させてもよい。基材12の例を挙げると、アルポリック(登録商標;三菱樹脂製)等が挙げられる。   In addition, 1 type may be used for the material of a base material, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio. Moreover, carbon fiber may be included in these organic materials or paper materials to reinforce the mechanical strength. When the example of the base material 12 is given, Alpolic (registered trademark; manufactured by Mitsubishi Plastics) and the like may be mentioned.

基材12の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材12の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。この太陽電池パネルは、建物の外壁等に設置することができる。   Although there is no restriction | limiting in the shape of the base material 12, Usually, a board | plate material is used. Moreover, what is necessary is just to set the material of the base material 12, a dimension, etc. arbitrarily according to the use environment. This solar cell panel can be installed on the outer wall of a building.

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

(重量平均分子量及び数平均分子量の測定方法)
ポリスチレン換算の重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により求めた。
(Measurement method of weight average molecular weight and number average molecular weight)
The weight average molecular weight and number average molecular weight in terms of polystyrene were determined by gel permeation chromatography (GPC).

ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)測定は以下の条件で行った。
カラム:Shim−pack GPC−803(島津製作所社製、内径8.0mm、長さ30cm)及びShim−pack GPC−804(島津製作所社製、内径8.0mm、長さ30cm)(それぞれ1本ずつ直列に接続)
ポンプ:LC−10AT(島津製作所社製)
オーブン:CTO−10A(島津製作所社製)
検出器:示差屈折率検出器(島津製作所社製:RID−10A)及びUV−vis検出器(島津製作所社製:SPD−10A)
サンプル:試料をテトラヒドロフラン(THF)に溶解させた液5μL
移動相:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0mL/min
解析:LC−Solution(島津製作所社製)
Gel permeation chromatography (GPC) measurement was performed under the following conditions.
Columns: Shim-pack GPC-803 (manufactured by Shimadzu Corporation, inner diameter 8.0 mm, length 30 cm) and Shim-pack GPC-804 (manufactured by Shimadzu Corporation, inner diameter 8.0 mm, length 30 cm) (one each) Connected in series)
Pump: LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation)
Oven: CTO-10A (manufactured by Shimadzu Corporation)
Detector: differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation: RID-10A) and UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation: SPD-10A)
Sample: 5 μL of sample dissolved in tetrahydrofuran (THF)
Mobile phase: Tetrahydrofuran (THF)
Flow rate: 1.0 mL / min
Analysis: LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation)

(元素分析測定方法)
試料を湿式分解後、分解液中のパラジウム(Pd)及びスズ(Sn)をICP質量分析装置にて分析し、量を求めた。また、試料を試料燃焼装置(三菱化学アナリテック社製、QF−02型)にて燃焼し、燃焼ガスを還元剤入りのアルカリ吸収液に吸収し、吸収液中の臭素イオン(Br)及びヨウ素イオン(I)をICP質量分析装置にて分析し、量を求めた。
装置:ICP質量分析装置(Agilent Technologies社製、7500ce型)
解析:検量線法
(Elemental analysis measurement method)
After wet decomposition of the sample, palladium (Pd) and tin (Sn) in the decomposition solution were analyzed with an ICP mass spectrometer to determine the amount. In addition, the sample is combusted with a sample combustion apparatus (QF-02 type manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.), the combustion gas is absorbed in an alkaline absorbent containing a reducing agent, bromine ions (Br ) in the absorbent and Iodine ions (I ) were analyzed with an ICP mass spectrometer to determine the amount.
Apparatus: ICP mass spectrometer (manufactured by Agilent Technologies, 7500ce type)
Analysis: Calibration curve method

(濃度測定方法)
硫黄酸化物濃度は、イオンクロマトグラフィー法によって測定した。具体的には、測定対象のガスを1.5L/minの速度で水に通すことにより2時間捕集し、これをイオンクロマトグラフ分析装置DX500型(DIONEX社製)によって分析することで、上記ガス中の硫黄酸化物濃度を定量した。この方法による検出限界は0.1μg/mである。
(Concentration measurement method)
The sulfur oxide concentration was measured by an ion chromatography method. Specifically, the gas to be measured is collected for 2 hours by passing it through water at a rate of 1.5 L / min, and analyzed by an ion chromatograph analyzer DX500 type (manufactured by DIONEX). The sulfur oxide concentration in the gas was quantified. The detection limit by this method is 0.1 μg / m 3 .

