JP2013216638A - フラーレン誘導体およびこれを用いた有機太陽電池 - Google Patents
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Abstract
Description
いずれも軽量・薄膜で、フレキシブル化可能である点、ロール・トゥ・ロールでの生産が可能である点など、現在主流の無機系太陽電池とは異なる特長を持っていることから、新たな市場形成が期待されている。
中でも有機薄膜太陽電池は、電解質フリー、重金属化合物フリー等の特長を持つうえに、最近、Y.Liangらによって変換効率7.4%の報告がなされたことなどの理由から、大きな注目を集めている(非特許文献1参照)。
例えば、p型半導体材料とn型半導体材料とを混合した溶液を調製し、塗布法によって活性層を形成することで、得られる太陽電池の変換効率が大幅に上昇することが報告されている(非特許文献2参照)。この手法によって得られる活性層は、ドナー/アクセプター界面が、活性層のバルク全体に形成されることから、一般的にバルクへテロジャンクション層と呼ばれる。
また、ドナー/アクセプター界面面積が極大化され、かつ、それぞれが完全に分離して、発生したキャリアの再結合を抑制しつつ高移動度を発現する構造が理想であると言われ、ドナー/アクセプター界面を高密度に形成させる超階層ナノ構造も提案されている(非特許文献3参照)。
溶解性が低い場合、使用できる溶媒の種類や濃度に制限が発生するために、適用できる塗布方式が限られる、混合できる材料が限られる、厚膜化が困難等の問題が生じる。
単体での成膜均一性が悪い場合、理想の微細構造を目指す等の理由から単体での成膜を試みた際に膜に空孔や大きな凸面が生じる結果、素子の電流リークが発生する、素子寿命が低下する、素子の再現性や歩留まりが悪くなる等の問題が発生する。
結晶化温度が高すぎる場合、他の素材の耐熱性の観点から結晶への転移を生じさせることが困難となり、特に高い電子移動度の発現やナノ構造体を形成することが困難となる。
しかしながら、当該フラーレン誘導体は有機溶媒に対する溶解性が高い一方で、結晶性および電子移動度が不十分であり、これをn型半導体材料として用いたバルクヘテロジャンクション型有機薄膜太陽電池では発生した電荷の電極への輸送効率が低いため、光電変換効率は低い値に留まっており、その改善が求められている。
光電変換効率を向上するにはn型半導体の結晶性を上げて電子移動度を高くすることが求められる一方で、素子の再現性や歩留まりの観点から、有機溶媒等に対する溶解性を維持する必要がある。
このような観点から、良好な結晶性および溶解性を有する、n型半導体として使用可能な化合物の開発が求められている。
1. 下記式(1)で表されることを特徴とするフラーレン誘導体、
2. 前記糖基または置換糖基が、式(2)、式(3)および式(4)から選ばれる少なくとも1つの基である1のフラーレン誘導体、
3. 前記置換糖基の置換基が、炭素数1〜10のアルキル基、ベンジル基、p−メトキシベンジル基、メトキシメチル基、2−テトラヒドロピラニル基、エトキシエチル基、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、またはt−ブチルジフェニルシリル基である1または2のフラーレン誘導体、
4. 1〜3のいずれかのフラーレン誘導体を含む有機太陽電池、
5. 1〜3のいずれかのフラーレン誘導体を含む薄膜を備える有機太陽電池、
6. 前記薄膜が、前記フラーレン誘導体と有機溶媒とを含み、前記フラーレン誘導体が前記有機溶媒に溶解している均一系有機溶液を用いて作製されたものである5の有機太陽電池、
7. 1〜3のいずれかのフラーレン誘導体を含む固体撮像素子または光センサー
を提供する。
また、上記フラーレン誘導体は、溶液状態での保存時や塗布操作途中での凝集が生じないことから、高い均一性を有する薄膜を作製することができ、素子の歩留まり向上や寿命向上を可能にする。
さらに、上記フラーレン誘導体が高溶解性を有することから、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)等の可溶性p層材料と混合して溶液を調製する際に、容易に高濃度化することができる。
また、塗布プロセスの条件によっては成膜面に微小な凹凸や細孔が形成されることから、積層法によってp層を隣接させた場合、p/n接合界面の面積を向上させ、太陽電池特性を向上させることができる。
