JP2014192373A - Method for manufacturing organic thin-film solar cell - Google Patents

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出 武井
Tatsuya Momose
辰哉 百瀬
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栄治 出島
Kanji Shimizu
完二 清水
Mitsufumi Furumura
充史 古村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an organic thin-film solar cell capable of preventing short-circuit of an element due to generation of a burr without needing any additional step.SOLUTION: A method for manufacturing an organic thin-film solar cell includes the steps of: patterning a lower electrode forming layer 32 laminated on a substrate 31; forming a first intermediate layer forming layer 33 on the patterned lower electrode forming layer 32; forming an organic active layer forming layer 38 on the first intermediate layer forming layer 33; and forming a second intermediate layer forming layer 35 on the organic active layer forming layer 38. The total film thickness of the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 38, and the second intermediate layer forming layer 35 is not less than 600 nm and not more than 2500 nm.

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.

近年、有機薄膜太陽電池の検討が進んでいるが、有機薄膜太陽電池は、その製造工程において、単位セルを形成するためにパターニング工程を用いることが知られている。例えば、特許文献1〜3には、レーザースクライブ等によりパターニングを行い、下部電極を形成する工程が記載されている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、レーザースクライブ等を用いて下部電極のパターニングを行うと、レーザー加工により下部電極の加工端に数百nmから数μm程度に及ぶ下部電極を含むバリが形成されてしまうことがあり、その結果として下部電極と上部電極とが接触し、太陽電池素子が短絡欠陥を生ずる要因となっている。このような課題に対し、特許文献1では、アモルファスシリコンを光電変換層に使用した太陽電池において、レーザースクライブ後に生じるバリの発生を抑制するために、裏面金属電極の厚みを薄くすることが提案されている。また、特許文献2では、薄膜太陽電池において、バリを発生させないようにレーザー加工の速度を速めることが提案されている。また、特許文献3では、パターニングの際、対向電極の加工後の金属膜のバリ発生を抑制する加工条件を選択することが好ましいとの提案がある。   In recent years, organic thin film solar cells have been studied, and it is known that an organic thin film solar cell uses a patterning process in order to form unit cells in the manufacturing process. For example, Patent Documents 1 to 3 describe a process of forming a lower electrode by patterning using laser scribing or the like. However, according to the study by the present inventors, when the lower electrode is patterned using laser scribing or the like, a burr including a lower electrode ranging from several hundred nm to several μm is formed at the processed end of the lower electrode by laser processing. As a result, the lower electrode and the upper electrode are in contact with each other, which causes a short circuit defect in the solar cell element. For such a problem, Patent Document 1 proposes to reduce the thickness of the back metal electrode in order to suppress the generation of burrs that occur after laser scribing in a solar cell using amorphous silicon as a photoelectric conversion layer. ing. In Patent Document 2, it is proposed to increase the speed of laser processing so as not to generate burrs in a thin film solar cell. Further, Patent Document 3 proposes that it is preferable to select a processing condition that suppresses generation of burrs of the metal film after processing of the counter electrode during patterning.

特開2005−116930号公報JP-A-2005-116930 特開2007−005345号公報JP 2007-005345 A 特開2010−205892号公報JP 2010-205892 A

薄膜太陽電池素子の製造において下部電極を形成するためのパターニングによって生じたパターン辺縁部の凹凸(バリ)の発生による短絡を防止するために、上記特許文献1から3に記載されたような提案がされているが、いずれの方法も加工時において何らかの策を講じるものである。また、有機薄膜太陽電池は、光電変換層として用いられる有機活性層はシリコン等の無機材料と比較して、柔らかいために、バリによる短絡の影響を受けやすい。本発明は、有機薄膜太陽電池の製造において、追加工程を必要とせずに、バリの発生による素子の短絡を防止することができる有機薄膜太陽電池の製造方法を提供するものである。   Proposals as described in Patent Documents 1 to 3 in order to prevent a short circuit due to the occurrence of irregularities (burrs) at the pattern edge caused by patterning for forming the lower electrode in the manufacture of the thin film solar cell element However, both methods take some measures at the time of processing. Moreover, since the organic active layer used as a photoelectric converting layer is soft compared with inorganic materials, such as a silicon | silicone, an organic thin film solar cell is easy to receive the influence of the short circuit by a burr | flash. The present invention provides a method for producing an organic thin film solar cell, which can prevent a short circuit of an element due to the generation of burrs without requiring an additional step in the production of the organic thin film solar cell.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ね、有機薄膜太陽電池を構成する各層を成膜する際に、各層の膜厚を調整することによって、課題を解決できることを見出した。すなわち本発明は、以下を要旨とする。
[1]基板上に積層された下部電極形成層をパターニングする工程と、前記パターニングされた下部電極形成層上に第1の中間層形成層を成膜する工程と、前記第1の中間層形成層上に有機活性層形成層を成膜する工程と、前記有機活性層形成層上に第2の中間層形成層を成膜する工程を含む有機薄膜太陽電池セルの製造方法であって、前記第1の中間層形成層と前記有機活性層形成層と前記第2の中間層形成層の膜厚の総和が600nm以上2500nm以下である有機薄膜太陽電池セルの製造方法。
[2]前記第1の中間層形成層と前記第2の中間層形成層の膜厚の総和に対する前記有機活性層形成層の膜厚の比が、0.4以上4.0以下である[1]に記載の有機薄膜太陽電
池セルの製造方法。
[3]前記パターニングをレーザースクライブ法で行うことを特徴とする[1]又は[2]に記載の有機薄膜太陽電池セルの製造方法。
The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems, and found that the problems can be solved by adjusting the film thickness of each layer when forming each layer constituting the organic thin film solar cell. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A step of patterning a lower electrode formation layer laminated on a substrate, a step of forming a first intermediate layer formation layer on the patterned lower electrode formation layer, and formation of the first intermediate layer A method for producing an organic thin-film solar cell, comprising: forming an organic active layer forming layer on a layer; and forming a second intermediate layer forming layer on the organic active layer forming layer. The manufacturing method of the organic thin-film solar cell whose sum total of the film thickness of a 1st intermediate | middle layer formation layer, the said organic active layer formation layer, and a said 2nd intermediate | middle layer formation layer is 600 nm or more and 2500 nm or less.
[2] The ratio of the film thickness of the organic active layer formation layer to the sum of the film thicknesses of the first intermediate layer formation layer and the second intermediate layer formation layer is 0.4 or more and 4.0 or less [ 1] The manufacturing method of the organic thin-film solar cell as described in 1].
[3] The method for producing an organic thin-film solar cell according to [1] or [2], wherein the patterning is performed by a laser scribing method.

本発明により、下部電極形成層のパターニング工程において、バリが発生しても、素子の短絡が発生し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 manufacturing an organic thin-film solar cell in which a short circuit of an element does not occur even if burrs are generated in a patterning process of a lower electrode formation layer.

モノリシック構造を有する有機薄膜太陽電池(セル)の製造方法を表す断面図である。It is sectional drawing showing the manufacturing method of the organic thin film solar cell (cell) which has a monolithic structure. 有機薄膜太陽電池素子の層構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the layer structure of an organic thin-film solar cell element. 有機薄膜太陽電池素子を用いた太陽電池の層構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the laminated constitution of the solar cell using an organic thin film solar cell element.

以下、本発明に係る有機薄膜太陽電池セルの製造方法について、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。
<1.有機薄膜太陽電池セルの製造工程>
本発明に係る有機薄膜太陽電池セルの製造方法は、少なくとも、基板上に積層された下部電極形成層をパターニングする工程と、前記パターニングされた下部電極形成層上に第1の中間層形成層を成膜する工程と、前記第1の中間層形成層上に有機活性層形成層を成膜する工程と、前記有機活性層形成層上に第2の中間層形成層を成膜する工程を含む。
図1は、本発明に係る一実施態様として、モノリシック構造を有する有機薄膜太陽電池セルの製造工程を示している。なお、モノリシック構造を有する有機薄膜太陽電池セルとは、基板31上に、下部電極32、第1の中間層37、有機活性層38、第2の中間層39、上部電極40を備えた有機薄膜太陽電池セル(以下、単に太陽電池セル、太陽電池素子、又は素子と称す場合がある)が直列に接続された構造をいう。
Hereinafter, although the manufacturing method of the organic thin film photovoltaic cell concerning this invention is demonstrated in detail, showing a specific aspect, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the specific aspect illustrated.
<1. Manufacturing process of organic thin-film solar cells>
The organic thin-film solar cell manufacturing method according to the present invention includes at least a step of patterning a lower electrode forming layer laminated on a substrate, and a first intermediate layer forming layer on the patterned lower electrode forming layer. A step of forming a film, a step of forming an organic active layer forming layer on the first intermediate layer forming layer, and a step of forming a second intermediate layer forming layer on the organic active layer forming layer. .
FIG. 1 shows a manufacturing process of an organic thin-film solar cell having a monolithic structure as one embodiment according to the present invention. The organic thin film solar cell having a monolithic structure is an organic thin film including a lower electrode 32, a first intermediate layer 37, an organic active layer 38, a second intermediate layer 39, and an upper electrode 40 on a substrate 31. A structure in which solar cells (hereinafter sometimes simply referred to as solar cells, solar cell elements, or elements) are connected in series.

なお、本発明において、有機薄膜太陽電池セルは枚葉式で製造してもよいし、ロール・ツー・ロール方式で製造してもよいが、生産性を向上させるために、ロール・ツー・ロール方式で製造することが好ましい。以下、図1を参照して、本発明の一実施態様に係るモノリシック構造を有する有機薄膜太陽電池セルの製造方法について説明する。   In the present invention, the organic thin-film solar battery cell may be manufactured in a single-wafer type or in a roll-to-roll method. In order to improve productivity, a roll-to-roll It is preferable to manufacture by a system. Hereinafter, with reference to FIG. 1, the manufacturing method of the organic thin-film solar cell which has the monolithic structure which concerns on one embodiment of this invention is demonstrated.

図1(a)の工程において、基板31上に積層された下部電極形成層(図示せず)をパターニングすることにより、開溝41を形成し、下部電極32を形成することができる。なお、本発明において、下部電極形成層とは、下部電極32を形成するためのパターニング前の層を意味する。   In the process of FIG. 1A, by patterning a lower electrode formation layer (not shown) laminated on the substrate 31, the open groove 41 can be formed and the lower electrode 32 can be formed. In the present invention, the lower electrode formation layer means a layer before patterning for forming the lower electrode 32.

なお、開溝41の幅は通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは30μm以上であり、通常1000μm以下、好ましくは500μm以下、より好ましくは300μm以下、更に好ましくは100μm以下である。開溝41を形成するためのパターニング方法に、特段の制限はないが、フォトリソグラフィー法、又はレーザースクライブ法が挙げられる。フォトリソグラフィー法では、基板31上に、下部電極形成層をスパッタリング、蒸着等の真空系手法で成膜し、その上にレジスト層を形成してなる多層薄膜に対し、所定パターンを有するフォトマスクを通して光を照射してレジスト層を感光する。これを、現像、及びポストベークすることでフォトマスクパターンをレジスト層に転写し、エッチング法にてレジストで被覆されていない下部電極形成層の部分を除去し、最後に残留レジスト層を除去することで所望のパターンを得るものである。   The width of the open groove 41 is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 30 μm or more, and usually 1000 μm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 300 μm or less, and even more preferably 100 μm or less. Although there is no special restriction | limiting in the patterning method for forming the open groove 41, The photolithographic method or the laser scribing method is mentioned. In the photolithography method, a lower electrode formation layer is formed on a substrate 31 by a vacuum method such as sputtering or vapor deposition, and a multilayer thin film formed by forming a resist layer thereon is passed through a photomask having a predetermined pattern. The resist layer is exposed to light. This is developed and post-baked to transfer the photomask pattern to the resist layer, and the portion of the lower electrode formation layer not covered with the resist is removed by an etching method, and finally the residual resist layer is removed. In this way, a desired pattern is obtained.

