JP2016113538A - Metal oxide-containing layer forming composition, electronic device, and method for producing electronic device - Google Patents

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才華 大坪
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition which can easily form a metal oxide-containing layer having high electrical properties and moderate film hardness, an electronic device comprising the metal oxide-containing layer, and a method for easily producing the electronic device.SOLUTION: A metal oxide-containing layer forming composition comprises unsaturated carboxylic acid metal salt represented by formula (I), and polyvinyl acetal resin (R-Rindependently represent H or any substituent; M is a m-valent metal atom; m is an integer of 2-5; m CRR=CR-COOmay be the same or different).SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、金属酸化物含有層形成用組成物、電子デバイス、及び電子デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a metal oxide-containing layer forming composition, an electronic device, and a method for producing an electronic device.

近年、有機半導体を用いた電子デバイス、なかでも有機トランジスタ素子(OFET)、有機電界発光素子(OLED)、及び有機薄膜太陽電池(OPV)が盛んに開発されている。有機半導体を用いたデバイスは、基材としてフレキシブル基材を用いることで、可撓性を維持することができるために、様々な状況で設置ができるという特徴を有する。   In recent years, electronic devices using organic semiconductors, especially organic transistor elements (OFETs), organic electroluminescent elements (OLEDs), and organic thin film solar cells (OPVs) have been actively developed. Since a device using an organic semiconductor can maintain flexibility by using a flexible base material as a base material, it has a feature that it can be installed in various situations.

OPVでは、通常、一対の電極で活性層を挟んだ構成を有するが、電極と活性層との間に、さらにバッファ層が、電荷輸送効率を向上させる等の目的のために、設けられることがある。バッファ層は通常、電子取り出し層と正孔取り出し層とに分類することができる。なかでも、電子取り出し層の材料として酸化亜鉛(ZnO)等の金属酸化物を用いるOPVが報告されている。   The OPV usually has a configuration in which an active layer is sandwiched between a pair of electrodes, but a buffer layer may be provided between the electrode and the active layer for the purpose of improving charge transport efficiency. is there. The buffer layer can be generally classified into an electron extraction layer and a hole extraction layer. Among these, OPV using a metal oxide such as zinc oxide (ZnO) as a material for the electron extraction layer has been reported.

例えば特許文献1には、電子取り出し層として酸化亜鉛含有(ZnO)層を用いたOPVが記載されている。また、当該、酸化亜鉛含有層を形成するために、ジアクリル酸亜鉛を用いることで、酸化亜鉛ナノ粒子の分散液から形成さえる酸化亜鉛含有層よりも硬い酸化亜鉛含有層が均一に成膜できる方法が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes an OPV using a zinc oxide-containing (ZnO) layer as an electron extraction layer. In addition, by using zinc diacrylate to form the zinc oxide-containing layer, a method capable of uniformly forming a zinc oxide-containing layer that is harder than the zinc oxide-containing layer formed from a dispersion of zinc oxide nanoparticles Is described.

また、特許文献2には、ポリビニルブチラールと、酸化チタンナノ粒子と、を含有する分散液から、ポリビニルブチラールを含有する酸化チタン含有層が形成されることが記載されている。   Patent Document 2 describes that a titanium oxide-containing layer containing polyvinyl butyral is formed from a dispersion containing polyvinyl butyral and titanium oxide nanoparticles.

国際公開第2013/180230号パンフレットInternational Publication No. 2013/180230 Pamphlet 特開平11−204152号公報JP-A-11-204152

有機半導体を用いた電子デバイスを生産性高く製造するためには、フレキシブル基材を用いたロールツゥーロール方式による製造が好ましい。そのためには、高い電気的特性と適度な膜硬度を有する金属酸化物含有層が、安定性が高いインクから簡易的な方法で製造できることが好ましい。しかしながら、本発明者らの検討によると、特許文献1及び2に記載の方法に従って金属酸化物含有層を形成した場合、高い電気的特性及び適度な膜硬度を両立した金属酸化物含有層を得ることは難しく、更なる検討が必要であることが判明した。また、特許文献2に記載の方法により得られるインクは安定性が不十分であり、得られる膜硬度も十分ではない傾向があることが判明した。この理由としては、分散液に用いる金属酸化物ナノ粒子の粒径(10nm以上)が原因で、形成できる金属酸化物含有層の膜硬度が、バインダー樹脂を加えても未だ軟らかいことが一因であると判明した。   In order to produce an electronic device using an organic semiconductor with high productivity, production by a roll-to-roll method using a flexible substrate is preferable. For this purpose, it is preferable that a metal oxide-containing layer having high electrical characteristics and appropriate film hardness can be produced from a highly stable ink by a simple method. However, according to the study by the present inventors, when a metal oxide-containing layer is formed according to the methods described in Patent Documents 1 and 2, a metal oxide-containing layer that achieves both high electrical characteristics and appropriate film hardness is obtained. This proved to be difficult and requires further investigation. Further, it has been found that the ink obtained by the method described in Patent Document 2 has insufficient stability and the film hardness obtained tends to be insufficient. This is because, due to the particle size (10 nm or more) of the metal oxide nanoparticles used in the dispersion, the film hardness of the metal oxide-containing layer that can be formed is still soft even when a binder resin is added. It turned out to be.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高い電気的特性及び適度な膜硬度を有する金属酸化物含有層を簡易に形成できる組成物、該金属酸化物含有層を備えた電子デバイス、及び該電子デバイスを簡易に製造するための方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a composition capable of easily forming a metal oxide-containing layer having high electrical characteristics and appropriate film hardness, and an electronic device provided with the metal oxide-containing layer It is another object of the present invention to provide a method for easily manufacturing the electronic device.

本発明者らは、鋭意検討の結果、特定の不飽和カルボン酸金属塩と、ポリビニルアセタール樹脂と、を含む組成物を用いることにより、上記課題を解決し、本発明を達成するに至った。   As a result of intensive studies, the present inventors have solved the above problems and achieved the present invention by using a composition containing a specific unsaturated carboxylic acid metal salt and a polyvinyl acetal resin.

即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
[1] 式(I)で表される不飽和カルボン酸金属塩と、ポリビニルアセタール樹脂と、を含有する金属酸化物含有層形成用組成物。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A metal oxide-containing layer forming composition comprising an unsaturated carboxylic acid metal salt represented by the formula (I) and a polyvinyl acetal resin.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

(式(I)中、R1、R2及びR3は、それぞれ独立して水素原子又は任意の置換基であり、Mはm価の金属原子であり、mは2以上5以下の整数である。m個のCR12=CR3−COO-は、同じであっても互いに異なっていてもよい。)
[2] 前記不飽和カルボン酸金属塩を構成する炭素数が3以上12以下である[1]に記載の金属酸化物含有層形成用組成物。
[3] 前記式(I)中、R1、R2及びR3がそれぞれ独立して、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基である[1]又は[2]に記載の金属酸化物含有層形成用組成物。
[4] 前記式(I)中、Mが周期表第4周期の遷移金属元素、周期表第12族元素、周期表第13族元素、及び周期表第14族元素から選ばれるいずれかの金属原子である[1]〜[3]のいずれかに記載の金属酸化物含有層形成用組成物。
[5] 前記式(I)中、Mが亜鉛原子である[1]〜[4]のいずれかに記載の金属酸化物含有層形成用組成物。
[6] 金属酸化物含有層を備えた電子デバイスの製造方法であって、前記金属酸化物含有層の製造工程は、[1]〜[5]のいずれかに記載の金属酸化物含有層形成用組成物を塗布する工程と、前記塗布後に熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
[7] 電子デバイスが光電変換素子である[6]に記載の電子デバイスの製造方法。
[8] 金属酸化物と、ポリビニルアセタール樹脂と、を含む金属酸化物含有層を有する電子デバイスであって、前記金属酸化物含有層中のポリビニルアセタール樹脂の含有率が1質量%以上、60質量%以下であることを特徴とする電子デバイス。
(In the formula (I), R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom or an arbitrary substituent, M is an m-valent metal atom, and m is an integer of 2 or more and 5 or less. M m CR 1 R 2 ═CR 3 —COO may be the same or different from each other.)
[2] The metal oxide-containing layer forming composition according to [1], wherein the unsaturated carboxylic acid metal salt has 3 to 12 carbon atoms.
[3] In the formula (I), R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group which may have a substituent, according to [1] or [2] A composition for forming a metal oxide-containing layer.
[4] In the formula (I), M is any metal selected from a transition metal element in the fourth period of the periodic table, a Group 12 element in the periodic table, a Group 13 element in the periodic table, and a Group 14 element in the periodic table The composition for forming a metal oxide-containing layer according to any one of [1] to [3], which is an atom.
[5] The composition for forming a metal oxide-containing layer according to any one of [1] to [4], wherein M is a zinc atom in the formula (I).
[6] A method for manufacturing an electronic device including a metal oxide-containing layer, wherein the metal oxide-containing layer manufacturing process includes forming a metal oxide-containing layer according to any one of [1] to [5] The manufacturing method of the electronic device characterized by including the process of apply | coating the composition for coating, and the process of heat-processing after the said application | coating.
[7] The method for manufacturing an electronic device according to [6], wherein the electronic device is a photoelectric conversion element.
[8] An electronic device having a metal oxide-containing layer containing a metal oxide and a polyvinyl acetal resin, wherein the content of the polyvinyl acetal resin in the metal oxide-containing layer is 1% by mass or more and 60% by mass. % Or less electronic device.

本発明により、高い電気的特性及び適度な膜硬度を有する金属酸化物含有層を備えた電子デバイスを簡易に製造することができる。   According to the present invention, an electronic device including a metal oxide-containing layer having high electrical characteristics and appropriate film hardness can be easily produced.

本発明の一実施形態としての電界効果トランジスタ素子の構成を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the structure of the field effect transistor element as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての電界発光素子の構成を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the structure of the electroluminescent element as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての光電変換素子の構成を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the structure of the photoelectric conversion element as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池の構成を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the structure of the solar cell as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールの構成を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the structure of the solar cell module as one Embodiment of this invention. 実施例4で測定した酸化亜鉛含有層の可視・紫外分光(UV−Vis)スペクトルである。It is the visible and ultraviolet spectroscopy (UV-Vis) spectrum of the zinc oxide containing layer measured in Example 4.

以下に本発明の実施の形態を説明するが、記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定されない。
なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分、又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below. However, the description of the constituent elements to be described is an example (representative example) of the embodiments of the present invention, and the present invention is specified to these contents as long as the gist thereof is not exceeded. Not.
Note that in the structures of the present invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated. Hereinafter, the metal oxide-containing layer forming composition according to the present invention will be described.

