JP2016103570A - Photovoltaic element - Google Patents

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悟 下村
Satoru Shimomura
悟 下村
山本 修平
Shuhei Yamamoto
修平 山本
北澤 大輔
Daisuke Kitazawa
大輔 北澤
伸博 渡辺
Nobuhiro Watanabe
伸博 渡辺
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photovoltaic element capable of achieving both photoelectric conversion efficiency and durability at a high level by searching a novel compound suitable for an electron extraction layer and using the compound.SOLUTION: A photovoltaic element comprises at least a positive electrode 2, a photoelectric conversion layer 3, an electron extraction layer 4 and a negative electrode 5 in this order. The photovoltaic element contains, in the electron extraction layer, a compound having a structure in which three or more nitrogen atoms included in a nitrogen-containing six-membered aromatic ring can adopt a spatial arrangement capable of donating an electron pair with respect to the same negative electrode metal, that is, a metal atom of the same type of metal constituting the negative electrode, or ions thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は光起電力素子に関する。   The present invention relates to a photovoltaic device.

太陽電池は環境に優しい電気エネルギー源であり、現在深刻さを増すエネルギー問題に対する有力なエネルギー源として注目されている。現在、太陽電池の光起電力素子の半導体素材としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体などの無機物が使用されている。しかし、無機半導体を用いて製造される太陽電池はコストが高いために、一般家庭に広く普及するには至っていない。コスト高の要因は主として、真空かつ高温下で半導体薄膜を製造するプロセスにある。そこで、製造プロセスの簡略化が期待される半導体素材として、共役系重合体や有機結晶などの有機半導体や有機色素を用いた有機太陽電池が検討されている。   Solar cells are environmentally friendly electrical energy sources and are currently attracting attention as potential energy sources for increasingly serious energy problems. Currently, inorganic materials such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and compound semiconductors are used as semiconductor materials for photovoltaic elements of solar cells. However, solar cells manufactured using inorganic semiconductors have not been widely used in general households because of high costs. The high cost factor is mainly in the process of manufacturing a semiconductor thin film under vacuum and high temperature. Therefore, organic solar cells using organic semiconductors and organic dyes such as conjugated polymers and organic crystals are being studied as semiconductor materials expected to simplify the manufacturing process.

しかし、共役系重合体などを用いた有機太陽電池は、従来の無機半導体を用いた太陽電池と比べて光電変換効率が低いことが最大の課題であり、まだ実用化には至っていない。また、有機太陽電池の実用化のためには、高い光電変換効率を長時間持続させるという高耐久性が必須である。   However, an organic solar cell using a conjugated polymer or the like has the biggest problem that the photoelectric conversion efficiency is lower than that of a conventional solar cell using an inorganic semiconductor, and has not yet been put into practical use. In addition, in order to put an organic solar cell into practical use, high durability that maintains high photoelectric conversion efficiency for a long time is essential.

有機太陽電池の光電変換効率および耐久性を向上させる方法の一つとして、電子取り出し層を発電層と負極の間に設置する方法が挙げられる。電子取り出し層としては、例えば、フェナントロリン化合物(特許文献1)やホスフィンオキサイド化合物(特許文献2)の使用例が知られている。   As one method for improving the photoelectric conversion efficiency and durability of the organic solar cell, there is a method in which an electron extraction layer is installed between the power generation layer and the negative electrode. As an electron taking-out layer, the usage example of a phenanthroline compound (patent document 1) and a phosphine oxide compound (patent document 2) is known, for example.

特開2011−192916号公報JP 2011-192916 A 特開2011−176305号公報JP 2011-176305 A

しかしながら、従来の電子取り出し層挿入による光電変換効率及び耐久性の向上効果は、実用化を見据える上で未だ十分ではなかった。本発明者らの知見によれば、例えば特許文献1に開示されているようなフェナントロリン化合物やビピリジル化合物の電子取り出し層を用いた素子構成では、大気中での保管安定性は問題ないが、光照射時における有機太陽電池としての十分な耐久性が得られなかった。   However, the effect of improving the photoelectric conversion efficiency and durability by inserting the conventional electron extraction layer has not been sufficient for the practical use. According to the knowledge of the present inventors, for example, in an element configuration using an electron extraction layer of a phenanthroline compound or a bipyridyl compound as disclosed in Patent Document 1, storage stability in the atmosphere is not a problem. Sufficient durability as an organic solar cell at the time of irradiation was not obtained.

また、特許文献2に開示されているようなホスフィンオキサイド化合物の電子取り出し層を用いた素子構成では十分な光電変換効率が得られず、さらに熱に対する耐久性が十分ではなかった。   Further, the element configuration using the electron extraction layer of the phosphine oxide compound as disclosed in Patent Document 2 cannot provide sufficient photoelectric conversion efficiency, and further, the durability against heat is not sufficient.

そこで本発明は、電子取り出し層に好適な新規化合物を探索し、それを用いることで光電変換効率と耐久性を高い次元で両立することが可能な、光起電力素子を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to search for a novel compound suitable for the electron extraction layer, and to provide a photovoltaic device capable of achieving both high photoelectric conversion efficiency and durability by using the compound. To do.

本発明者らは、前記の課題をふまえ、電子取り出し層の働きについて検討した結果、負極に用いられる金属電極とより強く相互作用しうる化合物を電子取り出し層に用いることで、高い光電変換効率と高耐久性を両立した光起電力素子が得られることを見出した。   Based on the above problems, the present inventors have studied the function of the electron extraction layer. As a result, by using a compound that can interact more strongly with the metal electrode used for the negative electrode in the electron extraction layer, high photoelectric conversion efficiency can be obtained. It has been found that a photovoltaic device having high durability can be obtained.

すなわち、本発明の主旨は以下の通りである。   That is, the gist of the present invention is as follows.

少なくとも正極、光電変換層、電子取出し層および金属で構成された負極をこの順に有する光起電力素子であって、電子取出し層に後述する(a)〜(c)をすべて満たす化合物を含む光起電力素子である。   A photovoltaic device having at least a positive electrode, a photoelectric conversion layer, an electron extraction layer, and a negative electrode composed of a metal in this order, and a photovoltaic device including a compound that satisfies all of (a) to (c) described later in the electron extraction layer It is a power element.

本発明によれば、高い光電変換効率と高耐久性を両立した光起電力素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a photovoltaic device that achieves both high photoelectric conversion efficiency and high durability.

本発明の光起電力素子の一態様を示す模式図The schematic diagram which shows the one aspect | mode of the photovoltaic device of this invention 本発明の光起電力素子の別の態様を示す模式図The schematic diagram which shows another aspect of the photovoltaic device of this invention

本発明の光起電力素子は少なくとも正極、光電変換層、電子取出し層および金属で構成された負極をこの順に有する光起電力素子であって、電子取出し層に下記(a)〜(c)をすべて満たす化合物(以下、便宜的に「本発明の化合物」という場合がある。)を含む光起電力素子である。
(a)含窒素六員環芳香環を含有する基(含窒素六員環芳香族基)を1または2以上有し、そのうち少なくとも1つは縮環していない含窒素六員環芳香環を含有する基(非縮環含窒素六員環芳香族基)である。
(b)前記1または2以上の含窒素六員環芳香族基中に、前記負極を構成する金属と同種の金属原子またはそのイオン(負極金属)に対して電子対供与可能な空間配置をとり得る3つ以上の環構成窒素原子(配位窒素原子)が存在し、該配位窒素原子のうち少なくとも1つは前記非縮環含窒素六員環芳香族基上の窒素原子である。
(c)化合物内の全ての含窒素六員環芳香環の総分子量が化合物全体の総分子量の60%以上である。
The photovoltaic device of the present invention is a photovoltaic device having at least a positive electrode, a photoelectric conversion layer, an electron extraction layer, and a negative electrode composed of a metal in this order, and the following (a) to (c) are included in the electron extraction layer: It is a photovoltaic device including a compound that satisfies all (hereinafter sometimes referred to as “the compound of the present invention” for convenience).
(A) a group containing a nitrogen-containing six-membered ring aromatic ring (nitrogen-containing six-membered ring aromatic group) having one or more, at least one of which is a non-condensed nitrogen-containing six-membered ring aromatic ring It is a group (non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group).
(B) The one or two or more nitrogen-containing six-membered ring aromatic groups have a spatial arrangement capable of donating electron pairs to the same metal atom or ion (negative electrode metal) as the metal constituting the negative electrode. There are three or more ring nitrogen atoms (coordinating nitrogen atoms) to be obtained, and at least one of the coordinating nitrogen atoms is a nitrogen atom on the non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group.
(C) The total molecular weight of all nitrogen-containing six-membered aromatic rings in the compound is 60% or more of the total molecular weight of the entire compound.

まず、上記(a)について説明する。含窒素六員環芳香族基とは、含窒素六員環芳香環を含有する基を意味する。含窒素六員環芳香環とは、六つの環構成原子からなる芳香環であって、六つの環構成原子の少なくとも一つが窒素原子である芳香環である。含窒素六員環芳香環の具体例としては、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、テトラジン環などが挙げられる。また、本発明においては縮環した含窒素六員環芳香環を含有する基も含窒素六員環芳香族基に含めるものとする。縮環した含窒素六員環芳香環の具体例としては、キノリン環、キノキサリン環、フェナントロリン環などが挙げられる。これらのうち、負極を構成する金属原子またはそのイオン(以下、「負極金属」と総称する。)に電子対供与可能な空間配置を取りやすい点において、含窒素六員環芳香族基として好ましいのは、縮環していない含窒素六員環芳香環を含有する基(以降、「非縮環含窒素六員環芳香族基」と称する)である。   First, (a) will be described. The nitrogen-containing 6-membered aromatic group means a group containing a nitrogen-containing 6-membered aromatic ring. The nitrogen-containing six-membered aromatic ring is an aromatic ring composed of six ring constituent atoms, and is an aromatic ring in which at least one of the six ring constituent atoms is a nitrogen atom. Specific examples of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring include a pyridine ring, a pyrazine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring, a triazine ring, and a tetrazine ring. In the present invention, a group containing a condensed nitrogen-containing six-membered aromatic ring is also included in the nitrogen-containing six-membered aromatic group. Specific examples of the condensed nitrogen-containing six-membered aromatic ring include a quinoline ring, a quinoxaline ring, and a phenanthroline ring. Among these, a nitrogen-containing six-membered aromatic group is preferable in that it can easily form a space arrangement capable of providing an electron pair to a metal atom constituting the negative electrode or an ion thereof (hereinafter collectively referred to as “negative electrode metal”). Is a group containing a non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic ring (hereinafter referred to as “non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group”).

そして、本発明の化合物においては、含窒素六員環芳香族基のうち少なくとも1つは非縮環含窒素六員環芳香族基である。非縮環含窒素六員環芳香族基が存在することにより、相互作用する負極金属の大きさ、及び、それらとの位置関係に対応して、供与する電子対の位置を最適化しやすくなる。このような非縮環含窒素六員環芳香族基としては、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、トリアジル基またはテトラジル基を含有する基が好ましく、ピラジル基、ピリミジル基、トリアジル基またはテトラジル基を含有し、かつこれらの基およびキノリル基、キノキサリル基、フェナントロリル基からなる群より選択される2以上含窒素芳香族基が単結合を介して結合した構造を有する基であることがより好ましい。非縮環含窒素六員環芳香族基は化合物中に二つ以上存在することが好ましく、三つ以上存在することがより好ましい。   In the compound of the present invention, at least one of the nitrogen-containing six-membered aromatic groups is a non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group. The presence of the non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group makes it easy to optimize the position of the electron pair to be donated in accordance with the size of the interacting negative electrode metal and the positional relationship therewith. Such a non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group is preferably a group containing a pyridyl group, a pyrazyl group, a pyrimidyl group, a triazyl group or a tetrazyl group, and a pyrazyl group, a pyrimidyl group, a triazyl group or a tetrazyl group is preferred. More preferably, it is a group having a structure in which two or more nitrogen-containing aromatic groups selected from the group consisting of these groups and a quinolyl group, a quinoxalyl group, and a phenanthryl group are bonded via a single bond. Two or more non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic groups are preferably present in the compound, more preferably three or more.

本発明の化合物は、上記(c)を満たす限り、すなわち化合物内の全ての含窒素六員環芳香環の分子量の合計が化合物全体の総分子量の60%未満とならない限りにおいて任意に置換されていてもよいが、配位窒素原子のオルト位が嵩高い基で置換されていると配位窒素原子が負極金属に配位しにくくなるため、配位窒素原子のオルト位は置換されていないことが好ましい。   The compound of the present invention is optionally substituted as long as the above (c) is satisfied, that is, unless the total molecular weight of all the nitrogen-containing six-membered aromatic rings in the compound is less than 60% of the total molecular weight of the entire compound. However, if the ortho position of the coordinating nitrogen atom is substituted with a bulky group, the coordinating nitrogen atom is difficult to coordinate with the negative electrode metal, so the ortho position of the coordinating nitrogen atom is not substituted. Is preferred.

次に、上記(b)について説明する。   Next, (b) will be described.

本発明において、「電子対供与可能な空間配置をとり得る3つ以上の環構成窒素原子(配位窒素原子)が存在」するか否かは下記の手順により判定される。   In the present invention, whether or not “three or more ring-constituting nitrogen atoms (coordinating nitrogen atoms) capable of taking an electron-donating space configuration exist” is determined by the following procedure.

1)化学構造式描画ソフト"ChemBioDraw Ultra”(Cambridge Soft社製)により、判定を行う化合物(以下、化合物X)の構造式を作図し、同ソフトの”Clean up structure”機能で構造式を整える。   1) Use the chemical structure drawing software “ChemBioDraw Ultra” (manufactured by Cambridge Soft) to draw the structure of the compound to be judged (hereinafter referred to as Compound X) and prepare the structure using the “Clean up structure” function of the software. .

2)前記構造式を分子モデリング/可視化ソフト”ChemBio3D” (Cambridge Soft社製)に取り込み、MM2(Molecular Mechanics program 2)計算を実行して初期構造を決定する。   2) The above structural formula is taken into the molecular modeling / visualization software “ChemBio3D” (Cambridge Soft) and MM2 (Molecular Mechanics program 2) calculation is performed to determine the initial structure.

3)前記初期構造を3次元分子構造描画ソフト” Material Studio”(Accelrys社製)に取り込む。   3) Import the initial structure into 3D molecular structure drawing software “Material Studio” (manufactured by Accelrys).

4)化合物X中の含窒素六員環芳香環に含まれる窒素原子から、任意の三つの窒素原子の組み合わせを選択する。   4) A combination of any three nitrogen atoms is selected from the nitrogen atoms contained in the nitrogen-containing six-membered aromatic ring in compound X.

5)”Material Studio”の画面上で、CPKモデルで各原子が互いに接触しない範囲で、回転可能な単結合部分のねじれ角を調整し、選択した三つの窒素原子相互間の距離の和を最小にする。   5) On the “Material Studio” screen, adjust the torsion angle of the rotatable single bond within the CPK model so that the atoms do not touch each other, and minimize the sum of the distances between the three selected nitrogen atoms. To.

6)DFT計算を行うための初期配置として、選択した三つの窒素原子を頂点とする三角形の重心に起電力素子の負極金属を置く。   6) As an initial arrangement for performing the DFT calculation, the negative electrode metal of the electromotive element is placed at the center of gravity of a triangle having the selected three nitrogen atoms as vertices.

7)DFT計算による構造最適化を行い、結果得られた構造において、負極金属の中心を基点として、前記負極金属の金属結合半径(以下、負極金属半径)と窒素原子のファンデルワールス半径(1.55オングストローム)との距離の和(以下、配位結合距離)を半径とする球体の表面または内側、且つ、前記負極金属半径より外側に、前記三つの窒素原子の中心が全て存在するか否かを判定する。なお、本発明において、金属結合半径は金属単体の最短原子間距離の半分の距離を示すものであり、化学便覧基礎編II(改訂5版)、887頁記載の値とする。   7) The structure was optimized by DFT calculation, and in the resulting structure, the metal bond radius of the negative electrode metal (hereinafter referred to as the negative metal radius) and the van der Waals radius of nitrogen atoms (1 .5 angstroms), whether or not all the centers of the three nitrogen atoms exist on the surface or inside of the sphere whose radius is the sum of the distances (hereinafter referred to as coordination bond distances) and outside the radius of the negative electrode metal. Determine whether. In the present invention, the metal bond radius indicates a distance that is half the shortest interatomic distance of a single metal, and is a value described in Chemical Handbook Basic Edition II (5th revised edition), page 887.

8)上記7)を満たす場合、三つの窒素原子以外の原子(以下、非配位原子)の中心が、前記球体の中心から前記負極金属半径と前記非配位原子のファンデルワールス半径の和の範囲内に存在しない配置をとることが可能か否かを判定する。   8) When the above 7) is satisfied, the center of atoms other than three nitrogen atoms (hereinafter, non-coordinating atoms) is the sum of the negative metal radius and the van der Waals radius of the non-coordinating atoms from the center of the sphere. It is determined whether or not an arrangement that does not exist within the range can be taken.

なお、四つ以上の原子が負極金属に配位する場合は、配位するすべての原子以外の原子を非配位原子とする。   Note that when four or more atoms are coordinated to the negative electrode metal, atoms other than all the atoms to be coordinated are non-coordinating atoms.

9)前記三つの窒素原子それぞれについて、窒素原子と、その窒素原子を含む含窒素六員環芳香環上の3つ隣の原子とを結んだ直線と垂直で、かつ、その窒素原子を通る平面に対して、含窒素六員環芳香環の反対側に前記負極金属の中心が存在するか否かを判定する。   9) For each of the three nitrogen atoms, a plane perpendicular to the straight line connecting the nitrogen atom and three adjacent atoms on the nitrogen-containing six-membered aromatic ring containing the nitrogen atom and passing through the nitrogen atom In contrast, it is determined whether the center of the negative electrode metal exists on the opposite side of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring.

10)上記7)、8)、9)の条件のいずれかを満たさない場合は、化合物X中の他の三つの窒素原子の組み合わせを選択し、上記5)に戻って繰り返す。化合物X中の三つの窒素原子の全ての組み合わせで、上記条件を満たさない場合、その化合物Xは「電子対供与可能な空間配置をとり得ない」と判定する。   10) If any of the above conditions 7), 8) and 9) is not satisfied, a combination of the other three nitrogen atoms in compound X is selected, and the process returns to 5) and repeats. When all the combinations of the three nitrogen atoms in the compound X do not satisfy the above condition, the compound X is determined as “cannot take a space configuration capable of donating electrons”.

11)上記7)、8)、9)のいずれの条件も満たす配置が存在する場合、その化合物Xは「電子対供与可能な空間配置をとり得る」と判定する。   11) When there is an arrangement that satisfies any of the above conditions 7), 8), and 9), it is determined that the compound X can “take a space arrangement capable of donating electrons”.

次に、上記(c)について説明する。含窒素六員環芳香環以外の部分が、含窒素六員環芳香環に対して大きい場合、負極金属との相互作用が阻害される可能性がある。そのため、化合物内の全ての含窒素六員環芳香環の総分子量が化合物全体の総分子量の60%以上である必要がある。この割合は65%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。なお、含窒素六員環芳香環の総分子量を計算する場合は、含窒素六員環芳香環の六員環を構成する六つの原子、およびそれらの原子に直接結合する水素原子のみを前記「含窒素六員環芳香環の総分子量」に含む。したがって、含窒素六員環芳香環が縮環している場合においては、当該含窒素六員環の環構成原子およびそれらに直接結合する水素原子以外の部分の分子量は、前記「含窒素六員環芳香環の総分子量」には含めない。   Next, the above (c) will be described. When the portion other than the nitrogen-containing six-membered aromatic ring is larger than the nitrogen-containing six-membered aromatic ring, the interaction with the negative electrode metal may be inhibited. Therefore, the total molecular weight of all the nitrogen-containing six-membered aromatic rings in the compound needs to be 60% or more of the total molecular weight of the whole compound. This ratio is preferably 65% or more, and more preferably 70% or more. When calculating the total molecular weight of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring, only the six atoms constituting the six-membered ring of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring and the hydrogen atoms directly bonded to those atoms are referred to as “ "Total molecular weight of nitrogen-containing six-membered aromatic ring". Therefore, in the case where the nitrogen-containing six-membered aromatic ring is condensed, the molecular weight of the nitrogen-containing six-membered ring other than the ring-constituting atoms and the hydrogen atoms directly bonded to them is It is not included in “total molecular weight of ring aromatic ring”.