一方で、レーザースクライブ法は、フォトリソグラフィー法と比較して、微細加工が可能であるため、より開口率の高い有機薄膜太陽電池を製造しやすい。しかしながら、レーザースクライブ法を用いると、下部電極32の飛沫が加工部周辺に付着し、フォトリソグラフィー法と比較して、発生するバリが大きくなる傾向がある。このバリが基板31に対して垂直方向に位置する場合、後述する第1の中間層37、有機活性層38及び第2の中間層39を突き破り、上部電極40と接触してしまい、上下の電極が短絡してしまう可能性が生じてしまう。さらに、下部電極32の飛沫が基板31の表面に再付着することを防止するために基板31を除塵処理したり、再加工する方法も考えられるが、スループットの点で問題がある。しかしながら、本発明においては、大きなバリが発生しても、後述する第1の中間層37、有機活性層38、及び第2の中間層39の膜厚を特定の膜厚で成膜することで、細かなレーザースクライブの条件変更や、追加プロセスを必要とせずに、素子の短絡を防止することができる。そのため、本発明においては、素子の短絡を防ぎつつ、高い開口率を有する有機薄膜太陽電池セルを提供することができるという点から、レーザースクライブ法により下部電極形成層のパターニングを行うことが好ましい。以下、レーザースクライブ法について説明する。   On the other hand, since the laser scribing method can be finely processed as compared with the photolithography method, it is easy to manufacture an organic thin film solar cell with a higher aperture ratio. However, when the laser scribing method is used, droplets of the lower electrode 32 adhere to the periphery of the processed portion, and the generated burrs tend to be larger than in the photolithography method. When this burr is positioned in the vertical direction with respect to the substrate 31, the first intermediate layer 37, the organic active layer 38, and the second intermediate layer 39, which will be described later, break through and come into contact with the upper electrode 40. May be short-circuited. Furthermore, in order to prevent the droplets of the lower electrode 32 from reattaching to the surface of the substrate 31, a method of removing dust from the substrate 31 or reprocessing can be considered, but there is a problem in terms of throughput. However, in the present invention, even if a large burr occurs, the first intermediate layer 37, the organic active layer 38, and the second intermediate layer 39, which will be described later, are formed with specific film thicknesses. Further, it is possible to prevent a short circuit of the element without requiring a detailed laser scribe condition change or an additional process. Therefore, in the present invention, it is preferable to pattern the lower electrode formation layer by a laser scribing method from the viewpoint that an organic thin-film solar cell having a high aperture ratio can be provided while preventing a short circuit of the element. Hereinafter, the laser scribing method will be described.

レーザースクライブ法に用いるレーザーの光源は、特に制限されず、COレーザー(波長9.3〜10.6μm)、YAGレーザー(基本波の波長1064nm、第2高調波の波長532nm、第3高調波の波長355nm、第4高調波の波長266nm)、YLF、YAP、YVO4レーザーおよびエキシマレーザー(XeClの波長308nm、KrFの波長248nm、ArFの波長193nm)などを用いることができる。これらのレーザーを必要に応じて波長変換し、本発明の波長範囲で用いることができる。これらのなかでも、YAGレーザー、YVO4レーザー、YLFレーザー、エキシマレーザー等が好ましい。なかでもYAGレーザー若しくはYVO4レーザーがより好ましい。理由は産業用途としてさまざまな形態の発振器が流通しており、コストパフォーマンスが良い(発振器が比較的安く、扱いやすい)ためである。 The laser light source used in the laser scribing method is not particularly limited, and is a CO 2 laser (wavelength 9.3 to 10.6 μm), a YAG laser (fundamental wavelength 1064 nm, second harmonic wavelength 532 nm, third harmonic wave). 355 nm, fourth harmonic wavelength 266 nm), YLF, YAP, YVO 4 laser, and excimer laser (XeCl wavelength 308 nm, KrF wavelength 248 nm, ArF wavelength 193 nm), and the like. These lasers can be wavelength-converted as necessary and used in the wavelength range of the present invention. Among these, YAG laser, YVO4 laser, YLF laser, excimer laser and the like are preferable. Of these, a YAG laser or a YVO4 laser is more preferable. The reason is that various types of oscillators are distributed for industrial use, and cost performance is good (the oscillators are relatively cheap and easy to handle).

レーザースクライブに用いるレーザーのエネルギー密度は、通常0.1J/cm以上であり、好ましくは0.4J/cm以上である。上限は通常、2J/cm2以下であり、好ましくは1J/cm以下である。エネルギー密度が下限以上であることにより加工性が向上し、上限以下であることによりダメージを抑止できる。レーザースクライブに用いるレーザーの、焦点深度は通常50μm以上であり100μm以上が好ましい。一方、上限は通常、1000μm以下であり、800μm以下が好ましい。焦点深度とは、レーザー光を集光した際にできるスポット径が光学的に同じ径であると見なされる範囲をいう。焦点範囲が上記範囲であれば、加工目的の層をより選択的に加工することが可能となり、他の層へのダメージを避けることができる。焦点深度は光学系によって決まるが、焦点深度の値が下限以上であることにより、被加工材料の固定が複雑となるのを避けることができ、上限以下であることにより光学系が複雑になるのを避けることができる。 The energy density of the laser used for the laser scribing is usually 0.1 J / cm 2 or more, preferably 0.4 J / cm 2 or more. The upper limit is usually 2 J / cm 2 or less, preferably 1 J / cm 2 or less. When the energy density is equal to or higher than the lower limit, workability is improved, and when the energy density is equal to or lower than the upper limit, damage can be suppressed. The depth of focus of the laser used for laser scribing is usually 50 μm or more, preferably 100 μm or more. On the other hand, the upper limit is usually 1000 μm or less, preferably 800 μm or less. The depth of focus refers to a range in which spot diameters formed when laser light is condensed are considered to be the same optical diameter. If the focal range is within the above range, the layer to be processed can be processed more selectively, and damage to other layers can be avoided. Although the depth of focus is determined by the optical system, it is possible to avoid the complexity of fixing the work material when the value of the depth of focus is above the lower limit, and the optical system becomes complicated when it is below the upper limit. Can be avoided.

レーザースクライブに用いるレーザーの、レーザーショットの重ね率は、通常75%以下であり、60%以下が好ましく、50%以下がより好ましい。下限は、特に制限はないが、通常5%以上であり、3%以上が好ましく、0%以上がより好ましい。レーザーショットの重ね率とは、レーザーを用いてライン状に加工する際に、直前に照射したスポットに、次のスポットを重ねる割合を意味する。レーザースポットにおける、加工方向と平行で、かつ、レーザースポットの中心を通る線分が、直前に照射したスポットに重なる場合に、重なった線分の長さの割合を示す。矩形のレーザースポットでは、レーザーの加工方向と、矩形の一辺とが平行になるように重ねる場合の割合である。重ね率が小さいほど、少ない照射回数で効率的な加工が可能となる。重ね率が上限以下であることにより加工速度を担保することができるため好ましい。重ね率が下限以上であることにより未加工部分の発生を抑止できる。   The laser shot overlap rate of the laser used for laser scribing is usually 75% or less, preferably 60% or less, and more preferably 50% or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually 5% or more, preferably 3% or more, and more preferably 0% or more. The overlap ratio of the laser shot means a ratio of overlapping the next spot on the spot irradiated immediately before when processing into a line shape using a laser. When a line segment parallel to the processing direction in the laser spot and passing through the center of the laser spot overlaps the spot irradiated immediately before, the ratio of the length of the overlapped line segment is shown. In the case of a rectangular laser spot, the ratio is a ratio when the laser processing direction and one side of the rectangle are parallel to each other. The smaller the overlap rate, the more efficient processing can be performed with a smaller number of irradiations. It is preferable because the processing speed can be secured by the overlap rate being equal to or less than the upper limit. Generation | occurrence | production of a non-processed part can be suppressed because an overlap rate is more than a minimum.

また、レーザースクライブに用いるレーザーの、パルス幅は、通常0.1ナノ秒以上、好ましくは1ナノ秒以上であり、上限は、通常500ナノ秒以下、好ましくは50ナノ秒以下である。また、繰り返し周波数は、通常、1kHz以上、好ましくは5kHz以上であり、上限は、通常1000kHz以下、好ましくは200kHz以下である。これらの範囲は通常実施する範囲であるが、繰り返し周波数は必要な加工エネルギーと、必要な加工速度に応じて上記の範囲外で実施することができる。   The pulse width of the laser used for laser scribing is usually 0.1 nanoseconds or more, preferably 1 nanoseconds or more, and the upper limit is usually 500 nanoseconds or less, preferably 50 nanoseconds or less. The repetition frequency is usually 1 kHz or more, preferably 5 kHz or more, and the upper limit is usually 1000 kHz or less, preferably 200 kHz or less. These ranges are the ranges that are usually implemented, but the repetition frequency can be implemented outside the above ranges depending on the required processing energy and the required processing speed.

本発明で用いるレーザーのビーム形状は特に制限されず、円形、楕円形、矩形等挙げられるが、矩形が好ましい。ビーム形状とは、レーザーの照射軸に直交する面におけるビームの形状を意味する。ビーム形状を矩形にすることで、レーザーを重ねて照射する場合の、重ね率を小さくでき、効率的に加工を行うことができる。矩形には、長方形、正方形も含まれ、角が丸くなったような略矩形も含まれる。矩形には、作用効果の観点から、矩形と同視し得るものも含む。ビーム形状を矩形にする方法としては、公知の方法を用いることができる。矩形コアファイバや、非球面レンズ、マルチレンズアレー、導波路、ホログラム等を用いてビーム形状を矩形にすることができる。矩形のビーム形状のサイズとしては、一辺の長さが、通常、5μm以上、好ましくは20μm以上、上限は通常500μm以下、好ましくは200μm以下の範囲である。   The beam shape of the laser used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a circle, an ellipse, and a rectangle, but a rectangle is preferable. The beam shape means a beam shape on a plane orthogonal to the laser irradiation axis. By making the beam shape rectangular, it is possible to reduce the overlapping rate when the lasers are overlapped and irradiate, and to perform processing efficiently. The rectangle includes a rectangle and a square, and also includes a substantially rectangle with rounded corners. The rectangle includes those that can be equated with the rectangle from the viewpoint of the effect. As a method of making the beam shape rectangular, a known method can be used. The beam shape can be made rectangular using a rectangular core fiber, an aspheric lens, a multi-lens array, a waveguide, a hologram, or the like. As the size of the rectangular beam shape, the length of one side is usually 5 μm or more, preferably 20 μm or more, and the upper limit is usually 500 μm or less, preferably 200 μm or less.

また、本発明で用いるレーザーのエネルギー分布は、特に制限されず、ガウシアン分布、フラット(トップハット、トップフラットともいう)、その中間等が挙げられるが、フラットが好ましい。エネルギー分布とは、照射面内に形成されるビームスポット内の強度分布を意味する。エネルギー分布がフラットとは、中央部と外縁部とのエネルギー強度差が0%以上、15%以下、好ましくは10%以下であることを意味する。エネルギー分布をフラットにする方法は、公知の方法を用いることができる。例えば、非球面レンズ等を用いてビームを再配置して均質化してもよいし、マルチレンズアレー、導波路、ホログラム等を用いてビームを重ね合わせて均質化してもよい。また、矩形コアファイバ等を用いてもよい。エネルギー分布がフラットのレーザーを用いることで、加工目的の層以外の層へのダメージを軽減できる。   Further, the energy distribution of the laser used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a Gaussian distribution, a flat (also referred to as a top hat or a top flat), and the middle thereof, but a flat is preferable. The energy distribution means an intensity distribution in a beam spot formed in the irradiation surface. The flat energy distribution means that the energy intensity difference between the central portion and the outer edge portion is 0% or more and 15% or less, preferably 10% or less. As a method for flattening the energy distribution, a known method can be used. For example, the beam may be rearranged and homogenized using an aspheric lens or the like, or the beam may be overlapped and homogenized using a multi-lens array, a waveguide, a hologram, or the like. Further, a rectangular core fiber or the like may be used. By using a laser with a flat energy distribution, damage to layers other than the processing target layer can be reduced.

本発明で用いるレーザースクライブによるパターニングにおいて、そのレーザー線幅に特に制限はないが、通常10μm幅以上、好ましくは30μm幅以上であり、一方、通常1mm幅以下、好ましくは200μm幅以下である。パターニングの線幅が30μm以上であることは、パターニングにより絶縁化された透明導電層間の絶縁部分距離を充分保つ上で、パターニングの際に垂直方向に生じるバリ(高さは数μmに及ぶ)が水平方向に横たわっても接触して導通してしまう可能性が低く抑えることができるために好ましい。パターニングの線幅が200μm以下であることは、レーザーパターニングにより生成する飛沫量を軽減でき、また開口率のより高い有機薄膜太陽電池を供給するために好ましい。   In the patterning by laser scribing used in the present invention, the laser line width is not particularly limited, but is usually 10 μm or more, preferably 30 μm or more, and is usually 1 mm or less, preferably 200 μm or less. When the patterning line width is 30 μm or more, there is a burr (height of several μm) generated in the vertical direction during patterning in order to maintain a sufficient insulating portion distance between the transparent conductive layers insulated by patterning. Even if lying in the horizontal direction, it is preferable because the possibility of contact and conduction can be kept low. The patterning line width of 200 μm or less is preferable in order to supply an organic thin-film solar cell with a higher aperture ratio that can reduce the amount of splash generated by laser patterning.

