JP2014130932A - Manufacturing method of organic thin film solar cell - Google Patents

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卓也 植松
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健志 金田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of an organic thin film solar cell which improves coating properties of an organic layer and prevents defects of the solar cell in the manufacturing of the organic thin film solar cell.SOLUTION: A manufacturing method of an organic thin film solar cell having at least a pair of electrodes and an organic layer 37 on a substrate includes a processing step where remote type atmospheric pressure plasma treatment is performed on the organic layer 37.

Description

本発明は、有機薄膜太陽電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an organic thin film solar cell.

有機半導体層を用いた有機薄膜太陽電池の研究が行われている。
有機薄膜太陽電池の製造においては、各層は塗布によるウエットプロセスにより形成することで、製造コストを低減させることが提案されている(特許文献1)。
Studies on organic thin-film solar cells using organic semiconductor layers are being conducted.
In the production of organic thin-film solar cells, it has been proposed to reduce the production cost by forming each layer by a wet process by coating (Patent Document 1).

一方で、有機薄膜太陽電池に含まれる有機半導体層は、大気中において劣化し易い性質を有する。特に湿度による劣化が生じやすい。したがって、有機半導体層を大気中で形成した場合には、有機半導体層の成膜工程において有機半導体層が劣化してしまう場合があった。これに対し、非特許文献1では、有機薄膜太陽電池を製造する際には、窒素などの不活性ガス雰囲気中で成膜を行う必要があると記載されている。   On the other hand, the organic semiconductor layer included in the organic thin film solar cell has a property of being easily deteriorated in the atmosphere. Deterioration due to humidity is particularly likely to occur. Therefore, when the organic semiconductor layer is formed in the atmosphere, the organic semiconductor layer may be deteriorated in the organic semiconductor layer forming process. In contrast, Non-Patent Document 1 describes that when an organic thin film solar cell is manufactured, it is necessary to form a film in an inert gas atmosphere such as nitrogen.

特開2011−35258号公報JP 2011-35258 A

太陽エネルギー有効利用最前線(株式会社エヌ・ティーエス発行 2008年)第4章― 有機薄膜太陽電池製造装置The Forefront of Effective Use of Solar Energy (issued by NTS Corporation, 2008) Chapter 4-Organic Thin Film Solar Cell Manufacturing Equipment

本発明者らは、有機薄膜太陽電池の製造において、ウエットプロセスにより有機層上に他の層を成膜することを検討したところ、有機層上への成膜が非常に困難であった。そこで、表面処理により塗布性の改善を試みたところ、単に公知の手法であるコロナ処理やUV処理などを有機層に施すと、太陽電池に欠陥が発生するという新たな課題を見出した。
本発明は、このような課題を解決するものであり、有機薄膜太陽電池を製造するにあたり、有機層の塗布性を改善し、かつ、太陽電池の欠陥が生じない、有機薄膜太陽電池の製造方法を提供するものである。
In the manufacture of an organic thin film solar cell, the present inventors have examined the formation of another layer on the organic layer by a wet process, and it has been extremely difficult to form the film on the organic layer. Therefore, when an attempt was made to improve the coatability by surface treatment, a new problem was found that defects were generated in the solar cell when a known method such as corona treatment or UV treatment was applied to the organic layer.
The present invention solves such problems, and in manufacturing an organic thin film solar cell, improves the coating property of the organic layer and does not cause defects in the solar cell, and a method for manufacturing the organic thin film solar cell Is to provide.

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討し、太陽電池に生じる欠陥が、表面処理による有機層へのダメージに起因することを見出した。そして、有機層へのダメージが少ない表面処理について検討を重ね、リモート方式の大気圧プラズマ処理を有機層に対して施すことで、有機層へダメージを与えず、かつ、表面改質も十分にされることに想到し、本発明を完成させた。
本発明は、基板上に一対の電極及び有機層を少なくとも有する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、
リモート方式の大気圧プラズマ処理を前記有機層に対し施す処理工程、を含む製造方法である。
The present inventors have studied to solve the above problems, and have found that defects generated in the solar cell are caused by damage to the organic layer due to the surface treatment. The surface treatment with less damage to the organic layer is repeatedly studied, and the remote atmospheric pressure plasma treatment is applied to the organic layer, so that the organic layer is not damaged and the surface modification is sufficient. The present invention has been completed.
The present invention is a method for producing an organic thin film solar cell having at least a pair of electrodes and an organic layer on a substrate,
And a processing step of performing a remote atmospheric pressure plasma treatment on the organic layer.

また、前記処理工程においてリモート方式の大気圧プラズマ処理に用いられる処理ガスは、酸素濃度が3000ppm以下であることが好ましい。   Further, it is preferable that the processing gas used for the remote atmospheric pressure plasma processing in the processing step has an oxygen concentration of 3000 ppm or less.

また、前記処理工程は、ドライルーム内で行われることが好ましく、前記ドライルーム
は、露点−10℃以下の雰囲気であることが好ましい。
また、ロール・ツー・ロール形式の製造方法であることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the said process process is performed within a dry room, and it is preferable that the said dry room is an atmosphere with a dew point of -10 degrees C or less.
Moreover, it is preferable that it is a roll-to-roll type manufacturing method.

本発明により、有機層表面に対し適切な表面改質をし、かつ、有機層にダメージを与えることがない、有機薄膜太陽電池の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a method for producing an organic thin-film solar cell, which performs appropriate surface modification on the organic layer surface and does not damage the organic layer.

本実施態様で用いる、リモート式の大気圧プラズマ処理装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the remote type atmospheric pressure plasma processing apparatus used by this embodiment. 有機薄膜太陽電池素子の層構成を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the layer structure of an organic thin film solar cell element. 有機薄膜太陽電池の層構成を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the layer structure of an organic thin film solar cell. 有機薄膜太陽電池の層構成を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the layer structure of an organic thin film solar cell.

以下、本発明について、具体的な態様を示しながら詳細に説明するが、本発明は例示する具体的態様に限定されないことはいうまでもない。
本発明の実施態様に係る有機薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に一対の電極及び有機層を少なくとも有する有機薄膜太陽電池の有機層に、リモート方式の大気圧プラズマ処理を施す処理工程、を含む。
Hereinafter, the present invention will be described in detail while showing specific embodiments, but it is needless to say that the present invention is not limited to the illustrated specific embodiments.
A method of manufacturing an organic thin film solar cell according to an embodiment of the present invention includes a processing step of performing a remote atmospheric pressure plasma treatment on an organic layer of an organic thin film solar cell having at least a pair of electrodes and an organic layer on a substrate. Including.

<1.有機薄膜太陽電池の構成>
本実施態様に係る有機薄膜太陽電池は、基板上に一対の電極及び有機層を少なくとも有する。有機薄膜太陽電池は有機薄膜太陽電池素子を含み、有機薄膜太陽電池素子は、通常基板上に下部電極、有機層(バッファ層、活性層を含む)、上部電極が順に積層された構成を有する。これら有機薄膜太陽電池素子を構成する層の詳細については、後述する。
本実施態様では、バッファ層、活性層などの有機層に対し、塗布による成膜を行う際に塗布が困難であるとの問題点を、後述するリモート方式の大気圧プラズマ処理を有機層に施すことにより解決するものである。
<1. Configuration of organic thin film solar cell>
The organic thin film solar cell according to this embodiment has at least a pair of electrodes and an organic layer on a substrate. The organic thin film solar cell includes an organic thin film solar cell element, and the organic thin film solar cell element generally has a configuration in which a lower electrode, an organic layer (including a buffer layer and an active layer), and an upper electrode are sequentially stacked on a substrate. The detail of the layer which comprises these organic thin film solar cell elements is mentioned later.
In this embodiment, the organic layer such as the buffer layer and the active layer is subjected to a remote atmospheric pressure plasma treatment, which will be described later, on the organic layer, as a problem that the coating is difficult when the film is formed by coating. It is solved by this.

<2.プラズマ処理工程>
本実施態様に係るプラズマ処理工程は、リモート方式の大気圧プラズマ処理を有機層に対して施すことを特徴とする。
上記、有機層に対して塗布による成膜が困難であるとの問題点に対し、本発明者らは有機層への表面処理を試みた。しかしながら、コロナ処理やUV処理など公知の表面処理を適用したところ、太陽電池に欠陥が発生するという新たな課題を見出した。
表面処理の適用による太陽電池の欠陥について本発明者らが更に検討したところ、表面処理では活性種が生成し得る強さのエネルギーが有機層中にまで及んで作用し、有機層中のポリマーの結合が切断され、光電変換効率が低下するなどの欠陥が生じるのではないかと考察した。
そして、上記考察に基づき表面処理の方法について検討した結果、コロナ処理のように電極間に被処理物を直接配置する形式やUV処理のようにUVランプと被処理物を正対させる形式の表面処理ではなく、被処理物に与えるエネルギーが小さい処理方法、すなわち、被処理物を電極外に配置して該電極から発生したプラズマを吹き付ける形式の表面処理である、リモート方式の大気圧プラズマ処理を採用することで、上記課題を解決できることを見出した。
<2. Plasma treatment process>
The plasma processing step according to this embodiment is characterized by performing a remote atmospheric pressure plasma processing on the organic layer.
In response to the above-described problem that it is difficult to form a film by coating on the organic layer, the present inventors tried surface treatment on the organic layer. However, when a known surface treatment such as corona treatment or UV treatment is applied, a new problem has been found that defects occur in solar cells.
The present inventors further examined the defects of the solar cell due to the application of the surface treatment. As a result of the surface treatment, the energy of the strength at which active species can be generated extends into the organic layer, and the polymer in the organic layer acts. It was considered that defects such as a bond breakage and a decrease in photoelectric conversion efficiency may occur.
As a result of examining the surface treatment method based on the above consideration, the surface of the type in which the object to be treated is directly arranged between the electrodes as in the corona treatment or the type in which the UV lamp and the object to be treated are opposed as in the UV treatment. Rather than a treatment, a processing method with low energy applied to the object to be treated, that is, a remote type atmospheric pressure plasma treatment, which is a surface treatment in which the object to be treated is disposed outside the electrode and the plasma generated from the electrode is sprayed. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by adopting it.

<2−1.リモート方式の大気圧プラズマ処理>
リモート方式の大気圧プラズマ処理は、被処理物を電極外に配置して該電極から発生したプラズマを吹き付ける形式の表面処理であり、電極間に被処理物を直接配置してプラズ
マ処理をする形式の表面処理とは異なる。そのため、被処理物が平面でなくても適用することが可能であり、特に曲面構造や三次元構造を有する被処理物の表面処理を行うのに適している。
リモート方式の大気圧プラズマ処理を行う装置としては、例えば特開平11−260597号公報に開示の装置や、特開2004−207145号公報に開示の装置が例示されるが、以下図を用いて概略を簡単に説明する。
<2-1. Remote atmospheric pressure plasma treatment>
Remote atmospheric pressure plasma treatment is a type of surface treatment in which an object to be treated is placed outside the electrode and plasma generated from the electrode is sprayed, and the object to be treated is placed directly between the electrodes for plasma treatment. This is different from the surface treatment. Therefore, the present invention can be applied even if the object to be processed is not a flat surface, and is particularly suitable for surface treatment of an object to be processed having a curved surface structure or a three-dimensional structure.
As an apparatus for performing remote atmospheric pressure plasma processing, for example, an apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-260597 and an apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2004-207145 are exemplified. Is briefly explained.

図1は、本実施態様に用いるリモート方式の大気圧プラズマ処理装置の一例を示す模式図である。
リモート方式の大気圧プラズマ処理装置40は、枠体30内に一対の電極35、及び反応管32を備える。枠体30は、プラズマ放電の安定化の観点から、絶縁性材料により形成されることが好ましく、具体的には、石英、アルミナ、イットリア部分安定化ジルコニウムなどのガラス質材料やセラミック材料などがあげられる。電極35の材質としては、鉄、銅、アルミなどの金属などが挙げられる。
また、プラズマ放電の安定化のために、電極35は放電処理用ガス原料に直接接触させないことが好ましく、電極表面が絶縁性材料の被膜でコーティングされていることが好ましい。コーティングに用いる絶縁性材料としては、石英、アルミナ、イットリア部分安定化ジルコニウムなどのガラス質材料やセラミック材料などがあげられる。さらに、チタニア、SiO、AlN、SiN、SiC、ダイアモンド様炭素皮膜、チタン酸バリウム、チタン酸鉛ジルコネートなどの誘電体材質のものを使用することができる。ただし、誘電体材質のものを使用する場合には、誘電率は2000以下であることが好ましい。
電極35の表面にコーティングするにあたっては、絶縁性材料で枠体30を形成し、これの内側に電極35を挿着して密着させる方法、アルミナ、チタン酸バリウム、チタン酸鉛ジルコネートなどの粉末をプラズマ中で分散させ、電極35の表面に吹き付けるようにするプラズマ溶射法、シリカ、酸化スズ、チタニア、ジルコニア、アルミナなどの無機質粉末を溶剤などにより分散し、電極35の表面にスプレーなどで吹き付けて被覆した後、600℃以上の温度で溶融させるいわゆる琺瑯被覆方法、ゾルゲル法によるガラス質膜の形成方法。などを採用することができる。さらに気相蒸着法(CVD)もしくは物理蒸着法(PVD)により電極35の表面を絶縁性材料でコーティングすることもでき、これらの方法を採用することによって、極めて緻密で平滑な吸着性の乏しい絶縁性材料の被膜で電極35の表面をコーティングすることができ、放電の安定化をより促進することができる。
また、一対の電極の電極間の距離は、印加電圧の大きさ等を考慮して適宜決定されるが、通常0.1mm以上、好ましくは0.5mm以上、通常5mm以下、好ましくは3mm以下である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a remote atmospheric pressure plasma processing apparatus used in this embodiment.
The remote atmospheric pressure plasma processing apparatus 40 includes a pair of electrodes 35 and a reaction tube 32 in a frame 30. The frame 30 is preferably formed of an insulating material from the viewpoint of stabilization of plasma discharge, and specifically, glassy materials such as quartz, alumina, and yttria partially stabilized zirconium, ceramic materials, and the like are mentioned. It is done. Examples of the material of the electrode 35 include metals such as iron, copper, and aluminum.
In order to stabilize the plasma discharge, the electrode 35 is preferably not in direct contact with the gas material for discharge treatment, and the electrode surface is preferably coated with a coating of an insulating material. Examples of the insulating material used for the coating include glassy materials such as quartz, alumina, and yttria partially stabilized zirconium, and ceramic materials. Furthermore, a dielectric material such as titania, SiO 2 , AlN, Si 3 N, SiC, diamond-like carbon film, barium titanate, lead zirconate titanate, or the like can be used. However, when a dielectric material is used, the dielectric constant is preferably 2000 or less.
In coating the surface of the electrode 35, a frame 30 is formed of an insulating material, and the electrode 35 is inserted and adhered inside the frame 30, and powder such as alumina, barium titanate, lead zirconate titanate or the like is used. Plasma spraying method in which it is dispersed in plasma and sprayed on the surface of the electrode 35, inorganic powder such as silica, tin oxide, titania, zirconia and alumina is dispersed with a solvent and sprayed on the surface of the electrode 35 with a spray or the like. A so-called soot coating method in which, after coating, melting at a temperature of 600 ° C. or higher, a method for forming a glassy film by a sol-gel method. Etc. can be adopted. Furthermore, the surface of the electrode 35 can be coated with an insulating material by vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD). By adopting these methods, the insulation is extremely dense and smooth with poor adsorptivity. The surface of the electrode 35 can be coated with a coating of a conductive material, and the stabilization of discharge can be further promoted.
The distance between the pair of electrodes is appropriately determined in consideration of the magnitude of the applied voltage, etc., but is usually 0.1 mm or more, preferably 0.5 mm or more, usually 5 mm or less, preferably 3 mm or less. is there.

一対の電極には、高周波、パルス波、マイクロ波等の電界が印加され、プラズマを発生させる。パルス電界を印加することが好ましく、特に、電界の立ち上がり及び/または立ち下がり時間が10μs以下であるパルス電界が好ましい。より好ましくは50ns〜5μsである。なお、ここでいう立ち上がり時間とは、電圧(絶対値)が連続して増加する時間、立ち下がり時間とは、電圧(絶対値)が連続して減少する時間を指すものとする。   An electric field such as a high frequency, a pulse wave, or a microwave is applied to the pair of electrodes to generate plasma. It is preferable to apply a pulse electric field, and in particular, a pulse electric field having a rise time and / or a fall time of 10 μs or less is preferable. More preferably, it is 50 ns to 5 μs. The rise time here refers to the time during which the voltage (absolute value) increases continuously, and the fall time refers to the time during which the voltage (absolute value) decreases continuously.

