JP2016092249A - Photoelectric conversion element and image sensor using the same - Google Patents

Photoelectric conversion element and image sensor using the same Download PDF

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真一 松木
Shinichi Matsuki
真一 松木
正明 梅原
Masaaki Umehara
正明 梅原
田中 大作
Daisaku Tanaka
大作 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element having a high photoelectric conversion efficiency, and a high ratio of ON/OFF owing to the reduction in dark current.SOLUTION: A photoelectric conversion element operable to convert a light energy into an electric energy comprises: a first electrode; a second electrode; and at least one organic layer between the first and second electrodes. The organic layer includes a compound having a molecular weight of 350 or larger, and expressed by the following general formula (1). (In the formula, A and B represent a substituted or unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heteroaryl group. which are groups different from each other; Land Lrepresent a single bond, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group; n is 1-3, provided that when n=1, at least one of A and B is selected from a substituted or unsubstituted condensed aromatic hydrocarbon group of which the core carbon number is 9 or larger, and a substituted or unsubstituted condensed aromatic heterocyclic group of which the core carbon number is 9 or larger; and Lis a substituted or unsubstituted heteroarylene group having at least one electron-accepting nitrogen.)SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、光電変光電変換素子およびそれを用いたイメージセンサに関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion photoelectric conversion element and an image sensor using the photoelectric conversion element.

光を電気エネルギーに変換できる光電変換素子は太陽電池、イメージセンサなどに利用できる。特に、光電変換素子で入射光より発生した電流をCCDやCMOS回路で読み出すイメージセンサが広く用いられている。   Photoelectric conversion elements that can convert light into electrical energy can be used in solar cells, image sensors, and the like. In particular, image sensors that read current generated from incident light by a photoelectric conversion element using a CCD or CMOS circuit are widely used.

従来、光電変換素子を用いたイメージセンサでは光電変換膜を構成する材料として無機物を利用していた。しかし、無機物は色の選択性(特定波長の吸収)が低いため、カラーフィルターを用いて入射光をそれぞれの色(赤、緑および青)を選択的に透過させ、光電変換膜でそれぞれの光吸収をする必要があった。しかし、カラーフィルターを用いると、きめ細かい対象物を撮影した時に対象物のピッチが撮像素子のピッチと干渉し、本来の画像とは異なる画像(モアレ欠陥)が発生する。それを抑制するために光学レンズなどが必要となるが、カラーフィルターと光学レンズにより光利用効率および開口率が低くなる短所がある。   Conventionally, in an image sensor using a photoelectric conversion element, an inorganic substance is used as a material constituting the photoelectric conversion film. However, since inorganic materials have low color selectivity (absorption at specific wavelengths), incident light is selectively transmitted through each color (red, green, and blue) using a color filter, and each light is transmitted through a photoelectric conversion film. It was necessary to absorb. However, when a color filter is used, when a fine target is photographed, the pitch of the target interferes with the pitch of the image sensor, and an image (moire defect) different from the original image is generated. In order to suppress this, an optical lens or the like is required, but there is a disadvantage that the light use efficiency and the aperture ratio are lowered by the color filter and the optical lens.

一方、近年、イメージセンサの高解像度要求が高まってきており、画素の微細化が進んでいる。そのため、画素のサイズはより小さくなるが、小さくなることで各画素の光電変換素子に到達する光量が減少するため、感度の低下が問題になる。   On the other hand, in recent years, the demand for high resolution of image sensors has increased, and the miniaturization of pixels has progressed. For this reason, the size of the pixel becomes smaller, but the amount of light reaching the photoelectric conversion element of each pixel decreases due to the smaller size, which causes a problem of a decrease in sensitivity.

これを解決するために、有機化合物を用いた光電変換素子の研究がなされている。有機化合物は分子構造により入射する光のうち特定波長領域の光を選択的に吸収できることからカラーフィルターが不要となり、更に吸収係数が高いことから、光利用効率を高くすることが可能である。この有機化合物を用いた光電変換素子としては、具体的には両極に挟まれた光電変換膜にpn接合構造やバルクへテロジャンクション構造を導入した素子構成が知られている。また、イメージセンサの用途においては光電変換効率の向上や応答速度向上のために外部から電圧を印加することが多いため、外部電界による電極からの正孔または電子の注入による暗電流が発生する。この暗電流の低下を目的として正孔ブロッキング層や電子ブロッキング層を挿入した素子構成も知られている(例えば、特許文献1および特許文献2を参照)。   In order to solve this, research on photoelectric conversion elements using organic compounds has been conducted. The organic compound can selectively absorb light in a specific wavelength region out of incident light due to its molecular structure, so that a color filter is not necessary and the absorption coefficient is high, so that the light utilization efficiency can be increased. As a photoelectric conversion element using this organic compound, specifically, an element configuration in which a pn junction structure or a bulk heterojunction structure is introduced into a photoelectric conversion film sandwiched between both electrodes is known. Further, in application of an image sensor, a voltage is often applied from the outside in order to improve photoelectric conversion efficiency and response speed, so that a dark current is generated due to injection of holes or electrons from an electrode by an external electric field. An element configuration in which a hole blocking layer or an electron blocking layer is inserted for the purpose of reducing the dark current is also known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開2007−088033号公報JP 2007-088033 A 特開2007−059515号公報JP 2007-059515 A

しかしながら、特開2007−088033号公報には正孔ブロッキング層として好ましい構造例が挙げられているが、全て対称性の高い分子構造であり、結晶化しやすい構造であり、耐熱性または耐久性の点で課題がある。また、特開2007−059515号公報についても好ましい構造例として対称性のよい化合物群が記載されているのみであり、高温での熱処理工程の際に結晶化しやすく、透明性が足りない、素子が短絡してしまうなどの課題について言及しているものではない。   However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-088033 discloses a preferable structure example as a hole blocking layer, but all have a highly symmetric molecular structure, a structure that is easily crystallized, and has heat resistance or durability. There is a problem. Also, JP-A-2007-059515 discloses only a group of compounds having good symmetry as a preferred structural example, and is easily crystallized during a heat treatment process at a high temperature, and lacks transparency. It does not mention issues such as short circuits.

そこで本発明は、耐熱性に優れ、光電変換効率が高く、暗電流が低減された光電変換素子を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element that has excellent heat resistance, high photoelectric conversion efficiency, and reduced dark current.

本発明は、第一電極及び第二電極の間に少なくとも一層の有機層があり、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子であって、前記有機層に、分子量が350以上であって、下記一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする光電変換素子である。   The present invention is a photoelectric conversion element that has at least one organic layer between the first electrode and the second electrode, and converts light energy into electric energy, wherein the organic layer has a molecular weight of 350 or more, It is a photoelectric conversion element characterized by containing the compound represented by following General formula (1).

Figure 2016092249
Figure 2016092249

式中、AおよびBは置換もしくは無置換のアリール基または置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。但し、AとBは異なる基である。LおよびLは単結合、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。nは1〜3の整数である。ただし、n=1のときは、AおよびBのうち、少なくともどちらかがそれぞれ置換もしくは無置換の縮合芳香族炭化水素基であって核炭素数が9以上であるもの、または置換もしくは無置換の縮合芳香族複素環基であって核炭素数が9以上であるものから選ばれる。Lは少なくとも一つの電子受容性窒素を有する置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。 In the formula, A and B are a substituted or unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heteroaryl group. However, A and B are different groups. L 1 and L 3 are a single bond, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group. n is an integer of 1 to 3. However, when n = 1, at least one of A and B is a substituted or unsubstituted condensed aromatic hydrocarbon group having 9 or more nuclear carbon atoms, or substituted or unsubstituted A condensed aromatic heterocyclic group having 9 or more nuclear carbon atoms is selected. L 2 is a substituted or unsubstituted heteroarylene group having at least one electron-accepting nitrogen.

本発明により、耐熱性に優れ、光電変換効率が高く、暗電流が低減された光電変換素子を提供することができる。   According to the present invention, a photoelectric conversion element having excellent heat resistance, high photoelectric conversion efficiency, and reduced dark current can be provided.

本発明の光電変換素子の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明のイメージセンサの光電変換素子の積層構造の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the laminated structure of the photoelectric conversion element of the image sensor of this invention. 本発明のイメージセンサの光電変換素子の積層構造の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the laminated structure of the photoelectric conversion element of the image sensor of this invention. 本発明のイメージセンサの光電変換素子の積層構造の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the laminated structure of the photoelectric conversion element of the image sensor of this invention. 本発明のイメージセンサの光電変換素子の積層構造の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the laminated structure of the photoelectric conversion element of the image sensor of this invention. 本発明のイメージセンサの光電変換素子の積層構造の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the laminated structure of the photoelectric conversion element of the image sensor of this invention. 本発明のイメージセンサの光電変換素子の積層構造の一例を示す模式断面図。The schematic cross section which shows an example of the laminated structure of the photoelectric conversion element of the image sensor of this invention.

<光電変換素子材料>
本発明の光電変換素子は、有機層に一般式(1)で表される化合物を含有する。
<Photoelectric conversion element material>
The photoelectric conversion element of this invention contains the compound represented by General formula (1) in an organic layer.

Figure 2016092249
Figure 2016092249

式中、AおよびBは置換もしくは無置換のアリール基または置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。但し、AとBは異なる基である。LおよびLは単結合、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。nは1〜3の整数である。ただし、n=1のときは、AおよびBのうち、少なくともどちらかがそれぞれ置換もしくは無置換の縮合芳香族炭化水素基であって核炭素数が9以上であるもの、または置換もしくは無置換の縮合芳香族複素環基であって核炭素数が9以上であるものから選ばれる。Lは少なくとも一つの電子受容性窒素を有する置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。 In the formula, A and B are a substituted or unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heteroaryl group. However, A and B are different groups. L 1 and L 3 are a single bond, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group. n is an integer of 1 to 3. However, when n = 1, at least one of A and B is a substituted or unsubstituted condensed aromatic hydrocarbon group having 9 or more nuclear carbon atoms, or substituted or unsubstituted A condensed aromatic heterocyclic group having 9 or more nuclear carbon atoms is selected. L 2 is a substituted or unsubstituted heteroarylene group having at least one electron-accepting nitrogen.

上記の全ての基において、水素は重水素であってもよい。また、以下の説明において例えば炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基とは、アリール基に置換した置換基に含まれる炭素数も含めて6〜40であり、炭素数を規定している他の置換基もこれと同様である。   In all of the above groups, hydrogen may be deuterium. In the following description, for example, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 carbon atoms is 6 to 40 carbon atoms including the number of carbon atoms contained in the substituent group substituted on the aryl group, and defines the carbon number. The same applies to the other substituents.

また、「置換もしくは無置換の」という場合における置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、アミノ基、ハロゲン、シアノ基、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基および−P(=O)Rからなる群より選ばれる。RおよびRが縮合して環を形成してもよい。 In the case of “substituted or unsubstituted”, examples of the substituent include alkyl group, cycloalkyl group, heterocyclic group, alkenyl group, cycloalkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryl ether group, aryl thioether Selected from the group consisting of a group, an aryl group, a heteroaryl group, an amino group, a halogen, a cyano group, a carbonyl group, a carboxyl group, an oxycarbonyl group, a carbamoyl group, and —P (═O) R 1 R 2 . R 1 and R 2 may be condensed to form a ring.

「置換もしくは無置換の」という場合における「無置換」とは、水素原子が置換したことを意味する。   “Unsubstituted” in the case of “substituted or unsubstituted” means that a hydrogen atom is substituted.

以下に説明する化合物またはその部分構造において、「置換もしくは無置換の」という場合についても、上記と同様である。   In the compound described below or a partial structure thereof, the case of “substituted or unsubstituted” is the same as described above.

アルキル基とは、例えば、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。置換されている場合の追加の置換基には特に制限は無く、例えば、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができ、この点は、以下の記載にも共通する。また、アルキル基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、好ましくは1以上20以下、より好ましくは1以上8以下の範囲である。   The alkyl group is, for example, a saturated aliphatic hydrocarbon group such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, or a tert-butyl group, which is a substituent. It may or may not have. There is no restriction | limiting in particular in the additional substituent in the case of being substituted, For example, an alkyl group, an aryl group, heteroaryl group etc. can be mentioned, This point is common also in the following description. The number of carbon atoms of the alkyl group is not particularly limited, but is preferably 1 or more and 20 or less, more preferably 1 or more and 8 or less, from the viewpoint of availability and cost.

シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などの飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキル基部分の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、3以上20以下の範囲である。   The cycloalkyl group represents, for example, a saturated alicyclic hydrocarbon group such as a cyclopropyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group, an adamantyl group, which may or may not have a substituent. The number of carbon atoms in the alkyl group moiety is not particularly limited, but is preferably in the range of 3 or more and 20 or less.

複素環基とは、例えば、ピラン環、ピペリジン環、環状アミドなどの炭素以外の原子を環内に有する脂肪族環を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。複素環基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、2以上20以下の範囲である。   The heterocyclic group refers to an aliphatic ring having atoms other than carbon, such as a pyran ring, a piperidine ring, and a cyclic amide, in the ring, which may or may not have a substituent. . Although carbon number of a heterocyclic group is not specifically limited, Preferably it is the range of 2-20.

アルケニル基とは、例えば、ビニル基、アリル基、ブタジエニル基などの二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルケニル基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、2以上20以下の範囲である。   An alkenyl group shows the unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing double bonds, such as a vinyl group, an allyl group, and a butadienyl group, and this may or may not have a substituent. Although carbon number of an alkenyl group is not specifically limited, Preferably it is the range of 2-20.

シクロアルケニル基とは、例えば、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などの二重結合を含む不飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。   The cycloalkenyl group refers to an unsaturated alicyclic hydrocarbon group containing a double bond such as a cyclopentenyl group, a cyclopentadienyl group, or a cyclohexenyl group, which may have a substituent. You don't have to.

アルキニル基とは、例えば、エチニル基などの三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキニル基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、2以上20以下の範囲である。   An alkynyl group shows the unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing triple bonds, such as an ethynyl group, for example, and may or may not have a substituent. The number of carbon atoms of the alkynyl group is not particularly limited, but is preferably in the range of 2 or more and 20 or less.

アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのエーテル結合を介して脂肪族炭化水素基が結合した官能基を示し、この脂肪族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、1以上20以下の範囲である。   The alkoxy group refers to, for example, a functional group having an aliphatic hydrocarbon group bonded through an ether bond such as a methoxy group, an ethoxy group, or a propoxy group, and the aliphatic hydrocarbon group may have a substituent. It may not have. Although carbon number of an alkoxy group is not specifically limited, Preferably it is the range of 1-20.

アルキルチオ基とは、アルコキシ基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アルキルチオ基の炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルキルチオ基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、1以上20以下の範囲である。   The alkylthio group is a group in which an oxygen atom of an ether bond of an alkoxy group is substituted with a sulfur atom. The hydrocarbon group of the alkylthio group may or may not have a substituent. Although carbon number of an alkylthio group is not specifically limited, Preferably it is the range of 1-20.

アリールエーテル基とは、例えば、フェノキシ基など、エーテル結合を介した芳香族炭化水素基が結合した官能基を示し、芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、6以上40以下の範囲である。   An aryl ether group refers to a functional group to which an aromatic hydrocarbon group is bonded via an ether bond, such as a phenoxy group, and the aromatic hydrocarbon group may or may not have a substituent. Good. Although carbon number of an aryl ether group is not specifically limited, Preferably, it is the range of 6-40.

アリールチオエーテル基とは、アリールエーテル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アリールエーテル基における芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、6以上40以下の範囲である。   An aryl thioether group is one in which the oxygen atom of the ether bond of the aryl ether group is substituted with a sulfur atom. The aromatic hydrocarbon group in the aryl ether group may or may not have a substituent. Although carbon number of an aryl ether group is not specifically limited, Preferably, it is the range of 6-40.

アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオランテニル基、フェナントリル基、アントラセニル基、ピレニル基、フルオランテニル基などの芳香族炭化水素基を示す。アリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリール基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、6以上40以下の範囲である。より好ましくは、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基である。   The aryl group represents an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a terphenyl group, a fluoranthenyl group, a phenanthryl group, an anthracenyl group, a pyrenyl group, or a fluoranthenyl group. The aryl group may or may not have a substituent. Although carbon number of an aryl group is not specifically limited, Preferably, it is the range of 6-40. More preferably, they are a phenyl group, 1-naphthyl group, and 2-naphthyl group.

ヘテロアリール基とは、フラニル基、チオフェニル基、ピリジル基、キノリニル基、イソキノリニル基、ピラジニル基、ピリミジル基、ナフチリジル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基などの炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する環状芳香族基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。ヘテロアリール基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、2以上30以下の範囲である。より好ましくは、ピリジル基、キノリル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基である。   A heteroaryl group is a furanyl group, thiophenyl group, pyridyl group, quinolinyl group, isoquinolinyl group, pyrazinyl group, pyrimidyl group, naphthyridyl group, benzofuranyl group, benzothiophenyl group, indolyl group, dibenzofuranyl group, dibenzothiophenyl group And a cyclic aromatic group having one or more atoms other than carbon in the ring, such as a carbazolyl group, which may be unsubstituted or substituted. Although carbon number of heteroaryl group is not specifically limited, Preferably it is the range of 2-30. More preferred are a pyridyl group, a quinolyl group, a carbazolyl group, a dibenzofuranyl group, and a dibenzothienyl group.

アミノ基とは、置換もしくは無置換のアミノ基である。置換する場合の置換基としては、例えば、アリール基、ヘテロアリール基、直鎖アルキル基、分岐アルキル基が挙げられる。より具体的には、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ピリジル基、メチル基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。炭素数は特に限定されないが、好ましくは、6以上40以下の範囲である。   An amino group is a substituted or unsubstituted amino group. Examples of the substituent in the case of substitution include an aryl group, a heteroaryl group, a linear alkyl group, and a branched alkyl group. More specifically, a phenyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, a pyridyl group, a methyl group and the like can be mentioned, and these substituents may be further substituted. Although carbon number is not specifically limited, Preferably it is the range of 6-40.

ハロゲンとは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選ばれる原子を示す。   Halogen represents an atom selected from fluorine, chlorine, bromine and iodine.

カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基およびホスフィンオキサイド基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ここで、置換基としては、例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。   The carbonyl group, carboxyl group, oxycarbonyl group, carbamoyl group and phosphine oxide group may or may not have a substituent. Here, examples of the substituent include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a heteroaryl group, and these substituents may be further substituted.

アリーレン基とは、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、フルオレン、フェナントレンなどの芳香族炭化水素基から導かれる2価以上の基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。好ましくは、2価もしくは3価のアリーレン基である。アリーレン基としては、具体的には、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基などが挙げられる。   An arylene group refers to a divalent or higher valent group derived from an aromatic hydrocarbon group such as benzene, naphthalene, biphenyl, fluorene, phenanthrene, etc., which may or may not have a substituent. A divalent or trivalent arylene group is preferable. Specific examples of the arylene group include a phenylene group, a biphenylene group, and a naphthylene group.

ヘテロアリーレン基とは、ピリジン、キノリン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、キノキサリン、キナゾリン、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェンなどの炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する芳香族基から導かれる2価以上の基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。好ましくは2価もしくは3価のヘテロアリーレン基である。ヘテロアリーレン基の炭素数は特に限定されないが、好ましくは、2〜30の範囲である。ヘテロアリーレン基としては、具体的には、2,6−ピリジレン基、2,5−ピリジレン基、2,4−ピリジレン基、3,5−ピリジレン基、3,6−ピリジレン基、2,4,6−ピリジレン基、2,4−ピリミジニレン基、2,5−ピリミジニレン基、4,6−ピリミジニレン基、4,6−ピリミジニレン基、2,4,6−ピリミジニレン基、2,4,6−トリアジニレン基、4,6−ジベンゾフラニレン基、2,6−ジベンゾフラニレン基、2,8−ジベンゾフラニレン基、3,7−ジベンゾフラニレン基である。   The heteroarylene group is a divalent or higher valent group derived from an aromatic group having one or more atoms other than carbon in the ring, such as pyridine, quinoline, pyrimidine, pyrazine, triazine, quinoxaline, quinazoline, dibenzofuran, dibenzothiophene. This may or may not have a substituent. A divalent or trivalent heteroarylene group is preferred. Although carbon number of heteroarylene group is not specifically limited, Preferably, it is the range of 2-30. Specific examples of the heteroarylene group include 2,6-pyridylene group, 2,5-pyridylene group, 2,4-pyridylene group, 3,5-pyridylene group, 3,6-pyridylene group, 2,4, 6-pyridylene group, 2,4-pyrimidinylene group, 2,5-pyrimidinylene group, 4,6-pyrimidinylene group, 4,6-pyrimidinylene group, 2,4,6-pyrimidinylene group, 2,4,6-triazinylene group 4,6-dibenzofuranylene group, 2,6-dibenzofuranylene group, 2,8-dibenzofuranylene group, 3,7-dibenzofuranylene group.

縮合芳香族炭化水素環とは、例えば、ナフタレン環、アズレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、クリセン環、ナフタセン環、トリフェニレン環、アセナフテン環、コロネン環、フルオレン環、フルオランテン環、ナフタセン環、ペンタセン環、ペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピラントレン環、アンスラアントレン環等が挙げられる。更に、前記縮合芳香族炭化水素環は置換基を有していてもよい。縮合芳香族炭化水素環の炭素数は特に限定されないが、好ましくは10〜18の範囲である。   The condensed aromatic hydrocarbon ring is, for example, naphthalene ring, azulene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, pyrene ring, chrysene ring, naphthacene ring, triphenylene ring, acenaphthene ring, coronene ring, fluorene ring, fluoranthene ring, naphthacene ring, Examples include a pentacene ring, a perylene ring, a pentaphen ring, a picene ring, a pyranthrene ring, and an anthraanthrene ring. Furthermore, the condensed aromatic hydrocarbon ring may have a substituent. The number of carbon atoms in the condensed aromatic hydrocarbon ring is not particularly limited, but is preferably in the range of 10-18.

単環芳香族複素環とは、フラン環、チオフェン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環等が挙げられる。更に、前記単環芳香族複素環は置換基を有していてもよい。   Examples of the monocyclic aromatic heterocycle include a furan ring, a thiophene ring, a pyridine ring, a pyridazine ring, a pyrimidine ring, a pyrazine ring, an oxadiazole ring, a triazole ring, an imidazole ring, a pyrazole ring, and a thiazole ring. Furthermore, the monocyclic aromatic heterocycle may have a substituent.

縮合芳香族複素環とは、例えば、キノリン環、イソキノリン環、キノキサリン環、ベンゾイミダゾール環、インドール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、フタラジン環、カルバゾール環、カルボリン環、ジアザカルバゾール環(カルボリン環を構成する炭化水素環の炭素原子の一つが更に窒素原子で置換されている環を示す)等が挙げられる。更に、前記縮合芳香族複素環は置換基を有していてもよい。縮合芳香族複素環の炭素数は特に限定されないが、好ましくは9〜18の範囲である。   The condensed aromatic heterocycle includes, for example, a quinoline ring, isoquinoline ring, quinoxaline ring, benzimidazole ring, indole ring, benzimidazole ring, benzothiazole ring, benzoxazole ring, quinoxaline ring, quinazoline ring, phthalazine ring, carbazole ring, And a carboline ring, a diazacarbazole ring (indicating a ring in which one of the carbon atoms of the hydrocarbon ring constituting the carboline ring is further substituted with a nitrogen atom). Furthermore, the fused aromatic heterocycle may have a substituent. The number of carbon atoms of the fused aromatic heterocycle is not particularly limited, but is preferably in the range of 9-18.

核炭素数とは、置換基以外の骨格に含まれる炭素数であるものをいう。例えば、ナフチル基は、ナフタレン環に含まれる炭素数が10であるので、無置換であってもさらに置換基を有していても、核炭素数は10である。   The term “nuclear carbon number” refers to the number of carbon atoms contained in the skeleton other than the substituent. For example, since the naphthyl group has 10 carbon atoms contained in the naphthalene ring, the naphthyl group has 10 nuclear carbon atoms, whether it is unsubstituted or further substituted.