窒素酸化物濃度は、イオンクロマトグラフィー法によって測定した。具体的には、測定対象のガスを1.5L/minの速度で水に通すことにより2時間捕集し、これをイオンクロマトグラフ分析装置DX500型(DIONEX社製)を用いて分析することで、上記ガス中の窒素酸化物濃度を定量した。この方法による検出限界は0.1μg/mである。 The nitrogen oxide concentration was measured by an ion chromatography method. Specifically, the gas to be measured is collected for 2 hours by passing it through water at a rate of 1.5 L / min, and this is analyzed by using an ion chromatograph analyzer DX500 type (manufactured by DIONEX). The nitrogen oxide concentration in the gas was quantified. The detection limit by this method is 0.1 μg / m 3 .

実施例1及び比較例2において、有機活性層を成膜するためのスピンコート時のクリーンブース内の相対湿度は、電気容量式湿度計の一種である温湿度計(testo社製,testo608−H2)を用いて測定した。また比較例1において、有機活性層を成膜するためのスピンコート時のグローブボックス内の酸素濃度は酸素計(MBRAUM社製,MB OX−SE−1)を用いて測定し、相対湿度は電解式水分計(MBRAUM社製,MB MO−SE−1)を用いて測定した。   In Example 1 and Comparative Example 2, the relative humidity in the clean booth at the time of spin coating for forming an organic active layer is a temperature / humidity meter (testo 608-H2 manufactured by Testo), which is a kind of capacitance hygrometer. ). In Comparative Example 1, the oxygen concentration in the glove box during spin coating for forming the organic active layer was measured using an oximeter (MBRAUM, MB OX-SE-1), and the relative humidity was electrolysis. It measured using the type | formula moisture meter (the MBRAUM company make, MB MO-SE-1).

(光電変換素子の評価)
光電変換素子に4mm角のメタルマスクを付け、照射光源としてエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cmのソーラシミュレータを用い、ソースメーター(ケイスレー社製、2400型)により、ITO電極と銀電極との間における電流−電圧特性を測定した。この測定結果から、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、形状因子FF、及び光電変換効率PCE(%)を算出した。
(Evaluation of photoelectric conversion element)
A 4 mm square metal mask is attached to the photoelectric conversion element, a solar simulator with an air mass (AM) of 1.5 G and an irradiance of 100 mW / cm 2 is used as an irradiation light source, and an ITO electrode and a source meter (type 2400, manufactured by Keithley) The current-voltage characteristics with the silver electrode were measured. From this measurement result, open circuit voltage Voc (V), short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), form factor FF, and photoelectric conversion efficiency PCE (%) were calculated.

ここで、開放電圧Vocとは電流値=0(mA/cm)の際の電圧値であり、短絡電流密度Jscとは電圧値=0(V)の際の電流密度である。形状因子FFとは内部抵抗を表すファクターであり、光電変換素子の最大出力をPmax(W)とすると次式で表される。
FF = Pmax/(Voc×Jsc)
また、光電変換効率PCEは、入射エネルギーをPinとすると次式で与えられる。
PCE = Pmax/Pin=Voc×Jsc×FF/Pin×100
Here, the open circuit voltage Voc is a voltage value when the current value = 0 (mA / cm 2 ), and the short circuit current density Jsc is a current density when the voltage value = 0 (V). The form factor FF is a factor representing the internal resistance, and is represented by the following expression when the maximum output of the photoelectric conversion element is Pmax (W).
FF = Pmax / (Voc × Jsc)
Further, the photoelectric conversion efficiency PCE is given by the following equation when the incident energy is Pin.
PCE = Pmax / Pin = Voc × Jsc × FF / Pin × 100

<合成例1:イミドチオフェンモノマーの合成> <Synthesis Example 1: Synthesis of imidothiophene monomer>

Figure 2013165169
Figure 2013165169

500mLナスフラスコにチオフェンジカルボン酸(化合物E11,5.3g,30.7mmol)及び無水酢酸(100mL)を加え、140℃で6時間加熱した。減圧留去により溶媒を除去し、トルエンを用いて再結晶を行うことにより、1H,3H−チエノ[3,4−c]フラン−1,3−ジオン(化合物E12,3.5g)を得た。   Thiophenedicarboxylic acid (Compound E11, 5.3 g, 30.7 mmol) and acetic anhydride (100 mL) were added to a 500 mL eggplant flask and heated at 140 ° C. for 6 hours. The solvent was removed by distillation under reduced pressure, and 1H, 3H-thieno [3,4-c] furan-1,3-dione (Compound E12, 3.5 g) was obtained by recrystallization using toluene. .