<1.金属酸化物含有層形成用組成物>
本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物は、下記式(I)で表される不飽和カルボン酸金属塩と、ポリビニルアセタール樹脂と、を含有する。なお、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物は、該不飽和カルボン酸金属塩と、ポリビニルアセタール樹脂と、を混合することにより作製することができる。
<1. Metal oxide-containing layer forming composition>
The composition for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention contains an unsaturated carboxylic acid metal salt represented by the following formula (I) and a polyvinyl acetal resin. In addition, the composition for metal oxide content layer formation concerning this invention can be produced by mixing this unsaturated carboxylic acid metal salt and polyvinyl acetal resin.

<1.1.不飽和カルボン酸金属塩>
本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物に含まれる不飽和カルボン酸金属塩は、式(1)で表される不飽和カルボン酸金属塩である。
<1.1. Unsaturated carboxylic acid metal salt>
The unsaturated carboxylic acid metal salt contained in the metal oxide-containing layer forming composition according to the present invention is an unsaturated carboxylic acid metal salt represented by the formula (1).

Figure 2016113538
Figure 2016113538

式(I)で表される不飽和カルボン酸金属塩は、α,β−不飽和カルボン酸の金属塩であり、mは2以上、5以下の整数である。具体的には、ジカルボン酸金属塩(m=2)、トリカルボン酸金属塩(m=3)、テトラカルボン酸金属塩(m=4)、又はペンタカルボン酸金属塩(m=5)である。   The unsaturated carboxylic acid metal salt represented by the formula (I) is a metal salt of an α, β-unsaturated carboxylic acid, and m is an integer of 2 or more and 5 or less. Specifically, it is a dicarboxylic acid metal salt (m = 2), a tricarboxylic acid metal salt (m = 3), a tetracarboxylic acid metal salt (m = 4), or a pentacarboxylic acid metal salt (m = 5).

本発明において、式(I)で表される不飽和カルボン酸金属塩を含む金属酸化物含有層形成用組成物から、不純物が少ない金属酸化物含有層を形成するには、不飽和カルボン酸金属塩に占める金属原子の割合は大きい方が好ましい。そのため、mが3以下であることが好ましい。一方で、カルボン酸と金属原子との結合が弱くなるのを防ぐために、高すぎない温度で不飽和カルボン酸金属塩から金属酸化物への変換することが好ましい。この観点から、mは2以上であることが好ましい。以上のように、不飽和カルボン酸金属塩としては、ジカルボン酸金属塩又はトリカルボン酸金属塩が好ましく、適度な温度での変換が可能な点で、ジカルボン酸金属塩が特に好ましい。   In the present invention, an unsaturated carboxylic acid metal is used to form a metal oxide-containing layer with few impurities from a metal oxide-containing layer forming composition containing an unsaturated carboxylic acid metal salt represented by the formula (I). A larger proportion of metal atoms in the salt is preferred. Therefore, it is preferable that m is 3 or less. On the other hand, in order to prevent the bond between the carboxylic acid and the metal atom from becoming weak, it is preferable to convert the unsaturated carboxylic acid metal salt to the metal oxide at a temperature that is not too high. From this viewpoint, m is preferably 2 or more. As described above, as the unsaturated carboxylic acid metal salt, a dicarboxylic acid metal salt or a tricarboxylic acid metal salt is preferable, and a dicarboxylic acid metal salt is particularly preferable because conversion at an appropriate temperature is possible.

式(I)において、Mは2〜5価の金属原子である。具体的には、2価の金属原子としては、チタン(II)原子、バナジウム(II)原子、クロム(II)原子、マンガン(II)原子、鉄(II)原子、コバルト(II)原子、ニッケル(II)原子、銅(II)原子等の2価の遷移金属原子;亜鉛(II)原子、スズ(II)原子、鉛(II)原子等の2価の典型金属原子が挙げられる。3価の金属原子としては、スカンジウム(III)原子、チタン(III)原子、クロム(III)原子、マンガン(III)原子、鉄(III)原子、コバルト(III)原子等の3価の遷移金属原子;アルミニウム(III)原子、ガリウム(III)原子、インジウム(III)原子等の3価の典型金属原子が挙げられる。4価の金属原子としては、チタン(IV)原子、スズ(IV)原子、鉛(IV)原子等が挙げられる。5価の金属原子としては、バナジウム(V)原子等が挙げられる。   In the formula (I), M is a divalent to pentavalent metal atom. Specifically, as the divalent metal atom, titanium (II) atom, vanadium (II) atom, chromium (II) atom, manganese (II) atom, iron (II) atom, cobalt (II) atom, nickel (II) atoms, divalent transition metal atoms such as copper (II) atoms; divalent typical metal atoms such as zinc (II) atoms, tin (II) atoms, and lead (II) atoms. Trivalent metal atoms include trivalent transition metals such as scandium (III) atoms, titanium (III) atoms, chromium (III) atoms, manganese (III) atoms, iron (III) atoms, and cobalt (III) atoms. Atoms: Trivalent typical metal atoms such as aluminum (III) atoms, gallium (III) atoms, indium (III) atoms and the like. Examples of the tetravalent metal atom include a titanium (IV) atom, a tin (IV) atom, and a lead (IV) atom. Examples of pentavalent metal atoms include vanadium (V) atoms.

なお、本明細書において典型金属原子とは、周期表第1族、第2族、及び第12族〜第18族の金属元素の原子を指す。また遷移金属原子とは、周期表第3族〜第11族の金属元素の原子を指す。なお、本明細書において、周期表とは、IUPAC2005年度推奨版(Recommendations of IUPAC 2005)のことを指す。   In addition, in this specification, a typical metal atom refers to the atom of a metal element of 1st group, 2nd group, and 12th group-18th group of a periodic table. The transition metal atom refers to an atom of a metal element belonging to Group 3 to Group 11 of the periodic table. In the present specification, the periodic table refers to a recommended version of IUPAC 2005 (Recommendations of IUPAC 2005).

Mの好ましい例としては、特にカルボン酸金属塩を形成しやすい原子が挙げられる。具体的には、周期表第4周期の遷移金属元素、周期表第12族元素、周期表第13族元素、及び周期表第14族元素から選ばれる金属原子が挙げられる。周期表第4周期の遷移金属元素から選ばれる金属原子として、好ましくは、スカンジウム原子、チタン原子、バナジウム原子、クロム原子、マンガン原子、鉄原子、コバルト原子、ニッケル原子、銅原子が挙げられる。周期表第12族元素から選ばれる金属原子として、好ましくは亜鉛原子が挙げられる。周期表第13族元素から選ばれる金属原子として、好ましくは、インジウム原子、ガリウム原子、アルミニウム原子が挙げられる。周期表第14族元素から選ばれる金属原子として、好ましくは、スズ原子、鉛原子等が挙げられる。対応する金属酸化物のキャリア移動度が高い点で、Mはチタン原子、バナジウム原子、鉄原子、ニッケル原子、銅原子、亜鉛原子、インジウム原子、ガリウム原子、アルミニウム原子又はスズ原子であることが好ましい。なかでも、チタン原子、ニッケル原子、銅原子、亜鉛原子、インジウム原子又はスズ原子がより好ましく、亜鉛原子が特に好ましい。亜鉛原子は、不飽和カルボン酸亜鉛の溶解性が高い点、不飽和カルボン酸亜鉛を含有する金属酸化物含有層形成用組成物を塗布成膜して得られる膜の均一性が高い点、並びに酸化亜鉛含有層の物理的特性が良好であり、かつキャリア移動度が高い点で、特に好ましい。本明細書においてキャリア移動度とは、後述するように電子移動度と正孔移動度とのどちらかのことを指す。   Preferable examples of M include atoms that can easily form carboxylic acid metal salts. Specifically, the metal atom chosen from the transition metal element of the 4th period of a periodic table, the periodic table group 12 element, the periodic table group 13 element, and the periodic table group 14 element is mentioned. The metal atom selected from the transition metal elements in the fourth period of the periodic table is preferably a scandium atom, a titanium atom, a vanadium atom, a chromium atom, a manganese atom, an iron atom, a cobalt atom, a nickel atom, or a copper atom. The metal atom selected from Group 12 elements of the periodic table is preferably a zinc atom. The metal atom selected from Group 13 elements of the periodic table is preferably an indium atom, a gallium atom, or an aluminum atom. Preferred examples of the metal atom selected from Group 14 elements of the periodic table include a tin atom and a lead atom. M is preferably a titanium atom, a vanadium atom, an iron atom, a nickel atom, a copper atom, a zinc atom, an indium atom, a gallium atom, an aluminum atom or a tin atom in that the corresponding metal oxide has a high carrier mobility. . Among these, a titanium atom, a nickel atom, a copper atom, a zinc atom, an indium atom or a tin atom is more preferable, and a zinc atom is particularly preferable. The zinc atom has a high solubility of unsaturated zinc carboxylate, a high uniformity of the film obtained by coating and forming a metal oxide-containing layer-forming composition containing unsaturated zinc carboxylate, and The zinc oxide-containing layer is particularly preferable because it has good physical properties and high carrier mobility. In the present specification, the carrier mobility refers to either electron mobility or hole mobility as described later.

式(I)中のR1、R2及びR3は、本発明に係る金属酸化物含有層が機能する限り特段の限定はなく、R1、R2及びR3は、それぞれ独立して、水素原子又は任意の置換基である。置換基の好ましい例としては、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が挙げられる。なお、アミノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、さらに置換基を有していてもよい。 R 1 , R 2 and R 3 in formula (I) are not particularly limited as long as the metal oxide-containing layer according to the present invention functions, and R 1 , R 2 and R 3 are each independently It is a hydrogen atom or an arbitrary substituent. Preferred examples of the substituent include a halogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a silyl group, a boryl group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an aromatic hydrocarbon group, and an aromatic heterocyclic group. It is done. The amino group, silyl group, boryl group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, aromatic hydrocarbon group and aromatic heterocyclic group may further have a substituent.

ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。   As the halogen atom, a fluorine atom is preferable.

アミノ基としては、例えば、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、カルバゾリル基等の芳香族置換アミノ基が挙げられる。   Examples of the amino group include aromatic substituted amino groups such as a diphenylamino group, a ditolylamino group, and a carbazolyl group.

シリル基としては,炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基が挙げられる。   As the silyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a trimethylsilyl group and a triphenylsilyl group.

ボリル基としては、例えば、ジメシチルボリル基等の芳香族置換ボリル基が挙げられる。   Examples of the boryl group include aromatic substituted boryl groups such as a dimesitylboryl group.