電子受容性窒素とは、隣接原子との間に多重結合を形成している窒素原子を表す。電子受容性窒素を含む芳香族複素環とは、例えば、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、オキサジアゾール環、チアゾール環、キノリン環、イソキノリン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ベンゾキノリン環、フェナントロリン環、アクリジン環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、等が挙げられる。更に、前記電子受容性窒素を含む芳香族複素環は置換基を有していてもよい。好ましくは、ピリジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、キナゾリン環、キノキサリン環、フェナントロリン環が挙げられる。より好ましくは、ピリジン環、キノリン環、フェナントロリン環である。   The electron-accepting nitrogen represents a nitrogen atom that forms a multiple bond with an adjacent atom. The aromatic heterocyclic ring containing electron-accepting nitrogen is, for example, a pyridine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, triazine ring, oxadiazole ring, thiazole ring, quinoline ring, isoquinoline ring, quinazoline ring, quinoxaline ring, Examples thereof include a benzoquinoline ring, a phenanthroline ring, an acridine ring, a benzothiazole ring, and a benzoxazole ring. Furthermore, the aromatic heterocyclic ring containing the electron-accepting nitrogen may have a substituent. Preferable examples include pyridine ring, pyrimidine ring, triazine ring, quinoline ring, isoquinoline ring, quinazoline ring, quinoxaline ring, and phenanthroline ring. More preferred are a pyridine ring, a quinoline ring, and a phenanthroline ring.

一般式(1)で表される化合物は、AとBが異なる基であることで、分子が非対称構造となり結晶性が低下し、ガラス転移温度が高くなるため膜の安定性が向上する。   In the compound represented by the general formula (1), when A and B are different groups, the molecule has an asymmetric structure, the crystallinity is lowered, and the glass transition temperature is increased, so that the stability of the film is improved.

また、n=1のときは分子量が小さくなり、結晶性が高くなるため、AおよびBのうち、少なくともどちらかがそれぞれ置換もしくは無置換の縮合芳香族炭化水素基であって核炭素数が9以上であるもの、または置換もしくは無置換の縮合芳香族複素環基であって核炭素数が9以上であるものを有することで、分子が剛直になり、膜の安定性が向上するため好ましい。   In addition, when n = 1, the molecular weight is small and the crystallinity is high. Therefore, at least one of A and B is a substituted or unsubstituted condensed aromatic hydrocarbon group and has 9 carbon atoms. It is preferable to have the above or a substituted or unsubstituted condensed aromatic heterocyclic group having 9 or more nuclear carbon atoms because the molecule becomes rigid and the stability of the film is improved.

また、AとBの少なくとも一方が置換もしくは無置換のヘテロアリール基であることが好ましい。一般式(1)で表される化合物のLUMO準位が深くなり、光電変換層からアノードへの電子取り出しが容易になるからである。さらにAが窒素原子を含むヘテロアリール基であることで、さらにLUMO準位が深くなるため、好ましい。ただし非対称であっても分子量が小さいと結晶性が高くなってしまうため、一般式(1)で表される化合物の分子量は350以上が好ましく、さらに分子量は400以上が好ましい。   Moreover, it is preferable that at least one of A and B is a substituted or unsubstituted heteroaryl group. This is because the LUMO level of the compound represented by the general formula (1) becomes deep, and the electrons can be easily taken out from the photoelectric conversion layer to the anode. Furthermore, it is preferable that A is a heteroaryl group containing a nitrogen atom because the LUMO level becomes deeper. However, even if it is asymmetric, if the molecular weight is small, the crystallinity becomes high. Therefore, the molecular weight of the compound represented by the general formula (1) is preferably 350 or more, and more preferably 400 or more.

およびLは昇華時の安定性向上のため、もしくは共役が広がることによる電子移動度向上の観点から単結合、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。前述の基のなかでも分子量を大きくしすぎないという観点から、単結合、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフタレニレン基、ピリジニレン基、ピリミジニレン基、トリアジニレン基などが好ましい。これらの基がさらに置換されている場合の置換基としては、分子量を大きくしすぎないメチル基、シアノ基、フェニル基、ピリジル基などが好ましい。さらに、シアノ基やピリジル基のほうが、電子求引性が向上し、光電変換層からアノードへの電子取り出しが容易になる。その結果、光電変換効率を高められるためより好ましい。 L 1 and L 3 are a single bond, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group from the viewpoint of improving the stability during sublimation or from the viewpoint of improving the electron mobility due to the spread of conjugation. . Of these groups, a single bond, a phenylene group, a biphenylene group, a naphthalenylene group, a pyridinylene group, a pyrimidinylene group, a triazinylene group, and the like are preferable from the viewpoint that the molecular weight is not excessively increased. As the substituent when these groups are further substituted, a methyl group, a cyano group, a phenyl group, a pyridyl group, or the like that does not increase the molecular weight is preferable. Furthermore, a cyano group or a pyridyl group improves electron withdrawing properties and facilitates extraction of electrons from the photoelectric conversion layer to the anode. As a result, the photoelectric conversion efficiency can be increased, which is more preferable.

nは共役の広がりによる電子移動度向上の観点から、1〜3の整数である。さらに、分子量が大きくなりすぎること、合成上の簡便さから、1または2が好ましい。さらにnが2の場合、Lに同一の基が置換することで、LUMO軌道が分子全体に拡がり、電子移動度が高くなるため、好ましい。一般式(1)のAとBは異なる置換基であるので、nが2であっても、分子の対称性の向上による電子移動度の向上と、膜の安定性の両立が可能となる。 n is an integer of 1 to 3 from the viewpoint of improving electron mobility due to conjugation spread. Furthermore, 1 or 2 is preferable because the molecular weight is too large and the synthesis is simple. Further, when n is 2, substitution of the same group for L 2 spreads the LUMO orbital over the entire molecule and increases electron mobility, which is preferable. Since A and B in the general formula (1) are different substituents, even if n is 2, it is possible to improve both the electron mobility by improving the symmetry of the molecule and the stability of the film.

は、少なくとも一つの電子受容性を有する置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基であることにより、LUMO準位が深くなるため好ましい。そのなかでも、具体的にはピリジレン基、ピリミジニレン基、トリアジニレン基、キノリニレン基、イソキノリニレン基、ベンゾキノリニレン基、フェナントロリニレン基、ジベンゾキノリニレン基、ジベンゾキノキサリニレン基、ベンゾフェナントリジニレン基、ナフトキノリニレン基、ベンゾピリミジニレン基、インデノキノリニレン基、インデノイソキノリニレン基等は平面性が高く、電子移動度が高いため好ましい。 L 2 is preferably a substituted or unsubstituted heteroarylene group having at least one electron accepting property, since the LUMO level becomes deep. Among them, specifically, pyridylene group, pyrimidinylene group, triazinylene group, quinolinylene group, isoquinolinylene group, benzoquinolinylene group, phenanthrolinylene group, dibenzoquinolinylene group, dibenzoquinoxalinylene group, benzophenylene group Nantridinylene group, naphthoquinolinylene group, benzopyrimidinylene group, indenoquinolinylene group, indenoisoquinolinylene group and the like are preferable because of high planarity and high electron mobility.

は、さらにそのなかでも下記一般式(2)〜(6)のいずれかで表される基であることが好ましい。 Among them, L 2 is preferably a group represented by any one of the following general formulas (2) to (6).

Figure 2016092249
Figure 2016092249

式中、X〜X46はCH、置換された炭素原子、または窒素原子を表す。ただし、X〜Xの少なくとも一つ、X〜X14の少なくとも一つ、X15〜X24の少なくとも一つ、X25〜X34の少なくとも一つ、X35〜X46の少なくとも一つはそれぞれ窒素原子である。 In the formula, X 1 to X 46 represent CH, a substituted carbon atom, or a nitrogen atom. However, X 1, at least one to X 6, X 7 at least one to X 14, at least one of X 15 ~X 24, X 25, at least one to X 34, at least one X 35 to X 46 Each is a nitrogen atom.

また、一般式(2)においてはX〜Xのうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLまたはBとそれぞれ連結する。一般式(3)においてはX〜X14のうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLまたはBとそれぞれ連結する。一般式(4)においてはX15〜X24のうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLまたはBとそれぞれ連結する。一般式(5)においてはX25〜X34のうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLまたはBとそれぞれ連結する。一般式(6)においてはX35〜X46のうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLまたはBとそれぞれ連結する。 In the general formula (2), L 1 is linked to L 1 at any one position among X 1 to X 6 and L 3 or B is linked to any one other position. In the general formula (3), L 1 is connected to L 1 at any one position of X 7 to X 14 , and L 3 or B is connected to any one other position. In the general formula (4) X 15 and L 1 at any one of positions to X 24, respectively connect with L 3 or B in one of the positions of the other. In General Formula (5), L 1 is linked to L 1 at any one position of X 25 to X 34 and L 3 or B is linked to any one other position. In the general formula (6) and L 1 at any one of positions X 35 to X 46, respectively connect with L 3 or B in one of the positions of the other.

炭素原子に置換する場合の置換基として、分子量が大きくなりすぎないという観点から、メチル基、シアノ基、フェニル基、ピリジル基などが好ましい。さらに、シアノ基やピリジル基のほうが電子求引性が高く、一般式(1)で表される化合物のLUMO準位が深くなる。それにより、光電変換層からアノードへの電子取り出しが容易になり、光電変換効率を高められるためより好ましい。   As a substituent in the case of substituting with a carbon atom, a methyl group, a cyano group, a phenyl group, a pyridyl group, and the like are preferable from the viewpoint that the molecular weight does not become too large. Furthermore, the cyano group and the pyridyl group have higher electron withdrawing properties, and the LUMO level of the compound represented by the general formula (1) becomes deeper. This facilitates the extraction of electrons from the photoelectric conversion layer to the anode, and is preferable because the photoelectric conversion efficiency can be increased.

窒素原子の数は多ければ多いほど電子求引性が増し、一般式(1)で表される化合物のLUMO準位を深くなるため好ましいが、合成の簡便さを考慮すると、一般式(2)においては窒素原子数が2または3が好ましく、一般式(3)においては窒素原子数が1または2が好ましく、一般式(4)においては窒素原子数が2が好ましく、一般式(5)においては窒素原子数が1または2が好ましく、一般式(6)においては窒素原子数が1または2または6が好ましい。   As the number of nitrogen atoms is larger, the electron withdrawing property is increased, and the LUMO level of the compound represented by the general formula (1) is deepened, which is preferable, but in view of the ease of synthesis, the general formula (2) In general formula (3), the number of nitrogen atoms is preferably 1 or 2, and in general formula (4), the number of nitrogen atoms is preferably 2, and in general formula (5) The number of nitrogen atoms is preferably 1 or 2, and in the general formula (6), the number of nitrogen atoms is preferably 1 or 2 or 6.

さらに、これらのなかでも、電子求引性が高く、合成が簡便であるという観点から、Lが置換もしくは無置換のピリミジニレン基、または置換もしくは無置換のトリアジニレン基、または置換もしくは無置換のキナゾリニレン基が好ましい。さらに合成の簡便さから、置換もしくは無置換のピリミジニレン基が好ましい。 Further, among these, from the viewpoint of high electron withdrawing property and easy synthesis, L 2 is a substituted or unsubstituted pyrimidinylene group, a substituted or unsubstituted triazinylene group, or a substituted or unsubstituted quinazolinylene. Groups are preferred. Furthermore, a substituted or unsubstituted pyrimidinylene group is preferable from the viewpoint of ease of synthesis.

置換する場合の置換基としては、分子量が大きくなりすぎないという観点から、シアノ基やピリジル基のほうが、電子求引性が高くLUMO準位が深くなることで、光電変換層からアノードへの電子取り出しが容易になり、光電変換効率を高められるためより好ましい。   As the substituent in the case of substitution, from the viewpoint that the molecular weight does not become too large, the cyano group and the pyridyl group have higher electron withdrawing properties and deeper LUMO levels, so that electrons from the photoelectric conversion layer to the anode It is more preferable because it can be easily taken out and the photoelectric conversion efficiency can be increased.

Bは下記一般式(7)〜(12)のいずれかで表される基であることが好ましい。   B is preferably a group represented by any one of the following general formulas (7) to (12).

