JP2014078670A - Semiconductor device manufacturing method, photoelectric converter, solar cell, and solar cell module - Google Patents

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佳晴 佐藤
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出 武井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a photoelectric converter having higher photoelectric conversion performance.SOLUTION: In a method for manufacturing a semiconductor device provided with a semiconductor layer including a first semiconductor material and a second semiconductor material, one of which is an electron donor and the other is an electron acceptor, a manufacturing process of the semiconductor layer comprises a step of forming a layer including the first semiconductor material and a third material by evaporating the first semiconductor material and the third material, and a replacement step of replacing the third material with the second semiconductor material in the layer including the first semiconductor material and the third material, where the third material is a compound satisfying at least one of the following conditions. (1) A compound whose glass transition temperature by differential scanning calorimetry (DSC method) is 80°C to 200°C inclusive. (2) A compound whose crystallization temperature by differential scanning calorimetry (DSC method) is 180°C to 300°C inclusive.

Description

本発明は、半導体デバイスの製造方法、光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method, a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module.

近年、有機材料を用いた光電変換素子を含む太陽電池の開発が行われている。このような光電変換素子は通常、光吸収が行われる活性層と2つの電極とを有する。活性層としては、電子供与体と電子受容体の混合物を相分離させた系を用いるバルクへテロ接合型のものがある。光吸収によるキャリアは、活性層中の電子供与体相と電子受容体相との接触界面で主として生成すると考えられることから、素子の高効率化のためには両相の接触面積を増大させることが肝要である。   In recent years, solar cells including photoelectric conversion elements using organic materials have been developed. Such a photoelectric conversion element usually has an active layer that absorbs light and two electrodes. As the active layer, there is a bulk heterojunction type using a system in which a mixture of an electron donor and an electron acceptor is phase-separated. Carriers due to light absorption are thought to be generated mainly at the contact interface between the electron donor phase and the electron acceptor phase in the active layer. Therefore, in order to increase the efficiency of the device, the contact area between both phases should be increased. Is essential.

有機薄膜の相分離構造を制御する方法として、特許文献1には、ポリスチレン等の構造形成材料とP3HT等の硬化可能な第1の機能材料との混合物を基板面に沿った方向に相分離させるように堆積した後、構造形成材料を除去し、第1の機能材料を硬化させた後、PCBM等の第2の機能材料を堆積して、第1の機能材料の多孔質の構造に第2の機能材料を侵入させる方法が記載されている。   As a method for controlling the phase separation structure of an organic thin film, Patent Document 1 discloses that a mixture of a structure forming material such as polystyrene and a curable first functional material such as P3HT is phase-separated in a direction along the substrate surface. After the deposition, the structure-forming material is removed and the first functional material is cured, and then a second functional material such as PCBM is deposited to form a porous structure of the first functional material. A method of intruding the functional material is described.

また、特許文献2には、その一方が電子供与体であり他方が電子受容体である、第1の半導体材料と第2の半導体材料とを含む半導体層を備える半導体デバイスを製造方法であって、前記第1の半導体材料と半導体材料ではない第3の材料とを含む層に対して、前記第3の材料を前記第2の半導体材料で置換する置換工程を備える半導体デバイスの製造方法が記載されている。   Patent Document 2 discloses a method of manufacturing a semiconductor device including a semiconductor layer including a first semiconductor material and a second semiconductor material, one of which is an electron donor and the other is an electron acceptor. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of replacing the third material with the second semiconductor material for a layer including the first semiconductor material and a third material that is not a semiconductor material. Has been.

特表2008−523571号公報Special table 2008-523571 特開2010−192891号公報JP 2010-192891 A

特許文献1に開示されている方法では、第1の機能材料を硬化する方法として熱硬化やUV硬化が挙げられているが、この方法で第1の機能材料を十分に硬化させることは難しく、第2の機能材料を堆積させる時に、第1の機能材料が溶解してしまう恐れがある。
特許文献2に開示されている方法では、相分離構造を得ることができるが、電子供与体と電子受容体の接触面積を増大させて光電変換効率を向上させる観点からは、より細かく相分離構造を制御することが求められている。
In the method disclosed in Patent Document 1, heat curing and UV curing are listed as methods for curing the first functional material, but it is difficult to sufficiently cure the first functional material by this method, When the second functional material is deposited, the first functional material may be dissolved.
In the method disclosed in Patent Document 2, a phase separation structure can be obtained. From the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency by increasing the contact area between the electron donor and the electron acceptor, the phase separation structure is finer. Is required to control.

つまり、半導体デバイス、とりわけ光電変換素子の製造においては、半導体層及び半導体層の製造方法が性能を決定するのに重要であるが、上記公知文献の記載の方法では、光電変換効率等の素子性能が不十分であり、光電変換素子の実用化に向けて、さらなる改良が必要である。
本発明は、半導体層中の第1の半導体材料及び第2の半導体材料との相分離構造が制御された半導体デバイスを製造することを目的とする。特に、光電変換効率が向上した光電変換素子を製造することを目的とする。
That is, in the manufacture of semiconductor devices, particularly photoelectric conversion elements, the semiconductor layer and the method for manufacturing the semiconductor layer are important for determining the performance. Is insufficient, and further improvement is necessary for the practical application of photoelectric conversion elements.
An object of the present invention is to manufacture a semiconductor device in which a phase separation structure between a first semiconductor material and a second semiconductor material in a semiconductor layer is controlled. In particular, an object is to produce a photoelectric conversion element with improved photoelectric conversion efficiency.

本発明者等は上記実情に鑑み、潜在顔料を用いた活性層の形成方法において、相分離構造をよりよく制御して光電変換効率を高めるために鋭意検討した結果、ガラス転移温度又は結晶化温度が特定の範囲にある第3の材料を半導体層形成する際に使用することにより本発明の目的が達成されることを見出し、本発明に到達した。即ち、本発明の要旨は、以下の通りである。
[1]その一方が電子供与体であり他方が電子受容体である、第1の半導体材料と第2の半導体材料とを含む半導体層を備えた半導体デバイスの製造方法であって、
前記半導体層の製造工程が、前記第1の半導体材料と第3の材料とを蒸着して第1の半導体材料と第3の材料とを含む層を形成する工程
及び前記第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に対して、前記第3の材料を前記第2の半導体材料で置換する置換工程を備え、
前記第3の材料が以下の条件のうち少なくとも一つを満たす化合物であることを特徴とする、半導体デバイスの製造方法。
In view of the above circumstances, the present inventors have conducted extensive studies to improve the photoelectric conversion efficiency by better controlling the phase separation structure in the method for forming an active layer using a latent pigment, and as a result, the glass transition temperature or the crystallization temperature. The present inventors have found that the object of the present invention can be achieved by using a third material having a specific range in forming a semiconductor layer. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A method for manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor layer containing a first semiconductor material and a second semiconductor material, one of which is an electron donor and the other is an electron acceptor,
The manufacturing process of the semiconductor layer includes a step of depositing the first semiconductor material and a third material to form a layer including the first semiconductor material and the third material, and the first semiconductor material; A replacement step of replacing the third material with the second semiconductor material for a layer containing the third material;
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third material is a compound satisfying at least one of the following conditions.

(1)示差走査熱量測定法(DSC法)によるガラス転移温度が80℃以上200℃以下である化合物
(2)示差走査熱量測定法(DSC法)による結晶化温度が180℃以上300℃以下である化合物
[2]第3の材料が前記(1)及び(2)の条件を満たす化合物である、[1]に記載の半導体デバイスの製造方法。
[3]第3の材料が下記式(1)又は(2)で表される、[1]又は[2]に記載の半導体デバイスの製造方法。
(1) A compound having a glass transition temperature of 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower by differential scanning calorimetry (DSC method) (2) A crystallization temperature of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower by differential scanning calorimetry (DSC method) The compound [2] method for manufacturing a semiconductor device according to [1], wherein the third material is a compound satisfying the conditions (1) and (2).
[3] The method for manufacturing a semiconductor device according to [1] or [2], wherein the third material is represented by the following formula (1) or (2).

Figure 2014078670
Figure 2014078670

(式(1)中、Xは3価の基を表し、A〜Aは各々独立して置換基を有していてもよい芳香族基を表す。) (In formula (1), X represents a trivalent group, and A 1 to A 3 each independently represents an aromatic group which may have a substituent.)

Figure 2014078670
Figure 2014078670

(式(2)中、pは1以上の整数を表し、R11及びR12は各々独立して任意の置換基を表し、R11及びR12は互いに結合し環を形成していてもよい。pが2以上の場合に、複数のR11及び複数のR12は各々独立して異なっていてもよい。R13は置換基を有していてもよいp価の炭化水素基、置換基を有していてもよいp価の複素環基、又は置換基を有していてもよい炭化水素基及び置換基を有していてもよい複素環基の少なくとも一方が2以上連結したp価の基を表す。Yは周期表第16族元素から選ばれる原子を表す
。)
[4]前記置換工程では、前記第2の半導体材料の溶液を、前記第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に塗布することにより、前記第3の材料を前記第2の半導体材料で置換することを特徴とする、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。
[5]前記置換工程は、前記第1の半導体材料と第3の材料とを含む層から前記第3の材料を当該第3の材料の溶剤を用いて溶出除去する工程と、前記工程において前記第3の材料が除去された前記層に前記第2の半導体材料の溶液を塗布することにより、前記第2の半導体材料を含有させる工程とを含むことを特徴とする、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。
[6]前記第1の半導体材料は、前記第2の半導体材料の溶液中の溶媒に難溶又は不溶であり、前記第3の材料は、前記第2の半導体材料の溶液中の溶媒に可溶であることを特徴とする、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。
[7]前記第1の半導体材料は、前記第3の材料の溶剤に難溶又は不溶であることを特徴とする、[5]に記載の半導体デバイスの製造方法。
[8]前記半導体デバイスは光電変換素子であることを特徴とする、[1]〜[7]のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。
[9][8]に記載の製造方法により製造された光電変換素子を含むことを特徴とする、太陽電池。
[10][9]に記載の太陽電池を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
(In formula (2), p represents an integer of 1 or more, R 11 and R 12 each independently represent an arbitrary substituent, and R 11 and R 12 may be bonded to each other to form a ring. When p is 2 or more, the plurality of R 11 and the plurality of R 12 may each independently be different, and R 13 may be a p-valent hydrocarbon group or substituent which may have a substituent. P-valent heterocyclic group which may have a p-valent heterocyclic group or a hydrocarbon group which may have a substituent and at least one of a heterocyclic group which may have a substituent connected Y represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table.)
[4] In the replacement step, the third material is applied to the second semiconductor by applying a solution of the second semiconductor material to a layer including the first semiconductor material and the third material. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of [1] to [3], wherein the semiconductor device is replaced with a material.
[5] The replacing step includes the step of eluting and removing the third material from the layer containing the first semiconductor material and the third material using a solvent of the third material, Including the step of containing the second semiconductor material by applying a solution of the second semiconductor material to the layer from which the third material has been removed. ] The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of.
[6] The first semiconductor material is hardly soluble or insoluble in a solvent in the solution of the second semiconductor material, and the third material is acceptable in a solvent in the solution of the second semiconductor material. The method for producing a semiconductor device according to any one of [1] to [5], wherein the semiconductor device is melted.
[7] The method for manufacturing a semiconductor device according to [5], wherein the first semiconductor material is hardly soluble or insoluble in the solvent of the third material.
[8] The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of [1] to [7], wherein the semiconductor device is a photoelectric conversion element.
[9] A solar cell comprising a photoelectric conversion element produced by the production method according to [8].
[10] A solar cell module comprising the solar cell according to [9].

本発明の製造方法によれば、半導体層中の第1の半導体材料を効率良く結晶化することができる。また、光電変換素子の製造方法の場合には、光電変換性能の高い光電変換素子を提供することができる。   According to the manufacturing method of the present invention, the first semiconductor material in the semiconductor layer can be efficiently crystallized. Moreover, in the case of the manufacturing method of a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element with high photoelectric conversion performance can be provided.

第1の実施形態に係る光電変換素子の模式断面図である。It is a schematic cross section of the photoelectric conversion element which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る光電変換素子の模式断面図である。It is a schematic cross section of the photoelectric conversion element which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る光電変換素子の模式断面図である。It is a schematic cross section of the photoelectric conversion element which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る光電変換素子の模式断面図である。It is a schematic cross section of the photoelectric conversion element which concerns on 4th Embodiment. 本発明に係る一実施形態としての太陽電池の模式断面図である。It is a schematic cross section of the solar cell as one embodiment concerning the present invention. 本発明に係る一実施形態としての太陽電池モジュールの模式断面図である。It is a schematic cross section of the solar cell module as one embodiment concerning the present invention.

<1.本発明に係る半導体デバイス>
本発明に係る半導体デバイスは、その一方が電子供与体であり他方が電子受容体である、第1の半導体材料と第2の半導体材料とを含む半導体層を備えた半導体デバイスであって、前記半導体層の製造工程が、前記第1の半導体材料と第3の材料とを蒸着して第1の半導体材料と第3の材料とを含む層を形成する工程
及び前記第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に対して、前記第3の材料を前記第2の半導体材料で置換する置換工程を備え、前記第3の材料が以下の条件のうち少なくとも一つを満たす化合物である製造方法により得られるものである。
<1. Semiconductor Device According to the Present Invention>
A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device comprising a semiconductor layer including a first semiconductor material and a second semiconductor material, one of which is an electron donor and the other is an electron acceptor, A step of manufacturing a semiconductor layer, the step of depositing the first semiconductor material and the third material to form a layer including the first semiconductor material and the third material; and the first semiconductor material and the first material And a replacement step of replacing the third material with the second semiconductor material for the layer containing the third material, wherein the third material is a compound that satisfies at least one of the following conditions: It is obtained by a manufacturing method.

(1)示差走査熱量測定法(DSC法)によるガラス転移温度が80℃以上200℃以下である化合物
(2)示差走査熱量測定法(DSC法)による結晶化温度が180℃以上300℃以下である化合物 本発明に係る半導体デバイスの種類に特に制限はない。例としては、発光素子、スイッチング素子、光電変換素子、光電導性を利用した光センサー等が挙げられる。
(1) A compound having a glass transition temperature of 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower by differential scanning calorimetry (DSC method) (2) A crystallization temperature of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower by differential scanning calorimetry (DSC method) A certain compound There is no restriction | limiting in particular in the kind of semiconductor device concerning this invention. Examples include a light emitting element, a switching element, a photoelectric conversion element, an optical sensor using photoelectric conductivity, and the like.

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

光電変換素子の具体例としては、薄膜太陽電池、電荷結合素子(CCD)、光電子増倍管、フォトカプラ等が挙げられる。また、光電導性を利用した光センサーとしては、これらの光電変換素子を利用したものが挙げられる。
以下に、本発明の各実施形態に係る製造方法によって製造される光電変換素子について図面を参照して詳細に説明する。以下で説明される実施形態は、本発明の実施形態例(代表例)にすぎず、以下の実施形態に本発明が限定されるわけではない。
Specific examples of the photoelectric conversion element include a thin film solar cell, a charge coupled device (CCD), a photomultiplier tube, and a photocoupler. Moreover, what utilized these photoelectric conversion elements is mentioned as an optical sensor using photoelectric conductivity.
Below, the photoelectric conversion element manufactured by the manufacturing method concerning each embodiment of the present invention is explained in detail with reference to drawings. The embodiments described below are merely exemplary embodiments (representative examples) of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.

<2.光電変換素子>
本発明に係る製造方法によって製造される光電変換素子は、その一方が電子供与体であり他方が電子受容体である、第1の半導体材料と第2の半導体材料とを含む活性層を備える。以下に、本発明に係る光電変換素子のいくつかの実施形態について説明する。
本発明の第1〜第4の実施形態に係る光電変換素子100は、図1〜4に示すように、基板101、電極102、バッファ層103、活性層104、バッファ層105、及び電極106を有する。第1の実施形態に係る光電変換素子100の活性層104は、活性層(i−層)104cを有する。第2の実施形態に係る光電変換素子100の活性層104は、活性層(p−層)104a及び活性層(i−層)104cを有する。第3の実施形態に係る光電変換素子100の活性層104は、活性層(i−層)104c、及び活性層(n−層)104bを有する。また、第4の実施形態に係る光電変換素子100の活性層104は、活性層(p−層)104a、活性層(i−層)104c、及び活性層(n−層)104bを有する。
<2. Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element manufactured by the manufacturing method according to the present invention includes an active layer including a first semiconductor material and a second semiconductor material, one of which is an electron donor and the other is an electron acceptor. Several embodiments of the photoelectric conversion element according to the present invention will be described below.
As shown in FIGS. 1 to 4, the photoelectric conversion element 100 according to the first to fourth embodiments of the present invention includes a substrate 101, an electrode 102, a buffer layer 103, an active layer 104, a buffer layer 105, and an electrode 106. Have. The active layer 104 of the photoelectric conversion element 100 according to the first embodiment includes an active layer (i-layer) 104c. The active layer 104 of the photoelectric conversion element 100 according to the second embodiment includes an active layer (p-layer) 104a and an active layer (i-layer) 104c. The active layer 104 of the photoelectric conversion element 100 according to the third embodiment includes an active layer (i-layer) 104c and an active layer (n-layer) 104b. The active layer 104 of the photoelectric conversion element 100 according to the fourth embodiment includes an active layer (p-layer) 104a, an active layer (i-layer) 104c, and an active layer (n-layer) 104b.

本発明の別の実施形態に係る光電変換素子では、基板101が電極102側ではなく電極106側に配置されている。すなわち、別の実施形態に係る光電変換素子は、電極102、バッファ層103、活性層104、バッファ層105、電極106、及び基板101が積層された構造を有する。
本発明に係る光電変換素子は、基板101、バッファ層103とバッファ層105のいずれも有さなくてもよい。また、光電変換素子の受光面は、電極102側であってもよいし、電極106側であってもよい。
以下で、上述の各層について詳しく説明する。
In the photoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention, the substrate 101 is disposed not on the electrode 102 side but on the electrode 106 side. That is, the photoelectric conversion element according to another embodiment has a structure in which the electrode 102, the buffer layer 103, the active layer 104, the buffer layer 105, the electrode 106, and the substrate 101 are stacked.
The photoelectric conversion element according to the present invention may not include any of the substrate 101, the buffer layer 103, and the buffer layer 105. Further, the light receiving surface of the photoelectric conversion element may be on the electrode 102 side or on the electrode 106 side.
Hereinafter, each of the above-described layers will be described in detail.