特に、本発明の有機太陽電池に用いるフラーレン誘導体は、フェニレン基上に少なくとも1つフッ素原子を有しているため、これを適用した有機太陽電池、特に有機薄膜太陽電池のエネルギー変換効率をより向上し得る。
そして、上記フラーレン誘導体は、置換基および糖骨格を変更して種々の類縁体に容易に導くことができるため、微小な細孔の発生、適切な結晶性、結晶化温度の発現や、様々な物性のコントロールが可能である。上述のとおり、微小細孔や微結晶の形成によって、p,n積層構造素子におけるp/n接合界面の面積を向上させることができ、また、高い結晶性によってバルクへテロジャンクション素子(BHJ素子)におけるp/n混合層内での相分離を良好に発生させ、太陽電池特性を向上させることができる。
なお、本発明の有機太陽電池は、有機光電変換素子と同義であり、同様の素子構造を有しているCMOSイメージセンサー等の固体撮像素子や、光センサーへの応用も可能である。
本発明に係るフラーレン誘導体は、下記式(1)で表されるように、フッ素化フェニル置換ピロリジン骨格を有するC60化合物のフェニル基上に、糖基や置換糖基が少なくとも1つ付加した化合物である(以下、フラーレン誘導体(1)という場合もある)。
中でも、得られる有機太陽電池の変換効率をより高めることを考慮すると、R1〜R5のうち、4つがフッ素原子で、1つが糖基または置換糖基のものが好ましく、R3(ピロリジン骨格に対してパラ位)またはR2もしくはR4(ピロリジン骨格に対してメタ位)が糖基または置換糖基で、その他が全てフッ素原子のものがより好ましく、R3(ピロリジン骨格に対してパラ位)が糖基または置換糖基で、その他が全てフッ素原子のものがより一層好ましい。
テトロース基としては、エリトロース基であるエリトロシル基等が挙げられる。
ペントース基としては、アラビノース基であるアラビノシル基、リキソース基であるリキソシル基、リボース基であるリボシル基、キシロース基であるキシロシル基等が挙げられる。
ヘキソース基としては、アロース基であるアロシル基、フルクトース基であるフルクトシル基、ガラクトース基であるガラクトシル基、グルコース基であるグルコシル基、グロース基であるグロシル基、マンノース基であるマンノシル基、タガロース基であるタガロシル基、タロース基であるタロシル基、シアル酸基等が挙げられる。
これらの中でも、本発明においては、ヘキソース基が好ましく、特に、ガラクトシル基、グルコシル基が好適である。
オルガノチオ基としては、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、ラウリルチオ基等のアルキルチオ基などが挙げられる。
アシル基としては、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ベンゾイル基等が挙げられる。
その具体例としては、R7〜R15で例示したものと同様の置換基が挙げられるが、特に、炭素数1〜10のアルキル基、ベンジル基、p−メトキシベンジル基、t−ブチル基、メトキシメチル基、2−テトラヒドロピラニル基、エトキシエチル基、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、t−ブチルジフェニルシリル基等が好ましく、アセチル基がより好ましい。
また、フラーレンの仕込み量も特に限定されるものではなく、アルデヒド誘導体(5)1molに対し、フラーレン0.7〜1.3mol程度とすることができるが、1.0〜1.1molが好適である。
上記反応においては、アルデヒド誘導体(5)と、グリシン誘導体(6)とが反応して生じる水を、Dean−Stark法により除去しながら反応を行うことで、効率的にフラーレン誘導体(1)を得ることができる。
反応温度は、用いる溶媒の融点から沸点までの範囲で適宜設定すればよいが、50〜150℃程度が好ましい。
反応終了後は、常法に従って後処理をすることで、目的とするフラーレン誘導体(1)を得ることができる。
この場合、有機溶液は、上述したフラーレン誘導体と有機溶媒とを含み、フラーレン誘導体が有機溶媒に溶解した均一系有機溶液である。
有機溶媒としては、上記フラーレン誘導体の溶解能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン等の芳香族またはハロゲン化芳香族炭化水素溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、アセトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル等のエステル系溶媒;ジクロロエタン、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素溶媒;二硫化炭素などを用いることができる。