Figure 2016092249
Figure 2016092249

式中、Y〜Y55はそれぞれ独立にCH、置換された炭素原子または窒素原子を表す。となり合うY(i=1〜55)同士が縮合して環を形成してもよい。Z〜Zはそれぞれ独立にNR、CR、OまたはSである。R〜Rはそれぞれ独立に置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。ただし一般式(7)においてはY〜Y10のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。一般式(8)においてはY11〜Y21のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。一般式(9)においてはY22〜Y31のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。一般式(10)においてはY32〜Y43のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。一般式(11)においてはY44〜Y51のうち、もしくはRのいずれか1つの位置でLと連結する。一般式(12)においてはY52〜Y55のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。 In the formula, Y 1 to Y 55 each independently represent CH, a substituted carbon atom or a nitrogen atom. The adjacent Y i (i = 1 to 55) may be condensed to form a ring. Z 1 to Z 4 are each independently NR 3 , CR 4 R 5 , O or S. R 3 to R 5 are each independently a substituted or unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heteroaryl group. However, in the general formula (7) connects the L 3 in any one of positions Y 1 to Y 10. In the general formula (8) is connected to the L 3 in any one of positions Y 11 to Y 21. In the general formula (9) connects the L 3 in any one of positions Y 22 to Y 31. In the general formula (10) is connected to the L 3 in any one of positions Y 32 to Y 43. Of Y 44 to Y 51 in the general formula (11), or is connected to the L 3 in any one position of R 3. In the general formula (12) is connected to the L 3 in any one of positions Y 52 to Y 55.

置換された炭素原子の置換基、R〜Rが置換されている場合の置換基としては、分子量を大きくしすぎないという観点から、メチル基、シアノ基、フェニル基、ピリジル基などが好ましい。さらに、シアノ基やピリジル基のほうが、電子求引性が高く、LUMO準位を深くすれば、光電変換層からアノードへの電子取り出しが容易になり、光電変換効率を高められるためより好ましい。また、R〜Rの好ましい置換基としては、合成の容易さから、フェニル基、ピリジル基が好ましい。 As a substituent of a substituted carbon atom, and when R 3 to R 5 are substituted, a methyl group, a cyano group, a phenyl group, a pyridyl group, and the like are preferable from the viewpoint of not increasing the molecular weight. . Furthermore, a cyano group or a pyridyl group is more preferable because it has a high electron withdrawing property and a deep LUMO level facilitates the extraction of electrons from the photoelectric conversion layer to the anode and increases the photoelectric conversion efficiency. Moreover, as a preferable substituent of R < 3 > -R < 5 >, a phenyl group and a pyridyl group are preferable from the ease of a synthesis | combination.

は、LUMO準位を浅くしない観点から、電子供与性の小さい酸素原子または硫黄原子が好ましい。硫黄原子の場合は、硫黄原子上が酸化されていてもよく、オキサイドまたはジオキサイドであってもよく、ジオキサイドであることでLUMO準位を深くできるため、より好ましい。 Z 1 is preferably an oxygen atom or sulfur atom having a small electron donating property from the viewpoint of not making the LUMO level shallow. In the case of a sulfur atom, the sulfur atom may be oxidized, may be an oxide or a dioxide, and the oxide is more preferable because the LUMO level can be deepened by using a dioxide.

〜Zは、電子求引性の高いNRが好ましく、合成上の観点からはZおよびZがNR、ZがCRであるベンズイミダゾール環を形成していることが好ましい。 Z 2 to Z 4 are preferably NR 3 having a high electron withdrawing property, and form a benzimidazole ring in which Z 2 and Z 4 are NR 3 and Z 3 is CR 4 R 5 from the viewpoint of synthesis. It is preferable.

一般式(7)〜(11)のそれぞれにおいて、窒素原子は多ければ多いほど電子求引性が増し、LUMO準位を深くできるが、昇華時の安定性もそれに伴い低下する。そのため、合成の容易さおよび昇華時の安定も考慮すると、一般式(7)においては窒素原子数が0または1であることが好ましく、一般式(8)においては窒素原子数が2であることが好ましく、一般式(9)においては窒素原子数が0または2であることが好ましく、一般式(10)においては窒素原子数が0〜2であることが好ましく、一般式(11)については窒素原子数が0〜1であることが好ましい。   In each of the general formulas (7) to (11), as the number of nitrogen atoms increases, the electron withdrawing property increases and the LUMO level can be deepened, but the stability during sublimation also decreases accordingly. Therefore, considering the ease of synthesis and the stability during sublimation, the number of nitrogen atoms in general formula (7) is preferably 0 or 1, and the number of nitrogen atoms in general formula (8) is 2. In general formula (9), the number of nitrogen atoms is preferably 0 or 2. In general formula (10), the number of nitrogen atoms is preferably 0 to 2, and in general formula (11), It is preferable that the number of nitrogen atoms is 0-1.

一般式(1)で表される化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a compound represented by General formula (1), Specifically, the following examples are given.

Figure 2016092249
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一般式(1)で表される化合物の合成には、公知の方法を使用することができる。たとL−L−Lで表される化合物にAやBを導入する方法がある。その方法としては、例えば、パラジウム触媒やニッケル触媒下においてL−L−Lで表される化合物にAおよびBとのカップリング反応を用いる方法や、パラジウム触媒やニッケル触媒下においてAおよびBのボロン酸誘導体とハロゲン化したL−L−Lで表される化合物とのカップリング反応を用いる方法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、各種のボロン酸に代えて、ボロン酸エステルを用いてもよい。 A known method can be used for the synthesis of the compound represented by the general formula (1). For example, there is a method of introducing A or B into the compound represented by L 1 -L 2 -L 3 . Examples of the method include a method using a coupling reaction of A and B with a compound represented by L 1 -L 2 -L 3 under a palladium catalyst or a nickel catalyst, or A and B under a palladium catalyst or a nickel catalyst. Examples thereof include, but are not limited to, a method using a coupling reaction between a boronic acid derivative of B and a halogenated compound represented by L 1 -L 2 -L 3 . In addition, boronic acid esters may be used in place of various boronic acids.

<光電変換素子>
図1〜図4に本発明の光電変換素子の例を示す。図1は、第一電極10と第二電極20、およびそれらの間に介在する少なくとも一層の有機層15を有する光電変換素子の例である。該有機層に、光を電気エネルギーに変換する光電変換層が含まれる。以下、第一電極10がカソード、第二電極20がアノードである場合を例に説明する。
<Photoelectric conversion element>
1 to 4 show examples of the photoelectric conversion element of the present invention. FIG. 1 is an example of a photoelectric conversion element having a first electrode 10 and a second electrode 20 and at least one organic layer 15 interposed therebetween. The organic layer includes a photoelectric conversion layer that converts light into electrical energy. Hereinafter, a case where the first electrode 10 is a cathode and the second electrode 20 is an anode will be described as an example.

このような光電変換素子におけるカソードとアノードの間の光電変換層の構成としては、単独の光電変換素子材料から構成されていても良いが、高い光電変換効率を得るためには2種類以上の光電変換素子材料から構成されることが好ましく、2種類の光電変換素子材料から構成されることがより好ましい。さらに、その2種類が、一方が電子供与性の光電変換素子材料であり他方が電子受容性の光電変換素子材料であることがより好ましい。   The photoelectric conversion layer between the cathode and the anode in such a photoelectric conversion element may be composed of a single photoelectric conversion element material, but in order to obtain high photoelectric conversion efficiency, two or more kinds of photoelectric conversion layers are used. It is preferably composed of a conversion element material, and more preferably composed of two types of photoelectric conversion element materials. Furthermore, it is more preferable that one of the two types is an electron donating photoelectric conversion element material and the other is an electron accepting photoelectric conversion element material.

ここでいう電子受容性とは、電子親和力が高く、電子を受け取りやすい性質を示す。逆に電子供与性は電子を放出しやすい性質を示す。光電変換層が電子受容性が高いn型有機半導体材料と電子供与性が高いp型有機半導体材料から構成される場合、入射光により光電変換層で生成された励起子が基底状態に戻っていく前に効率よく電子と正孔に分離させることができる。分離された電子と正孔はそれぞれn型有機半導体材料およびp型有機半導体材料を通ってアノードとカソードに流れていくことで高い光電変換効率を得ることができる。   Here, the electron accepting property indicates a property that electron affinity is high and electrons are easily received. On the contrary, the electron donating property shows the property of easily releasing electrons. When the photoelectric conversion layer is composed of an n-type organic semiconductor material having a high electron-accepting property and a p-type organic semiconductor material having a high electron-donating property, excitons generated in the photoelectric conversion layer by incident light return to the ground state. It can be efficiently separated into electrons and holes before. The separated electrons and holes flow through the n-type organic semiconductor material and the p-type organic semiconductor material to the anode and the cathode, respectively, so that high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

また、カソードとアノードの間には、光電変換層1層のみからなる構成の他に、図2ないし4のように電荷阻止層を挿入してもよい。この電荷阻止層とは、電子または正孔をブロックする機能を有する層であり、カソードと光電変換層との間に挿入される場合は電子阻止層13、アノードと光電変換層との間に挿入される場合は電子取出し層17として機能する。光電変換素子はこれらの層のいずれか一種のみを含んでいても良いし、両方含んでいても良い。   Further, in addition to the configuration consisting of only one photoelectric conversion layer, a charge blocking layer may be inserted between the cathode and the anode as shown in FIGS. The charge blocking layer is a layer having a function of blocking electrons or holes. When the charge blocking layer is inserted between the cathode and the photoelectric conversion layer, the charge blocking layer is inserted between the electron blocking layer 13 and the anode and the photoelectric conversion layer. If it is, it functions as the electron extraction layer 17. The photoelectric conversion element may contain only one kind of these layers, or may contain both.

さらに、光電変換層が2種以上の光電変換素子材料から構成される場合、該光電変換層は2種以上の光電変換素子材料が混合された1層でもよいし、それぞれ1種以上の光電変換素子材料からなる層が積層された複数層でもよい。更には、混合層と各々の単独層が混合された構成でも良い。   Furthermore, when the photoelectric conversion layer is composed of two or more types of photoelectric conversion element materials, the photoelectric conversion layer may be a single layer in which two or more types of photoelectric conversion element materials are mixed, or each one or more types of photoelectric conversion elements. A plurality of layers in which layers of element materials are stacked may be used. Furthermore, the structure by which the mixed layer and each single layer were mixed may be sufficient.

本発明の光電変換素子は、第一電極と第二電極の間に少なくとも一層の有機層が存在し、光を電気エネルギーに変換する光電変換素子であって、前記有機層、好ましくは有機層に含まれる光電変換層に一般式(1)で表される化合物を含有する。さらに、一般式(1)で表される化合物は、少なくとも1つの電子受容性窒素を有する化合物であるため、LUMO準位が深い。そのため、上記有機層に一層の電子取り出し層を含んだ光電変換素子において、一般式(1)で表される化合物が該電子取出し層に含むことで、有機層もしくは光電変換層からアノードへの電子取り出しを容易にし、光電変換効率を向上させるため、好ましい。   The photoelectric conversion element of the present invention is a photoelectric conversion element in which at least one organic layer is present between the first electrode and the second electrode and converts light into electric energy, and the organic layer, preferably the organic layer The photoelectric conversion layer contained contains the compound represented by the general formula (1). Furthermore, since the compound represented by the general formula (1) is a compound having at least one electron-accepting nitrogen, the LUMO level is deep. Therefore, in the photoelectric conversion element in which the organic layer includes one electron extraction layer, the compound represented by the general formula (1) is included in the electron extraction layer, so that the electrons from the organic layer or the photoelectric conversion layer to the anode are included. It is preferable because it can be easily taken out and the photoelectric conversion efficiency is improved.

(カソードおよびアノード)
本発明の光電変換素子において、カソードとアノードは素子の中で作られた電子及び正孔を流し、十分に電流を流せるための役割を有するものであり、光を入らせるために少なくとも一方は透明または半透明であることが望ましい。通常、基板上に形成されるカソードを透明電極とする。
(Cathode and anode)
In the photoelectric conversion element of the present invention, the cathode and the anode have a role of allowing electrons and holes made in the element to flow and sufficient current to flow, and at least one of them is transparent to allow light to enter. Or it is desirable to be translucent. Usually, the cathode formed on the substrate is a transparent electrode.