<2.1 基板(101)>
基板101は光電変換素子100の支持体となるものである。基板101の材料は特に限定されないが、基板101が光電変換素子100の受光面側である場合には、基板101として透光性の高い材料を用いることが好ましい。基板101としては、有色のものを用いることも無色のものを用いることもできる。基板101の具体的な例としては、石英若しくはガラスの板、又はプラスチックのフィルム若しくはシート等が用いられる。特に、基板101としてガラス板を用いることは強度の点で好ましい。また、基板101としてポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート又はポリスルホン等の透明な合成樹脂基板を用いることは、軽量性の点で好ましい。基板101は、複数の層からなる多層構造を有していてもよい。
<2.1 Substrate (101)>
The substrate 101 serves as a support for the photoelectric conversion element 100. There is no particular limitation on the material of the substrate 101, but when the substrate 101 is on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element 100, it is preferable to use a highly light-transmitting material for the substrate 101. As the substrate 101, a colored one or a colorless one can be used. As a specific example of the substrate 101, a quartz or glass plate or a plastic film or sheet is used. In particular, the use of a glass plate as the substrate 101 is preferable in terms of strength. In addition, it is preferable in terms of lightness to use a transparent synthetic resin substrate such as polyester, polymethacrylate, polycarbonate, or polysulfone as the substrate 101. The substrate 101 may have a multilayer structure including a plurality of layers.

基板101は高いバリア性を有することが好ましい。ここでバリア性とは、酸素又は水蒸気等の気体を遮断する能力のことを指す。基板101のガスバリア性が高いことは、基板101を透過してくる気体により光電変換素子100が劣化する可能性を低減する点で好ましい。基板101として合成樹脂基板を用いる場合、例えば、合成樹脂基板の片面又は両面に緻密なシリコン酸化膜等を設けることによって、基板101のガスバリア性を高めることができる。   The substrate 101 preferably has a high barrier property. Here, the barrier property refers to the ability to block a gas such as oxygen or water vapor. It is preferable that the gas barrier property of the substrate 101 is high from the viewpoint of reducing the possibility that the photoelectric conversion element 100 is deteriorated by the gas passing through the substrate 101. When a synthetic resin substrate is used as the substrate 101, for example, by providing a dense silicon oxide film or the like on one surface or both surfaces of the synthetic resin substrate, the gas barrier property of the substrate 101 can be improved.

<2.2 電極(102,106)>
電極102、106は、光電変換素子100で発生した電気を外部から取り出すための端子である。電極102、106のうち一方は陽極(正孔を捕集する電極、アノード)であり、他方は陰極(電子を捕集する電極、カソード)である。以下では、電極102が陽極であり、電極106が陰極であるものとして説明する。もっとも、電極102が陰極であり、電極106が陽極であってもよい。光電変換素子100の受光面側に位置する電極は透光性を有することが好ましい。
<2.2 Electrodes (102, 106)>
The electrodes 102 and 106 are terminals for taking out electricity generated in the photoelectric conversion element 100 from the outside. One of the electrodes 102 and 106 is an anode (an electrode that collects holes, an anode), and the other is a cathode (an electrode that collects electrons, a cathode). In the following description, it is assumed that the electrode 102 is an anode and the electrode 106 is a cathode. However, the electrode 102 may be a cathode and the electrode 106 may be an anode. The electrode located on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element 100 preferably has translucency.

[2.2.1 陽極(102)]
陽極102は、活性層104で生成したキャリアである正孔を捕集する。陽極102の材料は特に限定されないが、例えば、インジウムスズ酸化物又はインジウム亜鉛酸化物等の金属酸化物等を用いることができる。陽極102は、例えば、スピンコート法等の塗布法、スパッタリング法又は真空蒸着法等により形成することができる。
[2.2.1 Anode (102)]
The anode 102 collects holes that are carriers generated in the active layer 104. Although the material of the anode 102 is not particularly limited, for example, a metal oxide such as indium tin oxide or indium zinc oxide can be used. The anode 102 can be formed by, for example, a coating method such as a spin coating method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.

陽極102が光電変換素子100の受光面側に位置する場合、光電変換効率を向上させる観点から、陽極102の可視光(波長360〜830nmの光)の透過率は60%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。陽極102の厚みは特に限定されないが、強度の観点から10nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがさらに好ましい。一方で、軽量性の観点から、1000nm以下であることが好ましく、300nm以下であることがさらに好ましい。陽極102は有色であっても無色であってもよい。   When the anode 102 is positioned on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element 100, it is preferable that the transmittance of visible light (light having a wavelength of 360 to 830 nm) of the anode 102 is 60% or more from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency. 80% or more is more preferable. The thickness of the anode 102 is not particularly limited, but is preferably 10 nm or more, and more preferably 50 nm or more from the viewpoint of strength. On the other hand, from the viewpoint of lightness, it is preferably 1000 nm or less, and more preferably 300 nm or less. The anode 102 may be colored or colorless.

[2.2.2 陰極(106)]
陰極106は、活性層104で生成したキャリアである電子を捕集する。陰極106の材料は特に限定されないが、例えば、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム若しくは銀等の金属若しくは合金、又はインジウムスズ酸化物若しくはインジウム亜鉛酸化物等の透明酸化物半導体を用いることが、活性層104において電荷分離によって生じた電子を効率的に受け取ることができるために好ましい。陰極106は、例えば、スピンコート法若しくはインクジェット法等の塗布法、スパッタリング法又は真空蒸着法等により形成することができる。
[2.2.2 Cathode (106)]
The cathode 106 collects electrons that are carriers generated in the active layer 104. The material of the cathode 106 is not particularly limited. For example, a metal or alloy such as magnesium, indium, calcium, aluminum, or silver, or a transparent oxide semiconductor such as indium tin oxide or indium zinc oxide is used as the active layer. It is preferable because electrons generated by charge separation in 104 can be received efficiently. The cathode 106 can be formed by, for example, a coating method such as a spin coating method or an inkjet method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.

陰極106が光電変換素子100の受光面側に位置する場合、光電変換効率を向上させる観点から、陰極106の可視光(波長360〜830nmの光)の透過率は60%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。陰極106の厚みは特に限定されないが、強度の観点から10nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがさらに好ましい。一方で、軽量性の観点から、1000nm以下であることが好ましく、300nm以下であることがさらに好ましい。陰極106は有色であっても無色であってもよい。   When the cathode 106 is positioned on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element 100, the visible light (light with a wavelength of 360 to 830 nm) transmittance of the cathode 106 is preferably 60% or more from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency. 80% or more is more preferable. The thickness of the cathode 106 is not particularly limited, but is preferably 10 nm or more, and more preferably 50 nm or more from the viewpoint of strength. On the other hand, from the viewpoint of lightness, it is preferably 1000 nm or less, and more preferably 300 nm or less. The cathode 106 may be colored or colorless.

<2.3 バッファ層(103、105)>
バッファ層103、105は、活性層104において電荷分離によって生じたキャリア(電子又は正孔)を、電極102、106へと効率的に輸送するためのものである。本明細書においては、正孔を陽極へと輸送するバッファ層を陽極バッファ層と呼ぶ。また、電
子を陰極へと輸送するバッファ層を陰極バッファ層と呼ぶ。通常、陽極バッファ層は活性層と陽極とに接しており、陰極バッファ層は活性層と陰極とに接している。
以下で、陽極バッファ層及び陰極バッファ層についてより詳しく説明する。以下では、電極102が陽極であり、電極106が陰極であるものとして説明する。すなわちこの場合、バッファ層103は陽極バッファ層であり、バッファ層105は陰極バッファ層である。
<2.3 Buffer layer (103, 105)>
The buffer layers 103 and 105 are for efficiently transporting carriers (electrons or holes) generated by charge separation in the active layer 104 to the electrodes 102 and 106. In this specification, the buffer layer that transports holes to the anode is referred to as an anode buffer layer. A buffer layer that transports electrons to the cathode is called a cathode buffer layer. Usually, the anode buffer layer is in contact with the active layer and the anode, and the cathode buffer layer is in contact with the active layer and the cathode.
Hereinafter, the anode buffer layer and the cathode buffer layer will be described in more detail. In the following description, it is assumed that the electrode 102 is an anode and the electrode 106 is a cathode. That is, in this case, the buffer layer 103 is an anode buffer layer, and the buffer layer 105 is a cathode buffer layer.

[2.3.1 陽極バッファ層(103)]
陽極バッファ層103に用いられる材料としては、活性層で生成された正孔を陽極へ輸送できる材料であれば特に限定されない。このような陽極バッファ層103を有することにより、陽極バッファ層103に隣接する層から、陽極バッファ層103に隣接する他の層へと、正孔がスムーズに輸送されうる。例えば陽極バッファ層103は、活性層104で生成した正孔を、再結合等による失活を抑制しながら、効率的に陽極へと輸送しうる。このため、各実施形態に係る光電変換素子100の光電変換特性が向上しうる。陽極バッファ層103に用いられる材料は、正孔移動度が高くかつ導電率が高いことが好ましい。さらには、陽極バッファ103層に用いられる材料は、陽極との間の正孔注入障壁が小さいことが好ましい。
[2.3.1 Anode buffer layer (103)]
The material used for the anode buffer layer 103 is not particularly limited as long as it can transport holes generated in the active layer to the anode. By having such an anode buffer layer 103, holes can be smoothly transported from a layer adjacent to the anode buffer layer 103 to another layer adjacent to the anode buffer layer 103. For example, the anode buffer layer 103 can efficiently transport holes generated in the active layer 104 to the anode while suppressing deactivation due to recombination or the like. For this reason, the photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element 100 according to each embodiment can be improved. The material used for the anode buffer layer 103 preferably has high hole mobility and high conductivity. Furthermore, the material used for the anode buffer 103 layer preferably has a small hole injection barrier with the anode.

陽極バッファ層103の材料としては、例えば、共役系高分子化合物を、特に導電性高分子を用いることができる。導電性高分子の例としては、電子受容性化合物を混合したポリチオフェンであるポリ(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)(略称 PEDOT:PSS)、電子受容性化合物を混合したポリアニリン、ポリピロール等が挙げられる。   As a material of the anode buffer layer 103, for example, a conjugated polymer compound, particularly a conductive polymer can be used. As an example of the conductive polymer, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) (abbreviation PEDOT: PSS), which is a polythiophene mixed with an electron-accepting compound, and an electron-accepting compound are mixed Examples include polyaniline and polypyrrole.

導電性高分子以外の例としては、金属酸化物が挙げられ、三酸化モリブデン(MoO)、五酸化バナジウム(V)、酸化タングステン(WO)又は酸化ニッケル(NiO)等が挙げられる。
活性層104に対して受光面側に陽極バッファ層103が位置する場合、陽極バッファ層103は透光性を有することが好ましい。この場合、陽極バッファ層103の太陽光の透過率は60%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。より多くの太陽光が透過するほど、活性層104により多くの光が到達するため、光電変換効率が向上することが期待される。
Examples other than the conductive polymer include metal oxides, such as molybdenum trioxide (MoO 3 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), tungsten oxide (WO 3 ), or nickel oxide (NiO). Be
When the anode buffer layer 103 is positioned on the light receiving surface side with respect to the active layer 104, the anode buffer layer 103 preferably has a light-transmitting property. In this case, the sunlight transmittance of the anode buffer layer 103 is preferably 60% or more, and more preferably 80% or more. As more sunlight is transmitted, more light reaches the active layer 104, so that the photoelectric conversion efficiency is expected to improve.

陽極バッファ層103の形成方法は任意であり、例えばスピンコート法若しくはインクジェット法等の湿式塗布法、又は真空蒸着法等が挙げられる。活性層104を被覆することにより開放電圧を高めるために陽極バッファ層103の均一性を確保する観点からは、陽極バッファ層103の厚みは3nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがさらに好ましい。また、電気抵抗を小さくしてフィルファクタを高くする観点からは、陽極バッファ層103の厚みは200nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがさらに好ましい。
陽極バッファ層103は、1種類の材料によって構成されていてもよいし、任意の比率で組み合わせられた2種類以上の材料によって構成されていてもよい。
A method for forming the anode buffer layer 103 is arbitrary, and examples thereof include a wet coating method such as a spin coating method or an inkjet method, or a vacuum deposition method. From the viewpoint of ensuring the uniformity of the anode buffer layer 103 in order to increase the open-circuit voltage by covering the active layer 104, the thickness of the anode buffer layer 103 is preferably 3 nm or more, and more preferably 10 nm or more. preferable. Moreover, from the viewpoint of reducing the electrical resistance and increasing the fill factor, the thickness of the anode buffer layer 103 is preferably 200 nm or less, and more preferably 100 nm or less.
The anode buffer layer 103 may be composed of one type of material, or may be composed of two or more types of materials combined at an arbitrary ratio.

[2.3.2 陰極バッファ層(105)]
陰極バッファ層105は、活性層104で生成した電子を効率的に陰極106に輸送する機能を有する。この観点から、エキシトンの拡散防止のために、陰極バッファ層105の材料は、活性層104の材料よりも大きな光学ギャップを有することが好ましい。また、陰極バッファ層105の材料は、高い電子輸送性を有すること、及び陰極106の仕事関数を実効的に低下させることが好ましい。また、陰極バッファ層105は、隣接する活性層104及び陰極106と物理的によく密着していることが好ましい。
[2.3.2 Cathode buffer layer (105)]
The cathode buffer layer 105 has a function of efficiently transporting electrons generated in the active layer 104 to the cathode 106. From this point of view, the cathode buffer layer 105 material preferably has a larger optical gap than the active layer 104 material in order to prevent exciton diffusion. The material of the cathode buffer layer 105 preferably has a high electron transport property and effectively lowers the work function of the cathode 106. The cathode buffer layer 105 is preferably in close physical contact with the adjacent active layer 104 and cathode 106.

これらの観点から、陰極バッファ層105の材料としては、無機化合物の中では、酸化亜鉛又は酸化チタン等の、n型半導体特性を示す金属酸化物(例えば、Appl.Phys.Lett.2008,92,253301.に記載); フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩(例えばS.E.Shaheenら,Appl.Phys.Lett.,78巻,841−843頁,2001年に記載)が好ましい。有機化合物の中では、バソクプロイン(BCP)のようなフェナントロリン化合物(例えばS.Uchida et al. Appl.Phys.Lett.84,4218−4220,2004.に記載)又はホスフィンオキサイド化合物等のリン原子と2重結合を有する化合物(例えば国際公開第2012/102390号に記載)等を用いることが好ましい。より好ましくは、変換効率向上の点でホスフィンオキサイド化合物等のリン原子と2重結合を有する化合物がより好ましい。   From these viewpoints, as the material of the cathode buffer layer 105, among inorganic compounds, metal oxides exhibiting n-type semiconductor characteristics such as zinc oxide or titanium oxide (for example, Appl. Phys. Lett. 2008, 92, Inorganic salts such as lithium fluoride and cesium fluoride (for example, described in SE Shahen et al., Appl. Phys. Lett., 78, 841-843, 2001) are preferable. Among organic compounds, a phenanthroline compound such as bathocuproine (BCP) (for example, described in S. Uchida et al. Appl. Phys. Lett. 84, 4218-4220, 2004.) or a phosphine oxide compound and It is preferable to use a compound having a heavy bond (for example, described in International Publication No. 2012/102390). More preferably, a compound having a phosphorus atom and a double bond such as a phosphine oxide compound is more preferable in terms of improving the conversion efficiency.

陰極バッファ層105の形成方法としては、例えばスピンコート法若しくはインクジェット法等の湿式塗布法、又は真空蒸着法等が挙げられる。陰極バッファ層105の厚みは特に限定されないが、活性層104を完全に被覆する観点から1nm以上であることが好ましく、2nm以上であることがさらに好ましい。一方で、内部抵抗を低下させ、フィルファクター(FF)の低下を防ぐ観点から、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがさらに好ましい。
また、陰極バッファ層105が活性層104に対して光電変換素子100の受光面側に位置する場合、陰極バッファ層105は透光性を有することが好ましく、具体的には可視光(波長360〜830nmの光)の透過率が60%以上であることが好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。
Examples of the method for forming the cathode buffer layer 105 include a wet coating method such as a spin coating method or an inkjet method, or a vacuum deposition method. The thickness of the cathode buffer layer 105 is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more and more preferably 2 nm or more from the viewpoint of completely covering the active layer 104. On the other hand, from the viewpoint of reducing internal resistance and preventing a decrease in fill factor (FF), the thickness is preferably 100 nm or less, and more preferably 50 nm or less.
When the cathode buffer layer 105 is positioned on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element 100 with respect to the active layer 104, the cathode buffer layer 105 preferably has a light-transmitting property, specifically visible light (wavelength 360 to 360). (Light of 830 nm) is preferably 60% or more, and more preferably 80% or more.

<2.4 活性層(104)>
活性層104は、その一方が電子供与体であり他方が電子受容体である、第1の半導体材料と第2の半導体材料とを含む。活性層104に用いられる半導体材料は、少なくとも一つの材料が、波長が可視領域から近赤外領域にある光を効率的に吸収でき、光で誘起された正孔又は電子を効率よく輸送するために高い移動度を有する材料であることが好ましい。
<2.4 Active layer (104)>
The active layer 104 includes a first semiconductor material and a second semiconductor material, one of which is an electron donor and the other is an electron acceptor. As the semiconductor material used for the active layer 104, at least one material can efficiently absorb light having a wavelength from the visible region to the near infrared region, and efficiently transports holes or electrons induced by light. It is preferable that the material has a high mobility.

第1〜第4の実施形態に係る光電変換素子100は、バルクヘテロ接合型の活性層104を有する。バルクヘテロ接合型の光電変換素子の活性層104は、第1の半導体材料と第2の半導体材料とを含む半導体層である活性層(i−層)104cを有する。第1の半導体材料と第2の半導体材料とが相分離構造を形成することにより、両者の接触面積が増大し、より効率的に電荷分離が行われる。この観点から、活性層(i−層)104cにおいては、第1の半導体材料と第2の半導体材料とが、エキシトンの拡散長程度、例えば10nm程度、の大きさをそれぞれが有するように相分離していることが好ましい。   The photoelectric conversion element 100 according to the first to fourth embodiments includes a bulk heterojunction active layer 104. The active layer 104 of the bulk heterojunction photoelectric conversion element includes an active layer (i-layer) 104c that is a semiconductor layer including a first semiconductor material and a second semiconductor material. When the first semiconductor material and the second semiconductor material form a phase separation structure, the contact area between the two increases, and charge separation is performed more efficiently. From this point of view, in the active layer (i-layer) 104c, the first semiconductor material and the second semiconductor material are phase-separated so that each has a size of about the exciton diffusion length, for example, about 10 nm. It is preferable.