以上の通り、基板31上に積層された下部電極形成層をパターニングすることにより、下部電極32を形成することができる。   As described above, the lower electrode 32 can be formed by patterning the lower electrode formation layer stacked on the substrate 31.

次に、図1(b)及び図1(c)に示すように、下部電極32の上に第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34及び第2の中間層形成層35を順次成膜する。なお、本発明において、第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34、及び第2の中間層形成層35とは、それぞれ、後述する第1の中間層37、有機活性層38、第2の中間層39を形成する際のパターニング前の層を意味する。   Next, as shown in FIGS. 1B and 1C, the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 34, and the second intermediate layer forming layer 35 are formed on the lower electrode 32. Films are sequentially formed. In the present invention, the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 34, and the second intermediate layer forming layer 35 are a first intermediate layer 37, an organic active layer 38, It means a layer before patterning when the second intermediate layer 39 is formed.

なお、図1(b)に示すように、第1の中間層形成層33を下部電極32の全面に成膜する場合には、開溝41は第1の中間層形成層33の材料で埋められるが、開溝41は第
1の中間層形成層33の材料によって埋めずに、マスク等を用いて、第1の中間層37を下部電極32上にパターン形成してもよい。第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34及び第2の中間層形成層35の膜厚の総和は、600nm以上、2500nm以下である。本発明者らの検討によると、数百nmの膜厚を有する下部電極層形成層をパターニングすると、500nm〜2000nmの大きさのバリが発生するが、第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34及び第2の中間層形成層35の膜厚の総和を上記の範囲にすることで、発生したバリを十分に被膜することができ、下部電極32が後述する上部電極40に接触することがない。そのため、製造される有機薄膜太陽電池セルが短絡するのを防止することができる。なお、有機薄膜太陽電池セルの短絡をより抑えるために、第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34及び第2の中間層形成層35の膜厚の総和は、650nm以上であることが好ましく、700nm以上であることが特に好ましく、一方で、有機薄膜太陽電池セルとした際に、有機活性層で得られた電荷を効率よく電極に到達させるために、2000nm以下であることが好ましく、1500nm以下であることが特に好ましい。
As shown in FIG. 1B, when the first intermediate layer forming layer 33 is formed on the entire surface of the lower electrode 32, the open groove 41 is filled with the material of the first intermediate layer forming layer 33. However, the first intermediate layer 37 may be patterned on the lower electrode 32 using a mask or the like without filling the open groove 41 with the material of the first intermediate layer forming layer 33. The total thickness of the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 34, and the second intermediate layer forming layer 35 is not less than 600 nm and not more than 2500 nm. According to the study by the present inventors, when a lower electrode layer forming layer having a film thickness of several hundred nm is patterned, burrs having a size of 500 nm to 2000 nm are generated, but the first intermediate layer forming layer 33, the organic activity By setting the total film thickness of the layer forming layer 34 and the second intermediate layer forming layer 35 within the above range, the generated burrs can be sufficiently coated, and the lower electrode 32 contacts the upper electrode 40 described later. There is nothing to do. Therefore, it can prevent that the organic thin-film solar cell manufactured is short-circuited. In addition, in order to suppress the short circuit of an organic thin film photovoltaic cell more, the sum total of the film thickness of the 1st intermediate | middle layer formation layer 33, the organic active layer formation layer 34, and the 2nd intermediate | middle layer formation layer 35 is 650 nm or more. Preferably, the thickness is 700 nm or more. On the other hand, when an organic thin-film solar battery cell is used, it is 2000 nm or less in order to allow the charge obtained in the organic active layer to reach the electrode efficiently. Preferably, it is 1500 nm or less.

また、発生するバリの高さに対する第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34、及び第2の中間層形成層35の膜厚の総和の比が小さすぎると、十分にバリを被膜することができないために、発生するバリの大きさに対する第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34、及び第2の中間層形成層35の膜厚の総和の比は、1.5以上であることが好ましく、1.8以上であることがより好ましく、2.0以上であることが好ましく、通常、100以下であり、90以下であり、80以下である。なお、バリの高さとは、太陽電池セルの断面方向(図1に示す断面)における高さである。   Further, if the ratio of the total thickness of the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 34, and the second intermediate layer forming layer 35 to the height of the generated burrs is too small, the burrs are sufficiently reduced. Since the film cannot be coated, the ratio of the total thickness of the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 34, and the second intermediate layer forming layer 35 to the size of the generated burr is 1 0.5 or more, more preferably 1.8 or more, and preferably 2.0 or more, usually 100 or less, 90 or less, and 80 or less. In addition, the height of a burr | flash is the height in the cross-sectional direction (cross section shown in FIG. 1) of a photovoltaic cell.

また、第1の中間層形成層33と第2の中間層形成層35の膜厚の総和に対する有機活性層形成層34の膜厚の比が小さすぎると、パターニングにより発生したバリの被膜が不十分になる可能性があり、有機活性層形成層34の成膜時に塗布ムラが生成した場合の性能のバラツキが大きくなる可能性がある。また、ロール・ツー・ロール方式などに代表される大面積塗布法において、膜厚制御が困難となる可能性が高くなる。一方で、膜厚の比が大きすぎると、製造される有機薄膜太陽電池セルの有機活性層における効率よい光捕集が困難となり、効率低下を招きやすい。そのため、第1の中間層形成層33と第2の中間層形成層35の膜厚の総和に対する有機活性層形成層34の膜厚の比は0.4以上であることが好ましく、0.5以上であることがさらに好ましく、0.6以上であることが特に好ましく、一方で、4.0以下であることが好ましく、3.5以下であることがさらに好ましく、3.0以下であることが特に好ましい。   In addition, if the ratio of the film thickness of the organic active layer forming layer 34 to the sum of the film thicknesses of the first intermediate layer forming layer 33 and the second intermediate layer forming layer 35 is too small, the burr film generated by the patterning is not good. This may be sufficient, and there may be a large variation in performance when uneven coating occurs when the organic active layer forming layer 34 is formed. Further, in a large area coating method typified by a roll-to-roll method, there is a high possibility that film thickness control will be difficult. On the other hand, when the ratio of the film thickness is too large, efficient light collection in the organic active layer of the organic thin-film solar battery to be manufactured becomes difficult, and the efficiency is likely to decrease. Therefore, the ratio of the film thickness of the organic active layer forming layer 34 to the sum of the film thicknesses of the first intermediate layer forming layer 33 and the second intermediate layer forming layer 35 is preferably 0.4 or more. More preferably, it is more preferably 0.6 or more. On the other hand, it is preferably 4.0 or less, more preferably 3.5 or less, and 3.0 or less. Is particularly preferred.

また、第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34及び第2の中間層形成層35の膜厚の総和が600nm以上、2500nm以下であれば、第1の中間層形成層33の膜厚に、特段の制限はないが、通常20nm以上、好ましくは50nm以上、特に好ましくは100nm以上であり、一方、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下、特に好ましくは300nm以下である。特に、第1の中間層形成層33の膜厚が100nm以上であることは、第1の中間層形成層33の成膜時の塗布ムラや、第1の中間層形成層33の成膜時に凝集等による表面凹凸があった場合に素子欠陥となりにくくなるために好ましく、第1の中間層形成層33の膜厚が300nm以下であることは、電子輸送の際の抵抗成分が抑えられるため好ましい。さらに第1の中間層形成層33の下部に位置する下部電極32から光が入射する場合には、透過光が増え、また成膜コストが抑えられ、かつ重量が重くならないために好ましい。   Further, if the total thickness of the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 34, and the second intermediate layer forming layer 35 is 600 nm or more and 2500 nm or less, the first intermediate layer forming layer 33 The film thickness is not particularly limited, but is usually 20 nm or more, preferably 50 nm or more, particularly preferably 100 nm or more, and is usually 1000 nm or less, preferably 500 nm or less, particularly preferably 300 nm or less. In particular, the film thickness of the first intermediate layer forming layer 33 being 100 nm or more means uneven coating during the formation of the first intermediate layer forming layer 33 or the film formation of the first intermediate layer forming layer 33. It is preferable because the surface defect due to aggregation or the like is less likely to be a device defect, and the thickness of the first intermediate layer forming layer 33 is preferably 300 nm or less because a resistance component during electron transport is suppressed. . Further, it is preferable that light is incident from the lower electrode 32 positioned below the first intermediate layer forming layer 33 because transmitted light increases, film formation costs are reduced, and weight is not increased.

また、第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34、第2の中間層形成層35の膜厚の和が上記の範囲であれば、有機活性層38の膜厚に特段の制限はないが、通常200nm以上、好ましくは300nm以上、特に好ましくは400nm以上であり、一方、通
常2000nm以下、好ましくは1500nm以下、特に好ましくは1000nm以下である。特に、有機活性層形成層34の膜厚が400nm以上であることは、第1の中間層形成層33成膜時の塗布ムラや、第1の中間層形成層33の成膜時に凝集等による表面凹凸があった場合にも素子欠陥となりにくく、また下部電極32の形成のためのパターニングにより発生するバリや、第1の中間層形成層33の塗布ムラ、あるいは第1の中間層形成層33を成膜する際の、凝集等による表面の凹凸があった場合にもこれらを充分被膜することができるために好ましい。さらに、製造される有機薄膜太陽電池セルにおいて、有機活性層に含まれるドナー成分、アクセプター成分が入射光を余すところなく吸収し、電荷を充分に生成するためにも好ましい。また、有機活性層形成層34の膜厚が1000nm以下であることは、有機活性層38の光吸収によって発生した電荷が充分両電極に到達するために好ましく、また材料コストが抑えられるために好ましい。
In addition, if the sum of the film thicknesses of the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 34, and the second intermediate layer forming layer 35 is within the above range, there is a particular limitation on the film thickness of the organic active layer 38. However, it is usually at least 200 nm, preferably at least 300 nm, particularly preferably at least 400 nm, while it is usually at most 2000 nm, preferably at most 1500 nm, particularly preferably at most 1000 nm. In particular, the film thickness of the organic active layer forming layer 34 being 400 nm or more is due to coating unevenness when the first intermediate layer forming layer 33 is formed, aggregation or the like when the first intermediate layer forming layer 33 is formed. Even if there are surface irregularities, it is difficult to cause element defects, burrs generated by patterning for forming the lower electrode 32, uneven coating of the first intermediate layer forming layer 33, or the first intermediate layer forming layer 33. Even when there are surface irregularities due to agglomeration or the like during film formation, it is preferable because these can be sufficiently coated. Furthermore, in the manufactured organic thin film photovoltaic cell, the donor component and the acceptor component contained in the organic active layer are preferable because they absorb all incident light and generate a sufficient charge. In addition, it is preferable that the thickness of the organic active layer forming layer 34 is 1000 nm or less because the charges generated by the light absorption of the organic active layer 38 sufficiently reach both electrodes, and the material cost can be suppressed. .