カソードは、正孔を光電変換層から効率よく取り出せる材料、かつ光を入らせるために透明であればよい。材料としては酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)、インジウム・ガリウム・亜鉛・酸素(IGZO)などの導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケルなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなど特に限定されるものではないが、ITOガラスやネサガラスを用いることが特に好ましい。これらの電極材料は、単独で用いてもよいが、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。透明電極の抵抗は素子で作られた電流を十分流せればよく、素子の光電変換効率の観点からは低抵抗であることが好ましい。例えば300Ω/□以下のITO基板であれば素子電極として機能するので、低抵抗品を使用することが特に好ましい。ITOの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常50〜300nmの間で用いられることが多い。また、ガラス基板はソーダライムガラス、無アルカリガラスなどが用いられ、また厚みも機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、0.5mm以上あれば十分である。ガラスの材質は、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスが好ましく、またSiOなどのバリアコートを施したソーダライムガラスも使用できる。さらに、カソードが安定に機能するのであれば、基板はガラスである必要はなく、例えばプラスチック基板上にカソードを形成しても良い。ITO膜形成方法は、電子線ビーム法、スパッタリング法、化学反応法など特に制限を受けるものではない。 The cathode may be a material that can efficiently extract holes from the photoelectric conversion layer and transparent to allow light to enter. Materials include conductive oxides such as tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium / gallium / zinc / oxygen (IGZO), or gold, silver, chromium, nickel, etc. Inorganic conductive materials such as copper iodide, copper iodide and copper sulfide, and conductive polymers such as polythiophene, polypyrrole and polyaniline are not particularly limited, but it is particularly preferable to use ITO glass or Nesa glass. These electrode materials may be used alone, or a plurality of materials may be laminated or mixed. The resistance of the transparent electrode is sufficient if a current generated by the element can flow sufficiently, and is preferably low from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency of the element. For example, an ITO substrate having a resistance of 300Ω / □ or less functions as an element electrode, so that it is particularly preferable to use a low resistance product. The thickness of ITO can be arbitrarily selected according to the resistance value, but is usually used in a range of 50 to 300 nm. Further, soda lime glass, non-alkali glass or the like is used for the glass substrate, and the thickness of the glass substrate only needs to be sufficient to maintain the mechanical strength, so 0.5 mm or more is sufficient. The glass material is preferably alkali-free glass because it is better that there are fewer ions eluted from the glass, and soda lime glass with a barrier coating such as SiO 2 can also be used. Furthermore, if the cathode functions stably, the substrate does not need to be made of glass. For example, the cathode may be formed on a plastic substrate. The ITO film forming method is not particularly limited, such as an electron beam method, a sputtering method, or a chemical reaction method.

アノードは、電子を光電変換層から効率良く取り出せる物質が好ましく、白金、金、銀、銅、鉄、錫、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、カルシウム、マグネシウム、セシウム、ストロンチウムなどがあげられる。電子取り出し効率をあげて素子特性を向上させるためにはリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、セシウムまたはこれら低仕事関数金属を含む合金が有効である。さらに、しかし、これらの低仕事関数金属は、一般に大気中で不安定であることが多く、例えば、正孔阻止層に微量のリチウムやマグネシウム、セシウム(真空蒸着の膜厚計表示で1nm以下)をドーピングして安定性の高い電極を使用する方法が好ましい例として挙げることができる。またフッ化リチウムのような無機塩の使用も可能である。更に電極保護のために白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、またはこれら金属を用いた合金、そしてシリカ、チタニア、窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、塩化ビニル、炭化水素系高分子などを積層することが好ましい。これらの電極の作製法も抵抗加熱、電子線ビーム、スパッタリング、イオンプレーティング、コーティングなど導通を取ることができる方法がよい。また、特開2014−120616号公報に記載されているような、カソード、アノードの両方に透明電極が使用される場合は、IGZOのような低仕事関数の導電性金属酸化物をアノードに使用することで、暗電流の低減につながるため、好ましい。   The anode is preferably a substance that can efficiently extract electrons from the photoelectric conversion layer, such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, calcium, magnesium, cesium, strontium, etc. Can be given. Lithium, sodium, potassium, calcium, magnesium, cesium or alloys containing these low work function metals are effective for improving the device characteristics by increasing the electron extraction efficiency. In addition, however, these low work function metals are generally unstable in the atmosphere. For example, a small amount of lithium, magnesium, or cesium is used in the hole blocking layer (1 nm or less as indicated by a film thickness gauge in vacuum deposition). A preferred example is a method in which an electrode having high stability is doped. An inorganic salt such as lithium fluoride can also be used. Furthermore, for electrode protection, metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, indium, or alloys using these metals, and inorganic substances such as silica, titania, silicon nitride, polyvinyl alcohol, vinyl chloride, It is preferable to laminate a hydrocarbon polymer or the like. These electrodes are preferably produced by resistance heating, electron beam, sputtering, ion plating, coating or the like. When transparent electrodes are used for both the cathode and the anode as described in JP 2014-120616 A, a low work function conductive metal oxide such as IGZO is used for the anode. This is preferable because it leads to a reduction in dark current.

(光電変換層)
光電変換層とは実際に光電変換材料が形成される層であり、これはp型有機半導体材料とn型有機半導体材料との混合で形成される。この際、該材料は単独でも複数でもよい。光電変換層では光を吸収し、励起子を形成した後、電子と正孔がそれぞれn型有機半導体材料とp型有機半導体材料により、分離される。このように分離された電子と正孔はそれぞれ伝導準位と価電子準位を通して両極まで流され、電気エネルギーを発生させる。
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer is a layer in which a photoelectric conversion material is actually formed, and is formed by mixing a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material. At this time, the material may be single or plural. In the photoelectric conversion layer, after absorbing light and forming excitons, electrons and holes are separated by an n-type organic semiconductor material and a p-type organic semiconductor material, respectively. The separated electrons and holes flow to the both poles through the conduction level and the valence level, respectively, and generate electric energy.

光電変換層を構成する光電変換材料は後述の一般式(1)で表される化合物のほか、以前から光電変換材料として知られていた材料を用いられる。光電変換材料の光吸収波長領域によって、光電変換層の吸収波長が決められるため、用いようとする色に対応する光吸収特性の材料を用いることが好ましい。例えば、緑色の光電変換素子では450nm〜550nmで光を吸収する材料で光電変換層を構成する。また、上述したよう高い光電変換効率を得るために光電変換層を2種以上の材料で構成する場合、それぞれのp型有機半導体材料とn型有機半導体材料のエネルギー準位が正孔と電子を効率よく分離し、電極側に移動できる材料で光電変換層を構成する。   In addition to the compound represented by the general formula (1) described later, a material that has been known as a photoelectric conversion material has been used as the photoelectric conversion material constituting the photoelectric conversion layer. Since the absorption wavelength of the photoelectric conversion layer is determined by the light absorption wavelength region of the photoelectric conversion material, it is preferable to use a material having light absorption characteristics corresponding to the color to be used. For example, in the case of a green photoelectric conversion element, the photoelectric conversion layer is made of a material that absorbs light at 450 nm to 550 nm. In addition, when the photoelectric conversion layer is composed of two or more kinds of materials in order to obtain high photoelectric conversion efficiency as described above, the energy levels of the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material represent holes and electrons. The photoelectric conversion layer is formed of a material that can be efficiently separated and moved to the electrode side.

(p型半導体層)
p型有機半導体材料はイオン化ポテンシャルが比較的に小さく、電子供与性があって正孔輸送性化合物であれば、どの有機化合物でも良い。p型有機半導体材料の例としてはナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、クリセン、ナフタセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの 縮合多環芳香族誘導体を有する化合物やその誘導体、シクロペンタジエン誘導体、フラン誘導体、チオフェン誘導体、ピロール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、インドール誘導体、ピラゾリン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミンなどの芳香族アミン誘導体、スチリルアミン誘導体、ベンジジン誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、 キナクリドン誘導体などを挙げられる。
(P-type semiconductor layer)
The p-type organic semiconductor material may be any organic compound as long as it has a relatively small ionization potential, an electron donating property, and a hole transporting compound. Examples of p-type organic semiconductor materials include compounds having derivatives such as naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, chrysene, naphthacene, triphenylene, perylene, fluoranthene, fluorene, indene, derivatives thereof, cyclopentadiene derivatives, furan Derivatives, thiophene derivatives, pyrrole derivatives, benzofuran derivatives, benzothiophene derivatives, indole derivatives, pyrazoline derivatives, dibenzofuran derivatives, dibenzothiophene derivatives, carbazole derivatives, indolocarbazole derivatives, N, N′-dinaphthyl-N, N′-diphenyl- Aromatic amine derivatives such as 4,4′-diphenyl-1,1′-diamine, styrylamine derivatives, benzidine derivatives, porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, quinaclide Derivatives thereof and the like.

ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体を挙げられるが特にこれらに限定されるものではない。   Examples of the polymer system include, but are not limited to, a polyphenylene vinylene derivative, a polyparaphenylene derivative, a polyfluorene derivative, a polyvinyl carbazole derivative, and a polythiophene derivative.

(n型半導体層)
n型有機半導体材料は電子親和力が高く、電子輸送性の化合物であれば、どの材料でもよい。n型有機半導体材料の例としては一般式(1)で表される化合物のほか、ナフタレン、アントラセンなどの縮合多環芳香族誘導体、4,4’−ビス(ジフェニルエテニル)ビフェニルに代表されるスチリル系芳香環誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、ピロロピロール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、芳香族アセチレン誘導体、アルダジン誘導体、ピロメテン誘導体、ジケトピロロ[3,4−c]ピロール誘導体、イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾールなどのアゾール誘導体およびその金属錯体、アントラキノンやジフェノキノンなどのキノン誘導体、リンオキサイド誘導体、トリス(8−キノリノラート)アルミニウム(III)などのキノリノール錯体、ベンゾキノリノール錯体、ヒドロキシアゾール錯体、アゾメチン錯体、トロポロン金属錯体およびフラボノール金属錯体などの各種金属錯体を挙げられる。
(N-type semiconductor layer)
The n-type organic semiconductor material may be any material as long as it has a high electron affinity and is an electron transporting compound. Examples of n-type organic semiconductor materials include compounds represented by the general formula (1), condensed polycyclic aromatic derivatives such as naphthalene and anthracene, and 4,4′-bis (diphenylethenyl) biphenyl. Styryl aromatic ring derivatives, tetraphenylbutadiene derivatives, coumarin derivatives, oxadiazole derivatives, pyrrolopyridine derivatives, perinone derivatives, pyrrolopyrrole derivatives, thiadiazolopyridine derivatives, pyrimidine derivatives, triazine derivatives, aromatic acetylene derivatives, aldazine derivatives, Pyrromethene derivatives, diketopyrrolo [3,4-c] pyrrole derivatives, azole derivatives such as imidazole, thiazole, thiadiazole, oxazole, oxadiazole, triazole and metal complexes thereof, quinone derivatives such as anthraquinone and diphenoquinone Examples thereof include various metal complexes such as conductors, phosphorus oxide derivatives, quinolinol complexes such as tris (8-quinolinolato) aluminum (III), benzoquinolinol complexes, hydroxyazole complexes, azomethine complexes, tropolone metal complexes, and flavonol metal complexes.

また分子内にニトロ基、シアノ基、ハロゲンまたはトリフルオロメチル基を有する有機化合物や、キノン系化合物、マレイン酸無水物、フタル酸無水物などの酸無水物系化合物、C60、PCBMなどのフラーレンおよびフラーレン誘導体なども挙げられ使用できるが特に限定されるものではない。   Further, organic compounds having a nitro group, cyano group, halogen or trifluoromethyl group in the molecule, acid anhydride compounds such as quinone compounds, maleic acid anhydrides and phthalic acid anhydrides, fullerenes such as C60 and PCBM, and the like Although a fullerene derivative etc. are mentioned and can be used, it is not specifically limited.

(電荷阻止層)
電荷阻止層とは、光電変換層で光電変換された電子および正孔を効率よくかつ安定に電極から取り出すために用いられる層であり、電子を阻止する電子阻止層と正孔を阻止する正孔阻止層とが挙げられる。これらは無機物から構成されても良いし、有機化合物から構成されても良い。さらに、無機物と有機化合物の混合層からなってもよい。
(Charge blocking layer)
The charge blocking layer is a layer used to efficiently and stably take out electrons and holes photoelectrically converted in the photoelectric conversion layer from the electrode, and an electron blocking layer that blocks electrons and a hole that blocks holes. And a blocking layer. These may be comprised from the inorganic substance and may be comprised from the organic compound. Furthermore, you may consist of a mixed layer of an inorganic substance and an organic compound.