また、本発明の化合物は、薄膜構造を保持できる必要があるため、分子量が500以上であることが好ましく、550以上がより好ましく、600以上がさらに好ましい。分子量はガラス転移温度に大きな影響を及ぼす要素の一つであり、分子量が500以上であることによって電子取り出し層の薄膜構造が安定し、本発明の光起電力素子の耐久性を高めることができる。   Moreover, since the compound of this invention needs to be able to hold | maintain a thin film structure, it is preferable that molecular weight is 500 or more, 550 or more is more preferable, 600 or more is further more preferable. Molecular weight is one of the factors that greatly affect the glass transition temperature. When the molecular weight is 500 or more, the thin film structure of the electron extraction layer is stabilized, and the durability of the photovoltaic device of the present invention can be enhanced. .

本発明において、(a)〜(c)をすべて満たす化合物は、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。   In the present invention, the compound satisfying all of (a) to (c) is preferably a compound represented by the following general formula (1).

B−(A)n (1)
一般式(1)中、Aは3つ以上の配位窒素原子を含有する含窒素六員環芳香族基である。nは1以上の整数を表す。nが1の場合、Aは非縮環含窒素六員環芳香族基である。nが2以上の場合、2以上のAは同一でもそれぞれ異なっていても良いが、2以上のAのうち少なくとも1つは非縮環含窒素六員環芳香族基である。Bは、Aの含窒素六員環芳香環のいずれかの環構成原子と直接結合しているn価の基を表す。
B- (A) n (1)
In general formula (1), A is a nitrogen-containing six-membered aromatic group containing three or more coordination nitrogen atoms. n represents an integer of 1 or more. When n is 1, A is a non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group. When n is 2 or more, two or more A may be the same or different, but at least one of the two or more A is a non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group. B represents an n-valent group directly bonded to any ring constituent atom of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring of A.

BはAの含窒素六員環芳香環のいずれかの環構成原子と直接結合しているn価の基であるが、2価以上の基であることが好ましく、3価以上の基であることがより好ましい。すなわち、nは2以上の整数であることが好ましく、3以上の整数であることがより好ましい。また、nが1の場合、Bは水素原子であってもよいものとする。   B is an n-valent group directly bonded to any of the ring-constituting atoms of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring of A, but is preferably a divalent or higher group, and more preferably a trivalent or higher group. It is more preferable. That is, n is preferably an integer of 2 or more, and more preferably an integer of 3 or more. When n is 1, B may be a hydrogen atom.

Bがアリール基または芳香族複素環基を骨格とする基であると、共役構造の存在により、本発明の光起電力素子の光電変換効率を高めることができるため好ましい。ここで、Bがアリール基または芳香族複素環基を骨格とする基である、とは、全てのAが当該アリール基または芳香族複素環基に直接結合していることを指す。Bは、アリール基または芳香族複素環基そのものであることがより好ましく、置換されていないアリール基であることが最も好ましい。   It is preferable that B is a group having an aryl group or an aromatic heterocyclic group as a skeleton because the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device of the present invention can be increased due to the presence of the conjugated structure. Here, B is a group having an aryl group or aromatic heterocyclic group as a skeleton, which means that all A are directly bonded to the aryl group or aromatic heterocyclic group. B is more preferably an aryl group or an aromatic heterocyclic group itself, and most preferably an unsubstituted aryl group.

Bの具体例としては下記のような構造が挙げられる。   Specific examples of B include the following structures.

Figure 2016103570
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(上記に示す各構造において、n個の水素がAと置換され、一般式(1)で表される化合物となる。また、m、lはそれぞれ任意の自然数である。)
一般式(1)で表される化合物において、Aは、Aに含まれる含窒素六員環芳香環の配位性窒素原子のメタ位またはパラ位でBと結合していることが好ましい。Aが配位性窒素原子のオルト位でBと結合している場合、Bの立体障害により前記配位窒素原子が負極金属に配位しにくくなるためである。
(In each structure shown above, n hydrogens are replaced with A, resulting in a compound represented by the general formula (1). M and l are each an arbitrary natural number.)
In the compound represented by the general formula (1), A is preferably bonded to B at the meta or para position of the coordinating nitrogen atom of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring contained in A. This is because when A is bonded to B at the ortho position of the coordinating nitrogen atom, the coordinating nitrogen atom is difficult to coordinate with the negative electrode metal due to the steric hindrance of B.

Aの具体例としては下記のような構造が挙げられる。   Specific examples of A include the following structures.

Figure 2016103570
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Figure 2016103570
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上記一般式(1)で表される化合物として、次の(i)および(ii)を満たす化合物は、本発明において特に好ましく用いられる。
(i)Aが下記式(A)および(A)より選択される基である。
As the compound represented by the general formula (1), compounds satisfying the following (i) and (ii) are particularly preferably used in the present invention.
(I) A is a group selected from the following formulas (A 1 ) and (A 2 ).

Figure 2016103570
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(A、Aはそれぞれ置換基を有していてもよい。)
(ii)(A)n部分に含まれる含窒素六員環芳香環の総分子量が化合物全体の総分子量の60%以上である。
(A 1 and A 2 may each have a substituent.)
(Ii) (A) The total molecular weight of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring contained in the n portion is 60% or more of the total molecular weight of the entire compound.

上記(i)および(ii)を満たす化合物において、Bはアリール基または芳香族複素環基を骨格とする基であることが好ましい。Bは、アリール基または芳香族複素環基そのものであることがより好ましく、置換されていないアリール基であることが最も好ましい。   In the compound satisfying the above (i) and (ii), B is preferably a group having a skeleton of an aryl group or an aromatic heterocyclic group. B is more preferably an aryl group or an aromatic heterocyclic group itself, and most preferably an unsubstituted aryl group.

上記(i)および(ii)を満たす化合物は、上記(ii)に反しない限りにおいて、A、AあるいはB部分に置換基を有していてもよい。置換基としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリール基、複素環基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、およびそれらの組み合わせから成る基などが挙げられる。 The compound satisfying the above (i) and (ii) may have a substituent at the A 1 , A 2 or B portion as long as it is not contrary to the above (ii). The substituent is not particularly limited, and examples thereof include alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, alkoxy groups, aryl groups, heterocyclic groups, halogen atoms, hydroxyl groups, cyano groups, amino groups, carboxyl groups, carbonyls. And a group composed of a group, an acetyl group, a sulfonyl group, a silyl group, a boryl group, a nitrile group, and combinations thereof.

ここで、アルキル基とは飽和脂肪族炭化水素基を表し、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられる。   Here, the alkyl group represents a saturated aliphatic hydrocarbon group, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group.

アルケニル基とは炭素−炭素二重結合を有する不飽和脂肪族炭化水素基を表し、例えばビニル基、プロペニル基、ブテニル基などが挙げられる。   An alkenyl group represents an unsaturated aliphatic hydrocarbon group having a carbon-carbon double bond, and examples thereof include a vinyl group, a propenyl group, and a butenyl group.

アルキニル基とは炭素−炭素三重結合を有する不飽和脂肪族炭化水素基を表し、例えばエチニル基、プロピニル基、ブチニル基などが挙げられる。   An alkynyl group represents an unsaturated aliphatic hydrocarbon group having a carbon-carbon triple bond, and examples thereof include an ethynyl group, a propynyl group, and a butynyl group.

アルコキシ基とはエーテル結合を介した脂肪族炭化水素基を表し、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などが挙げられる。   The alkoxy group represents an aliphatic hydrocarbon group via an ether bond, and examples thereof include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group.

アリール基とは芳香族炭化水素基を表し、例えばフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、アントリル基、ターフェニル基、ピレニル基、フルオレニル基、ペリレニル基、インデニル基、コロニル基、アズレニル基などが挙げられる。   An aryl group represents an aromatic hydrocarbon group, such as a phenyl group, naphthyl group, biphenyl group, phenanthryl group, anthryl group, terphenyl group, pyrenyl group, fluorenyl group, perylenyl group, indenyl group, coronyl group, azulenyl group, etc. Is mentioned.

複素環基とは、炭素原子以外の原子を含む脂肪族、芳香族の環状構造を有する基を表し、例えば、エポキシ基、アジリジル基、エピスルフィド基、オキソラニル基、ピロリジニル基、チオラニル基、オキサニル基、ピペリジニル基、チアニル基、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾジチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾリル基、フェノキサチエニル基、キサンテニル基、ベンゾフラニル基、チアントレニル基、インドリジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントロリル基、フェナントリジニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、キノキサリニル基、シロール基、ベンゾシロール基、ジベンゾシロール基などが挙げられる。   The heterocyclic group represents a group having an aliphatic or aromatic cyclic structure containing an atom other than a carbon atom. For example, an epoxy group, an aziridyl group, an episulfide group, an oxolanyl group, a pyrrolidinyl group, a thiolanyl group, an oxanyl group, Piperidinyl, thianyl, pyridyl, thienyl, furyl, pyrrolyl, oxazolyl, thiazolyl, oxadiazolyl, thiadiazolyl, pyrazyl, pyrimidyl, pyrazolyl, imidazolyl, benzothienyl, benzodithienyl , Dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, phenylcarbazolyl group, phenoxathienyl group, xanthenyl group, benzofuranyl group, thiantenyl group, indolizinyl group, phenoxazinyl group, phenothiazinyl group, acridinyl group, phenanthryl group, phenanthrene Lysinyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, indolyl group, a quinoxalinyl group, a silole group, Benzoshiroru group, etc. dibenzosilole group.

上記(i)および(ii)を満たす化合物において、含窒素六員環芳香環の全ての窒素原子のオルト位は、置換されていないか、またはアリール基以外の基で置換されていることが好ましい。前記配位窒素原子のオルト位が3級アルキル基やアリール基などの、含窒素六員環芳香環に結合する炭素原子やそれに隣接する原子上に大きな立体障害を有する基であると、前記配位窒素原子が負極金属と配位しようとする際に、前記負極金属が存在すべき位置にアリール基上の水素原子が存在してしまいやすくなり、その結果、三つ以上の窒素原子が、電子対供与可能な空間配置を取りにくくなるためである。   In the compound satisfying the above (i) and (ii), it is preferable that the ortho positions of all nitrogen atoms of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring are not substituted or substituted with a group other than an aryl group. . The ortho-position of the coordination nitrogen atom is a group having a large steric hindrance on a carbon atom bonded to a nitrogen-containing six-membered aromatic ring such as a tertiary alkyl group or an aryl group, or an atom adjacent thereto. When the coordinate nitrogen atom tries to coordinate with the negative electrode metal, a hydrogen atom on the aryl group tends to exist at the position where the negative electrode metal should exist, and as a result, three or more nitrogen atoms can be This is because it becomes difficult to obtain a space arrangement that can be provided.

アリール基以外の基としては、例えば1級もしくは2級のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、複素環基、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、およびニトリル基が挙げられる。(A)および(A)の窒素原子のオルト位は置換されていないことが好ましいが、置換される場合は、1級もしくは2級のアルキル基で置換されていることが好ましい。1級もしくは2級のアルキル基とは含窒素六員環芳香環と結合する炭素原子上に少なくとも一つの水素原子を有する飽和脂肪族炭化水素基を表し、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基などが挙げられる。 Examples of groups other than aryl groups include primary or secondary alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, alkoxy groups, heterocyclic groups, halogen atoms, hydroxyl groups, cyano groups, amino groups, carboxyl groups, carbonyl groups, and acetyl groups. , A sulfonyl group, a silyl group, a boryl group, and a nitrile group. The ortho position of the nitrogen atom of (A 1 ) and (A 2 ) is preferably not substituted, but when substituted, it is preferably substituted with a primary or secondary alkyl group. The primary or secondary alkyl group represents a saturated aliphatic hydrocarbon group having at least one hydrogen atom on a carbon atom bonded to a nitrogen-containing six-membered aromatic ring, such as a methyl group, an ethyl group, or n-propyl. Group, i-propyl group, n-butyl group, s-butyl group and the like.

次に、本発明の光起電力素子について説明する。本発明の光起電力素子は、少なくとも正極と負極を有し、これらの間に光電変換層、本発明の化合物を含む電子取り出し層を有する。図1は本発明の光起電力素子の一例を示す模式図である。図1において符号1は基板、符号2は正極、符号3は光電変換層、符号4は電子取り出し層、符号5は負極を示す。また、本発明の光起電力素子は、図2に例示したように、基板1/負極5/電子取り出し層4/光電変換層3/正極2の順番であってもよい。   Next, the photovoltaic element of the present invention will be described. The photovoltaic device of the present invention has at least a positive electrode and a negative electrode, and has a photoelectric conversion layer and an electron extraction layer containing the compound of the present invention between them. FIG. 1 is a schematic view showing an example of the photovoltaic element of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a substrate, reference numeral 2 is a positive electrode, reference numeral 3 is a photoelectric conversion layer, reference numeral 4 is an electron extraction layer, and reference numeral 5 is a negative electrode. The photovoltaic element of the present invention may be in the order of substrate 1 / negative electrode 5 / electron extraction layer 4 / photoelectric conversion layer 3 / positive electrode 2 as illustrated in FIG.

基板は、光電変換層に用いられる材料の種類や用途に応じて、電極材料や有機半導体層が積層できる基板、例えば、無アルカリガラス、石英ガラス、アルミニウム、鉄、銅、およびステンレスなどの合金、等の無機材料、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレンポリメチルメタクリレート、エポキシ樹脂やフッ素系樹脂等の有機材料から任意の方法によって作製されたフィルムや板が使用可能である。また、基板側から光を入射して用いる場合は、上記に示した各基板に80%以上の光透過性を持たせておくことが好ましい。ここで、光透過率とは、
[透過光強度(W/m)/入射光強度(W/m)]×100(%)
で与えられる値である。
The substrate is a substrate on which an electrode material or an organic semiconductor layer can be stacked, for example, an alloy such as alkali-free glass, quartz glass, aluminum, iron, copper, and stainless steel, depending on the type and application of the material used for the photoelectric conversion layer. Films and plates made by any method from inorganic materials such as polyester, polycarbonate, polyolefin, polyamide, polyimide, polyphenylene sulfide, polyparaxylene polymethyl methacrylate, epoxy resin and fluorine resin can be used is there. In addition, in the case where light is incident from the substrate side and used, it is preferable that each substrate described above has a light transmittance of 80% or more. Here, the light transmittance is
[Transmission light intensity (W / m 2 ) / incident light intensity (W / m 2 )] × 100 (%)
The value given by.

本発明の光起電力素子の正極または負極は光透過性を有する。少なくともいずれか一方が光透過性を有すればよく、両方が光透過性を有してもよい。ここで光透過性を有するとは、光電変換層に入射光が到達して起電力が発生する程度のことをいう。すなわち、光透過率として0%を超える値を有する場合、光透過性を有するという。この光透過性を有する電極は、400nm以上900nm以下の全ての波長領域において60〜100%の光透過率を有することが好ましい。また、光透過性を有する電極の厚さは十分な導電性が得られればよく、材料によって異なるが、20nm〜300nmが好ましい。なお、光透過性を有さない電極は、導電性があれば十分であり、厚さも特に限定されない。   The positive electrode or the negative electrode of the photovoltaic element of the present invention has optical transparency. It is sufficient that at least one of them has optical transparency, and both of them may have optical transparency. Here, having light transparency means that incident light reaches the photoelectric conversion layer and an electromotive force is generated. That is, when the light transmittance exceeds 0%, it is said to have light transmittance. The light-transmitting electrode preferably has a light transmittance of 60 to 100% in all wavelength regions of 400 nm to 900 nm. Moreover, the thickness of the electrode which has a light transmittance should just be sufficient electroconductivity, and although it changes with materials, 20 nm-300 nm are preferable. In addition, the electrode which does not have a light transmittance should just be electroconductive, and thickness is not specifically limited, either.

電極材料としては、正極には仕事関数の大きな導電性材料、もう一方の負極には仕事関数の小さな導電性材料を使用することが好ましい。   As the electrode material, it is preferable to use a conductive material having a high work function for the positive electrode and a conductive material having a low work function for the other negative electrode.

導電性材料としては、金、白金、銀、銅、鉄、亜鉛、錫、アルミニウム、インジウム、クロム、ニッケル、コバルト、スカンジウム、バナジウム、イットリウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム、などの金属のほか、インジウム酸化物、スズ酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物などの金属酸化物、複合金属酸化物(インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、アルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、ガリウム亜鉛酸化物(GZO)など)が挙げられる。なお、金属酸化物、複合金属酸化物のいずれかが含まれた電極を、金属電極という場合がある。上記以外の金属として、アルカリ金属やアルカリ土類金属、具体的にはリチウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、なども好ましく用いられる。さらに、上記の金属からなる合金や上記の金属の積層体からなる電極も好ましく用いられる。また、グラファイト、グラファイト層間化合物、カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体を含む電極も好ましく用いられる。また、上記の電極材料は2種以上の材料から成る混合層、及び、積層構造であってもよい。   Examples of conductive materials include metals such as gold, platinum, silver, copper, iron, zinc, tin, aluminum, indium, chromium, nickel, cobalt, scandium, vanadium, yttrium, cerium, samarium, europium, terbium, and ytterbium. In addition, metal oxides such as indium oxide, tin oxide, molybdenum oxide, nickel oxide, composite metal oxides (indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum zinc oxide (AZO) ), Gallium zinc oxide (GZO) and the like. Note that an electrode containing either a metal oxide or a composite metal oxide may be referred to as a metal electrode. As metals other than the above, alkali metals and alkaline earth metals, specifically lithium, magnesium, sodium, potassium, calcium, strontium, barium, and the like are also preferably used. Furthermore, an electrode made of an alloy made of the above metal or a laminate of the above metal is also preferably used. Further, graphite, graphite intercalation compounds, carbon nanotubes, graphene, polyaniline and derivatives thereof, and electrodes containing polythiophene and derivatives thereof are also preferably used. The electrode material may be a mixed layer composed of two or more materials and a laminated structure.

本発明において、負極に用いられる導電性材料には、少なくとも金属、金属酸化物、複合金属酸化物のいずれかが含まれる。また、本発明において、金属で構成された負極とは、
金属、金属酸化物、複合金属酸化物のいずれかを含む電極をいう。前記金属で構成された負極は、無機塩や上記以外の金属酸化物、上記以外の複合金属酸化物を含んでいてもよい。
In the present invention, the conductive material used for the negative electrode includes at least one of a metal, a metal oxide, and a composite metal oxide. In the present invention, the negative electrode made of metal is
An electrode containing any of metal, metal oxide, and composite metal oxide. The negative electrode composed of the metal may contain an inorganic salt, a metal oxide other than the above, or a composite metal oxide other than the above.