また、第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34、第2の中間層形成層35の膜厚の和が上記の範囲であれば、第2の中間層形成層35の膜厚に制限はないが、通常100nm以上、好ましくは150nm以上、特に好ましくは200nmであり、一方、通常2000nm以下、好ましくは1500nm以下、特に好ましくは800nm以下である。特に、第2の中間層形成層35の膜厚が200nm以上であることは、第1の中間層形成層33の成膜時、あるいは有機活性層形成層34の成膜時の塗布ムラや、成膜時の凝集等による表面凹凸があった場合にも素子欠陥となることを防ぎ、また下部電極32に発生するパターニングのバリを充分被膜することができるために好ましい。また、有機薄膜太陽電池セルの剥離試験強度、密着試験強度、屈曲試験強度が向上するために好ましい。また、第2の中間層形成層35の膜厚が800nm以下であれば、層内を電荷(ここではホール)が移動する際に抵抗成分となることを防ぐために好ましく、また材料コストが抑えられ、かつ重量が重くならないために好ましい。   If the sum of the thicknesses of the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 34, and the second intermediate layer forming layer 35 is within the above range, the thickness of the second intermediate layer forming layer 35 is Although there is no restriction | limiting, Usually, it is 100 nm or more, Preferably it is 150 nm or more, Most preferably, it is 200 nm, On the other hand, it is 2000 nm or less normally, Preferably it is 1500 nm or less, Most preferably, it is 800 nm or less. In particular, the film thickness of the second intermediate layer forming layer 35 is 200 nm or more, the coating unevenness at the time of forming the first intermediate layer forming layer 33 or the organic active layer forming layer 34, Even when there are surface irregularities due to agglomeration or the like during film formation, it is preferable to prevent element defects and to sufficiently coat patterning burrs generated on the lower electrode 32. Moreover, it is preferable because the peel test strength, the adhesion test strength, and the bending test strength of the organic thin film solar cell are improved. Further, if the thickness of the second intermediate layer forming layer 35 is 800 nm or less, it is preferable to prevent the charge (here, holes) from being a resistance component when moving in the layer, and the material cost can be reduced. And is preferable because the weight does not increase.

また、第1の中間層形成層33の導電率に特に制限はないが、通常100S/cm以下、好ましくは10S/cm以下、特に好ましくは1S/cm以下であり、一方、通常10−8S/cm以上、好ましくは10−7S/cm以上、特に好ましくは10−6S/cm以上である。特に、第1の中間層形成層33の導電率が1S/cm以下であることは、後述する工程で得られる隣り合う第1の中間層37間での漏れ電流の発生(リーク)あるいは導通が起こりにくくなるために好ましい。また、第1の中間層形成層33の導電率が10−6S/cm以上であることは、第2の中間層形成層35を上述の膜厚とした際に、製造される有機薄膜太陽電池セルにおいて、第1の中間層内を電荷(電子)が移動する際に抵抗成分となることを防ぐために好ましい。 The electrical conductivity of the first intermediate layer forming layer 33 is not particularly limited, but is usually 100 S / cm or less, preferably 10 S / cm or less, particularly preferably 1 S / cm or less, while usually 10 −8 S. / Cm or more, preferably 10 −7 S / cm or more, particularly preferably 10 −6 S / cm or more. In particular, the electrical conductivity of the first intermediate layer forming layer 33 being 1 S / cm or less means that leakage current (leakage) or conduction between adjacent first intermediate layers 37 obtained in a process described later is generated. This is preferable because it hardly occurs. Moreover, the electrical conductivity of the first intermediate layer forming layer 33 is 10 −6 S / cm or more, which means that the organic thin film solar produced when the second intermediate layer forming layer 35 has the above-described film thickness. In a battery cell, it is preferable in order to prevent it from becoming a resistance component when electric charges (electrons) move in the first intermediate layer.

有機活性層形成層34に含まれるp型半導体、n型半導体それぞれのキャリア移動度に特に制限はないが、通常10−6cm/Vs以上、好ましくは10−5cm/Vs以上、特に好ましくは10−4cm/Vs以上である。特に、キャリア移動度が10−4cm/Vs以上であることは、製造される有機薄膜太陽電池セルにおいて、有機活性層において発生した励起子の電荷分離によって得られるホールと電子が、第1の中間層、又は第2の中間層39に到達する可能性が高くなるために好ましい。 The carrier mobility of each of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor contained in the organic active layer forming layer 34 is not particularly limited, but is usually 10 −6 cm / Vs or higher, preferably 10 −5 cm / Vs or higher, particularly preferably. 10 −4 cm / Vs or more. In particular, the carrier mobility of 10 −4 cm / Vs or more means that in the manufactured organic thin film solar cell, holes and electrons obtained by charge separation of excitons generated in the organic active layer are It is preferable because the possibility of reaching the intermediate layer or the second intermediate layer 39 is increased.

第2の中間層形成層35の導電率に特に制限はないが、通常100S/cm以下、好ましくは10S/cm以下、特に好ましくは1S/cm以下であり、一方、通常10−8S/cm以上、好ましくは10−7S/cm以上、特に好ましくは10−6S/cm以上である。特に、第2の中間層形成層35の導電率が1S/cm以下であることは、製造される有機薄膜太陽電池セルにおいて、隣り合う第2の中間層39との間での漏れ電流の発生(リーク)あるいは導通が起こりにくくなるために好ましい。第2の中間層形成層35の導電率が10−6S/cm以上であることは、第2の中間層形成層35を上述の膜厚とした際に、製造される有機薄膜太陽電池セルにおいて、第2の中間層39内を電荷(ホール
)が移動する際に抵抗成分となることを防ぐことができる。
The conductivity of the second intermediate layer forming layer 35 is not particularly limited, but is usually 100 S / cm or less, preferably 10 S / cm or less, particularly preferably 1 S / cm or less, while usually 10 −8 S / cm. Above, preferably 10 −7 S / cm or more, particularly preferably 10 −6 S / cm or more. In particular, the electrical conductivity of the second intermediate layer forming layer 35 being 1 S / cm or less means that leakage current is generated between the adjacent second intermediate layers 39 in the manufactured organic thin film solar cell. (Leakage) or conduction is less likely to occur. The electrical conductivity of the second intermediate layer forming layer 35 is 10 −6 S / cm or more, which means that the organic thin-film solar cell manufactured when the second intermediate layer forming layer 35 has the above-described film thickness. In FIG. 5, it is possible to prevent the charge (hole) from becoming a resistance component when moving in the second intermediate layer 39.

次に、図1(d)に示す通り、第1の中間層形成層33、有機活性層形成層34、第2の中間層形成層35に開溝41と重ならないように、その近傍に数10μm〜1mm程度離れて、パターニングを行い、下部電極32に達する開溝42を形成する。開溝42を形成するためのパターニング方法に特段の制限はなく、下部電極形成層のパターニングと同様に、フォトリソグラフィー法や、レーザースクライブ法が挙げられる。なお、開溝の幅は通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは25μm以上、更に好ましくは50μm以上であり、通常1000μm以下、好ましくは500μm以下、より好ましくは200μm以下、更に好ましくは100μm以下である。この第2の開溝42を形成するレーザーの波長は、通常200nm以上であり、250nm以上が好ましく、上限は、通常1200nm以下であり、900nmが好ましく、600nm以下がより好ましい。これにより、第1の中間層37、有機活性層38及び第2の中間層39を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 1 (d), several numbers are formed in the vicinity of the first intermediate layer forming layer 33, the organic active layer forming layer 34, and the second intermediate layer forming layer 35 so as not to overlap the groove 41. Patterning is performed at a distance of about 10 μm to 1 mm, and an open groove 42 reaching the lower electrode 32 is formed. There is no particular limitation on the patterning method for forming the open groove 42, and a photolithography method and a laser scribing method can be used as in the patterning of the lower electrode formation layer. The width of the groove is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 25 μm or more, further preferably 50 μm or more, and usually 1000 μm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 200 μm or less, and even more preferably 100 μm or less. It is. The wavelength of the laser forming the second open groove 42 is usually 200 nm or more, preferably 250 nm or more, and the upper limit is usually 1200 nm or less, preferably 900 nm, more preferably 600 nm or less. Thereby, the 1st intermediate | middle layer 37, the organic active layer 38, and the 2nd intermediate | middle layer 39 can be formed.

次に、図1(e)に示す通り、上部電極形成層36を成膜する。なお、上部電極層36とは、上部電極40を形成するためのパターニングを行う前の層を意味する。この際に、開溝42は上部電極形成層36の材料で埋められる。開溝42は、単位セルの、後述する上部電極40を隣接する単位セルの下部電32と接続するためのものであるから、隣接する単位セルの下部電極32に達する深さに達していなければならない。なお、開溝42において下部電極32は存在しなくてもよい。   Next, as shown in FIG. 1E, an upper electrode formation layer 36 is formed. The upper electrode layer 36 means a layer before patterning for forming the upper electrode 40. At this time, the open groove 42 is filled with the material of the upper electrode formation layer 36. The open groove 42 is for connecting an upper electrode 40 (to be described later) of the unit cell to the lower electricity 32 of the adjacent unit cell, so that it does not reach a depth reaching the lower electrode 32 of the adjacent unit cell. Don't be. Note that the lower electrode 32 may not exist in the open groove 42.

その後、図1(f)に示す通り、上部電極形成層36、第1の中間層37、有機活性層38及び第2の中間層39に開溝43を形成して、単位セルに分割して、上部電極40を形成することができる。なお、開溝43の形成方法は特に限定されず、フォトリソグラフィー法やレーザースクライブ等の方法を用いることができる。開溝43は隣接する単位セルの上部電極形成層36を分割するものであるから、有機活性層38を突き抜けずに有機活性層38の途中で止まってもよく、有機活性層38からさらに第1の中間層37を突き抜けて下部電極32に入り込んでもよい。各単位セルの上部電極40は、開溝42内を埋める上部電極40の材料によって隣接する単位セルの下部電極32と導通しているので、各単位セルが直列に接続された有機薄膜太陽電池セルが得られる。
以下、上記有機薄膜太陽電池セルを構成する各層について詳細に説明する。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (f), an open groove 43 is formed in the upper electrode formation layer 36, the first intermediate layer 37, the organic active layer 38, and the second intermediate layer 39, and divided into unit cells. The upper electrode 40 can be formed. In addition, the formation method of the open groove 43 is not specifically limited, Methods, such as a photolithographic method and a laser scribing, can be used. Since the open groove 43 divides the upper electrode forming layer 36 of the adjacent unit cell, it may stop in the middle of the organic active layer 38 without penetrating through the organic active layer 38. The lower electrode 32 may be penetrated through the intermediate layer 37. Since the upper electrode 40 of each unit cell is electrically connected to the lower electrode 32 of the adjacent unit cell by the material of the upper electrode 40 filling the inside of the open groove 42, the organic thin film solar cell in which the unit cells are connected in series Is obtained.
Hereinafter, each layer which comprises the said organic thin film photovoltaic cell is demonstrated in detail.

<1−1.基板31>
基板31は、その上に形成される素子構成の母材となるものである。基板31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。基板31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。
<1-1. Substrate 31>
The substrate 31 serves as a base material for an element configuration formed thereon. The material of the board | substrate 31 is not specifically limited unless the effect of this invention is impaired remarkably. Suitable examples of the material of the substrate 31 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.

ガラスとしてはソーダガラス、青板ガラス又は無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスからの溶出イオンが少ない点で、これらの中でも無アルカリガラスが好ましい。基板31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、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20mm以下、好ましくは10mm以下である。基板の膜厚が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。基板の膜厚が20mm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。基板の材料がガラスである場合の膜厚は、通常0.01mm以上、好ましくは0.1mm以上であり、一方、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。基板の膜厚が0.01mm以上であることは、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。また、基板の膜厚が0.5cm以下であることは、重量が重くならないために好ましい。
Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and non-alkali glass. Among these, alkali-free glass is preferable in that there are few eluted ions from the glass. There is no restriction | limiting in the shape of the board | substrate 31, 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 a board | substrate, it is 5 micrometers or more normally, Preferably it is 20 micrometers or more, on the other hand, it is 20 mm or less normally, Preferably it is 10 mm or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 5 μm or more because the possibility that the strength of the organic thin film solar cell element is insufficient is reduced. It is preferable that the thickness of the substrate is 20 mm or less because the cost is suppressed and the weight does not increase. When the material of the substrate is glass, the film thickness is usually 0.01 mm or more, preferably 0.1 mm or more, and is usually 1 cm or less, preferably 0.5 cm or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 0.01 mm or more because the mechanical strength increases and it is difficult to break. Moreover, it is preferable that the film thickness of the substrate is 0.5 cm or less because the weight does not increase.

<1−2.下部電極32、上部電極40>
有機薄膜太陽電池セルは、上述の通り、下部電極32、及び後述する上部電極40の一対の電極を有する。本発明において、下部電極32とは、基板31に近い位置に配置されている電極を意味し、上部電極40とは、基板31から下部電極32よりも遠い位置に配置された電極を意味する。なお、図1に示したように、下部電極32は下部電極形成層をパターニングすることによって形成することができ、上部電極40は上部電極形成層36をパターニングすることにより形成することができる。
<1-2. Lower electrode 32, upper electrode 40>
As described above, the organic thin-film solar battery has a pair of electrodes of a lower electrode 32 and an upper electrode 40 described later. In the present invention, the lower electrode 32 means an electrode arranged at a position close to the substrate 31, and the upper electrode 40 means an electrode arranged at a position farther from the substrate 31 than the lower electrode 32. As shown in FIG. 1, the lower electrode 32 can be formed by patterning the lower electrode forming layer, and the upper electrode 40 can be formed by patterning the upper electrode forming layer 36.