[2.4.1 第1の半導体材料]
第1の半導体材料は、電子供与体又は電子受容体である。ここで電子供与体とは、通常は固体状態でp型半導体特性を示す材料であり、電子受容体とは、通常は固体状態でn型半導体特性を示す材料である。第1の半導体材料は、1種の化合物により構成されても、複数種の化合物の混合物として構成されてもよい。
[2.4.1 First semiconductor material]
The first semiconductor material is an electron donor or electron acceptor. Here, the electron donor is a material that usually shows p-type semiconductor characteristics in a solid state, and the electron acceptor is a material that usually shows n-type semiconductor characteristics in a solid state. The first semiconductor material may be composed of one compound or a mixture of a plurality of compounds.

第1の半導体材料は、真空蒸着による成膜が容易な点で有機半導体材料であることが好ましい。また、第1の半導体材料は半導体特性を示し、具体的には第1の半導体材料で構成される層のキャリア移動度は1×10−6cm/Vs以上であることが好ましい。キャリア移動度の測定方法としてはFET法が挙げられ、公知文献(特開2010−045186号公報)に記載の方法により実施することができる。 The first semiconductor material is preferably an organic semiconductor material in that film formation by vacuum deposition is easy. The first semiconductor material exhibits semiconductor characteristics. Specifically, the carrier mobility of the layer formed of the first semiconductor material is preferably 1 × 10 −6 cm 2 / Vs or more. An example of a method for measuring carrier mobility is an FET method, which can be performed by a method described in a known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-045186).

後述するように、活性層(i−層)104cを形成する際には、第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に対して、第3の材料を第2の半導体材料で置換する処理が行われる。ここで、第2の半導体材料の溶液を用いて第3の材料を第2の半導体材料で置換する場合、第1の半導体材料は第2の半導体材料の溶液中の溶媒に難溶又は不溶であることが好ましい。また、第3の材料の溶剤を用いて第3の材料を溶出除去する場合、第1の半導体材料は第3の材料の溶剤に難溶又は不溶であることが好ましい。本明細書において化合物が難溶又は不溶であるとは、化合物の溶解度が0.1重量%未満であることを指す。この観点から、第1の半導体材料は一般的な溶媒に対する溶解度が小さいことが好ましい。具体的には、トルエンに対する溶解度が、通常1.0重量%未満、好ましくは0.1重量%未満であることが好ましい。   As will be described later, when the active layer (i-layer) 104c is formed, the third material is replaced with the second semiconductor material for the layer including the first semiconductor material and the third material. Processing is performed. Here, when the third material is replaced with the second semiconductor material using the solution of the second semiconductor material, the first semiconductor material is hardly soluble or insoluble in the solvent in the solution of the second semiconductor material. Preferably there is. When the third material is eluted and removed using the third material solvent, the first semiconductor material is preferably hardly soluble or insoluble in the third material solvent. In the present specification, the compound being hardly soluble or insoluble means that the solubility of the compound is less than 0.1% by weight. From this viewpoint, the first semiconductor material preferably has a low solubility in a general solvent. Specifically, the solubility in toluene is usually less than 1.0% by weight, preferably less than 0.1% by weight.

第1の半導体材料が電子供与体である場合、第1の半導体材料は、真空蒸着が可能な程度の昇華性を有し、溶解性が適切な範囲にあり、電子供与体として機能する化合物であれば特に限定されない。
第1の半導体材料は、第2の半導体材料へと効率よく電子を与え、電極へと正孔を効率よく輸送できることが好ましい。電子供与体である第1の半導体材料の例としては、フタロシアニン化合物若しくはその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物若しくはその金属錯体、等の大環状化合物;ナフタセン、ペンタセン若しくはピレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも一つ以上を含み、かつ合計4個以上連結したもの;等が挙げられる。なかでも、溶解性の観点から、フタロシアニン化合物若しくはその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物若しくはその金属錯体、オリゴチフェン類等の化合物が好ましい。以下に、具体的な化合物例を示すが、下記化合物に限定されるわけではない。
In the case where the first semiconductor material is an electron donor, the first semiconductor material is a compound that has a sublimation property that allows vacuum deposition, has a solubility in an appropriate range, and functions as an electron donor. If there is no particular limitation.
It is preferable that the first semiconductor material can efficiently supply electrons to the second semiconductor material and efficiently transport holes to the electrode. Examples of the first semiconductor material that is an electron donor include a phthalocyanine compound or a metal complex thereof, or a macrocyclic compound such as a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin or a metal complex thereof; a condensed fragrance such as naphthacene, pentacene, or pyrene. Group hydrocarbons; oligothiophenes containing four or more thiophene rings such as α-sexithiophene; at least one of thiophene ring, benzene ring, fluorene ring, naphthalene ring, anthracene ring, thiazole ring, thiadiazole ring and benzothiazole ring Including 4 or more in total, and the like. Among these, from the viewpoint of solubility, a phthalocyanine compound or a metal complex thereof, a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin or a metal complex thereof, and a compound such as an oligothiophene are preferable. Specific examples of the compounds are shown below, but are not limited to the following compounds.

Figure 2014078670
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Figure 2014078670
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第1の半導体材料が電子受容体である場合、第1の半導体材料は、真空蒸着が可能な程度の昇華性を有し、溶解性が適切な範囲にあり、電子受容体として機能する化合物であれば特に限定されない。第1の半導体材料は、第2の半導体材料から効率よく電子を受け取り、電極へと電子を効率よく輸送できることが好ましい。電子受容体である第1の半導体材料の例としては、無機半導体材料としては、具体的には、MoO、V又はWO等の真空蒸着可能なn型金属酸化物が挙げられる。 In the case where the first semiconductor material is an electron acceptor, the first semiconductor material is a compound that has a sublimation property that allows vacuum deposition, has a solubility in an appropriate range, and functions as an electron acceptor. If there is no particular limitation. It is preferable that the first semiconductor material can efficiently receive electrons from the second semiconductor material and efficiently transport the electrons to the electrode. As an example of the first semiconductor material that is an electron acceptor, specific examples of the inorganic semiconductor material include n-type metal oxides such as MoO 3 , V 2 O 5, and WO 3 that can be vacuum deposited. .

有機半導体材料としては、具体的には、フタロシアニン化合物若しくはその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物若しくはその金属錯体等の、フッ素原子のようなハロゲン原子で置換された大環状化合物;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若しく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、ビピリジン誘導体若しくはボラン誘導体;アントラセン、ピレン、ナフタセン若しく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;等が挙げられる。なかでも、有機溶媒に対する溶解性が低い点から、フタロシアニン化合物若しくはその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物若しくはその金属錯体等の、フッ素原子のようなハロゲン原子で置換された大環状化合物、C60やC70等のフラーレン化合物、ペリレンジイミド誘導体が好ましい。 Specific examples of the organic semiconductor material include a phthalocyanine compound or a metal complex thereof, a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin or a metal complex thereof, and the like, a macrocyclic compound substituted with a halogen atom such as a fluorine atom; a fullerene compound Quinolinol derivative metal complex represented by 8-hydroxyquinoline aluminum; condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetracarboxylic acid diimide; perylene diimide derivative, terpyridine metal complex, tropolone metal complex, flavonol metal Complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives, Diazole derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives, bipyridine derivatives or borane derivatives; all fluorines of condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as anthracene, pyrene, naphthacene or pentacene And the like. Among these, from the point of low solubility in organic solvents, macrocyclic compounds substituted with a halogen atom such as a fluorine atom, such as a phthalocyanine compound or a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin or a metal complex thereof, fullerene compounds such as C 60 and C 70, perylenediimides derivatives.

[2.4.2 第2の半導体材料]
第2の半導体材料は、第1の半導体材料が電子供与体である場合には電子受容体であり、第1の半導体材料が電子受容体である場合には電子供与体である。第2の半導体材料は、1種の化合物により構成されても、複数種の化合物の混合物として構成されてもよい。第2の半導体材料は、塗布成膜が容易な点で有機半導体材料であることが好ましい。また、第2の半導体材料は半導体特性を示し、具体的には第2の半導体材料で構成される層のキャリア移動度は1×10−6cm/Vs以上であることが好ましい。キャリア移動度の測定方法としてはFET法が挙げられ、公知文献(特開2010−045186号公報)に記載の方法により実施することができる。
[2.4.2 Second semiconductor material]
The second semiconductor material is an electron acceptor when the first semiconductor material is an electron donor, and is an electron donor when the first semiconductor material is an electron acceptor. The second semiconductor material may be composed of one compound or a mixture of a plurality of compounds. The second semiconductor material is preferably an organic semiconductor material in terms of easy coating and film formation. The second semiconductor material exhibits semiconductor characteristics. Specifically, the carrier mobility of a layer formed of the second semiconductor material is preferably 1 × 10 −6 cm 2 / Vs or higher. An example of a method for measuring carrier mobility is an FET method, which can be performed by a method described in a known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-045186).

第2の半導体材料が一般的な溶媒に対して溶解度が高いことは、第2の半導体材料を含む層を塗布法によって成膜しやすい点で好ましい。具体的には、25℃におけるトルエンに対する溶解度が、0.1重量%以上であることが好ましく、1.0重量%以上であることがより好ましい。
第2の半導体材料が電子供与体である場合、第2の半導体材料は、電子供与体として機能する化合物であれば特に限定されない。第2の半導体材料は、第1の半導体材料へと効率よく電子を与え、電極へと正孔を効率よく輸送できることが好ましい。電子供与体である第2の半導体材料の例としては、具体的には、ナフタセン、ペンタセン若しくはピレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも一つ以上を含み、かつ合計4個以上連結したもの;フタロシアニン化合物若しくはその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物若しくはその金属錯体、等の大環状化合物;スクアリリウム;ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン若しくはポリアニリン等の共役ポリマー
半導体;アルキル基若しくは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。
It is preferable that the second semiconductor material has a high solubility in a general solvent in that a layer containing the second semiconductor material can be easily formed by a coating method. Specifically, the solubility in toluene at 25 ° C. is preferably 0.1% by weight or more, and more preferably 1.0% by weight or more.
When the second semiconductor material is an electron donor, the second semiconductor material is not particularly limited as long as it is a compound that functions as an electron donor. It is preferable that the second semiconductor material can efficiently supply electrons to the first semiconductor material and efficiently transport holes to the electrode. As an example of the second semiconductor material which is an electron donor, specifically, 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 and a benzothiazole ring, and a total of four or more linked; a phthalocyanine compound or a metal complex thereof; Or a macrocyclic compound such as a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin or a metal complex thereof; squarylium; a conjugated polymer semiconductor such as polythiophene, polyfluorene, polyparaphenylene vinylene, polythienylene vinylene, polyacetylene, or polyaniline; And the like; le groups or other substituents polymeric semiconductors such as oligothiophene substituted.

電子供与体の好ましい例としては、溶解性を有する低分子系化合物(オリゴチオフェン若しくはスクアリリウム等)又は共役系高分子化合物が挙げられる。共役系高分子化合物の具体例としては、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン又はポリフルオレンを基本骨格とするものが挙げられる。以下に具体例を示す。もっとも、電子供与体として用いられる共役系高分子化合物が下記の化合物に限定されるわけではない。下式において、括弧は繰り返し単位を示す。   Preferable examples of the electron donor include a low molecular compound having solubility (such as oligothiophene or squarylium) or a conjugated polymer compound. Specific examples of the conjugated polymer compound include those having polythiophene, polyparaphenylene vinylene, or polyfluorene as a basic skeleton. Specific examples are shown below. However, the conjugated polymer compound used as the electron donor is not limited to the following compounds. In the following formula, parentheses indicate a repeating unit.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

第2の半導体材料が電子受容体である場合、第2の半導体材料は、電子受容体として機能する化合物であれば特に限定されない。第2の半導体材料は、第1の半導体材料から効率よく電子を受け取り、電極へと電子を効率よく輸送できることが好ましい。電子受容体である第2の半導体材料の例としては、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若しく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、ビピリジン誘導体若しくはボラン誘導体;アントラセン、ピレン、ナフタセン若しく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型ポリマー(n型高分子半導体化合物)等が挙げられる。
When the second semiconductor material is an electron acceptor, the second semiconductor material is not particularly limited as long as it is a compound that functions as an electron acceptor. It is preferable that the second semiconductor material can efficiently receive electrons from the first semiconductor material and efficiently transport the electrons to the electrode. Specific examples of the second semiconductor material that is an electron acceptor include fullerene compounds; quinolinol derivative metal complexes typified by 8-hydroxyquinoline aluminum; naphthalene tetracarboxylic acid diimide or perylene tetracarboxylic acid diimide. Condensed ring tetracarboxylic acid diimides; perylene diimide derivatives, terpyridine metal complexes, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives , Thiadiazole derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinolines Conductor, bipyridine derivatives or borane derivatives; anthracene, pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthacene or pentacene; single-walled carbon nanotubes; n-type polymer (n-type polymer semiconductor compound) and the like.

電子受容体として好ましくは、フラーレン又はフラーレン誘導体である。ここでフラーレンとは、閉殻構造を有する炭素クラスターであり、フラーレンの炭素数は、通常60以上130以下の偶数であれば何でもよい。フラーレンとしては、例えば、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94、C96及びこれらよりも多くの炭素を有する高次の炭素クラスター等が挙げられる。その中でも、C60又はC70が好ましい。フラーレンとしては、フラーレン環上の一部の炭素−炭素結合が切れていてもよい。また、一部の炭素原子が、他の原子に置き換えられていてもよい。さらに、金属原子、非金属原子あるいはこれらから構成される原子団がフラーレンケージ内に内包されていてもよい。 The electron acceptor is preferably fullerene or a fullerene derivative. Here, the fullerene is a carbon cluster having a closed shell structure, and the carbon number of the fullerene is not particularly limited as long as it is usually an even number of 60 to 130. Examples of fullerenes include C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 94 , C 96 and higher carbon clusters having more carbon than these. . Among these, C60 or C70 is preferable. As the fullerene, some carbon-carbon bonds on the fullerene ring may be broken. Some carbon atoms may be replaced with other atoms. Furthermore, a metal atom, a non-metal atom, or an atomic group composed of these may be included in the fullerene cage.

フラーレン誘導体は置換基を有するフラーレンであり、置換基としては例えば、置換基を有していてもよい炭素数1〜20のアルキル基が挙げられる。アルキル基が有する置換基の例としては、芳香族基、アルキルオキシカルボニル基又はシリル基等が挙げられる。置換基の具体的な例としては、フェニルジメチルシリルメチル基若しくはo−アニシルジメチルシリルメチル基のようなシリルメチル基、又はメトキシカルボニルプロピル(フェニル)メチレン基のようなメチレン基等が挙げられる。   The fullerene derivative is a fullerene having a substituent, and examples of the substituent include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent. Examples of the substituent that the alkyl group has include an aromatic group, an alkyloxycarbonyl group, or a silyl group. Specific examples of the substituent include a silylmethyl group such as a phenyldimethylsilylmethyl group or an o-anisyldimethylsilylmethyl group, or a methylene group such as a methoxycarbonylpropyl (phenyl) methylene group.

以下に、電子受容体として用いられるフラーレン及びフラーレン誘導体の例を示す。もっとも、電子受容体として用いられるフラーレン又はフラーレン誘導体が下記の化合物に限定されるわけではない。   Examples of fullerenes and fullerene derivatives used as electron acceptors are shown below. However, fullerenes or fullerene derivatives used as electron acceptors are not limited to the following compounds.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

電子受容体が電子供与体から電子を効率よく受け取るためには、電子供与体の分子軌道準位と、電子受容体の分子軌道準位とが、所定の関係を有することが好ましい。具体的には、第1の半導体材料と第2の半導体材料とについて、電子供与体のLUMOエネルギー準位が電子受容体のLUMOエネルギー準位よりも0.3eV以上高いことが好ましく、また電子受容体の電子親和力が電子供与体の電子親和力より0.3eV以上高いことが好ましい。さらに、電子を効率よく輸送するためには、電子受容体の電子移動度は1×10−4cm/V・s以上であることが好ましい。 In order for the electron acceptor to efficiently receive electrons from the electron donor, it is preferable that the molecular orbital level of the electron donor and the molecular orbital level of the electron acceptor have a predetermined relationship. Specifically, for the first semiconductor material and the second semiconductor material, it is preferable that the LUMO energy level of the electron donor is 0.3 eV or more higher than the LUMO energy level of the electron acceptor. The electron affinity of the body is preferably 0.3 eV or higher than the electron affinity of the electron donor. Furthermore, in order to efficiently transport electrons, the electron mobility of the electron acceptor is preferably 1 × 10 −4 cm 2 / V · s or more.

[2.4.3 第2の半導体材料前駆体]
第2の半導体材料は、第2の半導体材料とは化学構造の異なる、第2の半導体材料前駆体を変換することで得ることもできる。第2の半導体材料前駆体を用いることは、後述する第3の材料との置換効率が向上する点で好ましい。第2の半導体材料前駆体及び前記前駆体から第2の半導体材料を得る方法は、特に制限はないが、具体的には特開2007−324587号公報又は特開2011−119648号公報等に記載の材料及び方法を採
用することができる。
[2.4.3 Second semiconductor material precursor]
The second semiconductor material can also be obtained by converting a second semiconductor material precursor having a chemical structure different from that of the second semiconductor material. The use of the second semiconductor material precursor is preferable in terms of improving the replacement efficiency with a third material described later. The second semiconductor material precursor and the method for obtaining the second semiconductor material from the precursor are not particularly limited, but specifically described in JP-A-2007-324587 or JP-A-2011-119648. The following materials and methods can be employed.

第2の半導体材料としては、溶解性が高い点で、電子供与体の場合には、オリゴチオフェン若しくはスクアリリウム等の溶解性を有する低分子系化合物; ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン若しくはポリフルオレンを基本骨格として有する共役系高分子化合物が好ましく、電子受容体の場合には、フラーレン誘導体が好ましい。
[2.4.4 活性層の形成方法]
図2に構造を示す光電変換素子における活性層の形成方法について説明する。
The second semiconductor material has a high solubility, and in the case of an electron donor, a low-molecular compound having solubility such as oligothiophene or squarylium; polythiophene, polyparaphenylene vinylene or polyfluorene as a basic skeleton As the electron acceptor, a fullerene derivative is preferable.
[2.4.4 Method of forming active layer]
A method for forming an active layer in the photoelectric conversion element having the structure shown in FIG. 2 will be described.