アルキル基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、i−プロピル基、t−ブチル基又はシクロヘキシル基が挙げられる。   As an alkyl group, a C1-C20 thing is preferable, for example, a methyl group, an ethyl group, i-propyl group, t-butyl group, or a cyclohexyl group is mentioned.

アルケニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、ビニル基、スチリル基又はジフェニルビニル基が挙げられる。   As the alkenyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a vinyl group, a styryl group, and a diphenylvinyl group.

アルキニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基、フェニルエチニル基、トリメチルシリルエチニル基が挙げられる。   As the alkynyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a methylethynyl group, a phenylethynyl group, and a trimethylsilylethynyl group.

アルコキシ基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、エチルヘキシルオキシ基、ベンジルオキシ基、t−ブトキシ基等の直鎖又は分岐アルコキシ基が挙げられる。   As the alkoxy group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, ethylhexyloxy group, benzyloxy And straight-chain or branched alkoxy groups such as t-butoxy group.

芳香族炭化水素基としては、炭素数6以上20以下のものが好ましい。芳香族炭化水素基は、単環芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族炭化水素基、及び環連結芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。単環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基が挙げられる。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェナントリル基、ナフチル基、アントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、ペリレニル基が挙げられる。環連結芳香族炭化水素基としては、例えば、ビフェニル基又はターフェニル基が挙げられる。これらの中でも、フェニル基又はナフチル基が好ましい。   As the aromatic hydrocarbon group, those having 6 to 20 carbon atoms are preferable. The aromatic hydrocarbon group may be any of a monocyclic aromatic hydrocarbon group, a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group, and a ring-linked aromatic hydrocarbon group. Examples of the monocyclic aromatic hydrocarbon group include a phenyl group. Examples of the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group include a phenanthryl group, a naphthyl group, an anthryl group, a fluorenyl group, a pyrenyl group, and a perylenyl group. Examples of the ring-linked aromatic hydrocarbon group include a biphenyl group and a terphenyl group. Among these, a phenyl group or a naphthyl group is preferable.

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

また、アミノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基が有していてもよい置換基としては、特段の制限はなく、例えば上述の1価の有機基で挙げた基が挙げられる。なお、1価の有機基が置換基を有している場合、上述した1価の有機基の好ましい炭素数は、置換基を含めた炭素数とする。   In addition, as a substituent that the amino group, silyl group, boryl group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, aromatic hydrocarbon group or aromatic heterocyclic group may have, there are no particular restrictions. For example, the group mentioned by the above-mentioned monovalent organic group is mentioned. In addition, when the monovalent organic group has a substituent, the preferable carbon number of the monovalent organic group described above is the carbon number including the substituent.

上記の中でも、R1、R2及びR3は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、カルボキシル基、又は置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基が好ましい。これらのα,β−不飽和カルボン酸の具体的な例としては、アクリル酸(R1=R2=R3=H)、メタクリル酸(R1=R2=H、R3=CH3)、エタクリル酸(R1=R2=H、R3=C25)、クロトン酸(R1=CH3、R2=R3=H)、イソクロトン酸(R1=H、R2=CH3、R3=H)、アンゲリカ酸(R1=H、R2=CH3、R3=CH3)、チグリン酸(R1=CH3、R2=H、R3=CH3)、2−ペンテン酸(R1=C25、R2=R3=H)、2−ヘキセン酸(R1=C37、R2=R3=H)、2−ヘプテン酸(R1=C49、R2=R3=H)、2−オクテン酸(R1=C511、R2=R3=H)、2−ノネン酸(R1=C613、R2=R3=H)、2−デセン酸(R1=C715、R2=R3=H)、2−ウンデセン酸(R1=C817、R2=R3=H)、2−ドデセン酸(R1=C919、R2=R3=H)、フマル酸(R1=COOH、R2=R3=H)、マレイン酸(R1=H、R2=COOH、R3=H)、イタコン酸(R1=R2=H、R3=CH2COOH)、シトラコン酸(R1=CH3、R2=COOH、R3=H)、メサコン酸(R1=COOH、R2=CH3、R3=H)、フマル酸モノメチル(R1=COOCH3、R2=R3=H)、フマル酸モノエチル(R1=COOC25、R2=H、R3=H)、フマル酸モノブチル(R1=COOC49、R2=R3=H)、フマル酸モノオクチル(R1=COOC817、R2=R3=H)、マレイン酸モノメチル(R1=H、R2=COOCH3、R3=H)、マレイン酸モノエチル(R1=H、R2=COOC25、R3=H)、マレイン酸モノブチル(R1=H、R2=COOC49、R3=H)、マレイン酸モノオクチル(R1=H、R2=COOC817、R3=H)、イタコン酸モノメチル(R1=R2=H、R3=CH2COOCH3)、イタコン酸モノエチル(R1=R2=H、R3=CH2COOC25)、イタコン酸モノブチル(R1=R2=H、R3=CH2COOC49)、シトラコン酸モノメチル(R1=CH3、R2=COOCH3、R3=H)、シトラコン酸モノエチル(R1=CH3、R2=COOC25、R3=H)、シトラコン酸モノブチル(R1=CH3、R2=COOC49、R3=H)、シトラコン酸モノオクチル(R1=CH3、R2=COOC817、R3=H)、メサコン酸モノメチル(R1=COOCH3、R2=CH3、R3=H)、メサコン酸モノエチル(R1=COOC27、R2=CH3、R3=H)、メサコン酸モノブチル(R1=COOC49、R2=CH3、R3=H)、又はメサコン酸モノオクチル(R1=COOC817、R2=CH3、R3=H)が挙げられる。 Among the above, R 1 , R 2, and R 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, a carboxyl group, or an alkoxycarbonyl group that may have a substituent. Is preferred. Specific examples of these α, β-unsaturated carboxylic acids include acrylic acid (R 1 = R 2 = R 3 = H), methacrylic acid (R 1 = R 2 = H, R 3 = CH 3 ). , Ethacrylic acid (R 1 = R 2 = H, R 3 = C 2 H 5 ), crotonic acid (R 1 = CH 3 , R 2 = R 3 = H), isocrotonic acid (R 1 = H, R 2 = CH 3 , R 3 = H), angelic acid (R 1 = H, R 2 = CH 3 , R 3 = CH 3 ), tiglic acid (R 1 = CH 3 , R 2 = H, R 3 = CH 3 ) 2-pentenoic acid (R 1 = C 2 H 5 , R 2 = R 3 = H), 2-hexenoic acid (R 1 = C 3 H 7 , R 2 = R 3 = H), 2-heptenoic acid ( R 1 = C 4 H 9 , R 2 = R 3 = H), 2-octenoic acid (R 1 = C 5 H 11 , R 2 = R 3 = H), 2-nonenoic acid (R 1 = C 6 H 13 , R 2 = R 3 = H), 2-decenoic acid (R 1 = C 7 H 15 , R 2 = R 3 = H), 2-undecenoic acid (R 1 = C 8 H 17 , R 2 = R 3 = H), 2-dodecenoic acid (R 1 = C 9 H 19 , R 2 = R 3 = H) ), Fumaric acid (R 1 = COOH, R 2 = R 3 = H), maleic acid (R 1 = H, R 2 = COOH, R 3 = H), itaconic acid (R 1 = R 2 = H, R 3 = CH 2 COOH), citraconic acid (R 1 = CH 3 , R 2 = COOH, R 3 = H), mesaconic acid (R 1 = COOH, R 2 = CH 3 , R 3 = H), monomethyl fumarate ( R 1 = COOCH 3 , R 2 = R 3 = H), monoethyl fumarate (R 1 = COOC 2 H 5 , R 2 = H, R 3 = H), monobutyl fumarate (R 1 = COOC 4 H 9 , R 2 = R 3 = H), monooctyl fumarate (R 1 = COOC 8 H 17 , R 2 = R 3 = H), monomethyl maleate (R 1 = H, R 2 = COOCH 3 , R 3 = H), monoethyl maleate (R 1 = H, R 2 = COOC 2 H 5 , R 3 = H), monobutyl maleate (R 1 = H, R 2 = COOC 4 H 9 , R 3 = H), monooctyl maleate (R 1 = H, R 2 = COOC 8 H 17 , R 3 = H), monomethyl itaconate (R 1 = R 2 = H, R 3 = CH 2 COOCH 3 ), itacon Monoethyl acid (R 1 = R 2 = H, R 3 = CH 2 COOC 2 H 5 ), monobutyl itaconate (R 1 = R 2 = H, R 3 = CH 2 COOC 4 H 9 ), citraconic acid monomethyl (R 1 = CH 3 , R 2 = COOCH 3 , R 3 = H), monoethyl citraconic acid (R 1 = CH 3 , R 2 = COOC 2 H 5 , R 3 = H), monobutyl citraconic acid (R 1 = CH 3 , R 2 = COOC 4 H 9 , R 3 = H), monooctyl citraconic acid (R 1 = C H 3 , R 2 = COOC 8 H 17 , R 3 = H), monomethyl mesaconate (R 1 = COOCH 3 , R 2 = CH 3 , R 3 = H), monoethyl mesaconate (R 1 = COOC 2 H 7 R 2 = CH 3 , R 3 = H), monobutyl mesaconate (R 1 = COOC 4 H 9 , R 2 = CH 3 , R 3 = H), or monooctyl mesaconic acid (R 1 = COOC 8 H 17 R 2 = CH 3 , R 3 = H).

特に、金属酸化物含有層の形成が円滑に進行しうる観点から、R1、R2及びR3はそれぞれ独立して、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基であることが好ましい。具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、アンゲリカ酸、チグリン酸、2−ペンテン酸、2−ヘキセン酸、2−ヘプテン酸、2−オクテン酸、2−ノネン酸、2−デセン酸、2−ウンデセン酸、又は2−ドデセン酸が挙げられる。 In particular, from the viewpoint that the formation of the metal oxide-containing layer can proceed smoothly, R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group which may have a substituent. preferable. Specifically, acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, angelic acid, tiglic acid, 2-pentenoic acid, 2-hexenoic acid, 2-heptenoic acid, 2-octenoic acid, 2-nonenoic acid 2-decenoic acid, 2-undecenoic acid, or 2-dodecenoic acid.