通常、一対の電極のうち一方の電極がアノードであり、他方の電極がカソードである。本発明において、下部電極32がカソードの場合、上部電極40はアノードであり、下部電極32がアノードの場合、上部電極40はカソードである。下部電極32及び上部電極40は、少なくとも一方の電極が透光性を有していればよいが、両方が透光性を有していてもよい。本発明において、透光性を有するとは、太陽光の平均光透過率が40%以上透過することを意味するが、後述する有機活性層38に十分に光を到達させるためには、太陽光の平均光透過率が70%以上であることが好ましい。なお、平均光透過率は、通常の分光光度計で測定できる。   Usually, one of the pair of electrodes is an anode, and the other electrode is a cathode. In the present invention, when the lower electrode 32 is a cathode, the upper electrode 40 is an anode, and when the lower electrode 32 is an anode, the upper electrode 40 is a cathode. As for the lower electrode 32 and the upper electrode 40, at least one electrode should just have translucency, but both may have translucency. In the present invention, having translucency means that the average light transmittance of sunlight is 40% or more, but in order to make light sufficiently reach the organic active layer 38 described later, The average light transmittance is preferably 70% or more. The average light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.

下部電極32、及び上部電極40はそれぞれアノードである場合とカソードである場合とで使用できる材料等は異なり、具体的には、以下に説明する材料や方法により形成することができるが、下部電極32は、カソードであっても、アノードであっても、金属酸化物、金属、あるいはその合金が用いられる。   The lower electrode 32 and the upper electrode 40 can be formed by the materials and methods described below, specifically, the materials and the like that can be used differ depending on whether they are the anode or the cathode. 32 is a metal oxide, a metal, or an alloy thereof, whether it is a cathode or an anode.

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、有機活性層38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 organic active layer 38.

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PEDOT:PSSで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、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 the anode material include 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; gold, Examples thereof include metals such as platinum, silver, chromium and cobalt or alloys thereof. These substances are preferable because they have a high work function, and further, a conductive polymer material represented by PEDOT: PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid can be stacked. 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。
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。
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.
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、有機活性層38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。   The cathode is generally composed of a conductive material having a low work function, and is an electrode having a function of smoothly extracting electrons generated in the organic active layer 38. For example, platinum, gold, Metals such as silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium or magnesium and their alloys; inorganic salts such as lithium fluoride and cesium fluoride; nickel oxide, oxide Examples thereof include metal oxides such as aluminum, lithium oxide, or 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。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。   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. 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、有機薄膜太陽電池素子を通常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、有機薄膜太陽電池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、有機薄膜太陽電池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 organic thin-film solar cell element is heated in a temperature range of usually 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable to do this (this step may be referred to as an annealing treatment step). By performing the annealing treatment step at a temperature of 50 ° C. or higher, an effect of improving the adhesion between the layers of the organic thin film solar cell 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. Therefore, it is preferable. By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the organic thin film solar cell 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。加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に有機薄膜太陽電池素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に有機薄膜太陽電池素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。   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. As a heating method, the organic thin film solar cell element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the organic thin film solar cell element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. The heating may be performed batchwise or continuously.

<1−3.第1の中間層37、第2の中間層39>
第1の中間層37は、下部電極32上に形成され、通常、下部電極32がアノードの場合、第1の中間層37は、正孔取り出し層であり、下部電極32がカソードの場合、第1の中間層37は、電子取り出し層である。また、第2の中間層39とは、有機活性層38上に形成される正孔取り出し層又は電子取り出し層を意味し、上部電極40がアノードである場合、第2の中間層39は正孔取り出し層であり、上部電極40がカソードの場合、第2の中間層39は電子取り出し層である。なお、図1に示したように、第1の中間層37は、第1の中間層形成層33をパターニングすることにより形成することができ、第2の中間層39は、第2の中間層形成層35をパターニングすることによって形成することができる。
<1-3. First intermediate layer 37, second intermediate layer 39>
The first intermediate layer 37 is formed on the lower electrode 32. Usually, when the lower electrode 32 is an anode, the first intermediate layer 37 is a hole extraction layer, and when the lower electrode 32 is a cathode, One intermediate layer 37 is an electron extraction layer. The second intermediate layer 39 means a hole extraction layer or an electron extraction layer formed on the organic active layer 38. When the upper electrode 40 is an anode, the second intermediate layer 39 is a hole. When the upper electrode 40 is a cathode, the second intermediate layer 39 is an electron extraction layer. As shown in FIG. 1, the first intermediate layer 37 can be formed by patterning the first intermediate layer forming layer 33, and the second intermediate layer 39 can be formed by the second intermediate layer. The formation layer 35 can be formed by patterning.

電子取り出し層は、有機活性層38からカソードへ電子の取り出し効率を向上させる機能を有する。このような機能を有してさえいれば、電子取り出し層に使用できる材料に、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。   The electron extraction layer has a function of improving the efficiency of extracting electrons from the organic active layer 38 to the cathode. As long as it has such a function, a material that can be used for the electron extraction layer is not particularly limited, 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)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnOx)、酸化ニオブ(NbOx)、あるいはこれらを混合(ドープ)した混合金属酸化物などのn型半導体金属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型半導体金属酸化物としては、酸化チタン(TiOx)、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 inorganic compound materials include alkali metal salts such as Li, Na, K or Cs; titanium oxide (TiOx), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnOx), niobium oxide (NbOx), or these. Examples thereof include n-type semiconductor metal oxides such as mixed (doped) mixed metal oxides. Among them, the alkali metal salt is preferably a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF, and the n-type semiconductor metal oxide is preferably titanium oxide (TiOx) or zinc oxide (ZnO). Although the operation mechanism of such a material is unknown, 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 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。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。   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. 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。   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.

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。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。
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. 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.

具体的には、例えばアルカリ金属塩を電子取り出し層の材料として用いる場合、真空蒸着、スパッタ等の真空成膜方法を用いて電子取り出し層を成膜することが可能である。なかでも、抵抗加熱による真空蒸着によって、電子取り出し層を形成するのが望ましい。真空蒸着を用いることにより、活性層等の他の層へのダメージを小さくすることができる。一方、n型半導体の金属酸化物については、例えば、酸化亜鉛ZnOを電子取り出し層の材料として用いる場合には、スパッタ法等の真空成膜方法を用いることもできるが、塗布法を用いて電子取り出し層を成膜することが望ましい。例えば、Sol−Gel Science、C.J.Brinker,G.W.Scherer著、Academic Press(1990)に記載のゾルゲル法に従って、酸化亜鉛で構成される電子取り出し層を形成できる。   Specifically, for example, when an alkali metal salt is used as a material for the electron extraction layer, the electron extraction layer can be formed by using a vacuum film formation method such as vacuum deposition or sputtering. Especially, it is desirable to form an electron taking-out layer by vacuum vapor deposition by resistance heating. By using vacuum deposition, damage to other layers such as an active layer can be reduced. On the other hand, for metal oxides of n-type semiconductors, for example, when zinc oxide ZnO is used as the material for the electron extraction layer, a vacuum film formation method such as sputtering can be used. It is desirable to form the extraction layer. For example, Sol-Gel Science, C.I. J. et al. Brinker, G.M. W. According to the sol-gel method described by Scherer, Academic Press (1990), an electron extraction layer composed of zinc oxide can be formed.

正孔取り出し層は、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機能を有する。このような機能さえ有していれば、正孔取り出し層に使用できる材料に特段の制限はないが、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。   The hole extraction layer has a function of improving the efficiency of extracting holes from the active layer to the anode. The material that can be used for the hole extraction layer is not particularly limited as long as it has such a function. Specifically, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, and the like, sulfonic acid and / or Conductive polymer doped with iodine, polythiophene derivative having sulfonyl group as a substituent, conductive organic compound such as arylamine, metal oxide such as copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide or tungsten oxide Products, Nafion, p-type semiconductors described later, and the like. 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、スピンコート法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. For example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as a spin coating method or an ink jet method. 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。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。 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. 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.

<1−4.有機活性層38>
有機活性層38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型半導体化合物とを含む。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。具体的には、太陽電池素子
が光を受けると、光が有機活性層38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、発生した電気を電極から取り出すことにより太陽電池素子として機能する。なお、有機活性層38は、上述の通り、有機活性層形成層34をパターニングすることによって得られる。
<1-4. Organic active layer 38>
The organic active layer 38 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. Specifically, when the solar cell element receives light, the light is absorbed by the organic active layer 38, electricity is generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound, and the generated electricity is taken out from the electrode. It functions as a solar cell element. The organic active layer 38 is obtained by patterning the organic active layer forming layer 34 as described above.

本発明において、有機活性層38は有機化合物を含有する層である。有機活性層38の層構成は限定されるわけではないが、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型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層(i層)を薄膜積層型の中間層として有する構造等が挙げられる。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の活性層が好ましい。   In the present invention, the organic active layer 38 is a layer containing an organic compound. The layer configuration of the organic active layer 38 is not limited, but a thin film stack type in which a p-type semiconductor compound layer and an n-type semiconductor compound layer are stacked, and a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed. Examples include a structure having a bulk heterojunction type, a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed (i layer) as an intermediate layer of a thin film stack type. Among these, a bulk heterojunction active layer having a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed is preferable.

有機活性層38を形成する膜の成膜方法としては、特段に制限はなく、例えば湿式成膜法又は真空成膜法を用いることができる。なかでも、半導体化合物を含有する塗布液を塗布することにより層を形成する湿式成膜法を用いることが好ましい。より具体的には、p型半導体化合物層はp型半導体化合物を含有する塗布液を塗布することにより形成することができ、n型半導体化合物層はn型半導体化合物を含有する塗布液を塗布することにより形成することができ、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層はp型半導体化合物とn型半導体化合物とを含有する塗布液を塗布することにより形成することができる。   The film forming method for forming the organic active layer 38 is not particularly limited, and for example, a wet film forming method or a vacuum film forming method can be used. Especially, it is preferable to use the wet film-forming method which forms a layer by apply | coating the coating liquid containing a semiconductor compound. More specifically, the p-type semiconductor compound layer can be formed by applying a coating solution containing a p-type semiconductor compound, and the n-type semiconductor compound layer is applied with a coating solution containing an n-type semiconductor compound. The layer in which the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound are mixed can be formed by applying a coating solution containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound.

また、p型半導体化合物前駆体を含む塗布液を塗布した後にp型半導体化合物前駆体をp型半導体化合物へと変換してもよいし、n型半導体化合物前駆体を含む塗布液を塗布した後にn型半導体化合物前駆体をn型半導体化合物へと変換してもよい。ここで、半導体化合物前駆体とは、熱又は光等の外部刺激を加えることにより、半導体化合物へと変換される化合物のことを指す。   Moreover, after apply | coating the coating liquid containing a p-type semiconductor compound precursor, you may convert a p-type semiconductor compound precursor into a p-type semiconductor compound, or after apply | coating the coating liquid containing an n-type semiconductor compound precursor. The n-type semiconductor compound precursor may be converted into an n-type semiconductor compound. Here, the semiconductor compound precursor refers to a compound that is converted into a semiconductor compound by applying an external stimulus such as heat or light.

具体的な湿式成膜法の方法は任意であり、例えば、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等が挙げられる。p型半導体化合物とn型半導体化合物としては、それぞれ、1種の化合物を用いてもよいし、2種以上の化合物を任意の比率で併用してもよい。   The specific wet film forming method is arbitrary, for example, spin coating method, 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 Examples include a doctor method, an impregnation / coating method, and a curtain coating method. As the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound, one type of compound may be used, or two or more types of compounds may be used in combination at an arbitrary ratio.

[5.1 p型半導体化合物]
有機活性層38が含有するp型半導体化合物に、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。
[5.1 p-type semiconductor compound]
The p-type semiconductor compound contained in the organic active layer 38 is not particularly limited, and examples thereof include a low molecular organic semiconductor compound and a high molecular organic semiconductor compound.