Figure 2013165169
Figure 2013165169

窒素下、100mLナスフラスコ中で、化合物E12(3.57g,0.023mol)を脱水N,N−ジメチルホルムアミド(35mL)に溶解した。次いで、氷浴中で冷却しながらn−オクチルアミン(4.2mL,0.025mol)を加えた後、140℃で2時間加熱した。放冷後、水を加え、析出した肌色粉末を濾取した。得られた粉末を冷メタノールで洗浄することにより、4−[[1−オクチルアミノ]カルボニル]−3−チオフェンカルボン酸(化合物E13,5.3g)を得た。   Compound E12 (3.57 g, 0.023 mol) was dissolved in dehydrated N, N-dimethylformamide (35 mL) in a 100 mL eggplant flask under nitrogen. Next, n-octylamine (4.2 mL, 0.025 mol) was added while cooling in an ice bath, followed by heating at 140 ° C. for 2 hours. After allowing to cool, water was added and the precipitated skin color powder was collected by filtration. The obtained powder was washed with cold methanol to obtain 4-[[1-octylamino] carbonyl] -3-thiophenecarboxylic acid (Compound E13, 5.3 g).

Figure 2013165169
Figure 2013165169

100mLナスフラスコに、化合物E13(5.27g,18.6mmol)と塩化チオニル(18mL)を加え、72℃に設定した温浴中で3時間加熱した。放冷後、反応液を1N水酸化ナトリウム水溶液へと滴下し、析出した茶色粉末を濾取した。得られた粉末を冷メタノールで洗浄し、乾燥させることにより、5−オクチル−4H−チエノ[3,4−c]ピロール−4,6(5H)−ジオン(化合物E14,4.55g,収率91%)を得た。   Compound E13 (5.27 g, 18.6 mmol) and thionyl chloride (18 mL) were added to a 100 mL eggplant flask and heated in a warm bath set at 72 ° C. for 3 hours. After allowing to cool, the reaction solution was dropped into a 1N aqueous sodium hydroxide solution, and the precipitated brown powder was collected by filtration. The obtained powder was washed with cold methanol and dried to give 5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6 (5H) -dione (compound E14, 4.55 g, yield). 91%).

Figure 2013165169
Figure 2013165169

窒素下、200mLナスフラスコ中で、化合物E14(2.65g,10mmol)をトリフルオロ酢酸(50mL)及び濃硫酸(15mL)に溶解した。氷浴中で冷却しながら、更にN−ブロモコハク酸イミド(NBS,5.33g,30mmol)を加え、溶解するまで攪拌した。その後氷浴を外し、液温を室温まで上昇させて、さらに20時間攪拌した。反応液を氷水と混合した後、クロロホルムを用いて生成物を抽出し、溶媒を減圧留去することにより、粗生成物を得た。粗生成物をカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=2/1→1/1)にて精製した。精製物をヘキサンを用いて懸濁洗浄することにより、1,3−ジブロモ−5−オクチル−4H−チエノ[3,4−c]ピロール−4,6−(5H)−ジオン(イミドチオフェンモノマー,化合物E1,2.58g,収率61%)を得た。   Compound E14 (2.65 g, 10 mmol) was dissolved in trifluoroacetic acid (50 mL) and concentrated sulfuric acid (15 mL) in a 200 mL eggplant flask under nitrogen. While cooling in an ice bath, N-bromosuccinimide (NBS, 5.33 g, 30 mmol) was further added and stirred until dissolved. Thereafter, the ice bath was removed, the liquid temperature was raised to room temperature, and the mixture was further stirred for 20 hours. After the reaction solution was mixed with ice water, the product was extracted with chloroform, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a crude product. The crude product was purified by column chromatography (developing solvent: hexane / chloroform = 2/1 → 1/1). By suspending and washing the purified product with hexane, 1,3-dibromo-5-octyl-4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione (imidothiophene monomer, Compound E1, 2.58 g, yield 61%) was obtained.