電子阻止層とは、光電変換層で生成された電子がカソード側に流れ、正孔と再結合するのを阻止するための層であり、各層を構成する材料の種類によっては、この層を挿入することにより正孔と電子の再結合が抑制され、光電変換効率が向上する。したがって、電子阻止性材料は光電変換材料よりもLUMOレベルがエネルギー的に高いものがよい。光電変換層からの電子の移動を効率よく阻止できる化合物が好ましく、具体的にはN,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン、N,N’−ビス(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミンなどのトリフェニルアミン類、ビス(N−アリルカルバゾール)またはビス(N−アルキルカルバゾール)類、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ジスチリル誘導体、ヒドラゾン系化合物、オキサジアゾール誘導体やフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体に代表される複素環化合物、ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリシランなどが挙げられるが、素子作製に必要な薄膜を形成し、光電変換層から正孔を抽出できて、さらに正孔を輸送できる化合物であれば良い。これらの電子阻止材料は単独でも用いられるが、異なる電子阻止材料と積層または混合して使用しても構わない。   The electron blocking layer is a layer for blocking electrons generated in the photoelectric conversion layer from flowing to the cathode side and recombining with holes. Depending on the type of material constituting each layer, this layer may be inserted. By doing so, recombination of holes and electrons is suppressed, and the photoelectric conversion efficiency is improved. Therefore, the electron blocking material preferably has an LUMO level higher in energy than the photoelectric conversion material. A compound that can efficiently block the movement of electrons from the photoelectric conversion layer is preferable. Specifically, N, N′-diphenyl-N, N′-bis (3-methylphenyl) -4,4′-diphenyl-1, Triphenylamines such as 1′-diamine, N, N′-bis (1-naphthyl) -N, N′-diphenyl-4,4′-diphenyl-1,1′-diamine, and bis (N-allylcarbazole) ) Or bis (N-alkylcarbazole) s, pyrazoline derivatives, stilbene compounds, distyryl derivatives, hydrazone compounds, oxadiazole derivatives, phthalocyanine derivatives, heterocyclic compounds typified by porphyrin derivatives, and the above monomers in polymer systems Polycarbonate, styrene derivatives, polyvinyl carbazole, polysilane, etc. Thin film is formed necessary manufacturing and can extract positive holes from the photoelectric conversion layer may be a further compound the hole can be transported. These electron blocking materials are used alone, but may be laminated or mixed with different electron blocking materials.

(電子取出し層)
電子取出し層とは、光電変換層で生成された電子をアノード側へ効率よく受け渡すための層である。さらには光電変換層で生成された正孔がアノード側に流れ、電子と再結合するのを阻止するための層である。各層を構成する材料の種類によっては、この層を挿入することにより正孔と電子の再結合が抑制され、光電変換効率が向上する。したがって、電子取出し層に用いられる材料は光電変換材料よりもLUMO準位とHOMO準位が深いものがよい。光電変換層からアノードへの電子の取出しを効率よく行い、さらには正孔の移動を効率よく阻止できる化合物が好ましい。正孔の移動を効率よく阻止できれば、光を照射していない素子に電圧を印加した際に生じるOFF電流を低下させ、暗電流が低減するからである。具体的には一般式(1)で表される化合物の他、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、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、ナフタレン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、ビピリジン、ターピリジンなどのオリゴピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体、芳香族リンオキサイド化合物などがあげられる。これらの材料は単独でも用いられるが、異なる材料と混合して使用しても構わない。また、それぞれ異なる材料を有する二層以上の電子取出し層が積層されていてもよい。
(Electronic extraction layer)
The electron extraction layer is a layer for efficiently transferring electrons generated in the photoelectric conversion layer to the anode side. Furthermore, it is a layer for preventing holes generated in the photoelectric conversion layer from flowing to the anode side and recombining with electrons. Depending on the type of material constituting each layer, insertion of this layer suppresses recombination of holes and electrons and improves photoelectric conversion efficiency. Therefore, the material used for the electron extraction layer is preferably a material having deeper LUMO and HOMO levels than the photoelectric conversion material. A compound that can efficiently extract electrons from the photoelectric conversion layer to the anode and further can efficiently block the movement of holes is preferable. This is because if the movement of holes can be efficiently blocked, the OFF current generated when a voltage is applied to an element not irradiated with light is reduced, and the dark current is reduced. Specifically, in addition to the compound represented by the general formula (1), quinolinol derivative metal complexes represented by 8-hydroxyquinoline aluminum, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perylene derivatives, perinone derivatives, naphthalene derivatives, coumarin derivatives , Oxadiazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, oligopyridine derivatives such as bipyridine and terpyridine, phenanthroline derivatives, quinoline derivatives, and aromatic phosphorus oxide compounds. These materials can be used alone or in combination with different materials. In addition, two or more electron extraction layers each having different materials may be stacked.

一般式(1)で表される化合物は、少なくとも1つの電子受容性窒素を有する化合物であるため、LUMO準位、HOMO準位が深い。そのため、一般式(1)で表される化合物を電子取出し層に使用することで、有機層もしくは光電変換層からアノードへの電子取り出しを容易にし、光電変換効率を向上させるため、好ましい。   Since the compound represented by the general formula (1) is a compound having at least one electron-accepting nitrogen, the LUMO level and the HOMO level are deep. Therefore, it is preferable to use the compound represented by the general formula (1) in the electron extraction layer, because it facilitates electron extraction from the organic layer or the photoelectric conversion layer to the anode and improves the photoelectric conversion efficiency.

<イメージセンサ>
本発明の光電変換素子はイメージセンサに好適に利用できる。イメージセンサは光学的な映像を電気的な信号に変換する半導体素子である。一般的にイメージセンサは光を電気エネルギーに変換する前述の光電変換素子と電気エネルギーを電気信号に読み出す回路で構成される。イメージセンサの用途によって、複数の光電変換素子を一次元直線または二次元平面に配列することができる。また、モノカラーのイメージセンサの場合は1種の光電変換素子で構成されてもよいが、カラーイメージセンサの場合は、2種以上の光電変換素子で構成され、例えば赤色光を検出する光電変換素子、緑色光を検出する光電変換素子、および青色光を検出する光電変換素子で構成される。各色の光電変換素子は積層構造を有する、すなわち一つの画素に積層されていてもよいし、横に並んでマトリクス構造で構成されてもよい。
<Image sensor>
The photoelectric conversion element of this invention can be utilized suitably for an image sensor. An image sensor is a semiconductor element that converts an optical image into an electrical signal. In general, an image sensor includes the photoelectric conversion element that converts light into electric energy and a circuit that reads the electric energy into an electric signal. A plurality of photoelectric conversion elements can be arranged in a one-dimensional straight line or a two-dimensional plane depending on the application of the image sensor. Further, in the case of a monocolor image sensor, it may be composed of one type of photoelectric conversion element, but in the case of a color image sensor, it is composed of two or more types of photoelectric conversion elements, for example, photoelectric conversion that detects red light. It comprises an element, a photoelectric conversion element that detects green light, and a photoelectric conversion element that detects blue light. The photoelectric conversion elements of the respective colors have a stacked structure, that is, may be stacked in one pixel, or may be configured in a matrix structure side by side.

なお、光電変換素子が一つの画素に積層された構造の場合は、図5に示すように、緑色光を検出する光電変換素子32、青色光を検出する光電変換素子33、赤色光を検出する光電変換素子31を順次積層した3層構造でも良く、図6に示すように緑色光を検出する光電変換素子32を上層に全面配置し、赤色光を検出する光電変換素子31、青色光を検出する光電変換素子33をマトリクス構造で形成された2層構造でも良い。この構造は、緑色光を検出する光電変換素子が入射光に対して最も近い層に配置されているものである。各色の積層の順序はこれに限らず、図5とは異なっていても良いが、最上層の光電変換素子が特定色を吸収し、かつ特定色以外の長波長光および短波長光を透過させる色フィルタとしての機能を有する観点から、緑色の光電変換素子を最上層に配置する構成が好ましい。また、短波長の検出しやすさの観点で、青色の光電変換素子を最上層に配置する構成をとっても良い。   In the case of a structure in which photoelectric conversion elements are stacked on one pixel, as shown in FIG. 5, a photoelectric conversion element 32 that detects green light, a photoelectric conversion element 33 that detects blue light, and a red light are detected. A three-layer structure in which the photoelectric conversion elements 31 are sequentially stacked may be used. As shown in FIG. 6, a photoelectric conversion element 32 that detects green light is arranged on the entire upper surface, the photoelectric conversion element 31 that detects red light, and blue light is detected. The photoelectric conversion element 33 to be formed may have a two-layer structure formed in a matrix structure. In this structure, a photoelectric conversion element that detects green light is arranged in a layer closest to incident light. The order of stacking the colors is not limited to this, and may be different from that shown in FIG. 5, but the uppermost photoelectric conversion element absorbs a specific color and transmits long-wavelength light and short-wavelength light other than the specific color. From the viewpoint of having a function as a color filter, a configuration in which a green photoelectric conversion element is arranged in the uppermost layer is preferable. Further, from the viewpoint of easy detection of a short wavelength, a configuration may be adopted in which a blue photoelectric conversion element is disposed in the uppermost layer.

またマトリクス構造の場合は、ベイヤー配列、ハニカム配列、ストライプ状配列、デルタ配列などの配列から選択することができる。また、緑色光を検出する光電変換素子に有機光電変換材料を使用し、赤色光を検出する光電変換素子および青色光を検出する光電変換素子については、従来用いられている無機系の光電変換材料や有機光電変換材料から適宜組み合わせて用いてもよい。   In the case of a matrix structure, an array such as a Bayer array, a honeycomb array, a stripe array, or a delta array can be selected. Moreover, an organic photoelectric conversion material is used for the photoelectric conversion element that detects green light, and the photoelectric conversion element that detects red light and the photoelectric conversion element that detects blue light are conventionally used inorganic photoelectric conversion materials. Or organic photoelectric conversion materials may be used in appropriate combination.

前述のとおり、本発明の光電変換素子材料は緑色領域にシャープな吸収スペクトルを有しているので、光電変換素子において選択的に緑色光を吸収して、赤色光と青色光を透過することができる。そのため、図7のように光電変換素子が縦型に積層された構造の場合は、緑色の光電変換素子において赤色光、青色光の検出ノイズを極めて少なくすることができ、赤色および青色の光電変換素子において極めて高い感度で光を検出することができる。よって色分離性に優れた光電変換素子を提供することができる。各色の積層の順序はこれに限らず、図7とは異なっていても良いが、緑色光以外の光を透過させる観点から、緑色の光電変換素子を最上層に配置する構成が好ましい。また、青色の光電変換素子の色選択性が優れている場合には、短波長の検出しやすさの観点で、青色の光電変換素子を最上層に配置する構成をとっても良い。   As described above, since the photoelectric conversion element material of the present invention has a sharp absorption spectrum in the green region, the photoelectric conversion element can selectively absorb green light and transmit red light and blue light. it can. Therefore, in the case of the structure in which the photoelectric conversion elements are stacked vertically as shown in FIG. 7, the detection noise of red light and blue light can be extremely reduced in the green photoelectric conversion element, and red and blue photoelectric conversion is performed. Light can be detected with extremely high sensitivity in the element. Therefore, a photoelectric conversion element having excellent color separation can be provided. The order of stacking the respective colors is not limited to this, and may be different from that shown in FIG. 7. However, a configuration in which the green photoelectric conversion elements are arranged in the uppermost layer is preferable from the viewpoint of transmitting light other than green light. When the color selectivity of the blue photoelectric conversion element is excellent, the blue photoelectric conversion element may be arranged in the uppermost layer from the viewpoint of easy detection of a short wavelength.