上記パルス電界の電界強度は、通常1kV/cm以上、好ましくは20kV/cm以上であり、通常1000kV/cm以下、好ましくは300kV/cm以下である。上記パルス電界の周波数は、0.5kHz以上であることが好ましい。0.5kHz以上にすることで処理時間を短くすることができる。上限は特に限定されないが、常用されている13.56MHz、試験的に使用されている500MHzといった高周波帯でも構わない。負荷との整合性のとり易さや取扱い性を考慮すると、500kHz以下が好ましい。このようなパルス電界を印加することにより、処理速度を制御することができる。
また、電極に適用する電力は、安定放電のため、通常40W/cm以下であり、30W
/cm以下であることが好ましい。
The electric field strength of the pulse electric field is usually 1 kV / cm or more, preferably 20 kV / cm or more, and usually 1000 kV / cm or less, preferably 300 kV / cm or less. The frequency of the pulse electric field is preferably 0.5 kHz or more. By setting the frequency to 0.5 kHz or more, the processing time can be shortened. The upper limit is not particularly limited, but it may be a high frequency band such as 13.56 MHz that is commonly used and 500 MHz that is used experimentally. In consideration of ease of matching with the load and handling, 500 kHz or less is preferable. By applying such a pulse electric field, the processing speed can be controlled.
The power applied to the electrode is usually 40 W / cm or less for stable discharge, and 30 W
/ Cm or less is preferable.

反応管32は、ガス導入口31から、放電処理用ガスが導入される。導入されたガスは、電界を印加することによってプラズマを発生する。発生プラズマ33は、プラズマ噴出口34から被処理物である有機層37に向かって噴出され、有機層37の表面処理を行う。
本実施態様において表面処理は、有機層上への塗布成膜が可能となるように施すものであり、有機層37表面の親水性(濡れ性)が向上すればよい。具体的には、有機層37表面の純水の接触角が65度以下、好ましくは55度以下、より好ましくは45度以下となるように表面処理することが好ましい。なお、本発明における接触角とは、JIS2396に準拠して測定した接触角である。
The reaction tube 32 is supplied with a discharge treatment gas from a gas inlet 31. The introduced gas generates plasma by applying an electric field. The generated plasma 33 is ejected from the plasma ejection port 34 toward the organic layer 37 that is the object to be treated, and the surface treatment of the organic layer 37 is performed.
In the present embodiment, the surface treatment is performed so that the coating film can be formed on the organic layer, and the hydrophilicity (wetting property) of the surface of the organic layer 37 may be improved. Specifically, the surface treatment is preferably performed so that the contact angle of pure water on the surface of the organic layer 37 is 65 degrees or less, preferably 55 degrees or less, more preferably 45 degrees or less. In addition, the contact angle in this invention is a contact angle measured based on JIS2396.

このような表面処理が可能となる放電処理用ガス原料としては、空気等の酸素含有化合物、窒素、アンモニア等の窒素元素含有化合物等が挙げられる。具体的には窒素、あるいは窒素をベースに酸素あるいはクリーンドライエア(CDA)を少量添加したガスが好適に用いられる。放電を容易にする等の目的で希ガスを少量添加して用いてもよい。
本実施態様では、被処理物である有機層がプラズマなどの活性種によるダメージを受けやすいことから、処理ガス中における活性種源となる上記処理用ガス原料濃度を低くすることが好ましい。例えば、処理用ガス原料をOとする場合、処理ガス中におけるO濃度は3000ppm以下とすることが好ましい。
Examples of the gas material for discharge treatment that enables such surface treatment include oxygen-containing compounds such as air, nitrogen element-containing compounds such as nitrogen and ammonia, and the like. Specifically, nitrogen or a gas containing a small amount of oxygen or clean dry air (CDA) based on nitrogen is preferably used. A small amount of rare gas may be added for the purpose of facilitating discharge.
In this embodiment, since the organic layer which is a to-be-processed object is easily damaged by active species such as plasma, it is preferable to reduce the concentration of the processing gas material used as the active species source in the processing gas. For example, when the processing gas raw material is O 2 , the O 2 concentration in the processing gas is preferably 3000 ppm or less.

放電処理用ガスをガス導入口31から導入し、電界を印加することでプラズマ33を発生させ、プラズマ噴出口34から有機層37へ向かって噴出される。
プラズマ噴出口34と有機層37との距離36は、有機層37に対して過剰にダメージを与えない観点から、通常2mm以上、好ましくは3mm以上である。上限は表面処理が可能であればよく、通常50mm以下であり、20mm以下であることが好ましい。
A gas for discharge treatment is introduced from the gas inlet 31 and an electric field is applied to generate plasma 33, which is ejected from the plasma outlet 34 toward the organic layer 37.
The distance 36 between the plasma jet 34 and the organic layer 37 is usually 2 mm or more, preferably 3 mm or more from the viewpoint of not damaging the organic layer 37 excessively. The upper limit only needs to allow surface treatment, and is usually 50 mm or less, and preferably 20 mm or less.

<2−2.処理雰囲気>
本実施態様は、有機薄膜太陽電池の製造方法であり、有機薄膜太陽電池は、水による劣化が懸念されるため、その製造工程においてなるべく湿度が低い雰囲気で行うことが好ましい。そのため、本実施態様に係るプラズマ処理工程は、ドライルーム内で行うことが好ましい。
<2-2. Processing atmosphere>
This embodiment is a method for manufacturing an organic thin film solar cell, and it is preferable that the organic thin film solar cell be performed in an atmosphere with as low humidity as possible in the manufacturing process because there is concern about deterioration due to water. For this reason, the plasma treatment process according to this embodiment is preferably performed in a dry room.

ドライルームは、雰囲気をドライ環境にすることができればよい。例えば、ルーム中の水分を低減させる空調調整手段をドライルーム自体が備えていてもよく、またはルーム内に水分吸着手段や水分除去手段を持ち込んでも良い。空調調整手段としては、エアコン、コンプレッサーなどをダクトと接続し、ルーム外へ水分を除去できる装置があげられる。水分吸着手段や水分除去手段としては、シリカゲル、アルミナ、活性炭、などの水分吸着物質などがあげられる。   The dry room only needs to have a dry environment. For example, the dry room itself may be provided with an air conditioning adjusting means for reducing moisture in the room, or a moisture adsorbing means and a moisture removing means may be brought into the room. Examples of the air conditioning adjustment means include an apparatus that can remove moisture from the room by connecting an air conditioner, a compressor, and the like to the duct. Examples of the moisture adsorbing means and the moisture removing means include moisture adsorbing substances such as silica gel, alumina and activated carbon.

ドライルームは、雰囲気をドライ環境にすることが可能であれば、ルーム内が完全に密閉される必要はない。そのため、製造後の有機薄膜太陽電池の搬出、材料の搬入なども容易に行うことができる。   The dry room does not need to be completely sealed as long as the atmosphere can be a dry environment. Therefore, it is possible to easily carry out the organic thin film solar cell after manufacture, carry in the material, and the like.

本実施態様は、有機薄膜太陽電池を工業的に製造する際に好ましく適用されるものである。そのためドライルームは、有機薄膜太陽電池を量産可能な大きさであることが好ましい。また、ロール・ツー・ロール形式の製造装置に対応可能な大きさであることが好ましく、中間品のロールまたは完成品のロールを保管するスペースが確保できる大きさであることが好ましい。また、ロールの長さが100mを超える有機薄膜太陽電池を製造する場合でも対応可能な大きさであることが好ましい。
このような観点から、ドライルームの大きさは、略直方体の場合、好ましくは高さが3m以上、より好ましくは5m以上であり、好ましくはルーム内面積の大きさが500m以上、より好ましくは750m以上である。
This embodiment is preferably applied when manufacturing an organic thin film solar cell industrially. Therefore, it is preferable that the dry room has a size capable of mass-producing organic thin-film solar cells. Moreover, it is preferable that the size is compatible with a roll-to-roll type manufacturing apparatus, and it is preferable that a space for storing a roll of an intermediate product or a roll of a finished product is secured. Moreover, it is preferable that it is a magnitude | size which can respond even when manufacturing the organic thin-film solar cell whose length of a roll exceeds 100 m.
From such a viewpoint, in the case of a substantially rectangular parallelepiped, the size of the dry room is preferably 3 m or more, more preferably 5 m or more, and preferably the room area has a size of 500 m 2 or more, more preferably 750 m 2 or more.

ドライルームの雰囲気は、大気中よりも水分環境が低い環境であればよいが、通常露点が−10℃以下、好ましくは露点が−20℃以下、より好ましくは露点が−30℃以下、中でも好ましくは−38℃以下、更に好ましくは−40℃以下の雰囲気である。このような雰囲気とすることにより、有機薄膜太陽電池の有機層の劣化を防ぐことができる。なおドライルーム内の雰囲気については、水分センサなどで測定して必要に応じて除水して調整する。
また、ドライルーム内のクリーン度はクラス1000以下が好ましい。クリーン度が悪いと環境異物が成膜面に付着することにより、成膜面に欠陥が生じやすくなる。具体的には、環境異物が導電物質の場合には短絡等が生じ、導電物質でない場合には絶縁等が生じる。なお、クリーン度は、JIS B9920に基づき決定される
The atmosphere of the dry room may be any environment that has a lower moisture environment than the atmosphere, but usually has a dew point of −10 ° C. or lower, preferably a dew point of −20 ° C. or lower, more preferably a dew point of −30 ° C. or lower, and particularly preferable. Is an atmosphere of −38 ° C. or lower, more preferably −40 ° C. or lower. By setting it as such an atmosphere, deterioration of the organic layer of an organic thin-film solar cell can be prevented. The atmosphere in the dry room is adjusted by measuring with a moisture sensor or the like and removing water as necessary.
The cleanliness in the dry room is preferably class 1000 or less. If the degree of cleanness is poor, environmental foreign substances adhere to the film formation surface, and defects are likely to occur on the film formation surface. Specifically, when the environmental foreign substance is a conductive substance, a short circuit or the like occurs, and when it is not a conductive substance, insulation or the like occurs. The cleanliness is determined based on JIS B9920.

上述のとおり、有機薄膜太陽電池は水による劣化が懸念されるため、本実施態様に係るプラズマ処理工程は、ドライルーム内で行うことが好ましい。しかしながら、本発明者らがドライルーム内でのプラズマ処理を検討したところ、ドライルーム内では表面処理による有機層へのダメージが、例えば40%Rhなどの常湿下と比較して大きいことが判明した。これは、常湿においては、発生したプラズマなどの活性種のうちの一部は、雰囲気中の水分と反応して消えてしまうが、ドライルーム中では雰囲気中の水分が極めて少なく、活性種がほとんど消えないため、有機層に与えるダメージが高いのではないかと、本発明者らは考察する。   As described above, since the organic thin film solar cell is liable to be deteriorated by water, the plasma treatment process according to this embodiment is preferably performed in a dry room. However, when the present inventors examined the plasma treatment in the dry room, it was found that the damage to the organic layer due to the surface treatment in the dry room was larger than that under normal humidity such as 40% Rh. did. This is because, under normal humidity, some of the generated active species such as plasma react with the moisture in the atmosphere and disappear, but in the dry room, the moisture in the atmosphere is extremely small, and the active species The present inventors consider that damage to the organic layer is high because it hardly disappears.

そのため本発明者らは、ドライルーム内においてリモート方式の大気圧プラズマ処理を行う場合、よりマイルドな条件で行うことが好ましいことを見出した。このようにドライルーム内においてリモート方式の大気圧プラズマ処理をよりマイルドな条件で行うことで、有機薄膜太陽電池の製造において、太陽電池に与えるダメージを最小限に抑えることができる。   For this reason, the present inventors have found that it is preferable that the remote atmospheric pressure plasma treatment be performed under milder conditions in the dry room. Thus, by performing the remote atmospheric pressure plasma treatment in a dry room under milder conditions, damage to the solar cell can be minimized in the manufacture of the organic thin film solar cell.

本実施態様に係る処理工程は、ドライルーム内においては処理ガス原料中の、活性種原料濃度を更に低くすることが好ましい。例えば、活性種原料をOとする場合、処理ガス中におけるO濃度は500ppm以下とすることが好ましく、300ppm以下とすることがより好ましく、250ppm以下とすることが更に好ましく、200ppm以下とすることが特に好ましい。
また、プラズマ噴射口と有機層の距離を大きくすることが好ましい。プラズマ噴射口と有機層の距離は、好ましくは3mm以上、より好ましくは5mm以上である。加えて、安定放電させることが可能な範囲において、放電電力を下げることが好ましい。放電電力を下げるためには、電圧を下げる、パルス電界の周波数を下げる、パルス電界の立ち上がり及び立ち下りの時間を短くする、などの手段があげられる。その他、活性種寿命を短くする分子を意図的に微量混合させることも好ましい。活性種寿命を短くする分子としては、水が例示される。
ドライルームにおいて処理工程を行う場合、上記の手段のうち、少なくとも1種を採用することが好ましく、複数種類採用することがより好ましい。
In the treatment process according to this embodiment, it is preferable to further reduce the concentration of the active species in the process gas material in the dry room. For example, when the active species raw material is O 2 , the O 2 concentration in the processing gas is preferably 500 ppm or less, more preferably 300 ppm or less, further preferably 250 ppm or less, and 200 ppm or less. It is particularly preferred.
Further, it is preferable to increase the distance between the plasma injection port and the organic layer. The distance between the plasma injection port and the organic layer is preferably 3 mm or more, more preferably 5 mm or more. In addition, it is preferable to reduce the discharge power as long as stable discharge is possible. In order to reduce the discharge power, means such as lowering the voltage, lowering the frequency of the pulse electric field, and shortening the rise and fall times of the pulse electric field can be cited. In addition, it is also preferable to intentionally mix a small amount of molecules that shorten the active species lifetime. An example of a molecule that shortens the active species lifetime is water.
When performing a treatment process in a dry room, it is preferable to employ at least one of the above-described means, and it is more preferable to employ a plurality of types.

<3.有機薄膜太陽電池素子>
有機薄膜太陽電池は、有機薄膜太陽電池素子を封止することで製造される。
有機薄膜太陽電池素子は、通常、少なくとも一対の電極と、該電極間に存在する有機活性層と、該有機活性層と該電極の一方との間に存在する電子取り出し層とを有する。図2は、有機薄膜太陽電池素子の一般的な層構成を示す。図2に示される有機薄膜太陽電池素
子107は、太陽電池素子基板106、カソードである下部電極101、電子取り出し層102、活性層103(p型半導体化合物とn型半導体材料とを含む層)、正孔取り出し層104、アノードである上部電極105が順次形成された層構造を有する。なお、図1において下部電極101は上部電極105よりも上部に存在するが、本明細書において上部電極、下部電極とは、太陽電池素子基板106をボトムとした際に上部に存在する電極、下部に存在する電極を意味するものとし、太陽電池素子基板に積層される電極を下部電極と称する。また、電子取り出し層102、活性層103、および正孔取り出し層104のうち有機成分を含む層を合わせて有機層と称する場合があり、電子取り出し層102および正孔取り出し層104を合わせてバッファ層と称する場合がある。
<3. Organic thin film solar cell element>
An organic thin film solar cell is manufactured by sealing an organic thin film solar cell element.
The organic thin-film solar cell element usually has at least a pair of electrodes, an organic active layer existing between the electrodes, and an electron extraction layer existing between the organic active layer and one of the electrodes. FIG. 2 shows a general layer structure of the organic thin film solar cell element. An organic thin film solar cell element 107 shown in FIG. 2 includes a solar cell element substrate 106, a lower electrode 101 as a cathode, an electron extraction layer 102, an active layer 103 (a layer containing a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor material), It has a layer structure in which a hole extraction layer 104 and an upper electrode 105 as an anode are sequentially formed. In FIG. 1, the lower electrode 101 exists above the upper electrode 105. In this specification, the upper electrode and the lower electrode refer to the upper electrode and the lower electrode when the solar cell element substrate 106 is the bottom. The electrode laminated on the solar cell element substrate is referred to as a lower electrode. Further, among the electron extraction layer 102, the active layer 103, and the hole extraction layer 104, a layer containing an organic component may be collectively referred to as an organic layer, and the electron extraction layer 102 and the hole extraction layer 104 are collectively referred to as a buffer layer. May be called.

<3−1.太陽電池素子基板>
有機薄膜太陽電池素子は、支持体となる太陽電池素子基板(以下、単に素子基板とも称する)を有する。すなわち、素子基板上に、電極と、活性層とが形成される。
素子基板の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されない。素子基板の材料の好適な例としては、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料;紙又は合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。
特にロール・ツー・ロール形式で太陽電池素子を製造する場合には、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料以外の材料(有機材料、紙材料、複合材料等)が挙げられ、特に樹脂材料が好ましい。
<3-1. Solar cell element substrate>
The organic thin film solar cell element has a solar cell element substrate (hereinafter also simply referred to as an element substrate) serving as a support. That is, an electrode and an active layer are formed on the element substrate.
The material for the element substrate is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Suitable examples of the element substrate material include inorganic materials such as quartz, glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, Fluoropolymer film, polyolefin such as vinyl chloride or polyethylene; organic material such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene or epoxy resin; paper material such as paper or synthetic paper; stainless steel Examples thereof include composite materials such as those obtained by coating or laminating a surface of a metal such as titanium or aluminum to impart insulation.
In particular, when manufacturing solar cell elements in a roll-to-roll format, materials other than inorganic materials such as quartz, glass, sapphire or titania (organic materials, paper materials, composite materials, etc.) can be mentioned, especially resin materials Is preferred.