<合成例2:ジチエノシロールモノマーの合成>

Figure 2013165169
<Synthesis Example 2: Synthesis of dithienosilole monomer>
Figure 2013165169

50mL多口フラスコに4,4’−ジオクチル−5,5−ジブロモ−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E21,0.9g)を加え、真空ポンプとドライヤーを用いてフラスコ内を十分に窒素で置換した。その後脱水テトラヒドロフラン(30mL)を加え、ドライアイス−アセトンバスで反応溶液を冷やした後、n−ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液,2.44mL,3.9mmol)を加えて15分間攪拌した。その後塩化トリメチルスズ(1.0Mテトラヒドロフラン溶液,4.68mL)を加え、反応溶液の温度を室温まで上昇させてさらに2時間攪拌した。その後反応溶液に水を加え、ヘキサンで生成物を抽出した後、硫酸ナトリウムを用いて有機層を乾燥させた。減圧留去により溶媒を除去することにより、(4,4’−ジオクチル−5,5−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(ジチエノシロールモノマー,化合物E2,600mg)を緑色オイルとして得た。   4,4′-Dioctyl-5,5-dibromo-dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (compound E21, 0.9 g) was added to a 50 mL multi-necked flask, and a vacuum pump and dryer Was used to sufficiently replace the inside of the flask with nitrogen. Thereafter, dehydrated tetrahydrofuran (30 mL) was added, and the reaction solution was cooled in a dry ice-acetone bath. Then, n-butyllithium (1.6 M hexane solution, 2.44 mL, 3.9 mmol) was added and stirred for 15 minutes. Thereafter, trimethyltin chloride (1.0 M tetrahydrofuran solution, 4.68 mL) was added, the temperature of the reaction solution was raised to room temperature, and the mixture was further stirred for 2 hours. Thereafter, water was added to the reaction solution, and the product was extracted with hexane, and then the organic layer was dried using sodium sulfate. (4,4′-Dioctyl-5,5-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (dithienosilol) by removing the solvent by distillation under reduced pressure. Monomer, Compound E2, 600 mg) was obtained as a green oil.

<合成例3:コポリマーA1の合成>

Figure 2013165169
<Synthesis Example 3: Synthesis of Copolymer A1>
Figure 2013165169

窒素下50mLナスフラスコに、合成例1で得られたイミドチオフェンモノマー(化合物E1,245.23mg,0.61mmol)、合成例2で得られたジチエノシロールモノマー(化合物E2,453.4mg,0.58mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0価)(20.1mg,0.02mmol)、酸化銅(II)(47.5mg,0.61mmol)、トルエン(9.24mL)及びN,N−ジメチルホルムアミド(2.32mL)を加え、90℃で1時間攪拌した後、100℃で9時間攪拌した。その後末端処理として、ブロモベンゼン(0.5mL)を加えて8時間加熱攪拌し、さらにトリメチル(フェニル)スズ(0.5mL)を加えて8時間加熱攪拌した後、反応溶液をトルエンで5倍に希釈してからメタノール(400mL)に滴下した。析出したコポリマーを濾取した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することにより、コポリマーA1を得た。具体的には、JAIGEL−3H(40φ)及び2H(40φ)を直列に取り付けたJAL908−C60装置(日本分析工業社製)を用いて、展開液としてクロロホルムを用い、流速14mL/minの条件下、濾取したコポリマー(350〜400mg)のクロロホルム溶液(30mL)を充填し、分取精製した。   In a 50 mL eggplant flask under nitrogen, the imidothiophene monomer obtained in Synthesis Example 1 (Compound E1, 245.23 mg, 0.61 mmol) and the dithienosilole monomer obtained in Synthesis Example 2 (Compound E2, 453.4 mg, 0 .58 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (zero valent) (20.1 mg, 0.02 mmol), copper (II) oxide (47.5 mg, 0.61 mmol), toluene (9.24 mL) and N, N -Dimethylformamide (2.32 mL) was added, and it stirred at 90 degreeC for 1 hour, Then, it stirred at 100 degreeC for 9 hours. Then, as a terminal treatment, bromobenzene (0.5 mL) was added and stirred with heating for 8 hours. Trimethyl (phenyl) tin (0.5 mL) was further added and stirred with heating for 8 hours, and then the reaction solution was diluted 5 times with toluene. After dilution, it was added dropwise to methanol (400 mL). The precipitated copolymer was collected by filtration and purified by silica gel column chromatography to obtain copolymer A1. Specifically, using a JAL908-C60 apparatus (manufactured by Nihon Analysis Kogyo Co., Ltd.) in which JAIGEL-3H (40φ) and 2H (40φ) are attached in series, chloroform is used as a developing solution, and the flow rate is 14 mL / min. The solution was filtered and filled with a chloroform solution (30 mL) of the copolymer (350 to 400 mg).