活性層104は、(1)真空蒸着法により、第1の半導体材料と第3の材料とを含む層を形成する工程と、(2)第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に対して、第3の材料を第2の半導体材料で置換する置換工程を含む方法によって形成される。以下で、これらの各工程について説明し、その後に第3の材料について説明する。
(1)まず、第1の半導体材料と第3の材料とを、真空蒸着法を用いて、第1の半導体材料と第3の材料とを含む層を形成する。
The active layer 104 includes (1) a step of forming a layer containing the first semiconductor material and the third material by a vacuum deposition method, and (2) a layer containing the first semiconductor material and the third material. On the other hand, it is formed by a method including a replacement step of replacing the third material with the second semiconductor material. Hereinafter, each of these steps will be described, and then the third material will be described.
(1) First, a layer including the first semiconductor material and the third material is formed using the first semiconductor material and the third material by a vacuum evaporation method.

真空蒸着法としては、2元同時蒸着法又はフラッシュ蒸着法が挙げられる。
2元同時蒸着法の場合には、第1の半導体材料と第3の材料をそれぞれ別の蒸着源とし、蒸着速度をそれぞれ独立に制御して、第1の半導体材料と第3の材料の混合組成比を設定し、真空蒸着を行う。
フラッシュ蒸着法の場合には、第1の半導体材料と第3の材料を所定の組成比で混合して単一の蒸着源とすることにより真空蒸着を行う。
Examples of the vacuum evaporation method include a binary simultaneous evaporation method and a flash evaporation method.
In the case of the binary simultaneous vapor deposition method, the first semiconductor material and the third material are used as separate vapor deposition sources, and the vapor deposition rate is independently controlled to mix the first semiconductor material and the third material. The composition ratio is set and vacuum deposition is performed.
In the case of flash vapor deposition, vacuum vapor deposition is performed by mixing the first semiconductor material and the third material at a predetermined composition ratio to form a single vapor deposition source.

第1の半導体材料と第3の材料との組成比は、後の工程で第3の材料が第2の半導体材料で置換されることを考慮して、活性層104中の電子供与体と電子受容体との比率が好ましい値となるように決定される。
形成される第1の半導体材料と第3の材料の混合膜の、第1の半導体材料に対する第3の材料の重量比は、通常0.2以上、好ましくは0.3以上、より好ましくは0.5以上であり、一方、通常5以下、好ましくは4以下、より好ましくは3以下である。
The composition ratio between the first semiconductor material and the third material is determined so that the third material is replaced by the second semiconductor material in a later step, and the electron donor and the electron in the active layer 104 The ratio to the receptor is determined to be a preferable value.
The weight ratio of the third material to the first semiconductor material in the mixed film of the first semiconductor material and the third material to be formed is usually 0.2 or more, preferably 0.3 or more, more preferably 0. On the other hand, it is usually 5 or less, preferably 4 or less, more preferably 3 or less.

第1の半導体材料と第3の材料の混合膜の組成は、膜の深さ方向に関して、均一であってもよいし、傾斜組成等の組成分布があってもよい。傾斜組成があることにより、第1の半導体材料と、第3の材料と置換される第2の半導体材料との接触面積増加と、第1の半導体材料と第2の半導体材料との界面で発生する電荷移動効率増加の両方がバランスよく向上する点で好ましい。   The composition of the mixed film of the first semiconductor material and the third material may be uniform in the depth direction of the film or may have a composition distribution such as a gradient composition. Due to the gradient composition, an increase in contact area between the first semiconductor material and the second semiconductor material replaced with the third material occurs at the interface between the first semiconductor material and the second semiconductor material. It is preferable in terms of improving both the increase in charge transfer efficiency and the balance.

傾斜組成を具体的に達成する方法としては、例えば2元同時蒸着法の場合には、第1の半導体材料と第3の材料の各蒸着速度を連続的にまたは段階的に、所望の組成比となるように変化させる方法が挙げられる。第1の半導体材料が電子供与性材料の場合には、陽極側を第1の半導体材料の組成を大きくし、連続的または段階的に第1の半導体材料の組成を相対的に減少させることで、所望の傾斜組成を達成することができる。   As a method for specifically achieving the gradient composition, for example, in the case of the binary co-evaporation method, each deposition rate of the first semiconductor material and the third material is changed continuously or stepwise to a desired composition ratio. The method of changing so that it may become is mentioned. In the case where the first semiconductor material is an electron donating material, the composition of the first semiconductor material is increased on the anode side, and the composition of the first semiconductor material is relatively decreased continuously or stepwise. The desired gradient composition can be achieved.

形成される第1の半導体材料と第3の材料の混合膜の膜厚は、十分な光吸収量と半導体材料のキャリア移動度を考慮して設定される。通常は、20〜200nmの範囲に設定される。
(2)次に、第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に対して、第3の材料を第2の半導体材料で置換する。第1の方法としては、第1の半導体材料と第3の材料とを含む層を、第2の半導体材料の溶液で処理することにより、第3の材料を少なくとも部分的に第2の半導体材料で置換することができる。具体的には、第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に、第2の半導体材料の溶液を塗布すればよい。第2の半導体材料を含む溶液に
使用される溶媒に対する第3の材料の溶解度が、第2の半導体材料の溶解度より大きい場合には、置換を塗布時に同時に行うことが可能である。
The thickness of the mixed film of the first semiconductor material and the third material to be formed is set in consideration of a sufficient light absorption amount and carrier mobility of the semiconductor material. Usually, it is set in the range of 20 to 200 nm.
(2) Next, the third material is replaced with the second semiconductor material in the layer including the first semiconductor material and the third material. As a first method, a layer containing the first semiconductor material and the third material is treated with a solution of the second semiconductor material, so that the third material is at least partly the second semiconductor material. Can be substituted. Specifically, a solution of the second semiconductor material may be applied to a layer including the first semiconductor material and the third material. If the solubility of the third material in the solvent used in the solution containing the second semiconductor material is greater than the solubility of the second semiconductor material, the substitution can be performed simultaneously with the application.

ここで、第1の半導体材料が第2の半導体材料の溶液中の溶媒に難溶又は不溶であり、第3の材料が第2の半導体材料の溶液中の溶媒に可溶であるように、第2の半導体材料の溶液中の溶媒を選択することが好ましい。本明細書において化合物が難溶又は不溶であるとは、化合物の溶解度が0.1重量%未満であることを指す。また、本明細書において化合物が可溶であるとは、化合物の溶解度が0.1重量%以上であることを指す。第3の材料の、第2の半導体材料の溶液中の溶媒に対する溶解度の好適な範囲を挙げると、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1.0重量%以上である。   Here, the first semiconductor material is hardly soluble or insoluble in the solvent in the solution of the second semiconductor material, and the third material is soluble in the solvent in the solution of the second semiconductor material. It is preferable to select a solvent in the solution of the second semiconductor material. In the present specification, the compound being hardly soluble or insoluble means that the solubility of the compound is less than 0.1% by weight. Further, in this specification, that the compound is soluble means that the solubility of the compound is 0.1% by weight or more. When a suitable range of the solubility of the third material in the solvent in the solution of the second semiconductor material is given, it is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1.0% by weight. % Or more.

第2の方法としては、第1の半導体材料と第3の材料とを含む層を、第3の材料の溶剤で処理して第3の材料を少なくとも部分的に溶出除去した後、第2の半導体材料を含む溶液で処理することにより、第3の材料を第2の半導体材料で置換することができる。具体的には、第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に、第3の材料の溶剤を塗布した後に、第2の半導体材料を含む溶液を塗布すればよい。   As a second method, after the layer containing the first semiconductor material and the third material is treated with a solvent of the third material to at least partially elute and remove the third material, By treatment with a solution containing a semiconductor material, the third material can be replaced with the second semiconductor material. Specifically, a solution containing the second semiconductor material may be applied to the layer containing the first semiconductor material and the third material after applying the solvent of the third material.

ここで、第1の半導体材料が第3の材料の溶剤に難溶又は不溶であり、第3の材料が第3の材料の溶剤に可溶であるように、第3の材料の溶剤を選択することが好ましい。第3の材料の、第3の材料の溶剤に対する溶解度の好適な範囲を挙げると、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1.0重量%以上である。
第2の半導体材料に置換する方法は、任意の公知の方法により行うことができる。例えば、スピンコート法、キャスト法、ブレードコート法、インクジェット法、グラビア印刷法等の湿式塗布法により行うことができる。
Here, the solvent of the third material is selected so that the first semiconductor material is hardly soluble or insoluble in the solvent of the third material and the third material is soluble in the solvent of the third material. It is preferable to do. The preferable range of the solubility of the third material in the solvent of the third material is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1.0% by weight or more. .
The method of substituting with the second semiconductor material can be performed by any known method. For example, it can be performed by a wet coating method such as a spin coating method, a casting method, a blade coating method, an ink jet method, or a gravure printing method.

上述の形成方法により、第1の半導体材料からなる活性層(p−層)104aと第2の半導体材料からなる活性層(n−層)104bとが、従来の積層構造と比較して、電子供与体と電子受容体の接触面積が大きく増加したものとなる。なお、活性層(n−層)104bは、第2の半導体材料前駆体を含む層を形成し、第2の半導体材料前駆体を電子受容体へと変換することにより形成してもよい。   By the above-described forming method, the active layer (p− layer) 104a made of the first semiconductor material and the active layer (n− layer) 104b made of the second semiconductor material are compared with the conventional stacked structure. The contact area between the donor and the electron acceptor is greatly increased. Note that the active layer (n− layer) 104b may be formed by forming a layer containing a second semiconductor material precursor and converting the second semiconductor material precursor into an electron acceptor.

第1の半導体材料が電子受容体である場合は、第1の半導体材料からなる活性層(n−層)を形成した後に、第2の半導体材料を電子供与体として置換形成する。なお、第2の半導体材料前駆体を用いることもでき、可溶性の第2の半導体材料前駆体を塗布することにより第3の材料を置換することが可能である。
上述のように、第1の半導体材料と後述する特定の第3の材料とからなる混合層を真空蒸着法で形成する利点として、ナノメートルサイズの相分離構造を形成することが可能であること、及び/又は真空蒸着時に膜厚方向に第1の半導体材料の傾斜組成をつけることが可能であることが挙げられる。
このような微細な第1の半導体材料からなるナノ構造体に、第2の半導体材料を積層するためには、湿式塗布法が両半導体の接触を最大限に大きくするために適している。
When the first semiconductor material is an electron acceptor, an active layer (n-layer) made of the first semiconductor material is formed, and then the second semiconductor material is replaced with an electron donor. Note that a second semiconductor material precursor can also be used, and the third material can be replaced by applying a soluble second semiconductor material precursor.
As described above, it is possible to form a nanometer-sized phase separation structure as an advantage of forming a mixed layer of a first semiconductor material and a specific third material described later by a vacuum deposition method. And / or it is possible to apply a gradient composition of the first semiconductor material in the film thickness direction during vacuum deposition.
In order to stack the second semiconductor material on the nanostructure made of such a fine first semiconductor material, the wet coating method is suitable for maximizing the contact between the two semiconductors.

[2.4.5 第3の材料]
第3の材料は、以下の条件のうち少なくとも一つを満たす化合物である。
(1)示差走査熱量測定法(DSC法)によるガラス転移温度が80℃以上200℃以下である化合物
(2)示差走査熱量測定法(DSC法)による結晶化温度が180℃以上300℃以下である化合物
好ましくは、上記(1)及び(2)の条件を満たす化合物である。
[2.4.5 Third material]
The third material is a compound that satisfies at least one of the following conditions.
(1) A compound having a glass transition temperature of 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower by differential scanning calorimetry (DSC method) (2) A crystallization temperature of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower by differential scanning calorimetry (DSC method) A certain compound Preferably it is a compound which satisfy | fills the conditions of said (1) and (2).

高い光電変換特性を得るためには、第1の半導体材料は結晶化する必要がある。得られる結晶の性質は、共存している材料(第3の材料)の熱的及び機械的特性の影響を大きく受ける。高効率な光電変換特性を与える活性層を形成するためには、第1の半導体材料の結晶のサイズがエキシトン拡散長として通常想定されている10nm程度となるように、結晶成長を制御することが重要である。本願発明者らは、第1の半導体材料が結晶化する際に、第3の材料が均一な非晶質性を有している場合に、良好に結晶成長を制御でき、高効率の光電変換素子が得られることを見出した。すなわち、第1の半導体材料が、非晶質状態にある第3の材料をマトリクスとして結晶成長していくことにより、良好に結晶成長を制御できるものと考えられる。このため、高いガラス転移温度を有する、及び/又は高温で安定な非晶質性を有する(結晶化温度が180〜300℃)である第3の材料として好ましいと考えられる。   In order to obtain high photoelectric conversion characteristics, the first semiconductor material needs to be crystallized. The properties of the crystals obtained are greatly affected by the thermal and mechanical properties of the coexisting material (third material). In order to form an active layer that gives highly efficient photoelectric conversion characteristics, crystal growth is controlled so that the crystal size of the first semiconductor material is about 10 nm, which is normally assumed as the exciton diffusion length. is important. When the first semiconductor material is crystallized, the inventors of the present application can control the crystal growth satisfactorily when the third material has a uniform amorphous property, and highly efficient photoelectric conversion. It was found that an element can be obtained. That is, it is considered that the first semiconductor material can control the crystal growth satisfactorily by growing the crystal using the third material in an amorphous state as a matrix. For this reason, it is thought that it is preferable as a 3rd material which has a high glass transition temperature and / or has amorphous property stable at high temperature (crystallization temperature is 180-300 degreeC).

第3の材料の示差走査熱量測定法(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、80℃以上、好ましくは100℃以上、特に好ましくは120℃以上である。一方、ガラス転移温度の上限は特に限定はないが、200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは160℃以下である。第3の材料示差走査熱量測定法(DSC法)によるガラス転移温度が上記範囲内にあることにより、第1の半導体材料のナノ相分離構造を形成する上で好ましい。   The glass transition temperature (hereinafter also referred to as Tg) of the third material by differential scanning calorimetry (DSC method) is 80 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, particularly preferably 120 ° C. or higher. On the other hand, the upper limit of the glass transition temperature is not particularly limited, but is 200 ° C. or lower, preferably 180 ° C. or lower, more preferably 160 ° C. or lower. The glass transition temperature determined by the third material differential scanning calorimetry (DSC method) is within the above range, which is preferable in forming the nanophase separation structure of the first semiconductor material.

第3の材料の示差走査熱量測定法(DSC法)による結晶化転移温度(以下、Tcと記載する場合もある)は、通常180℃以上、好ましくは200℃以上、特に好ましくは220℃以上である。一方、結晶化温度の上限は特に限定はないが、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは260℃以下である。第3の材料示差走査熱量測定法(DSC法)による結晶化温度が上記範囲内にあることにより、第1の半導体材料のナノ相分離構造を形成する上で好ましい。   The crystallization transition temperature (hereinafter sometimes referred to as Tc) of the third material by differential scanning calorimetry (DSC method) is usually 180 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, particularly preferably 220 ° C. or higher. is there. On the other hand, the upper limit of the crystallization temperature is not particularly limited, but is usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 260 ° C. or lower. The crystallization temperature by the third material differential scanning calorimetry (DSC method) is in the above range, which is preferable for forming the nanophase separation structure of the first semiconductor material.

本明細書におけるガラス転移温度とは、非晶質固体化合物において、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、比熱が変化する点として定義される。ガラス転移温度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。ガラス転移温度及び結晶化温度の測定方法は、DSC法が挙げられる。   In the present specification, the glass transition temperature is defined as a point at which specific heat is changed by a temperature at which local molecular motion is initiated by thermal energy in an amorphous solid compound. When the temperature rises further than the glass transition temperature, the solid structure changes and crystallization occurs (this temperature 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. As a measuring method of the glass transition temperature and the crystallization temperature, a DSC method may be 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、比熱の変化する温度としてDSC法により測定できる。ガラス転移温度をより明確に決める為に、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を行うことが好ましい。例えば、公知文献(特開2011−119648号公報)に記載の方法により、この方法を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 can be measured by the DSC method as the temperature at which the specific heat changes. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is preferable to perform measurement after quenching a sample once heated to a temperature higher than the glass transition point. For example, this method can be implemented by a method described in a publicly known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-119648).

また、第3の材料についてDSC法で測定を行った場合に、ガラス転移温度以下に融点が存在しないことが好ましい。融点とは、結晶性固体が融解することを指し、通常は融点における融解中には熱を加えても試料の温度が上昇しない。ガラス転移温度以下に融点が存在しないことは、第3の材料が非晶質材料であることを示す。
安定性が高く活性層にダメージを与えにくい観点から、第3の材料のHOMO準位は、活性層を形成する電子供与体のHOMO準位より深いことが好ましい。また、第3の材料のLUMO準位は活性層を形成する電子受容体のLUMO準位より浅いことが好ましい。
Further, when the third material is measured by the DSC method, it is preferable that the melting point does not exist below the glass transition temperature. The melting point means that the crystalline solid is melted. Normally, the temperature of the sample does not increase even when heat is applied during melting at the melting point. The absence of a melting point below the glass transition temperature indicates that the third material is an amorphous material.
From the viewpoint of high stability and less damage to the active layer, the HOMO level of the third material is preferably deeper than the HOMO level of the electron donor that forms the active layer. The LUMO level of the third material is preferably shallower than the LUMO level of the electron acceptor forming the active layer.

第3の材料の分子量は、特段の制限はないが、通常400以上、好ましくは500以上
であり、一方、通常1500以下、好ましくは1000以下である。分子量がこの範囲にあることは、ガラス転移温度が十分に高くなり、得られる光電変換素子の変換効率が向上しうる点で好ましい。
第3の材料は、上記条件を満たせば特段の制限はない。
The molecular weight of the third material is not particularly limited, but is usually 400 or more, preferably 500 or more, and is usually 1500 or less, preferably 1000 or less. The molecular weight within this range is preferable in that the glass transition temperature becomes sufficiently high and the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element can be improved.
The third material is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied.

なかでも、下記一般式(1)又は(2)で表される化合物は、適度な昇華性を有するために、第1の半導体材料と共蒸着することで、第1の半導体材料と下記一般式(1)又は(2)で表される化合物を含有する混合膜が均一に形成することができるの点で好ましい。
第3の材料としては、一般式(1)又は(2)で表される1つの化合物を単独で用いてもよいし、複数の化合物を混合して用いてもよい。
Especially, since the compound represented by the following general formula (1) or (2) has appropriate sublimation properties, the first semiconductor material and the following general formula can be obtained by co-evaporation with the first semiconductor material. It is preferable in that a mixed film containing the compound represented by (1) or (2) can be formed uniformly.
As the third material, one compound represented by the general formula (1) or (2) may be used alone, or a plurality of compounds may be mixed and used.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

式(1)中、Xは3価の基を表し、A〜Aは各々独立して置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
式(1)において、Xは3価の基を表す。3価の基とは、3つの置換基A〜Aと結合する基のことを指し、3価の無機基又は3価の有機基が挙げられる。3価の無機基としては、単原子又は金属原子に3つの酸素原子が結合したものが挙げられる。
In formula (1), X represents a trivalent group, and A 1 to A 3 each independently represents an aromatic group which may have a substituent.
In the formula (1), X represents a trivalent group. The trivalent group refers to a group bonded to three substituents A 1 to A 3, and examples thereof include a trivalent inorganic group and a trivalent organic group. Examples of the trivalent inorganic group include those in which three oxygen atoms are bonded to a single atom or a metal atom.