なかでも、金属酸化物含有層が形成される際に層に損傷を与えうる化合物が生じにくくなる点で、R3が水素原子であり、R1及びR2のうちどちらか一方が、水素原子又は置換基を有していない直鎖アルキル基であり、他方が、水素原子であることが好ましい。具体的には、アクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、2−ペンテン酸、2−ヘキセン酸、2−ヘプテン酸、2−オクテン酸、2−ノネン酸、2−デセン酸、2−ウンデセン酸、又は2−ドデセン酸が挙げられる。これらのなかでも、R1、R2及びR3が共に水素原子である、アクリル酸が特に好ましい。 Among them, R 3 is a hydrogen atom, and one of R 1 and R 2 is a hydrogen atom in that a compound that can damage the layer is less likely to be formed when the metal oxide-containing layer is formed. Or it is a linear alkyl group which does not have a substituent, and it is preferable that the other is a hydrogen atom. Specifically, acrylic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, 2-pentenoic acid, 2-hexenoic acid, 2-heptenoic acid, 2-octenoic acid, 2-nonenoic acid, 2-decenoic acid, 2-undecenoic acid, or 2-dodecenoic acid is mentioned. Among these, acrylic acid in which R 1 , R 2 and R 3 are all hydrogen atoms is particularly preferable.

また、後述するように、脱水を伴うカルボン酸金属塩化と加水分解との可逆反応を後者の加水分解側に偏らせる上で、本発明に係るα,β−不飽和カルボン酸としては、沸点が300℃未満のα,β−不飽和カルボン酸が好ましく、沸点が250℃以下のα,β−不飽和カルボン酸がより好ましく、沸点が200℃以下のα,β−不飽和カルボン酸がさらに好ましい。沸点の下限としては、炭素−炭素二重結合(C=C)1つとカルボキシル基1つとを有する最も単純で小さいα,β−不飽和カルボン酸である、アクリル酸の沸点(139℃)以上である。   Further, as described later, the α, β-unsaturated carboxylic acid according to the present invention has a boiling point in order to bias the reversible reaction between carboxylic acid metal chloride and hydrolysis accompanied by dehydration toward the latter hydrolysis side. An α, β-unsaturated carboxylic acid having a boiling point of less than 300 ° C. is preferred, an α, β-unsaturated carboxylic acid having a boiling point of 250 ° C. or less is more preferred, and an α, β-unsaturated carboxylic acid having a boiling point of 200 ° C. or less is more preferred. . The lower limit of the boiling point is not less than the boiling point (139 ° C.) of acrylic acid, which is the simplest and smallest α, β-unsaturated carboxylic acid having one carbon-carbon double bond (C═C) and one carboxyl group. is there.

また、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物を用いて、金属酸化物含有層を形成することができるが、不飽和カルボン酸金属塩の未反応物が、形成される金属酸化物含有層内に多く残りすぎず、さらには少ないエネルギーにより、不飽和カルボン酸金属塩から金属酸化物への反応を進行させやすくするために、不飽和カルボン酸を構成する炭素数は12以下であることが好ましく、より好ましくは6以下であり、さらに好ましくは4以下である。一方で、本発明に係るα,β−不飽和カルボン酸の炭素数は、アクリル酸に由来する3以上である。具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、アンゲリカ酸、チグリン酸、2−ペンテン酸、2−ヘキセン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、イタコン酸モノメチル、シトラコン酸モノメチル、シトラコン酸モノエチル、又はメサコン酸モノメチルが挙げられる。なかでも、炭素−炭素二重結合(C=C)1つとカルボキシル基1つとを有する最も単純で小さいα,β−不飽和カルボン酸である、アクリル酸が、特に好ましい。   In addition, a metal oxide-containing layer can be formed using the metal oxide-containing layer forming composition according to the present invention, but an unreacted product of an unsaturated carboxylic acid metal salt is formed. The number of carbon atoms constituting the unsaturated carboxylic acid is 12 or less in order to facilitate the reaction from the unsaturated carboxylic acid metal salt to the metal oxide with less energy and not much remaining in the containing layer. More preferably, it is 6 or less, More preferably, it is 4 or less. On the other hand, the carbon number of the α, β-unsaturated carboxylic acid according to the present invention is 3 or more derived from acrylic acid. Specifically, acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, angelic acid, tiglic acid, 2-pentenoic acid, 2-hexenoic acid, fumaric acid, maleic acid, itaconic acid, citraconic acid, mesaconic acid , Monomethyl fumarate, monoethyl fumarate, monomethyl maleate, monoethyl maleate, monomethyl itaconate, monomethyl citraconic acid, monoethyl citraconic acid, or monomethyl mesaconic acid. Of these, acrylic acid, which is the simplest and smallest α, β-unsaturated carboxylic acid having one carbon-carbon double bond (C═C) and one carboxyl group, is particularly preferred.

なお、1分子の不飽和カルボン酸金属塩は、上述の通り、m個の不飽和カルボン酸から構成されるが、m個の不飽和カルボン酸は、それぞれ、同じあってもよいし、異なっていてもよい。すなわち、不飽和カルボン酸金属塩を構成するm個のCR12=CR3−COO-は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物は、2種以上の不飽和カルボン酸金属塩を含んでいてもよい。この場合、式(I)で表される不飽和カルボン酸金属塩を1種類含んでさえいれば、本発明の効果を損なわない限りにおいて、他の不飽和カルボン酸金属塩を含んでいてもよい。 Note that, as described above, one molecule of unsaturated carboxylic acid metal salt is composed of m unsaturated carboxylic acids, but the m unsaturated carboxylic acids may be the same or different. May be. That is, m CR 1 R 2 ═CR 3 —COO constituting the unsaturated carboxylic acid metal salt may be the same or different. Moreover, the composition for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention may contain two or more unsaturated carboxylic acid metal salts. In this case, as long as the unsaturated carboxylic acid metal salt represented by the formula (I) is included, other unsaturated carboxylic acid metal salts may be included as long as the effects of the present invention are not impaired. .

金属酸化物含有層形成用組成物中の不飽和カルボン酸金属塩の含有率は、特段の制限はないが、金属酸化物含有層形成用組成物の総質量に対して、通常0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、一方、99.9質量%以下であることが好ましく、50質量%以下であることがさらに好ましく、20質量%以下であることが特に好ましい。金属酸化物含有層形成用組成物中の不飽和カルボン酸金属塩の含有率が上記の範囲内にあることは、金属酸化物含有層形成用組成物を均一に塗布しうる点、及び均一な金属酸化物含有層が得られうる点で好ましい。   The content of the unsaturated carboxylic acid metal salt in the metal oxide-containing layer forming composition is not particularly limited, but is usually 0.1 mass relative to the total mass of the metal oxide-containing layer forming composition. % Or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, on the other hand, preferably 99.9% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, and 20% by mass. It is particularly preferred that The content of the unsaturated carboxylic acid metal salt in the composition for forming a metal oxide-containing layer being within the above range means that the composition for forming a metal oxide-containing layer can be uniformly applied, and is uniform. This is preferable in that a metal oxide-containing layer can be obtained.

また、金属酸化物含有層形成用組成物中において、不飽和カルボン酸金属塩は単独で存在していてもよいし、金属酸化物含有層形成用組成物が後述のような溶媒を含んでいる場合、不飽和カルボン酸金属塩は溶媒とともに錯体を形成していてもよいし、多量体を形成していてもよい。   In the metal oxide-containing layer forming composition, the unsaturated carboxylic acid metal salt may be present alone, or the metal oxide-containing layer forming composition contains a solvent as described below. In this case, the unsaturated carboxylic acid metal salt may form a complex with the solvent, or may form a multimer.

<1.1.1.不飽和カルボン酸金属塩の合成>
本発明に係る不飽和カルボン酸金属塩は、例えば、公知文献(特開2010−001395号公報等)に記載されているように、金属化合物と不飽和カルボン酸との反応により合成することができる。反応に用いる金属化合物としては、特段に制限はなく、金属酸化物、金属水酸化物、酢酸金属塩等が挙げられる。なかでも、副生成物が無害な水である点で、不飽和カルボン酸と、金属酸化物又は金属水酸化物との脱水反応を用いて不飽和カルボン酸金属塩を合成することが好ましく、金属化合物として金属酸化物を用いることがより好ましい。また、合成の容易さの点で、酢酸金属塩のようなカルボン酸金属塩と、不飽和カルボン酸とのイオン交換により不飽和カルボン酸金属塩を合成することも好ましい。
<1.1.1. Synthesis of unsaturated carboxylic acid metal salt>
The unsaturated carboxylic acid metal salt according to the present invention can be synthesized, for example, by a reaction between a metal compound and an unsaturated carboxylic acid, as described in publicly known literature (JP 2010-001395 A). . The metal compound used for the reaction is not particularly limited, and examples thereof include metal oxides, metal hydroxides, and metal acetates. Among them, it is preferable to synthesize an unsaturated carboxylic acid metal salt by using a dehydration reaction between an unsaturated carboxylic acid and a metal oxide or metal hydroxide in that the by-product is harmless water. It is more preferable to use a metal oxide as the compound. In view of ease of synthesis, it is also preferable to synthesize an unsaturated carboxylic acid metal salt by ion exchange between a carboxylic acid metal salt such as an acetic acid metal salt and an unsaturated carboxylic acid.

金属酸化物としては、特段の制限はなく、最終的に形成する金属酸化物含有層の所望の金属を含む酸化物が挙げられる。例えば、酸化スカンジウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化スズ又は酸化鉛が挙げられる。   There is no special restriction | limiting as a metal oxide, The oxide containing the desired metal of the metal oxide containing layer finally formed is mentioned. Examples thereof include scandium oxide, titanium oxide, vanadium oxide, chromium oxide, manganese oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, zinc oxide, indium oxide, gallium oxide, aluminum oxide, tin oxide, and lead oxide.

反応に用いる金属化合物は、粉末状態でも、溶媒に分散状態であってもよい。金属化合物が粉末状態である場合、その平均一次粒径は、動的光散乱粒子径測定装置や透過型電子顕微鏡(TEM)等で測定することができるが、不飽和カルボン酸金属塩の合成原料として用いることが可能であれば、特段の制限はない。なお、粉末状態の金属酸化物の例としてはナノジンク60(本荘ケミカル社製、酸化亜鉛)、ナノジンク100(本荘ケミカル社製、酸化亜鉛)、FINEX(登録商標)−30(堺化学工業社製、酸化亜鉛)、ZINCOX SUPER F−2(ハクスイテック社製、酸化亜鉛)等が挙げられる。また、分散状態の金属酸化物の例としてはアルドリッチ社製酸化亜鉛分散液(カタログナンバー721085、721107等)等が挙げられる。   The metal compound used for the reaction may be in a powder state or dispersed in a solvent. When the metal compound is in a powder state, the average primary particle size can be measured with a dynamic light scattering particle size measuring device, a transmission electron microscope (TEM), or the like. If it can be used, there is no particular limitation. Examples of powdered metal oxides include Nanozinc 60 (Honjo Chemical Co., Zinc Oxide), Nanozinc 100 (Honjo Chemical Co., Zinc Oxide), FINEX (registered trademark) -30 (Saga Chemical Industry Co., Ltd., Zinc oxide), ZINCOX SUPER F-2 (manufactured by Hakusui Tech Co., Ltd., zinc oxide) and the like. Examples of dispersed metal oxides include zinc oxide dispersions (catalog numbers 72085, 721107, etc.) manufactured by Aldrich.