分取されたコポリマーA1の重量平均分子量及び数平均分子量を上述のように測定したところ、それぞれ8.6×10及び4.7×10であった。分子量分布(PDI)は1.8であった。コポリマーAの元素分析を上述のように行ったところ、Br:47ppm、Pd:19ppm、Sn:870ppmであった。 When the weight average molecular weight and the number average molecular weight of the fractionated copolymer A1 were measured as described above, they were 8.6 × 10 4 and 4.7 × 10 4 , respectively. The molecular weight distribution (PDI) was 1.8. When the elemental analysis of the copolymer A was performed as described above, it was found that Br: 47 ppm, Pd: 19 ppm, and Sn: 870 ppm.

<実施例1>
(有機活性層塗布液S1の作製)
p型半導体化合物である合成例3で得られたコポリマーA1と、n型半導体材料であるPC61BM([6,6]−フェニルC61酪酸メチルエステル,フロンティアカーボン社製,E100H)とを重量比が1:2となるように混合し、混合物が1.8重量%の濃度となるように窒素雰囲気中でオルトキシレンとテトラリンとの混合溶媒(体積比4:1)に溶解させた。この溶液をホットスターラー上で100℃の温度にて1時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を孔径1.0μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過することにより、有機活性層塗布液S1を得た。
<Example 1>
(Preparation of organic active layer coating solution S1)
a copolymer A1 obtained in p-type semiconductor compound in a Synthesis Example 3, an n-type semiconductor material PC61BM ([6,6] - phenyl C 61 butyric acid methyl ester, manufactured by Frontier Carbon Corporation, E100H) a weight ratio of The mixture was mixed at 1: 2 and dissolved in a mixed solvent of orthoxylene and tetralin (volume ratio 4: 1) in a nitrogen atmosphere so that the mixture had a concentration of 1.8% by weight. This solution was stirred and mixed on a hot stirrer at a temperature of 100 ° C. for 1 hour. The solution after stirring and mixing was filtered through a polytetrafluoroethylene (PTFE) filter having a pore size of 1.0 μm to obtain an organic active layer coating solution S1.

(有機活性層成膜環境)
有機活性層の成膜は、図4に示される装置(クリーンブース)内で行った。ハウジング21としては簡易型クリーンブース(アズワン社製,AIW型)を用い、ハウジング21の上面に送風機23(ファンフィルターユニット(アズワン社製,PS01−A)、HEPAフィルター(アズワン社製)付)及び空気浄化手段22(ケミカルフィルター(ニチアス社製,製品名CG−AX))を設置した。空気は、送風機23によって、HEPAフィルター及びケミカルフィルターを通過してハウジング21へと供給される。空気浄化手段22を介してハウジング21へと供給される空気の吹出風量及び風速はそれぞれ、約3m/min及び約2.0m/sであった。また、ハウジング21内にはスピンコータ(ミカサ社製、製品名1H−D7)を設置した。
(Organic active layer deposition environment)
The organic active layer was formed in the apparatus (clean booth) shown in FIG. As the housing 21, a simple clean booth (manufactured by ASONE, AIW type) is used, and a blower 23 (with a fan filter unit (manufactured by ASONE, PS01-A), a HEPA filter (manufactured by ASONE)) on the upper surface of the housing 21 and Air purifying means 22 (chemical filter (product name CG-AX, manufactured by Nichias)) was installed. Air is supplied to the housing 21 by the blower 23 through the HEPA filter and the chemical filter. The amount of air blown and the speed of air supplied to the housing 21 via the air purification means 22 were about 3 m 3 / min and about 2.0 m / s, respectively. In addition, a spin coater (manufactured by Mikasa, product name 1H-D7) was installed in the housing 21.