素子基板の形状に制限はなく、例えば、板状、フィルム状又はシート状等のものを用いることができる。また、素子基板の膜厚に制限はないが、通常5μm以上、好ましくは20μm以上であり、一方、通常200μm以下、好ましくは100μ以下である。基材の膜厚が5μm以上であることは、有機薄膜太陽電池素子の強度が不足する可能性が低くなるために好ましい。素子基板の膜厚が200μm以下であることは、コストが抑えられ、かつ重量が重くならないために好ましい。   There is no restriction | limiting in the shape of an element substrate, For example, things, such as plate shape, a film form, or a sheet form, can be used. Moreover, although there is no restriction | limiting in the film thickness of an element board | substrate, it is 5 micrometers or more normally, Preferably it is 20 micrometers or more, on the other hand, it is 200 micrometers or less normally, Preferably it is 100 micrometers or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 5 μm or more because the possibility that the strength of the organic thin-film solar cell element is insufficient is reduced. It is preferable that the thickness of the element substrate is 200 μm or less because the cost is suppressed and the weight does not increase.

<3−2.電極>
電極は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有する。したがって、一対の電極には、正孔の捕集に適した電極(以下、アノードと記載する場合もある)と、電子の捕集に適した電極(以下、カソードと記載する場合もある)とを用いることが好ましい。一対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは、太陽光が40%以上透過することを指す。また、透明電極の太陽光線透過率は70%以上であることが、透明電極を透過させて活性層103に光を到達させるために好ましい。光の透過率は、通常の分光光度計で測定できる。
<3-2. Electrode>
The electrode has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Therefore, the pair of electrodes includes an electrode suitable for collecting holes (hereinafter also referred to as an anode) and an electrode suitable for collecting electrons (hereinafter also referred to as a cathode). Is preferably used. Any one of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucency means that sunlight passes through 40% or more. Moreover, it is preferable that the sunlight transmittance of the transparent electrode is 70% or more in order to allow light to reach the active layer 103 through the transparent electrode. The light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.

アノードとは、一般には仕事関数がカソードよりも高い導電性材料で構成され、活性層で発生した正孔をスムーズに取り出す機能を有する電極である。   The anode is an electrode generally made of a conductive material having a work function higher than that of the cathode and having a function of smoothly extracting holes generated in the active layer.

アノードの材料を挙げると、例えば、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)、インジウム−ジルコニウム酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。これらの物質は高い仕事関数を有するため、好ましく、さらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたPE
DOT:PSSで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、この導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料でなくとも、AlやMg等のカソードに適した金属も広く用いることが可能である。ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたPEDOT:PSSや、ポリピロール又はポリアニリン等にヨウ素等をドーピングした導電性高分子材料を、アノードの材料として使用することもできる。アノードが透明電極である場合には、ITO、酸化亜鉛又は酸化スズ等の透光性がある導電性金属酸化物を用いることが好ましく、特にITOが好ましい。
Examples of anode materials include conductive metal oxides such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide, and zinc oxide; Examples thereof include metals such as gold, platinum, silver, chromium and cobalt, or alloys thereof. These materials are preferable because they have a high work function, and further, PE in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid.
Since a conductive polymer material represented by DOT: PSS can be laminated, it is preferable. When laminating such a conductive polymer, the work function of this conductive polymer material is high, so even if it is not a material with a high work function as described above, it is suitable for cathodes such as Al and Mg. Metals can also be widely used. PEDOT: PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid, or a conductive polymer material in which polypyrrole, polyaniline, or the like is doped with iodine or the like can also be used as an anode material. When the anode is a transparent electrode, it is preferable to use a light-transmitting conductive metal oxide such as ITO, zinc oxide or tin oxide, and ITO is particularly preferable.

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

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

アノードの形成方法としては、蒸着法若しくはスパッタ法等の真空成膜方法、又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する湿式塗布法が挙げられる。   Examples of the anode forming method include a vacuum film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method, or a wet coating method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied to form a film.

カソードは、一般には仕事関数が低い値を有する導電性材料で構成され、活性層で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極である。カソードは、電子取り出し層と隣接している。   The cathode is generally an electrode made of a conductive material having a low work function and having a function of smoothly extracting electrons generated in the active layer. The cathode is adjacent to the electron extraction layer.

カソードの材料を挙げると、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金;フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩;酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料であるため、好ましい。カソードについてもアノードと同様に、電子取り出し層としてチタニアのようなn型半導体で導電性を有するものを用いることにより、高い仕事関数を有する材料を用いることもできる。電極保護の観点から、カソードの材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウム、カルシウム若しくはインジウム等の金属、又は酸化インジウムスズ等のこれらの金属を用いた合金である。   Examples of cathode materials include platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, and magnesium, and alloys thereof; lithium fluoride And inorganic salts such as cesium fluoride and metal oxides such as nickel oxide, aluminum oxide, lithium oxide, and cesium oxide. These materials are preferable because they are materials having a low work function. Similarly to the anode, a material having a high work function can be used for the cathode by using an n-type semiconductor such as titania having conductivity as the electron extraction layer. From the viewpoint of electrode protection, the cathode material is preferably a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, calcium or indium, or an alloy using these metals such as indium tin oxide.

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

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

カソードの形成方法としては、蒸着法若しくはスパッタ法等の真空成膜方法、又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する湿式塗布法等がある。   As a method for forming the cathode, there are a vacuum film formation method such as a vapor deposition method or a sputtering method, or a wet coating method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied to form a film.

さらに、アノード及びカソードは、2層以上の積層構造を有していてもよい。また、アノード及びカソードに対して表面処理を行うことにより、特性(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。   Furthermore, the anode and the cathode may have a laminated structure of two or more layers. In addition, characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by performing surface treatment on the anode and the cathode.

アノード及びカソードを積層した後に、光電変換素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい(この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある)。アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことにより、光電変換素子の各層間の密着性、例えば電子取り出し層とカソード及び/又は電子取り出し層と活性層の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。各層間の密着性が向上することにより、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上しうる。アニーリング処理工程の温度を300℃以下にすることは、活性層内の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内で段階的な加熱を行ってもよい。   After laminating the anode and cathode, the photoelectric conversion element is usually heated in a temperature range of 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. Is preferable (this step may be referred to as an annealing treatment step). By performing the annealing process at a temperature of 50 ° C. or higher, an effect of improving the adhesion between the layers of the photoelectric conversion element, for example, the adhesion between the electron extraction layer and the cathode and / or the electron extraction layer and the active layer is obtained. ,preferable. By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element can be improved. It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 300 ° C. or lower because the possibility that the organic compound in the active layer is thermally decomposed is reduced. In the annealing treatment step, stepwise heating may be performed within the above temperature range.

加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。アニーリング処理工程は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。   The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter. The annealing treatment step is preferably terminated when the open-circuit voltage, the short-circuit current, and the fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a constant value. Further, the annealing treatment step is preferably performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.

加熱する方法としては、特に限定されないが、熱風や遠赤外線等、従来公知の方式の加熱雰囲気中に光電変換素子を導入するのが好ましい。   The heating method is not particularly limited, but it is preferable to introduce the photoelectric conversion element into a conventionally known heating atmosphere such as hot air or far infrared rays.

<3−3.バッファ層>
本発明の実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子は、通常、カソードと活性層との間に電子取り出し層を有する。また有機薄膜太陽電池素子は、活性層とアノードとの間に正孔取り出し層を有する。電子取り出し層および正孔取り出し層は必須ではない。
<3-3. Buffer layer>
The organic thin-film solar cell element according to the embodiment of the present invention usually has an electron extraction layer between the cathode and the active layer. The organic thin film solar cell element has a hole extraction layer between the active layer and the anode. The electron extraction layer and the hole extraction layer are not essential.

電子取り出し層と正孔取り出し層とは、一対の電極間に、活性層を挟むように配置されることが好ましい。すなわち、有機薄膜太陽電池素子が電子取り出し層と正孔取り出し層の両者を含む場合、上部電極、正孔取り出し層、活性層、電子取り出し層、及び下部電極をこの順に配置することができる。有機薄膜太陽電池素子が電子取り出し層を含み正孔取り出し層を含まない場合は、上部電極、活性層、電子取り出し層、及び下部電極をこの順に配置することができる。電子取り出し層と正孔取り出し層とは積層順序が逆であってもよいし、また電子取り出し層と正孔取り出し層の少なくとも一方が異なる複数の膜により構成されていてもよい。   The electron extraction layer and the hole extraction layer are preferably disposed so as to sandwich the active layer between the pair of electrodes. That is, when the organic thin-film solar cell element includes both an electron extraction layer and a hole extraction layer, the upper electrode, the hole extraction layer, the active layer, the electron extraction layer, and the lower electrode can be arranged in this order. When the organic thin film solar cell element includes an electron extraction layer and does not include a hole extraction layer, the upper electrode, the active layer, the electron extraction layer, and the lower electrode can be disposed in this order. The stacking order of the electron extraction layer and the hole extraction layer may be reversed, or at least one of the electron extraction layer and the hole extraction layer may be composed of a plurality of different films.

<3−3−1.電子取り出し層>
電子取り出し層の材料は、活性層からカソードへ電子の取り出し効率を向上させる材料であれば特段の制限はないが、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
<3-3-1. Electron extraction layer>
The material of the electron extraction layer is not particularly limited as long as it is a material that improves the efficiency of extracting electrons from the active layer to the cathode, and examples thereof include inorganic compounds and organic compounds.

無機化合物の材料の例としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型半導体酸化物等が挙げられる。なかでも、アルカリ金属の塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が好ましく、n型半導体酸化物としては、酸化亜鉛(ZnO)が好ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等で構成されるカソードと組み合わされれた際にカソードの仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。   Examples of the material of the inorganic compound include salts of alkali metals such as Li, Na, K or Cs; n-type semiconductor oxides such as titanium oxide (TiOx) and zinc oxide (ZnO). Among them, the alkali metal salt is preferably a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF, and the n-type semiconductor oxide is preferably zinc oxide (ZnO). The operation mechanism of such a material is unknown, but it is conceivable to reduce the work function of the cathode when combined with a cathode made of Al or the like and increase the voltage applied to the inside of the solar cell element.

有機化合物の材料の例としては、例えば、トリアリールホスフィンオキシド化合物のようなリン原子と第16族元素との二重結合を有するホスフィン化合物;バソキュプロイン(BCP)又はバソフェナントレン(Bphen)のような、置換基を有してもよく、1位及び10位がヘテロ原子で置き換えられていてもよいフェナントレン化合物;トリアリールホウ素のようなホウ素化合物;(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)のような有機金属酸化物;オキサジアゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物のような、置換基を有していてもよい1又は2の環構造を有する化合物;ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)又はペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)のような、ジカルボン酸無水物のような縮合ジカルボン酸構造を有する芳香族化合物等が挙げられる。   Examples of organic compound materials include, for example, phosphine compounds having a double bond between a phosphorus atom and a group 16 element such as triarylphosphine oxide compounds; bathocuproin (BCP) or bathophenanthrene (Bphen), A phenanthrene compound which may have a substituent and may be substituted at the 1-position and the 10-position with a heteroatom; a boron compound such as triarylboron; and (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3) Organometallic oxide; Compound having 1 or 2 ring structure which may have a substituent such as oxadiazole compound or benzimidazole compound; Naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA) or perylenetetracarboxylic acid Of dicarboxylic anhydrides, such as anhydrides (PTCDA) Aromatic compounds having Unachijimigo dicarboxylic acid structure.

電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−4.0eV以上、好ましくは−3.9eV以上である。一方、通常−1.9eV以下、好ましくは−2.0eV以下である。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−1.9eV以下であることは、電荷移動が促進されうる点で好ましい。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−4.0eV以上であることは、n型半導体材料への逆電子移動が防がれうる点で好ましい。   The LUMO energy level of the material of the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually −4.0 eV or more, preferably −3.9 eV or more. On the other hand, it is usually −1.9 eV or less, preferably −2.0 eV or less. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −1.9 eV or less because charge transfer can be promoted. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −4.0 eV or more in terms of preventing reverse electron transfer to the n-type semiconductor material.

電子取り出し層の材料のHOMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−9.0eV以上、好ましくは−8.0eV以上である。一方、通常−5.0eV以下、好ましくは−5.5eV以下である。電子取り出し層の材料のHOMOエネルギー準位が−5.0eV以下であることは、正孔が移動してくることを阻止しうる点で好ましい。   The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually −9.0 eV or more, preferably −8.0 eV or more. On the other hand, it is usually −5.0 eV or less, preferably −5.5 eV or less. The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer is preferably −5.0 eV or less from the viewpoint of preventing movement of holes.

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

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

また、DSC法により測定した場合のガラス転移温度が55℃以上である化合物の中でも、ガラス転移温度が、好ましくは65℃以上、より好ましくは80℃以上、さらに好ましくは110℃以上、特に好ましくは120℃以上である化合物が望ましい。一方、ガラス転移温度の上限は特に限定はないが、通常400℃以下、好ましくは350℃以下、より好ましくは300℃以下である。また、電子取り出し層の材料は、DSC法によるガラス転移温度が30℃以上55度未満に観測されないものであることが好ましい。   Among the compounds having a glass transition temperature of 55 ° C. or higher as measured by the DSC method, the glass transition temperature is preferably 65 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, particularly preferably. Compounds that are 120 ° C. or higher are desirable. On the other hand, the upper limit of the glass transition temperature is not particularly limited, but is usually 400 ° C. or lower, preferably 350 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. Moreover, it is preferable that the material of an electron taking-out layer is a thing by which the glass transition temperature by DSC method is not observed below 30 degreeC or more and less than 55 degree | times.

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

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。ガラス転移温度をより明確に決める為には、一度ガラス転移点以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定することが望ましい。例えば、公知文献(国際公開第2011/016430号)に記載の方法により、測定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”. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is desirable to measure after rapidly cooling a sample once heated to a temperature higher than the glass transition temperature. For example, the measurement can be carried out by a method described in a known document (International Publication No. 2011/016430).

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

電子取り出し層の膜厚は特に限定はないが、通常0.01nm以上、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.5nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。電子取り出し層102の膜厚が0.01nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、電子取り出し層の膜厚が40nm以下であることで、電子が取り出しやすくなり、光電変換効率が向上しうる。
電子取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。
The thickness of the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually 0.01 nm or more, preferably 0.1 nm or more, more preferably 0.5 nm or more. On the other hand, it is usually 400 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the electron extraction layer 102 is 0.01 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the electron extraction layer is 40 nm or less, electrons are easily extracted, and the photoelectric conversion efficiency Can be improved.
There is no restriction | limiting in the formation method of an electronic taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet.

塗布法により電子取り出し層を形成する場合は、塗布液にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   When the electron extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, the occurrence of dents due to adhesion of fine bubbles or foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed. Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

<3−3−2.正孔取り出し層>
正孔取り出し層の材料に特に限定は無く、活性層からアノードへの正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び/又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物、ナフィオン、後述のp型半導体等が挙げられる。その中でも好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングした(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)である。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。金属等の薄膜は、単独で形成してもよいし、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
<3-3-2. Hole extraction layer>
There is no particular limitation on the material of the hole extraction layer, and any material can be used as long as it can improve the efficiency of extracting holes from the active layer to the anode. Specifically, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, or the like, a conductive polymer doped with sulfonic acid and / or iodine, a polythiophene derivative having a sulfonyl group as a substituent, or a conductive organic such as arylamine Examples thereof include compounds, copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, metal oxide such as tungsten oxide, Nafion, and a p-type semiconductor described later. Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS) in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid is more preferable. It is. A thin film of metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used. A thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.

正孔取り出し層の膜厚は特に限定はないが、通常0.2nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。正孔取り出し層の膜厚が0.2nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層の膜厚が400nm以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上しうる。   The thickness of the hole extraction layer is not particularly limited, but is usually 0.2 nm or more. On the other hand, it is usually 400 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the hole extraction layer is 0.2 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the hole extraction layer is 400 nm or less, holes are easily extracted, Conversion efficiency can be improved.

正孔取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は
真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、ロールコート、ダイコートや、インクジェット法等の湿式塗布法等により形成することができる。正孔取り出し層に半導体材料を用いる場合は、後述の有機活性層の低分子有機半導体化合物と同様に、前駆体を用いて層を形成した後に前駆体を半導体化合物に変換してもよい。
There is no restriction | limiting in the formation method of a positive hole taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by roll coating, die coating, a wet coating method such as an inkjet method, or the like. When a semiconductor material is used for the hole extraction layer, the precursor may be converted into a semiconductor compound after forming the layer using the precursor, similarly to the low-molecular organic semiconductor compound of the organic active layer described later.