[1−4.1.1 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。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型半導体化合物は強い分子間相互作用を有し、有機活性層38においてp型半導体化合物とn型半導体化合物の混合物層界面で生成した正孔(ホール)を効率よくアノードへ輸送できることが期待されるためである。
[1-4.1.1 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. Further, the low molecular organic semiconductor compound preferably has crystallinity. The p-type semiconductor compound having crystallinity has a strong intermolecular interaction, and efficiently transports holes generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound in the organic active layer 38 to the anode. This is because it is expected to be possible.

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のことを指す。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以上である結晶性化合物が好ましく、1.0×10−4cm/Vs以上である結晶性化合物がより好ましい。一方、正孔移動度が通常1.0×1
cm/Vs以下である結晶性化合物が好ましく、1.0×10cm/Vs以下である結晶性化合物がより好ましく、1.0×10cm/Vs以下である結晶性化合物がさらに好ましい。
In the present specification, crystallinity refers to the property of a compound that takes a three-dimensional periodic array with uniform orientation due to intermolecular interaction or the like. Examples of the method for measuring crystallinity include X-ray diffraction (XRD) or field effect mobility measurement. In particular, in the field effect mobility measurement, a crystalline compound having a hole mobility of 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more is preferable, and a crystalline compound having 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more is preferable. Is more preferable. On the other hand, the hole mobility is usually 1.0 × 1
A crystalline compound of 0 4 cm 2 / Vs or less is preferred, a crystalline compound of 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less is more preferred, and a crystallinity of 1.0 × 10 2 cm 2 / Vs or less More preferred are compounds.

低分子有機半導体化合物は、上記の性能を満たせ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 satisfies the above-mentioned performance. Specifically, the condensed low-molecular organic hydrocarbon such as naphthacene, pentacene or pyrene; and four thiophene rings such as α-sexithiophene. Oligothiophenes containing above: those containing 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 four or more linked; phthalocyanine compound And a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin and a macrocycle compound thereof such as a metal complex thereof. Preferably, they are a phthalocyanine compound and its metal complex, or a porphyrin compound and its metal complex.

p型半導体化合物として用いられるポルフィリン化合物及びその金属錯体(下記式中のZがCH)、フタロシアニン化合物及びその金属錯体(下記式中の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 following formula is CH), the phthalocyanine compound and its metal complex (Z 1 in the following formula is N) used as the p-type semiconductor compound include the following structures: The compound of this is mentioned.

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、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(OH)等も挙げられる。
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、炭素数が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が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が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。
Here, M represents a metal or two hydrogen atoms. As the metal, in addition to a divalent metal such as Cu, Zn, Pb, Mg, Co or Ni, a trivalent or higher metal having an axial ligand. For example, TiO, VO, SnCl 2 , AlCl, InCl, Si (OH) 2, or the like can be given.
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 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。   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.

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。   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.

上述のように、低分子半導体化合物を含む層は、湿式成膜法により形成することが好ましい。なかでも、低分子半導体化合物前駆体を含む塗布液を塗布し、後に低分子半導体化合物前駆体を低分子半導体化合物に変換することのより、低分子半導体化合物を含む層を形成することが、成膜が容易である点で好ましい。具体的な方法としては、特に制限はないが、特開2007−324587号公報及び特開2011−119648号公報に記載の方法が挙げられる。   As described above, the layer containing a low molecular weight semiconductor compound is preferably formed by a wet film formation method. In particular, it is possible to form a layer containing a low molecular weight semiconductor compound by applying a coating liquid containing a low molecular weight semiconductor compound precursor and then converting the low molecular weight semiconductor compound precursor into a low molecular weight semiconductor compound. It is preferable in that the film is easy. Although there is no restriction | limiting in particular as a specific method, The method as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2007-324587 and Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-119648 is mentioned.

[1−4.1.2 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で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。
[1-4.1.2 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 substituent 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. 2002, 74, 2031-3044, Handbook of THIOPHENE-BASED MATERIALS (2 volumes), 2009, etc. it can.

ポリマーのモノマー骨格やモノマーの置換基は、溶解性、結晶性、成膜性、HOMO(最高被占分子軌道)エネルギー準位及びLUMO(最低空分子軌道)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なものであることは、湿式成膜法により高分子有機半導体化合物を含む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、以下のものに限定されるわけではない。   Polymer monomer backbone and monomer substituents are selected to control solubility, crystallinity, film-formability, HOMO (highest occupied molecular orbital) energy level, LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) energy level, etc. can do. In addition, it is preferable that the polymer organic semiconductor compound is soluble in an organic solvent in that a layer containing the polymer organic semiconductor compound can be formed by a wet film forming method. Specific examples of the polymer organic semiconductor compound include the following, but are not limited to the following.

p型半導体化合物としてその中でも好ましくは、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。   Among them, the p-type semiconductor compound is preferably a low molecular organic semiconductor compound such as condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene, and pyrene, phthalocyanine compounds and metal complexes thereof, or porphyrin compounds such as tetrabenzoporphyrin (BP) and The metal complex and the polymer organic semiconductor compound is a conjugated polymer semiconductor such as polythiophene.

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よいし、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 a film-formed state, or may be in an amorphous state.

p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、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が、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以上であり、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型半導体のHOMOエネルギー準位が−4.6eV以下であることによりp型半導体化合物の安定性が向上するとともに、開放電圧(Voc)が向上しうる。   The HOMO energy level of the p-type semiconductor compound is not particularly limited, but can be selected depending on the type of the n-type semiconductor compound described later. In particular, when the fullerene compound is used as the n-type semiconductor compound, The HOMO energy level is usually −5.7 eV or more, more preferably −5.5 eV or more, and usually −4.6 eV or less, more preferably −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 the p-type semiconductor are improved, and when the HOMO energy level of the p-type semiconductor is −4.6 eV or less, the p-type semiconductor is improved. The stability of the compound is improved, and the open circuit voltage (Voc) can be improved.

また、p型半導体化合物のLUMO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以上であり、一方、通常−2.5eV以下、好ましくは−2.7eV以下である。p型半導体化合物の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て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(Jsc)が向上しうる。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(Jsc)が向上しうる。
The LUMO 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, while usually −2.5 eV or less, preferably Is −2.7 eV or less. When the LUMO energy level of the p-type semiconductor compound is −2.5 eV or less, the band gap can be adjusted to effectively absorb long-wavelength light energy, and the short-circuit current density (Jsc) can be 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 (Jsc) can be improved.

HOMOエネルギー準位及びLUMOエネルギー準位の算出方法としては、理論的に計算値で求める方法と実際に測定する方法とが挙げられる。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、サイクリックボルタモグラム測定法があげられる。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。本明細書においてHOMOエネルギー準位及びLUMOエネルギー準位は、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を指す。   As a calculation method of the HOMO energy level and the LUMO energy level, 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 ultraviolet-visible absorption spectrum measurement method and cyclic voltammogram measurement method. Among them, the cyclic voltammogram measurement method is preferable. In this specification, the HOMO energy level and the LUMO energy level refer to values with respect to a vacuum level calculated by a cyclic voltammogram measurement method.

[1−4.2 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。
[1-4.2 n-type semiconductor compound]
The n-type semiconductor compound is not particularly limited. Specifically, the 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.

その中でも、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又は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又は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。   Among them, fullerene compounds, borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimides or N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives are preferable, fullerene compounds, N-alkyl More preferred are substituted perylene diimide derivatives or N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides.

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。具体的には、特段の制限は無いが、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド若しくはペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型高分子半導体化合物が挙げられる。その中でも、ボラン誘導体、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、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を構成ユニットとするn型高分子半導体化合物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。   Examples of the n-type semiconductor compound include an n-type polymer semiconductor compound. Specifically, although there is no particular limitation, condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalene tetracarboxylic acid diimide or perylene tetracarboxylic acid diimide, perylene diimide derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzothiazoles Derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, bipyridine derivatives, and borane derivatives include n-type polymer semiconductor compounds. . Among them, polymers having at least one of borane derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimides and N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives as constituent units Preferably, an n-type polymer semiconductor compound comprising at least one of the n-type polymer semiconductor compound comprising N-alkyl-substituted perylene diimide derivative and N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide as a constituent unit Is more preferable.

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、通常−3.85eV以上、好ましくは−3.80eV以上である。p型半導体からn型半導体へと効率良く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エネルギーだけ上にあ
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エネルギー準位との差に依存するため、n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位を高くすると、開放電圧(Voc)が高くなる傾向がある。
The LUMO energy level of the n-type semiconductor compound is not particularly limited, but is usually −3.85 eV or more, preferably −3.80 eV or more. In order to efficiently move electrons from a p-type semiconductor to an n-type semiconductor, 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 higher than the LUMO energy level of the n-type semiconductor compound by a predetermined energy, 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 energy level of the n-type semiconductor compound increases the open-circuit voltage (Voc). ) Tends to be high.

一方、n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位は、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、さらに好ましくは−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により、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。
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型半導体化合物による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以下であることには、正孔の逆移動を阻止しうる点で好ましい。
On the other hand, the LUMO energy level of the n-type semiconductor compound is usually −1.0 eV or less, preferably −2.0 eV or less, more preferably −3.0 eV or less, and further preferably −3.3 eV or less. By lowering the LUMO energy level of the n-type semiconductor compound, electron transfer tends to occur and the short circuit current (Jsc) tends to increase.
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 by the n-type semiconductor compound can also be used for power generation. It is preferable that the HOMO energy level of the n-type semiconductor compound is −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、1.0×10cm/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、光電変換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大きくなる傾向にある傾向にあるため、好ましい。 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 4 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, and more preferably 1.0 × 10 2 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, improvement of short circuit current, improvement of conversion efficiency of the photoelectric conversion element tend to increase. Because there is a certain tendency, it is preferable.

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)測定が挙げられ、具体的には公知文献(特開2010−045186)に記載の方法により実施することができる。
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型半導体化合物の溶解度が0.5重量%以上であることは、n型半導体化合物を含有する溶液において、n型半導体材料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、湿式成膜法による成膜が容易となる点で好ましい。
以下、これらの好ましいn型半導体化合物についてさらに説明する。
As a method for measuring electron mobility, field effect transistor (FET) measurement can be mentioned, and specifically, it can be carried out by a method described in known literature (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-045186).
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 is 0.5% by weight or more, the dispersion stability of the n-type semiconductor material is improved in a solution containing the n-type semiconductor compound, and aggregation, sedimentation, separation, and the like are less likely to occur. Therefore, it is preferable in that film formation by a wet film formation method is easy.
Hereinafter, these preferable n-type semiconductor compounds will be further described.

[1−4.2.1 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。
[1-4.2.1 Fullerene Compound]
As a fullerene compound, what has the partial structure represented by general formula (n1), (n2), (n3) and (n4) is preferable.

式(n1)〜(n4)中、FLNとは、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わす。フラーレンの炭素数は、通常60〜130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。又、一部の炭素原子が、他の原子に置き換えられていてもよい。さらに、金属原子、非金属原子あるいはこれらから構成される原子団が、フラーレンケージ内に内包されていてもよい。 In formulas (n1) to (n4), 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 usually an even number of 60 to 130. Examples of fullerenes include C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 94 , C 96 and higher carbon clusters having more carbon than these. . Among these, C60 or C70 is preferable. As fullerenes, carbon-carbon bonds on some fullerene rings may be broken. Some carbon atoms may be replaced with other atoms. Furthermore, a metal atom, a non-metal atom, or an atomic group composed of these may be included in the fullerene cage.

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)で表される部分構造は、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環に付加される。一般式(n1)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、−R21と−(CHとがそれぞれ付加している。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 represented by (n1), (n2), (n3) and (n4) are added 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 added 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)において、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。
アルキル基としては、炭素数1以上10以下のものが好ましく、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さらに好ましい。
In the general formula (n1), R 21 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.
As the alkyl group, those having 1 to 10 carbon atoms are preferred, methyl group, ethyl group,
An n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group or an isobutyl group is more preferable, and a methyl group or an ethyl group is more preferable.

アルコキシ基としては、炭素数1以上10以下のものが好ましく、炭素数1以上6以下のものがより好ましく、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さらに好ましい。
As an alkoxy group, a C1-C10 thing is preferable, a C1-C6 thing is more preferable, and a methoxy group or an ethoxy group is especially preferable.
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. A group or a thienyl group is more preferred.