本発明において、正極に用いられる導電性材料は、光電変換層とオーミック接合するものであることが好ましい。後述する正孔輸送層を用いた場合においては、正極に用いられる導電性材料は正孔輸送層とオーミック接合するものであることが好ましい。また、負極に用いられる導電性材料は、光電変換層または電子取り出し層とオーミック接合するものであることが好ましい。ここで、負極側においてオーミック接合しやすくする方法として、負極側に電子取り出し層としてフッ化リチウム(LiF)やフッ化セシウムなどの金属フッ化物を導入する方法が挙げられる。電子取り出し層の導入によって取り出し電流を増大させることが可能である。   In the present invention, the conductive material used for the positive electrode is preferably an ohmic junction with the photoelectric conversion layer. In the case where a hole transport layer described later is used, the conductive material used for the positive electrode is preferably an ohmic junction with the hole transport layer. In addition, the conductive material used for the negative electrode is preferably an ohmic junction with the photoelectric conversion layer or the electron extraction layer. Here, as a method for facilitating ohmic bonding on the negative electrode side, a method of introducing a metal fluoride such as lithium fluoride (LiF) or cesium fluoride as an electron extraction layer on the negative electrode side can be mentioned. By introducing the electron extraction layer, it is possible to increase the extraction current.

本発明の有機起電力素子では、正極と光電変換層の間に正孔輸送層を設けてもよい。前記正孔輸送層を形成する材料としては、ポリチオフェン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリピロール重合体、ポリアニリン重合体、ポリフラン重合体、ポリピリジン重合体、ポリカルバゾール重合体などの導電性高分子や、フタロシアニン誘導体(HPc、CuPc、ZnPcなど)、ポルフィリン誘導体、アセン系化合物(テトラセン、ペンタセンなど)などのp型半導体特性を示す低分子有機化合物、グラフェンや酸化グラフェンなどの炭素化合物、MoOなどの酸化モリブデン(MoO)、WOなどの酸化タングステン(WO)、NiOなどの酸化ニッケル(NiO)、Vなどの酸化バナジウム(VO)、ZrOなどの酸化ジルコニウム(ZrO)、CuOなどの酸化銅(CuO)、ヨウ化銅、RuO4などの酸化ルテニウム(RuOx)、Re27などの酸化ルテニウム(ReO)などの無機材料が好ましく用いられる。中でも、ポリチオフェン系重合体であるポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)やPEDOTにポリスチレンスルホネート(PSS)が添加されたもの(以下、PEDOT:PSSと記載する場合がある)、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステンがより好ましく用いられる。 In the organic electromotive force element of the present invention, a hole transport layer may be provided between the positive electrode and the photoelectric conversion layer. As the material for forming the hole transport layer, a polythiophene polymer, a poly-p-phenylene vinylene polymer, a polyfluorene polymer, a polypyrrole polymer, a polyaniline polymer, a polyfuran polymer, a polypyridine polymer, a poly Low molecular organic compounds exhibiting p-type semiconductor properties such as conductive polymers such as carbazole polymers, phthalocyanine derivatives (H 2 Pc, CuPc, ZnPc, etc.), porphyrin derivatives, acene compounds (tetracene, pentacene, etc.), graphene And carbon compounds such as graphene oxide, molybdenum oxide (MoO x ) such as MoO 3 , tungsten oxide (WO x ) such as WO 3 , nickel oxide (NiO x ) such as NiO, and vanadium oxide (VO) such as V 2 O 5 x), zirconium oxide such as ZrO 2 (ZrO ), Copper oxide (CuO x, such as Cu 2 O), copper iodide, ruthenium oxide, such as RuO 4 (RuO x), an inorganic material such as ruthenium oxide (ReO x), such as Re 2 O 7 is preferably used. Among them, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), which is a polythiophene polymer, or PEDOT with polystyrene sulfonate (PSS) added (hereinafter sometimes referred to as PEDOT: PSS), molybdenum oxide, vanadium oxide, tungsten oxide. Is more preferably used.

前記正孔輸送層を形成する材料のうち、無機材料を用いて正孔輸送層を形成する方法としては、その金属塩や金属アルコキシドなどの前駆体溶液を塗布した後、加熱して層を形成する方法や、ナノ粒子分散液を基板に塗布して層を形成する方法が挙げられる。このとき、前記無機材料は、加熱温度や時間、及びナノ粒子の合成条件により、完全には反応が進行しておらず、部分的に加水分解したり、部分的に縮合したりすることで、中間生成物となっていたり、前駆体と中間生成物、最終生成物などの混合物となっていても良い。   Among the materials for forming the hole transport layer, as a method for forming the hole transport layer using an inorganic material, a precursor solution such as a metal salt or a metal alkoxide is applied and then heated to form a layer. And a method of forming a layer by applying a nanoparticle dispersion on a substrate. At this time, the inorganic material is not fully reacted due to the heating temperature and time, and the synthesis conditions of the nanoparticles, partially hydrolyzed, or partially condensed, It may be an intermediate product or a mixture of a precursor, an intermediate product, a final product, and the like.

前記正孔輸送層は単独の化合物から成る層であっても良いし、2種以上の化合物から成る混合層、または、積層構造であってもよい。また、前記正孔輸送層の厚さは5nm以上600nm以下が好ましく、5nm以上200nm以下がより好ましい。   The hole transport layer may be a layer made of a single compound, a mixed layer made of two or more compounds, or a laminated structure. The thickness of the hole transport layer is preferably 5 nm to 600 nm, and more preferably 5 nm to 200 nm.

次に、本発明の光起電力素子における光電変換層について説明する。光電変換層は、前記正極および負極に挟持され、少なくとも後述する電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を含む。前記光電変換層の構造として、例えば、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の混合物を含む層からなる構造、電子供与性有機材料からなる層と電子受容性有機材料からなる層を積層した構造、電子供与性有機材料からなる層と電子受容性有機材料からなる層の間に、これらの混合物からなる層を積層した構造などが挙げられる。これらのうち、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の混合物を含む層からなる構造がより好ましい。前記混合物の混合方法としては特に限定されるものではないが、所望の比率で溶媒に添加した後、加熱、撹拌、超音波照射などの方法を1種または複数種組み合わせて溶媒中に溶解させる方法が挙げられる。   Next, the photoelectric conversion layer in the photovoltaic device of the present invention will be described. The photoelectric conversion layer is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and includes at least an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material described later. As the structure of the photoelectric conversion layer, for example, a structure including a layer including a mixture of an electron donating organic material and an electron accepting organic material, a layer including an electron donating organic material, and a layer including an electron accepting organic material are stacked. Examples thereof include a structure in which a layer made of a mixture of these layers is laminated between a layer made of an electron donating organic material and a layer made of an electron accepting organic material. Of these, a structure composed of a layer containing a mixture of an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material is more preferable. The mixing method of the mixture is not particularly limited, but after adding to the solvent at a desired ratio, a method of heating, stirring, ultrasonic irradiation or the like is used in combination with one or a plurality of methods and dissolved in the solvent. Is mentioned.

前記光電変換層は、電子供与性有機材料および/または電子受容性有機材料を2種以上含有してもよい。   The photoelectric conversion layer may contain two or more kinds of electron donating organic materials and / or electron accepting organic materials.

前記光電変換層における電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率は特に限定されないが、電子供与性有機材料:電子受容性有機材料(ドナーアクセプター比)が、1:99〜99:1の範囲であることが好ましく、10:90〜90:10の範囲であることがより好ましく、20:80〜60:40の範囲であることがさらに好ましい。   Although the content ratio of the electron donating organic material and the electron accepting organic material in the photoelectric conversion layer is not particularly limited, the electron donating organic material: electron accepting organic material (donor acceptor ratio) is 1:99 to 99: 1 is preferable, 10:90 to 90:10 is more preferable, and 20:80 to 60:40 is more preferable.

なお、後述するように、光起電力素子用材料が一層の有機半導体層を形成する場合は、上述の含有比率はその一層に含まれる電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率となり、光電変換層が二層以上の積層構造である場合は、有機半導体層全体における電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率を意味する。   As will be described later, when the photovoltaic element material forms a single organic semiconductor layer, the above-mentioned content ratio is the content ratio of the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material contained in the single layer. When the photoelectric conversion layer has a laminated structure of two or more layers, it means the content ratio of the electron donating organic material and the electron accepting organic material in the whole organic semiconductor layer.

本発明における光電変換層は、本発明の目的を阻害しない範囲において、界面活性剤やバインダー樹脂、フィラー等の他の成分を含んでいてもよい。   The photoelectric conversion layer in the present invention may contain other components such as a surfactant, a binder resin, and a filler as long as the object of the present invention is not impaired.

本発明における光電変換層の厚さは、電子供与性有機材料および電子受容性有機材料が光吸収によって光起電力を生じるのに十分な厚さであればよい。前記光電変換層の厚さは、材料によって異なるが、10nm〜1000nmが好ましく、50nm〜500nmがより好ましい。   The thickness of the photoelectric conversion layer in the present invention may be sufficient as long as the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material generate photovoltaic power by light absorption. Although the thickness of the said photoelectric converting layer changes with materials, 10 nm-1000 nm are preferable and 50 nm-500 nm are more preferable.

本発明における光電変換層の光電変換効率をより向上させるためには、キャリアのトラップとなるような不純物は極力除去することが好ましい。電子供与性有機材料や、電子受容性有機材料の不純物を除去する方法は特に限定されないが、カラムクロマトグラフィー法、再結晶法、昇華法、再沈殿法、ソックスレー抽出法、GPCによる分子量分画法、濾過法、イオン交換法、キレート法等を用いることができる。一般的に低分子有機材料の精製にはカラムクロマトグラフィー法、再結晶法、昇華法が好ましく用いられる。他方、高分子量体の精製には、低分子量成分を除去する場合には再沈殿法やソクスレー抽出法、GPCによる分子量分画法が好ましく用いられ、金属成分を除去する場合には再沈殿法やキレート法、イオン交換法が好ましく用いられる。これらの方法のうち、複数を組み合わせて用いてもよい。   In order to further improve the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion layer in the present invention, it is preferable to remove impurities that can trap carriers as much as possible. A method for removing impurities from the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material is not particularly limited, but column chromatography method, recrystallization method, sublimation method, reprecipitation method, Soxhlet extraction method, molecular weight fractionation method by GPC A filtration method, an ion exchange method, a chelate method, or the like can be used. In general, a column chromatography method, a recrystallization method, and a sublimation method are preferably used for purification of a low molecular weight organic material. On the other hand, for purification of high molecular weight compounds, reprecipitation method, Soxhlet extraction method, molecular weight fractionation method by GPC is preferably used when removing low molecular weight components, and reprecipitation method or the like when removing metal components. A chelate method or an ion exchange method is preferably used. Of these methods, a plurality may be used in combination.

本発明における光電変換層中に含まれる電子供与性有機材料は、p型半導体特性を示す有機物であれば特に限定されない。例えば、ポリチオフェン系重合体、2,1,3−ベンゾチアジアゾール−チオフェン系共重合体、キノキサリン−チオフェン系共重合体、チオフェンーベンゾジチオフェン系共重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリ−p−フェニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリチエニレンビニレン系重合体などの共役系重合体、H2フタロシアニン(H2Pc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)等のフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン(TPD)、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(NPD)等のトリアリールアミン誘導体、4,4’−ジ(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(CBP)等のカルバゾール誘導体、オリゴチオフェン誘導体(ターチオフェン、クウォーターチオフェン、セキシチオフェン、オクチチオフェンなど)等の低分子有機化合物などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。   The electron-donating organic material contained in the photoelectric conversion layer in the present invention is not particularly limited as long as it is an organic substance exhibiting p-type semiconductor characteristics. For example, polythiophene polymer, 2,1,3-benzothiadiazole-thiophene copolymer, quinoxaline-thiophene copolymer, thiophene-benzodithiophene copolymer, poly-p-phenylene vinylene polymer, Conjugated polymers such as poly-p-phenylene polymer, polyfluorene polymer, polypyrrole polymer, polyaniline polymer, polyacetylene polymer, polythienylene vinylene polymer, H2 phthalocyanine (H2Pc), Phthalocyanine derivatives such as copper phthalocyanine (CuPc) and zinc phthalocyanine (ZnPc), porphyrin derivatives, N, N′-diphenyl-N, N′-di (3-methylphenyl) -4,4′-diphenyl-1,1 ′ -Diamine (TPD), N, N'-dinaphthyl-N, N'-diphenyl Triarylamine derivatives such as 4,4′-diphenyl-1,1′-diamine (NPD), carbazole derivatives such as 4,4′-di (carbazol-9-yl) biphenyl (CBP), oligothiophene derivatives (ter Low molecular organic compounds such as thiophene, quarterthiophene, sexithiophene, octithiophene). Two or more of these may be used.

上記の電子供与性有機材料の例示のうち、ポリチオフェン系重合体とは、チオフェン骨格を主鎖に有する共役系重合体を指し、側鎖を有するものも含む。具体的には、ポリ−3−メチルチオフェン、ポリ−3−ブチルチオフェン、ポリ−3−ヘキシルチオフェン、ポリ−3−オクチルチオフェン、ポリ−3−デシルチオフェンなどのポリ−3−アルキルチオフェン、ポリ−3−メトキシチオフェン、ポリ−3−エトキシチオフェン、ポリ−3−ドデシルオキシチオフェンなどのポリ−3−アルコキシチオフェン、ポリ−3−メトキシ−4−メチルチオフェン、ポリ−3−ドデシルオキシ−4−メチルチオフェンなどのポリ−3−アルコキシ−4−アルキルチオフェンなどが挙げられる。   Among the examples of the electron donating organic material, the polythiophene polymer refers to a conjugated polymer having a thiophene skeleton in the main chain, and includes those having a side chain. Specifically, poly-3-alkylthiophene such as poly-3-methylthiophene, poly-3-butylthiophene, poly-3-hexylthiophene, poly-3-octylthiophene, poly-3-decylthiophene, poly- Poly-3-alkoxythiophene such as 3-methoxythiophene, poly-3-ethoxythiophene, poly-3-dodecyloxythiophene, poly-3-methoxy-4-methylthiophene, poly-3-dodecyloxy-4-methylthiophene And poly-3-alkoxy-4-alkylthiophene.

2,1,3−ベンゾチアジアゾール−チオフェン系共重合体とは、チオフェン骨格と2,1,3−ベンゾチアジアゾール骨格を主鎖に有する共役系共重合体を指す。2,1,3−ベンゾチアジアゾール−チオフェン系共重合体として、具体的には下記のような構造が挙げられる。以下の式において、nは1〜1000の範囲を示す。   The 2,1,3-benzothiadiazole-thiophene copolymer refers to a conjugated copolymer having a thiophene skeleton and a 2,1,3-benzothiadiazole skeleton in the main chain. Specific examples of the 2,1,3-benzothiadiazole-thiophene copolymer include the following structures. In the following formula, n represents a range of 1 to 1000.

Figure 2016103570
Figure 2016103570

上記の電子供与性有機材料の例示のうち、キノキサリン−チオフェン系共重合体とは、チオフェン骨格とキノキサリン骨格を主鎖に有する共役系共重合体を指す。キノキサリン−チオフェン系共重合体として、具体的には下記のような構造が挙げられる。以下の式において、nは1〜1000の範囲を示す。   Among the examples of the electron donating organic material, the quinoxaline-thiophene copolymer refers to a conjugated copolymer having a thiophene skeleton and a quinoxaline skeleton in the main chain. Specific examples of the quinoxaline-thiophene copolymer include the following structures. In the following formula, n represents a range of 1 to 1000.

Figure 2016103570
Figure 2016103570

上記の電子供与性有機材料の例示のうち、チオフェン−ベンゾジチオフェン系重合体とは、チオフェン骨格とベンゾジチオフェン骨格を主鎖に有する共役系共重合体を指す。チオフェン−ベンゾジチオフェン系共重合体として、具体的には下記のような構造が挙げられる。以下の式において、nは1〜1000の範囲を示す。   Among the examples of the electron donating organic material, the thiophene-benzodithiophene polymer refers to a conjugated copolymer having a thiophene skeleton and a benzodithiophene skeleton in the main chain. Specific examples of the thiophene-benzodithiophene copolymer include the following structures. In the following formula, n represents a range of 1 to 1000.

Figure 2016103570
Figure 2016103570

上記の電子供与性有機材料の例示のうち、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体とは、p−フェニレンビニレン骨格を主鎖に有する共役系重合体を指し、側鎖を有するものも含む。具体的には、ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ[2−メトキシ−5−(3’,7’−ジメチルオクチルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]などが挙げられる。   Among the examples of the electron donating organic material, the poly-p-phenylene vinylene polymer refers to a conjugated polymer having a p-phenylene vinylene skeleton in the main chain, and includes those having a side chain. Specifically, poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene], poly [2-methoxy-5- (3 ′, 7′-dimethyloctyloxy) -1, 4-phenylene vinylene] and the like.

本発明における光電変換層中に含まれる電子受容性有機材料は、n型半導体特性を示す有機物であれば特に限定されない。例えば、1,4,5,8−ナフタ レンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(NTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(PTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックビスベンズイミダゾール(PTCBI)、N,N'−ジオクチル−3,4,9,10−ナフチルテトラカルボキシジイミド(PTCDI−C8H)、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)、2,5−ジ(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール(BND)等のオキサゾール誘導体、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、フラーレン化合物(C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94を始めとする無置換のものと、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドメチルエステル([6,6]−PCBM)、[5,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドメチルエステル([5,6]−PCBM)、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドヘキシルエステル([6,6]−PCBH)、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドドデシルエステル([6,6]−PCBD)、フェニル C71 ブチリックアシッドメチルエステル(PC70BM)、フェニル C85 ブチリックアシッドメチルエステル(PC84BM)など)、カーボンナノチューブ(CNT)、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体にシアノ基を導入した誘導体(CN−PPV)などが挙げられる。中でも、フラーレン化合物は電荷分離速度と電子移動速度が速いため、好ましく用いられる。フラーレン化合物の中でも、C70誘導体(上記PC70BMなど)は光吸収特性に優れ、より高い光電変換効率を得られるために、より好ましい。 The electron-accepting organic material contained in the photoelectric conversion layer in the present invention is not particularly limited as long as it is an organic substance exhibiting n-type semiconductor characteristics. For example, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTCDA), 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), 3,4,9,10-perylenetetracarboxyl Rick bisbenzimidazole (PTCBI), N, N′-dioctyl-3,4,9,10-naphthyltetracarboxydiimide (PTCDI-C8H), 2- (4-biphenylyl) -5- (4-t-butylphenyl) ) -1,3,4-oxadiazole (PBD), 2,5-di (1-naphthyl) -1,3,4-oxadiazole (BND) and other oxazole derivatives, 3- (4-biphenylyl) Triazole derivatives such as -4-phenyl-5- (4-t-butylphenyl) -1,2,4-triazole (TAZ) Body, phenanthroline derivatives, phosphine oxide derivatives, and those of the unsubstituted to fullerene compound (C 60, C 70, C 76, C 78, C 82, C 84, C 90, C 94 started, [6,6] -Phenyl C61 butyric acid methyl ester ([6,6] -PCBM), [5,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester ([5,6] -PCBM), [6,6] -phenyl C61 buty Rick acid hexyl ester ([6,6] -PCBH), [6,6] -phenyl C61 butyric acid dodecyl ester ([6,6] -PCBD), phenyl C71 butyric acid methyl ester (PC 70 BM), phenyl C85 butyric acid methyl ester (PC 84 BM), etc.), carbon Nanotubes (CNT), poly -p- phenylene vinylene-based polymer derivatives obtained by introducing cyano group into (CN-PPV) and the like. Among these, fullerene compounds are preferably used because of their high charge separation speed and electron transfer speed. Among fullerene compounds, C 70 derivatives (such as the above PC 70 BM) are more preferable because they are excellent in light absorption characteristics and can obtain higher photoelectric conversion efficiency.