単原子としては、ホウ素原子、窒素原子、アルミニウム原子、インジウム原子、ガリウム原子又はイリジウム原子等の3価の原子が挙げられる。なかでも好ましくは、ホウ素原子、窒素原子、アルミニウム原子又はインジウム原子である。Xがこれらの原子であることにより、第3の材料の非晶質性が向上することが期待される。より好ましくは、Xは窒素原子である。   Examples of the single atom include trivalent atoms such as a boron atom, a nitrogen atom, an aluminum atom, an indium atom, a gallium atom, and an iridium atom. Among these, a boron atom, a nitrogen atom, an aluminum atom, or an indium atom is preferable. By X being these atoms, it is expected that the amorphous nature of the third material is improved. More preferably, X is a nitrogen atom.

金属原子に3つの酸素原子が結合したものとしては、例えば、AlO又はBO等が挙げられ、金属原子は酸素原子を介してA〜Aと結合する。
3価の有機基としては、3価の芳香族基又は3価のアリールオキシ基が挙げられる。
芳香族基としては、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基が挙げられる。芳香族基の具体的な例としては、ベンゼン、ビフェニル、フラン、チオフェン又はピリジン等の芳香族化合物から3個の水素原子を除いて得られる3価の置換基が挙げられる。芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基が有していてもよい置換基としては、例えばフッ素原子のようなハロゲン原子、又はメチル基のような炭素数1〜6のアルキル基等が挙げられる。
Examples of those in which three oxygen atoms are bonded to the metal atom include AlO 3 and BO 3 , and the metal atom is bonded to A 1 to A 3 through the oxygen atom.
Examples of the trivalent organic group include a trivalent aromatic group and a trivalent aryloxy group.
As an aromatic group, the aromatic hydrocarbon group or aromatic heterocyclic group which may have a substituent is mentioned. Specific examples of the aromatic group include trivalent substituents obtained by removing three hydrogen atoms from an aromatic compound such as benzene, biphenyl, furan, thiophene or pyridine. Examples of the substituent that the aromatic hydrocarbon group or the aromatic heterocyclic group may have include a halogen atom such as a fluorine atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group. .

アリールオキシ基としては、芳香族化合物に3つの−O−基が結合した3価の基が挙げ
られる。
また、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、縮合多環芳香族基を形成していてもよい。縮合多環芳香族基を形成する環としては、例えば脂肪族炭化水素環、脂肪族複素環、芳香族炭化水素環又は芳香族複素環等が挙げられる。
Examples of the aryloxy group include trivalent groups in which three —O— groups are bonded to an aromatic compound.
The aromatic hydrocarbon group and the aromatic heterocyclic group may form a condensed polycyclic aromatic group. Examples of the ring that forms the condensed polycyclic aromatic group include an aliphatic hydrocarbon ring, an aliphatic heterocyclic ring, an aromatic hydrocarbon ring, and an aromatic heterocyclic ring.

脂肪族炭化水素環としては、例えば、シクロペンタン環又はシクロヘキサン環等が挙げられる。脂肪族複素環としては、例えば、テトラヒドロフラン環、テトラヒドロチオフェン環又はピロリジン環等が挙げられる。芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環
が挙げられる。芳香族複素環としては、例えば、ピリジン環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ピラゾール環又はイミダゾール環等が挙げられる。これらの中でも、ピリジン環又はチオフェン環が好ましい。
Examples of the aliphatic hydrocarbon ring include a cyclopentane ring and a cyclohexane ring. Examples of the aliphatic heterocyclic ring include a tetrahydrofuran ring, a tetrahydrothiophene ring, and a pyrrolidine ring. Examples of the aromatic hydrocarbon ring include a benzene ring. Examples of the aromatic heterocycle include a pyridine ring, thiophene ring, furan ring, pyrrole ring, oxazole ring, thiazole ring, oxadiazole ring, thiadiazole ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyrazole ring or imidazole ring. . Among these, a pyridine ring or a thiophene ring is preferable.

縮合多環芳香族基の有する環の数は、通常2以上、好ましくは3以上であり、一方、通常10以下、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。縮合多環芳香族基の有する環の数が上記範囲にあることは、第3の化合物の非晶質性の点で好ましい。
縮合多環芳香族基の具体的な例としては、例えば、フェナントリン、アントラセン、ピレン、フルオランテン、ナフタセン、ペリレン、ペンタセン、トリフェリレン、フェノキサジン、フェノチアジン、アクリジン、フェナントリジン、又はフェナントロリン等の縮合多環芳香族化合物から3個の水素原子を除いて得られる3価の置換基が挙げられる。
The number of rings of the condensed polycyclic aromatic group is usually 2 or more, preferably 3 or more, and is usually 10 or less, preferably 8 or less, more preferably 6 or less. The number of rings of the condensed polycyclic aromatic group is preferably within the above range from the viewpoint of the amorphous nature of the third compound.
Specific examples of the condensed polycyclic aromatic group include, for example, condensed polycyclic rings such as phenanthrin, anthracene, pyrene, fluoranthene, naphthacene, perylene, pentacene, triferylene, phenoxazine, phenothiazine, acridine, phenanthridine, and phenanthroline. And trivalent substituents obtained by removing three hydrogen atoms from an aromatic compound.

Xはスターバースト型の構造を有することが好ましい。本明細書においてスターバースト型の構造とは、3回対称な構造のことを指す。より具体的には、A〜Aとして任意の同じ原子をXに3つ結合させた場合に3回対称な分子が得られるような構造を有する場合、Xはスターバースト型の構造を有するものとする。Xがスターバースト型の構造を有することは、式(I)の化合物においてXを中心としてπ共役系が均等に広がりうる点で好ましい。このようなXとしては、1,3,5−ベンゼントリイル基又は2,6,10−トリフェニレントリイル基等の芳香族炭化水素基;1,3,5−トリアジントリイル基等芳香族複素環基;窒素原子;3つの芳香族基で置換された窒素原子;等が挙げられる。スターバースト型の構造を有するXのさらなる具体例としては以下のものが挙げられる。 X preferably has a starburst structure. In this specification, the starburst structure refers to a three-fold symmetric structure. More specifically, X has a starburst structure when a molecule that is three-fold symmetric is obtained when any three identical atoms as A 1 to A 3 are bonded to X. Shall. It is preferable that X has a starburst structure in that the π-conjugated system can spread evenly around X in the compound of formula (I). Examples of such X include aromatic hydrocarbon groups such as 1,3,5-benzenetriyl group or 2,6,10-triphenylenetriyl group; aromatic complex such as 1,3,5-triazinetriyl group. A cyclic group; a nitrogen atom; a nitrogen atom substituted with three aromatic groups; and the like. Specific examples of X having a starburst type structure include the following.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

Xは好ましくは置換基を有していてもよい単環芳香族基又は窒素原子である。単環芳香族基としては6員環の芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基が挙げられる。単環芳香族基としてより好ましくは、1,3,5−ベンゼントリイル基又は1,3,5−トリアジントリイル基である。単環芳香族基が有していてもよい置換基としては炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基又はハロゲン原子が挙げられ、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子が特に好ましい。   X is preferably a monocyclic aromatic group which may have a substituent or a nitrogen atom. Examples of the monocyclic aromatic group include a 6-membered aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group. A monocyclic aromatic group is more preferably a 1,3,5-benzenetriyl group or a 1,3,5-triazinetriyl group. Examples of the substituent that the monocyclic aromatic group may have include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a halogen atom, preferably a halogen atom, and particularly preferably a fluorine atom. .

〜Aは、各々独立して、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。A〜Aが芳香族基であることは、π共役電子数が多くなり、ガラス転移温度が高くなりうる点で好ましい。A〜Aは、同じでも異なっていてもよいが、非晶質性が向上しうる点で、A〜Aが同一であることは好ましい。Xがスターバースト型の構造であり、かつA〜Aが同一であることは、一般式(I)で表される化合物はスターバースト型の構造と
なるため、第3の材料がより安定な非晶質性を有しうる点でより好ましい。
A 1 to A 3 each independently represents an aromatic group which may have a substituent. It is preferable that A 1 to A 3 are aromatic groups in that the number of π-conjugated electrons increases and the glass transition temperature can be increased. A 1 to A 3 may be the same or different, but in that amorphous property may be improved, it is preferable A 1 to A 3 are identical. The fact that X is a starburst structure and A 1 to A 3 are the same is that the compound represented by the general formula (I) has a starburst structure, so that the third material is more stable. It is more preferable in that it can have an amorphous property.

芳香族基としては、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜30のものが好ましく、フェニル基等の単環芳香族炭化水素基;ナフチル基(1−ナフチル基若しくは2−ナフチル基)、アントリル基(2−アントリル基若しくは9−アントリル基等)又はフルオレニル基等の芳香族縮合環基;等が挙げられる。芳香族複素環基としては、炭素数2〜30のものが好ましく、チエニル基、フリル基、ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリダジニル基、イソチアゾリル基、イソオキサゾリル基、イミダゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、2−ベンゾチアゾリル基、ベンゾ[b]チエニル基、ベンゾ[b]フラニル基又はカルバゾリル基等が挙げられる。   Examples of the aromatic group include an aromatic hydrocarbon group and an aromatic heterocyclic group. The aromatic hydrocarbon group preferably has 6 to 30 carbon atoms, and is a monocyclic aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group; naphthyl group (1-naphthyl group or 2-naphthyl group), anthryl group (2-anthryl group) Group or an 9-anthryl group) or an aromatic condensed ring group such as a fluorenyl group. As the aromatic heterocyclic group, those having 2 to 30 carbon atoms are preferable, and thienyl group, furyl group, pyridyl group, thiazolyl group, oxazolyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyrrolyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, pyridazinyl group. , Isothiazolyl group, isoxazolyl group, imidazolyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, indolyl group, 2-benzothiazolyl group, benzo [b] thienyl group, benzo [b] furanyl group or carbazolyl group.

また、芳香族基は、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基の少なくとも一方が、直接結合又は単原子を介して2以上連結した環連結芳香族基であってもよい。単原子としては、窒素原子若しくはホウ素原子のような3価の原子、又は酸素原子若しくは硫黄原子のような2価の原子が挙げられる。直接結合を介して連結した環連結芳香族基としては、例えば、ビフェニリル基、p−ターフェニリル基、N−カルバゾリルフェニル基又はアントラセニルフェニル基が挙げられる。また、単原子を介して連結した環連結芳香族基としては、例えばジフェニルアミノフェニル基、ナフタレニルフェニルアミノフェニル基又はジフェニルボリルフェニル基等が挙げられる。   Further, the aromatic group may be a ring-linked aromatic group in which at least one of an aromatic hydrocarbon group and an aromatic heterocyclic group is linked by two or more via a direct bond or a single atom. Examples of the single atom include a trivalent atom such as a nitrogen atom or a boron atom, or a divalent atom such as an oxygen atom or a sulfur atom. Examples of the ring-linked aromatic group linked through a direct bond include a biphenylyl group, a p-terphenylyl group, an N-carbazolylphenyl group, and an anthracenylphenyl group. Examples of the ring-linked aromatic group linked through a single atom include a diphenylaminophenyl group, a naphthalenylphenylaminophenyl group, and a diphenylborylphenyl group.

芳香族基が有していてもよい置換基としては、本発明の効果を損なわない限り特に限定はないが、水酸基;フッ素原子若しくは塩素原子等のハロゲン原子;メチル基若しくはエチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;メトキシカルボニル基若しくはエトキシカルボニル基等の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基;メトキシ基若しくはエトキシ基等のアルコキシ基;フェノキシ基等のアリールオキシ基;ベンジルオキシ基等のアリールアルキルオキシ基;ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジベンジルアミノ基若しくはジフェネチルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ジフェニルアミノ基若しくはカルバゾリル基等のジアリールアミノ基;アセチル基等のアシル基;トリフルオロメチル基等のハロアルキル基;シアノ基;ニトロ基;メチレンジオキシ基若しくはエチレンジオキシ等の炭素数1〜3のアルキレンジオキシ基;芳香族基;等が挙げられる。有機溶媒に対する溶解性を向上させる観点からは炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基が好ましく、ガラス転移温度が高くなりうる観点からは炭素数2〜12の芳香族基が好ましい。
〜Aは、芳香族基である場合、芳香族基の炭素原子がXに結合していてもよいし、窒素原子のような芳香族基のヘテロ原子がXに結合していてもよい。
〜Aの具体例として以下の基が挙げられるが、これらに限定されることはない。
The substituent that the aromatic group may have is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but a hydroxyl group; a halogen atom such as a fluorine atom or a chlorine atom; an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group An alkenyl group such as a vinyl group; an alkoxycarbonyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxycarbonyl group or an ethoxycarbonyl group; an alkoxy group such as a methoxy group or an ethoxy group; an aryloxy group such as a phenoxy group; Arylalkyloxy group; dialkylamino group such as dimethylamino group, diethylamino group, diisopropylamino group, dibenzylamino group or diphenethylamino group; diarylamino group such as diphenylamino group or carbazolyl group; acyl group such as acetyl group; Trifluoromethyl group, etc. Alkyl group; a cyano group; an aromatic group; a nitro group; alkylenedioxy group having 1 to 3 carbon atoms such as methylenedioxy group or ethylenedioxy, and the like. From the viewpoint of improving the solubility in an organic solvent, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms is preferable, and an aromatic group having 2 to 12 carbon atoms from the viewpoint of increasing the glass transition temperature. Is preferred.
When A 1 to A 3 are aromatic groups, the carbon atom of the aromatic group may be bonded to X, or the hetero atom of the aromatic group such as a nitrogen atom may be bonded to X. Good.
Specific examples of A 1 to A 3 include the following groups, but are not limited thereto.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

なかでも、A〜Aは、環連結芳香族基であることがより好ましい。A〜Aが環連結芳香族基であることは、安定な非晶質性を有しうる点で好ましい。
より具体的には、A〜Aのそれぞれは、−A11−A12、−A21−A22、及び−A31−A32で表されることが好ましい。
11、A21及びA31は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい単環芳香族基を表す。単環芳香族基として好ましくは5員環若しくは6員環の芳香族炭化水素基又は5員環若しくは6員環の芳香族複素環基が挙げられ、より好ましくは6員環の芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基であり、さらに好ましくはフェニレンジイル基であり、特に好ましくはp−フェニレンジイル基である。単環芳香族基が有していてもよい置換基としては炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基又はハロゲン原子が挙げられ、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子が特に好ましい。
Among these, A 1 to A 3 are more preferably ring-linked aromatic groups. It is preferable that A 1 to A 3 are ring-linked aromatic groups in that they can have stable amorphous properties.
More specifically, each of A 1 to A 3 is preferably represented by -A 11 -A 12 , -A 21 -A 22 , and -A 31 -A 32 .
A 11 , A 21 and A 31 each independently represents a monocyclic aromatic group which may have a substituent. The monocyclic aromatic group is preferably a 5-membered or 6-membered aromatic hydrocarbon group or a 5-membered or 6-membered aromatic heterocyclic group, more preferably a 6-membered aromatic hydrocarbon group. Group or an aromatic heterocyclic group, more preferably a phenylenediyl group, and particularly preferably a p-phenylenediyl group. Examples of the substituent that the monocyclic aromatic group may have include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and a halogen atom, preferably a halogen atom, and particularly preferably a fluorine atom. .

12、A22及びA32は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族基又は置換基を有していてもよいジアリールアミノ基を表す。芳香族基としては、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基が挙げられる。芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜30のものが好ましく、フェニル基等の単環芳香族炭化水素基;ナフチル基(1−ナフチル基若しくは2−ナフチル基)、アントリル基(2−アントリル基若しくは9−アントリル基等)、又はフルオレニル基等の芳香族縮合環基;等が挙げられる。芳香族複素環基としては、炭素数2〜30のものが好ましく、チエニル基、フリル基、ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリダジニル基、イソチアゾリル基、イソオキサゾリル基、イミダゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、2−ベンゾチアゾリル基、ベンゾ[b]チエニル基、ベンゾ[b]フラニル基又はカルバゾリル基等が挙げられる。 A 12 , A 22 and A 32 each independently represents an aromatic group which may have a substituent or a diarylamino group which may have a substituent. Examples of the aromatic group include an aromatic hydrocarbon group and an aromatic heterocyclic group. The aromatic hydrocarbon group preferably has 6 to 30 carbon atoms, and is a monocyclic aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group; naphthyl group (1-naphthyl group or 2-naphthyl group), anthryl group (2-anthryl group) Group or 9-anthryl group), or aromatic condensed ring group such as fluorenyl group. As the aromatic heterocyclic group, those having 2 to 30 carbon atoms are preferable, and thienyl group, furyl group, pyridyl group, thiazolyl group, oxazolyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyrrolyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, pyridazinyl group. , Isothiazolyl group, isoxazolyl group, imidazolyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, indolyl group, 2-benzothiazolyl group, benzo [b] thienyl group, benzo [b] furanyl group or carbazolyl group.

ジアリールアミノ基は、互いに異なってもよい2つの芳香族基で置換されたアミノ基である。ジアリールアミノ基が有していてもよい芳香族基の例としては、A12、A22及びA32の例として挙げたものが挙げられる。
芳香族基又はジアリールアミノ基が有していてもよい置換基としては、A〜Aについて芳香族基が有していてもよい置換基として挙げたものが挙げられる。
A diarylamino group is an amino group substituted with two aromatic groups which may be different from each other. Examples of the aromatic group that the diarylamino group may have include those listed as examples of A 12 , A 22 and A 32 .
Examples of the substituent that the aromatic group or diarylamino group may have include those listed as the substituents that the aromatic group may have regarding A 1 to A 3 .