反応に用いる金属化合物は表面処理されていなくてもよいが、表面処理剤で表面処理されていてもよい。表面処理剤としては、不飽和カルボン酸金属塩が得られる限り特段の制限はないが、メチルハイドロジェンポリシロキサン、ポリメトキシシラン、ジメチルポリシロキサン、ジメチコンPEG−7コハク酸塩等のポリシロキサン化合物及びその塩;メチルジメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシラン、3−カルボキシプロピルトリメチルトリメトキシシラン等の有機ケイ素化合物、ギ酸、酢酸、ラウリン酸、ステアリン酸、6−ヒドロキシヘキサン酸等のカルボン酸化合物;ラウリルエーテルリン酸、トリオクチルホスフィン等の有機リン化合物;ジメチルアミン、トリブチルアミン、トリメチルアミン、シクロヘキシルアミン、エチレンジアミン等のアミン化合物;ポリイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素等のバインダー樹脂等が挙げられる。表面処理剤としては、1種のみを用いても、2種以上を併用してもよい。   The metal compound used for the reaction may not be surface-treated, but may be surface-treated with a surface treatment agent. The surface treatment agent is not particularly limited as long as an unsaturated carboxylic acid metal salt is obtained, but a polysiloxane compound such as methylhydrogenpolysiloxane, polymethoxysilane, dimethylpolysiloxane, dimethicone PEG-7 succinate, and the like. Salts thereof; organosilicon compounds such as methyldimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-carboxypropyltrimethyltrimethoxysilane, formic acid, acetic acid, lauric acid, Carboxylic acid compounds such as stearic acid and 6-hydroxyhexanoic acid; organic phosphorus compounds such as lauryl ether phosphoric acid and trioctylphosphine; dimethylamine, tributylamine, trimethylamine, cyclohexylamine, ethylene Amine compounds such as amines; polyimines, polyesters, polyamides, polyurethanes, binder resins such as poly urea. As a surface treating agent, only 1 type may be used or 2 or more types may be used together.

反応に用いる金属化合物が溶媒に分散状態である場合、用いる溶媒は、不飽和カルボン酸金属塩が得られる限り特段の制限はないが、例えば、水;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)等のアルコール類;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、N−メチルピロリドン(NMP)等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド類;ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホキシド類が挙げられる。なかでも好ましくは、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)等のアルコール類;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、N−メチルピロリドン(NMP)等のケトン類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド類;ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホキシド類である。さらに好ましくは、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)等のアルコール類である。溶媒としては、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、不飽和カルボン酸金属塩が得られるのであれば、溶媒の沸点に特に制限はない。   When the metal compound used in the reaction is dispersed in the solvent, the solvent used is not particularly limited as long as the unsaturated carboxylic acid metal salt is obtained. For example, water; hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, decane. Aliphatic hydrocarbons such as toluene, xylene, chlorobenzene, orthodichlorobenzene, etc .; methanol, ethanol, isopropanol, 2-methoxyethanol, 2-butoxyethanol, ethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether (PGME) Alcohols such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone and N-methylpyrrolidone (NMP); esters such as ethyl acetate, butyl acetate and methyl lactate; chloroform, methylene chloride, dichloro Halogen hydrocarbons such as tan, trichloroethane, trichloroethylene; ethers such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane; N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMA Amides; and the like; and sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (DMSO). Among them, water; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, 2-methoxyethanol, 2-butoxyethanol, ethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether (PGME); acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, N- Ketones such as methyl pyrrolidone (NMP); ethers such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMA), etc. Amides; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (DMSO). More preferred are water; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, 2-methoxyethanol, 2-butoxyethanol, ethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether (PGME). As a solvent, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio. Moreover, if the unsaturated carboxylic acid metal salt is obtained, there will be no restriction | limiting in particular in the boiling point of a solvent.

<1.2.ポリビニルアセタール樹脂>
本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物は、ポリビニルアセタール樹脂を含有する。
<1.2. Polyvinyl acetal resin>
The composition for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention contains a polyvinyl acetal resin.

本発明において、金属酸化物組成物中に、ポリビニルアセタール樹脂が含有されることにより、得られる金属酸化物含有層の物理的特性が向上するものと考えらえる。この理由としては、本発明においては後述するように、上記式(I)で表わされる不飽和カルボン酸金属塩から金属酸化物を生成して金属酸化物含有層を形成することができるが、ポリビニルアセタール樹脂により、生成された金属酸化物の粒径が小さい段階で、隣接する層と接着することができるために、得られる金属酸化物含有層の機械的強度が向上するものと考えられる。また、粒径の小さい金属酸化物が生成された段階で、金属酸化物どうしがポリビニルアセタール樹脂により接着することになるために、金属酸化物含有層を構成する金属酸化物は、粒径が均一であり、かつ互いに強く接着された状態となる。そのため、得られる金属酸化物含有層全体の曲げ剛性、膜硬度といった機械的強度が向上するものと考えられる   In this invention, it is thought that the physical characteristic of the metal oxide content layer obtained improves by containing a polyvinyl acetal resin in a metal oxide composition. The reason for this is that, as described later in the present invention, a metal oxide-containing layer can be formed by generating a metal oxide from an unsaturated carboxylic acid metal salt represented by the above formula (I). It is considered that the mechanical strength of the obtained metal oxide-containing layer is improved because the acetal resin can be bonded to an adjacent layer at a stage where the particle size of the generated metal oxide is small. Moreover, since the metal oxides are bonded to each other by the polyvinyl acetal resin when the metal oxide having a small particle size is generated, the metal oxide constituting the metal oxide-containing layer has a uniform particle size. And are strongly bonded to each other. Therefore, it is considered that the mechanical strength such as bending rigidity and film hardness of the entire metal oxide-containing layer obtained is improved.

本発明に係るポリビニルアセタール樹脂は、下記式(II)で表される構成単位を有する。 The polyvinyl acetal resin according to the present invention has a structural unit represented by the following formula (II).

Figure 2016113538
Figure 2016113538

式(II)中、R4〜R9は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又は置換基を有していてもよいアリール基を表す。 In formula (II), R 4 to R 9 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent. .

ハロゲン原子は、特段の制限はないが、安定性の高い弗素原子であることが好ましい。   The halogen atom is not particularly limited, but is preferably a highly stable fluorine atom.

アルキル基は、直鎖状のアルキル基、分岐状のアルキル基、シクロアルキル基が挙げられる。なかでも、アルキル基は、特段の制限はないが、炭素数1以上3以下の直鎖アルキル基であることが好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、又はn−プロピル基が挙げられる。   Examples of the alkyl group include a linear alkyl group, a branched alkyl group, and a cycloalkyl group. Among these, the alkyl group is not particularly limited, but is preferably a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, and an n-propyl group.

アリール基は、炭素数6以上8以下のものが好ましい。具体的には、フェニル基又はトシル基が挙げられる。   The aryl group preferably has 6 to 8 carbon atoms. Specifically, a phenyl group or a tosyl group is mentioned.

アルキル基が有していてもよい置換基は、特段の制限はないが、アリール基が挙げられる。また、アリール基が有していてもよい置換基は、特段の制限はないが、アルキル基が挙げられる。   The substituent that the alkyl group may have is not particularly limited, and examples thereof include an aryl group. Moreover, the substituent which the aryl group may have is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group.

これらの中でも、立体構造を抑えるために、R4〜R9はそれぞれ独立して、水素原子又は炭素数1以上3以下のアルキル基が好ましく、R4〜R9はそれぞれ水素原子であることが特に好ましい。 Among these, in order to suppress the three-dimensional structure, R 4 to R 9 are each independently preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 4 to R 9 are each a hydrogen atom. Particularly preferred.

式(II)中、R10は、置換基を有していてもよいアルキル基、又は置換基を有していてもよいアリール基を表す。これらの基は、R4〜R9で挙げた置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよいアリール基と同様の基が挙げられる。これらの中でも、立体構造を抑えるために、R10は、炭素数1以上3以下のアルキル基が好ましい。 In formula (II), R 10 represents an alkyl group which may have a substituent or an aryl group which may have a substituent. Examples of these groups include the same groups as the alkyl groups optionally having substituents mentioned in R 4 to R 9 or the aryl groups optionally having substituents. Among these, in order to suppress the three-dimensional structure, R 10 is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

なお、ポリビニルアセタール樹脂は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、他の構成単位を有していてもよく、他の構成単位に特段の制限はない。例えば、ポリビニルアセタール樹脂は、下記式(3A)で表されるビニルアセタール単位に加えて、下記式(3B)で表されるビニルアルコール単位、下記式(3C)で表される酢酸ビニル単位と、を有していてもよい。   In addition, unless the effect of this invention is impaired, the polyvinyl acetal resin may have another structural unit, and there is no special restriction | limiting in another structural unit. For example, in addition to the vinyl acetal unit represented by the following formula (3A), the polyvinyl acetal resin includes a vinyl alcohol unit represented by the following formula (3B), a vinyl acetate unit represented by the following formula (3C), You may have.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

式(3A)中、R4〜R10は、式(II)中のR4〜R10と同義である。 Wherein (3A), R 4 ~R 10 is synonymous with R 4 to R 10 in the formula (II).

式(3B)中、Rb1〜Rb3は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又は置換基を有していてもよいアリール基を表す。 In formula (3B), R b1 to R b3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent.

置換基を有していてもよいアルキル基及び置換基を有していてもよいアリール基は、式(II)中の、R4〜R10で挙げた基と同様の基が挙げられ、好ましい基も同じである。 Examples of the alkyl group which may have a substituent and the aryl group which may have a substituent include the same groups as those described for R 4 to R 10 in formula (II), and are preferable. The group is the same.

式(3C)中、Rc1〜Rc3は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、又は置換基を有していてもよいアリール基を表す。 In formula (3C), R c1 to R c3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, or an aryl group which may have a substituent.

置換基を有していてもよいアルキル基及び置換基を有していてもよいアリール基は、式(II)中の、R4〜R10で挙げた基と同様の基が挙げられ、好ましい基も同じである。 Examples of the alkyl group which may have a substituent and the aryl group which may have a substituent include the same groups as those described for R 4 to R 10 in formula (II), and are preferable. The group is the same.