有機溶液中のフラーレン誘導体の含有量は、有機溶媒に溶解する量であれば特に限定されるものではないが、塗布性等の操作性などを考慮すると、0.01〜20質量%が好ましく、0.5〜3質量%がより好ましい。
塗布方法としては、特に限定されるものではなく、ディップ法、スピンコート法、転写印刷法、ロールコート法、刷毛塗り、インクジェット法、スプレー法等が挙げられる。
溶媒の蒸発法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ホットプレートやオーブン等を用いて、適切な雰囲気下、すなわち、大気、窒素等の不活性ガス、真空中等で蒸発させればよい。
焼成温度は、溶媒を蒸発させることができれば特に限定されないが、80〜100℃が好ましい。
以上説明したフラーレン誘導体を含む薄膜は、有機太陽電池素子、特に有機薄膜太陽電池素子における活性層として好適に用いることができ、特にn層、すなわちアクセプター層として好適に用いることができる。
例えば、本発明のフラーレン誘導体を有機薄膜太陽電池素子に使用する場合、以下の方法を挙げることができる。
陽極基板上に、陽極バッファ層材料を用いて塗布法または蒸着法によって陽極バッファ層薄膜を形成する。これをグローブボックス装置内に導入し、窒素等の不活性ガス雰囲気下、n型材料およびp型材料からなる活性層を形成する。この際、n型材料からなる薄膜であるn層と、p型材料からなる薄膜であるp層とを積層してもよく、各材料を混合してもよい。
すなわち、後述するp型材料と上記フラーレン誘導体とを混合して使用しても、それぞれを順次積層して使用してもよい。n層とp層とを積層させる場合、蒸着法によって本発明のフラーレン誘導体を含むn層上にp層を積層することができる。
なお、光電流の整流性をコントロールするため、任意の層間にキャリアブロック層を設けてもよい。
p型材料としては、P3HT等のポリアルキルチオフェン類、CuPC,ZnPC等のフタロシアニン類、テトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン類、国際公開第2010/008672号や特開2009−158921号公報に記載されているような縮環型チオフェンユニット含有ポリマー類などが挙げられ、特に、P3HT等のポリアルキルチオフェン類が好適である。
陰極材料としては、アルミニウム、マグネシウム−銀合金、アルミニウム−リチウム合金、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、バリウム、銀、金等が挙げられ、複数の陰極材料を積層したり、混合したりして使用することができる。
封止法としては、端部にUV硬化樹脂を付着させた凹型ガラス基板を、不活性ガス雰囲気下、有機薄膜太陽電池素子の成膜面側に付着させ、UV照射によって樹脂を硬化させる方法や、真空下、スパッタリング等の手法によって膜封止タイプの封止を行う方法などが挙げられる。
(1)融点:微量融点測定装置((株)柳本製作所製、MP-S3)
(2)NMR:超伝導核磁気共鳴スペクトル装置(日本電子(株)製、JNM-EX270およびJNM-ECS 400)
(3)IR:フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光(株)製、JASCO FT/IR-7000)
(4)MS:質量分析計(日本電子(株)製、JMS-AX500、およびBRUKER製、autoflex II MALDI TOF/TOF MS)
(5)旋光度:旋光計(日本分光(株)製、DIP-1000型)
(6)UV−VISスペクトル:紫外可視赤外分光光度計(日本分光(株)製、V-670分光光度計)
(7)HPLC:高速液体クロマトグラフ装置((株)日立製作所製、L-6000形日立高速液体クロマトグラフ、検出波長341nm)
(8)示差走査熱量分析(DSC):(株)リガク製、Thermo Plus 2シリーズ DSC8240
(9)XRD:PANalytial社製 X線回折装置 X’Pert PRO-MPD PW3040/60 DY2425
(10)グローブボックス:山八物産(株)製、VACグローブボックスシステム
(11)蒸着装置:アオヤマエンジニアリング(株)製、真空蒸着装置
(12)ソーラーシミュレータ:分光計器(株)製、OTENTOSUN−III、AM1.5Gフィルター、放射強度:100mW/cm2
(13)ソースメジャーユニット:ケースレーインスツルメンツ(株)製、2612A