12、A22及びA32の特に好ましい例としては、フェニル基、p−ビフェニル基、N−カルバゾリル基、N−フェノチアジニル基、ジフェニルアミノ基、ナフチルフェニルアミノ基、フェニルトリルアミノ基、等が挙げられる。
以下に、式(1)における好ましい例を挙げる。
Particularly preferred examples of A 12 , A 22 and A 32 include phenyl group, p-biphenyl group, N-carbazolyl group, N-phenothiazinyl group, diphenylamino group, naphthylphenylamino group, phenyltolylamino group, and the like. Can be mentioned.
Below, the preferable example in Formula (1) is given.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

Figure 2014078670
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式(2)中、pは1以上の整数を表し、R11及びR12は各々独立して任意の置換基を表し、R11及びR12は互いに結合し環を形成していてもよい。pが2以上の場合に、複数のR11及び複数のR12は各々独立して異なっていてもよい。R13は置換基を有していてもよいp価の炭化水素基、置換基を有していてもよいp価の複素環基、又は置換基を有していてもよい炭化水素基及び置換基を有していてもよい複素環基の少なくとも一方が2以上連結したp価の基を表す。Yは周期表第16族元素から選ばれる原子を表す。 In formula (2), p represents an integer of 1 or more, R 11 and R 12 each independently represent an arbitrary substituent, and R 11 and R 12 may be bonded to each other to form a ring. When p is 2 or more, the plurality of R 11 and the plurality of R 12 may be independently different from each other. R 13 represents a p-valent hydrocarbon group which may have a substituent, a p-valent heterocyclic group which may have a substituent, or a hydrocarbon group which may have a substituent and a substituent. It represents a p-valent group in which at least one of the heterocyclic groups which may have a group is linked. Y represents an atom selected from Group 16 elements of the Periodic Table.

式(2)中、pは1以上の整数を表す。pは通常6以下であり、真空蒸着による成膜が容易となりうる点で、5以下であることが好ましく、3以下であることがさらに好ましく、2以下であることがより好ましい。
11及びR12は各々独立して任意の置換基を表す。置換基の種類は、第3の化合物を含有する溶液を製造可能である限り特段の制限はないが、ヒドロキシ基、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基又は置換基を有していてもよい複素環基が好ましい。
In formula (2), p represents an integer of 1 or more. p is usually 6 or less, preferably 5 or less, more preferably 3 or less, and even more preferably 2 or less from the viewpoint that film formation by vacuum deposition can be facilitated.
R 11 and R 12 each independently represents an arbitrary substituent. The type of substituent is not particularly limited as long as a solution containing the third compound can be produced, but has a hydroxy group, an optionally substituted hydrocarbon group, and a substituent. Preferred are an alkoxy group, an aryloxy group which may have a substituent, or a heterocyclic group which may have a substituent.

炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基が挙げられる。
脂肪族炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基又は不飽和脂肪族炭化水素基が挙げられる。
飽和脂肪族炭化水素基としては、アルキル基、シクロアルキル基等が挙げられる。アルキル基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、i−プロピル基、t−ブチル基又はヘキシル基等が挙げられる。シクロアルキル基としては、炭素数3以上20以下のものが好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基等が挙げられる。
Examples of the hydrocarbon group include an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group.
Examples of the aliphatic hydrocarbon group include a saturated aliphatic hydrocarbon group and an unsaturated aliphatic hydrocarbon group.
Examples of the saturated aliphatic hydrocarbon group include an alkyl group and a cycloalkyl group. As an alkyl group, a C1-C20 thing is preferable, for example, a methyl group, an ethyl group, i-propyl group, t-butyl group, or a hexyl group etc. are mentioned. As the cycloalkyl group, those having 3 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group.

不飽和脂肪族炭化水素基としては、アルケニル基、シクロアルケニル基、又はアルキニル基等が挙げられる。アルケニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、ビニル基又はスチリル基等が挙げられる。シクロアルケニル基としては、炭素数3以上20以下のものが好ましく、例えば、シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、又はシクロヘキセニル基等が挙げられる。アルキニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基等が挙げられ、置換基を有するアルキニル基としてはトリメチルシリルエチニル基のようなシリルエチニル基等が挙げられる。   Examples of the unsaturated aliphatic hydrocarbon group include an alkenyl group, a cycloalkenyl group, and an alkynyl group. As the alkenyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a vinyl group and a styryl group. The cycloalkenyl group preferably has 3 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a cyclopropenyl group, a cyclopentenyl group, and a cyclohexenyl group. As the alkynyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a methylethynyl group. Examples of the alkynyl group having a substituent include a silylethynyl group such as a trimethylsilylethynyl group.

脂肪族炭化水素基の中でも、飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、アルキル基がより好ましい。
芳香族炭化水素基としては、炭素数6以上30以下のものが好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ビフェニレニル基、トリフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はクオーターフェニル基等が挙げられる。なかでも、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、トリフェニレニル
基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基又はペリレニル基が好ましい。
Of the aliphatic hydrocarbon groups, a saturated aliphatic hydrocarbon group is preferable, and an alkyl group is more preferable.
As the aromatic hydrocarbon group, those having 6 to 30 carbon atoms are preferable, for example, phenyl group, naphthyl group, phenanthryl group, biphenylenyl group, triphenylenyl group, anthryl group, pyrenyl group, fluorenyl group, azulenyl group, acenaphthenyl group. Fluoranthenyl group, naphthacenyl group, perylenyl group, pentacenyl group or quarterphenyl group. Of these, a phenyl group, a naphthyl group, a phenanthryl group, a triphenylenyl group, an anthryl group, a pyrenyl group, a fluorenyl group, an acenaphthenyl group, a fluoranthenyl group, or a perylenyl group is preferable.

アルコキシ基又はアリールオキシ基は、溶解性が向上する点で好ましく、アルコキシ基がより好ましい。
アルコキシ基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、t−ブトキシ基、ベンジルオキシ基又はエチルヘキシルオキシ基等の、直鎖又は分岐鎖のアルコキシ基が挙げられる。
An alkoxy group or an aryloxy group is preferable in terms of improving solubility, and an alkoxy group is more preferable.
As the alkoxy group, those having 1 to 20 carbon atoms are preferable. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, t-butoxy group, benzyl Examples thereof include a linear or branched alkoxy group such as an oxy group or an ethylhexyloxy group.

アリールオキシ基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基、ピリジルオキシ基、チアゾリルオキシ基、オキサゾリルオキシ基又はイミダゾリルオキシ基等が挙げられる。なかでも、フェノキシ基又はピリジルオキシ基が好ましい。
複素環基としては、脂肪族複素環基及び芳香族複素環基が挙げられる。
As the aryloxy group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a phenoxy group, a naphthyloxy group, a pyridyloxy group, a thiazolyloxy group, an oxazolyloxy group, and an imidazolyloxy group. Of these, a phenoxy group or a pyridyloxy group is preferable.
Examples of the heterocyclic group include an aliphatic heterocyclic group and an aromatic heterocyclic group.

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

また、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、縮合多環芳香族基であってもよい。縮合多環芳香族基を形成する環としては、置換基を有していてもよい脂肪族環、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環が挙げられる。
脂肪族環としては、例えば、シクロペンタン環又はシクロヘキサン環が挙げられる。芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環が挙げられる。芳香族複素環としては、例えば、ピリジン環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ピラゾール環又はイミダゾール環等が挙げられる。これらの中でも、ピリジン環又はチオフェン環が好ましい。
Further, the aromatic hydrocarbon group and the aromatic heterocyclic group may be a condensed polycyclic aromatic group. The ring forming the condensed polycyclic aromatic group may be an aliphatic ring which may have a substituent, an aromatic hydrocarbon ring which may have a substituent, or a substituent. Good aromatic heterocycles.
Examples of the aliphatic ring include a cyclopentane ring and a cyclohexane ring. Examples of the aromatic hydrocarbon ring include a benzene ring. Examples of the aromatic heterocycle include a pyridine ring, thiophene ring, furan ring, pyrrole ring, oxazole ring, thiazole ring, oxadiazole ring, thiadiazole ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyrazole ring or imidazole ring. . Among these, a pyridine ring or a thiophene ring is preferable.

縮合多環芳香族基としては、縮合多環芳香族炭化水素基又は縮合多環芳香族複素環基が挙げられる。縮合多環芳香族基の有する環の数は、通常2以上、好ましくは3以上であり、一方、通常10以下、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。縮合多環芳香族基の有する環の数が上記範囲にあることは、適切な溶解性が得られうる点で好ましい。
縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェナントリル基、アントリル基、ピレニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はトリ
フェニレニル基等が挙げられる。また、縮合多環芳香族複素環基としては、例えば、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基又はフェナントロリニル基等が挙げられる。
Examples of the condensed polycyclic aromatic group include a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group or a condensed polycyclic aromatic heterocyclic group. The number of rings of the condensed polycyclic aromatic group is usually 2 or more, preferably 3 or more, and is usually 10 or less, preferably 8 or less, more preferably 6 or less. It is preferable that the number of the rings of the condensed polycyclic aromatic group is in the above range from the viewpoint that appropriate solubility can be obtained.
Examples of the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group include phenanthryl group, anthryl group, pyrenyl group, fluoranthenyl group, naphthacenyl group, perylenyl group, pentacenyl group, and triphenylenyl group. Examples of the condensed polycyclic aromatic heterocyclic group include a phenoxazinyl group, a phenothiazinyl group, an acridinyl group, a phenanthridinyl group, and a phenanthrolinyl group.

縮合多環芳香族基は、以下の縮合多環芳香族化合物に由来する基、例えば以下の縮合多環芳香族化合物から水素原子を除いて得られる基でありうるが、これらに限定されることはない。また、下記縮合多環芳香族化合物において、リン原子と結合する原子は特に限定されない。   The condensed polycyclic aromatic group may be a group derived from the following condensed polycyclic aromatic compound, for example, a group obtained by removing a hydrogen atom from the following condensed polycyclic aromatic compound, but is not limited thereto. There is no. Moreover, in the following condensed polycyclic aromatic compound, the atom bonded to the phosphorus atom is not particularly limited.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

11及びR12のうち少なくとも一つが置換基を有していてもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基であることはより好ましい。R11及びR12のうち少なくとも一つが飽和脂肪族炭化水素基であると、溶解性が向上するために、塗布による成膜が容易となる点で好ましい。一方でR11及びR12のうち少なくとも一つが芳香族基であることが好ましく、R11及びR12のうち少なくとも一つが縮合多環芳香族基であることがより好ましい。これは、芳香族基を有する第3の化合物は第1の半導体化合物(又は前駆体)との相互作用が強くなり、第1の半導体化合物(又は前駆体)と第3の化合物とを含む層を形成し
た際に、半導体デバイスに適した相分離構造が得られやすいことがその理由として考えられる。この観点から、R11及びR12の両方が芳香族基であることが好ましく、また、R11及びR12の両方が同一の芳香族基であることがより好ましく、R11及びR12の両方が同一の縮合多環芳香族基であることがさらに好ましく、R11及びR12の両方が同一の縮合多環芳香族炭化水素基であることが特に好ましい。
At least one of R 11 and R 12 may have a saturated aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or a substituent. It is more preferable that it is a good aromatic heterocyclic group. When at least one of R 11 and R 12 is a saturated aliphatic hydrocarbon group, solubility is improved, which is preferable in that film formation by coating is facilitated. On the other hand it is preferable that at least one of R 11 and R 12 is an aromatic group, and more preferably at least one of R 11 and R 12 is a fused polycyclic aromatic group. This is because the third compound having an aromatic group has a strong interaction with the first semiconductor compound (or precursor), and includes the first semiconductor compound (or precursor) and the third compound. The reason is considered to be that it is easy to obtain a phase separation structure suitable for a semiconductor device. From this viewpoint, it is preferable that both R 11 and R 12 are aromatic groups, and it is more preferable that both R 11 and R 12 are the same aromatic group, and both R 11 and R 12 are both Are more preferably the same fused polycyclic aromatic group, and it is particularly preferred that both R 11 and R 12 are the same fused polycyclic aromatic hydrocarbon group.

11及びR12は互いに結合して環を形成していてもよい。また、pが2以上の場合には第3の化合物は複数のR11及び複数のR12を有するが、複数のR11及び複数のR12は各々独立して異なっていてもよい。
一般式(2)において、R13は置換基を有していてもよいp価の炭化水素基、置換基を有していてもよいp価の複素環基、又は置換基を有していてもよい炭化水素基及び置換基を有していてもよい複素環基の少なくとも一方が2以上連結したp価の基を表す。
R 11 and R 12 may be bonded to each other to form a ring. When p is 2 or more, the third compound has a plurality of R 11 and a plurality of R 12 , but the plurality of R 11 and the plurality of R 12 may be independently different from each other.
In the general formula (2), R 13 has a p-valent hydrocarbon group which may have a substituent, a p-valent heterocyclic group which may have a substituent, or a substituent. It represents a p-valent group in which at least one of a hydrocarbon group which may have a substituent and a heterocyclic group which may have a substituent is connected.

置換基を有していてもよい炭化水素基及び置換基を有していてもよい複素環基の少なくとも一方が2以上連結したp価の基としては、例えば、置換基を有していてもよい炭化水素基及び/又は置換基を有していてもよい複素環基が直接結合により2以上連結した化合物からp個の水素原子を除いて得られるp価の基、又は、置換基を有していてもよい炭化水素基及び/又は置換基を有していてもよい複素環基がアルキレン基、シリレン基、アミノ基、酸素原子又は硫黄原子等を介して2以上連結した化合物からp個の水素原子を除いて得られるp価の基が挙げられる。   Examples of the p-valent group in which at least one of a hydrocarbon group which may have a substituent and a heterocyclic group which may have a substituent are connected to each other in two or more include, for example, a substituent. It has a p-valent group obtained by removing p hydrogen atoms from a compound in which two or more heterocyclic groups which may have a good hydrocarbon group and / or a substituent are linked by a direct bond, or a substituent. P from compounds in which two or more hydrocarbon groups and / or optionally substituted heterocyclic groups may be linked via an alkylene group, a silylene group, an amino group, an oxygen atom or a sulfur atom And a p-valent group obtained by removing the hydrogen atom.

炭化水素基としては、R11及びR12について説明した1価の炭化水素基又はそれに対応する2価以上の炭化水素基が挙げられる。炭化水素基は通常6価以下であり、5価以下が好ましく、3価以下がより好ましい。炭化水素基としては、R11及びR12と同様に脂肪族炭化水素基又は芳香族炭化水素基が挙げられる。
複素環基としては、R11及びR12について説明した1価の複素環基又はそれに対応する2価以上6価以下の複素環基が挙げられる。複素環基の種類としては、R11及びR12と同様に脂肪族複素環基又は芳香族複素環基が挙げられる。
Examples of the hydrocarbon groups include monovalent hydrocarbon group or a divalent or more hydrocarbon groups corresponding to that described for R 11 and R 12. The hydrocarbon group is usually 6 or less, preferably 5 or less, and more preferably 3 or less. Examples of the hydrocarbon group include an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group as in R 11 and R 12 .
Examples of the heterocyclic group include the monovalent heterocyclic groups described for R 11 and R 12 or the corresponding divalent to hexavalent heterocyclic groups. As the type of the heterocyclic group, an aliphatic heterocyclic group or an aromatic heterocyclic group can be used in the same manner as R 11 and R 12 .

また、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、縮合多環芳香族基であってもよい。縮合多環芳香族基としては、R11及びR12について説明した1価の縮合多環芳香族基又はそれに対応する2価以上の縮合多環芳香族基が挙げられる。縮合多環芳香族基は通常6価以下であり、5価以下が好ましく、3価以下がより好ましい。
13が2価の基の場合、R13の具体例としては以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Further, the aromatic hydrocarbon group and the aromatic heterocyclic group may be a condensed polycyclic aromatic group. Examples of the condensed polycyclic aromatic group include the monovalent condensed polycyclic aromatic group described for R 11 and R 12 , or the corresponding divalent or higher-valent condensed polycyclic aromatic group. The condensed polycyclic aromatic group is usually 6 or less, preferably 5 or less, more preferably 3 or less.
When R 13 is a divalent group, specific examples of R 13 include the following, but are not limited thereto.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

13は、好ましくは、置換基を有していてもよいp価の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基が連結して得られるp価の基である。
11、R12及びR13についての説明における「置換基を有していてもよい」との用語は、置換基を1以上有していてもよいことを意味する。この置換基としては特に限定はないが、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキ
ニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基等が挙げられる。
R 13 is preferably a p-valent group obtained by linking a p-valent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent. It is.
The term “which may have a substituent” in the description of R 11 , R 12 and R 13 means that it may have one or more substituents. This substituent is not particularly limited, but is a halogen atom, hydroxyl group, cyano group, amino group, carboxyl group, carbonyl group, sulfonyl group, silyl group, boryl group, nitrile group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group. Group, an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group.

ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
アミノ基としては、例えば、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基又はカルバゾリル基等の芳香族置換アミノ基が挙げられる。
カルボニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、アセチル基又はエチルカルボニル基等が挙げられる。
As the halogen atom, a fluorine atom is preferable.
Examples of the amino group include aromatic substituted amino groups such as a diphenylamino group, a ditolylamino group, and a carbazolyl group.
As the carbonyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include an acetyl group and an ethylcarbonyl group.

シリル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、トリメチルシリル基又はトリフェニルシリル基等が挙げられる。
ボリル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、ジメシチルボリル基等の芳香族基置換ボリル基が挙げられる。
アルキル基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、i−プロピル基、t−ブチル基又はシクロヘキシル基等が挙げられる。
As the silyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a trimethylsilyl group and a triphenylsilyl group.
The boryl group is preferably a group having 2 to 20 carbon atoms, and examples thereof include an aromatic group-substituted boryl group such as a dimesitylboryl group.
As an alkyl group, a C1-C20 thing is preferable, for example, a methyl group, an ethyl group, i-propyl group, t-butyl group, or a cyclohexyl group etc. are mentioned.

アルケニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、ビニル基、スチリル基又はジフェニルビニル基等が挙げられる。
アルキニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、エチニル基、メチルエチニル基又はフェニルエチニル基等が挙げられ、さらに置換基を有するトリメチルシリルエチニル基等も挙げられる。
As the alkenyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a vinyl group, a styryl group, and a diphenylvinyl group.
As the alkynyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include an ethynyl group, a methylethynyl group, a phenylethynyl group, and the like, and a trimethylsilylethynyl group having a substituent.

アルコキシ基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、エチルヘキシルオキシ基、ベンジルオキシ基又はt−ブトキシ基等の直鎖又は分岐鎖のアルコキシ基が挙げられる。
芳香族炭化水素基としては、炭素数6以上20以下のものが好ましく、これらは単環基に何ら限定されず、単環芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族炭化水素基又は環連結芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。
As the alkoxy group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, ethylhexyloxy group, benzyloxy And a linear or branched alkoxy group such as a group or a t-butoxy group.
As the aromatic hydrocarbon group, those having 6 to 20 carbon atoms are preferable, and these are not limited to monocyclic groups, and are not limited to monocyclic aromatic hydrocarbon groups, condensed polycyclic aromatic hydrocarbon groups or ring-linked aromatic groups. Any of group hydrocarbon groups may be used.