式(3A)〜(3C)中、n、l及びkは、ポリビニルアセタール樹脂中のそれぞれの単位のモル比率を表す。   In formulas (3A) to (3C), n, l and k represent the molar ratio of each unit in the polyvinyl acetal resin.

全構成単位に対する式(3A)で表されるアセタール単位のモル比率(n)は、通常、10モル%以上であり、30モル%以上が好ましく、50モル%以上がより好ましい。一方、上限は、通常90モル%以下であり、80モル%以下が好ましく、70モル%以下がより好ましい。上記の範囲内であることによって、高い電気的特性と適度な膜硬度を有する金属酸化物含有層の形成が期待できる。   The molar ratio (n) of the acetal unit represented by the formula (3A) with respect to all structural units is usually 10 mol% or more, preferably 30 mol% or more, and more preferably 50 mol% or more. On the other hand, the upper limit is usually 90 mol% or less, preferably 80 mol% or less, and more preferably 70 mol% or less. By being within the above range, formation of a metal oxide-containing layer having high electrical characteristics and appropriate film hardness can be expected.

全構成単位に対する式(3B)で表されるビニルアルコール単位のモル比率(l)は、通常10モル%以上であり、15モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましい。一方、上限は、通常50モル%以下であり、45モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましい。上記の範囲内であることによって、高い電気的特性と適度な膜硬度を有する金属酸化物含有層の形成が期待できる。   The molar ratio (l) of the vinyl alcohol unit represented by the formula (3B) with respect to all the structural units is usually 10 mol% or more, preferably 15 mol% or more, and more preferably 20 mol% or more. On the other hand, the upper limit is usually 50 mol% or less, preferably 45 mol% or less, and more preferably 40 mol% or less. By being within the above range, formation of a metal oxide-containing layer having high electrical characteristics and appropriate film hardness can be expected.

全構成単位に対する式(3C)で表される酢酸ビニル単位のモル比率(k)は、通常0.1モル%以上であり、0.5モル%以上が好ましく、1モル%以上がより好ましい。一方、上限は、通常30モル%以下があり、25モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましい。上記の範囲内であることによって、高い電気的特性と適度な膜硬度を有する金属酸化物含有層の形成が期待できる。   The molar ratio (k) of the vinyl acetate unit represented by the formula (3C) with respect to all the structural units is usually 0.1 mol% or more, preferably 0.5 mol% or more, and more preferably 1 mol% or more. On the other hand, the upper limit is usually 30 mol% or less, preferably 25 mol% or less, and more preferably 20 mol% or less. By being within the above range, formation of a metal oxide-containing layer having high electrical characteristics and appropriate film hardness can be expected.

本発明に係るポリビニルアセタール樹脂の分子量は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)の値で、通常5000以上であり、好ましくは1万以上、より好ましくは2万以上である。一方、上限は、通常100万以上、好ましくは50万以下、より好ましくは25万以下である。上記の範囲内であることによって、高い電気的特性と適度な膜硬度を有する金属酸化物含有層の形成が期待できる。   The molecular weight of the polyvinyl acetal resin according to the present invention is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is a value of polystyrene-equivalent weight average molecular weight (Mw) measured by gel permeation chromatography (GPC), usually 5000. It is above, Preferably it is 10,000 or more, More preferably, it is 20,000 or more. On the other hand, the upper limit is usually 1,000,000 or more, preferably 500,000 or less, more preferably 250,000 or less. By being within the above range, formation of a metal oxide-containing layer having high electrical characteristics and appropriate film hardness can be expected.

また、本発明のポリビニルアセタール樹脂の数平均分子量(Mn)も、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、MwをMnで除した値(Mw/Mn)で、通常1.5以上、好ましくは2以上、より好ましくは2.5以上である。一方、その上限は、通常5以下、好ましくは4.5以下、より好ましくは4以下である。上記の範囲内であることによって、高い電気的特性と適度な膜硬度を有する金属酸化物含有層の形成が期待できる。なお、Mnも、Mwと同様の方法により、測定することができる。   Further, the number average molecular weight (Mn) of the polyvinyl acetal resin of the present invention is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is a value obtained by dividing Mw by Mn (Mw / Mn), usually 1.5 or more. , Preferably 2 or more, more preferably 2.5 or more. On the other hand, the upper limit is usually 5 or less, preferably 4.5 or less, more preferably 4 or less. By being within the above range, formation of a metal oxide-containing layer having high electrical characteristics and appropriate film hardness can be expected. Mn can also be measured by the same method as Mw.

ポリビニルアセタール樹脂は、トルエン/エタノール(質量比で1/1)を溶媒とした時の5質量%溶液の粘度が、通常10mPa・s以上、好ましくは15mPa・s以上、より好ましくは20mPa・s以上である。一方、上限は、通常300mPa・s以下、好ましくは250mPa・s以下、より好ましくは200mPa・sである。上記の範囲内であることによって、均一な金属酸化物含有層が形成しやすくなる。なお、粘度は、RE85形粘度計(東機産業社製)を用いて測定することができる。   The polyvinyl acetal resin has a viscosity of 5% by mass of toluene / ethanol (1/1 by mass) as a solvent, usually 10 mPa · s or more, preferably 15 mPa · s or more, more preferably 20 mPa · s or more. It is. On the other hand, the upper limit is usually 300 mPa · s or less, preferably 250 mPa · s or less, more preferably 200 mPa · s. By being within the above range, a uniform metal oxide-containing layer can be easily formed. The viscosity can be measured using a RE85 viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).

ポリビニルアセタール樹脂の製造方法に、特段の制限はないが、通常、ポリビニルアルコールと、アルデヒドとを、酸触媒を含む溶媒中でアセタール化反応を行い、その反応系に酸触媒の中和剤を混合して反応を停止し、その後、必要に応じて、水洗、乾燥等の工程を経て、ポリビニルアセタール樹脂を製造することができる。   There are no particular restrictions on the method for producing the polyvinyl acetal resin, but usually an acetalization reaction between polyvinyl alcohol and an aldehyde is carried out in a solvent containing an acid catalyst, and a neutralizing agent for the acid catalyst is mixed in the reaction system. Then, the reaction is stopped, and then, if necessary, a polyvinyl acetal resin can be produced through steps such as washing with water and drying.

以下、本発明のポリビニルアセタールの製造方法の一例をより具体的に説明するが、本発明のポリビニルアセタールの製造方法は、以下の方法に限定されない。   Hereinafter, although an example of the manufacturing method of the polyvinyl acetal of this invention is demonstrated more concretely, the manufacturing method of the polyvinyl acetal of this invention is not limited to the following method.

アルデヒドは、特段には限定されないが、炭素数1〜10のアルデヒドが好ましい。具体的には、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロパナール、ブタナール、ブタナール、ペンタナール、ヘキサナール、ヘプタナール、オクタナール、ノナナール、デカナール、アクロレイン、ベンズアルデヒド、シンナムアルデヒド、ペリルアルデヒド、バニリンが挙げられる。また、これらのアルデヒド化合物は、置換基を有しても良く、例えば上述のα、β−不飽和カルボン酸金属塩で挙げた1価の有機基が挙げられる。なお、置換基を有している場合、上述した好ましい炭素数は、置換基を含めた炭素数とする。なかでも、アセトアルデヒド、プロパナール、ブタナール、ブタナール、ペンタナールが好ましく、アセトアルデヒド、プロパナール、又はn−ブタナールがより好ましい。アセトアルデヒド、プロパナール、又はn−ブタナールがより好ましい理由としては、対応する、ポリビニルアセタール樹脂を含有する金属酸化物含有層が、高い電気的特性と適度な膜硬度を有することが出来るからである。また、アルデヒドは単独で用いても、2種以上を任意の比率及び組み合わせで用いてもよい。   The aldehyde is not particularly limited, but an aldehyde having 1 to 10 carbon atoms is preferable. Specific examples include formaldehyde, acetaldehyde, propanal, butanal, butanal, pentanal, hexanal, heptanal, octanal, nonanal, decanal, acrolein, benzaldehyde, cinnamaldehyde, perillaldehyde, and vanillin. Moreover, these aldehyde compounds may have a substituent, for example, the monovalent organic group mentioned by the above-mentioned (alpha), (beta) -unsaturated carboxylic acid metal salt is mentioned. In addition, when it has a substituent, let the preferable carbon number mentioned above be a carbon number including a substituent. Of these, acetaldehyde, propanal, butanal, butanal, and pentanal are preferable, and acetaldehyde, propanal, and n-butanal are more preferable. The reason why acetaldehyde, propanal, or n-butanal is more preferable is that the corresponding metal oxide-containing layer containing a polyvinyl acetal resin can have high electrical characteristics and appropriate film hardness. Moreover, an aldehyde may be used independently, or 2 or more types may be used in arbitrary ratios and combinations.

アセタール化反応の酸触媒としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、特段の制限はないが、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、強酸性イオン交換樹脂等の有機酸などが挙げられる。中でも、無機酸が好ましく、塩酸がより好ましい。また、酸触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率及び組み合わせで用いてもよい。   The acid catalyst for the acetalization reaction is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not significantly impaired. For example, inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, strong acidic ion exchange Examples include organic acids such as resins. Of these, inorganic acids are preferable, and hydrochloric acid is more preferable. Moreover, an acid catalyst may be used individually by 1 type, and may be used 2 or more types by arbitrary ratios and combinations.

アセタール化反応時の溶媒としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、特段の制限はないが、例えば、アルコール類、エステル類、ケトン類、芳香族類等の有機溶媒、水が挙がられる。また、溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率及び組み合わせで用いてもよい。   The solvent for the acetalization reaction is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, and examples thereof include organic solvents such as alcohols, esters, ketones, and aromatics, and water. Moreover, a solvent may be used individually by 1 type and may use 2 or more types by arbitrary ratios and combinations.