なかでも、正孔取り出し層の材料としてPEDOT:PSSを用いる場合、分散液を塗布する方法によって正孔取り出し層を形成することが好ましい。PEDOT:PSSの分散液としては、ヘレウス社製のCLEVIOSTMシリーズや、アグファ社製のORGACONTMシリーズ等が挙げられる。 Especially, when using PEDOT: PSS as a material of a hole taking-out layer, it is preferable to form a hole taking-out layer by the method of apply | coating a dispersion liquid. PEDOT: The dispersion of PSS, and CLEVIOS TM series of Heraeus, Inc., include Agfa Corp. of ORGACON TM series and the like.

塗布法により正孔取り出し層を形成する場合は、塗布液にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   When the hole extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, the occurrence of dents due to adhesion of fine bubbles or foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed. Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

<3−4.活性層>
活性層は光電変換が行われる層を指し、通常、p型半導体化合物とn型半導体化合物をと含む。p型半導体化合物とは、p型半導体材料として働く化合物であり、n型半導体化合物とは、n型半導体材料として働く化合物である。有機薄膜太陽電池素子が光を受けると、光が活性層に吸収され、p型半導体化合物とn型半導体化合物との界面で電気が発生し、発生した電気が電極から取り出される。
<3-4. Active layer>
The active layer refers to a layer in which photoelectric conversion is performed, and usually includes a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound. The p-type semiconductor compound is a compound that works as a p-type semiconductor material, and the n-type semiconductor compound is a compound that works as an n-type semiconductor material. When the organic thin film solar cell element receives light, the light is absorbed by the active layer, electricity is generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound, and the generated electricity is extracted from the electrode.

活性層の層構成としては、p型半導体化合物層とn型半導体化合物層とが積層された薄膜積層型、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが混合した層を有するバルクヘテロ接合型、p型半導体化合物層と、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが混合した層(i層)と、n型半導体化合物層とが積層されたもの、等が挙げられる。なかでも、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層を有するバルクヘテロ接合型が好ましい。   As the layer structure of the active layer, a thin film stacked type in which a p-type semiconductor compound layer and an n-type semiconductor compound layer are stacked, a bulk heterojunction type having a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed, and p-type Examples thereof include a semiconductor compound layer, a layer (i layer) in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed, and an n-type semiconductor compound layer laminated. Among these, a bulk heterojunction type having a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed is preferable.

活性層の膜厚は特に限定されないが、通常10nm以上、好ましくは50nm以上であり、一方通常1000nm以下、好ましくは500nm以下、より好ましくは200nm以下である。活性層の膜厚が10nm以上であることは、膜の均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるため、好ましい。また、活性層の厚さが1000nm以下であることは、内部抵抗が小さくなる点、及び電極間が離れすぎず電荷の拡散が良好となる点で、好ましい。   The thickness of the active layer is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 50 nm or more, and is usually 1000 nm or less, preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or less. It is preferable that the thickness of the active layer is 10 nm or more because the uniformity of the film is maintained and short-circuiting is less likely to occur. Moreover, it is preferable that the thickness of the active layer is 1000 nm or less from the viewpoint that the internal resistance is small and that the diffusion of charges is good without being too far apart from each other.

活性層の作成方法としては、特段に制限はないが、塗布法が好ましい。塗布法としては、任意の方法を用いることができるが、例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等が挙げられる。   A method for forming the active layer is not particularly limited, but a coating method is preferable. As the coating method, any method can be used.For example, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method, air knife coating method, wire barber coating method, pipe doctor method, Examples of the method include impregnation / coating and curtain coating.

例えば、p型半導体化合物層及びn型半導体化合物層は、p型半導体化合物又はn型半導体化合物を含む塗布液を塗布することにより作製しうる。また、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが混合した層は、p型半導体化合物及びn型半導体化合物を含む塗布液を塗布することにより作製しうる。後述するように、半導体化合物前駆体を含む塗布液を塗布した後で、半導体化合物前駆体を半導体化合物へと変換してもよい。   For example, the p-type semiconductor compound layer and the n-type semiconductor compound layer can be produced by applying a coating liquid containing a p-type semiconductor compound or an n-type semiconductor compound. Moreover, the layer in which the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound are mixed can be prepared by applying a coating solution containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound. As will be described later, the semiconductor compound precursor may be converted into a semiconductor compound after the coating liquid containing the semiconductor compound precursor is applied.

<3−4−1.p型半導体化合物>
活性層が含むp型半導体化合物としては、特に限定はないが、低分子有機半導体化合物と高分子有機半導体化合物とが挙げられる。
<3-4-1. p-type semiconductor compound>
The p-type semiconductor compound included in the active layer is not particularly limited, and examples thereof include a low molecular organic semiconductor compound and a high molecular organic semiconductor compound.

<3−4−1−1.低分子有機半導体化合物>
低分子有機半導体化合物の分子量は、上限、下限ともに特に制限されないが、通常5000以下、好ましくは2000以下であり、一方、通常100以上、好ましくは200以上である。
<3-4-1-1. Low molecular organic semiconductor compound>
The molecular weight of the low-molecular organic semiconductor compound is not particularly limited both at the upper limit and the lower limit, but is usually 5000 or less, preferably 2000 or less, and is usually 100 or more, preferably 200 or more.

また、低分子有機半導体化合物は結晶性を有することが好ましい。結晶性を有するp型半導体化合物は分子間相互作用が強く、活性層においてp型半導体化合物とn型半導体化合物との界面で生成した正孔(ホール)を効率よくアノードへ輸送しうる。本明細書において結晶性とは、分子間相互作用等によって配向の揃った3次元周期配列をとる、化合物の性質である。結晶性の測定方法としては、X線回折法(XRD)又は電界効果移動度測定法等が挙げられる。特に電界効果移動度測定において、正孔移動度が1.0×10−5cm/Vs以上であることが好ましく、1.0×10−4cm/Vs以上であることがより好ましい。一方、正孔移動度が通常1.0×10cm/Vs以下であることが好ましく、1.0×10cm/Vs以下であることがより好ましく、1.0×10cm/Vs以下であることさらに好ましい。 Further, the low molecular organic semiconductor compound preferably has crystallinity. A p-type semiconductor compound having crystallinity has a strong intermolecular interaction, and holes generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound in the active layer can be efficiently transported to the anode. In the present specification, crystallinity is a property of a compound that takes a three-dimensional periodic arrangement with uniform orientation due to intermolecular interaction or the like. Examples of the crystallinity measuring method include an X-ray diffraction method (XRD) and a field effect mobility measuring method. In particular, in the field effect mobility measurement, the hole mobility is preferably 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more, and more preferably 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more. On the other hand, the hole mobility is usually preferably 1.0 × 10 4 cm 2 / Vs or less, more preferably 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, and 1.0 × 10 2 cm. More preferably, it is 2 / Vs or less.

低分子有機半導体化合物としては、p型半導体材料として働きうるのであれば特段の制限はないが、具体的には、ナフタセン、ペンタセン又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及びその金属錯体、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及びその金属錯体、等の大環状化合物等が挙げられる。好ましくは、フタロシアニン化合物及びその金属錯体又はポルフィリン化合物及びその金属錯体である。   The low-molecular organic semiconductor compound is not particularly limited as long as it can function as a p-type semiconductor material. Specifically, condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene, or pyrene; α-sexithiophene, etc. Oligothiophenes containing 4 or more thiophene rings; including at least one of thiophene ring, benzene ring, fluorene ring, naphthalene ring, anthracene ring, thiazole ring, thiadiazole ring and benzothiazole ring, and a total of 4 or more linked A phthalocyanine compound and a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin and a macrocycle such as a metal complex thereof. Preferably, they are a phthalocyanine compound and its metal complex, or a porphyrin compound and its metal complex.

ポルフィリン化合物及びその金属錯体(図中のZがCH)、及びフタロシアニン化合物及びその金属錯体(図中のZがN)としては、例えば、以下のような構造の化合物が挙げられる。 Examples of the porphyrin compound and its metal complex (Z 1 in the figure is CH), and the phthalocyanine compound and its metal complex (Z 1 in the figure is N) include compounds having the following structures.

Figure 2014130932
Figure 2014130932

Figure 2014130932
Figure 2014130932

ここで、Mは金属あるいは2個の水素原子を表し、金属としては、Cu、Zn、Pb、Mg、Pd、Ag、Co又はNi等の2価の金属のほか、軸配位子を有する3価以上の金属、例えば、TiO、VO、SnCl、AlCl、InCl又はSi等も挙げられる。 Here, M represents a metal or two hydrogen atoms, and the metal includes a divalent metal such as Cu, Zn, Pb, Mg, Pd, Ag, Co, or Ni, and an axial ligand 3 Metals having a valence higher than that, for example, TiO, VO, SnCl 2 , AlCl, InCl, Si, and the like are also included.

11〜R14はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1以上24以下のアルキル基である。炭素数1以上24以下のアルキル基とは、炭素数1以上24以下の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数3以上24以下の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素で
ある。その中でも好ましくは炭素数1以上12以下の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数3以上12以下の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。
R 11 to R 14 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 24 carbon atoms is a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 to 24 carbon atoms. Among these, a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 to 12 carbon atoms is preferable.

フタロシアニン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、29H,31H−フタロシアニン、銅フタロシアニン錯体、亜鉛フタロシアニン錯体、チタンフタロシアニンオキシド錯体、マグネシウムフタロシアニン錯体、鉛フタロシアニン錯体又は銅4,4’,4’’,4’’’−テトラアザ−29H,31H−フタロシアニン錯体であり、より好ましくは、29H,31H−フタロシアニン又は銅フタロシアニン錯体である。上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。   Among the phthalocyanine compounds and metal complexes thereof, 29H, 31H-phthalocyanine, copper phthalocyanine complex, zinc phthalocyanine complex, titanium phthalocyanine oxide complex, magnesium phthalocyanine complex, lead phthalocyanine complex or copper 4,4 ′, 4 ″, 4 '' '-Tetraaza-29H, 31H-phthalocyanine complex, more preferably 29H, 31H-phthalocyanine or copper phthalocyanine complex. One of the above compounds may be used, or a mixture of a plurality of compounds may be used.

ポルフィリン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンコバルト(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン銅(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン亜鉛(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンニッケル(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンバナジウム(IV)オキシド、5,10,15,20−テトラ(4−ピリジル)−21H,23H−ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンコバルト(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン銅(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン亜鉛(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンニッケル(II)又は29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンバナジウム(IV)オキシドであり、好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン又は29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンである。上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。   Among the porphyrin compounds and metal complexes thereof, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine cobalt (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine copper (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine zinc (II), 5,10,15,20- Tetraphenyl-21H, 23H-porphine nickel (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine vanadium (IV) oxide, 5,10,15,20-tetra (4-pyridyl)- 21H, 23H-porphine, 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine, 2 H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine cobalt (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine copper (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine zinc (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine nickel (II) or 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine vanadium (IV) oxide And preferably 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine or 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine. One of the above compounds may be used, or a mixture of a plurality of compounds may be used.

低分子有機半導体化合物の成膜方法としては、蒸着法及び塗布法が挙げられる。塗布成膜できるというプロセス上の利点からは後者が好ましい。塗布法を用いる場合、低分子有機半導体化合物前駆体を塗布後に低分子有機半導体化合物に変換する方法がある。塗布成膜がより容易である点で、半導体化合物前駆体を用いる方法がより好ましい。   Examples of the method for forming a low molecular organic semiconductor compound include a vapor deposition method and a coating method. The latter is preferred because of the process advantage that coating can be formed. When the coating method is used, there is a method of converting a low molecular organic semiconductor compound precursor into a low molecular organic semiconductor compound after coating. A method using a semiconductor compound precursor is more preferable in that coating film formation is easier.

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

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

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

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

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

Figure 2014130932
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上式において、D及びDの少なくとも一方はπ共役した2価の芳香族環を形成する基を表し、Z−Zは熱又は光により脱離可能な基であって、Z−Zが脱離して得られるπ共役化合物が低分子有機半導体化合物となるものを表す。また、D及びDのうちπ共役した2価の芳香族環を形成する基でないものは、置換又は無置換のエテニレン
基を表す。
In the above formula, at least one of D 1 and D 2 represents a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring, Z 2 —Z 3 is a group that can be removed by heat or light, and Z 2 A π-conjugated compound obtained by elimination of —Z 3 represents a low molecular organic semiconductor compound. In addition, D 1 and D 2 which are not a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring represent a substituted or unsubstituted ethenylene group.

上式で表される化合物は、下記化学反応式に示すように熱又は光によりZ−Zが脱離して、平面性の高いπ共役化合物を生成する。この生成されたπ共役化合物が低分子有機半導体化合物である。この低分子有機半導体化合物が、p型半導体特性を有する材料として用いられる。 In the compound represented by the above formula, Z 2 —Z 3 is eliminated by heat or light as shown in the following chemical reaction formula to form a π-conjugated compound having high planarity. This produced π-conjugated compound is a low-molecular organic semiconductor compound. This low molecular organic semiconductor compound is used as a material having p-type semiconductor characteristics.

Figure 2014130932
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低分子有機半導体化合物前駆体の例としては、以下のものが挙げられる。以下において、t−Buはt−ブチル基を表し、Mは、ポルフィリン及びフタロシアニンについて説明したものと同様である。   The following are mentioned as an example of a low molecular organic-semiconductor compound precursor. In the following, t-Bu represents a t-butyl group, and M is the same as described for porphyrin and phthalocyanine.

Figure 2014130932
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Figure 2014130932
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低分子有機半導体化合物前駆体の低分子有機半導体化合物への変換の具体例としては、例えば以下のものが挙げられる。   Specific examples of the conversion of the low-molecular organic semiconductor compound precursor into the low-molecular organic semiconductor compound include the following.

Figure 2014130932
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低分子有機半導体化合物前駆体は、位置異性体が存在する構造であってもよく、またその場合、複数の位置異性体の混合物であってもよい。複数の位置異性体の混合物は、単一の位置異性体成分からなる低分子有機半導体化合物前駆体と比較して溶媒に対する溶解度が向上するため、塗布成膜が行いやすく好ましい。複数の位置異性体の混合物の溶解度が高い理由は、詳細なメカニズムは明確ではないが、化合物そのものの結晶性が潜在的に保持されつつも、複数の異性体混合物が溶液内に混在することで、三次元規則的な分子間相互作用が困難になるためと想定される。複数の位置異性体混合物の、非ハロゲン性溶媒への溶解度は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上である。上限に制限は無いが、通常50重量%以下、より好ましくは40重量%以下である。   The low molecular organic semiconductor compound precursor may have a structure in which positional isomers exist, and in that case, it may be a mixture of a plurality of positional isomers. A mixture of a plurality of positional isomers is preferable because it has a higher solubility in a solvent than a low-molecular organic semiconductor compound precursor composed of a single positional isomer component, and is easy to form a coating film. The reason why the solubility of the mixture of multiple positional isomers is high is that the detailed mechanism is not clear, but the crystallinity of the compound itself is potentially retained, but the mixture of multiple isomers is mixed in the solution. It is assumed that three-dimensional regular intermolecular interaction becomes difficult. The solubility of the mixture of a plurality of regioisomers in a non-halogen solvent is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more. Although there is no restriction | limiting in an upper limit, Usually, it is 50 weight% or less, More preferably, it is 40 weight% or less.

<3−4−1−2.高分子有機半導体化合物>
高分子有機半導体化合物として、特に限定はなく、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン又はポリアニリン等の共役ポリマー半導体;アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のポリマー半導体;等が挙げられる。また、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体ポリマーも挙げられる。共役ポリマーとしては、例えば、Handbook of Conducting Polymers,3rd Ed.(全2巻),2007、Materials Science and Engineering,2001,32,1−40、Pure Appl.Chem.2002,74,2031−3044、Handbook of THIOPHENE−BASED MATERIALS(全2巻),2009等の公知文献に記載されたポリマーやその誘導体、及び記載されているモノマーの組み合わせによって合成し得るポリマーを用いることができる。p型半導体化合物として用いられる高分子有機半導体化合物は、一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
<3-4-1-2. Polymer Organic Semiconductor Compound>
The polymer organic semiconductor compound is not particularly limited, and is a conjugated polymer semiconductor such as polythiophene, polyfluorene, polyphenylene vinylene, polythienylene vinylene, polyacetylene or polyaniline; a polymer such as oligothiophene substituted with an alkyl group or other substituents Semiconductor; and the like. Moreover, the semiconductor polymer which copolymerized 2 or more types of monomer units is also mentioned. The conjugated polymers, e.g., Handbook of Conducting Polymers, 3 rd Ed. (2 volumes), 2007, Materials Science and Engineering, 2001, 32, 1-40, Pure Appl. Chem. Use polymers that can be synthesized by a combination of polymers described in known literature such as 2002, 74, 2031-3044, Handbook of THIOPHENE-BASED MATERIALS (2 volumes), 2009, and derivatives thereof, and combinations of the described monomers. Can do. The polymer organic semiconductor compound used as the p-type semiconductor compound may be a single compound or a mixture of a plurality of compounds.