本発明の光起電力素子は、前記本発明の化合物を含む電子取り出し層を有する。前記電子取り出し層は本発明の効果を阻害しない範囲において本発明の化合物以外の物質を含んでもよい。   The photovoltaic device of the present invention has an electron extraction layer containing the compound of the present invention. The electron extraction layer may contain a substance other than the compound of the present invention as long as the effect of the present invention is not impaired.

前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物以外の物質の具体例として、例えば、電子受容性有機材料(NTCDA、PTCDA、PTCDI−C8H、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、ホスフィンスルフィド誘導体、キノリン誘導体、フラーレン化合物、CNT、CN−PPVなど)のようにn型半導体特性を示す有機材料が電子取り出し層に好ましく用いられる。   Specific examples of substances other than the compounds satisfying all of the above (a) to (c) include, for example, electron-accepting organic materials (NTCDA, PTCDA, PTCDI-C8H, oxazole derivatives, triazole derivatives, phenanthroline derivatives, phosphine oxide derivatives, phosphine Organic materials exhibiting n-type semiconductor properties such as sulfide derivatives, quinoline derivatives, fullerene compounds, CNT, CN-PPV, etc.) are preferably used for the electron extraction layer.

また、イオン性の置換フルオレン系ポリマー(「アドバンスド マテリアルズ(Advanced Materials)」、2011年、23巻、4636−4643頁、「オーガニック エレクトロニクス(Organic Electronics)」、2009年、10巻、496−500頁)や、イオン性の置換フルオレン系ポリマーと置換チオフェン系ポリマーの組み合わせ(「ジャーナル オブ ザ アメリカン ケミカル ソサイエティー(Journal of the American Chemical Society)」、2011年、133巻、8416−8419頁)などのイオン性化合物、ポリエチレンオキサイド(「アドバンスド マテリアルズ(Advanced Materials)」、2007年、19巻、1835−1838頁)なども電子取り出し層に好ましく用いられる。   Also, ionic substituted fluorene-based polymers ("Advanced Materials", 2011, 23, 4636-4463, "Organic Electronics", 2009, 10, 476-500). ) And combinations of ionic substituted fluorene polymers and substituted thiophene polymers (Journal of the American Chemical Society, 2011, 133, 8416-8419) Compound, polyethylene oxide ("Advanced Materials", 2007, 19 , Pp. 1835-1838) preferably used in the electron extraction layer is also like.

また、イオン性基を有する化合物、例えば、アンモニウム塩、アミン塩、ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、ホスホニウム塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩、リン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩、硫酸塩、硝酸塩、アセトナート塩、オキソ酸塩、ハロゲン化物ならびに金属錯体なども電子取り出し層として用いることができる。具体的には塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムブロミド、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルピリジニウムブロミド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド、トリブチルヘキサデシルホスホニウムブロミド、ギ酸亜鉛、酢酸亜鉛、プロピオン酸亜鉛、酪酸亜鉛、シュウ酸亜鉛、ヘプタデカフルオロノナン酸ナトリウム、ミリスチン酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、1−ヘキサデカンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、リン酸モノドデシルナトリウム、亜鉛アセチルアセトナート、クロム酸アンモニウム、メタバナジン酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、六フッ化ジルコニウム酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、テトラクロロ亜鉛酸アンモニウム、オルトチタン酸テトライソプロピル、ニッケル酸リチウム、過マンガン酸カリウム、銀フェナントロリン錯体、銀−テトラシアノキノジメタン錯体(AgTCNQ)や特開2013−58714記載の電子輸送層に用いられる化合物なども電子取り出し層に好ましく用いられる。   Also, compounds having an ionic group, such as ammonium salts, amine salts, pyridinium salts, imidazolium salts, phosphonium salts, carboxylates, sulfonates, phosphates, sulfate esters, phosphate ester salts, sulfates , Nitrates, acetonate salts, oxo acid salts, halides and metal complexes can also be used as the electron extraction layer. Specifically, ammonium chloride, ammonium acetate, ammonium phosphate, hexyltrimethylammonium bromide, tetrabutylammonium bromide, octadecyltrimethylammonium bromide, hexadecylpyridinium bromide, 1-butyl-3-methylimidazolium bromide, tributylhexadecylphosphonium bromide , Zinc formate, zinc acetate, zinc propionate, zinc butyrate, zinc oxalate, sodium heptadecafluorononanoate, sodium myristate, sodium benzoate, sodium 1-hexadecanesulfonate, sodium dodecyl sulfate, sodium monododecyl phosphate, Zinc acetylacetonate, ammonium chromate, ammonium metavanadate, ammonium molybdate, hexafluorozirconium acid Monium, sodium tungstate, ammonium tetrachlorozincate, tetraisopropyl orthotitanate, lithium nickelate, potassium permanganate, silver phenanthroline complex, silver-tetracyanoquinodimethane complex (AgTCNQ) and JP2013-58714A Compounds used for the electron transport layer are also preferably used for the electron extraction layer.

また、TiOなどの酸化チタン(TiO)、ZnOなどの酸化亜鉛(ZnO)、SiOなどの酸化ケイ素(SiO)、SnOなどの酸化錫(SnO)、WOなどの酸化タングステン(WO)、Taなどの酸化タンタル(TaO)、BaTiOなどのチタン酸バリウム(BaTi)、BaZrOなどのジルコン酸バリウム(BaZr)、ZrOなどの酸化ジルコニウム(ZrO)、HfOなどの酸化ハフニウム(HfO)、Alなどの酸化アルミニウム(AlO)、Yなどの酸化イットリウム(YO)、ZrSiOなどのケイ酸ジルコニウム(ZrSi)のような金属酸化物、Siなどの窒化ケイ素(SiN)のような窒化物、CdSなどの硫化カドミウム(CdS)、ZnSeなどのセレン化亜鉛(ZnSe)、ZnSなどの硫化亜鉛(ZnS)、CdTeなどのテルル化カドミウム(CdTe)のような半導体、リチウム、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属、フッ化リチウムやフッ化セシウムなどの金属フッ化物などの無機材料も電子取り出し層に好ましく用いられる。 Further, titanium oxide such as TiO 2 (TiO x ), zinc oxide such as ZnO (ZnO x ), silicon oxide such as SiO 2 (SiO x ), tin oxide such as SnO 2 (SnO x ), oxidation such as WO 3 Tungsten oxide (TaO x ) such as tungsten (WO x ), Ta 2 O 3, barium titanate (BaTi x O y ) such as BaTiO 3 , barium zirconate (BaZr x O y ) such as BaZrO 3 , ZrO 2, etc. Zirconium oxide (ZrO x ), hafnium oxide (HfO x ) such as HfO 2 , aluminum oxide (AlO x ) such as Al 2 O 3, yttrium oxide (YO x ) such as Y 2 O 3 , and silicon such as ZrSiO 4 Of metal oxides such as zirconium oxide (ZrSi x O y ), silicon nitride (SiN x ) such as Si 3 N 4 Semiconductors such as nitrides, cadmium sulfide (CdS x ) such as CdS, zinc selenide (ZnSe x ) such as ZnSe, zinc sulfide (ZnS x ) such as ZnS, cadmium telluride (CdTe x ) such as CdTe Inorganic materials such as alkali metals such as lithium, magnesium and calcium, alkaline earth metals, and metal fluorides such as lithium fluoride and cesium fluoride are also preferably used for the electron extraction layer.

前記無機材料で電子取り出し層を形成する方法としては、その金属塩や金属アルコキシドなどの前駆体溶液を塗布した後、加熱して層を形成する方法や、ナノ粒子分散液を基板に塗布して層を形成する方法がある。このとき、加熱温度や時間、及びナノ粒子の合成条件により、完全には反応が進行しておらず、部分的に加水分解したり、部分的に縮合したりすることで、中間生成物となっていたり、前駆体と中間性生物、最終生成物などの混合物となっていても良い。   As a method of forming the electron extraction layer with the inorganic material, after applying a precursor solution such as a metal salt or metal alkoxide, the layer is formed by heating, or a nanoparticle dispersion is applied to the substrate. There are methods for forming layers. At this time, depending on the heating temperature and time, and the synthesis conditions of the nanoparticles, the reaction does not proceed completely, and it becomes an intermediate product by partially hydrolyzing or partially condensing. Or a mixture of a precursor, an intermediate organism, and an end product.

また、前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物以外の物質として電子取り出し層中に含まれる場合のフェナントロリン誘導体としては、特に限定されるものではないが、例えば、バソクプロイン(BCP)やバソフェナントレン(Bphen)、2−ナフタレン−2−イル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(HNBphen)、2,9−ビスナフタレン−2−イル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(NBphen)などのフェナントロリン単量体化合物や特開2012−39097記載のフェナントロリン多量体化合物が挙げられる。フェナントロリン二量体化合物とは、前記特開2012−39097記載の化合物であり、下記一般式(2)で表される化合物である。   In addition, the phenanthroline derivative in the case where it is contained in the electron extraction layer as a substance other than the compound satisfying all of the above (a) to (c) is not particularly limited. (Bphen), 2-naphthalen-2-yl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (HNBphen), 2,9-bisnaphthalen-2-yl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline ( And phenanthroline monomer compounds such as NBphen) and phenanthroline multimeric compounds described in JP2012-39097A. The phenanthroline dimer compound is a compound described in JP 2012-39097 A, and is a compound represented by the following general formula (2).

Figure 2016103570
Figure 2016103570

ここで、R54〜R60はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、およびアリール基の中から選ばれる。Xは2価の芳香族炭化水素基である。また、2個のフェナントロリン骨格を有する置換基はそれぞれ同一でも異なっていても良い。ここで、アルキル基とは例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示し、アリール基とは例えばフェニル基、トリル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基などの芳香族炭化水素基を示し、無置換でも置換されていてもかまわない。アルキル基またはアリール基の炭素数は、1〜20程度が好ましい。また、2個のフェナントロリン骨格を有する基はそれぞれ同一でも異なっていても良い。 Here, R 54 to R 60 may be the same or different and are selected from hydrogen, an alkyl group, and an aryl group. X is a divalent aromatic hydrocarbon group. The substituents having two phenanthroline skeletons may be the same or different. Here, the alkyl group represents a saturated aliphatic hydrocarbon group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group, and the aryl group represents, for example, a phenyl group, a tolyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, a phenanthryl group, An aromatic hydrocarbon group such as an anthryl group is shown and may be unsubstituted or substituted. As for carbon number of an alkyl group or an aryl group, about 1-20 are preferable. Further, the groups having two phenanthroline skeletons may be the same or different.

また、前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物以外の物質として電子取り出し層中に含まれる場合のホスフィンオキサイド誘導体としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェニルジピレニルホスフィンオキサイド(POPy)などのホスフィン化合物が挙げられる。 Further, the phosphine oxide derivative in the case where it is contained in the electron extraction layer as a substance other than the compound satisfying all of the above (a) to (c) is not particularly limited, but for example, phenyl dipyrenyl phosphine oxide Examples include phosphine compounds such as (POPy 2 ).

また、前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物以外の物質として電子取り出し層中に含まれる場合のキノリン誘導体としては、特に限定されるものではないが、例えば、8−ヒドロキシキノレートリチウム(Liq)やトリス(8−ヒドロキシキノレート)アルミニウムなどの化合物が挙げられる。   In addition, the quinoline derivative in the case where it is contained in the electron extraction layer as a substance other than the compound satisfying all of the above (a) to (c) is not particularly limited, but, for example, 8-hydroxyquinolate lithium ( Liq) and tris (8-hydroxyquinolate) aluminum.

本発明における電子取り出し層は、その他、本発明の光起電力素子における光電変換層から負極への電子の取り出しを著しく妨げない範囲において、電子輸送性を有していない物質も含んでいてもよい。また、前記電子輸送性を有していない物質は、前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物との混合層を形成していてもよいし、積層構造であってもよい。   The electron extraction layer in the present invention may also contain a substance that does not have an electron transporting property as long as it does not significantly hinder extraction of electrons from the photoelectric conversion layer to the negative electrode in the photovoltaic element of the present invention. . Further, the substance having no electron transporting property may form a mixed layer with a compound satisfying all of the above (a) to (c), or may have a laminated structure.

前記電子輸送性を有していない物質との混合層であった場合の、前記電子取り出し層における前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物の含有比率は特に限定されないが、重量比率で1〜99%の範囲であることが好ましく、10〜99%の範囲であることがより好ましい。   The content ratio of the compound satisfying all of (a) to (c) in the electron extraction layer in the case of a mixed layer with a substance having no electron transporting property is not particularly limited, but is 1 by weight. It is preferably in the range of -99%, more preferably in the range of 10-99%.

本発明における電子取り出し層の膜厚は、所望する光起電力素子の光電変換効率に応じて適宜最適な膜厚に設定すればよいが、0.1nm〜50nmが好ましく、0.5nm〜10nmがより好ましい。   The film thickness of the electron extraction layer in the present invention may be appropriately set to an optimum film thickness depending on the desired photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device, but is preferably 0.1 nm to 50 nm, preferably 0.5 nm to 10 nm. More preferred.

本発明における電子取り出し層による特性向上のメカニズムは明らかではないが、負極との界面接合においてエネルギー障壁を低減することや、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料で発生した励起子の負極界面での失活を防止することなどによって、電子取り出し効率や電荷発生効率を向上させると考えられる。   Although the mechanism of improving the characteristics by the electron extraction layer in the present invention is not clear, it is possible to reduce the energy barrier in the interface bonding with the negative electrode, or the negative electrode interface of excitons generated in the electron donating organic material and the electron accepting organic material. It is considered that the electron extraction efficiency and the charge generation efficiency are improved by preventing the deactivation in the substrate.

本発明の光起電力素子は、1つ以上の電荷再結合層を介して2層以上の光電変換層を積層(タンデム化)して直列接合を形成してもよい。例えば、基板/正極/第1の光電変換層/第1の電子取り出し層/電荷再結合層/第2の光電変換層/第2の電子取り出し層/負極という積層構成を挙げることができる。このように積層することにより、開放電圧をより高くすることができる。なお、正極と第1の光電変換層の間、および、電荷再結合層と第2の光電変換層の間に上述の正孔輸送層を設けてもよく、第1の光電変換層と電荷再結合層の間、および、第2の光電変換層と負極の間に上述の正孔輸送層を設けてもよい。   In the photovoltaic device of the present invention, two or more photoelectric conversion layers may be stacked (tandemized) via one or more charge recombination layers to form a series junction. For example, a laminated structure of substrate / positive electrode / first photoelectric conversion layer / first electron extraction layer / charge recombination layer / second photoelectric conversion layer / second electron extraction layer / negative electrode can be given. By laminating in this way, the open circuit voltage can be further increased. Note that the above-described hole transport layer may be provided between the positive electrode and the first photoelectric conversion layer and between the charge recombination layer and the second photoelectric conversion layer. The hole transport layer described above may be provided between the bonding layers and between the second photoelectric conversion layer and the negative electrode.

ここで用いられる電荷再結合層は、複数の光電変換層が光吸収できるようにするため、光透過性を有する必要がある。また、電荷再結合層は、十分に正孔と電子が再結合するように設計されていればよいので、必ずしも膜である必要は無く、例えば光電変換層上に一様に形成された金属クラスターであってもかまわない。   The charge recombination layer used here needs to have optical transparency so that a plurality of photoelectric conversion layers can absorb light. In addition, the charge recombination layer need only be designed so that holes and electrons are sufficiently recombined. Therefore, the charge recombination layer does not necessarily have to be a film, for example, a metal cluster uniformly formed on the photoelectric conversion layer. It doesn't matter.

従って、電荷再結合層には、金、白金、クロム、ニッケル、リチウム、マグネシウム、カルシウム、錫、銀、アルミニウムなどからなる数オングストロームから数十オングストローム程度の光透過性を有する非常に薄い金属膜や金属クラスター(合金を含む)、ITO、IZO、AZO、GZO、FTO、酸化チタンや酸化モリブデンなどの光透過性の高い金属酸化物膜およびクラスター、PEDOT:PSSなどの導電性有機材料膜、またはこれらの複合体等が用いられる。   Therefore, for the charge recombination layer, a very thin metal film having a light transmittance of several angstroms to several tens of angstroms made of gold, platinum, chromium, nickel, lithium, magnesium, calcium, tin, silver, aluminum, etc. Metal clusters (including alloys), ITO, IZO, AZO, GZO, FTO, highly transparent metal oxide films and clusters such as titanium oxide and molybdenum oxide, conductive organic material films such as PEDOT: PSS, or these Or a complex thereof.

例えば、銀を、真空蒸着法を用いて水晶振動子膜厚モニター上で数オングストローム〜1nmとなるように蒸着すれば、一様な銀クラスターが形成できる。その他にも、酸化チタン膜を形成するならば、アドヴァンスト マテリアルズ(Advanced Materials)、2006年、18巻、572−576頁に記載のゾルゲル法を用いればよい。ITO、IZOなどの複合金属酸化物であるならば、スパッタリング法を用いて製膜すればよい。これら電荷再結合層形成法や種類は、電荷再結合層形成時の光電変換層への非破壊性や、次に積層される光電変換層の形成法等を考慮して適当に選択すればよい。   For example, uniform silver clusters can be formed by depositing silver so as to be several angstroms to 1 nm on a crystal oscillator film thickness monitor using a vacuum deposition method. In addition, if a titanium oxide film is formed, the sol-gel method described in Advanced Materials, 2006, Vol. 18, 572-576 may be used. If it is a composite metal oxide such as ITO or IZO, the film may be formed by sputtering. These charge recombination layer formation methods and types may be appropriately selected in consideration of the non-destructive property to the photoelectric conversion layer at the time of charge recombination layer formation, the formation method of the next photoelectric conversion layer, and the like. .

次に、本発明の光起電力素子の製造方法について、以下に例を挙げて説明する。   Next, the manufacturing method of the photovoltaic device of the present invention will be described with reference to examples.

まず、基板上にITOなどの透明電極(この場合正極に相当)をスパッタリング法などにより形成する。   First, a transparent electrode such as ITO (in this case, corresponding to a positive electrode) is formed on a substrate by a sputtering method or the like.

次いで、前記透明電極上に光電変換層を形成する。   Next, a photoelectric conversion layer is formed on the transparent electrode.

光電変換層は、例えば、電子供与性有機材料、および必要により電子受容性有機材料を含む光電変換層用材料を溶媒に溶解させて溶液を作り、透明電極上に塗布することにより、形成することができる。   The photoelectric conversion layer is formed, for example, by dissolving a material for a photoelectric conversion layer containing an electron-donating organic material and, if necessary, an electron-accepting organic material in a solvent, and applying the solution on a transparent electrode. Can do.