また、赤色光を検出する光電変換素子、緑色光を検出する光電変換素子、および青色光を検出する光電変換素子およびそれらの光電変換素子のうち少なくとも一つは電子取り出し層を供えた構成であってもよい。例としては、図7〜図9のように、各色光電変換素子の間に電子取出し層が挿入されていてもよい。電子取出し層の位置はこれに限らず、最上層または最下層に配置されていても良い。図7〜図9では電子取り出し層は一箇所にのみ設けられているが、二箇所以上に設けてもよい。また、各色の積層の順序はこれに限らず、図7〜9とは異なっていても良いが、緑色光以外の光を透過させる観点から、緑色の光電変換素子を最上層に配置する構成が好ましい。また、青色の光電変換素子の色選択性が優れている場合には、短波長の検出しやすさの観点で、青色の光電変換素子を最上層に配置する構成をとっても良い。   In addition, at least one of the photoelectric conversion element that detects red light, the photoelectric conversion element that detects green light, the photoelectric conversion element that detects blue light, and the photoelectric conversion element has a configuration including an electron extraction layer. May be. As an example, as shown in FIGS. 7 to 9, an electron extraction layer may be inserted between the color photoelectric conversion elements. The position of the electron extraction layer is not limited to this, and it may be arranged in the uppermost layer or the lowermost layer. 7 to 9, the electron extraction layer is provided only at one place, but it may be provided at two or more places. In addition, the order of stacking each color is not limited to this, and may be different from that shown in FIGS. 7 to 9. However, from the viewpoint of transmitting light other than green light, the configuration in which the green photoelectric conversion element is arranged in the uppermost layer is used. preferable. When the color selectivity of the blue photoelectric conversion element is excellent, the blue photoelectric conversion element may be arranged in the uppermost layer from the viewpoint of easy detection of a short wavelength.

さらに、赤色光を検出する光電変換素子、緑色光を検出する光電変換素子、および青色光を検出する光電変換素子およびそれらの光電変換素子のうち全てに電子取り出し層を供えた構成であってもよい。例としては、図10のように、赤、緑、青全ての光電変換素子の間、もしくは最下層に電子取出し層が配置されている構成が、暗電流を低減できるという観点から好ましい。電子取出し層の位置はこれに限らず、最上層または最下層に配置されていても良い。また、各色の積層の順序はこれに限らず、図7〜9とは異なっていても良いが、緑色光以外の光を透過させる観点から、緑色の光電変換素子を最上層に配置する構成が好ましい。また、青色の光電変換素子の色選択性が優れている場合には、短波長の検出しやすさの観点で、青色の光電変換素子を最上層に配置する構成をとっても良い。   Furthermore, even if the photoelectric conversion element that detects red light, the photoelectric conversion element that detects green light, the photoelectric conversion element that detects blue light, and a configuration in which an electron extraction layer is provided for all of these photoelectric conversion elements, Good. As an example, as shown in FIG. 10, a configuration in which an electron extraction layer is disposed between all the red, green, and blue photoelectric conversion elements or in the lowermost layer is preferable from the viewpoint of reducing dark current. The position of the electron extraction layer is not limited to this, and it may be arranged in the uppermost layer or the lowermost layer. In addition, the order of stacking each color is not limited to this, and may be different from that shown in FIGS. 7 to 9. However, from the viewpoint of transmitting light other than green light, the configuration in which the green photoelectric conversion element is arranged in the uppermost layer is used. preferable. When the color selectivity of the blue photoelectric conversion element is excellent, the blue photoelectric conversion element may be arranged in the uppermost layer from the viewpoint of easy detection of a short wavelength.

以上のように、本発明のイメージセンサは、2種類以上の光電変換素子で構成され、そのうちの少なくとも1種類の光電変換素子が前述の光電変換素子であることが好ましい。また、その2種類以上の光電変換素子が積層構造を有していることが好ましい。   As described above, the image sensor of the present invention is composed of two or more types of photoelectric conversion elements, and at least one of them is preferably the above-described photoelectric conversion element. The two or more types of photoelectric conversion elements preferably have a laminated structure.

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、構造分析に関する評価方法を下記に示す。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated, this invention is not limited by these examples. In addition, the evaluation method regarding structural analysis is shown below.

H−NMRは超伝導FTNMR EX−270(日本電子(株)製)を用い、重クロロホルム溶液にて測定を行った。 1 H-NMR was measured with a deuterated chloroform solution using superconducting FTNMR EX-270 (manufactured by JEOL Ltd.).

吸収スペクトルはU−3200形分光光度計(日立製作所(株)製)を用い、石英基板上に50nmの膜厚で蒸着して測定を行った。吸収係数は Lambert−Beer Lawにより計算した。   The absorption spectrum was measured by vapor deposition on a quartz substrate with a film thickness of 50 nm using a U-3200 spectrophotometer (manufactured by Hitachi, Ltd.). The absorption coefficient was calculated by Lambert-Beer Law.

合成例1
化合物[1]の合成
2,4,6−トリクロロピリミジン(5.0g)、フルオランテン−3−ボロン酸(13.4g)、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムジクロリド(382mg)、炭酸ナトリウム水溶液(73ml)、脱気したアセトニトリル(136ml)をフラスコに入れ窒素置換し、2時間加熱還流した。室温に冷却した後、ろ過を行い、減圧乾燥して固体を得た。得られた固体をフラスコに移し、トルエン(200ml)を加えて加熱還流した。室温に冷却後、ろ過を行い、中間体Aを12.0g得た。なお、中間体Aは以下の構造である。
Synthesis example 1
Synthesis of Compound [1] 2,4,6-Trichloropyrimidine (5.0 g), fluoranthene-3-boronic acid (13.4 g), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (382 mg), aqueous sodium carbonate solution (73 ml) Degassed acetonitrile (136 ml) was placed in a flask and purged with nitrogen, followed by heating under reflux for 2 hours. After cooling to room temperature, it was filtered and dried under reduced pressure to obtain a solid. The obtained solid was transferred to a flask, toluene (200 ml) was added, and the mixture was heated to reflux. After cooling to room temperature, filtration was performed to obtain 12.0 g of Intermediate A. Intermediate A has the following structure.

Figure 2016092249
Figure 2016092249

次に、中間体A(5.6g)、4−ピリジルフェニルボロン酸(2.4g)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)(250mg)、リン酸カリウム水溶液(24ml)、トリシクロヘキシルホスフィンテトラフルオロほう酸塩(192mg)をフラスコに入れ窒素置換し、3時間加熱還流した。室温に冷却した後、ろ過を行い、減圧乾燥して固体を得た。得られた固体をフラスコに移し、ピリジン(400ml)を加えて加熱還流した。降温後、活性炭(6.9g)を加えて1時間攪拌し、シリカパッドでろ過を行った。ろ液をエバポレートし、得られた固体をメタノールで洗浄し、再度ろ過を行い、減圧乾燥し、化合物[1]を得た。   Next, intermediate A (5.6 g), 4-pyridylphenylboronic acid (2.4 g), bis (dibenzylideneacetone) palladium (0) (250 mg), aqueous potassium phosphate (24 ml), tricyclohexylphosphine tetra Fluoroborate (192 mg) was placed in a flask, purged with nitrogen, and heated to reflux for 3 hours. After cooling to room temperature, it was filtered and dried under reduced pressure to obtain a solid. The obtained solid was transferred to a flask, pyridine (400 ml) was added, and the mixture was heated to reflux. After the temperature was lowered, activated carbon (6.9 g) was added, stirred for 1 hour, and filtered through a silica pad. The filtrate was evaporated, and the resulting solid was washed with methanol, filtered again, and dried under reduced pressure to obtain compound [1].

得られた固体のH−NMR分析結果は以下の通りであり、上記で得られた固体が化合物[1]であることが確認された。   The results of H-NMR analysis of the obtained solid are as follows, and it was confirmed that the solid obtained above was compound [1].

化合物[1]:H−NMR(CDCl(d=ppm))δ 7.42−7.46(m,4H)、7.62−7.64(m,2H)、7.73−8.19(m,15H)、8.59−8.62(m,2H)、8.70−8.73(m,2H)、8.87−8.90(m,2H)。 Compound [1]: H-NMR (CDCl 3 (d = ppm)) δ 7.42-7.46 (m, 4H), 7.62-7.64 (m, 2H), 7.73-8. 19 (m, 15H), 8.59-8.62 (m, 2H), 8.70-8.73 (m, 2H), 8.87-8.90 (m, 2H).

なお、化合物[1]は、油拡散ポンプを用いて1×10−3Paの圧力下、約350℃で昇華精製を行ってから光電変換素子用材料として使用した。 Compound [1] was used as a photoelectric conversion element material after sublimation purification at about 350 ° C. under a pressure of 1 × 10 −3 Pa using an oil diffusion pump.

Figure 2016092249
Figure 2016092249

合成例2
化合物[2]の合成
中間体A(2.0g)、(4−(ナフタレン−1−イル)フェニル)ボロン酸(1.1g)、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムジクロリド(55mg)、炭酸カリウム水溶液(9ml)、テトラヒドロフラン/トルエン混合溶液(19ml)をフラスコに入れ窒素置換し、3時間加熱還流した。室温に冷却した後、水を加えてろ過を行い、減圧乾燥して固体を得た。得られた固体をフラスコに移し、ピリジン(100ml)を加えて加熱還流した。降温後、活性炭(312mg)を加えて1時間攪拌し、シリカパッドでろ過を行った。ろ液をエバポレートし、得られた固体をメタノールで洗浄し、再度ろ過を行い、減圧乾燥して固体を得た。得られた固体をオルトキシレン(60ml)で再結晶し、ろ過を行い、減圧乾燥して化合物[2]を得た。
Synthesis example 2
Synthesis of Compound [2] Intermediate A (2.0 g), (4- (naphthalen-1-yl) phenyl) boronic acid (1.1 g), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (55 mg), aqueous potassium carbonate solution (9 ml) and a tetrahydrofuran / toluene mixed solution (19 ml) were placed in a flask, purged with nitrogen, and heated to reflux for 3 hours. After cooling to room temperature, water was added and the mixture was filtered and dried under reduced pressure to obtain a solid. The obtained solid was transferred to a flask, pyridine (100 ml) was added, and the mixture was heated to reflux. After the temperature was lowered, activated carbon (312 mg) was added, stirred for 1 hour, and filtered through a silica pad. The filtrate was evaporated and the resulting solid was washed with methanol, filtered again and dried under reduced pressure to give a solid. The obtained solid was recrystallized with ortho-xylene (60 ml), filtered and dried under reduced pressure to obtain compound [2].

得られた固体のH−NMR分析結果は以下の通りであり、上記で得られた固体が化合物[2]であることが確認された。   The results of H-NMR analysis of the obtained solid are as follows, and it was confirmed that the solid obtained above was compound [2].

化合物[2]:H−NMR(CDCl(d=ppm))δ 7.45−7.54(m,7H)、7.70−7.78(m,4H)、7.92−8.21(m,15H)、8.64−8.67(d,2H,J=7.83Hz)、8.88−8.91(d,2H,J=8.10Hz)。 Compound [2]: H-NMR (CDCl 3 (d = ppm)) δ 7.45-7.54 (m, 7H), 7.70-7.78 (m, 4H), 7.92-8. 21 (m, 15H), 8.64-8.67 (d, 2H, J = 7.83 Hz), 8.88-8.91 (d, 2H, J = 8.10 Hz).

なお、化合物[2]は、油拡散ポンプを用いて1×10−3Paの圧力下、約350℃で昇華精製を行ってから光電変換素子用材料として使用した。 Compound [2] was used as a photoelectric conversion element material after sublimation purification at about 350 ° C. under a pressure of 1 × 10 −3 Pa using an oil diffusion pump.

Figure 2016092249
Figure 2016092249

実施例1
化合物[1]を用いた光電変換素子を次のように作製した。ITO透明導電膜を150nm堆積させたガラス基板(旭硝子(株)製、15Ω/□、電子ビーム蒸着品)を30×40mmに切断、エッチングを行った。得られた基板をアセトン、”セミコクリーン(登録商標)56”(フルウチ化学(株)製)で各々15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。続いて、イソプロピルアルコールで15分間超音波洗浄してから熱メタノールに15分間浸漬させて乾燥させた。この基板を、素子を作製する直前に1時間UV−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10−5Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、電子阻止層としてPEDOT:PSSを30nm蒸着した。次に、光電変換層として化合物D−1と化合物A−1を蒸着速度比1:1で共蒸着した。次に、電子取出し層として化合物[1]を20nm蒸着した。アルミニウムを100nm蒸着して陰極とし、5×5mm角の素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。
Example 1
A photoelectric conversion element using the compound [1] was produced as follows. A glass substrate on which an ITO transparent conductive film was deposited to a thickness of 150 nm (Asahi Glass Co., Ltd., 15Ω / □, electron beam evaporated product) was cut into 30 × 40 mm and etched. The obtained substrate was ultrasonically washed with acetone and “Semicoclean (registered trademark) 56” (manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) for 15 minutes, respectively, and then washed with ultrapure water. Subsequently, it was ultrasonically cleaned with isopropyl alcohol for 15 minutes and then immersed in hot methanol for 15 minutes and dried. This substrate was subjected to UV-ozone treatment for 1 hour immediately before producing the device, placed in a vacuum deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus became 5 × 10 −5 Pa or less. PEDOT: PSS was deposited as an electron blocking layer by a resistance heating method to a thickness of 30 nm. Next, Compound D-1 and Compound A-1 were co-deposited at a deposition rate ratio of 1: 1 as a photoelectric conversion layer. Next, 20 nm of compound [1] was vapor-deposited as an electron extraction layer. Aluminum was deposited to a thickness of 100 nm to form a cathode, and a 5 × 5 mm square element was produced. The film thickness referred to here is a crystal oscillation type film thickness monitor display value.