高分子有機半導体化合物のモノマー骨格及びモノマーの置換基は、溶解性、結晶性、成膜性、HOMOエネルギー準位及びLUMOエネルギー準位等を制御するために選択することができる。また、高分子有機半導体化合物が有機溶媒に可溶であることは、光電変換素子を作製する際に塗布法により活性層を形成しうる点で好ましい。高分子有機半導体化
合物の具体例としては以下のものが挙げられるが、これらに限定されることはない。
The monomer skeleton and monomer substituent of the polymer organic semiconductor compound can be selected to control the solubility, crystallinity, film-forming property, HOMO energy level, LUMO energy level, and the like. Moreover, it is preferable that a high molecular organic-semiconductor compound is soluble in the organic solvent at the point which can form an active layer by the apply | coating method when producing a photoelectric conversion element. Specific examples of the polymer organic semiconductor compound include the following, but are not limited thereto.

Figure 2014130932
Figure 2014130932

Figure 2014130932
Figure 2014130932

p型半導体化合物としてなかでも好ましくは、低分子有機半導体化合物としては、ナフタセン、ペンタセン、ピレン等の縮合芳香族炭化水素、フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン(BP)等のポルフィリン化合物及びその金属錯体であり、高分子有機半導体化合物としては、ポリチオフェン等の共役ポリマー半導体である。活性層で用いられるp型半導体化合物は、一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。   Among the p-type semiconductor compounds, the low-molecular organic semiconductor compound is preferably a condensed aromatic hydrocarbon such as naphthacene, pentacene, or pyrene, a phthalocyanine compound and a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin (BP) and The metal complex and the polymer organic semiconductor compound is a conjugated polymer semiconductor such as polythiophene. The p-type semiconductor compound used in the active layer may be a single compound or a mixture of multiple compounds.

低分子有機半導体化合物及び/又は高分子有機半導体化合物は、成膜された状態において、何らかの自己組織化した構造を有していても、アモルファス状態であってもよい。   The low-molecular organic semiconductor compound and / or the high-molecular organic semiconductor compound may have some self-organized structure in the film-formed state, or may be in an amorphous state.

p型半導体化合物のHOMO(最高被占分子軌道)エネルギー準位は、特に限定は無く、後述のn型半導体化合物の種類によって選択することができる。特に、フラーレン化合物をn型半導体化合物として用いる場合、p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位は、通常−5.7eV以上、より好ましくは−5.5eV以上、一方、通常−4.6eV以下、より好ましくは−4.8eV以下である。p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−5.7eV以上であることによりp型半導体としての特性が向上し、p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−4.6eV以下であることにより化合物の安定性が向上し、開放電圧(Voc)も向上する。   The HOMO (highest occupied molecular orbital) energy level of the p-type semiconductor compound is not particularly limited, and can be selected according to the type of the n-type semiconductor compound described later. In particular, when a fullerene compound is used as an n-type semiconductor compound, the HOMO energy level of the p-type semiconductor compound is usually −5.7 eV or more, more preferably −5.5 eV or more, on the other hand, usually −4.6 eV or less. Preferably it is -4.8 eV or less. When the HOMO energy level of the p-type semiconductor compound is −5.7 eV or more, the characteristics as a p-type semiconductor are improved, and when the HOMO energy level of the p-type semiconductor compound is −4.6 eV or less, Stability is improved and the open circuit voltage (Voc) is also improved.

p型半導体化合物のLUMO(最低空分子軌道)エネルギー準位は、特に限定は無いが、後述のn型半導体化合物の種類によって選択することができる。特に、フラーレン化合物をn型半導体化合物として用いる場合、p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位は、通常−3.7eV以上、好ましくは−3.6eV以上である。一方、通常−2.5eV以下、好ましくは−2.7eV以下である。p型半導体のLUMOエネルギー準位が−2.5eV以下であることにより、バンドギャップが調整され長波長の光エネルギーを有効に吸収することができ、短絡電流密度が向上する。p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位が−3.7eV以上であることにより、n型半導体化合物への電子移動が起こりやすくなり短絡電流密度が向上する。   The LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) energy level of the p-type semiconductor compound is not particularly limited, but can be selected according to the type of the n-type semiconductor compound described later. In particular, when a fullerene compound is used as an n-type semiconductor compound, the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is usually −3.7 eV or more, preferably −3.6 eV or more. On the other hand, it is usually −2.5 eV or less, preferably −2.7 eV or less. When the LUMO energy level of the p-type semiconductor is −2.5 eV or less, the band gap is adjusted, light energy having a long wavelength can be effectively absorbed, and the short-circuit current density is improved. When the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is −3.7 eV or more, electron transfer to the n-type semiconductor compound is likely to occur and the short-circuit current density is improved.

<3−4−2.n型半導体化合物>
n型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはフラーレン化合物、8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体;ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物;単層カーボンナノチューブ等が挙げられる。
<3-4-2. N-type semiconductor compound>
The n-type semiconductor compound is not particularly limited. Specifically, it is a fullerene compound, a quinolinol derivative metal complex represented by 8-hydroxyquinoline aluminum; a condensed ring such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetracarboxylic acid diimide. 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, thiadiazoles Derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives Bipyridine derivatives, borane derivatives, anthracene, pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthacene or pentacene; single-walled carbon nanotubes, and the like.

そのなかでも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体が好ましく、フラーレン化合物、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びN−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドがより好ましい。上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。また、n型半導体化合物としては、n型高分子半導体化合物も挙げられる。   Among them, fullerene compounds, borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimides and N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives are preferable, and fullerene compounds, N- Alkyl substituted perylene diimide derivatives and N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides are more preferred. One of the above compounds may be used, or a mixture of a plurality of compounds may be used. Examples of the n-type semiconductor compound include an n-type polymer semiconductor compound.

n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位は、特に限定はされないが、例えばサイクリックボルタモグラム測定法により算出される真空準位に対する値が、通常−3.85eV以上、好ましくは−3.80eV以上である。p型半導体化合物から効率良くn型半導体化合物へと電子を移動させるためには、p型半導体化合物とn型半導体化合物とのLUMOエネルギー準位の相対関係が重要である。具体的には、p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位が、n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位より所定の値だけ上にあること、言い換えると、n型半導体化合物の電子親和力がp型半導体化合物の電子親和力より所定のエネルギーだけ大きいことが好ましい。開放電圧(Voc)はp型半導体化合物のHOMOエネルギー準位とn型半導体化合物のLUMOエネルギー準位の差に依存するため、n型半導体化合物のLUMOを高くすると、Vocが高くなる傾向がある。一方、LUMOの値は通常−1.0eV以下、好ましくは−2.0eV以下、より好ましくは−3.0eV以下、更に好ましくは−3.3eV以下である。n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位を低くすることで、電子の移動が起こりやすくなり、短絡電流(Jsc)が高くなる傾向がある。   The LUMO energy level of the n-type semiconductor compound is not particularly limited. For example, the value with respect to the vacuum level calculated by the cyclic voltammogram measurement method is usually −3.85 eV or more, preferably −3.80 eV or more. . In order to efficiently transfer electrons from a p-type semiconductor compound to an n-type semiconductor compound, the relative relationship of LUMO energy levels between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound is important. Specifically, the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is above the LUMO energy level of the n-type semiconductor compound by a predetermined value, in other words, the electron affinity of the n-type semiconductor compound is p-type semiconductor compound. It is preferable that a predetermined energy is larger than the electron affinity. Since the open circuit voltage (Voc) depends on the difference between the HOMO energy level of the p-type semiconductor compound and the LUMO energy level of the n-type semiconductor compound, increasing the LUMO of the n-type semiconductor compound tends to increase the Voc. On the other hand, the LUMO value is usually −1.0 eV or less, preferably −2.0 eV or less, more preferably −3.0 eV or less, and still more preferably −3.3 eV or less. By lowering the LUMO energy level of the n-type semiconductor compound, electrons tend to move and the short circuit current (Jsc) tends to increase.

n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位の算出方法は、理論的に計算値で求める方法と実際に測定する方法が挙げられる。理論的に計算値で求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法があげられる。実際に測定する方法としては、紫外可視吸収スペクトル測定法又はサイクリックボルタモグラム測定法が挙げられる。その中でも好ましくはサイクリックボルタモグラム測定法である。   As a method for calculating the LUMO energy level of an n-type semiconductor compound, there are a theoretically calculated method and a method of actually measuring. Theoretically calculated methods include semi-empirical molecular orbital methods and non-empirical molecular orbital methods. Examples of the actual measurement method include an ultraviolet-visible absorption spectrum measurement method and a cyclic voltammogram measurement method. Among them, the cyclic voltammogram measurement method is preferable.

n型半導体化合物のHOMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−5.0eV以下、好ましくは−5.5eV以下である。一方、通常−7.0eV以上、好ましくは−6.6eV以上である。n型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−7.0eV以上
であることは、n型半導体化合物の光吸収も発電に利用しうる点で好ましい。n型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−5.0eV以下であることは、正孔の逆移動を阻止できる点で好ましい。
The HOMO energy level of the n-type semiconductor compound is not particularly limited, but is usually −5.0 eV or less, preferably −5.5 eV or less. On the other hand, it is usually −7.0 eV or more, preferably −6.6 eV or more. It is preferable that the HOMO energy level of the n-type semiconductor compound is −7.0 eV or more because light absorption of the n-type semiconductor compound can also be used for power generation. The HOMO energy level of the n-type semiconductor compound is preferably −5.0 eV or less from the viewpoint of preventing reverse movement of holes.

n型半導体化合物の電子移動度は、特段の制限はないが、通常1.0×10−6cm/Vs以上であり、1.0×10−5cm/Vs以上が好ましく、5.0×10−5cm/Vs以上がより好ましく、1.0×10−4cm/Vs以上がさらに好ましい。一方、通常1.0×10cm/Vs以下であり、1.0×10cm/Vs以下が好ましく、5.0×10cm/Vs以下がより好ましい。n型半導体化合物の電子移動度が1.0×10−6cm/Vs以上であることは、有機薄膜太陽電池素子の電子拡散速度向上、短絡電流向上、変換効率向上等の効果が得られうる点で好ましい。電子移動度の測定方法としては電界効果トランジスタ(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 electron mobility of the n-type semiconductor compound is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, preferably 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more. 0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more is more preferable, and 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more is more preferable. On the other hand, it is usually 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 2 cm 2 / Vs or less, and more preferably 5.0 × 10 1 cm 2 / Vs or less. When the electron mobility of the n-type semiconductor compound is 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, effects such as improvement of the electron diffusion rate, short circuit current, and conversion efficiency of the organic thin film solar cell element can be obtained. This is preferable. As a method for measuring electron mobility, there is a field effect transistor (FET) method, which can be carried out by a method described in a known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-045186).

n型半導体化合物の25℃でのトルエンに対する溶解度は、通常0.5重量%以上であり、0.6重量%以上が好ましく、0.7重量%以上がより好ましい。一方、通常90重量%以下が好ましく、80重量%以下がより好ましく、70重量%以下がさらに好ましい。n型半導体化合物の25℃でのトルエンに対する溶解度が0.5重量%以上であることは、溶液中でのn型半導体化合物の分散安定性が向上し、凝集、沈降、分離等を起こしにくくなるために、好ましい。   The solubility of the n-type semiconductor compound in toluene at 25 ° C. is usually 0.5% by weight or more, preferably 0.6% by weight or more, and more preferably 0.7% by weight or more. On the other hand, it is usually preferably 90% by weight or less, more preferably 80% by weight or less, and further preferably 70% by weight or less. When the solubility of the n-type semiconductor compound in toluene at 25 ° C. is 0.5% by weight or more, the dispersion stability of the n-type semiconductor compound in the solution is improved, and aggregation, sedimentation, separation, and the like are less likely to occur. Therefore, it is preferable.

以下、好ましいn型半導体化合物の例について説明する。
<3−4−2−1.フラーレン化合物>
フラーレン化合物としては、一般式(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)で表される部分構造を有するものが好ましい例として挙げられる。
Hereinafter, examples of preferable n-type semiconductor compounds will be described.
<3-4-2-1. Fullerene Compound>
As a fullerene compound, what has the partial structure represented by general formula (n1), (n2), (n3), and (n4) is mentioned as a preferable example.

Figure 2014130932
Figure 2014130932

上式中、FLNは、閉殻構造を有する炭素クラスターであるフラーレンを表す。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、一部のフラーレン環上の炭素−炭素結合が切れていてもよい。また、フラーレンを構成する炭素原子の一部が、他の原子に置き換えられていてもよい。さらにフラーレンは、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をフラーレンケージ内に内包していてもよい。 In the above formula, FLN represents fullerene, which is a carbon cluster having a closed shell structure. The carbon number of fullerene is not particularly limited as long as it is an even number of usually 60 or more and 130 or less. 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 fullerenes, carbon-carbon bonds on some fullerene rings may be broken. Moreover, some of the carbon atoms constituting the fullerene may be replaced with other atoms. Further, the fullerene may include a metal atom, a non-metal atom, or an atomic group composed of these in a fullerene cage.

a、b、c及びdは整数であり、a、b、c及びdの合計は通常1以上であり、一方、通常5以下であり、好ましくは3以下である。(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)中の部分構造は、フラーレン骨格中の同一の五員環又は六員環に結合している。一般式(n1)では、フラーレン骨格中の同一の五員環又は六員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−R21と、−(CHとがそれぞれ結合している。一般式(n2)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−C(R25)(R26)−N(R27)−C(R28)(R29)−が付加して5員環を形成している。一般式(n3)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−C(R30)(R31)−C−C−C(R32)(R33)−が付加して6員環を形成している。一般式(n4)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して−C(R34)(R35)−が付加して3員環を形成している。Lは1以上8以下の整数である。Lとして好ましくは1以上4以下の整数であり、さらに好ましくは1以上2以下の整数である。 a, b, c and d are integers, and the sum of a, b, c and d is usually 1 or more, and usually 5 or less, preferably 3 or less. The partial structures in (n1), (n2), (n3) and (n4) are bonded to the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. In the general formula (n1), —R 21 and — (CH 2 ) L are bonded to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. . In the general formula (n2), -C (R 25 ) (R 26 ) -N (R 27 ) -C with respect to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. (R 28 ) (R 29 ) — are added to form a 5-membered ring. In the general formula (n3), —C (R 30 ) (R 31 ) —C—C—C (R) with respect to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. 32 ) (R 33 ) — are added to form a 6-membered ring. In the general formula (n4), —C (R 34 ) (R 35 ) — is added to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton to form a 3-membered ring. Forming. L is an integer of 1 to 8. L is preferably an integer of 1 to 4, more preferably an integer of 1 to 2.

一般式(n1)中のR21は、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルコキシ基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 21 in the general formula (n1) is an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. An aromatic group which may have a group.

アルキル基としては、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基又はイソブチル基がより好ましく、メチル基又はエチル基が更に好ましい。アルコキシ基としては、炭素数1以上10以下のアルコキシ基が好ましく、炭素数1以上6以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基が特に好ましい。芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。   The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group or an isobutyl group, and even more preferably a methyl group or an ethyl group. . The alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably a methoxy group or an ethoxy group. The aromatic group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group. More preferred are groups or thienyl groups.

上記のアルキル基、アルコキシ基及び芳香族基が有していてもよい置換基としては特に限定されないが、ハロゲン原子又はシリル基が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。シリル基としては、ジアリールアルキルシリル基、ジアルキルアリールシリル基、トリアリールシリル基又はトリアルキルシリル基が好ましく、ジアルキルアリールシリル基がより好ましく、ジメチルアリールシリル基がさらに好ましい。   Although it does not specifically limit as a substituent which said alkyl group, an alkoxy group, and an aromatic group may have, A halogen atom or a silyl group is preferable. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The silyl group is preferably a diarylalkylsilyl group, a dialkylarylsilyl group, a triarylsilyl group or a trialkylsilyl group, more preferably a dialkylarylsilyl group, and even more preferably a dimethylarylsilyl group.

一般式(n1)中のR22〜R24は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 22 to R 24 in the general formula (n1) may each independently have a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. It is an aromatic group.

アルキル基としては、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基又はn−ヘキシル基が好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたア
ルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。
As the alkyl group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, or an n-hexyl group is preferable. . The substituent that the alkyl group may have is preferably a halogen atom. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The alkyl group substituted with a fluorine atom is preferably a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group or a perfluorobutyl group.

芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基は特に限定されないが、フッ素原子、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のフッ化アルキル基、炭素数1以上14以下のアルコキシ基又は炭素数3以上10以下の芳香族基が好ましく、フッ素原子又は炭素数1以上14以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、n−ブトキシ基又は2−エチルヘキシルオキシ基が更に好ましい。芳香族基が置換基を有する場合、その数に限定は無いが、1以上3以下が好ましく、1がより好ましい。芳香族基が置換基を複数有する場合、その置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。   The aromatic group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group. More preferred are groups or thienyl groups. The substituent that the aromatic group may have is not particularly limited, but is a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or a carbon atom having 1 to 14 carbon atoms. An alkoxy group or an aromatic group having 3 to 10 carbon atoms is preferred, a fluorine atom or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms is more preferred, and a methoxy group, n-butoxy group or 2-ethylhexyloxy group is still more preferred. When the aromatic group has a substituent, the number is not limited, but is preferably 1 or more and 3 or less, and more preferably 1. When the aromatic group has a plurality of substituents, the types of the substituents may be different, but are preferably the same.

一般式(n2)中のR25〜R29は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 25 to R 29 in the general formula (n2) may each independently have a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. It is an aromatic group.

アルキル基として好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ヘキシル基又はオクチル基であり、より好ましくはメチル基である。アルキル基が有していてもよい置換基としては、特に限定されないが、ハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。   The alkyl group is preferably a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, n-hexyl group or octyl group, and more preferably a methyl group. The substituent that the alkyl group may have is not particularly limited, but a halogen atom is preferable. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The alkyl group substituted with a fluorine atom is preferably a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group or a perfluorobutyl group.

芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、特に限定されないが、好ましくはフッ素原子、炭素数1以上14以下のアルキル基、又は炭素数1以上14以下のアルコキシ基である。アルキル基にはフッ素原子が置換されていてもよい。さらに好ましくは炭素数1以上14以下のアルコキシ基であり、さらに好ましくはメトキシ基である。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは1以上3以下であり、より好ましくは1である。置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。   As the aromatic group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, a phenyl group or a pyridyl group is more preferable, and a phenyl group is further preferable. Although it does not specifically limit as a substituent which an aromatic group may have, Preferably they are a fluorine atom, a C1-C14 alkyl group, or a C1-C14 alkoxy group. The alkyl group may be substituted with a fluorine atom. More preferably, it is an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, and more preferably a methoxy group. When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 3 or less, more preferably 1. The types of substituents may be different, but are preferably the same.

一般式(n3)中のArは、置換基を有していてもよい炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基であり、好ましくはフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基又はキノキサリル基であり、さらに好ましくはフェニル基、チエニル基又はフリル基である。 Ar 1 in the general formula (n3) is an optionally substituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, preferably A phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a furyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a quinolyl group or a quinoxalyl group, more preferably a phenyl group, a thienyl group or a furyl group.

有していてもよい置換基として限定は無いが、フッ素原子、塩素原子、水酸基、シアノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基で置換していてもよいアミノ基、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のアルコキシ基、炭素数2以上14以下のアルキルカルボニル基、炭素数1以上14以下のアルキルチオ基、炭素数2以上14以下のアルケニル基、炭素数2以上14以下のアルキニル基、炭素数2以上14以下のエステル基、炭素数3以上20以下のアリールカルボニル基、炭素数2以上20以下のアリールチオ基、炭素数2以上20以下のアリールオキシ基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の複素環基が好ましく、フッ素原子、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以下14以下のアルコキシ基、炭素数2以上14以下のエステル基、炭素数2以上14以下のアルキルカルボニル基又は炭素数3以上20以下のアリールカルボニル基がより好ましい。炭素数1以上14以下のアルキル基は1又は2以上のフッ素で置換されていてもよい。   Although there is no limitation as a substituent which may have, an amino group which may be substituted with a fluorine atom, a chlorine atom, a hydroxyl group, a cyano group, a silyl group, a boryl group or an alkyl group, having 1 to 14 carbon atoms An alkyl group, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, an alkylcarbonyl group having 2 to 14 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 14 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 14 carbon atoms, and 2 to 14 carbon atoms An alkynyl group, an ester group having 2 to 14 carbon atoms, an arylcarbonyl group having 3 to 20 carbon atoms, an arylthio group having 2 to 20 carbon atoms, an aryloxy group having 2 to 20 carbon atoms, and 6 or more carbon atoms An aromatic hydrocarbon group having 20 or less or a heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, 1 or less carbon atoms 1 An alkoxy group, having 2 to 14 ester groups carbons, an alkyl group or having 3 to 20 arylcarbonyl group carbons of 2 to 14 carbon atoms and more preferable. The alkyl group having 1 to 14 carbon atoms may be substituted with 1 or 2 or more fluorine atoms.

炭素数1以上14以下のアルキル基としては、メチル基、エチル基又はプロピル基が好ましい。炭素数1以上14以下のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシ基が好ましい。炭素数1以上14以下のアルキルカルボニル基としては、アセチル基が好ましい。炭素数2以上14以下のエステル基としては、メチルエステル基又はn−ブチルエステル基が好ましい。炭素数3以上20以下のアリールカルボニル基としては、ベンゾイル基が好ましい。   The alkyl group having 1 to 14 carbon atoms is preferably a methyl group, an ethyl group or a propyl group. The alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms is preferably a methoxy group, an ethoxy group, or a propoxy group. The alkylcarbonyl group having 1 to 14 carbon atoms is preferably an acetyl group. The ester group having 2 to 14 carbon atoms is preferably a methyl ester group or an n-butyl ester group. The arylcarbonyl group having 3 to 20 carbon atoms is preferably a benzoyl group.

置換基を有する場合、その数に限定は無いが、1以上4以下が好ましく、1以上3以下がより好ましい。置換基が複数の場合、その種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。   When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 4 or less, more preferably 1 or more and 3 or less. When there are a plurality of substituents, the types may be different, but are preferably the same.

一般式(n3)中のR30〜R33は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアルコキシ基又は置換基を有していてもよいアルキルチオ基である。R30又はR31は、R32とR33とのいずれか一方と結合して環を形成していてもよい。環を形成する場合における構造としては、例えば、芳香族基が縮合したビシクロ構造である一般式(n5)に示す構造が挙げられる。 R 30 to R 33 in the general formula (n3) each independently have a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, or a substituent. It is an optionally substituted alkoxy group or an optionally substituted alkylthio group. R 30 or R 31 may be bonded to any one of R 32 and R 33 to form a ring. As a structure in the case of forming a ring, the structure shown to the general formula (n5) which is a bicyclo structure which the aromatic group condensed is mentioned, for example.

Figure 2014130932
Figure 2014130932

一般式(n5)においてfはcと同義であり、Zは、酸素原子、硫黄原子、アミノ基、アルキレン基又はアリーレン基である。アルキレン基としては炭素数1以上2以下が好ましい。アリーレン基としては炭素数5以上12以下が好ましく、例えばフェニレン基が挙げられる。アミノ基は、メチル基やエチル基等の炭素数1以上6以下のアルキル基で置換されていてもよい。アルキレン基は、メトキシ基等の炭素数1以上6以下のアルコキシ基、炭素数1以上5以下の脂肪族炭化水素基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基で置換されていてもよい。アリーレン基は、メトキシ基等の炭素数1以上6以下のアルコキシ基、炭素数1以上5以下の脂肪族炭化水素基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基で置換されていてもよい。 F In the general formula (n5) has the same meaning as c, Z 4 is an oxygen atom, a sulfur atom, an amino group, an alkylene group or an arylene group. The alkylene group preferably has 1 to 2 carbon atoms. The arylene group preferably has 5 to 12 carbon atoms, and examples thereof include a phenylene group. The amino group may be substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group or an ethyl group. The alkylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. The aromatic heterocyclic group may be substituted. The arylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. The aromatic heterocyclic group may be substituted.

式(n5)に示す構造として特に好ましくは、下記式(n6)又は式(n7)で表される構造である。   The structure represented by the formula (n5) is particularly preferably a structure represented by the following formula (n6) or formula (n7).

Figure 2014130932
Figure 2014130932

一般式(n4)中のR34〜R35は、それぞれ独立して、水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 34 to R 35 in the general formula (n4) each independently have a hydrogen atom, an alkoxycarbonyl group, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. An aromatic group that may be present.

アルコキシカルボニル基を構成するアルコキシ基としては、炭素数1以上12以下のアルコキシ基又は炭素数1以上12以下のフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数1以上12以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、n−ヘキソキシ基、オクトキシ基、2−プロピルペントキシ基、2−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基又はn−ヘキソキシ基が特に好ましい。   The alkoxy group constituting the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, and a methoxy group. Ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, n-hexoxy group, octoxy group, 2-propylpentoxy group, 2-ethylhexoxy group, cyclohexylmethoxy group or benzyloxy group A methoxy group, an ethoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group or an n-hexoxy group is particularly preferable.

アルキル基としては、炭素数1以上8以下の直鎖アルキル基が好ましく、n−プロピル基がより好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基には特に限定は無いが、好ましくはアルコキシカルボニル基である。アルコキシカルボニル基を構成するアルコキシ基としては、炭素数1以上14以下のアルコキシ基又はフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数1以上14以下の炭化水素基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、n−ヘキソキシ基、オクトキシ基、2−プロピルペントキシ基、2−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又はn−ブトキシ基が特に好ましい。   As the alkyl group, a linear alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferable, and an n-propyl group is more preferable. The substituent that the alkyl group may have is not particularly limited, but is preferably an alkoxycarbonyl group. The alkoxy group constituting the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group, more preferably a hydrocarbon group having 1 to 14 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group, n- Propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, n-hexoxy group, octoxy group, 2-propylpentoxy group, 2-ethylhexoxy group, cyclohexylmethoxy group or benzyloxy group are more preferable, methoxy group or n A butoxy group is particularly preferred.

芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基が好ましく、フェニル基又はチエニル基がさらに好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のフッ化アルキル基又は炭素数1以上14以下のアルコキシ基が好ましく、炭素数1以上14以下のアルコキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又は2−エチルヘキシルオキシ基が特に好ましい。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは1以上3以下であり、より好ましくは1である。置換基の種類は異なっていても同一でもよく、好ましくは同一である。   As the aromatic group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, and a phenyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group is preferable. More preferred are a phenyl group and a thienyl group. The substituent that the aromatic group may have is preferably an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms. An alkoxy group having a number of 1 or more and 14 or less is more preferable, and a methoxy group or 2-ethylhexyloxy group is particularly preferable. When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 3 or less, more preferably 1. The types of substituents may be different or the same, preferably the same.

一般式(n4)の構造として好ましくは、R34、R35が共にアルコキシカルボニル基であるか、R34、R35が共に芳香族基であるか、又はR34が芳香族基でありかつR35が3−(アルコキシカルボニル)プロピル基であるものが挙げられる。 As the structure of the general formula (n4), preferably R 34 and R 35 are both alkoxycarbonyl groups, R 34 and R 35 are both aromatic groups, or R 34 is an aromatic group and R And those in which 35 is a 3- (alkoxycarbonyl) propyl group.

フラーレン化合物としては、上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。   As the fullerene compound, one kind of the above compounds may be used, or a mixture of plural kinds of compounds may be used.

塗布法によりフラーレン化合物を成膜するためには、フラーレン化合物自体が液状で塗布可能であるか、又はフラーレン化合物が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。溶解性の好適な範囲をあげると、25℃でのトルエンに対する溶解度が、通常0.1重量%以上、好ましくは0.4重量%以上、より好ましくは0.7重量%以上である。フラーレン化合物の溶解度が0.1重量%以上であることは、フラーレン化合物の溶液中での分散安定性が増加し、凝集、沈降、分離等が起こりにくくなるために好ましい。   In order to form a fullerene compound by a coating method, it is preferable that the fullerene compound itself can be applied in a liquid state, or that the fullerene compound is highly soluble in some solvent and can be applied as a solution. As a preferable range of solubility, the solubility in toluene at 25 ° C. is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.4% by weight or more, more preferably 0.7% by weight or more. It is preferable that the solubility of the fullerene compound is 0.1% by weight or more because the dispersion stability of the fullerene compound in the solution increases and aggregation, sedimentation, separation, and the like are less likely to occur.

フラーレン化合物を溶解させる溶媒としては、非極性有機溶媒であれば特段に制限はないが、非ハロゲン系溶媒が好ましい。ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒を用いることも可能であるが、環境負荷の面等から代替が求められている。非ハロゲン系溶媒としては、例えば、非ハロゲン系芳香族炭化水素類が挙げられる。その中でも好ましくはトルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等である。   The solvent for dissolving the fullerene compound is not particularly limited as long as it is a nonpolar organic solvent, but a non-halogen solvent is preferable. Although it is possible to use a halogen-based solvent such as dichlorobenzene, an alternative is demanded from the viewpoint of environmental load. Examples of non-halogen solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons. Of these, toluene, xylene, cyclohexylbenzene, and the like are preferable.

フラーレン化合物の製造方法としては、特に制限はないが、例えば、部分構造(n1)を有するフラーレン化合物の合成は、国際公開第2008/059771号やJ.Am.Chem.Soc.,2008,130(46),15429−15436のような公知文献の記載に従って実施可能である。   Although there is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of a fullerene compound, For example, the synthesis | combination of the fullerene compound which has a partial structure (n1) is international publication 2008/059771 or J.N. Am. Chem. Soc. , 2008, 130 (46), 15429-15436.

部分構造(n2)を有するフラーレン化合物の合成は、J.Am.Chem.Soc.1993,115,9798−9799、Chem.Mater.2007,19,5363−5372及びChem.Mater.2007,19,5194−5199のような公知文献の記載に従って実施可能である。   Synthesis of fullerene compounds having a partial structure (n2) is described in J. Org. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9798-9799, Chem. Mater. 2007, 19, 5363-5372 and Chem. Mater. It can be carried out according to the description of known documents such as 2007, 19, 5194-5199.

部分構造(n3)を有するフラーレン化合物の合成は、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.1993,32,78−80、Tetrahedron Lett.1997,38,285−288、国際公開第2008/018931号及び国際公開第2009/086210号のような公知文献の記載に従って実施可能である。   Synthesis of a fullerene compound having a partial structure (n3) is described in Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 78-80, Tetrahedron Lett. It can be carried out according to the description of known documents such as 1997, 38, 285-288, WO 2008/018931 and WO 2009/086212.

部分構造(n4)を有するフラーレン化合物の合成は、J.Chem.Soc.,Perkin Trans.1,1997 1595、Thin Solid Films 489(2005)251−256、Adv.Funct.Mater.2005,15,1979−1987及びJ.Org.Chem.1995,60,532−538のような公知文献の記載に従って実施可能である。   Synthesis of fullerene compounds having a partial structure (n4) is described in J. Org. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1997 1595, Thin Solid Films 489 (2005) 251-256, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1979-1987 and J. Org. Org. Chem. It can be carried out according to the description of known documents such as 1995, 60, 532-538.

<3−4−2−2.N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体>
N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体としては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2009/115553号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2009/000756号及び国際公開第2009/091670号に記載されている化合物が挙げられる。これらの化合物は電子移動度が高く、可視域の光を吸収しうるために、電荷輸送と発電との両方に寄与しうる点から好ましい。
<3-4-2-2. N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives>
N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives are not particularly limited, and specifically, International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2009/115553, International Publication No. 2009/098250, International Publication No. Examples thereof include compounds described in 2009/000756 and International Publication No. 2009/091670. These compounds are preferable in that they have high electron mobility and can absorb light in the visible range, and thus can contribute to both charge transport and power generation.

<3−4−2−3.ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド>
ナフタレンテトラカルボン酸ジイミドとしては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2007/146250号及び国際公開第2009/000756号に記載されている化合物が挙げられる。これらの化合物は電子移動度が高く、溶解性が高く塗布性に優れている点から好ましい。
<3-4-2-3. Naphthalenetetracarboxylic acid diimide>
The naphthalenetetracarboxylic acid diimide is not particularly limited, and specific examples thereof include compounds described in International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2007/146250 and International Publication No. 2009/000756. It is done. These compounds are preferable because they have high electron mobility, high solubility, and excellent coating properties.

<3−4−2−4.n型高分子半導体化合物>
n型高分子半導体化合物としては、特段の制限はないが、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型高分子半導体化合物等が挙げられる。
<3-4-2-4. n-type Polymer Semiconductor Compound>
There are no particular restrictions on the n-type polymer semiconductor compound, but condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide and perylenetetracarboxylic acid diimide, perylene diimide derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazoles N-type polymer semiconductor comprising at least one of a derivative, a benzothiazole derivative, a benzothiadiazole derivative, an oxadiazole derivative, a thiadiazole derivative, a triazole derivative, a pyrazine derivative, a phenanthroline derivative, a quinoxaline derivative, a bipyridine derivative and a borane derivative Compounds and the like.