このとき用いられる溶媒は、有機半導体が溶媒中に適当に溶解、または分散できるものであれば特に限定されないが、有機溶媒が好ましく、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサン、デカリン、ビシクロヘキシルなどの脂肪族炭化水素類、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、エチレングリコール、グリセリンなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、γ−ブチロラクトン、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジメチルカーボネートなどのエステル類、エチルエーテル、メチルターシャリーブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、テトラヒドロピラン、3,4−ジヒドロ−2H−ピラン、イソクロマン、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジグリムなどのエーテル類、アンモニア、エタノールアミンなどのアミン類、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどのアミド類、スルホランなどのスルホン類、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、二硫化炭素、1,8−オクタンジチオールなどのチオール類、アセトニトリル、アクリロニトリルなどのニトリル類、酢酸、乳酸などの脂肪酸類、フラン、チオフェン、ピロール、ピリジンなどの複素環式化合物類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、スチレン、メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、p−シメン、シクロヘキシルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、ジペンチルベンゼン、ドデシルベンゼン、エチニルベンゼン、テトラリン、アニソール、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、ペンチルフェニルエーテル、ベラトロール、1,3−ジメトキシベンゼン、1,2,4−トリメトキシベンゼン、3,4,5−トリメトキシトルエン、2−メトキシトルエン、2,5−ジメチルアニソール、o−クロロフェノール、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、1−クロロナフタレン、1−ブロモナフタレン、1−メチルナフタレン、o−ジヨードベンゼン、アセトフェノン、2,3−ベンゾフラン、2,3−ジヒドロベンゾフラン、1,4−ベンゾジオキサン、酢酸フェニル、安息香酸メチル、クレゾール、アニリン、ニトロベンゼンなどの芳香族炭化水素類、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタン、1,3−ジクロロプロパン、1,1,1,2−テトラクロロエタン、1,1,1,3−テトラクロロプロパン、1,2,2,3−テトラクロロプロパン、1,1,2,3−テトラクロロプロパン、ペンタクロロプロパン、ヘキサクロロプロパン、ヘプタクロロプロパン、1−ブロモプロパン、1,2−ジブロモプロパン、2,2−ジブロモプロパン、1,3−ジブロモプロパン、1,2,3−トリブロモプロパン、1,4−ジブロモブタン、1,5−ジブロモペンタン、1,6−ジブロモヘキサン、1,7−ジブロモヘプタン、1,8−ジブロモオクタン、1−ヨードプロパン、1,3−ジヨードプロパン、1,4−ジヨードブタン、1,5−ジヨードペンタン、1,6−ジヨードヘキサン、1,7−ジヨードヘプタン、1,8−ジヨードオクタンなどのハロゲン炭化水素類などが挙げられる。中でも好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、テトラリン、アニソール、フェネトール、ベラトロール、1,3−ジメトキシベンゼン、1,2,4−トリメトキシベンゼン、3,4,5−トリメトキシトルエン、2−メトキシトルエン、2,5−ジメチルアニソール、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、1−クロロナフタレンなどの芳香族炭化水素類や、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジブロモプロパン、1,3−ジブロモプロパン、1,2,3−トリブロモプロパン、1,4−ジブロモブタン、1,6−ジブロモヘキサン、1,8−ジブロモオクタン、1,3−ジヨードプロパン、1,4−ジヨードブタン、1,5−ジヨードペンタン、1,6−ジヨードヘキサン、1,7−ジヨードヘプタン、1,8−ジヨードオクタンなどのハロゲン炭化水素類などが挙げられる。なお、これらの溶媒を2種以上混合して用いてもよい。   The solvent used at this time is not particularly limited as long as the organic semiconductor can be appropriately dissolved or dispersed in the solvent, but an organic solvent is preferable, for example, hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, decane, cyclohexane, Aliphatic hydrocarbons such as decalin and bicyclohexyl, alcohols such as methanol, ethanol, butanol, propanol, ethylene glycol, and glycerin, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, and isophorone, ethyl acetate, and butyl acetate , Methyl lactate, γ-butyrolactone, diethylene glycol monobutyl ether acetate, esters such as dimethyl carbonate, ethyl ether, methyl tertiary butyl ether, tetrahydrofuran, , 4-dioxane, tetrahydropyran, 3,4-dihydro-2H-pyran, isochroman, ethylene glycol monomethyl ether, ethers such as diglyme, amines such as ammonia and ethanolamine, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, Amides such as N-methyl-2-pyrrolidone, sulfones such as sulfolane, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, thiols such as carbon disulfide and 1,8-octanedithiol, nitriles such as acetonitrile and acrylonitrile, acetic acid, Fatty acids such as lactic acid, heterocyclic compounds such as furan, thiophene, pyrrole, pyridine, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, cumene, n-butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene Benzene, styrene, mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene, p-cymene, cyclohexylbenzene, diethylbenzene, pentylbenzene, dipentylbenzene, dodecylbenzene, ethynylbenzene, tetralin, anisole, phenetole, butylphenyl ether, pentylphenyl ether, Veratrol, 1,3-dimethoxybenzene, 1,2,4-trimethoxybenzene, 3,4,5-trimethoxytoluene, 2-methoxytoluene, 2,5-dimethylanisole, o-chlorophenol, chlorobenzene, dichlorobenzene , Trichlorobenzene, 1-chloronaphthalene, 1-bromonaphthalene, 1-methylnaphthalene, o-diiodobenzene, acetophenone, 2,3-benzofuran, 2,3-dihydrobenzofura Aromatic hydrocarbons such as 1,4-benzodioxane, phenyl acetate, methyl benzoate, cresol, aniline, nitrobenzene, dichloromethane, 1,2-dichloroethylene, trichloroethylene, tetrachloroethylene, chloroform, carbon tetrachloride, dichloroethane, trichloroethane, 1,3-dichloropropane, 1,1,1,2-tetrachloroethane, 1,1,1,3-tetrachloropropane, 1,2,2,3-tetrachloropropane, 1,1,2,3-tetrachloropropane , Pentachloropropane, hexachloropropane, heptachloropropane, 1-bromopropane, 1,2-dibromopropane, 2,2-dibromopropane, 1,3-dibromopropane, 1,2,3-tribromopropane, 1,4- Dibromobutane, 1,5 Dibromopentane, 1,6-dibromohexane, 1,7-dibromoheptane, 1,8-dibromooctane, 1-iodopropane, 1,3-diiodopropane, 1,4-diiodobutane, 1,5-diiodopentane 1,6-diiodohexane, 1,7-diiodoheptane, 1,8-diiodooctane, and other halogen hydrocarbons. Among these, toluene, xylene, mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene, tetralin, anisole, phenetole, veratrol, 1,3-dimethoxybenzene, 1,2,4-trimethoxybenzene, 3,4,5- Aromatic hydrocarbons such as trimethoxytoluene, 2-methoxytoluene, 2,5-dimethylanisole, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, 1-chloronaphthalene, chloroform, dichloromethane, 1,2-dibromopropane, 1, 3-dibromopropane, 1,2,3-tribromopropane, 1,4-dibromobutane, 1,6-dibromohexane, 1,8-dibromooctane, 1,3-diiodopropane, 1,4-diiodobutane, 1,5-diiodopentane, 1,6-diiodohexane Emissions, 1,7-diiodo-heptane, 1,8-halogen hydrocarbons such as diiodooctane, and the like. Two or more of these solvents may be mixed and used.

電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を混合して光電変換層を形成する場合は、本発明の電子供与性有機材料と電子受容性有機材料を所望の比率で溶媒に添加し、加熱、攪拌、超音波照射などの方法を用いて溶解させ溶液を作り、透明電極上に塗布する。また、電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を積層して光電変換層を形成する場合は、例えば、電子供与性有機材料の溶液を塗布して電子供与性有機材料を有する層を形成した後に、電子受容性有機材料の溶液を塗布して電子受容性有機材料を有する層を形成することにより、光電変換層を形成することができる。電子供与性有機材料および電子受容性有機材料が、分子量が1000以下程度の低分子量体である場合には、蒸着法を用いて光電変換層を形成することも可能である。   When a photoelectric conversion layer is formed by mixing an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material, the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material of the present invention are added to a solvent at a desired ratio, and heated. A solution is prepared by using a method such as stirring or ultrasonic irradiation, and the solution is applied on the transparent electrode. In addition, when a photoelectric conversion layer is formed by laminating an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material, for example, a layer having an electron-donating organic material is formed by applying a solution of the electron-donating organic material. Later, a photoelectric conversion layer can be formed by applying a solution of an electron-accepting organic material to form a layer having the electron-accepting organic material. When the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material are low molecular weight substances having a molecular weight of about 1000 or less, the photoelectric conversion layer can be formed using a vapor deposition method.

光電変換層の形成には、スピンコート塗布、ブレードコート塗布、スリットダイコート塗布、スクリーン印刷塗布、バーコーター塗布、鋳型塗布、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法、スプレー法、真空蒸着法など何れの方法を用いてもよく、膜厚制御や配向制御など、得ようとする光電変換層特性に応じて形成方法を選択すればよい。   For the formation of the photoelectric conversion layer, any of spin coating, blade coating, slit die coating, screen printing coating, bar coater coating, mold coating, print transfer method, dip pulling method, ink jet method, spray method, vacuum deposition method, etc. This method may be used, and the formation method may be selected according to the characteristics of the photoelectric conversion layer to be obtained, such as film thickness control and orientation control.

例えば、スピンコート塗布を行う場合には、本発明の電子供与性有機材料、および電子受容性有機材料が1〜20g/lの濃度(本発明の電子供与性有機材料と電子受容性有機材料と溶媒を含む溶液の体積に対する、本発明の電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の重量)であることが好ましく、この濃度にすることで厚さ5〜200nmの均質な光電変換層を得ることができる。   For example, when spin coating is performed, the electron donating organic material of the present invention and the electron accepting organic material have a concentration of 1 to 20 g / l (the electron donating organic material and the electron accepting organic material of the present invention The weight of the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material of the present invention with respect to the volume of the solution containing the solvent is preferable, and by setting this concentration, a homogeneous photoelectric conversion layer having a thickness of 5 to 200 nm is obtained. be able to.

形成した光電変換層に対して、溶媒を除去するために、減圧下または不活性雰囲気下(窒素やアルゴン雰囲気下)などでアニーリング処理を行ってもよい。アニーリング処理の好ましい温度は40℃〜300℃、より好ましくは50℃〜200℃である。このアニーリング処理は、負極の形成後に行ってもよい。   In order to remove the solvent, the formed photoelectric conversion layer may be subjected to an annealing treatment under reduced pressure or under an inert atmosphere (nitrogen or argon atmosphere). A preferable temperature for the annealing treatment is 40 ° C to 300 ° C, more preferably 50 ° C to 200 ° C. This annealing treatment may be performed after the formation of the negative electrode.

次に、前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物を含む電子取り出し層を前記光電変換層上に形成する。電子取り出し層の形成には、前記光電変換層と同様の塗布法や蒸着法を用いることができる。塗布法を用いる場合、前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物を含む電子取り出し層材料を溶媒に溶解させて溶液を作成する。   Next, an electron extraction layer containing a compound that satisfies all of the above (a) to (c) is formed on the photoelectric conversion layer. For the formation of the electron extraction layer, the same coating method or vapor deposition method as that for the photoelectric conversion layer can be used. When the coating method is used, a solution is prepared by dissolving an electron extraction layer material containing a compound satisfying all of the above (a) to (c) in a solvent.

このとき用いられる溶媒は有機溶媒が好ましく、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサン、デカリン、ビシクロヘキシルなどの脂肪族炭化水素類、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、エチレングリコール、グリセリンなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、γ−ブチロラクトン、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジメチルカーボネートなどのエステル類、エチルエーテル、メチルターシャリーブチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、テトラヒドロピラン、3,4−ジヒドロ−2H−ピラン、イソクロマン、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジグリムなどのエーテル類、アンモニア、エタノールアミンなどのアミン類、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどのアミド類、スルホランなどのスルホン類、ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、二硫化炭素、1,8−オクタンジチオールなどのチオール類、アセトニトリル、アクリロニトリルなどのニトリル類、酢酸、乳酸などの脂肪酸類、フラン、チオフェン、ピロール、ピリジンなどの複素環式化合物類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、スチレン、メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、p−シメン、シクロヘキシルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、ジペンチルベンゼン、ドデシルベンゼン、エチニルベンゼン、テトラリン、アニソール、フェネトール、ブチルフェニルエーテル、ペンチルフェニルエーテル、ベラトロール、1,3−ジメトキシベンゼン、1,2,4−トリメトキシベンゼン、2−メトキシトルエン、2,5−ジメチルアニソール、o−クロロフェノール、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、1−クロロナフタレン、1−ブロモナフタレン、1−メチルナフタレン、o−ジヨードベンゼン、アセトフェノン、2,3−ベンゾフラン、2,3−ジヒドロベンゾフラン、1,4−ベンゾジオキサン、酢酸フェニル、安息香酸メチル、クレゾール、アニリン、ニトロベンゼンなどの芳香族炭化水素類、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエタン、1,3−ジクロロプロパン、1,1,1,2―テトラクロロエタン、1,1,1,3−テトラクロロプロパン、1,2,2,3−テトラクロロプロパン、1,1,2,3−テトラクロロプロパン、ペンタクロロプロパン、ヘキサクロロプロパン、ヘプタクロロプロパン、1−ブロモプロパン、1,2−ジブロモプロパン、2,2−ジブロモプロパン、1,3−ジブロモプロパン、1,2,3−トリブロモプロパン、1,4−ジブロモブタン、1,5−ジブロモペンタン、1,6−ジブロモヘキサン、1,7−ジブロモヘプタン、1,8−ジブロモオクタン、1−ヨードプロパン、1,3−ジヨードプロパン、1,4−ジヨードブタン、1,5−ジヨードペンタン、1,6−ジヨードヘキサン、1,7−ジヨードヘプタン、1,8−ジヨードオクタンなどのハロゲン炭化水素類などが挙げられる。中でも好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、テトラリン、アニソール、フェネトールベラトロール、1,3−ジメトキシベンゼン、1,2,4−トリメトキシベンゼン、2−メトキシトルエン、2,5−ジメチルアニソール、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、1−クロロナフタレンなどの芳香族炭化水素類や、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジブロモプロパン、1,3−ジブロモプロパン、1,2,3−トリブロモプロパン、1,4−ジブロモブタン、1,6−ジブロモヘキサン、1,8−ジブロモオクタン、1,3−ジヨードプロパン、1,4−ジヨードブタン、1,5−ジヨードペンタン、1,6−ジヨードヘキサン、1,7−ジヨードヘプタン、1,8−ジヨードオクタンなどのハロゲン炭化水素類などが挙げられる。なお、これらを2種以上混合して用いてもよい。   The solvent used at this time is preferably an organic solvent, for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, decane, cyclohexane, decalin, bicyclohexyl, methanol, ethanol, butanol, propanol, ethylene glycol, Alcohols such as glycerin, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, isophorone, ethyl acetate, butyl acetate, methyl lactate, γ-butyrolactone, esters such as diethylene glycol monobutyl ether acetate, dimethyl carbonate, ethyl ether, Methyl tertiary butyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, tetrahydropyran, 3,4-dihydro-2H-pyran, isochroma , Ethers such as ethylene glycol monomethyl ether and diglyme, amines such as ammonia and ethanolamine, amides such as N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone, sulfones such as sulfolane, dimethyl Sulfoxides such as sulfoxide, thiols such as carbon disulfide and 1,8-octanedithiol, nitriles such as acetonitrile and acrylonitrile, fatty acids such as acetic acid and lactic acid, heterocyclic compounds such as furan, thiophene, pyrrole and pyridine Benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, cumene, n-butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene, styrene, mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene, p-cymene, cyclohexane Xylbenzene, diethylbenzene, pentylbenzene, dipentylbenzene, dodecylbenzene, ethynylbenzene, tetralin, anisole, phenetole, butylphenyl ether, pentylphenyl ether, veratrol, 1,3-dimethoxybenzene, 1,2,4-trimethoxybenzene, 2-methoxytoluene, 2,5-dimethylanisole, o-chlorophenol, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, 1-chloronaphthalene, 1-bromonaphthalene, 1-methylnaphthalene, o-diiodobenzene, acetophenone, 2, Aromatic hydrocarbons such as 3-benzofuran, 2,3-dihydrobenzofuran, 1,4-benzodioxane, phenyl acetate, methyl benzoate, cresol, aniline, nitrobenzene , Dichloromethane, 1,2-dichloroethylene, trichloroethylene, tetrachloroethylene, chloroform, carbon tetrachloride, dichloroethane, trichloroethane, 1,3-dichloropropane, 1,1,1,2-tetrachloroethane, 1,1,1,3-tetra Chloropropane, 1,2,2,3-tetrachloropropane, 1,1,2,3-tetrachloropropane, pentachloropropane, hexachloropropane, heptachloropropane, 1-bromopropane, 1,2-dibromopropane, 2,2-dibromo Propane, 1,3-dibromopropane, 1,2,3-tribromopropane, 1,4-dibromobutane, 1,5-dibromopentane, 1,6-dibromohexane, 1,7-dibromoheptane, 1,8 -Dibromooctane, 1-iodopropane Halogen hydrocarbons such as 1,3-diiodopropane, 1,4-diiodobutane, 1,5-diiodopentane, 1,6-diiodohexane, 1,7-diiodoheptane, 1,8-diiodooctane And the like. Of these, toluene, xylene, mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene, tetralin, anisole, phenetol veratrol, 1,3-dimethoxybenzene, 1,2,4-trimethoxybenzene, 2-methoxytoluene, Aromatic hydrocarbons such as 2,5-dimethylanisole, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, 1-chloronaphthalene, chloroform, dichloromethane, 1,2-dibromopropane, 1,3-dibromopropane, 1,2, 3-tribromopropane, 1,4-dibromobutane, 1,6-dibromohexane, 1,8-dibromooctane, 1,3-diiodopropane, 1,4-diiodobutane, 1,5-diiodopentane, 1 , 6-diiodohexane, 1,7-diiodoheptane, 1, - and halogen hydrocarbons such as di-iodo octane. Two or more of these may be mixed and used.

また、前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物とプロトン酸とを同じ溶媒中で混合することによって、前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物のA中の含窒素六員環芳香環とプロトン酸との塩を形成し、前記電子取り出し層形成に用いることができる。   Further, by mixing a compound satisfying all of the above (a) to (c) and a protonic acid in the same solvent, a nitrogen-containing six-membered aromatic ring in A of the compound satisfying all of the above (a) to (c) A salt of a ring and a protonic acid can be formed and used for forming the electron extraction layer.

プロトン酸の具体例として、ギ酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、ヘプタデカフルオロノナン酸、酪酸、シュウ酸、安息香酸、などのカルボン酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トシル酸などのスルホン酸、フッ酸、塩酸臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、硝酸、過塩素酸、リン酸、ホウ酸、クロム酸などの無機酸、フェノールなどの有機酸が挙げられる。   Specific examples of the protonic acid include carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, heptadecafluorononanoic acid, butyric acid, oxalic acid, and benzoic acid, sulfonic acids such as methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and tosylic acid, and fluorine. Examples thereof include inorganic acids such as acid, hydrochloric hydrobromic acid, hydroiodic acid, sulfuric acid, nitric acid, perchloric acid, phosphoric acid, boric acid and chromic acid, and organic acids such as phenol.

電子取り出し層の形成には、光電変換層形成と同様の塗布法を用いて製膜してもよく、膜厚制御や配向制御など、得ようとする電子取り出し層に応じて形成方法を選択すればよい。   For the formation of the electron extraction layer, a film may be formed using the same coating method as that for forming the photoelectric conversion layer, and the formation method is selected according to the electron extraction layer to be obtained, such as film thickness control and orientation control. That's fine.

例えばスピンコート塗布を行う場合には、本発明の前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物、および必要に応じて前記一般式(2)で表される化合物が0.01〜5g/lの濃度であることが好ましく、この濃度にすることで厚さ約0.1〜40nmの電子取り出し層を得ることができる。   For example, when spin coating is performed, 0.01 to 5 g / l of the compound satisfying all of the above (a) to (c) of the present invention and, if necessary, the compound represented by the above general formula (2). The electron extraction layer having a thickness of about 0.1 to 40 nm can be obtained by using this concentration.

形成した電子取り出し層に対して、溶媒を除去するために、減圧下または不活性雰囲気下(窒素やアルゴン雰囲気下)などでアニーリング処理を行ってもよい。アニーリング処理の好ましい温度は40℃〜300℃、より好ましい温度は50℃〜200℃である。このアニーリング処理は、負極の形成後に行ってもよい。   In order to remove the solvent, the formed electron extraction layer may be subjected to an annealing treatment under reduced pressure or in an inert atmosphere (nitrogen or argon atmosphere). A preferable temperature for the annealing treatment is 40 ° C to 300 ° C, and a more preferable temperature is 50 ° C to 200 ° C. This annealing treatment may be performed after the formation of the negative electrode.