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

芳香族複素環基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基又はフェニルカルバゾリル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基、チエニル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基又はフェナントリル基が好ましい。   As the aromatic heterocyclic group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, for example, pyridyl group, thienyl group, furyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, oxadiazolyl group, benzothienyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group. , Pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyrazolyl group, imidazolyl group, phenylcarbazolyl group and the like. Among these, a pyridyl group, a thienyl group, a benzothienyl group, a dibenzofuryl group, a dibenzothienyl group, or a phenanthryl group is preferable.

一般式(2)において、Yは周期表第16族元素から選ばれる原子を表す。本明細書において周期表とは、IUPAC2005年度推奨版(Recommendations of IUPAC 2005)のことを指す。Yとして具体的には、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子が挙げられる。なかでも、酸素原子又は硫黄原子が好ましく、酸素原子が特に好ましい。   In the general formula (2), Y represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table. In this specification, the periodic table refers to a recommended version of IUPAC 2005 (Recommendations of IUPAC 2005). Specific examples of Y include an oxygen atom, a sulfur atom, and a selenium atom. Of these, an oxygen atom or a sulfur atom is preferable, and an oxygen atom is particularly preferable.

一般式(2)で表される化合物の中でもより好ましくは、アリール基で置換されたリン原子と周期表第16族元素から選ばれる原子との間に二重結合を有するホスフィン化合物
である。例えば、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が挙げられる。
さらに好ましい例としては、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基を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基を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オキシド基を2つ以上有する芳香族複素環化合物、等が挙げられる。ここでアリール基は芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を指し、アリール基を2つ以上有する場合それぞれのアリール基は互いに異なっていてもよい。上記のアリール基は、フッ素原子、ヒドロキシ基又はパーフルオロアルキル基等のフッ素原子で置換されたアルキル基等で置換されていてもよい。
Among the compounds represented by the general formula (2), a phosphine compound having a double bond between a phosphorus atom substituted with an aryl group and an atom selected from Group 16 elements of the periodic table is more preferable. Examples thereof include a phosphine oxide compound substituted with an aryl group or a phosphine sulfide compound substituted with an aryl group.
More preferable examples include triarylphosphine oxide compounds, triarylphosphine sulfide compounds, aromatic hydrocarbon compounds having two or more diarylphosphine oxide groups, aromatic hydrocarbon compounds having two or more diarylphosphine sulfide groups, and diarylphosphine. And aromatic heterocyclic compounds having two or more oxide groups. Here, the aryl group refers to an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group. When two or more aryl groups are present, each aryl group may be different from each other. The aryl group may be substituted with an alkyl group substituted with a fluorine atom such as a fluorine atom, a hydroxy group or a perfluoroalkyl group.

トリアリールホスフィンオキシド化合物及びトリアリールホスフィンスルフィド化合物の中でも特に好ましい例としては、炭素数2以上20以下のアリール基を有するトリアリールホスフィンオキシド化合物又はトリアリールホスフィンスルフィド化合物が挙げられる。ジアリールホスフィンオキシド基を2つ以上有する芳香族炭化水素化合物及びジアリールホスフィンスルフィド基を2つ以上有する芳香族炭化水素化合物の中でも特に好ましい例としては、炭素数2以上20以下のアリール基を有するジアリールホスフィンオキシド基又はジアリールホスフィンスルフィド基を、2つ以上4つ以下有する、炭素数2〜30の芳香族炭化水素化合物又は芳香族複素環化合物が挙げられる。   Among triarylphosphine oxide compounds and triarylphosphine sulfide compounds, particularly preferred examples include triarylphosphine oxide compounds or triarylphosphine sulfide compounds having an aryl group having 2 to 20 carbon atoms. Among aromatic hydrocarbon compounds having two or more diarylphosphine oxide groups and aromatic hydrocarbon compounds having two or more diarylphosphine sulfide groups, diarylphosphine having an aryl group having 2 to 20 carbon atoms is particularly preferable. Examples thereof include an aromatic hydrocarbon compound or aromatic heterocyclic compound having 2 to 30 carbon atoms and having 2 or more and 4 or less oxide groups or diarylphosphine sulfide groups.

一般式(2)で表される化合物の具体例(Yは酸素、硫黄又はセレン等の周期表第16族元素から選ばれる原子を表す)を以下に例示する。   Specific examples of the compound represented by the general formula (2) (Y represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table such as oxygen, sulfur or selenium) are exemplified below.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

(第3の化合物の製造方法)
一般式(2)で表される化合物、及びその原料となる化合物の製造方法としては特に限
定はない。例えば、公知文献(国際公開第2011/016430号、特開2011−046697号公報、Journal of the American Chemical Society,128(17),5672−5679,2006、Organic
Letters,10(20),4637−4640,2008)に記載の方法で合成しうる。
(Method for producing third compound)
There is no limitation in particular as a manufacturing method of the compound represented by General formula (2), and the compound used as the raw material. For example, publicly known documents (International Publication No. 2011/016430, JP 2011-046697 A, Journal of the American Chemical Society, 128 (17), 5672-5679, 2006, Organic
Letters, 10 (20), 4737-4640, 2008).

上述のように第3の材料は、第2の半導体材料の溶液又は第3の材料の溶剤によって、少なくとも部分的に溶出除去される。この観点から、第3の材料は一般的な溶媒に対する溶解度が大きいことが好ましい。具体的には、第3の材料の25℃におけるトルエンに対する溶解度は、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。   As described above, the third material is at least partially eluted and removed by the solution of the second semiconductor material or the solvent of the third material. From this viewpoint, it is preferable that the third material has a high solubility in a general solvent. Specifically, the solubility of the third material in toluene at 25 ° C. is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more.

<3.太陽電池>
上述の各実施形態に係る光電変換素子は、太陽電池、なかでも薄膜太陽電池の太陽電池素子として使用されることが好ましい。図5は本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図5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。
<3. Solar cell>
The photoelectric conversion element according to each of the above-described embodiments is preferably used as a solar cell, particularly a solar cell element of a thin film solar cell. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin film solar cell as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, 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.

上記構成及びその製造方法については、周知技術を用いることができ、具体的には国際公開第2011/016430号又は国際公開第2012/102390号等の公知文献に記載のものを採用することができる。
本発明に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池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。本発明に係る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。
For the above-described configuration and manufacturing method thereof, well-known techniques can be used. Specifically, those described in publicly known documents such as International Publication No. 2011/016430 or International Publication No. 2012/102390 can be employed. .
There is no restriction | limiting in the use of the solar cell which concerns on this invention, especially the thin film solar cell 14 mentioned above, It can use for arbitrary uses. Examples of the field to which the thin-film solar cell according to the present invention is applied include building material solar cells, automobile solar cells, interior solar cells, railway solar cells, marine solar cells, airplane solar cells, and spacecrafts. Solar cells, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like.

本発明に係る太陽電池、特に薄膜太陽電池はそのまま用いても、基材上に太陽電池を設置して太陽電池モジュールとして用いてもよい。例えば、図6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。基材12については、周知技術を用いることができ、具体的には国際公開第2011/016430号又は国際公開第2012/102390号等の公知文献に記載のものを採用することができる。   The solar cell according to the present invention, particularly a thin-film solar cell, may be used as it is, or a solar cell may be installed on a substrate and used as a solar cell module. For example, as schematically shown in FIG. 6, a solar cell module 13 provided with a thin film solar cell 14 on a substrate 12 may be prepared and used at a place of use. For the substrate 12, well-known techniques can be used. Specifically, those described in publicly known documents such as International Publication No. 2011/016430 or International Publication No. 2012/102390 can be employed.

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。   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.

次に、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
[合成例1]
<チタニルフタロシアニン(PC−7)の合成>
チタニルフタロシアニン(PC−7)は、特開平9−87536号公報の記載に従って
合成した。
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to description of a following example.
[Synthesis Example 1]
<Synthesis of titanyl phthalocyanine (PC-7)>
Titanyl phthalocyanine (PC-7) was synthesized according to the description in JP-A-9-87536.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

[合成例2]
<BINAPOの合成>
BINAPOの合成は、国際公開第2011/016430号に従って合成した。
[Synthesis Example 2]
<Synthesis of BINAPO>
BINAPO was synthesized according to WO 2011/016430.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

[合成例3]
<POPyの合成>
POPyの合成は、国際公開第2011/016430号に従って合成した。
[Synthesis Example 3]
<Synthesis of POPy 2 >
POPy 2 was synthesized according to International Publication No. 2011/016430.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

[合成例4]
<C60(QM)の合成>
60(QM)の合成は、国際公開第2011/016430号に従って合成した。
[Synthesis Example 4]
<Synthesis of C 60 (QM) 2 >
C 60 (QM) 2 was synthesized according to International Publication No. 2011/016430.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

[合成例5]
<CF−POPyの合成>
CF−POPy22の合成は、国際公開第2011/016430号に従って合成した。
[Synthesis Example 5]
<Synthesis of CF 3 -POPy 2 >
CF 3 -POPy 22 was synthesized according to WO 2011/016430.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

[合成例6]
<ビシクロポルフィリン化合物(CP)の合成>
[Synthesis Example 6]
<Synthesis of Bicycloporphyrin Compound (CP)>

Figure 2014078670
Figure 2014078670

テトラキス(ビシクロ[2.2.2]オクタジエン)ポルフィリン(CP)は、特開2003−304014号公報の記載を参考にして合成した。
<DSC法によるガラス転移温度(Tg)及び結晶化温度(Tc)の測定>
約4mgの表1に記載の試料をアルミニウム製試料容器に入れ、エスアイアイ・ナノテ
クノロジー株式会社製の示差熱走査熱量分析装置を用いて、Nガス50ml/min、昇温速度10℃/minの条件で測定することにより求めた。結果を表1に示す。
Tetrakis (bicyclo [2.2.2] octadiene) porphyrin (CP) was synthesized with reference to the description in JP-A-2003-304014.
<Measurement of Glass Transition Temperature (Tg) and Crystallization Temperature (Tc) by DSC Method>
Samples described in Table 1 to about 4mg placed in an aluminum sample container, using a differential thermal scanning calorimeter of SII Nano Technology Co., Ltd., N 2 gas 50 ml / min, heating rate 10 ° C. / min It was calculated | required by measuring on condition of this. The results are shown in Table 1.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

以上の結果から、上記試料が本願に係る第3の材料であることが判る。
[実施例1]
図1に示す構造を有する光電変換素子を以下の方法で作製した。ガラス基板上にインジウムスズ酸化物(ITO)透明導電膜を145nm堆積したもの(シート抵抗8.4Ω)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて2mm幅のストライプとなるようにパターニングして透明電極102を形成した。パターン形成したITO基板を、界面活性剤による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
From the above results, it can be seen that the sample is the third material according to the present application.
[Example 1]
A photoelectric conversion element having the structure shown in FIG. 1 was produced by the following method. A 145 nm thick indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on a glass substrate (sheet resistance: 8.4Ω) is patterned to form a 2 mm wide stripe using normal photolithography and hydrochloric acid etching. Thus, a transparent electrode 102 was formed. The patterned ITO substrate was cleaned in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant, water with ultrapure water, and ultrasonic cleaning with ultrapure water, then dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning.

次に、上記基板を真空蒸着装置内に設置し、真空蒸着装置内に配置されたメタルボートに、陽極バッファ材料として、五酸化バナジウム(V)を、第1の半導体材料として、合成例1で得られたチタニルフタロシアニン(PC−7)を、第3の材料として、合成例2で得られたホスフィン化合物(BINAPO)を別々に入れた。真空蒸着装置の粗排気を油回転ポンプにより行った後、真空蒸着装置内の真空度が1.2x10−4Paとなるまでクライオポンプを用いて排気を行った。最初に、メタルボートを加熱して三酸化モリブデン(MoO)を陽極ITO(102)の上に、陽極バッファ層(103)として、蒸着した。蒸着時の真空度は1.6x10−4Pa、蒸着速度は0.1nm/秒で、膜厚は10nmであった。次に、活性層(104)を形成する際に、下記に示すチタニルフタロシアニン(PC−7)とホスフィン化合物(BINAPO)をそれぞれ、蒸着速度0.15nm/秒、0.15nm/秒、で2元同時蒸着することで混合膜を形成した。蒸着時の真空度は1.1x10−4Pa、膜厚は100nmであった。 Next, the substrate is placed in a vacuum vapor deposition apparatus, and vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) is synthesized as a first semiconductor material as an anode buffer material in a metal boat disposed in the vacuum vapor deposition apparatus. Using the titanyl phthalocyanine (PC-7) obtained in Example 1 as the third material, the phosphine compound (BINAPO) obtained in Synthesis Example 2 was separately added. After performing rough evacuation of the vacuum deposition apparatus with an oil rotary pump, evacuation was performed using a cryopump until the degree of vacuum in the vacuum deposition apparatus was 1.2 × 10 −4 Pa. First, a metal boat was heated to deposit molybdenum trioxide (MoO 3 ) on the anode ITO (102) as an anode buffer layer (103). The degree of vacuum during the deposition was 1.6 × 10 −4 Pa, the deposition rate was 0.1 nm / second, and the film thickness was 10 nm. Next, when the active layer (104) is formed, the following titanyl phthalocyanine (PC-7) and phosphine compound (BINAPO) are respectively binary at a deposition rate of 0.15 nm / second and 0.15 nm / second. A mixed film was formed by co-evaporation. The degree of vacuum at the time of vapor deposition was 1.1 × 10 −4 Pa and the film thickness was 100 nm.

ここで、基板を真空蒸着装置からグローブボックス内に取り出し、1.0重量%の下記に構造式を示すC60PCBM(フロンティアカーボン社製)を含有するトルエン溶液を基板にスピンコートした。スピン回転数は1000rpmであった。この塗布工程により、第3の材料であるホスフィン化合物(BINAPO)を第2の半導体材料であるPCBMに置換し、活性層(104)を形成した。 Here, the substrate was taken out from the vacuum deposition apparatus into a glove box, and a toluene solution containing 1.0 wt% of C 60 PCBM (frontier carbon) having the following structural formula was spin-coated on the substrate. The spin speed was 1000 rpm. Through this coating step, the phosphine compound (BINAPO) as the third material was replaced with PCBM as the second semiconductor material to form an active layer (104).

Figure 2014078670
Figure 2014078670

再び、活性層(104)まで形成した基板を真空蒸着内に設置し、真空蒸着装置内に配置されたメタルボートに陰極バッファ材料として、合成例3で得られたホスフィン化合物(POPy)を入れた。真空蒸着装置の粗排気を油回転ポンプにより行った後、真空蒸着装置内の真空度が1.2x10−4Paとなるまでクライオポンプを用いて排気を行った。ここで、メタルボートを加熱して上記ホスフィン化合物(POPy)を蒸着した。蒸着時の真空度は1.5x10−4Pa、蒸着速度は0.1nm/秒で、膜厚は6.0nmであった。このようにして、陰極バッファ層(105)を活性層(104)の上に形成した。 Again, the substrate formed up to the active layer (104) was placed in vacuum vapor deposition, and the phosphine compound (POPy 2 ) obtained in Synthesis Example 3 was placed as a cathode buffer material in a metal boat placed in the vacuum vapor deposition apparatus. It was. After performing rough evacuation of the vacuum deposition apparatus with an oil rotary pump, evacuation was performed using a cryopump until the degree of vacuum in the vacuum deposition apparatus was 1.2 × 10 −4 Pa. Here, the metal boat was heated to deposit the phosphine compound (POPy 2 ). The degree of vacuum during the deposition was 1.5 × 10 −4 Pa, the deposition rate was 0.1 nm / second, and the film thickness was 6.0 nm. Thus, the cathode buffer layer (105) was formed on the active layer (104).

引き続き、上部電極用のマスクとして、2mm幅のストライプ状シャドーマスクを、透明電極102のITOストライプとは直交するように素子に密着させて、先とは別の真空蒸着室内に配置した。そして、陰極バッファ層105の積層時と同様にして、真空蒸着装置内の真空度が2.5x10−4Paとなるまで排気した。その後、アルミニウムを蒸着速度0.3nm/秒で陰極バッファ層105の上に膜厚80nmとなるように蒸着して、陰極106を形成した。蒸着時の真空度は1.6x10−4Paであった。 Subsequently, as a mask for the upper electrode, a 2 mm wide stripe-shaped shadow mask was placed in close contact with the element so as to be orthogonal to the ITO stripe of the transparent electrode 102 and placed in a vacuum deposition chamber different from the previous one. And it exhausted until the vacuum degree in a vacuum evaporation system was set to 2.5x10 < -4 > Pa similarly to the time of lamination | stacking of the cathode buffer layer 105. FIG. Thereafter, aluminum was vapor-deposited on the cathode buffer layer 105 at a vapor deposition rate of 0.3 nm / second so as to have a film thickness of 80 nm, whereby the cathode 106 was formed. The degree of vacuum during the deposition was 1.6 × 10 −4 Pa.

こうして得られた素子をグローブボックス中に取り出した後、120℃において5分間の加熱処理(ポストアニール処理)を行った。以上のようにして、5mmx5mmのサイズの受光面積部分を有する光電変換素子が得られた。
この光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cmの照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定した。光電変換素子の開放電圧(Voc)は0.65V、短絡電流密度(Jsc)は14.2mA/cm、フィルファクター(FF)は0.48、エネルギー変換効率(PCE)は4.4%であった。
The device thus obtained was taken out into a glove box, and then subjected to a heat treatment (post-annealing treatment) at 120 ° C. for 5 minutes. As described above, a photoelectric conversion element having a light receiving area portion having a size of 5 mm × 5 mm was obtained.
The photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 to measure voltage-current characteristics. The open-circuit voltage (Voc) of the photoelectric conversion element is 0.65 V, the short-circuit current density (Jsc) is 14.2 mA / cm 2 , the fill factor (FF) is 0.48, and the energy conversion efficiency (PCE) is 4.4%. there were.

[比較例1]
活性層(104)形成時に第3の材料を使用しない他は実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
この光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cmの照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定した。光電変換素子の開放電圧(Voc)は0.66V、短絡電流密度(Jsc)は11.6mA/cm、フィルファクター(FF)は0.42、エネルギー変換効率(PCE)は3.2%であった。
[Comparative Example 1]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the third material was not used when forming the active layer (104).
The photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 to measure voltage-current characteristics. The open-circuit voltage (Voc) of the photoelectric conversion element is 0.66 V, the short-circuit current density (Jsc) is 11.6 mA / cm 2 , the fill factor (FF) is 0.42, and the energy conversion efficiency (PCE) is 3.2%. there were.