(14)IPCEスペクトル:分光計器(株)製、ハイパーモノライトシステム SM−250
次に、抽出液を1%塩酸(20mL)で5回洗浄した後、1%炭酸水素ナトリウム水溶液(20mL)で5回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧濃縮して褐色粘性オイル(426mg)を得た。
残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに付し、ヘキサン−酢酸エチル(2:1(v/v))溶出分より、無色粘性オイル(243mg,93%)を得た。これをヘキサン−酢酸エチル(3:1(v/v))から再結晶し、無色針状晶[2](210mg,85%)を得た。得られた生成物の分析結果は以下に示す。
IR (KBr) 2940, 2878 (CH), 1752, 1719 (C=O), 1649, 1491 (C=C),
1241, 1224, 1079, 1038 (O-C=O or CF), 806 cm-1 (CH).
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 2.05 (6H, s, CH3), 2.07 (3H, s, CH3), 2.10 (3H, s, CH3),
3.81 (1H, ddd, J = 2.3, 5.0, 9.6 Hz, 5'-H), 4.13 (1H, dd, J = 2.3, 12.4 Hz, 6'-H),
4.25 (1H, dd, J = 5.0, 12.4 Hz, 6'-H), 5.17-5.33 (4H, m, 1', 2', 3', 4'-H),
10.25 (1H, s, CHO).
13C NMR (100.5 MHz, CDCl3) δ 20.57 (CH3×4), 61.33 (6'-C), 67.79 (4'-C),
71.20 (2'-C), 72.26 (3'-C), 72.70 (5'-C),
100.96 (1'-C), 110.85 (1-C, disappeared by DEPT 135),
139.27 (4-C, disappeared by DEPT 135),
140.52 (d, J = 263.40 Hz, 3, 5-C), 147.33 (d, J = 263.40 Hz, 2, 6-C),
169.08, 169.25, 170.09, 170.44 (CH3 CO, disappeared by DEPT 135),
181.85 (CHO).
MALDI-TOF-MS (Pos., DHB) m/z 547 ([M+Na]+), 563 ([M+K]+).
次に、抽出液を1%塩酸(20mL)で10回洗浄した後、1%炭酸水素ナトリウム水溶液(20mL)で10回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧濃縮して黄色粘性オイル(702mg)を得た。
残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに付し、ヘキサン−酢酸エチル(3:2(v/v))溶出分より、無色粘性オイル(417mg)を得た。これをエタノールから再結晶して無色針状晶[3](375mg,83%)を得た。得られた生成物の分析結果を以下に示す。
IR (KBr) 2995, 2966, 2854, 2752 (CH) 1754, 1735, 1694 (C=O), 1603, 1508 (C=C),
1236, 1085, 1056, 1035 (O-C=O), 849 cm-1 (CH).
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 2.05 (3H, s, CH3), 2.062 (3H, s, CH3),
2.064 (3H, s, CH3), 2.08 (3H, s, CH3),
3.93 (1H, ddd, J = 2.3, 5.5, 9.6 Hz, 5'-H),
4.18 (1H, dd, J = 2.3, 12.4 Hz, 6'-H), 4.29 (1H, dd, J = 5.5, 12.4 Hz, 6'-H),
5.14-5.25 (2H, m, 2', 4'-H), 5.28-5.36 (2H, m, 1', 3'-H),
7.10 (2H, d, J = 8.7 Hz, 3, 5-H),
7.85 (2H, d, J = 8.7 Hz, 2, 6-H), 9.92 (1H, s, CHO).