また、電子取り出し層は複数の方法で多段階的に形成してもよく、はじめ塗布法、または蒸着法により第一層を形成した後、塗布法、または蒸着法で第二層を形成してもよく、さらに積層してもよい。このとき、形成される層数は、電子取り出し層全体の膜厚が適切な範囲にある限り、制限されるものではない。また、前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物は、積層された層内の一部に含まれればよく、電極と接する最表層に存在することが、より好ましい。   In addition, the electron extraction layer may be formed in multiple stages by a plurality of methods. First, the first layer is formed by a coating method or a vapor deposition method, and then the second layer is formed by a coating method or a vapor deposition method. Or may be further laminated. At this time, the number of layers to be formed is not limited as long as the film thickness of the entire electron extraction layer is within an appropriate range. Moreover, the compound which satisfy | fills all the said (a)-(c) should just be contained in a part in the laminated | stacked layer, and it is more preferable that it exists in the outermost layer which touches an electrode.

次に、前記電子取り出し層上に銀などの金属電極(この場合負極に相当)を真空蒸着法やスパッタ法により形成する。金属電極は、電子取り出し層を真空蒸着した場合は、引き続き、真空を保持したまま続けて形成することが好ましい。   Next, a metal electrode such as silver (corresponding to a negative electrode in this case) is formed on the electron extraction layer by vacuum deposition or sputtering. When the electron extraction layer is vacuum-deposited, the metal electrode is preferably formed continuously while maintaining the vacuum.

正極と光電変換層の間に正孔輸送層を設ける場合には、例えば、所望の材料(PEDOT:PSSなど)を正極上に塗布した後、真空恒温槽やホットプレートなどを用いて溶媒を除去することにより、正孔輸送層を形成することができる。塗布法には、前述の光電変換層の形成の場合と同様の塗布法を用いることができる。また、フタロシアニン誘導体やポルフィリン誘導体などの低分子有機材料、及び、酸化モリブデンなどの無機材料を使用する場合には、真空蒸着法やスパッタ法を適用することも可能である。   When a hole transport layer is provided between the positive electrode and the photoelectric conversion layer, for example, a desired material (such as PEDOT: PSS) is applied on the positive electrode, and then the solvent is removed using a vacuum thermostat or a hot plate. By doing so, a hole transport layer can be formed. As the coating method, the same coating method as in the case of forming the photoelectric conversion layer described above can be used. In the case of using a low molecular organic material such as a phthalocyanine derivative or a porphyrin derivative and an inorganic material such as molybdenum oxide, a vacuum deposition method or a sputtering method can be applied.

なお、以上は最初に基板上に正極を形成し、正極側から順に層を形成して光起電力素子を作成する方法について説明したが、基板上に電極(負極)をスパッタリング法などにより形成し、当該電極の上に、電子取り出し層、光電変換層、正孔輸送層、および電極(正極)を、この順に形成する光起電力素子製造方法も挙げられる。この場合、光起電力素子の積層構造が逆になり、光電変換層は電子取出し層上に形成されることになるが、その他は前記と同様である。   In the above description, the method for forming a photovoltaic element by first forming a positive electrode on a substrate and forming layers sequentially from the positive electrode side has been described. However, an electrode (negative electrode) is formed on the substrate by a sputtering method or the like. Moreover, the photovoltaic device manufacturing method which forms an electron taking-out layer, a photoelectric converting layer, a positive hole transport layer, and an electrode (positive electrode) in this order on the said electrode is also mentioned. In this case, the laminated structure of the photovoltaic elements is reversed, and the photoelectric conversion layer is formed on the electron extraction layer, but the others are the same as described above.

本発明の光起電力素子は、光電変換機能、光整流機能などを利用した種々の光電変換デバイスへの応用が可能である。例えば光電池(太陽電池など)、電子素子(光センサ、光スイッチ、フォトトランジスタなど)、光記録材(光メモリなど)、撮像素子などに有用である。   The photovoltaic element of the present invention can be applied to various photoelectric conversion devices using a photoelectric conversion function, an optical rectification function, and the like. For example, it is useful for photovoltaic cells (such as solar cells), electronic devices (such as optical sensors, optical switches, and phototransistors), optical recording materials (such as optical memories), and imaging devices.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。また実施例等で用いた化合物のうち、略語を使用しているものについて、以下に示す。
Isc:短絡電流密度
Voc:開放電圧
FF:フィルファクター
η:光電変換効率
ITO:インジウム錫酸化物
PEDOT:ポリエチレンジオキシチオフェン
PSS:ポリスチレンスルホネート
A−1、B−1〜B−4:後述のスキーム1〜7中に記載の化合物
C−1〜C−2:下記式で表される化合物
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. In addition, this invention is not limited to the following Example. Of the compounds used in the examples and the like, those using abbreviations are shown below.
Isc: Short-circuit current density Voc: Open circuit voltage FF: Fill factor η: Photoelectric conversion efficiency ITO: Indium tin oxide PEDOT: Polyethylenedioxythiophene PSS: Polystyrene sulfonate A-1, B-1 to B-4: Scheme 1 described later To C-7: Compounds C-1 to C-2: Compounds represented by the following formulae

Figure 2016103570
Figure 2016103570

PC70BM:フェニル C71 ブチリックアシッドメチルエステル
BCP:2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(バソクプロイン)
Mw(CU):分子内の全てのAの含窒素六員環芳香環の総分子量
Mw(all):化合物全体の分子量
各実施例・比較例における測定は、以下の方法により行った。
(1)光電変換効率の測定
光電変換効率は、次式により求めた。
η(%)=Isc(mA/cm)×Voc(V)×FF/照射光強度(mW/cm)×100
FF=JVmax/(Isc(mA/cm)×Voc(V))
JVmax(mW/cm)は、印加電圧が0Vから開放電圧までの間で電流密度と印加電圧の積が最大となる点における電流密度と印加電圧の積の値である。
(2)H−NMR測定
H−NMR測定にはFT−NMR装置((株)日本電子製JEOL JNM−EX270)を用いた。
(3)平均分子量測定
平均分子量(数平均分子量、重量平均分子量)はGPC装置(クロロホルムを送液したTOSOH社製、高速GPC装置HLC−8320GPC)を用い、絶対検量線法によって算出した。重合度nは以下の式で算出した。
重合度n=[(重量平均分子量)/(繰り返しユニットの分子量)]
(4)90%光電変換効率保持時間の測定
本発明の光起電力素子の耐久性評価として、90%光電変換効率保持時間の測定を行った。まず、上記(1)の測定方法により光起電力素子の光電変換効率(η)を測定し、初期の光電変換効率(初期効率)とする。次いで、前記光起電力素子を窒素下、85℃のホットプレート上で熱処理し、熱処理後の光起電力素子の光電変換効率(熱処理後効率)を測定する。(熱処理後効率)/(初期効率)×100(%)が90%になるまでの時間を90%光電変換効率保持時間とする。
PC 70 BM: phenyl C71 butyric acid methyl ester BCP: 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (basocuproin)
Mw (CU): Total molecular weight of all nitrogen-containing six-membered aromatic rings of A in the molecule Mw (all): Molecular weight of the whole compound The measurement in each Example and Comparative Example was performed by the following method.
(1) Measurement of photoelectric conversion efficiency The photoelectric conversion efficiency was calculated | required by following Formula.
η (%) = Isc (mA / cm 2 ) × Voc (V) × FF / irradiation light intensity (mW / cm 2 ) × 100
FF = JVmax / (Isc (mA / cm 2 ) × Voc (V))
JVmax (mW / cm 2 ) is a value of the product of the current density and the applied voltage at the point where the product of the current density and the applied voltage is maximum between the applied voltage of 0 V and the open circuit voltage.
(2) 1 H-NMR measurement
For the 1 H-NMR measurement, an FT-NMR apparatus (JEOL JNM-EX270 manufactured by JEOL Ltd.) was used.
(3) Average molecular weight measurement The average molecular weight (number average molecular weight, weight average molecular weight) was calculated by an absolute calibration curve method using a GPC apparatus (manufactured by TOSOH Co., Ltd., which was supplied with chloroform, high-speed GPC apparatus HLC-8320GPC). The degree of polymerization n was calculated by the following formula.
Degree of polymerization n = [(weight average molecular weight) / (molecular weight of repeating unit)]
(4) Measurement of 90% photoelectric conversion efficiency holding time As a durability evaluation of the photovoltaic device of the present invention, 90% photoelectric conversion efficiency holding time was measured. First, the photoelectric conversion efficiency (η) of the photovoltaic element is measured by the measurement method (1) above, and the initial photoelectric conversion efficiency (initial efficiency) is obtained. Next, the photovoltaic element is heat-treated on a hot plate at 85 ° C. under nitrogen, and the photoelectric conversion efficiency (efficiency after heat treatment) of the photovoltaic element after the heat treatment is measured. The time required for (post-heat treatment efficiency) / (initial efficiency) × 100 (%) to be 90% is defined as 90% photoelectric conversion efficiency retention time.

合成例1
化合物X−1をスキーム1に示す方法で合成した。なお、合成例1記載の化合物(1−i)はジャーナル オブ ザ アメリカン ケミカル ソサエティ(Journal of the American Chemical Society)、2009年、131巻、7792−7799頁に記載されている方法を参考に、化合物(1−p)はアンゲバンテケミ インターナショナルエディション(Angewandte Chem Internatioal Edition)、2011年、50巻、9697−9702頁に記載されている方法を参考にして合成した。
Synthesis example 1
Compound X-1 was synthesized by the method shown in Scheme 1. The compound (1-i) described in Synthesis Example 1 is obtained by referring to the method described in Journal of the American Chemical Society, 2009, Vol. 131, pages 7792-7799. (1-p) was synthesized with reference to the method described in Angewante Chem International Edition, 2011, Vol. 50, pages 9697-9702.

Figure 2016103570
Figure 2016103570

メチル−2−チオフェンカルボキシレート(東京化成工業(株)製)38g(0.27mol)およびクロロメチルメチルエーテル(東京化成工業(株)製)108g(1.34mol)を0℃で撹拌しているところに、四塩化スズ(和光純薬工業(株)製)125g(0.48mol)を1時間かけて加え、その後室温で8時間撹拌した。撹拌終了後、水100mlを0℃でゆっくり加え、クロロホルムで3回抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで溶媒を乾燥後、溶媒を減圧除去した。得られた茶褐色固体をメタノールから再結晶することにより化合物(1−b)を薄黄色固体(24.8g、収率39%)として得た。化合物(1−b)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.71(s,1H),4.79(s,1H),4.59(s,1H),3.88(s,3H)ppm。
38 g (0.27 mol) of methyl-2-thiophenecarboxylate (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 108 g (1.34 mol) of chloromethyl methyl ether (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) are stirred at 0 ° C. Then, 125 g (0.48 mol) of tin tetrachloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added over 1 hour, and then stirred at room temperature for 8 hours. After completion of stirring, 100 ml of water was slowly added at 0 ° C., and extracted with chloroform three times. The organic layer was washed with saturated brine, the solvent was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was removed under reduced pressure. The obtained brown solid was recrystallized from methanol to obtain compound (1-b) as a pale yellow solid (24.8 g, yield 39%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-b) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.71 (s, 1H), 4.79 (s, 1H), 4.59 (s, 1H), 3.88 (s, 3H) ppm.

前記化合物(1−b)24.8g(0.10mmol)をメタノール(佐々木化学工業(株)製)1.2Lに溶解させ、60℃で撹拌しているところに硫化ナトリウム(和光純薬工業(株)製)8.9g(0.11mol)のメタノール溶液100mlを1時間かけて滴下し、さらに60℃で4時間撹拌した。反応終了後、溶媒を減圧除去し、クロロホルム200mlと水200mlを加え、不溶物をろ別した。有機層を水で2回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧除去した。生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、クロロホルム)で精製することにより化合物(1−c)を白色固体(9.8g、収率48%)として得た。化合物(1−c)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.48(s,1H),4.19(t,J=3.0Hz,2H),4.05(t,J=3.0Hz,2H),3.87(s,3H)ppm。
24.8 g (0.10 mmol) of the compound (1-b) was dissolved in 1.2 L of methanol (manufactured by Sasaki Chemical Co., Ltd.) and stirred at 60 ° C., and sodium sulfide (Wako Pure Chemical Industries ( 100 ml of a methanol solution of 8.9 g (0.11 mol) was added dropwise over 1 hour and further stirred at 60 ° C. for 4 hours. After completion of the reaction, the solvent was removed under reduced pressure, 200 ml of chloroform and 200 ml of water were added, and insoluble matters were filtered off. The organic layer was washed twice with water and once with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was removed under reduced pressure. The product was purified by silica gel column chromatography (eluent, chloroform) to give compound (1-c) as a white solid (9.8 g, yield 48%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-c) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.48 (s, 1H), 4.19 (t, J = 3.0 Hz, 2H), 4.05 (t, J = 3.0 Hz, 2H), 3.87 (s, 3H) ppm.

前記化合物(1−c)9.8g(49mmol)に水100mlついで3M水酸化ナトリウム水溶液30mlを加え、80℃で4時間加熱撹拌した。反応終了後、濃塩酸15mlを0℃で加え、析出した固体をろ取し、水で数回洗浄した。得られた固体を乾燥し、化合物(1−d)を白色固体(8.9g、収率98%)として得た。化合物(1−d)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,DMSO−d):7.46(s,1H),4.18(t,J=3.2Hz,2H),4.01(t,J=3.2Hz,2H)ppm。
To 9.8 g (49 mmol) of the compound (1-c), 100 ml of water and 30 ml of 3M aqueous sodium hydroxide solution were added, followed by heating and stirring at 80 ° C. for 4 hours. After completion of the reaction, 15 ml of concentrated hydrochloric acid was added at 0 ° C., and the precipitated solid was collected by filtration and washed several times with water. The obtained solid was dried to obtain compound (1-d) as a white solid (8.9 g, yield 98%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-d) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, DMSO-d 6 ): 7.46 (s, 1H), 4.18 (t, J = 3.2 Hz, 2H), 4.01 (t, J = 3.2 Hz, 2H) ) Ppm.

前記化合物(1−d)1.46g(7.8mmol)を脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)60mlに溶解し、−78℃で撹拌しているところに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)10.7ml(17.2mmol)を滴下し、−78℃で1時間撹拌した。次いでN−フルオロベンゼンスルホンイミド(東京化成工業(株)製)3.19g(10.1mmol)の乾燥テトラヒドロフラン溶液20mlを−78℃で10分間かけて滴下し、室温で12時間撹拌した。反応終了後、水50mlをゆっくり加えた。3M塩酸を加えて水層を酸性にした後、クロロホルムで3回抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、酢酸エチル)で副生成物を除去した後に酢酸エチルから再結晶することで化合物(1−e)を薄黄色粉末(980mg、収率61%)として得た。化合物(1−e)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,DMSO−d):13.31(brs,1H),4.20(t,J=3.0Hz,2H),4.03(t,J=3.0Hz,2H)ppm。
1.46 g (7.8 mmol) of the compound (1-d) was dissolved in 60 ml of dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and stirred at −78 ° C. to obtain a normal butyl lithium hexane solution ( 1.6 M, 10.7 ml (17.2 mmol) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was added dropwise, and the mixture was stirred at -78 ° C for 1 hour. Subsequently, 20 ml of a dry tetrahydrofuran solution of 3.19 g (10.1 mmol) of N-fluorobenzenesulfonimide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added dropwise at −78 ° C. over 10 minutes, followed by stirring at room temperature for 12 hours. After completion of the reaction, 50 ml of water was slowly added. 3M Hydrochloric acid was added to acidify the aqueous layer, and the mixture was extracted 3 times with chloroform. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. By-product was removed by silica gel column chromatography (eluent, ethyl acetate) and then recrystallized from ethyl acetate to obtain compound (1-e) as a pale yellow powder (980 mg, 61% yield). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-e) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, DMSO-d 6 ): 13.31 (brs, 1H), 4.20 (t, J = 3.0 Hz, 2H), 4.03 (t, J = 3.0 Hz, 2H) ) Ppm.

前記化合物(1−e)800mg(3.9mmol)の脱水ジクロロメタン(和光純薬工業(株)製)溶液10mlに、オキサリルクロリド(東京化成工業(株)製)1ml、次いでジメチルホルムアミド(和光純薬工業(株)製)1滴を加え、室温で3時間撹拌した。溶媒と過剰のオキサリルクロリドを減圧除去することで、化合物(1−f)を黄色オイルとして得た。化合物(1−f)はそのまま次の反応に用いた。   To 10 ml of a dehydrated dichloromethane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) solution of 800 mg (3.9 mmol) of the compound (1-e), 1 ml of oxalyl chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and then dimethylformamide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1 drop of Kogyo Co., Ltd. was added and stirred at room temperature for 3 hours. The solvent and excess oxalyl chloride were removed under reduced pressure to obtain compound (1-f) as a yellow oil. Compound (1-f) was used in the next reaction as it was.

前記化合物(1−f、粗精製物)のジクロロメタン溶液10mlを1−オクタノール(和光純薬工業(株)製)1.3g(10mmol)およびトリエチルアミン(和光純薬工業(株)製)800mg(8mmol)のジクロロメタン溶液15mlに室温で加え、6時間室温で撹拌した。反応溶液を1M塩酸で2回、水で1回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、クロロホルム)で精製することにより化合物(1−g)を薄黄色固体(1.12g、収率90%)として得た。化合物(1−g)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):4.27(t,J=6.7Hz,2H),4.16(t,J=3.0Hz,2H),4.01(t,J=3.0Hz,2H),1.72(m,2H),1.5−1.3(m,12H),0.88(t,J=7.0Hz,3H)ppm。
10 ml of a dichloromethane solution of the compound (1-f, crudely purified product) 1.3 g (10 mmol) of 1-octanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 800 mg (8 mmol) of triethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) In dichloromethane (15 ml) at room temperature and stirred for 6 hours at room temperature. The reaction solution was washed twice with 1M hydrochloric acid, once with water and once with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was evaporated under reduced pressure. Purification by silica gel column chromatography (eluent, chloroform) gave compound (1-g) as a pale yellow solid (1.12 g, yield 90%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-g) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 4.27 (t, J = 6.7 Hz, 2H), 4.16 (t, J = 3.0 Hz, 2H), 4.01 (t, J = 3) 0.0 Hz, 2H), 1.72 (m, 2H), 1.5-1.3 (m, 12H), 0.88 (t, J = 7.0 Hz, 3H) ppm.

前記化合物(1−g)1.1g(3.5mmol)の酢酸エチル溶液40mlに、メタクロロ安息香酸(ナカライテスク(株)製)630mg(3.6mmol)の酢酸エチル溶液10mlを0℃で加え、室温で5時間撹拌した。溶媒を減圧除去した後に無水酢酸30mlを加え、3時間加熱還流した。溶媒を再び減圧除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、ジクロロメタン:ヘキサン=1:1)で精製することにより化合物(1−h)を薄黄色オイル(1.03g、収率94%)として得た。化合物(1−h)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.65(d,J=2.7Hz,1H),7.28(dd,J=2.7Hz and 5.4Hz,1H),4.31(t,J=6.8Hz,2H),1.75(m,2H),1.42−1.29(m,12H),0.89(t,J=6.8Hz,3H)ppm。
10 ml of an ethyl acetate solution of 630 mg (3.6 mmol) of metachlorobenzoic acid (manufactured by Nacalai Tesque) was added to 40 ml of an ethyl acetate solution of 1.1 g (3.5 mmol) of the compound (1-g) at 0 ° C. Stir at room temperature for 5 hours. After removing the solvent under reduced pressure, 30 ml of acetic anhydride was added, and the mixture was heated to reflux for 3 hours. The solvent was removed again under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (eluent, dichloromethane: hexane = 1: 1) to give compound (1-h) as a pale yellow oil (1.03 g, yield 94%). Obtained. The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-h) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.65 (d, J = 2.7 Hz, 1H), 7.28 (dd, J = 2.7 Hz and 5.4 Hz, 1H), 4.31 (t , J = 6.8 Hz, 2H), 1.75 (m, 2H), 1.42-1.29 (m, 12H), 0.89 (t, J = 6.8 Hz, 3H) ppm.