その中でも、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするポリマーが好ましく、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びN−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドのうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型高分子半導体化合物がより好ましい。n型高分子半導体化合物として上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。   Among them, a polymer having at least one of a borane derivative, a thiazole derivative, a benzothiazole derivative, a benzothiadiazole derivative, an N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide and an N-alkyl-substituted perylene diimide derivative as a constituent unit is provided. Preferably, an n-type polymer semiconductor compound having at least one of N-alkyl-substituted perylene diimide derivative and N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide as a constituent unit is more preferable. One of the above compounds may be used as the n-type polymer semiconductor compound, or a mixture of a plurality of compounds may be used.

n型高分子半導体化合物として具体的には、国際公開第2009/098253号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2010/012710号及び国際公開第2009/098250号に記載されている化合物が挙げられる。これらの化合物は可視域の光を吸収しうるために発電に寄与することができ、粘度が高く、塗布性に優れている点から好ましい。
なお、5−3のバッファ層と5−4の活性層のうち有機成分を含む層を合わせて有機層と称し、有機層の膜厚は、1.8μm以下であることが好ましく、0.6μm以下であることがより好ましい。
Specific examples of the n-type polymer semiconductor compound include compounds described in International Publication No. 2009/098253, International Publication No. 2009/098250, International Publication No. 2010/012710, and International Publication No. 2009/098250. Can be mentioned. Since these compounds can absorb light in the visible range, they can contribute to power generation, are preferred because of their high viscosity and excellent coating properties.
Of the 5-3 buffer layer and the 5-4 active layer, the layer containing an organic component is collectively referred to as an organic layer, and the thickness of the organic layer is preferably 1.8 μm or less, and 0.6 μm. The following is more preferable.

<3−5.光電変換特性>
有機薄膜太陽電池素子の光電変換特性は次のようにして求めることができる。有機薄膜太陽電池素子にソーラシュミレーターでAM1.5G条件の光を照射強度100mW/cmで照射して、電流−電圧特性を測定する。得られた電流−電圧曲線から、光電変換効率(PCE)、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)、直列抵抗、シャント抵抗といった光電変換特性を求めることができる。
<3-5. Photoelectric conversion characteristics>
The photoelectric conversion characteristics of the organic thin film solar cell element can be obtained as follows. The organic thin-film solar cell element is irradiated with AM1.5G light with a solar simulator at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 to measure current-voltage characteristics. From the obtained current-voltage curve, photoelectric conversion characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE), short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF), series resistance, and shunt resistance can be obtained.

有機薄膜太陽電池素子の光電変換効率は、特段の制限はないが、通常1%以上、好ましくは1.5%以上、より好ましくは2%以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。   The photoelectric conversion efficiency of the organic thin film solar cell element is not particularly limited, but is usually 1% or more, preferably 1.5% or more, and more preferably 2% or more. On the other hand, there is no particular limitation on the upper limit, and the higher the better.

また、有機薄膜太陽電池素子の耐久性を測定する方法としては、有機薄膜太陽電池素子を大気暴露する前後での、光電変換効率の維持率を求める方法が挙げられる。
(維持率)=(大気暴露N時間後の光電変換効率)/(大気暴露直前の光電変換効率)
Moreover, as a method for measuring the durability of the organic thin film solar cell element, there is a method for obtaining a maintenance rate of photoelectric conversion efficiency before and after the organic thin film solar cell element is exposed to the atmosphere.
(Maintenance rate) = (Photoelectric conversion efficiency after N hours of atmospheric exposure) / (Photoelectric conversion efficiency immediately before atmospheric exposure)

有機薄膜太陽電池素子を実用化するには、製造が簡便かつ安価であること以外に、高い光電変換効率及び高い耐久性を有することが重要である。この観点から、1週間大気暴露する前後での光電変換効率の維持率は、60%以上が好ましく、80%以上がより好まし
く、高ければ高いほどよい。
In order to put an organic thin-film solar cell element into practical use, it is important to have high photoelectric conversion efficiency and high durability in addition to simple and inexpensive manufacture. From this viewpoint, the maintenance rate of photoelectric conversion efficiency before and after exposure to the atmosphere for one week is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, and the higher the better.

<4.有機薄膜太陽電池モジュール>
次に、本発明の実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子を含む有機薄膜太陽電池モジュールについて、図を参照して説明する。図3は、有機薄膜太陽電池モジュールの構成を模式的に示す図である。図3に示すように、本実施態様の有機薄膜太陽電池モジュール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、有機薄膜太陽電池素子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、有機薄膜太陽電池素子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。
<4. Organic thin film solar cell module>
Next, an organic thin film solar cell module including an organic thin film solar cell element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the organic thin film solar cell module. As shown in FIG. 3, the organic thin film solar cell module 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 an organic material. The thin film solar cell element 6, the sealing material 7, the getter material film 8, the gas barrier film 9, and the 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 was formed, and the organic thin-film solar cell element 6 generates electric 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.

<4−1.耐候性保護フィルム1>
耐候性保護フィルム1は天候変化から有機薄膜太陽電池素子6を保護するフィルムである。耐候性保護フィルム1で有機薄膜太陽電池素子6を覆うことにより、有機薄膜太陽電池素子6等を天候変化等から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。耐候性保護フィルム1は、有機薄膜太陽電池モジュール14の最表層に位置するため、耐候性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性及び/又は機械強度等の、有機薄膜太陽電池モジュールの表面被覆材として好適な性能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持する性質を有することが好ましい。
<4-1. Weatherproof protective film 1>
The weather-resistant protective film 1 is a film that protects the organic thin-film solar cell element 6 from weather changes. By covering the organic thin-film solar cell element 6 with the weather-resistant protective film 1, the organic thin-film solar cell element 6 and the like are protected from weather changes and the power generation capacity is kept high. Since the weather-resistant protective film 1 is located on the outermost layer of the organic thin-film solar cell module 14, the weather-resistant protective film 1 of the organic thin-film solar cell module such as weather resistance, heat resistance, transparency, water repellency, contamination resistance and / or mechanical strength is used. It is preferable to have properties suitable for a surface coating material and to maintain it for a long period of time in outdoor exposure.

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

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

なお、耐候性保護フィルム1は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、耐候性保護フィルム1は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
耐候性保護フィルム1の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上200μm以下である。
また耐候性保護フィルム1には、他のフィルムとの接着性の改良のために、コロナ処理及び/又はプラズマ処理等の表面処理を行ってもよい。
In addition, the weather-resistant protective film 1 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Moreover, although the weather-resistant protective film 1 may be formed with the single layer film, the laminated | multilayer film provided with the film of two or more layers may be sufficient as it.
The thickness of the weather-resistant protective film 1 is not particularly defined, but is usually 10 μm or more and 200 μm or less.
Moreover, you may perform surface treatment, such as a corona treatment and / or a plasma treatment, for the weather-resistant protective film 1 in order to improve the adhesiveness with another film.

耐候性保護フィルム1は、有機薄膜太陽電池モジュール14においてできるだけ外側に設けることが好ましい。有機薄膜太陽電池モジュール14の構成部材のうちより多くのも
のを保護できるようにするためである。
It is preferable to provide the weatherproof protective film 1 on the outer side of the organic thin film solar cell module 14 as much as possible. This is because more of the constituent members of the organic thin film solar cell module 14 can be protected.

<4−2.紫外線カットフィルム2>
紫外線カットフィルム2は紫外線の透過を防止するフィルムである。紫外線カットフィルム2を有機薄膜太陽電池モジュール14の受光部分に設け、紫外線カットフィルム2で有機薄膜太陽電池素子6の受光面6aを覆うことにより、有機薄膜太陽電池素子6及び必要に応じてガスバリアフィルム3、9等を紫外線から保護し、発電能力を高く維持することができるようになっている。
<4-2. UV cut film 2>
The ultraviolet cut film 2 is a film that prevents the transmission of ultraviolet rays. The organic thin film solar cell element 6 and, if necessary, a gas barrier film are provided by providing the ultraviolet cut film 2 on the light receiving portion of the organic thin film solar cell module 14 and covering the light receiving surface 6a of the organic thin film solar cell element 6 with the ultraviolet cut film 2. 3, 9 etc. are protected from ultraviolet rays, and the power generation capacity can be kept high.

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

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

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

紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系のもの等を用いることができる。なお、紫外線吸収剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。上述のように、紫外線吸収フィルムとしては紫外線吸収層を基材フィルム上に形成したフィルムを用いることもできる。このようなフィルムは、例えば、紫外線吸収剤を含む塗布液を基材フィルム上に塗布し、乾燥させることで作製できる。
基材フィルムの材質は特に限定されないが、耐熱性、柔軟性のバランスが良好なフィルムが得られる点で、例えばポリエステルが挙げられる。
Examples of the ultraviolet absorber that can be used include salicylic acid-based, benzophenone-based, benzotriazole-based, and cyanoacrylate-based ones. In addition, a ultraviolet absorber may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. As described above, a film in which an ultraviolet absorbing layer is formed on a base film can also be used as the ultraviolet absorbing film. Such a film can be produced, for example, by applying a coating solution containing an ultraviolet absorber on a substrate film and drying it.
Although the material of a base film is not specifically limited, For example, polyester is mentioned at the point from which the balance of heat resistance and a softness | flexibility is obtained.

紫外線カットフィルム2の具体的な商品の例を挙げると、カットエース(MKVプラスティック株式会社)等が挙げられる。なお、紫外線カットフィルム2は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。   Examples of specific products of the ultraviolet cut film 2 include cut ace (MKV Plastic Co., Ltd.). In addition, the ultraviolet cut film 2 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials.

また、紫外線カットフィルム2は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。紫外線カットフィルム2の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。   Further, the ultraviolet cut film 2 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers. The thickness of the ultraviolet cut film 2 is not particularly limited, but is usually 5 μm or more and 200 μm or less.

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

<4−3.ガスバリアフィルム3>
ガスバリアフィルム3は水及び酸素の透過を防止するフィルムである。ガスバリアフィルム3で有機薄膜太陽電池素子6を被覆することにより、有機薄膜太陽電池素子6を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。
<4-3. Gas barrier film 3>
The gas barrier film 3 is a film that prevents permeation of water and oxygen. By covering the organic thin-film solar cell element 6 with the gas barrier film 3, the organic thin-film solar cell element 6 can be protected from water and oxygen, and the power generation capacity can be kept high.

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

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

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

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

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

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

なお、ガスバリアフィルム3は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ガスバリアフィルム3は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
ガスバリアフィルム3の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。
In addition, the gas barrier film 3 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. The gas barrier film 3 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.
The thickness of the gas barrier film 3 is not particularly defined, but is usually 5 μm or more and 200 μm or less.

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

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

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

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

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

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

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

なお、ゲッター材フィルム4は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ゲッター材フィルム4は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
ゲッター材フィルム4の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。
In addition, the getter material film 4 may be formed of one type of material or may be formed of two or more types of materials. The getter material film 4 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.
The thickness of the getter material film 4 is not particularly specified, but is usually 5 μm or more and 200 μm or less.

ゲッター材フィルム4は、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間内であればその形成位置に制限は無いが、有機薄膜太陽電池素子6の正面(受光面側の面。図3では下側の面)及び背面(受光面とは反対側の面。図3では上側の面)を覆うことが好ましい。有機薄膜太陽電池モジュール14においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いため、これらの面を介して水分及び酸素が浸入する傾向があるからである。この観点から、ゲッター材フィルム4はガスバリアフィルム3と有機薄膜太陽電池素子6との間に設けることが好ましい。本実施態様ではゲッター材フィルム4が有機薄膜太陽電池素子6の正面を覆い、後述するゲッター材フィルム8が有機薄膜太陽電池素子6の背面を覆い、ゲッター材フィルム4,8がそれぞれ有機薄膜太陽電池素子6とガスバリ
アフィルム3,9との間に位置するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等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。
The formation position of the getter material film 4 is not limited as long as it is in the space formed by the gas barrier films 3 and 9, but the front surface (light receiving surface side surface of the organic thin film solar cell element 6; the lower side in FIG. 3). Surface) and back surface (surface opposite to the light receiving surface; upper surface in FIG. 3) is preferably covered. This is because the organic thin film solar cell module 14 often has a front surface and a back surface formed in a larger area than the other surfaces, and therefore moisture and oxygen tend to enter through these surfaces. From this viewpoint, the getter material film 4 is preferably provided between the gas barrier film 3 and the organic thin film solar cell element 6. In this embodiment, the getter material film 4 covers the front surface of the organic thin film solar cell element 6, the getter material film 8 described later covers the back surface of the organic thin film solar cell element 6, and the getter material films 4 and 8 are respectively organic thin film solar cells. It is located between the element 6 and the gas barrier films 3 and 9. 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.

<4−5.封止材5>
封止材5は、有機薄膜太陽電池素子6を補強するフィルムである。有機薄膜太陽電池素子6は薄いため通常は強度が弱く、ひいては有機薄膜太陽電池モジュールの強度が弱くなる傾向があるが、封止材5により強度を高く維持することが可能である。
<4-5. Sealing material 5>
The sealing material 5 is a film that reinforces the organic thin film solar cell element 6. Since the organic thin film solar cell element 6 is thin, the strength is usually weak, and thus the strength of the organic thin film solar cell module tends to be weak. However, the strength can be maintained high by the sealing material 5.

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

また、封止材5は、有機薄膜太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させることが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の透過率は、通常60%以上であり、上限に制限はない。
封止材5の厚みは特に規定されないが、通常2μm以上700μm以下である。
Moreover, it is preferable that the sealing material 5 permeate | transmits visible light from a viewpoint which does not prevent the light absorption of the organic thin film solar cell element 6. FIG. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, and there is no upper limit.
The thickness of the sealing material 5 is not particularly specified, but is usually 2 μm or more and 700 μm or less.

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

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

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

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

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

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

<4−6.有機薄膜太陽電池素子6>
有機薄膜太陽電池素子6は、前述の有機薄膜太陽電池素子107と同様である。すなわち、有機薄膜太陽電池素子107を用いて有機薄膜太陽電池モジュール14を製造することができる。
<4-6. Organic Thin Film Solar Cell Element 6>
The organic thin film solar cell element 6 is the same as the organic thin film solar cell element 107 described above. That is, the organic thin film solar cell module 14 can be manufactured using the organic thin film solar cell element 107.

有機薄膜太陽電池素子6は、有機薄膜太陽電池モジュール14一個につき一個だけを設けてもよいが、通常は2個以上の有機薄膜太陽電池素子6を設ける。具体的な有機薄膜太陽電池素子6の個数は任意に設定すればよい。有機薄膜太陽電池素子6を複数設ける場合、有機薄膜太陽電池素子6はアレイ状に並べて設けられていることが多い。   Although only one organic thin film solar cell element 6 may be provided for each organic thin film solar cell module 14, two or more organic thin film solar cell elements 6 are usually provided. What is necessary is just to set the number of the specific organic thin film solar cell elements 6 arbitrarily. When a plurality of organic thin film solar cell elements 6 are provided, the organic thin film solar cell elements 6 are often arranged in an array.

有機薄膜太陽電池素子6を複数設ける場合、通常は、有機薄膜太陽電池素子6同士は電気的に接続され、接続された一群の有機薄膜太陽電池素子6から生じた電気を端子(図示せず)から取り出すようになっていて、この際、電圧を高めるため通常は太陽電池素子は直列に接続される。   When a plurality of organic thin film solar cell elements 6 are provided, the organic thin film solar cell elements 6 are usually electrically connected to each other, and electricity generated from the group of connected organic thin film solar cell elements 6 is a terminal (not shown). In this case, the solar cell elements are usually connected in series in order to increase the voltage.

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

<4−7.封止材7>
封止材7は、上述した封止材5と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は封止材7と同様のものを同様に用いることができる。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
<4-7. Sealing material 7>
The sealing material 7 is a film similar to the sealing material 5 described above, and the same material as the sealing material 7 can be used in the same manner except that the arrangement position is different. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.

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

<4−9.ガスバリアフィルム9>
ガスバリアフィルム9は、上述したガスバリアフィルム3と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はガスバリアフィルム9と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、有機薄膜太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
<4-9. Gas barrier film 9>
The gas barrier film 9 is the same film as the gas barrier film 3 described above, and the same material as the gas barrier film 9 can be used as necessary except that the arrangement position is different. Moreover, since the constituent member on the back side of the organic thin film solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.

<4−10.バックシート10>
バックシート10は、上述した耐候性保護フィルム1と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は耐候性保護フィルム1と同様のものを同様に用いることができる。また、このバックシート10が水及び酸素を透過させ難いものであれば、バックシート10をガスバリア層として機能させることも可能である。また、有機薄膜太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
<4-10. Back sheet 10>
The back sheet 10 is the same film as the weather-resistant protective film 1 described above, and the same material as the weather-resistant protective film 1 can be used in the same manner except that the arrangement position is different. In addition, if the back sheet 10 is difficult to permeate water and oxygen, the back sheet 10 can also function as a gas barrier layer. Moreover, since the constituent member on the back side of the organic thin film solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.