13C NMR (100.5 MHz, CDCl3) δ 20.61 (CH3×3), 20.67 (CH3), 61.83 (6'-C),
68.05 (4'-C), 70.94 (2'-C), 72.26 (3'-C), 72.48 (5'-C), 97.98 (1'-C),
116.70 (3, 5-C), 131.78 (1, 2, 6-C, reduced by DEPT 135),
161.15 (4-C, disappeared by DEPT 135),
169.17, 169.32, 170.14, 170.43 (CH3 CO, disappeared by DEPT 135),
190.64 (CHO).
FAB-MS (m-NBA) m/z 452 (M+), 451 ([M-H]+).
MALDI-TOF-MS (Pos., Dithranol) m/z 453 ([M+H]+), 475 ([M+Na]+), 491 ([M+K]+).
Found : C, 55.66 ; H, 5.37%.
反応液を減圧濃縮して得られた褐色固体(515mg)を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーに付した。二硫化炭素溶出分より未反応のC60(85mg,30%)を回収後、次にトルエン−酢酸エチル(5:1(v/v))溶出分より褐色固体[226mg,44%(63%)]を得た。さらに褐色固体をベンゼン(20mL)で加熱溶解した後、放冷下にヘキサン(30mL)を加えて再沈殿し、褐色固体[5][200mg,39%(56%)]を得た。得られた生成物の分析結果を以下に示す。
Relative ratio of diastereomers determined by 1H NMR:1/1.
IR (KBr) 2950, 2778 (CH), 1754 (C=O), 1493 (C=C),
1220, 1036 (O-C=O), 526 cm-1 (C60).
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 2.03 (6H, s, CH3), 2.05 (1.5H, s, CH3),
2.06 (1.5H, s, CH3), 2.08 (3H, s, CH3), 2.88 (3H, s, N-CH3),
3.78 (0.5H, ddd, J = 2.3, 5.0, 9.6 Hz, 5”-H),
3.79 (0.5H, ddd, J = 2.3, 5.0, 9.6 Hz, 5”-H),
4.11 (1H, dd, J = 2.3, 12.4 Hz, 6”-H), 4.20 (0.5H, J = 9.6 Hz, 5-H),
4.21 (0.5H, J = 9.6 Hz, 5-H), 4.27 (0.5H, dd, J = 5.0, 12.4 Hz, 6”-H),
4.28 (0.5H, dd, J = 5.0, 12.4 Hz, 6”-H),
5.03 (1H, d, J = 9.6 Hz, 5-H), 5.17-5.33 (4H, m, 1”, 2”, 3”, 4”-H),
5.46 (1H, s, 2-H).
13C NMR (100.5 MHz, CDCl3) δ 20.57, 20.62 (CH3×4),
40.31 (N-CH3×2), 61.42, 61.47 (6'-C), 67.96 (4'-C×2),
69.39 (3 or 4-C×2, disappeared by DEPT 135), 69.71 (5-C×2),
71.25 (2'-C×2), 72.34 (3' or 5'-C×2), 72.42 (3' or 5'-C×2),
74.97, 75.03 (2-C), 75.74 (3 or 4-C×2, disappeared by DEPT 135),
101.51 (1”-C×2), 111.65 (1'-C×2, disappeared by DEPT 135),
134.00 (4'-C×2, disappeared by DEPT 135),
135.53, 135.55, 135.82 (2C), 136.52, 136.54, 137.90, 139.52 (2C), 140.11 (2C),
140.15, 140.16 (3C), 140.25 (2C), 141.59 (2C), 141.62 (2C), 141.67 (3C),
141.69(3C), 141.84 (2C), 141.86 (2C), 141.93 (3C), 142.06 (4C), 142.13 (4C),
142.16 (3C), 142.20 (2C), 142.58 (5C), 142.68 (2C), 143.01 (2C), 143.08 (2C),
144.26 (2C), 144.39 (3C), 144.41 (2C), 144.69 (3C), 145.15 (3C), 145.21 (4C),
145.27 (3C), 145.33 (4C), 145.37 (2C), 145.43 (3C), 145.52 (3C), 145.59 (4C),
145.66 (2C), 145.97 (4C), 146.06 (3C), 146.10 (3C), 146.18 (3C), 146.28 (2C),
146.34 (2C), 147.31, 147.35 (2C), 151.13 (2C), 152.28, 152.30, 153.20 (2C),
153.22, 155.42 (2C) (C60, 2', 3', 5', 6'-C, disappeared by DEPT 135),
169.19 (2C), 169.26 (2C), 170.11 (2C), 170.45 (2C)
(CH3 CO, disappeared by DEPT 135).