クリーンブース内の硫黄酸化物濃度又は窒素酸化物濃度を低減させるために、送風機23を30分以上駆動させてから有機活性層の成膜を行った。   In order to reduce the sulfur oxide concentration or nitrogen oxide concentration in the clean booth, the organic active layer was formed after the blower 23 was driven for 30 minutes or more.

(光電変換素子の作製)
インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜がパターニングされたガラス基板を、アセトンを用いて超音波洗浄し、さらにイソプロピルアルコールを用いて超音波洗浄して、窒素ブローにより乾燥させた。次いで、基板に対して紫外線オゾン洗浄を行った。
(Preparation of photoelectric conversion element)
The glass substrate on which the indium tin oxide (ITO) transparent conductive film was patterned was ultrasonically cleaned with acetone, further ultrasonically cleaned with isopropyl alcohol, and dried by nitrogen blowing. Next, ultraviolet ozone cleaning was performed on the substrate.

酢酸亜鉛二水和物(和光純薬社製)を、9.8重量%の濃度となるように、メトキシエタノールとエタノールアミンとの混合溶媒(重量比100:3)に溶解させた。得られた分散液を洗浄後の基板上に約0.4mL滴下し、4000rpm、30秒の条件にてスピンコートを行うことにより、分散液を基板上に塗布した。塗布後の基板について、紫外線オゾン洗浄を紫外線オゾン洗浄装置(フィルジェン社製)を用いて10分間行った後、150℃のホットプレート上で10分間、大気中で加熱し、さらに200℃のホットプレート上で10分間、大気中で加熱した。こうして、基板上に酸化亜鉛を含む電子取り出し層を形成した。形成された電子取り出し層の膜厚は約30nmであった。   Zinc acetate dihydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in a mixed solvent of methoxyethanol and ethanolamine (weight ratio 100: 3) to a concentration of 9.8% by weight. About 0.4 mL of the obtained dispersion was dropped onto the washed substrate, and the dispersion was applied onto the substrate by spin coating under the conditions of 4000 rpm and 30 seconds. The substrate after coating was subjected to ultraviolet ozone cleaning for 10 minutes using an ultraviolet ozone cleaning apparatus (manufactured by Philgen), then heated in the air for 10 minutes on a 150 ° C. hot plate, and further heated to 200 ° C. Heated in air for 10 minutes on plate. Thus, an electron extraction layer containing zinc oxide was formed on the substrate. The film thickness of the formed electron extraction layer was about 30 nm.

電子取り出し層が形成された基板を、窒素雰囲気のグローブボックス(MBRAUM社製 Labmasterシリーズ)内のホットプレート上で、200℃にて3分間加熱処理した。基板が冷却された後に、基板を上記のクリーンブースに入れ、上述のように作製した有機活性層塗布液S1(約0.1mL)を300rpmの速度にてスピンコートすることにより、約100nmの厚みの有機活性層を形成した。クリーンブース内の硫黄酸化物濃度及び窒素酸化物濃度は検出限界以下であり、相対湿度は50.2%であった。特別な酸素除去装置を用いていないため、クリーンブース内の酸素濃度は通常の大気と同様(すなわち18〜22体積%)であるものと考えられる。   The substrate on which the electron extraction layer was formed was heat-treated at 200 ° C. for 3 minutes on a hot plate in a nitrogen atmosphere glove box (Labmaster series manufactured by MBRAUM). After the substrate is cooled, the substrate is placed in the clean booth, and the organic active layer coating solution S1 (about 0.1 mL) prepared as described above is spin-coated at a speed of 300 rpm, so that the thickness is about 100 nm. An organic active layer was formed. The sulfur oxide concentration and nitrogen oxide concentration in the clean booth were below the detection limit, and the relative humidity was 50.2%. Since a special oxygen removing device is not used, the oxygen concentration in the clean booth is considered to be the same as that in the normal atmosphere (that is, 18 to 22% by volume).