前記化合物(1−h)1.0g(3.2mmol)のジメチルホルムアミド溶液20mlに、N−ブロモスクシンイミド(和光純薬工業(株)製)1.25g(7.0mmol)を室温で加え、3時間室温で撹拌した。反応終了後、酢酸エチル80mlを加え、有機層を水で5回、飽和食塩水で1回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、クロロホルム:ヘキサン=1:3)で精製することにより化合物(1−i)を薄黄色固体(1.2g、収率79%)として得た。化合物(1−i)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):4.32(t,J=6.5Hz,2H),1.75(m,2H),1.42−1.29(m,12H),0.89(t,J=6.8Hz,3H)ppm。
To 20 ml of a dimethylformamide solution of 1.0 g (3.2 mmol) of the compound (1-h), 1.25 g (7.0 mmol) of N-bromosuccinimide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added at room temperature. Stir for hours at room temperature. After completion of the reaction, 80 ml of ethyl acetate was added, the organic layer was washed 5 times with water and once with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. Purification by silica gel column chromatography (eluent, chloroform: hexane = 1: 3) gave compound (1-i) as a pale yellow solid (1.2 g, yield 79%). The measurement result of 1 H-NMR of compound (1-i) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 4.32 (t, J = 6.5 Hz, 2H), 1.75 (m, 2H), 1.42-1.29 (m, 12H), 0. 89 (t, J = 6.8 Hz, 3H) ppm.

ジエチルアミン(和光純薬工業(株)製)110g(1.5mol)のジクロロメタン溶液300mlに、3−チオフェンカルボニルクロリド(和光純薬工業(株)製)100g(0.68mol)を0℃で1時間かけて加え、室温で3時間撹拌した。撹拌終了後、水200mlを加え、有機層を水で3回、飽和食塩水で1回洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。残渣を減圧蒸留することにより、化合物(1−k)を淡橙色液体(102g、収率82%)として得た。化合物(1−k)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.47(dd,J=3.2Hz and 1.0Hz,1H),7.32(dd,J=5.0Hz and 3.2Hz,1H),7.19(dd,J=5.0Hz and 1.0Hz,1H),3.43(brs,4H),1.20(t,J=6.5Hz,6H)ppm。
To 300 ml of dichloromethane solution of 110 g (1.5 mol) of diethylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 100 g (0.68 mol) of 3-thiophenecarbonyl chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) at 0 ° C. for 1 hour. And stirred at room temperature for 3 hours. After completion of the stirring, 200 ml of water was added, and the organic layer was washed three times with water and once with a saturated saline solution. After drying over anhydrous magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was distilled under reduced pressure to obtain compound (1-k) as a pale orange liquid (102 g, yield 82%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-k) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.47 (dd, J = 3.2 Hz and 1.0 Hz, 1H), 7.32 (dd, J = 5.0 Hz and 3.2 Hz, 1H), 7 .19 (dd, J = 5.0 Hz and 1.0 Hz, 1H), 3.43 (brs, 4H), 1.20 (t, J = 6.5 Hz, 6H) ppm.

前記化合物(1−k)73.3g(0.40mol)の脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)溶液400mlに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)250ml(0.40mol)を0℃で30分間かけて滴下した。滴下終了後、室温で4時間撹拌した。撹拌終了後、水100mlをゆっくり加えしばらく撹拌した後、反応混合物を水800mlに注いだ。析出した固体をろ取し、水、メタノール、ついでヘキサンの順で洗浄することにより化合物(1−l)を黄色固体(23.8g、収率27%)として得た。化合物(1−l)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.69(d,J=4.9Hz,2H),7.64(d,J=4.9Hz,2H)ppm。
To 400 ml of a dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 73.3 g (0.40 mol) of the compound (1-k), a normal butyl lithium hexane solution (1.6 M, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). ) 250 ml (0.40 mol) was added dropwise at 0 ° C. over 30 minutes. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. After stirring, 100 ml of water was slowly added and stirred for a while, and then the reaction mixture was poured into 800 ml of water. The precipitated solid was collected by filtration and washed with water, methanol, and hexane in this order to obtain compound (1-l) as a yellow solid (23.8 g, yield 27%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-l) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.69 (d, J = 4.9 Hz, 2H), 7.64 (d, J = 4.9 Hz, 2H) ppm.

チオフェン42g(0.50mol)の脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)溶液400mlに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)250ml(0.40mol)を−78℃で30分間かけて滴下した。反応混合物を−78℃で1時間撹拌した後、2−エチルヘキシルブロミド(和光純薬工業(株)製)76.4g(0.40mol)を−78℃で15分間かけて滴下した。反応溶液を室温で30分間撹拌した後、60℃で6時間加熱撹拌した。撹拌終了後、反応溶液を室温まで冷却し、水200mlおよびエーテル200mlを加えた。有機層を水で2回、飽和食塩水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を減圧留去した。残渣を減圧蒸留することで化合物(1−n)を無色液体(28.3g、36%)として得た。化合物(1−n)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.11(d,4.9Hz,1H),6.92(dd,4.9Hz and 3.2Hz,1H),6.76(d,J=3.2Hz,1H),2.76(d,J=6.8Hz,2H),1.62(m,1H),1.4−1.3(m,8H),0.88(m,6H)ppm。
To 400 ml of dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 42 g (0.50 mol) of thiophene, 250 ml (0.40 mol) of normal butyl lithium hexane solution (1.6 M, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added. The solution was added dropwise at −78 ° C. over 30 minutes. The reaction mixture was stirred at -78 ° C for 1 hour, and then 76.4 g (0.40 mol) of 2-ethylhexyl bromide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise at -78 ° C over 15 minutes. The reaction solution was stirred at room temperature for 30 minutes and then heated and stirred at 60 ° C. for 6 hours. After completion of the stirring, the reaction solution was cooled to room temperature, and 200 ml of water and 200 ml of ether were added. The organic layer was washed twice with water and saturated brine, and then dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was evaporated under reduced pressure. The residue was distilled under reduced pressure to obtain compound (1-n) as a colorless liquid (28.3 g, 36%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-n) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.11 (d, 4.9 Hz, 1 H), 6.92 (dd, 4.9 Hz and 3.2 Hz, 1 H), 6.76 (d, J = 3 .2 Hz, 1H), 2.76 (d, J = 6.8 Hz, 2H), 1.62 (m, 1H), 1.4-1.3 (m, 8H), 0.88 (m, 6H) ) Ppm.

前記化合物(1−n)17.5g(89mmol)の脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)溶液400mlに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)57ml(89mmol)を0℃で30分間かけて滴下した。反応溶液を50℃で1時間撹拌した後、前記化合物(1−l)4.9g(22mmol)を50℃で加え、そのまま1時間撹拌した。撹拌終了後、反応溶液を0℃に冷却し、塩化すず二水和物(和光純薬工業(株)製)39.2g(175mmol)を10%塩酸80mlに溶かした溶液を加え、室温で1時間撹拌した。撹拌終了後、水200ml、ジエチルエーテル200mlを加え、有機層を水で2回、次いで飽和食塩水で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、ヘキサン)で精製することにより化合物(1−o)を黄色オイル(7.7g、収率59%)として得た。化合物(1−o)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.63(d,J=5.7Hz,1H),7.45(d,J=5.7Hz,1H),7.29(d,J=3.6Hz,1H),6.88(d,J=3.6Hz,1H),2.86(d,J=7.0Hz,2H),1.70−1.61(m,1H),1.56−1.41(m,8H),0.97−0.89(m,6H)ppm。
In 400 ml of dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 17.5 g (89 mmol) of the compound (1-n), 57 ml of normal butyl lithium hexane solution (1.6 M, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (89 mmol) was added dropwise at 0 ° C. over 30 minutes. The reaction solution was stirred at 50 ° C. for 1 hour, and then 4.9 g (22 mmol) of the compound (1-1) was added at 50 ° C. and stirred as it was for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction solution was cooled to 0 ° C., and a solution of 39.2 g (175 mmol) of tin chloride dihydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in 80 ml of 10% hydrochloric acid was added. Stir for hours. After completion of the stirring, 200 ml of water and 200 ml of diethyl ether were added, and the organic layer was washed twice with water and then with a saturated saline solution. After drying over anhydrous magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. Purification by silica gel column chromatography (eluent, hexane) gave compound (1-o) as a yellow oil (7.7 g, yield 59%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-o) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.63 (d, J = 5.7 Hz, 1H), 7.45 (d, J = 5.7 Hz, 1H), 7.29 (d, J = 3 .6 Hz, 1H), 6.88 (d, J = 3.6 Hz, 1H), 2.86 (d, J = 7.0 Hz, 2H), 1.70-1.61 (m, 1H), 1 .56-1.41 (m, 8H), 0.97-0.89 (m, 6H) ppm.

前記化合物(1−o)870mg(1.5mmol)の脱水テトラヒドロフラン(和光純薬工業(株)製)溶液25mlに、ノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、和光純薬工業(株)製)2.0ml(3.3mmol)を−78℃でシリンジを用いて加え、−78℃で30分間、室温で30分間撹拌した。反応混合物を−78℃まで冷却した後、トリメチルスズクロリド(和光純薬工業(株)製)800mg(4.0mmol)を−78℃で一度に加え、室温で4時間撹拌した。撹拌終了後、ジエチルエーテル50mlおよび水50mlを加え5分間室温で撹拌した後、有機層を水で2回、次いで飽和食塩水で洗浄した。無水硫酸ナトリウムで溶媒を乾燥後、溶媒を減圧留去した。得られた橙色オイルをエタノールより再結晶することで、化合物(1−p)を薄黄色固体(710mg、収率52%)として得た。化合物(1−p)のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):7.68(s,2H),7.31(d,J=3.2Hz,2H),6.90(d,J=3.2Hz,2H),2.87(d,J=6.2Hz,4H),1.69(m,2H),1.40−1.30(m,16H),1.0−0.9(m,12H),0.39(s,18H)ppm。
Into 25 ml of dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) solution of 870 mg (1.5 mmol) of the compound (1-o), normal butyl lithium hexane solution (1.6M, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 2 0.0 ml (3.3 mmol) was added at −78 ° C. using a syringe, and the mixture was stirred at −78 ° C. for 30 minutes and at room temperature for 30 minutes. After cooling the reaction mixture to −78 ° C., 800 mg (4.0 mmol) of trimethyltin chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added at once at −78 ° C., and the mixture was stirred at room temperature for 4 hours. After completion of the stirring, 50 ml of diethyl ether and 50 ml of water were added and stirred at room temperature for 5 minutes, and then the organic layer was washed twice with water and then with a saturated saline solution. After drying the solvent with anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained orange oil was recrystallized from ethanol to obtain the compound (1-p) as a pale yellow solid (710 mg, yield 52%). The measurement result of 1 H-NMR of the compound (1-p) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 7.68 (s, 2H), 7.31 (d, J = 3.2 Hz, 2H), 6.90 (d, J = 3.2 Hz, 2H), 2.87 (d, J = 6.2 Hz, 4H), 1.69 (m, 2H), 1.40-1.30 (m, 16H), 1.0-0.9 (m, 12H), 0.39 (s, 18H) ppm.

化合物(1−i)71mg(0.15mmol)および化合物(1−p)136mg(0.15mmol)をトルエン(和光純薬工業(株)製)4mlおよびジメチルホルムアミド(和光純薬工業(株)製)1mlに溶解させたところに、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成工業(株)製)5mgを加え、窒素雰囲気下、100℃で15時間撹拌した。次いで、ブロモベンゼン(東京化成工業(株)製)15mgを加え、100℃にて1時間撹拌した。次いで、トリブチル(2−チエニル)すず(東京化成工業(株)製)40mgを加え、100℃にてさらに1時間撹拌した。撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、メタノール100mlに注いだ。析出した固体をろ取し、メタノール、水、アセトンの順に洗浄した。次いでソックスレー抽出器を用いてアセトン、ヘキサンの順で洗浄した。次に、得られた固体をクロロホルムに溶解させ、セライト(ナカライテスク(株)製)、次いでシリカゲルカラム(溶離液、クロロホルム)に通した後、溶媒を減圧留去した。得られた固体を再度クロロホルムに溶解させた後、メタノールに再沈殿し、化合物X−1(85mg)を得た。重量平均分子量は25,000、数平均分子量は16,000であった。   Compound (1-i) 71 mg (0.15 mmol) and compound (1-p) 136 mg (0.15 mmol) in toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 4 ml and dimethylformamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) 5 mg of tetrakistriphenylphosphine palladium (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the solution dissolved in 1 ml, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 15 hours in a nitrogen atmosphere. Next, 15 mg of bromobenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 100 ° C. for 1 hour. Subsequently, 40 mg of tributyl (2-thienyl) tin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added, and the mixture was further stirred at 100 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature and poured into 100 ml of methanol. The precipitated solid was collected by filtration and washed with methanol, water, and acetone in this order. Subsequently, it wash | cleaned in order of acetone and hexane using the Soxhlet extractor. Next, the obtained solid was dissolved in chloroform, passed through Celite (manufactured by Nacalai Tesque), and then a silica gel column (eluent, chloroform), and then the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained solid was dissolved again in chloroform and then reprecipitated in methanol to obtain Compound X-1 (85 mg). The weight average molecular weight was 25,000 and the number average molecular weight was 16,000.

合成例2
化合物B−1をスキーム2に示す方法で合成した。
Synthesis example 2
Compound B-1 was synthesized by the method shown in Scheme 2.

Figure 2016103570
Figure 2016103570

1,3,5−トリホルミルベンゼン(アルドリッチ社製)250mg(1.54mmol)、2−アセチルピリジン(東京化成工業(株)製)1.2g(10mmol)、水酸化ナトリウム500mg(12.3mmol)を乳鉢と乳棒を用いてすり潰し、得られた黄色粉末をエタノール(アルドリッチ社製)30mlに溶解させ室温で二時間攪拌した。攪拌後、アンモニア水溶液(28%、和光純薬工業(株)製)30mlを加え窒素雰囲気下、70度で20時間攪拌した。攪拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、溶液をろ過することで得た固体をアルミナカラムクロマトグラフィー(溶離液、クロロホルム)で精製することにより化合物B−1を白色固体(366mg、収率31.0%)として得た。
化合物B−1のH−NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):8.89(s,6H),8.75−8.70(m,12H),8.42(s,3H),7.90(t,J=7.83Hz,6H),7.38−7.34(m,6H)ppm。
1,3,5-triformylbenzene (manufactured by Aldrich) 250 mg (1.54 mmol), 2-acetylpyridine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 1.2 g (10 mmol), sodium hydroxide 500 mg (12.3 mmol) Was ground with a mortar and pestle, and the resulting yellow powder was dissolved in 30 ml of ethanol (Aldrich) and stirred at room temperature for 2 hours. After stirring, 30 ml of an aqueous ammonia solution (28%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred at 70 ° C. for 20 hours under a nitrogen atmosphere. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature, and the solid obtained by filtering the solution was purified by alumina column chromatography (eluent, chloroform) to give Compound B-1 as a white solid (366 mg, yield 31). 0.0%).
The measurement result of 1 H-NMR of compound B-1 is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 8.89 (s, 6H), 8.75-8.70 (m, 12H), 8.42 (s, 3H), 7.90 (t, J = 7.83 Hz, 6H), 7.38-7.34 (m, 6H) ppm.

合成例5
化合物B−2をスキーム3に示す方法で合成した。
Synthesis example 5
Compound B-2 was synthesized by the method shown in Scheme 3.

Figure 2016103570
Figure 2016103570

前記化合物(4−a)600mg(1.38mol)、1,3,5−トリブロモベンゼン(和光純薬工業(株)製)97.6mg(0.31mmol)、t−ブチルアルコール(和光純薬工業(株)製)7ml、炭酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製)292mg(2.76mmol)、水20mlをトルエン(ナカライテスク(株)製)25mlに溶解させた。そこへ[1.1‘−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(アルドリッチ社製)37mg(0.051mmol)を加え、窒素雰囲気下、90度で72時間攪拌した。攪拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、クロロホルム40ml、水40mlを加え、しばらく攪拌した後、有機層を水で2回、次いで飽和食塩水で洗浄した。硫酸ナトリウムで溶媒を乾燥させた後、溶媒を減圧留去した。残留物を水、メタノールの順で洗浄することにより得た固体をクロロホルムに溶解させ、Quadrasil(アルドリッチ社製)100mgを加え窒素雰囲気下、60度で2時間攪拌した。攪拌後溶液をセライト(ナカライテスク(株)製)を通してろ過した後、ろ液にEDTA飽和水溶液40mlを加え、しばらく攪拌した後、有機層を水で洗浄した。硫酸ナトリウムで溶媒を乾燥させた後、溶媒を減圧留去することで化合物B−2を白色固体(178mg、収率57.0%)として得た。
化合物B−2のH−NMRの測定結果を以下に示す。
600 mg (1.38 mol) of the compound (4-a), 1,3,5-tribromobenzene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 97.6 mg (0.31 mmol), t-butyl alcohol (Wako Pure Chemical) 7 ml of Kogyo Co., Ltd., 292 mg (2.76 mmol) of sodium carbonate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 20 ml of water were dissolved in 25 ml of toluene (Nacalai Tesque). Thereto was added 37 mg (0.051 mmol) of [1.1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene] dichloropalladium (manufactured by Aldrich), and the mixture was stirred at 90 ° C. for 72 hours under a nitrogen atmosphere. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature, chloroform (40 ml) and water (40 ml) were added, and after stirring for a while, the organic layer was washed twice with water and then with a saturated saline solution. After drying the solvent with sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. A solid obtained by washing the residue in order of water and methanol was dissolved in chloroform, 100 mg of Quadrasil (manufactured by Aldrich) was added, and the mixture was stirred at 60 ° C. for 2 hours under a nitrogen atmosphere. After stirring, the solution was filtered through Celite (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd.), 40 ml of a saturated aqueous EDTA solution was added to the filtrate, and after stirring for a while, the organic layer was washed with water. After drying the solvent with sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain Compound B-2 as a white solid (178 mg, yield 57.0%).
The measurement result of 1 H-NMR of compound B-2 is shown below.

H−NMR(270MHz,CDCl):8.84(s,6H),8.78−8.75(m,6H),8.70(d,J=8.4Hz,6H),8.09(d,J=8.64Hz,6H),7.93−7.87(m,15H),7.40−7.37(m,6H)ppm。 1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 8.84 (s, 6H), 8.78-8.75 (m, 6H), 8.70 (d, J = 8.4 Hz, 6H), 8. 09 (d, J = 8.64 Hz, 6H), 7.93-7.87 (m, 15H), 7.40-7.37 (m, 6H) ppm.

合成例6
化合物B−3をスキーム4に示す方法で合成した。
Synthesis Example 6
Compound B-3 was synthesized by the method shown in Scheme 4.