MALDI-TOF-MS (Pos., Dithranol) m/z 1272 ([M+H]+).
UV-Vis (CHCl3) λmax nm (log ε) 430 (3.30), 310 (4.46), 256 (4.97).
HPLC (ODS, CHCl3, flow rate 1ml / min) retention time 2.28 min.
反応液を減圧濃縮して得られた黒褐色固体(533mg)を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーに付した。二硫化炭素溶出分よりC60(135mg,47%)を回収後、ベンゼン−酢酸エチル(5:1(v/v))溶出分より黒褐色固体[216mg,45%(85%)]を得た。さらに黒褐色固体をベンゼン(4mL)で加熱溶解した後、放冷下にエタノール(20mL)を加えて再沈殿して黒褐色固体[7][158mg,33%(76%)]を得た。得られた生成物の分析結果を以下に示す。
Relative ratio of diastereomers determined by 13C NMR:1/1.
IR (KBr) 2950, 2810, 2784 (CH), 1758 (C=O),
1228, 1040 (O-C=O), 526 cm-1 (C60).
1H NMR [(400 MHz, CDCl3 - CS2 (2:1)] δ 1.99, 2.015, 2.023, 2.04 (each 3H, s, CH3),
2.76 (3H, s, N-CH3), 3.80-3.86 (1.0H, m, 5”-H),
4.12 (1H, dd, J = 2.3, 11.9 Hz, 6”-H), 4.24 (1H, d, J = 9.6 Hz, 5-H),
4.24-4.27 (1H, m, 6”-H), 4.88 (1H, s, 2-H), 4.96 (1H, d, J = 9.6 Hz, 5-H),
5.06-5.15 (2H, m, 2”, 4”-H), 5.18-5.28 (2H, m, 1”, 3”-H),
7.01 (2H, d, J = 8.7 Hz, 3', 5'-H), 7.70 (2H, br s, 2', 6'-H).
13C NMR [(100.5 MHz, CDCl3 - CS2 (2:1)] δ 20.39, 20.42, 20.48, 20.55 (CH3×2),
39.90 (N-CH3×2), 61.78 (6”-C×2), 68.09 (4”-C×2),
68.82 (3 or 4-C×2, disappeared by DEPT 135),
69.90 (5-C×2), 71.02 (2”-C×2), 72.00 (3”-C×2), 72.60 (5”-C×2),
77.23 (3 or 4-C×2, disappeared by DEPT 135), 82.92 (2-C×2),
98.66, 98.74 (1”-C), 116.89 (3', 5'-C×2), 130.42 (2', 6'-C×2),
131.69 (2C), 131.73 (2C), 135.57 (2C), 135.73 (2C), 136.33 (2C),
136.79 (2C), 139.50 (2C), 139.82 (2C), 140.07 (2C), 140.10 (2C),
141.43 (2C), 141.57 (2C), 141.71 (2C), 141.79 (2C), 141.86 (2C),
141.92 (2C), 141.94 (2C), 142.01 (2C), 142.04 (2C), 142.12 (4C),
142.47 (4C), 142.51 (2C), 142.58 (2C), 142.90 (2C), 143.04 (2C),
144.23 (2C), 144.28 (2C), 144.46 (2C), 144.58 (2C), 145.03 (2C),
145.11 (4C), 145.15 (2C), 145.19 (2C), 145.24 (2C), 145.27 (2C),
145.38 (4C), 145.45 (2C), 145.60 (2C), 145.81 (2C), 145.99 (2C),
146.02 (2C), 146.05 (4C), 146.09 (2C), 146.17 (2C), 146.19 (2C),
146.28 (2C), 146.47 (2C), 147.17 (4C), 153.00 (2C), 153.18 (2C),
153.76 (2C), 156.03 (2C), 156.60 (2C),
156.64 (2C), (C60, 1', 4'-C, disappeared by DEPT 135),
168.81 (2C), 168.96 (2C), 169.79 (2C),
170.08 (2C) (CH3 CO, disappeared by DEPT 135).