具体的なアセタール化反応の方法としては、例えば、ポリビニルアルコールを有機溶媒中に分散させてアセタール化し、ポリビニルアセタール樹脂を溶液として得る溶媒法、水溶液状のポリビニルアルコールをアセタール化してポリビニルアセタール樹脂をスラリー状で得る水媒法、水溶液状のポリビニルアルコールをアセタール化する反応中に有機溶媒を混合して、液状に保ちつつポリビニルアセタール樹脂を溶液状で得る均一法が挙げられる。中でも、有機溶媒を使用することによる環境負荷の観点から、水媒法が用いられることが好ましい。すなわち、本発明に係るポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールを水溶媒中でアセタール化反応を行うことにより得られることが好ましい。   As a specific acetalization reaction method, for example, a solvent method in which polyvinyl alcohol is dispersed in an organic solvent to be acetalized to obtain a polyvinyl acetal resin as a solution, and an aqueous polyvinyl alcohol is acetalized to slurry the polyvinyl acetal resin. An aqueous medium method obtained in the form of a solution, and a uniform method of obtaining a polyvinyl acetal resin in a solution state while mixing the organic solvent during the reaction for acetalizing the aqueous polyvinyl alcohol and maintaining the liquid state. Among these, the water medium method is preferably used from the viewpoint of environmental burden due to the use of the organic solvent. That is, the polyvinyl acetal resin according to the present invention is preferably obtained by performing an acetalization reaction of polyvinyl alcohol in an aqueous solvent.

酸触媒の中和剤としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、特段の制限はないが、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機塩基、アミン化合物、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド等のエポキシド類などが挙げられるが、中でも、塩類の残留のないエポキシド類が好ましい。また、中和剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率及び組み合わせで用いてもよい。   The neutralizing agent for the acid catalyst is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. For example, inorganic bases such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, amine compounds, ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, Examples include epoxides such as styrene oxide, among which epoxides having no residual salts are preferable. Moreover, a neutralizing agent may be used individually by 1 type, and may be used 2 or more types by arbitrary ratios and combinations.

中和剤の使用量も、本発明の効果を著しく損なわない限り制限はないが、通常は酸触媒を中和し、反応を停止できる程度の量を使用する。   The amount of the neutralizing agent is not limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but usually an amount that can neutralize the acid catalyst and stop the reaction is used.

ポリビニルアセタール樹脂の具体例としては、エスレックBシリーズ(積水化学工業社製、ポリビニルブチラール)、エスレックKシリーズ(積水化学工業社製、ポリビニルアセトアセタール)、モビタールシリーズ(クラレ社製、ポリビニルブチラール)、ピオロフォーム(クラレ社製、ポリビニルブチラール)が挙げられる。   Specific examples of the polyvinyl acetal resin include S-LEC B series (Sekisui Chemical Co., Ltd., polyvinyl butyral), S-LEC K series (Sekisui Chemical Co., Ltd., polyvinyl acetoacetal), Mobital series (Kuraray Co., polyvinyl butyral), A pioloform (made by Kuraray Co., Ltd., polyvinyl butyral) can be mentioned.

金属酸化物含有層形成用組成物中における、上記式(I)で表わされる不飽和カルボン酸金属塩とポリビニルアセタール樹脂の全質量に対するポリビニルアセタール樹脂の割合は、特段の制限はないが、下地となる層との濡れ性を適度に制御し、塗布性を向上させるために、0.4質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがさらに好ましく、2.0質量%以上であることが特に好ましく、一方、40質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがさらに好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。   The ratio of the polyvinyl acetal resin to the total mass of the unsaturated carboxylic acid metal salt represented by the above formula (I) and the polyvinyl acetal resin in the metal oxide-containing layer forming composition is not particularly limited. In order to appropriately control the wettability with the layer to be formed and improve the coating property, it is preferably 0.4% by mass or more, more preferably 1.0% by mass or more, and 2.0% by mass. On the other hand, it is particularly preferably 40% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less.

濡れ性は、実際に基材に塗布する以外に、接触角で評価できる。通常の接触角計(例えば、協和界面科学社製DM−501)で測定することができる。本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物の接触角としては、銀箔を積層させた基材に対して、通常45°以下、好ましくは30°以下、さらに好ましくは15°以下である。また、基材一面に広がることが、接触角が検出されないことであるので、特に好ましくは検出されないことである。45°以下であることにより、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物が、あらゆる基材上で塗布できる。   The wettability can be evaluated by the contact angle in addition to the actual application to the substrate. It can be measured with a normal contact angle meter (for example, DM-501 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). The contact angle of the metal oxide-containing layer forming composition according to the present invention is usually 45 ° or less, preferably 30 ° or less, and more preferably 15 ° or less with respect to the base material on which the silver foil is laminated. Further, spreading over the entire surface of the base material means that the contact angle is not detected, and therefore it is particularly preferably not detected. By being 45 degrees or less, the composition for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention can be applied on any substrate.

なお、ポリビニルアセタール樹脂は、単独で用いてもよく、2種以上を任意の比率及び組み合わせで用いてもよい。   In addition, a polyvinyl acetal resin may be used independently and may use 2 or more types by arbitrary ratios and combinations.

<1.3.その他の化合物>
本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、上記以外の別の化合物を含んでいてもよい。例えば、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物は溶媒を含んでいてもよい。
<1.3. Other compounds>
The composition for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention may contain another compound other than the above as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, the metal oxide-containing layer forming composition according to the present invention may contain a solvent.

溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)等のアルコール類;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、N−メチルピロリドン(NMP)等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド類;ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホキシド類が挙げられる。なかでも好ましくは、水;トルエン、キシレン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)等のアルコール類;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、N−メチルピロリドン(NMP)等のケトン類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド類;ジメチルスルホキシド(DMSO)等のスルホキシド類である。さらに好ましくは、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール、2−メトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)等のアルコール類である。   Although it does not specifically limit as a solvent, For example, Water; Aliphatic hydrocarbons, such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, decane; Aromatic hydrocarbons, such as toluene, xylene, chlorobenzene, orthodichlorobenzene; Methanol , Ethanol, isopropanol, 2-methoxyethanol, 2-butoxyethanol, ethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether (PGME) and other alcohols; acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, ketones such as N-methylpyrrolidone (NMP) Esters such as ethyl acetate, butyl acetate and methyl lactate; Halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane and trichloroethylene; Propylene glycol Ethers such as monomethyl ether acetate (PGMEA), ethyl ether, tetrahydrofuran and dioxane; Amides such as N, N-dimethylformamide (DMF) and N, N-dimethylacetamide (DMA); Sulfoxides such as dimethyl sulfoxide (DMSO) Kind. Of these, water; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, chlorobenzene and orthodichlorobenzene; methanol, ethanol, isopropanol, 2-methoxyethanol, 2-butoxyethanol, ethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether (PGME) Alcohols such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone and N-methylpyrrolidone (NMP); ethers such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethyl ether, tetrahydrofuran and dioxane, N, N -Amides such as dimethylformamide (DMF) and N, N-dimethylacetamide (DMA); and sulfoxides such as dimethylsulfoxide (DMSO).More preferred are water; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, 2-methoxyethanol, 2-butoxyethanol, ethylene glycol, propylene glycol monomethyl ether (PGME).

アルコール類が好ましい理由としては、α,β−不飽和カルボン酸金属塩及びポリビニルアセタール樹脂の、アルコール類への溶解度が高く、また、アルコール類中で分解することなく、安定に溶液状態を維持できることが挙げられる。   The reason why alcohols are preferable is that α, β-unsaturated carboxylic acid metal salt and polyvinyl acetal resin have high solubility in alcohols, and can stably maintain a solution state without being decomposed in alcohols. Is mentioned.

なお、溶媒は1種のみを用いてもよく、2種以上の任意の溶媒を用いてもよい。また、電気的特性を著しく損なわない限り、溶媒は得られる金属酸化物含
有層中に残留していてもよいために、溶媒の沸点は、特に限定されない。
In addition, only 1 type may be used for a solvent and 2 or more types of arbitrary solvents may be used. In addition, the boiling point of the solvent is not particularly limited because the solvent may remain in the resulting metal oxide-containing layer as long as the electrical characteristics are not significantly impaired.

また、溶媒以外の別の化合物としては、例えば、微小な泡若しくは異物の付着により、得られる金属酸化物含有層に凹みが発生することを抑制したり、乾燥工程における塗布むらの発生を防止する目的で、界面活性剤を含んでいてもよい。   Moreover, as another compound other than the solvent, for example, it is possible to suppress the formation of dents in the obtained metal oxide-containing layer due to the attachment of fine bubbles or foreign matters, or to prevent the occurrence of uneven coating in the drying process. For the purpose, a surfactant may be included.

界面活性剤は、特段の制限はなく、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、又はアセチレングリコール系界面活性剤が好ましい。界面活性剤の具体例としては、ノニオン系界面活性剤としてトリトンX100(ダウケミカル社製)、フッ素系界面活性剤としてはゾニルFS300(デュポン社製)、ケイ素系界面活性剤としてはBYK−310、BYK−320、BYK−345(ビックケミー社製)、アセチレングリコール系界面活性剤としては、サーフィノール104、サーフィノー
ル465(エアープロダクツ社製)、オルフィンEXP4036、又はオルフィンEXP4200(日信化学工業社製)が挙げられる。
The surfactant is not particularly limited, and known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used. Of these, a silicon-based surfactant, a fluorine-based surfactant, or an acetylene glycol-based surfactant is preferable. Specific examples of the surfactant include Triton X100 (manufactured by Dow Chemical Co.) as a nonionic surfactant, Zonyl FS300 (manufactured by DuPont) as a fluorosurfactant, BYK-310 as a silicon surfactant, BYK-320, BYK-345 (manufactured by Big Chemie), and acetylene glycol surfactants include Surfinol 104, Surfynol 465 (manufactured by Air Products), Olphin EXP4036, or Olphine EXP4200 (manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.) Is mentioned.

なお、本発明に係るポリビニルアセタール樹脂は、得られる金属酸化物含有層に凹みが発生することを抑制したり、乾燥工程における塗布むらの発生を防止する効果もあるので、必ずしも、界面活性剤を組成物が含む必要はない。   The polyvinyl acetal resin according to the present invention has the effect of suppressing the occurrence of dents in the resulting metal oxide-containing layer and preventing the occurrence of coating unevenness in the drying process. The composition need not contain.

金属酸化物含有層形成用組成物は、2週間以上安定であることが好ましく、1か月以上安定であることがさらに好ましいが、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物は、後述する実施例の結果からも分かるように、その安定性が極めて高い。そのため、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物は、インクの大量合成や長期保存が可能となり、製造コストを低下させることができる。なお、インクの安定性は、沈殿物の生成や粘度の変化等で評価することができる。   The composition for forming a metal oxide-containing layer is preferably stable for 2 weeks or more, and more preferably stable for 1 month or more. The composition for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention will be described later. As can be seen from the results of the examples, the stability is extremely high. Therefore, the composition for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention enables large-scale synthesis and long-term storage of the ink, and can reduce the manufacturing cost. Note that the stability of the ink can be evaluated by the formation of a precipitate, a change in viscosity, and the like.