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、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。   As the substituent that the alkyl group, alkoxy group and 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)において、R22〜R24は各々独立して置換基を表し、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。
アルキル基としては、炭素数1以上10以下のものが好ましく、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。
In the general formula (n1), R 22 to R 24 each independently represent a substituent, which has a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. An aromatic group that may be used.
As an alkyl group, a C1-C10 thing is preferable and a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, or 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、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2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さらに好ましい。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. A group or a thienyl group is more preferred. Examples of the substituent that the aromatic group may have include a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, or An aromatic group having 2 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 further 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)において、R25〜R29は各々独立に、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。
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。
In the general formula (n2), R 25 to R 29 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or an aromatic group optionally having a substituent. It is a group.
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 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、特に限定は無いが、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1〜3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. The substituent that the aromatic group may have is not particularly limited, but is preferably a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms. 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, there is no limitation in the number, However, Preferably it is 1-3, More preferably, it is 1. The types of substituents may be different, but are preferably the same.

一般式(n3)において、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。 In the general formula (n3), Ar 1 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特に限定は無いが、フッ素原子、塩素原子、水酸基、シアノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基で置換され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1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以上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以上のフッ素原子で置換されていてもよい。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、1〜4が好ましく、1〜3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。   Although there is no limitation in particular as a substituent which you may have, a fluorine atom, a chlorine atom, a hydroxyl group, a cyano group, a silyl group, a boryl group, the amino group which may be substituted by the alkyl group, C1-C14 or less An alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, an alkylcarbonyl group having 1 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. The following alkynyl groups, ester groups having 2 to 14 carbon atoms, arylcarbonyl groups having 3 to 20 carbon atoms, arylthio groups having 2 to 20 carbon atoms, aryloxy groups having 2 to 20 carbon atoms, 6 carbon atoms An aromatic hydrocarbon group having 20 to 20 carbon atoms or a heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, and 1 carbon atom. Above 14 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 one or more fluorine atoms. When it has a substituent, although there is no limitation in the number, 1-4 are preferable and 1-3 are more preferable. When there are a plurality of substituents, the types may be different, but are preferably the same.

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ル基が好ましい。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 propoxyl 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.

一般式(n3)において、R30〜R33は各々独立して、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又はR33と結合して環を形成していてもよい。R30又はR31は、R32又はR33と結合して環を形成している場合の一例として、芳香族基が縮合したビシクロ構造である一般式(n5)の構造が挙げられる。 In General Formula (n3), R 30 to R 33 each independently have a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, an amino group that 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 R 32 or R 33 to form a ring. As an example of the case where R 30 or R 31 is bonded to R 32 or R 33 to form a ring, a structure of the general formula (n5) which is a bicyclo structure in which an aromatic group is condensed can be given.

一般式(n5)においてfはcと同様の整数であり、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以下のものが好ましく、メチレン基又はエチレン器が挙げられる。アリーレン基としては炭素数5以上12以下のものが好ましく、例えばフェニレン基が挙げられる。アミノ基は、メチル基又は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。
式(n5)に表される構造は、下記式(n6)又は式(n7)で表される構造であることが特に好ましい。
F In the general formula (n5) is the same integer and c, Z 2 represents an oxygen atom, a sulfur atom, an amino group, an alkylene group or an arylene group.
As an alkylene group, a C1-C2 thing is preferable, and a methylene group or an ethylene unit is mentioned. As the arylene group, those having 5 to 12 carbon atoms are preferable, 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.
The structure represented by the formula (n5) is particularly preferably a structure represented by the following formula (n6) or the formula (n7).

一般式(n4)において、R34〜R35は各々独立して、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。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。 In General Formula (n4), R 34 to R 35 each independently have a hydrogen atom, an alkoxycarbonyl group, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms that may have a substituent, or a substituent. An aromatic group that may be used. 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.

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 an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group, or 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, more preferably 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。   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.

一般式(n4)で表される構造の好ましい例としては、R34及びR35が共にアルコキシカルボニル基であるもの、R34及びR35が共に芳香族基であるもの並びに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。
湿式成膜法を用いてフラーレン化合物を含む層を形成するためには、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。用いられるフラーレン化合物の、25℃でのトルエンに対する溶解度は、通常0.1重量%以上、好ましくは0.4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、フラーレン化合物を含有する溶液におけるフラーレン化合物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、湿式成膜法による成膜が容易となる点で好ましい。
Preferred examples of the structure represented by formula (n4) include those in which R 34 and R 35 are both alkoxycarbonyl groups, those in which R 34 and R 35 are both aromatic groups, and R 34 is an aromatic group. And R 35 is a 3- (alkoxycarbonyl) propyl group.
In order to form a layer containing a fullerene compound using a wet film formation method, the fullerene compound itself can be applied in a liquid state, or the fullerene compound can be applied as a solution with high solubility in some solvent. It is preferable. The solubility of the fullerene compound used 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. When the solubility of the fullerene compound is 0.1% by weight or more, the dispersion stability of the fullerene compound in the solution containing the fullerene compound is increased, and aggregation, sedimentation, separation, and the like are less likely to occur. It is preferable in that the film formation by is easy.

湿式成膜法を用いてフラーレン化合物を含む層を形成する場合における、フラーレン化合物を含有する溶液の溶媒は、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。   In the case of forming a layer containing a fullerene compound using a wet film forming method, the solvent of the solution containing 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)
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の合成は、国際公開第2008/059771号又は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。
(Method for producing fullerene compound)
Although there is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of a fullerene compound, For example, the synthesis | combination of fullerene which has a partial structure (n1) is international publication 2008/059771 or J.H. Am. Chem. Soc. , 2008, 130 (46), 15429-15436.

部分構造(n2)を有するフラーレンの合成は、J.Am.Chem.Soc.1993,115,9798−9799、Chem.Mater.2007,19,5363−5372又は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。
部分構造(n3)を有するフラーレンの合成は、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.1993,32,78−80、Tetrahedron Lett.1997,38,285−288、国際公開第2008/018931号又は国際公開第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。
The synthesis of fullerene having a partial structure (n2) is described in J. Org. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9798-9799, Chem. Mater. 2007, 19, 5363-5372 or Chem. Mater. It can be carried out according to the description of known documents such as 2007, 19, 5194-5199.
Synthesis of fullerene 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 or WO 2009/086212.

部分構造(n4)を有するフラーレンの合成は、J.Chem.Soc.,Perkin Trans.1,1997,1595、Thin Solid Films 489(2005)251−256、Adv.Funct.Mater.2005,15,1979−1987又は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。   The synthesis of fullerene 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 or J. Org. Org. Chem. It can be carried out according to the description of known documents such as 1995, 60, 532-538.

[1−4.2.2 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、可視領域の光を吸収するため、電荷輸送と発電との両方に寄与しうる点から好ましい。
[1-4.2.2 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 because they have high electron mobility and absorb light in the visible region, and thus can contribute to both charge transport and power generation.

[1−4.2.3 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。
[1-4.2.3 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.

[1−4.2.4 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若しくはペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、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。
[1-4.2.4 n-type polymer semiconductor compound]
The n-type polymer semiconductor compound is not particularly limited, but condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalene tetracarboxylic acid diimide or perylene tetracarboxylic 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誘導体及びN−アルキル置換されたペリレンテトラカルボン酸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テトラカルボン酸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誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型高分子半導体化合物がより好ましい。   Among them, at least one of a borane derivative, a thiazole derivative, a benzothiazole derivative, a benzothiadiazole derivative, an N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide derivative, and an N-alkyl-substituted perylenetetracarboxylic acid diimide derivative is a constituent unit. Preferred is an n-type polymer semiconductor compound having at least one of N-alkyl-substituted perylenetetracarboxylic acid diimide derivative and N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide derivative as a constituent unit. .

n型高分子半導体化合物の具体例としては、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、
可視領域の光を吸収するために発電に寄与しうる点、及び粘度が高く塗布性に優れている点から好ましい。
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. These compounds are
This is preferable from the viewpoint of absorbing light in the visible region and contributing to power generation, and having high viscosity and excellent coating properties.

<2.太陽電池>
上述した方法により、本発明に係る有機薄膜太陽電池を製造することができるが、有機薄膜太陽電池は上述した以外の構成部材を含んでいてもよい。
図2は本発明の一実施形態としての有機薄膜太陽電池14の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10とをこの順に備える。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシートなど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。 これらの封止材5、バックシート10及び各種フィルムの材料、形状、性能及び積層方法等については、いずれも国際公開第2011/016430号又は特開2012−191194号公報等に記載の通りである。
<2. Solar cell>
Although the organic thin film solar cell according to the present invention can be manufactured by the method described above, the organic thin film solar cell may include constituent members other than those described above.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the organic thin-film solar cell 14 as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the thin film solar cell 14 of this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a solar cell element. 6, a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 are provided in this order. And light is irradiated from the side (downward in the figure) where the weather-resistant protective film 1 is formed, and the solar cell element 6 generates power. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet obtained by bonding a fluororesin film on both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. Good. The materials, shapes, performances, and lamination methods of these encapsulant 5, backsheet 10 and various films are all as described in International Publication No. 2011/016430 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194. .

<3.用途>
上述した有機薄膜太陽電池14の用途に制限はなく任意である。例えば、図3に模式的に示すように、何らかの基材12上に薄膜太陽電池14を設けて、これを使用場所に設置して用いればよい。具定例を挙げると、基材12として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁などに設置して使用すればよい。
<3. Application>
There is no restriction | limiting in the use of the organic thin film solar cell 14 mentioned above, It is arbitrary. For example, as schematically shown in FIG. 3, a thin film solar cell 14 may be provided on some base material 12 and used at a place of use. As a specific example, when a building material plate is used as the base material 12, a thin-film solar cell 14 is produced on the surface of the plate material, and this solar cell panel is used on the outer wall of a building. That's fine.

基材12は太陽電池素子6を支持する支持部材である。基材12を形成する材料としては、例えば、ガラス、サファイア又はチタニアなどの無機材料;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、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、ポリノルボルネンなどの有機材料;紙又は合成紙などの紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウムなど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などの複合材料などが挙げられる。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。   The substrate 12 is a support member that supports the solar cell element 6. Examples of the material for forming the substrate 12 include inorganic materials such as glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluorine. Organic materials such as resin film, vinyl chloride, polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene; paper materials such as paper or synthetic paper; metals such as stainless steel, titanium or aluminum For example, a composite material such as a material whose surface is coated or laminated in order to impart insulating properties can be used. 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.

本発明の薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、例えば、国際公開第2011/016430号又は特開2012−191194号公報にあるように、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などに用いて好適である。   When the example of the field | area which applies the thin film solar cell of this invention is given, as it exists in international publication 2011/016430 or Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-191194, for example, it is a solar cell for building materials, a solar cell for motor vehicles, and interior use. It is suitable for use in solar cells, railroad solar cells, marine solar cells, airplane solar cells, spacecraft solar cells, home appliance solar cells, mobile phone solar cells, toy solar cells, and the like.

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計を変更することができる。
(合成例1:コポリマーAの合成)
Examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to a following example, A design can be changed suitably in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
(Synthesis Example 1: Synthesis of Copolymer A)

モノマーとして、公知文献(J.Am.Chem.Soc.2011,133,10062)に記載の方法を参考にして得られた1,3−ジブロモ−5−オクチル−4H−チエノ[3,4−c]ピロール−4,6−(5H)−ジオン(化合物E1,86mg,0.204mmol)、公知文献(J.Am.Chem.Soc.2011,133,10062)に記載の方法を参考にして得られた4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E2,80mg,0.108mmol)、及び公知文献(Chem.Commun.,2011,47,4920−4922)に記載の方法を参考にして得られた4,4−ジ−n−オクチル−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E3,80mg,0.108mmol)を用いて、公知文献(J.Am.Chem.Soc.2011,133,10062)に記載の方法を参考にしてコポリマーAを合成した。   As a monomer, 1,3-dibromo-5-octyl-4H-thieno [3,4-c obtained by referring to a method described in known literature (J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10062) ] Pyrrole-4,6- (5H) -dione (Compound E1, 86 mg, 0.204 mmol), obtained by referring to the method described in known literature (J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10062). 4,4-bis (2-ethylhexyl) -2,6-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (compound E2, 80 mg, 0.108 mmol), And 4,4-di-n-octyl-2,6-bis (tri-methyl ether) obtained by referring to the methods described in known literature (Chem. Commun., 2011, 47, 4920-4922). Tiltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (compound E3, 80 mg, 0.108 mmol) was used to make known literature (J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10062). The copolymer A was synthesized with reference to the method described in 1).