FAB-MS (m-NBA) m/z 1200 ([M+H]+), 720 (C60).
MALDI-TOF-MS (Pos., Dithranol) m/z 1200 ([M+H]+), 1222 ([M+Na]+),
1239 ([M+K]+), 480 ([M-C60]+).
UV-Vis (CHCl3) λmax nm (log ε) 431 (3.58), 308 (4.59), 256 (5.09).
HPLC (ODS, CHCl3, flow rate 1 ml/min) retention time 2.62 min.
HPLC (Diol, CH3CN, flow rate 1 ml/min) retention time 8.28 min.
Anal. Calcd for C83H29O10N : C, 83.07 ; H, 2.44 ; N, 1.17%.
Found : C, 82.26 ; H, 2.90 ; N, 1.25%.
レジオレギュラーポリ(3−ヘキシルチオフェン)(メルク社製、製品名:lisicon(登録商標)SP−001)20mgおよび化合物[5]10mgを、クロロベンゼン1mLが入ったサンプル瓶の中に加え、60℃のホットプレート上で15時間撹拌して溶液Aを得た。
正極となるITO透明導電層を2mm×25mmのストライプ状にパターニングした25mm×25mmのガラス基板を30分間UV/オゾン処理した後に、基板上に正孔輸送層となるPEDOT:PSS水溶液(H.C.Starck社製、製品名:Clevios P VP.AI 4083)をスピンコート法により30nmの厚さに成膜した。ホットプレートにより150℃で30分間加熱乾燥した後、不活性ガスにより置換されたグローブボックス中で上記の溶液AをPEDOT:PSS層上に滴下し、スピンコート法により膜厚90nmの有機半導体層を形成した。
その後、有機半導体層が形成された基板と陰極用マスクを真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が1×10-3Pa以下になるまで再び排気し、抵抗加熱法によって、負極となるアルミニウム層を100nmの厚さに蒸着した。
以上のようにして、ストライプ状のITO層とアルミニウム層とが交差する部分の面積が2mm×2mmである光起電力素子を作製した。
得られた光起電力素子の光電変換効率は、ソーラーシミュレータ(分光計器(株)製、OTENTOSUN−III、AM1.5Gフィルター、放射強度:100mW/cm2)を用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定して求めた。結果を表1に示す。
化合物[5]の代わりに化合物[7]を用いた以外は、実施例2と同様にして光起電力素子を作製し、その特性を測定した。結果を表1に併せて示す。
Claims (7)
- 前記置換糖基の置換基が、炭素数1〜10のアルキル基、ベンジル基、p−メトキシベンジル基、メトキシメチル基、2−テトラヒドロピラニル基、エトキシエチル基、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、またはt−ブチルジフェニルシリル基である請求項1または2記載のフラーレン誘導体。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載のフラーレン誘導体を含む有機太陽電池。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載のフラーレン誘導体を含む薄膜を備える有機太陽電池。
- 前記薄膜が、前記フラーレン誘導体と前記有機溶媒とを含み、前記フラーレン誘導体が前記有機溶媒に溶解している均一系有機溶液を用いて作製されたものである請求項5記載の有機太陽電池。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載のフラーレン誘導体を含む固体撮像素子または光センサー。
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