その後有機活性層上に、正孔取り出し層として三酸化モリブデンを、3nmの膜厚となるように抵抗加熱型真空蒸着法により成膜した。さらに正孔取り出し層上に、電極として銀を、100nmの膜厚となるように抵抗加熱型真空蒸着法により成膜した。こうして、5mm角の光電変換素子を作製した。こうして製作した光電変換素子について、上述のように電流−電圧特性を測定した。測定結果を表1に示す。   Thereafter, molybdenum trioxide was formed as a hole extraction layer on the organic active layer by resistance heating vacuum deposition so as to have a thickness of 3 nm. Further, silver was formed as an electrode on the hole extraction layer by resistance heating vacuum deposition so as to have a film thickness of 100 nm. Thus, a 5 mm square photoelectric conversion element was produced. The photoelectric conversion element thus manufactured was measured for current-voltage characteristics as described above. The measurement results are shown in Table 1.

<比較例1>
有機活性層を成膜するためのスピンコートを、スピンコーター(ミカサ社製、MS−A100)を用いて、硫黄酸化物濃度及び窒素酸化物濃度が検出限界以下の乾燥窒素雰囲気(酸素濃度が5ppm以下、相対湿度が0.1%)下のグローブボックス(MBRAUM社製 Labmasterシリーズ)内で行ったことを除いては、上述の実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。こうして製作した光電変換素子について、上述のように電流−電圧特性を測定した。測定結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
Using a spin coater (MS-A100, manufactured by Mikasa Co., Ltd.) as a spin coat for forming an organic active layer, a dry nitrogen atmosphere in which the sulfur oxide concentration and nitrogen oxide concentration are below the detection limit (oxygen concentration is 5 ppm) Hereinafter, a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that it was performed in a glove box (Labmaster series manufactured by MBRAUM) under a relative humidity of 0.1%. The photoelectric conversion element thus manufactured was measured for current-voltage characteristics as described above. The measurement results are shown in Table 1.

<比較例2>
有機活性層を成膜するためのスピンコートを、硫黄酸化物濃度及び窒素酸化物濃度がそれぞれ1.9μg/m及び2.6μg/mの大気雰囲気(相対湿度は48.1%)下で行ったことを除いては、上述の実施例1と同様の方法で光電変換素子を作製した。特別な酸素除去装置を用いていないため、クリーンブース内の酸素濃度は通常の大気と同様(すなわち18〜22体積%)であるものと考えられる。こうして製作した光電変換素子について、上述のように電流−電圧特性を測定した。測定結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
Spin coating for forming the organic active layer, the atmosphere of sulfur oxide concentration and nitrogen oxide concentration, respectively 1.9μg / m 3 and 2.6μg / m 3 (relative humidity 48.1%) lower A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the above was performed. Since a special oxygen removing device is not used, the oxygen concentration in the clean booth is considered to be the same as that in the normal atmosphere (that is, 18 to 22% by volume). The photoelectric conversion element thus manufactured was measured for current-voltage characteristics as described above. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2013165169
Figure 2013165169

実施例1に係る光電変換素子は、比較例1に係る光電変換素子より高い光電変換効率を示した。このように、酸素及び水分が除去されていない大気雰囲気下で有機活性層を成膜する場合であっても、雰囲気中の硫黄酸化物濃度及び窒素酸化物濃度を低減することにより、乾燥窒素雰囲気下で有機活性層を成膜する場合と同等以上の効率を示す光電変換素子が得られることが分かった。一方で比較例2のように、有機活性層を成膜する際の雰囲気中の硫黄酸化物濃度が1.2μg/mを超え、窒素酸化物濃度が2.5μg/mを超えている場合、硫黄酸化物濃度及び窒素酸化物濃度が低減されている実施例1と比べて、得られた光電変換素子の変換効率が低下した。 The photoelectric conversion element according to Example 1 showed higher photoelectric conversion efficiency than the photoelectric conversion element according to Comparative Example 1. Thus, even when the organic active layer is formed in an air atmosphere from which oxygen and moisture are not removed, a dry nitrogen atmosphere can be obtained by reducing the sulfur oxide concentration and nitrogen oxide concentration in the atmosphere. It was found that a photoelectric conversion element having an efficiency equal to or higher than that in the case where the organic active layer is formed under the film can be obtained. On the other hand, as in Comparative Example 2, the sulfur oxide concentration in the atmosphere during the formation of the organic active layer exceeded 1.2 ug / m 3, the nitrogen oxide concentration is greater than 2.5 [mu] g / m 3 In this case, the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element was reduced as compared with Example 1 in which the sulfur oxide concentration and the nitrogen oxide concentration were reduced.