[実施例2]
図1に示す構造を有する光電変換素子を以下の方法で作製した。ガラス基板上にインジウムスズ酸化物(ITO)透明導電膜を145nm堆積したもの(シート抵抗8.4Ω)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて2mm幅のストライプとなるようにパターニングして透明電極102を形成した。パターン形成したITO基板を、界面活性剤による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄の順で洗浄
後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
[Example 2]
A photoelectric conversion element having the structure shown in FIG. 1 was produced by the following method. A 145 nm thick indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on a glass substrate (sheet resistance: 8.4Ω) is patterned to form a 2 mm wide stripe using normal photolithography and hydrochloric acid etching. Thus, a transparent electrode 102 was formed. The patterned ITO substrate was cleaned in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant, water with ultrapure water, and ultrasonic cleaning with ultrapure water, then dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning.

この透明基板上に、陽極バッファ層103として、導電性高分子であるPEDOT:PSS(ヘレウス社製、品名CLEVIOS AI 4083)を、20nmの膜厚となるようにスピンコート(回転数5000rpm)により形成し、120℃で大気中10分間加熱乾燥後、窒素中180℃で3分間加熱処理した。
次に、上記基板を真空蒸着装置内に設置し、真空蒸着装置内に配置されたメタルボートに、第1の半導体材料として、テトラベンゾポルフィリン(BP−1)を、第3の材料としてカルバゾール化合物(T−1)(Lumtec社製)を別々に入れた。真空蒸着装置の粗排気を油回転ポンプにより行った後、真空蒸着装置内の真空度が1.2x10−4Paとなるまでクライオポンプを用いて排気を行った。活性層(104)を形成する際に、下記に示すテトラベンゾポルフィリン(BP−1)とカルバゾール化合物(T−1)をそれぞれ、蒸着速度0.03nm/秒、0.06nm/秒、で2元同時蒸着により混合膜を形成した。蒸着時の真空度は1.1x10−4Pa、基板温度は25℃、膜厚は150nmであった。
On this transparent substrate, PEDOT: PSS (product name: CLEVIOS AI 4083 manufactured by Heraeus Co., Ltd.), which is a conductive polymer, is formed as an anode buffer layer 103 by spin coating (rotation speed: 5000 rpm) so as to have a film thickness of 20 nm. Then, after heating and drying at 120 ° C. for 10 minutes in the air, heat treatment was performed at 180 ° C. for 3 minutes in nitrogen.
Next, the substrate is placed in a vacuum deposition apparatus, and tetrabenzoporphyrin (BP-1) is used as a first semiconductor material and a carbazole compound is used as a third material in a metal boat disposed in the vacuum deposition apparatus. (T-1) (made by Lumtec) was put separately. After performing rough evacuation of the vacuum deposition apparatus with an oil rotary pump, evacuation was performed using a cryopump until the degree of vacuum in the vacuum deposition apparatus was 1.2 × 10 −4 Pa. When forming the active layer (104), the tetrabenzoporphyrin (BP-1) and the carbazole compound (T-1) shown below are respectively binary at a deposition rate of 0.03 nm / second and 0.06 nm / second. A mixed film was formed by co-evaporation. The degree of vacuum during deposition was 1.1 × 10 −4 Pa, the substrate temperature was 25 ° C., and the film thickness was 150 nm.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

ここで、基板を真空蒸着装置からグローブボックス内に取り出し、ホットプレート上において190℃で20分間加熱した。次に、0.75重量%の下記に構造式を示すフラーレン化合物を含有するトルエン溶液を基板にスピンコートした。スピン回転数は1500rpmであった。この塗布工程により、第3の材料であるカルバゾール化合物(T−1:(4,4’,4’’−トリ−9−カルバゾリルトリフェニルアミン)を、第2の半導体材料である、合成例4で得られたフラーレン化合物(C60(QM))に置換し、活性層(104)を形成した。 Here, the substrate was taken out from the vacuum deposition apparatus into a glove box and heated on a hot plate at 190 ° C. for 20 minutes. Next, 0.75 wt% of a toluene solution containing a fullerene compound represented by the following structural formula was spin-coated on the substrate. The spin speed was 1500 rpm. By this coating process, the carbazole compound (T-1: (4,4 ′, 4 ″ -tri-9-carbazolyltriphenylamine), which is the third material, is converted into the second semiconductor material, the synthesis example. The fullerene compound (C 60 (QM) 2 ) obtained in 4 was substituted to form an active layer (104).

再び、活性層(104)まで形成した基板を真空蒸着内に設置し、真空蒸着装置内に配置されたメタルボートに陰極バッファ材料として、合成例5で得られたホスフィン化合物(CF−POPy)を入れた。真空蒸着装置の粗排気を油回転ポンプにより行った後、真空蒸着装置内の真空度が1.2x10−4Paとなるまでクライオポンプを用いて排気を行った。ここで、メタルボートを加熱して上記ホスフィン化合物(CF−POPy)を蒸着した。蒸着時の真空度は1.5x10−4Pa、蒸着速度は0.1nm/秒で、膜厚は4.5nmであった。このようにして、陰極バッファ層(105)を活性層(104)の上に形成した。 Again, the substrate formed up to the active layer (104) was placed in vacuum deposition, and the phosphine compound (CF 3 -POPy 2 ) obtained in Synthesis Example 5 was used as a cathode buffer material in a metal boat placed in the vacuum deposition apparatus. ) After performing rough evacuation of the vacuum deposition apparatus with an oil rotary pump, evacuation was performed using a cryopump until the degree of vacuum in the vacuum deposition apparatus was 1.2 × 10 −4 Pa. Here, the metal boat was heated to deposit the phosphine compound (CF 3 -POPy 2 ). The degree of vacuum during the deposition was 1.5 × 10 −4 Pa, the deposition rate was 0.1 nm / second, and the film thickness was 4.5 nm. Thus, the cathode buffer layer (105) was formed on the active layer (104).

引き続き、上部電極用のマスクとして、2mm幅のストライプ状シャドーマスクを、透
明電極102のITOストライプとは直交するように素子に密着させて、先とは別の真空蒸着室内に配置した。そして、陰極バッファ層105の積層時と同様にして、真空蒸着装置内の真空度が1.2x10−4Paとなるまで排気した。その後、アルミニウムを蒸着速度0.3nm/秒で陰極バッファ層105の上に膜厚80nmとなるように蒸着して、陰極106を形成した。蒸着時の真空度は1.4x10−4Paであった。
Subsequently, as a mask for the upper electrode, a 2 mm wide stripe-shaped shadow mask was placed in close contact with the element so as to be orthogonal to the ITO stripe of the transparent electrode 102 and placed in a vacuum deposition chamber different from the previous one. And it exhausted until the vacuum degree in a vacuum evaporation system became 1.2x10 < -4 > Pa similarly to the time of lamination | stacking of the cathode buffer layer 105. FIG. Thereafter, aluminum was vapor-deposited on the cathode buffer layer 105 at a vapor deposition rate of 0.3 nm / second so as to have a film thickness of 80 nm, whereby the cathode 106 was formed. The degree of vacuum at the time of vapor deposition was 1.4 × 10 −4 Pa.

こうして得られた素子をグローブボックス中に取り出した後、210℃において5分間の加熱処理(ポストアニール処理)を行った。以上のようにして、5mmx5mmのサイズの受光面積部分を有する光電変換素子が得られた。
この光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cmの照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定した。光電変換素子の開放電圧(Voc)は0.76V、短絡電流密度(Jsc)は8.5mA/cm、フィルファクター(FF)は0.62、エネルギー変換効率(PCE)は4.1%であった。
The device thus obtained was taken out into a glove box and then subjected to a heat treatment (post-annealing treatment) at 210 ° C. for 5 minutes. As described above, a photoelectric conversion element having a light receiving area portion having a size of 5 mm × 5 mm was obtained.
The photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 to measure voltage-current characteristics. The open-circuit voltage (Voc) of the photoelectric conversion element is 0.76 V, the short-circuit current density (Jsc) is 8.5 mA / cm 2 , the fill factor (FF) is 0.62, and the energy conversion efficiency (PCE) is 4.1%. there were.

[実施例3]
第1の半導体材料としてテトラベンゾポルフィリン(BP−1)を、第3の材料としてカルバゾール化合物(T−1)を用い、BP−1とT−1の蒸着速度比を2:1で60nmの膜厚で形成し、次に、蒸着速度比を1:1で60nm、最後に、蒸着速度比1:2で60nmの膜厚で3段階で第1の半導体材料の膜厚方向で傾斜組成をつけた他は、実施例2と同様にして光電変換素子を作製した。
この光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cmの照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定した。光電変換素子の開放電圧(Voc)は0.76V、短絡電流密度(Jsc)は10.0mA/cm、フィルファクター(FF)は0.59、エネルギー変換効率(PCE)は4.5%であった。
[Example 3]
Using tetrabenzoporphyrin (BP-1) as the first semiconductor material, carbazole compound (T-1) as the third material, and a deposition rate ratio of BP-1 and T-1 of 2: 1 and a film of 60 nm Next, a gradient composition is applied in the film thickness direction of the first semiconductor material in three steps with a deposition rate ratio of 1: 1 at 60 nm and finally a deposition rate ratio of 1: 2 and a thickness of 60 nm. Otherwise, a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 2.
The photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 to measure voltage-current characteristics. The open-circuit voltage (Voc) of the photoelectric conversion element is 0.76 V, the short-circuit current density (Jsc) is 10.0 mA / cm 2 , the fill factor (FF) is 0.59, and the energy conversion efficiency (PCE) is 4.5%. there were.

[比較例2]
活性層(104)形成時に第3の材料を使用しない他は実施例2と同様にして光電変換素子を作製した。
この光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cmの照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定した。光電変換素子の開放電圧(Voc)は0.72V、短絡電流密度(Jsc)は4.7mA/cm、フィルファクター(FF)は0.66、エネルギー変換効率(PCE)は2.2%であった。
[Comparative Example 2]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 2 except that the third material was not used when forming the active layer (104).
The photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 to measure voltage-current characteristics. The open-circuit voltage (Voc) of the photoelectric conversion element is 0.72 V, the short-circuit current density (Jsc) is 4.7 mA / cm 2 , the fill factor (FF) is 0.66, and the energy conversion efficiency (PCE) is 2.2%. there were.

[比較例3]
実施例2と同様にして陽極バッファ層としてPEDOT:PSS(ヘレウス社製、品名CLEVIOS AI 4083)を20nm形成した基板を作製した。
次に、合成例6で得られたビシクロポルフィリン化合物(CP)を、クロロベンゼンとクロロホルムの混合溶媒(重量比で2:1)に0.5重量%となるように溶かした溶液を、陽極バッファ層103上にスピンコートした(回転数500rpm)。塗布後、ホットプレート上、180℃で20分間加熱処理を行った。この加熱処理により、褐色のビシクロポルフィリン化合物(CP)膜は、緑色のテトラベンゾポルフィリン(BP−1)膜へと熱転換された。こうして、25nmの平均膜厚を有する結晶性の活性層104が得られた。
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 2, a substrate on which 20 nm of PEDOT: PSS (manufactured by Heraeus, product name CLEVIOS AI 4083) was formed as an anode buffer layer was produced.
Next, a solution obtained by dissolving the bicycloporphyrin compound (CP) obtained in Synthesis Example 6 in a mixed solvent of chlorobenzene and chloroform (weight ratio of 2: 1) to 0.5 wt% was used as an anode buffer layer. 103 was spin-coated (rotation speed: 500 rpm). After the application, heat treatment was performed on a hot plate at 180 ° C. for 20 minutes. By this heat treatment, the brown bicycloporphyrin compound (CP) film was thermally converted into a green tetrabenzoporphyrin (BP-1) film. Thus, a crystalline active layer 104 having an average film thickness of 25 nm was obtained.

Figure 2014078670
Figure 2014078670

上記活性層(104)の上に、実施例2と同様にしてフラーレン化合物をスピンコートした後、真空蒸着装置にて、同じ陰極バッファ層とアルミニウムを蒸着して光電変換素子を完成させた。
この光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cmの照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定した。光電変換素子の開放電圧(Voc)は0.83V、短絡電流密度(Jsc)は6.1mA/cm、フィルファクター(FF)は0.72、エネルギー変換効率(PCE)は3.6%であった。
以上のように、本願に係る第3の材料を用いて活性層を作製することにより、高い光電変換特性を示す光電変換素子が得られることがわかった。
A fullerene compound was spin-coated on the active layer (104) in the same manner as in Example 2, and then the same cathode buffer layer and aluminum were deposited in a vacuum deposition apparatus to complete a photoelectric conversion element.
The photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 to measure voltage-current characteristics. The open-circuit voltage (Voc) of the photoelectric conversion element is 0.83 V, the short-circuit current density (Jsc) is 6.1 mA / cm 2 , the fill factor (FF) is 0.72, and the energy conversion efficiency (PCE) is 3.6%. there were.
As described above, it has been found that a photoelectric conversion element exhibiting high photoelectric conversion characteristics can be obtained by forming an active layer using the third material according to the present application.

100 光電変換素子
101 基板
102 電極
103 バッファ層
104a 活性層(p−層)
104b 活性層(n−層)
104c 活性層(i−層)
105 バッファ層
106 電極
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
11 シール材
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Photoelectric conversion element 101 Substrate 102 Electrode 103 Buffer layer 104a Active layer (p-layer)
104b Active layer (n-layer)
104c Active layer (i-layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 105 Buffer layer 106 Electrode 1 Weatherproof protective film 2 Ultraviolet cut film 3,9 Gas barrier film 4,8 Getter material film 5,7 Sealing material 6 Solar cell element 10 Back sheet 11 Sealing material 12 Base material 13 Solar cell module 14 Thin film Solar cell

Claims (10)

その一方が電子供与体であり他方が電子受容体である、第1の半導体材料と第2の半導体材料とを含む半導体層を備えた半導体デバイスの製造方法であって、
前記半導体層の製造工程が、前記第1の半導体材料と第3の材料とを蒸着して第1の半導体材料と第3の材料とを含む層を形成する工程
及び前記第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に対して、前記第3の材料を前記第2の半導体材料で置換する置換工程を備え、
前記第3の材料が以下の条件のうち少なくとも一つを満たす化合物であることを特徴とする、半導体デバイスの製造方法。
(1)示差走査熱量測定法(DSC法)によるガラス転移温度が80℃以上200℃以下である化合物
(2)示差走査熱量測定法(DSC法)による結晶化温度が180℃以上300℃以下である化合物
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor layer comprising a first semiconductor material and a second semiconductor material, one of which is an electron donor and the other is an electron acceptor,
The manufacturing process of the semiconductor layer includes a step of depositing the first semiconductor material and a third material to form a layer including the first semiconductor material and the third material, and the first semiconductor material; A replacement step of replacing the third material with the second semiconductor material for a layer containing the third material;
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third material is a compound satisfying at least one of the following conditions.
(1) A compound having a glass transition temperature of 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower by differential scanning calorimetry (DSC method) (2) A crystallization temperature of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower by differential scanning calorimetry (DSC method) A compound
第3の材料が前記(1)及び(2)の条件を満たす化合物である、請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third material is a compound that satisfies the conditions (1) and (2). 第3の材料が下記式(1)又は(2)で表される、請求項1又は2に記載の半導体デバイスの製造方法。
Figure 2014078670
(式(1)中、Xは3価の基を表し、A〜Aは各々独立して置換基を有していてもよい芳香族基を表す。)
Figure 2014078670
(式(2)中、pは1以上の整数を表し、R11及びR12は各々独立して任意の置換基を表し、R11及びR12は互いに結合し環を形成していてもよい。pが2以上の場合に、複数のR11及び複数のR12は各々独立して異なっていてもよい。R13は置換基を有していてもよいp価の炭化水素基、置換基を有していてもよいp価の複素環基、又は置換基を有していてもよい炭化水素基及び置換基を有していてもよい複素環基の少なくとも一方が2以上連結したp価の基を表す。Yは周期表第16族元素から選ばれる原子を表す。)
The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 1 or 2 with which a 3rd material is represented by following formula (1) or (2).
Figure 2014078670
(In formula (1), X represents a trivalent group, and A 1 to A 3 each independently represents an aromatic group which may have a substituent.)
Figure 2014078670
(In formula (2), p represents an integer of 1 or more, R 11 and R 12 each independently represent an arbitrary substituent, and R 11 and R 12 may be bonded to each other to form a ring. When p is 2 or more, the plurality of R 11 and the plurality of R 12 may each independently be different, and R 13 may be a p-valent hydrocarbon group or substituent which may have a substituent. P-valent heterocyclic group which may have a p-valent heterocyclic group or a hydrocarbon group which may have a substituent and at least one of a heterocyclic group which may have a substituent connected Y represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table.)
前記置換工程では、前記第2の半導体材料の溶液を、前記第1の半導体材料と第3の材料とを含む層に塗布することにより、前記第3の材料を前記第2の半導体材料で置換することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。   In the replacing step, the second material is replaced with the second semiconductor material by applying a solution of the second semiconductor material to a layer including the first semiconductor material and the third material. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記置換工程は、前記第1の半導体材料と第3の材料とを含む層から前記第3の材料を当該第3の材料の溶剤を用いて溶出除去する工程と、前記工程において前記第3の材料が
除去された前記層に前記第2の半導体材料の溶液を塗布することにより、前記第2の半導体材料を含有させる工程とを含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。
The replacing step includes a step of eluting and removing the third material from the layer containing the first semiconductor material and the third material using a solvent of the third material, and the third step in the step. Applying the second semiconductor material solution to the layer from which the material has been removed to contain the second semiconductor material. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
前記第1の半導体材料は、前記第2の半導体材料の溶液中の溶媒に難溶又は不溶であり、前記第3の材料は、前記第2の半導体材料の溶液中の溶媒に可溶であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。   The first semiconductor material is hardly soluble or insoluble in a solvent in the solution of the second semiconductor material, and the third material is soluble in a solvent in the solution of the second semiconductor material. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is a semiconductor device manufacturing method. 前記第1の半導体材料は、前記第3の材料の溶剤に難溶又は不溶であることを特徴とする、請求項5に記載の半導体デバイスの製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the first semiconductor material is hardly soluble or insoluble in a solvent of the third material. 前記半導体デバイスは光電変換素子であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a photoelectric conversion element. 請求項8に記載の製造方法により製造された光電変換素子を含むことを特徴とする、太陽電池。   A solar cell comprising a photoelectric conversion element manufactured by the manufacturing method according to claim 8. 請求項9に記載の太陽電池を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。   A solar cell module comprising the solar cell according to claim 9.
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