なお、得られたコポリマーAの重量平均分子量Mw及び分子量分布PDIを、下記の条件で測定したところ、それぞれ、3.69×10及び9.4であった。
(重量平均分子量及び数平均分子量の測定方法)
ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めた。分子量分布(PDI)は、Mw/Mnを表す。
In addition, when the weight average molecular weight Mw and molecular weight distribution PDI of the obtained copolymer A were measured on condition of the following, they were 3.69 * 10 < 5 > and 9.4, respectively.
(Measurement method of weight average molecular weight and number average molecular weight)
The weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene were determined by gel permeation chromatography (GPC). Molecular weight distribution (PDI) represents Mw / Mn.

ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定は以下の条件で行った。
カラム:PolymerLaboratories GPC用カラム(PLgel MIXED−B 10μm,内径7.5mm,長さ30cm)を2本直列に接続して使用
ポンプ:LC−10AT(島津製作所社製)
オーブン:CTO−10A(島津製作所社製)
検出器:示差屈折率検出器(島津製作所社製,RID−10A)及びUV−vis検出器(島津製作所社製,SPD−10A)
サンプル:試料1mgをクロロホルム(200mg)に溶解させた液1μL
移動相:クロロホルム
流速:1.0mL/min
解析:LC−Solution(島津製作所社製)
Gel permeation chromatography (GPC) measurement was performed under the following conditions.
Column: Polymer Laboratories GPC column (PLgel MIXED-B 10 μm, inner diameter 7.5 mm, length 30 cm) connected in series Pump: LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation)
Oven: CTO-10A (manufactured by Shimadzu Corporation)
Detector: differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation, RID-10A) and UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation, SPD-10A)
Sample: 1 μL of 1 mg sample dissolved in chloroform (200 mg)
Mobile phase: Chloroform Flow rate: 1.0 mL / min
Analysis: LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation)

(活性層用インク1の作製)
p型半導体化合物として合成例1で得られたコポリマーA、及びn型半導体化合物としてフラーレン混合物(フロンティアカーボン社製 NS−E124)を、重量比が1:2.5となるように混合し、混合物が4.55重量%の濃度となるように窒素雰囲気中でオルトキシレンとテトラリンとの混合溶媒(重量比9:1)に溶解させた。この溶液をホットスターラー上で80℃の温度にて1時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を孔径5μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過することにより、活性層塗布液であるインク1を得た。
(Preparation of active layer ink 1)
The copolymer A obtained in Synthesis Example 1 as a p-type semiconductor compound and the fullerene mixture (NS-E124 manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) as an n-type semiconductor compound are mixed so that the weight ratio is 1: 2.5. Was dissolved in a mixed solvent of orthoxylene and tetralin (weight ratio 9: 1) in a nitrogen atmosphere so as to have a concentration of 4.55% by weight. This solution was stirred and mixed on a hot stirrer at a temperature of 80 ° C. for 1 hour. The solution after stirring and mixing was filtered through a polytetrafluoroethylene (PTFE) filter having a pore size of 5 μm to obtain ink 1 as an active layer coating solution.

(実施例1)
(光電変換素子1の作製)
厚さ125μmのPEN基板に酸化インジウムスズ(ITO)と銀(Ag)とを下部電極として3層(ITO−Ag−ITO)積層させたPEN−下部電極積層体(透過率80%以上でシート抵抗15Ω/□以下)を、キーエンス社レーザーマーカー(MDV9920A)を用い、パターニングした。このパターニング済みPEN−下部電極積層体を、水を含ませたアルファワイパーによって軽く拭き洗浄し、窒素ブローで乾燥させた。基板上のパターン辺縁部凹凸(バリ)の高さは平均400nmであった。基板サイズは必要に応じてさらにカットした。
Example 1
(Preparation of photoelectric conversion element 1)
PEN-lower electrode laminate in which indium tin oxide (ITO) and silver (Ag) are laminated as a lower electrode on a PEN substrate with a thickness of 125 μm (ITO-Ag-ITO) (sheet resistance with a transmittance of 80% or more) 15Ω / □ or less) was patterned using a Keyence laser marker (MDV9920A). The patterned PEN-lower electrode laminate was lightly wiped with an alpha wiper soaked in water and dried with nitrogen blow. The height of pattern edge unevenness (burrs) on the substrate was 400 nm on average. The substrate size was further cut as necessary.

次に、洗浄後のPEN−下部電極積層体に、大気雰囲気下、酸化亜鉛(ZnO)ナノ粒子を含む溶液(BYK社製、BYK3841)をIPAによって8倍に重量希釈し、スピンコート法によって100nmの厚みのZnO層(第1の中間層形成層)を成膜した。成膜後、基板を120℃で2分間加熱し、乾燥させた。
第1の中間層形成層を成膜した基板を窒素ブロー処理し、上述のように作製したインク1を大気下、スピンコートすることにより、400nmの厚みの有機活性層形成層を成膜し、これを窒素雰囲気下、乾燥機中、120℃で2分間熱処理を行った。
Next, in the PEN-lower electrode laminate after cleaning, a solution containing zinc oxide (ZnO) nanoparticles (BYK, BYK3841) was diluted eight times by weight with IPA in an air atmosphere, and 100 nm by spin coating. A ZnO layer (first intermediate layer forming layer) having a thickness of 5 mm was formed. After film formation, the substrate was heated at 120 ° C. for 2 minutes and dried.
The substrate on which the first intermediate layer forming layer was formed was subjected to nitrogen blowing treatment, and the organic active layer forming layer having a thickness of 400 nm was formed by spin coating the ink 1 produced as described above in the atmosphere, This was heat-treated at 120 ° C. for 2 minutes in a dryer under a nitrogen atmosphere.

さらに有機活性層形成層上に、PEDOT:PSS溶液を大気下、スピンコートすることにより、200nmの厚みの第2の中間層形成層を成膜した。なお、同じ膜厚のPEDOT:PSS層を別途成膜し、その導電率を測定したところ、10E−4S/cmであった。第2の中間層形成層を成膜後、必要な場合は素子周辺、コンタクト電極にあたる部分をEtOHを含ませたアルファワイパー等で拭き取り、次いで上部電極として厚さ100nmの銀膜を、順次抵抗加熱型真空蒸着法により成膜し、7mm角の光電変換素子を作製した。同条件で8素子の素子を作製した。   Furthermore, a second intermediate layer forming layer having a thickness of 200 nm was formed on the organic active layer forming layer by spin coating a PEDOT: PSS solution in the air. In addition, it was 10E-4S / cm when the PEDOT: PSS layer of the same film thickness was separately formed, and the electrical conductivity was measured. After forming the second intermediate layer forming layer, if necessary, wipe around the element and the portion corresponding to the contact electrode with an alpha wiper containing EtOH, and then successively resistance-heat a silver film with a thickness of 100 nm as the upper electrode. A film was formed by a mold vacuum deposition method to produce a 7 mm square photoelectric conversion element. Eight elements were manufactured under the same conditions.

(実施例2) 第2の中間層形成層の膜厚を300nmに変更した以外は、実施例1と同様の方法により、素子を作製した。その結果を表1に示す。   (Example 2) A device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the film thickness of the second intermediate layer forming layer was changed to 300 nm. The results are shown in Table 1.

(実施例3) 有機活性層形成層の膜厚を300nmに変更した以外は、実施例1と同様の方法により、素子を作製した。その結果を表1に示す。   Example 3 A device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the organic active layer forming layer was changed to 300 nm. The results are shown in Table 1.

(実施例4) 第1の中間層形成層の膜厚を200nmに変更し、第2の中間層形成層の膜厚を500nmに変更した以外は、実施例1と同様の方法により、素子を作製した。その結果を表1に示す。   Example 4 A device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the first intermediate layer formation layer was changed to 200 nm and the thickness of the second intermediate layer formation layer was changed to 500 nm. Produced. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
有機活性層形成層の膜厚を100nmに変更した以外は、実施例1と同様の方法により、素子を作成した。その結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A device was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the organic active layer forming layer was changed to 100 nm. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
第2の中間層形成層の膜厚を50nmに変更した以外は、実施例1と同様の方法により
、素子を作成した。その結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the second intermediate layer forming layer was changed to 50 nm. The results are shown in Table 1.

(光電変換素子の評価)
実施例1〜4及び比較例1〜2において、作製した光電変換素子について、素子の短絡に関して評価を行った。評価方法は8素子のうち、5素子以上が短絡した場合は「不良」とし、短絡素子が発生しなかった場合は、「良好」と記載した。
(Evaluation of photoelectric conversion element)
In Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the produced photoelectric conversion elements were evaluated for short-circuiting of the elements. The evaluation method was described as “defective” when 5 or more of 8 elements were short-circuited, and “good” when no short-circuited element was generated.

表1の結果より、実施例1〜4で作製した光電変換素子は、いずれも短絡することなく、光電変換素子として機能することが示された。一方で、比較例1及び2において作製した光電変換素子は、その多くが短絡してしまい、光電変換素子として機能しなかった。
以上から、本発明のように、第1の中間層形成層、有機活性層形成層、第2の中間層形成層を特定の膜厚で成膜することにより、下部電極形成層のパターニング工程において、バリが発生しても、特別な追加プロセスを必要とすることなく、短絡が発生しない有機薄膜太陽電池セルを提供することができる。
From the result of Table 1, it was shown that the photoelectric conversion element produced in Examples 1-4 functioned as a photoelectric conversion element, without short-circuiting all. On the other hand, many of the photoelectric conversion elements produced in Comparative Examples 1 and 2 were short-circuited, and did not function as photoelectric conversion elements.
As described above, in the patterning process of the lower electrode formation layer, the first intermediate layer formation layer, the organic active layer formation layer, and the second intermediate layer formation layer are formed with a specific thickness as in the present invention. Even if burrs occur, an organic thin-film solar cell that does not cause a short circuit without requiring a special additional process can be provided.

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 有機薄膜太陽電池セル
10 バックシート
12 基材
14 太陽電池
31 基板
32 下部電極
33 第1の中間層形成層
34 有機活性層形成層
35 第2の中間層形成層
36 上部電極形成層
37 第1の中間層
38 有機活性層
39 第2の中間層
40 上部電極
41,42,43 開溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Weatherproof protective film 2 Ultraviolet cut film 3,9 Gas barrier film 4,8 Getter material film 5,7 Sealing material 6 Organic thin film photovoltaic cell 10 Back sheet 12 Base material 14 Solar cell 31 Substrate 32 Lower electrode 33 1st Intermediate layer forming layer 34 Organic active layer forming layer 35 Second intermediate layer forming layer 36 Upper electrode forming layer 37 First intermediate layer 38 Organic active layer 39 Second intermediate layer 40 Upper electrodes 41, 42, 43 Grooves

Claims (3)

基板上に積層された下部電極形成層をパターニングする工程と、
前記パターニングされた下部電極形成層上に第1の中間層形成層を成膜する工程と、
前記第1の中間層形成層上に有機活性層形成層を成膜する工程と、
前記有機活性層形成層上に第2の中間層形成層を成膜する工程とを含む有機薄膜太陽電池セルの製造方法であって、
前記第1の中間層形成層と、前記有機活性層形成層と、前記第2の中間層形成層の膜厚の総和が600nm以上2500nm以下である有機薄膜太陽電池セルの製造方法。
Patterning the lower electrode formation layer laminated on the substrate;
Forming a first intermediate layer forming layer on the patterned lower electrode forming layer;
Forming an organic active layer forming layer on the first intermediate layer forming layer;
Forming a second intermediate layer forming layer on the organic active layer forming layer, comprising:
The manufacturing method of the organic thin film photovoltaic cell whose sum total of the film thickness of a said 1st intermediate | middle layer formation layer, the said organic active layer formation layer, and a said 2nd intermediate | middle layer formation layer is 600 nm or more and 2500 nm or less.
前記第1の中間層形成層と前記第2の中間層形成層の膜厚の総和に対する前記有機活性層形成層の膜厚の比が、0.4以上4.0以下である請求項1に記載の有機薄膜太陽電池セルの製造方法。   The ratio of the film thickness of the organic active layer forming layer to the total film thickness of the first intermediate layer forming layer and the second intermediate layer forming layer is 0.4 or more and 4.0 or less. The manufacturing method of the organic thin film photovoltaic cell of description. 前記パターニングをレーザースクライブ法で行うことを特徴とする請求項1、2又は3に記載の有機薄膜太陽電池セルの製造方法。   The method for producing an organic thin-film solar cell according to claim 1, 2 or 3, wherein the patterning is performed by a laser scribing method.
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