このように、有機活性層を成膜する際の雰囲気における硫黄酸化物濃度又は窒素酸化物濃度を低減することにより、雰囲気中の酸素及び水分を低減することなく、高い光電変換効率を有する光電変換素子を製造できることがわかった。   Thus, by reducing the sulfur oxide concentration or nitrogen oxide concentration in the atmosphere when forming the organic active layer, photoelectric conversion having high photoelectric conversion efficiency without reducing oxygen and moisture in the atmosphere It was found that the device can be manufactured.

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

Claims (8)

少なくとも一対の電極と該電極の間の有機活性層とを有する有機光電変換素子の製造方法であって、
湿式成膜法で前記有機活性層を成膜する成膜工程を含み、
前記成膜工程を、酸素濃度が18体積%以上22体積%以下であり、かつ下記(1)又は(2)を満たす環境下で行うことを特徴とする、有機光電変換素子の製造方法。
(1)硫黄酸化物濃度が1.2μg/m以下。
(2)窒素酸化物濃度が2.5μg/m以下。
A method for producing an organic photoelectric conversion device having at least a pair of electrodes and an organic active layer between the electrodes,
Including a film forming step of forming the organic active layer by a wet film forming method,
The method for producing an organic photoelectric conversion element, wherein the film forming step is performed in an environment where an oxygen concentration is 18% by volume or more and 22% by volume or less and satisfies the following (1) or (2).
(1) The sulfur oxide concentration is 1.2 μg / m 3 or less.
(2) Nitrogen oxide concentration is 2.5 μg / m 3 or less.
前記(1)及び(2)の条件を満たす環境下で前記成膜工程を行うことを特徴とする、請求項1に記載の有機光電変換素子の製造方法。   The method for producing an organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the film forming step is performed in an environment satisfying the conditions (1) and (2). 前記有機活性層の材料が、少なくとも1種類の高分子p型半導体化合物を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の有機光電変換素子の製造方法。   The method for producing an organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the material of the organic active layer contains at least one type of polymer p-type semiconductor compound. 請求項1乃至3の何れか1項に記載の有機光電変換素子の製造方法により製造されたことを特徴とする、有機光電変換素子。   An organic photoelectric conversion element manufactured by the method for manufacturing an organic photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 3. 有機太陽電池であることを特徴とする、請求項4に記載の有機光電変換素子。   It is an organic solar cell, The organic photoelectric conversion element of Claim 4 characterized by the above-mentioned. 請求項4に記載の有機光電変換素子を含むことを特徴とする、有機太陽電池モジュール。   An organic solar cell module comprising the organic photoelectric conversion element according to claim 4. 有機光電変換素子の有機活性層を湿式成膜法で成膜する成膜装置へと外気を供給する供給装置であって、前記成膜装置へと供給される外気中の硫黄酸化物又は窒素酸化物を除去する除去手段を備えることを特徴とする供給装置。   A supply device for supplying outside air to a film forming apparatus for forming an organic active layer of an organic photoelectric conversion element by a wet film forming method, and sulfur oxide or nitrogen oxidation in the outside air supplied to the film forming apparatus A supply device comprising a removing means for removing an object. 請求項7に記載の供給装置と、
前記供給装置から供給された外気を受け入れるハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、有機光電変換素子の有機活性層を湿式成膜法で成膜する成膜手段と、
を備えることを特徴とする成膜装置。
A supply device according to claim 7;
A housing for receiving outside air supplied from the supply device;
A film forming means disposed in the housing and forming an organic active layer of the organic photoelectric conversion element by a wet film forming method;
A film forming apparatus comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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