<4−11.寸法等>
本実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子を用いた有機薄膜太陽電池モジュール14は、通常、膜状の薄い部材である。このように膜状の部材として有機薄膜太陽電池モジュール14を形成することにより、有機薄膜太陽電池モジュール14を建材、自動車又はインテリア等に容易に設置できるようになっている。有機薄膜太陽電池モジュール14は、軽く、割れにくく、従って安全性の高い太陽電池が得られ、また曲面にも適用可能であるため更に多くの用途に使用しうる。薄くて軽いため輸送や保管等流通面でも好ましい。更に、膜状であるためロール・ツー・ロール式の製造が可能であり大幅なコストカットが可能である。
有機薄膜太陽電池モジュール14の具体的な寸法に制限は無いが、その厚みは、通常300μm以上3000μm以下である。
<4-11. Dimensions>
The organic thin film solar cell module 14 using the organic thin film solar cell element according to this embodiment is usually a thin film member. Thus, by forming the organic thin film solar cell module 14 as a film-like member, the organic thin film solar cell module 14 can be easily installed in a building material, an automobile, an interior, or the like. The organic thin-film solar cell module 14 is light and difficult to break, and thus a highly safe solar cell can be obtained and can be applied to a curved surface, so that it can be used for more applications. Since it is thin and light, it is preferable in terms of distribution such as transportation and storage. Furthermore, since it is in the form of a film, roll-to-roll manufacturing is possible, and a significant cost cut is possible.
Although there is no restriction | limiting in the specific dimension of the organic thin film solar cell module 14, The thickness is usually 300 micrometers or more and 3000 micrometers or less.

<4−12.製造方法>
本実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子を用いた有機薄膜太陽電池モジュール14の製造方法に制限は無いが、例えば、図3の形態の太陽電池製造方法としては、図3に示される積層体を作成した後に、ラミネート封止工程を行う方法が挙げられる。本実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子は、耐熱性に優れるため、ラミネート封止工程による劣化が低減される点で好ましい。
<4-12. Manufacturing method>
Although there is no restriction | limiting in the manufacturing method of the organic thin film solar cell module 14 using the organic thin film solar cell element which concerns on this embodiment, For example, as a solar cell manufacturing method of the form of FIG. 3, the laminated body shown by FIG. A method of performing a laminate sealing step after the creation is mentioned. Since the organic thin-film solar cell element according to this embodiment is excellent in heat resistance, it is preferable in that deterioration due to the laminate sealing step is reduced.

図3に示される積層体作成は周知の技術を用いて行うことができる。ラミネート封止工程の方法は、本発明の効果を損なわなければ特に制限はないが、例えば、ウェットラミネート、ドライラミネート、ホットメルトラミネート、押出しラミネート、共押出成型ラミネート、押出コーティング、光硬化接着剤によるラミネート、サーマルラミネート等が挙げられる。なかでも有機ELデバイス封止で実績のある光硬化接着剤によるラミネート法、太陽電池で実績のあるホットメルトラミネート又はサーマルラミネートが好ましく、さらに、ホットメルトラミネート又はサーマルラミネートがシート状の封止材を使用できる点でより好ましい。   The laminated body shown in FIG. 3 can be produced using a known technique. The method of the laminate sealing step is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but for example, wet lamination, dry lamination, hot melt lamination, extrusion lamination, coextrusion molding lamination, extrusion coating, photocuring adhesive Laminate, thermal laminate, etc. are mentioned. Among them, a laminating method using a photo-curing adhesive having a proven record in organic EL device sealing, a hot melt laminate or a thermal laminate having a proven record in solar cells is preferable, and a hot melt laminate or a thermal laminate is a sheet-like sealing material. It is more preferable at the point which can be used.

ラミネート封止工程の加熱温度は通常130℃以上、好ましくは140℃以上であり、通常180℃以下、好ましくは170℃以下である。ラミネート封止工程の加熱時間は通常10分以上、好ましくは20分以上であり、通常100分以下、好ましくは90分以下である。ラミネート封止工程の圧力は通常0.001MPa以上、好ましくは0.01MPa以上であり、通常0.2MPa以下、好ましくは0.1MPa以下である。圧力をこの範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材5,7のはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。なお、2個以上の有機薄膜太陽電池素子6を直列又は並列接続したものも上記と同様にして、製造することができる。   The heating temperature in the laminate sealing step is usually 130 ° C or higher, preferably 140 ° C or higher, and is usually 180 ° C or lower, preferably 170 ° C or lower. The heating time in the laminate sealing step is usually 10 minutes or longer, preferably 20 minutes or longer, and is usually 100 minutes or shorter, preferably 90 minutes or shorter. The pressure in the laminate sealing step is usually 0.001 MPa or more, preferably 0.01 MPa or more, and usually 0.2 MPa or less, preferably 0.1 MPa or less. By setting the pressure within this range, sealing can be performed reliably, and the reduction of the film thickness due to the protrusion of the sealing materials 5 and 7 from the end portion and overpressurization can be suppressed, thereby ensuring dimensional stability. In addition, what connected two or more organic thin film solar cell elements 6 in series or in parallel can be manufactured similarly to the above.

<4−13.用途>
本発明の実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子を用いた有機薄膜太陽電池モジュール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。有機薄膜太陽電池モジュール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。
<4-13. Application>
There is no restriction | limiting in the use of the organic thin film solar cell module 14 using the organic thin film solar cell element which concerns on embodiment of this invention, It can use for arbitrary uses. Examples of fields to which organic thin-film solar cell modules are applied include building material solar cells, automotive solar cells, interior solar cells, railway solar cells, marine solar cells, airplane solar cells, and spacecraft solar cells. , Solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like.

有機薄膜太陽電池モジュールはそのまま用いても、基材上に有機薄膜太陽電池モジュールを設置して有機薄膜太陽電池パネルとして用いてもよい。例えば、図4に模式的に示すように、基材12上に有機薄膜太陽電池モジュール14を備えた有機薄膜太陽電池パネル13を用意し、これを使用場所に設置して用いればよい。すなわち、有機薄膜太陽電池モジュール14を用いて有機薄膜太陽電池パネル13を製造することができる。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、この板材の表面に有機薄膜太陽電池
モジュール14を設けることにより、有機薄膜太陽電池パネル13を作製することができる。
The organic thin film solar cell module may be used as it is, or an organic thin film solar cell module may be installed on a substrate and used as an organic thin film solar cell panel. For example, as schematically shown in FIG. 4, an organic thin film solar cell panel 13 provided with an organic thin film solar cell module 14 may be prepared on a substrate 12 and used at a place of use. That is, the organic thin film solar cell panel 13 can be manufactured using the organic thin film solar cell module 14. If a specific example is given and the board | plate material for building materials is used as the base material 12, the organic thin film solar cell panel 13 can be produced by providing the organic thin film solar cell module 14 on the surface of this board | plate material.

基材12は有機薄膜太陽電池モジュール14を支持する支持部材である。基材12を形成する材料としては、例えば、ガラス、サファイア及びチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂、塩化ビニル、ポリエチレン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート及びポリノルボルネン等の有機材料;紙及び合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン及びアルミニウム等の金属;ステンレス、チタン及びアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料;等が挙げられる。   The substrate 12 is a support member that supports the organic thin film solar cell module 14. Examples of the material for forming the substrate 12 include inorganic materials such as glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluorine. Organic materials such as resin, vinyl chloride, polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate and polynorbornene; paper materials such as paper and synthetic paper; metals such as stainless steel, titanium and aluminum; Examples thereof include composite materials such as those obtained by coating or laminating a surface of a metal such as stainless steel, titanium, and aluminum to impart insulation.

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

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

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
なお、実施例における活性層の接触角の測定は純水を用いてJIS2396に準じて行った。
また、正孔取り出し層の密着性の評価はJISK5400に準じて行った。正孔取り出し層にカッターを用いて100マスを形成した後、粘着テープによる剥離試験を行い、残ったマスの数を%で表した。
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
In addition, the measurement of the contact angle of the active layer in an Example was performed according to JIS2396 using the pure water.
Moreover, the evaluation of the adhesion of the hole extraction layer was performed according to JISK5400. After forming 100 squares using a cutter in the hole extraction layer, a peel test using an adhesive tape was performed, and the number of remaining squares was expressed in%.

<比較例1>
ITO電極がパターニングされたガラス基板に、ZnOナノ粒子分散液をスピンコートにより塗布し、150℃で60分間の加熱処理を行い、厚さが約100nmの電子取り出し層を成膜した。窒素雰囲気下で、電子取り出し層上にP3HT/PCBM混合液をワイヤーバーにより塗布し、表面が乾燥したことを確認した後、150℃で30分間の加熱処理を行い、厚さが約180nmの活性層を成膜した。活性層の接触角は105°であった。
活性層に、PEDOT:PSSの分散液をスピンコートにより塗布し、120℃で10分間加熱処理を行い、厚さが約100nmの正孔取り出し層を成膜した。正孔取り出し層の密着性を試験した結果、残ったマスは0%であった。
上記の正孔取り出し層上に真空蒸着法により厚さ約100nmの銀を成膜して得られた有機薄膜太陽電池素子の変換効率は2.75%であった。
<Comparative Example 1>
A ZnO nanoparticle dispersion was applied onto a glass substrate on which an ITO electrode was patterned by spin coating, and heat treatment was performed at 150 ° C. for 60 minutes to form an electron extraction layer having a thickness of about 100 nm. In a nitrogen atmosphere, a P3HT / PCBM mixture was applied onto the electron extraction layer with a wire bar, and after confirming that the surface was dry, heat treatment was performed at 150 ° C. for 30 minutes, and the thickness was about 180 nm. Layers were deposited. The contact angle of the active layer was 105 °.
A dispersion of PEDOT: PSS was applied to the active layer by spin coating, and a heat treatment was performed at 120 ° C. for 10 minutes to form a hole extraction layer having a thickness of about 100 nm. As a result of testing the adhesion of the hole extraction layer, the remaining mass was 0%.
The conversion efficiency of the organic thin-film solar cell element obtained by forming a silver film having a thickness of about 100 nm on the hole extraction layer by a vacuum deposition method was 2.75%.

<比較例2>
比較例1において、活性層にコロナ処理行った以外は同様に有機薄膜太陽電池素子を作製した。コロナ処理はコロナスキャナー ASA−4(信光電気計装株式会社製)を用いて放電電力12.7kWで5回の処理を行った。
評価結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
In Comparative Example 1, an organic thin film solar cell element was similarly produced except that the active layer was subjected to corona treatment. Corona treatment was performed 5 times at a discharge power of 12.7 kW using a corona scanner ASA-4 (manufactured by Shinko Electric Instrumentation Co., Ltd.).
The evaluation results are shown in Table 1.

<比較例3>
比較例2において、コロナ処理をUV処理としたこと以外は同様に有機薄膜太陽電池素子を作製した。UV処理は、UVドライプロセッサーVUM−3073−F02−00(株式会社オーク製作所製)を用いて、定格で2分間行った。
評価結果を表1に示す。
<Comparative Example 3>
In Comparative Example 2, an organic thin film solar cell element was similarly produced except that the corona treatment was changed to UV treatment. The UV treatment was performed for 2 minutes at a rating using a UV dry processor VUM-3073-F02-00 (manufactured by Oak Manufacturing Co., Ltd.).
The evaluation results are shown in Table 1.

<実施例1>
比較例2において、コロナ処理をリモート方式の大気圧プラズマ処理としたこと以外は同様に有機薄膜太陽電池素子を作製した。リモート方式の大気圧プラズマ処理は、クリーンルーム(22℃、45%RH)内で、酸素濃度1000ppmの窒素雰囲気下においてAP/T03−H550Z(積水化学工業製)を用い、電極間距離3mm、電圧410V、周波数30kHzで行った。
評価結果を表1に示す。
<Example 1>
In Comparative Example 2, an organic thin film solar cell element was similarly produced except that the corona treatment was a remote atmospheric pressure plasma treatment. The remote atmospheric pressure plasma treatment uses AP / T03-H550Z (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) in a clean room (22 ° C., 45% RH) in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 1000 ppm, using an electrode distance of 3 mm and a voltage of 410 V. At a frequency of 30 kHz.
The evaluation results are shown in Table 1.

<実施例2>
実施例1において、リモート方式の大気圧プラズマ処理をドライルーム(22℃、露点−30℃)内で行い、電極間距離5mm、周波数10kHz、窒素中の酸素濃度を300ppmとした以外は同様に有機薄膜太陽電池素子を作成した。
評価結果を表1に示す。
<Example 2>
In Example 1, the same method was used except that remote atmospheric pressure plasma treatment was performed in a dry room (22 ° C., dew point −30 ° C.), the electrode distance was 5 mm, the frequency was 10 kHz, and the oxygen concentration in nitrogen was 300 ppm. A thin film solar cell element was prepared.
The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2014130932
Figure 2014130932

表1より、活性層の処理を行わない比較例1においては接触角が大きいため活性層の上に塗布で成膜する際に塗布性が悪いことがわかる。また、活性層と正孔取り出し層の密着性が悪いことから、太陽電池素子に物理的な衝撃などの力が加わると剥離しやすいことがわかる。
一方、活性層の処理を行った比較例2、3および実施例は正孔取り出し層の塗布性が良好であったが、これは接触角の小ささにも示されている。また、比較例2、3および実施例は活性層と正孔取り出し層の密着性が高く、物理的な力により剥離しづらいことがわかる。しかし、コロナ処理、UV処理を行った比較例2、3に対して、本発明のリモート方式の大気圧プラズマ処理を行った実施例1および2は、表面処理による変換効率の低下が極めて少ない。
以上より、本発明によれば、有機薄膜太陽電池を製造するにあたり、有機層の塗布性を改善し、かつ、太陽電池の欠陥が生じづらい有機薄膜太陽電池の製造方法を提供することができる。
From Table 1, it can be seen that in Comparative Example 1 where the treatment of the active layer is not performed, the contact angle is large, so that the coating property is poor when a film is formed on the active layer by coating. Moreover, since the adhesiveness of an active layer and a hole taking-out layer is bad, it turns out that it peels easily when force, such as a physical impact, is added to a solar cell element.
On the other hand, Comparative Examples 2, 3 and Examples in which the treatment of the active layer was performed showed good coating properties of the hole extraction layer, which is also indicated by a small contact angle. Further, it can be seen that Comparative Examples 2, 3 and Examples have high adhesion between the active layer and the hole extraction layer and are difficult to peel off due to physical force. However, compared to Comparative Examples 2 and 3 subjected to corona treatment and UV treatment, Examples 1 and 2 subjected to the remote atmospheric pressure plasma treatment of the present invention have very little reduction in conversion efficiency due to surface treatment.
As mentioned above, according to this invention, in manufacturing an organic thin film solar cell, the applicability | paintability of an organic layer can be improved and the manufacturing method of the organic thin film solar cell which is hard to produce the defect of a solar cell can be provided.

30 枠体
31 ガス導入口
32 反応管
33 発生プラズマ
34 プラズマ噴出口
35 電極
37 有機層
40 リモート方式の大気圧プラズマ処理装置
101 下部電極
102 電子取り出し層
103 活性層
104 正孔取り出し層
105 上部電極
106 太陽電池素子基板
107 有機薄膜太陽電池素子
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 有機薄膜太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 有機薄膜太陽電池パネル
14 有機薄膜太陽電池モジュール
Reference Signs List 30 Frame 31 Gas inlet 32 Reaction tube 33 Plasma generated 34 Plasma outlet 35 Electrode 37 Organic layer 40 Remote atmospheric pressure plasma processing apparatus 101 Lower electrode 102 Electron extraction layer 103 Active layer 104 Hole extraction layer 105 Upper electrode 106 Solar cell element substrate 107 Organic thin film solar cell element 1 Weather-resistant protective film 2 UV cut film 3, 9 Gas barrier film 4, 8 Getter material film 5, 7 Sealing material 6 Organic thin film solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Organic Thin film solar cell panel 14 Organic thin film solar cell module

Claims (5)

基板上に一対の電極及び有機層を少なくとも有する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、
リモート方式の大気圧プラズマ処理を前記有機層に対し施す処理工程、を含む製造方法。
A method for producing an organic thin film solar cell having at least a pair of electrodes and an organic layer on a substrate,
A manufacturing method including a processing step of performing remote atmospheric pressure plasma processing on the organic layer.
前記処理工程においてリモート方式の大気圧プラズマ処理に用いられる処理ガスは、酸素濃度が3000ppm以下である、請求項1に記載の製造方法。   2. The manufacturing method according to claim 1, wherein a processing gas used for remote atmospheric pressure plasma processing in the processing step has an oxygen concentration of 3000 ppm or less. 前記処理工程は、ドライルーム内で行われる、請求項1または2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the treatment step is performed in a dry room. 前記ドライルームは、露点−10℃以下の雰囲気である、請求項3に記載の製造方法。   The said dry room is a manufacturing method of Claim 3 which is an atmosphere with a dew point of -10 degrees C or less. ロール・ツー・ロール形式である、請求項1から4のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method of any one of Claim 1 to 4 which is a roll-to-roll form.
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