作製した蒸着膜はグローブボックス内で封止を行い、48時間後の膜を目視で観察し、また、ホットプレートで100℃、3.5時間加熱した膜の状態を目視で観察したところ、膜の状態に変化は見られなかった。また、前記の条件で加熱した後のON電流、OFF電流を測定した。なお、ON電流は、白色LED光源(35000ルクス)からの光をITO基板から照射し、素子に−3Vを印加したときの電流値であり、OFF電流は、光を照射していないときに、素子に−3Vを印加したときの電流値である。その結果、ON電流は3.3×10−4mA/cm、OFF電流は3.8×10−8mA/cmであった。また、前記の条件による加熱前後の−3V印加時での光電変換効率は、加熱前で27%、加熱後で27%であった。なお、PEDOT:PSS、D−1、A−1は以下に示す化合物である。 The prepared deposited film was sealed in the glove box, the film after 48 hours was visually observed, and the state of the film heated at 100 ° C. for 3.5 hours with a hot plate was visually observed. There was no change in the condition. Further, the ON current and OFF current after heating under the above conditions were measured. The ON current is a current value when -3V is applied to the element by irradiating light from a white LED light source (35000 lux) from the ITO substrate, and the OFF current is when no light is irradiated. It is a current value when -3V is applied to the element. As a result, the ON current was 3.3 × 10 −4 mA / cm 2 , and the OFF current was 3.8 × 10 −8 mA / cm 2 . Further, the photoelectric conversion efficiency when -3 V was applied before and after heating under the above conditions was 27% before heating and 27% after heating. PEDOT: PSS, D-1, and A-1 are the compounds shown below.

Figure 2016092249
Figure 2016092249

実施例2〜6
電子取出し層に表1に記載した化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして光電変換素子を作成し、評価した。結果を表1に示す。なお、化合物3〜化合物6は以下に示す化合物である。
Examples 2-6
A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the compounds described in Table 1 were used for the electron extraction layer. The results are shown in Table 1. Compounds 3 to 6 are compounds shown below.

Figure 2016092249
Figure 2016092249

Figure 2016092249
Figure 2016092249

比較例1〜7
電子取出し層に表1に記載した化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして光電変換素子を作成し、評価した。結果を表1に示す。なお、HB−1〜HB−6は以下に示す化合物である。
Comparative Examples 1-7
A photoelectric conversion element was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the compounds described in Table 1 were used for the electron extraction layer. The results are shown in Table 1. HB-1 to HB-6 are the compounds shown below.

Figure 2016092249
Figure 2016092249

10 第一電極
13 電子阻止層
15 有機層
17 電子取出し層
20 第二電極
31 赤色光を検出する光電変換素子
32 緑色光を検出する光電変換素子
33 青色光を検出する光電変換素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st electrode 13 Electron blocking layer 15 Organic layer 17 Electron extraction layer 20 2nd electrode 31 Photoelectric conversion element 32 which detects red light Photoelectric conversion element 33 which detects green light Photoelectric conversion element which detects blue light

Claims (15)

第一電極及び第二電極の間に少なくとも一層の有機層があり、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子であって、前記有機層に、分子量が350以上であって、下記一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする光電変換素子。
Figure 2016092249
(式中、AおよびBは置換もしくは無置換のアリール基または置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。但し、AとBは異なる基である。LおよびLは単結合、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。nは1〜3の整数である。ただし、n=1のときは、AおよびBのうち、少なくともどちらかがそれぞれ置換もしくは無置換の縮合芳香族炭化水素基であって核炭素数が9以上であるもの、または置換もしくは無置換の縮合芳香族複素環基であって核炭素数が9以上であるものから選ばれる。Lは少なくとも一つの電子受容性窒素を有する置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。)
There is at least one organic layer between the first electrode and the second electrode, and the photoelectric conversion element converts light energy into electric energy. The organic layer has a molecular weight of 350 or more, and has the following general formula ( A photoelectric conversion device comprising the compound represented by 1).
Figure 2016092249
(In the formula, A and B are a substituted or unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heteroaryl group. However, A and B are different groups. L 1 and L 3 are single bonds, substituted or unsubstituted. A substituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, where n is an integer of 1 to 3, provided that when n = 1, at least one of A and B is substituted or unsubstituted. A substituted condensed aromatic hydrocarbon group having 9 or more nuclear carbon atoms, or a substituted or unsubstituted condensed aromatic heterocyclic group having 9 or more nuclear carbon atoms is selected. 2 is a substituted or unsubstituted heteroarylene group having at least one electron-accepting nitrogen.
一般式(1)のAとBの少なくとも一方が置換もしくは無置換のヘテロアリール基である請求項1記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein at least one of A and B in the general formula (1) is a substituted or unsubstituted heteroaryl group. 一般式(1)のLが下記一般式(2)〜(6)のいずれかで表される基である請求項1または2に記載の光電変換素子。
Figure 2016092249
(式中、X〜X46はCH、置換された炭素原子、または窒素原子を表す。ただし、X〜Xの少なくとも一つ、X〜X14の少なくとも一つ、X15〜X24の少なくとも一つ、X25〜X34の少なくとも一つ、X35〜X46の少なくとも一つはそれぞれ窒素原子である。
また、一般式(2)においてはX〜Xのうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLとそれぞれ連結する。
一般式(3)においてはX〜X14のうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLとそれぞれ連結する。
一般式(4)においてはX15〜X24のうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLとそれぞれ連結する。
一般式(5)においてはX25〜X34のうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLとそれぞれ連結する。
一般式(6)においてはX35〜X46のうちのいずれか1つの位置でLと、他のいずれか1つの位置でLとそれぞれ連結する。)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein L 2 in the general formula (1) is a group represented by any one of the following general formulas (2) to (6).
Figure 2016092249
(In the formula, X 1 to X 46 represent CH, a substituted carbon atom, or a nitrogen atom. Provided that at least one of X 1 to X 6 , at least one of X 7 to X 14 , X 15 to X at least one of 24, at least one of X 25 to X 34, at least one of X 35 to X 46 are each nitrogen atom.
In the general formula (2) and L 1 at any one of positions X 1 to X 6, respectively connect with L 2 at one of the positions of the other.
In the general formula (3) X 7 and L 1 at any one of positions to X 14, respectively connect with L 2 at one position one of the other.
In the general formula (4) X 15 and L 1 at any one of positions to X 24, respectively connect with L 2 at one position one of the other.
In the general formula (5) and L 1 at any one of positions X 25 to X 34, respectively connect with L 2 at one of the positions of the other.
In the general formula (6) and L 1 at any one of positions X 35 to X 46, respectively connect with L 2 at one of the positions of the other. )
一般式(1)のLが置換もしくは無置換のピリミジニレン基、または置換もしくは無置換のトリアジニレン基、または置換もしくは無置換のキナゾリニレン基である請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein L 2 in the general formula (1) is a substituted or unsubstituted pyrimidinylene group, a substituted or unsubstituted triazinylene group, or a substituted or unsubstituted quinazolinylene group. . 一般式(1)のLが置換もしくは無置換のピリミジニレン基である請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein L 2 in the general formula (1) is a substituted or unsubstituted pyrimidinylene group. 一般式(1)のAが窒素原子を含むヘテロアリール基で表される請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein A in the general formula (1) is represented by a heteroaryl group containing a nitrogen atom. 一般式(1)のBが下記一般式(7)〜(12)のいずれかである基である請求項1〜6のいずれかに記載の光電変換素子。
Figure 2016092249
(式中、Y〜Y55はそれぞれ独立にCH、置換された炭素原子または窒素原子を表す。となり合うY(i=1〜55)同士が縮合して環を形成してもよい。Z〜Zはそれぞれ独立にNR、CR、OまたはSである。R〜Rはそれぞれ独立に置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。
ただし一般式(7)においてはY〜Y10のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。
一般式(8)においてはY11〜Y21のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。
一般式(9)においてはY22〜Y31のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。
一般式(10)においてはY32〜Y43のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。
一般式(11)においてはY44〜Y51のうち、もしくはRのいずれか1つの位置でLと連結する。
一般式(12)においてはY52〜Y55のうちのいずれか1つの位置でLと連結する。)
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein B in the general formula (1) is a group represented by any one of the following general formulas (7) to (12).
Figure 2016092249
(In the formula, Y 1 to Y 55 each independently represent CH, a substituted carbon atom or a nitrogen atom. The adjacent Y i (i = 1 to 55) may be condensed to form a ring. Z 1 to Z 4 are each independently NR 3 , CR 4 R 5 , O or S. R 3 to R 5 are each independently a substituted or unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heteroaryl group. .
However, in the general formula (7) connects the L 3 in any one of positions Y 1 to Y 10.
In the general formula (8) is connected to the L 3 in any one of positions Y 11 to Y 21.
In the general formula (9) connects the L 3 in any one of positions Y 22 to Y 31.
In the general formula (10) is connected to the L 3 in any one of positions Y 32 to Y 43.
Of Y 44 to Y 51 in the general formula (11), or is connected to the L 3 in any one position of R 3.
In the general formula (12) is connected to the L 3 in any one of positions Y 52 to Y 55. )
一般式(1)のnが2である請求項1〜7のいずれか記載の光電変換素子。 N of general formula (1) is 2, The photoelectric conversion element in any one of Claims 1-7. 前記有機層が光電変換層を含み、該光電変換層に前記一般式(1)で表される化合物を含有する請求項1〜8のいずれか記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the organic layer includes a photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion layer contains the compound represented by the general formula (1). 前記有機層が、第一電極及び第二電極の間に少なくとも一層の光電変換層と一層の電子取り出し層を含み、該電子取り出し層が前記一般式(1)で表される化合物を含有する請求項1〜9のいずれか記載の光電変換素子。 The organic layer includes at least one photoelectric conversion layer and one electron extraction layer between the first electrode and the second electrode, and the electron extraction layer contains the compound represented by the general formula (1). Item 10. The photoelectric conversion element according to any one of Items 1 to 9. 請求項1〜10のいずれか記載の光電変換素子を含むイメージセンサ。 The image sensor containing the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-10. 2種類以上の光電変換素子で構成され、そのうちの1種類の光電変換素子が請求項1〜10のいずれか記載の光電変換素子である請求項11記載のイメージセンサ。 The image sensor according to claim 11, comprising two or more types of photoelectric conversion elements, one of which is the photoelectric conversion element according to claim 1. 前記2種類以上の光電変換素子が積層構造を有し、そのうちの一種類の光電変換素子が請求項1〜10のいずれか記載の光電変換素子である請求項12記載のイメージセンサ。 The image sensor according to claim 12, wherein the two or more types of photoelectric conversion elements have a laminated structure, and one type of the photoelectric conversion elements is the photoelectric conversion element according to claim 1. 赤色光を検出する光電変換素子、緑色光を検出する光電変換素子、および青色光を検出する光電変換素子およびそれらの光電変換素子のうち少なくとも一つは電子取出し層を供えた請求項12記載のイメージセンサ。 The photoelectric conversion element for detecting red light, the photoelectric conversion element for detecting green light, the photoelectric conversion element for detecting blue light, and at least one of these photoelectric conversion elements is provided with an electron extraction layer. Image sensor. 赤色光を検出する光電変換素子、緑色光を検出する光電変換素子、および青色光を検出する光電変換素子およびそれらの光電変換素子のうち全てに電子取出し層を供えた請求項12〜14のいずれかに記載のイメージセンサ。 The photoelectric conversion element for detecting red light, the photoelectric conversion element for detecting green light, the photoelectric conversion element for detecting blue light, and an electron extraction layer for all of the photoelectric conversion elements. The image sensor according to Crab.
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