Figure 2016103570
Figure 2016103570

前記化合物(4−a)150mg(0.34mol)、 4‘−(4−ブロモフェニル)−4−ブロモビフェニル(和光純薬工業(株)製)51mg(0.22mmol)、t−ブチルアルコール(和光純薬工業(株)製)1.5ml、炭酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製)72mg(0.68mmol)、水5mlをトルエン(ナカライテスク(株)製)6mlに溶解させた。そこへ[1.1‘−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(アルドリッチ社製)10mg(0.014mmol)を加え、窒素雰囲気下、90度で12時間攪拌した。攪拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、クロロホルム20ml、水20mlを加え、しばらく攪拌した後、有機層を水で2回、次いで飽和食塩水で洗浄した。硫酸ナトリウムで溶媒を乾燥させた後、溶媒を減圧留去した。残留物を水、メタノールの順で洗浄することにより化合物B−5を白色固体(60mg、収率59.0%)として得た。
化合物B−3のH−NMRの測定結果を以下に示す。
150 mg (0.34 mol) of the compound (4-a), 51 mg (0.22 mmol) of 4 ′-(4-bromophenyl) -4-bromobiphenyl (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), t-butyl alcohol ( 1.5 ml of Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 72 mg (0.68 mmol) of sodium carbonate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 5 ml of water were dissolved in 6 ml of toluene (Nacalai Tesque). Thereto was added 10 mg (0.014 mmol) of [1.1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene] dichloropalladium (manufactured by Aldrich), and the mixture was stirred at 90 ° C. for 12 hours in a nitrogen atmosphere. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature, 20 ml of chloroform and 20 ml of water were added and stirred for a while, and then the organic layer was washed twice with water and then with a saturated saline solution. After drying the solvent with sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was washed with water and methanol in this order to obtain Compound B-5 as a white solid (60 mg, yield 59.0%).
The measurement result of 1 H-NMR of compound B-3 is shown below.

H−NMR(270MHz,CDCl):8.82(s,2H),8.75(d,J=4.6Hz,2H),8.70(d,J=8.1Hz,2H),8.03(d,J=6.75Hz,2H),7.90−7.82(m,2H),7.87−7.66(m,10H),7.51−7.50(m,2H),7.36−7.35(m,2H)ppm。 1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 8.82 (s, 2H), 8.75 (d, J = 4.6 Hz, 2H), 8.70 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 8.03 (d, J = 6.75 Hz, 2H), 7.90-7.82 (m, 2H), 7.87-7.66 (m, 10H), 7.51-7.50 (m , 2H), 7.36-7.35 (m, 2H) ppm.

合成例7
化合物B−4をスキーム5に示す方法で合成した。
Synthesis example 7
Compound B-4 was synthesized by the method shown in Scheme 5.

Figure 2016103570
Figure 2016103570

前記化合物(4−a)150mg(0.34mol)、 4−ブロモトリフェニルアミン(和光純薬工業(株)製)71mg(0.22mmol)、t−ブチルアルコール(和光純薬工業(株)製)1.5ml、炭酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製)72mg(0.68mmol)、水5mlをトルエン(ナカライテスク(株)製)6mlに溶解させた。そこへ[1.1‘−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(アルドリッチ社製)10mg(0.014mmol)を加え、窒素雰囲気下、90度で12時間攪拌した。攪拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、クロロホルム20ml、水20mlを加え、しばらく攪拌した後、有機層を水で2回、次いで飽和食塩水で洗浄した。硫酸ナトリウムで溶媒を乾燥させた後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液、酢酸エチル:ヘキサン=2:1)で精製することにより化合物B−6を白色固体(60mg、収率59.0%)として得た。
化合物B−4のH−NMRの測定結果を以下に示す。
150 mg (0.34 mol) of the compound (4-a), 4-bromotriphenylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 71 mg (0.22 mmol), t-butyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1.5 ml, 72 mg (0.68 mmol) of sodium carbonate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 5 ml of water were dissolved in 6 ml of toluene (manufactured by Nacalai Tesque). Thereto was added 10 mg (0.014 mmol) of [1.1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene] dichloropalladium (manufactured by Aldrich), and the mixture was stirred at 90 ° C. for 12 hours in a nitrogen atmosphere. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature, 20 ml of chloroform and 20 ml of water were added and stirred for a while, and then the organic layer was washed twice with water and then with a saturated saline solution. After drying the solvent with sodium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. Purification by silica gel column chromatography (eluent, ethyl acetate: hexane = 2: 1) gave Compound B-6 as a white solid (60 mg, yield 59.0%).
The measurement result of 1 H-NMR of compound B-4 is shown below.

H−NMR(270MHz,CDCl):8.79(s,2H),8.75−8.73(m,2H),8.69(d,J=8.1Hz,2H),7.99(d,J=8.37Hz,2H),7.92−7.86(m,2H),7.71(d,J=7.01Hz,2H),7.56(d,J=8.1Hz,2H),7.36−7.28(m,4H),7.18−7.15(m,6H),7.05(t,J=7.3Hz,2H)ppm。 1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 8.79 (s, 2H), 8.75-8.73 (m, 2H), 8.69 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7. 99 (d, J = 8.37 Hz, 2H), 7.92-7.86 (m, 2H), 7.71 (d, J = 7.01 Hz, 2H), 7.56 (d, J = 8 .1 Hz, 2H), 7.36-7.28 (m, 4H), 7.18-7.15 (m, 6H), 7.05 (t, J = 7.3 Hz, 2H) ppm.

実施例1
前記(A−1)0.9mg、PC70BM(Solenne社製)1.1mgを1,8−ジヨードオクタン(和光純薬工業(株)製)が3%の体積濃度の割合で含まれたクロロホルム溶液0.20mlに加え、溶液がはいった容器を超音波洗浄機((株)井内盛栄堂製US−2(商品名)、出力120W)中で30分間超音波照射することにより溶液A(ドナーアクセプター重量比=1:1)を得た。
Example 1
(A-1) 0.9 mg, PC 70 BM (manufactured by Solenne) 1.1 mg, 1,8-diiodooctane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is included at a volume concentration ratio of 3%. In addition to 0.20 ml of the chloroform solution, the container containing the solution was subjected to ultrasonic irradiation for 30 minutes in an ultrasonic cleaner (US-2 (trade name) manufactured by Inoue Seieido Co., Ltd., output 120 W) for 30 minutes. (Donor acceptor weight ratio = 1: 1) was obtained.

スパッタリング法により正極となるITO透明導電層を125nm堆積させたガラス基板を38mm×46mmに切断した後、ITOをフォトリソグラフィー法により38mm×13mmの長方形状にパターニングした。得られた基板をアルカリ洗浄液(フルウチ化学(株)製、“セミコクリーン”EL56(商品名))で10分間超音波洗浄した後、超純水で洗浄した。この基板を30分間UV/オゾン処理した後に、基板上に正孔輸送層となるPEDOT:PSS水溶液(PEDOT0.8重量%、PPS0.5重量%)をスピンコート法により60nmの厚さに成膜した。ホットプレートにより200℃で5分間加熱乾燥した後、前記の溶液AをPEDOT:PSS層上に滴下し、スピンコート法により膜厚130nmの100nmの光電変換層を形成した。基板と正孔取出し層用マスクを真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度を1×10−3Pa以下になるまで排気し、抵抗加熱法によって、化合物(B−1)を3nmの厚さに蒸着し、続いて負極となる銀層を100nmの厚さに蒸着した。作製した素子の上下の電極から引き出し電極を取り出し、帯状のITO層と銀層が重なり合う部分の面積が5mm×5mmである光起電力素子を作製した。 A glass substrate having an ITO transparent conductive layer of 125 nm deposited as a positive electrode deposited by sputtering was cut into 38 mm × 46 mm, and then ITO was patterned into a 38 mm × 13 mm rectangular shape by photolithography. The obtained substrate was subjected to ultrasonic cleaning for 10 minutes with an alkali cleaning solution (“Semico Clean” EL56 (trade name), manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.), and then washed with ultrapure water. After this substrate was UV / ozone treated for 30 minutes, a PEDOT: PSS aqueous solution (0.8% by weight of PEDOT, 0.5% by weight of PPS) serving as a hole transport layer was formed on the substrate to a thickness of 60 nm by spin coating. did. After drying by heating at 200 ° C. for 5 minutes using a hot plate, the solution A was dropped onto the PEDOT: PSS layer, and a 100 nm photoelectric conversion layer having a thickness of 130 nm was formed by spin coating. The substrate and the hole extraction layer mask were placed in a vacuum deposition apparatus, and the degree of vacuum in the apparatus was evacuated to 1 × 10 −3 Pa or less, and the compound (B-1) was reduced to 3 nm by resistance heating. Then, a silver layer serving as a negative electrode was deposited to a thickness of 100 nm. The extraction electrodes were taken out from the upper and lower electrodes of the manufactured element, and a photovoltaic element having an area where the band-like ITO layer and the silver layer overlap each other was 5 mm × 5 mm was manufactured.

このようにして作製された光起電力素子の正極と負極をケースレー社製2400シリーズソースメータに接続して、大気中でITO層側から擬似太陽光(分光計器株式会社製 OTENTO−SUNIII、スペクトル形状:AM1.5、強度:100mW/cm)を照射し、印加電圧を−1Vから+2Vまで変化させたときの電流値を測定した。得られた電流値より光電変換効率(η)を算出した結果、7.92%であった。さらに、この光起電力素子を窒素下85℃のホットプレート上で熱処理を行った後、上記と同様にして、光電変換効率(η)を算出した結果、熱処理後の光電変換効率保持率が90%となる時間(90%光電変換効率保持時間)は10時間以上であった。 The positive and negative electrodes of the photovoltaic device thus fabricated were connected to a Keithley 2400 series source meter and simulated sunlight (OTENTO-SUNIII, manufactured by Spectrometer Co., Ltd., spectral shape) from the ITO layer side in the atmosphere. : AM1.5, intensity: 100 mW / cm 2 ), and the current value was measured when the applied voltage was changed from −1V to + 2V. As a result of calculating photoelectric conversion efficiency ((eta)) from the obtained electric current value, it was 7.92%. Further, the photovoltaic element was heat-treated on a hot plate at 85 ° C. under nitrogen, and the photoelectric conversion efficiency (η) was calculated in the same manner as described above. As a result, the photoelectric conversion efficiency retention after the heat treatment was 90. % (90% photoelectric conversion efficiency retention time) was 10 hours or more.

実施例2
B−1の代わりにB−2(3nm)を用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、光電変換効率(η)を算出した結果、8.17%であった。さらに、この光起電力素子を窒素下85℃のホットプレート上で熱処理を行った後、上記と同様にして、光電変換効率(η)を算出した結果、熱処理後の光電変換効率保持率が90%となる時間(90%光電変換効率保持時間)は約45時間であった。
Example 2
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that B-2 (3 nm) was used instead of B-1, and the photoelectric conversion efficiency (η) was calculated. As a result, it was 8.17%. It was. Further, the photovoltaic element was heat-treated on a hot plate at 85 ° C. under nitrogen, and the photoelectric conversion efficiency (η) was calculated in the same manner as described above. As a result, the photoelectric conversion efficiency retention after the heat treatment was 90. % (90% photoelectric conversion efficiency retention time) was about 45 hours.

比較例1
B−1の代わりにB−3(4nm)を用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、光電変換効率(η)を算出した結果、2.52%であった。
Comparative Example 1
A photovoltaic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that B-3 (4 nm) was used instead of B-1, and the photoelectric conversion efficiency (η) was calculated. As a result, it was 2.52%. It was.

比較例2
B−1の代わりにB−4(4nm)を用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、光電変換効率(η)を算出した結果、7.04%であった。
Comparative Example 2
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that B-4 (4 nm) was used instead of B-1, and the photoelectric conversion efficiency (η) was calculated. As a result, it was 7.04%. It was.

比較例3
B−1の代わりにC−1(Luminescence Technology社製Phenyl−dipyrenylphosphine oxide(PoPy2))(4nm)を用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、光電変換効率(η)を算出した結果、5.16%であった。
Comparative Example 3
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that C-1 (Phenyl-diphenylphosphine oxide (PoPy2)) (4 nm) (4 nm) manufactured by Luminescence Technology was used instead of B-1. η) was calculated to be 5.16%.

比較例4
B−1の代わりにC−2(Luminescence Technology社製2,9−dimethyl-4,7−diphenyl−1,10−phenanthroline(BCP))(5nm)/LiF(0.5nm)を用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、光電変換効率(η)を算出した結果、7.93%であった。さらに、この光起電力素子を窒素下85℃のホットプレート上で熱処理を行った後、上記と同様にして、光電変換効率(η)を算出した結果、熱処理後の光電変換効率保持率が90%となる時間(90%光電変換効率保持時間)は1時間未満であった。
Comparative Example 4
Other than using C-2 (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP)) (5 nm) / LiF (0.5 nm) manufactured by Luminescence Technology instead of B-1 A photovoltaic device was produced in exactly the same manner as in Example 1, and the photoelectric conversion efficiency (η) was calculated. As a result, it was 7.93%. Further, the photovoltaic element was heat-treated on a hot plate at 85 ° C. under nitrogen, and the photoelectric conversion efficiency (η) was calculated in the same manner as described above. As a result, the photoelectric conversion efficiency retention after the heat treatment was 90. % (90% photoelectric conversion efficiency retention time) was less than 1 hour.

Figure 2016103570
Figure 2016103570

実施例と比較例の結果を表1にまとめた。実施例1と比較例1〜3、実施例2と比較例4の対比から、本発明が光起電力素子の光電変換効率と耐久性を同時に向上させることができることが分かる。   The results of Examples and Comparative Examples are summarized in Table 1. From the comparison between Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, and Example 2 and Comparative Example 4, it can be seen that the present invention can simultaneously improve the photoelectric conversion efficiency and durability of the photovoltaic element.

1 基板
2 正極
3 光電変換層
4 電子取り出し層
5 負極
1 Substrate 2 Positive Electrode 3 Photoelectric Conversion Layer 4 Electron Extraction Layer 5 Negative Electrode

Claims (8)

少なくとも正極、光電変換層、電子取出し層および金属で構成された負極をこの順に有する光起電力素子であって、前記電子取出し層に下記(a)〜(c)をすべて満たす化合物を含む光起電力素子。
(a)含窒素六員環芳香環を含有する基(含窒素六員環芳香族基)を1または2以上有し、そのうち少なくとも1つは縮環していない含窒素六員環芳香環を含有する基(非縮環含窒素六員環芳香族基)である。
(b)前記1または2以上の含窒素六員環芳香族基中に、前記負極を構成する金属と同種の金属原子またはそのイオン(負極金属)に対して電子対供与可能な空間配置をとり得る3つ以上の環構成窒素原子(配位窒素原子)が存在し、該配位窒素原子のうち少なくとも1つは前記非縮環含窒素六員環芳香族基上の窒素原子である。
(c)化合物内の全ての含窒素六員環芳香環の総分子量が化合物全体の総分子量の60%以上である。
A photovoltaic device having at least a positive electrode, a photoelectric conversion layer, an electron extraction layer, and a negative electrode composed of a metal in this order, wherein the electron extraction layer contains a compound that satisfies all of the following (a) to (c): Power element.
(A) a group containing a nitrogen-containing six-membered ring aromatic ring (nitrogen-containing six-membered ring aromatic group) having one or more, at least one of which is a non-condensed nitrogen-containing six-membered ring aromatic ring It is a group (non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group).
(B) The one or two or more nitrogen-containing six-membered ring aromatic groups have a spatial arrangement capable of donating electron pairs to the same metal atom or ion (negative electrode metal) as the metal constituting the negative electrode. There are three or more ring nitrogen atoms (coordinating nitrogen atoms) to be obtained, and at least one of the coordinating nitrogen atoms is a nitrogen atom on the non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group.
(C) The total molecular weight of all nitrogen-containing six-membered aromatic rings in the compound is 60% or more of the total molecular weight of the entire compound.
前記非縮環含窒素六員環芳香族基が、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、トリアジル基およびテトラジル基からなる群より選択される基を含有する基である、請求項1に記載の光起電力素子。   The light according to claim 1, wherein the non-condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group is a group containing a group selected from the group consisting of a pyridyl group, a pyrazyl group, a pyrimidyl group, a triazyl group, and a tetrazyl group. Electromotive force element. 前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物が下記一般式(1)で表される化合物である、請求項1または2に記載の光起電力素子。
B−(A)n (1)
(一般式(1)中、Aは3つ以上の配位窒素原子を含有する含窒素六員環芳香族基である。nは1以上の整数を表す。nが1の場合、Aは非縮環含窒素六員環芳香族基である。nが2以上の場合、2以上のAは同一でもそれぞれ異なっていても良いが、2以上のAのうち少なくとも1つは非縮環含窒素六員環芳香族基である。Bは、Aの含窒素六員環芳香環のいずれかの環構成原子と直接結合しているn価の基を表す。)
The photovoltaic element of Claim 1 or 2 whose compound which satisfy | fills all said (a)-(c) is a compound represented by following General formula (1).
B- (A) n (1)
(In General Formula (1), A is a nitrogen-containing six-membered aromatic group containing three or more coordinate nitrogen atoms. N represents an integer of 1 or more. A condensed nitrogen-containing six-membered aromatic group, when n is 2 or more, two or more As may be the same or different, but at least one of the two or more A is non-condensed nitrogen-containing (It is a 6-membered aromatic group, and B represents an n-valent group that is directly bonded to any ring constituent atom of the nitrogen-containing 6-membered aromatic ring of A.)
前記一般式(1)で表される化合物において、AはAに含まれる含窒素六員環芳香環の配位性窒素原子のメタ位またはパラ位でBと結合している、請求項3に記載の光起電力素子。   In the compound represented by the general formula (1), A is bonded to B at the meta-position or para-position of the coordinating nitrogen atom of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring contained in A. The photovoltaic element as described. 前記一般式(1)で表される化合物が、次の(i)および(ii)を満たす化合物である、請求項3または4に記載の光起電力素子。
(i)Aが下記式(A)および(A)より選択される基である。
Figure 2016103570
(A、Aはそれぞれ置換基を有していてもよい。)
(ii)(A)n部分に含まれる含窒素六員環芳香環の総分子量が化合物全体の総分子量の60%以上である。
The photovoltaic device according to claim 3 or 4, wherein the compound represented by the general formula (1) is a compound satisfying the following (i) and (ii).
(I) A is a group selected from the following formulas (A 1 ) and (A 2 ).
Figure 2016103570
(A 1 and A 2 may each have a substituent.)
(Ii) (A) The total molecular weight of the nitrogen-containing six-membered aromatic ring contained in the n portion is 60% or more of the total molecular weight of the entire compound.
前記一般式(1)で表される化合物において、Bがアリール基または芳香族複素環基を骨格とする基である、請求項3〜5のいずれかに記載の光起電力素子。   The photovoltaic device according to any one of claims 3 to 5, wherein in the compound represented by the general formula (1), B is a group having an aryl group or an aromatic heterocyclic group as a skeleton. 前記AおよびAの環構成窒素原子の全てのオルト位が、置換されていないか、またはアリール基以外の基で置換されている、請求項5または6に記載の光起電力素子。 Wherein A 1 and all ortho positions of the ring constituting nitrogen atom of A 2 is substituted by unsubstituted or non-aryl group group, photovoltaic element according to claim 5 or 6. 前記(a)〜(c)をすべて満たす化合物の分子量が500以上である、請求項1〜7のいずれかに記載の光起電力素子。
The photovoltaic element in any one of Claims 1-7 whose molecular weight of the compound which satisfy | fills all said (a)-(c) is 500 or more.
JP2014241230A 2014-11-28 2014-11-28 Photovoltaic element Pending JP2016103570A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106099057A (en) * 2016-06-23 2016-11-09 华南师范大学 A kind of C10h402s2graphene composite material and preparation and application

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