沈殿物の生成は、目視や動的光散乱粒子径測定装置で判断することができる。また、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物の粘度は、回転粘度計法(「物理化学実験のてびき」(足立吟也、石井康敬、吉田郷弘編、化学同人(1993)に記載)により求めることができ、具体的には、RE85形粘度計(東機産業社製)を用いて測定することができる。   The formation of the precipitate can be judged visually or with a dynamic light scattering particle size measuring device. In addition, the viscosity of the metal oxide-containing layer forming composition according to the present invention is measured using a rotational viscometer method ("Physical Chemistry Experiment" (Ginya Adachi, Yasutaka Ishii, Hen Yoshida, edited by Kagaku Dojin (1993) In particular, it can be measured using a RE85 viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).

<2.金属酸化物含有層の形成方法>
金属酸化物含有層は、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物を、金属酸化物含有層を形成する所望の支持体に塗布し(金属酸化物含有層形成用組成物の塗布工程)、次いで熱処理を行うこと(熱処理工程)により形成することができる(以下、本発明に係る金属酸化物含有層の形成方法と称す場合がある)。本発明に係る金属酸化物含有層の形成方法は、ゾルゲル法、又は分散液法と比較して、低温で、高い均一性を有する金属酸化物含有層を形成することができる。
<2. Method for forming metal oxide-containing layer>
The metal oxide-containing layer is obtained by applying the metal oxide-containing layer forming composition according to the present invention to a desired support for forming the metal oxide-containing layer (application step of the metal oxide-containing layer forming composition). ), And then heat treatment (heat treatment step) (hereinafter may be referred to as a method for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention). The method for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention can form a metal oxide-containing layer having high uniformity at a low temperature as compared with a sol-gel method or a dispersion method.

<2.1.金属酸化物含有層形成用組成物の塗布工程>
金属酸化物含有層形成用組成物の塗布方法としては、任意の方法を用いることができる。例えば、スピンコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法が挙げられる。また、塗布方法として1種の方法のみを用いてもよいし、2種以上の方法を組み合わせて用いることもできる。
<2.1. Application Step of Metal Oxide Containing Layer Forming Composition>
Any method can be used as a coating method of the metal oxide-containing layer forming composition. Examples thereof include spin coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, wire barber coating, pipe doctor method, impregnation / coating method, and curtain coating method. Moreover, only 1 type of method may be used as an application | coating method, and it can also be used in combination of 2 or more types.

<2.2.熱処理工程>
本発明において、金属酸化物含有層形成用組成物の塗布後に、熱処理を行うことにより、不飽和カルボン酸金属塩を原料として、金属酸化物の生成反応が行われ金属酸化物含有層を形成することができる。
<2.2. Heat treatment process>
In the present invention, after the application of the metal oxide-containing layer forming composition, heat treatment is performed to form a metal oxide-containing layer by performing a metal oxide formation reaction using an unsaturated carboxylic acid metal salt as a raw material. be able to.

塗布された金属酸化物含有層形成用組成物を熱処理することにより、金属酸化物を生成することができる詳細なメカニズムは分かっていないが、式(III)に示すように、不飽和カルボン酸金属塩が、外気の水分と反応することにより金属水酸化物へと加水分解され、最終的に金属酸化物に変化する経路や、(IV)に示すように不飽和カルボン酸金属塩を構成する不飽和カルボン酸が熱分解することにより、純粋な金属が生成し、これが外気の酸素と結合することにより最終的に金属酸化物に変化する経路等により、金属酸化物が得られるものと考えられる。   Although the detailed mechanism by which the metal oxide-containing layer forming composition can be heat-treated to produce the metal oxide is not known, as shown in the formula (III), the unsaturated carboxylic acid metal The salt is hydrolyzed to a metal hydroxide by reacting with the moisture in the outside air, and finally converted into a metal oxide, and as shown in (IV), the unsaturated carboxylic acid metal salt is formed. It is considered that a metal oxide is obtained by a route or the like in which a pure metal is generated by thermal decomposition of a saturated carboxylic acid and is finally combined with oxygen in the outside air to change to a metal oxide.

Figure 2016113538
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上述の通り、生成反応は、水や熱等の外的刺激を与えることにより行うことができる。なお、本発明に係る生成反応では、不飽和カルボン酸金属塩の加水分解が主たる反応と思われるので、熱処理を行うことにより生成反応が促進されると考えられる。   As described above, the production reaction can be performed by applying an external stimulus such as water or heat. In addition, in the production | generation reaction which concerns on this invention, since it seems that the hydrolysis of unsaturated carboxylic acid metal salt is a main reaction, it is thought that a production | generation reaction is accelerated | stimulated by performing heat processing.

熱処理の温度は、300℃未満であることが好ましく、250℃以下であることがさらに好ましく、200℃以下であることが特に好ましい。300℃未満であることは、ロールツゥーロール法のような、フレキシブル基材を用いる製造工程においても対応可能な温度である点で好ましい。   The temperature of the heat treatment is preferably less than 300 ° C., more preferably 250 ° C. or less, and particularly preferably 200 ° C. or less. It is preferable that the temperature is lower than 300 ° C. because it is a temperature that can be used in a manufacturing process using a flexible base material such as a roll-to-roll method.

一方、下限としては、特に制限はないが、通常は80℃以上で、好ましくは100℃以上である。100℃以上が好ましい理由としては、水が、自由度が大きい水蒸気に変化する温度が100℃以上であることが挙げられる。金属酸化物の生成反応の詳細なメカニズムは不明だが、水蒸気は、不飽和カルボン酸金属塩が金属酸化物へ変化する際の、加水分解反応における反応物質としての役目、及び後述する熱分解反応における反応触媒としての役目のうち少なくとも一方を担いうる。このために、水蒸気の存在により、不飽和カルボン酸金属塩から金属酸化物への変化が促進されると考えられ、加熱処理の時間を短縮することができる。   On the other hand, the lower limit is not particularly limited, but is usually 80 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher. The reason why the temperature is preferably 100 ° C. or higher is that the temperature at which water changes to water vapor having a high degree of freedom is 100 ° C. or higher. Although the detailed mechanism of the metal oxide formation reaction is unknown, water vapor serves as a reactant in the hydrolysis reaction when the unsaturated carboxylic acid metal salt changes to a metal oxide, and in the thermal decomposition reaction described below. At least one of the functions as a reaction catalyst can be performed. For this reason, it is thought that the change from unsaturated carboxylic acid metal salt to metal oxide is promoted by the presence of water vapor, and the heat treatment time can be shortened.

より低い温度での熱処理を行うことは、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂基材や、銅等の金属箔に絶縁性を付与した複合材料等を用いた、フレキシブル基材を用いることが可能である点でも有利である。特に、フレキシブル電子デバイスにおいては、低温で、高密度かつ高性能な金属酸化物薄膜が作れるプロセスの構築が、早急に解決すべき課題として挙げられている(応用物理,2012,81,728.)。この点に関して、本発明に係る金属酸化物含有層の製造方法によれば、低温で、高性能の金属酸化物含有層を製造することができる。   It is possible to use a flexible base material that uses a resin base material such as polyethylene terephthalate, a composite material that imparts insulation to a metal foil such as copper, etc. to perform heat treatment at a lower temperature. It is advantageous. In particular, in flexible electronic devices, the construction of a process capable of producing a high-density and high-performance metal oxide thin film at a low temperature is cited as an issue to be solved immediately (Applied Physics, 2012, 81, 728.). . In this regard, according to the method for producing a metal oxide-containing layer according to the present invention, a high-performance metal oxide-containing layer can be produced at a low temperature.

加熱時間は生成反応が進行する限り特に限定されないが、通常30秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは2分以上、さらに好ましくは3分以上である。一方、通常180分以下、好ましくは60分以下、より好ましくは30分以下、さらに好ましくは15分以下である。加熱時間が上記の範囲にあることは、生成反応が十分に進行しうる点、及びロールツゥーロール法のような実用的な製造工程においても生成反応が円滑に進行しうる点で好ましい。   The heating time is not particularly limited as long as the production reaction proceeds, but is usually 30 seconds or longer, preferably 1 minute or longer, more preferably 2 minutes or longer, and further preferably 3 minutes or longer. On the other hand, it is usually 180 minutes or less, preferably 60 minutes or less, more preferably 30 minutes or less, and even more preferably 15 minutes or less. It is preferable that the heating time be in the above range in that the production reaction can proceed sufficiently and the production reaction can proceed smoothly even in a practical production process such as a roll-to-roll method.

なお、加熱温度が300℃未満の範囲において、高い温度であれば、不飽和カルボン酸金属塩から金属酸化物への生成反応が進行しやすくなる傾向があるために、短時間の加熱で、硬度や剥離強度が高く、特性の優れた金属酸化物含有層を製造することができる。一方で、加熱温度が低くても、加熱時間を長くすることで、硬度や剥離強度が高く、特性の優れた金属酸化物含有層を製造することができる。そのため、加熱時間や加熱温度は、使用する基材等により適宜選択すればよい。   If the heating temperature is lower than 300 ° C. and the temperature is high, the production reaction from the unsaturated carboxylic acid metal salt to the metal oxide tends to proceed. In addition, a metal oxide-containing layer having high peel strength and excellent characteristics can be produced. On the other hand, even if the heating temperature is low, by increasing the heating time, it is possible to produce a metal oxide-containing layer having high hardness and high peel strength and excellent characteristics. Therefore, what is necessary is just to select a heating time and heating temperature suitably by the base material etc. to be used.

熱処理工程においては、金属酸化物含有層形成用組成物に含有される不飽和カルボン酸金属塩の全てが金属酸化物に変化する必要はない。具体的には、金属酸化物含有層形成用組成物中に含有される不飽和カルボン酸金属塩のうち、通常60質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上が、金属酸化物に変化すればよい。   In the heat treatment step, it is not necessary for all of the unsaturated carboxylic acid metal salt contained in the metal oxide-containing layer forming composition to be converted into a metal oxide. Specifically, among the unsaturated carboxylic acid metal salt contained in the metal oxide-containing layer forming composition, usually 60% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more. What is necessary is just to change to a metal oxide.

なお、不飽和カルボン酸金属塩のうち、金属酸化物に変化したものの割合は、形成された金属酸化物含有層から赤外分光法(IR)により定量することができる。また、生成物中の金属酸化物の割合は、分光光度計やX線光電子分光法(XPS又はESCA)により定量することができる。   In addition, the ratio of what changed into the metal oxide among unsaturated carboxylic acid metal salts can be quantified by infrared spectroscopy (IR) from the formed metal oxide content layer. Further, the ratio of the metal oxide in the product can be quantified by a spectrophotometer or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS or ESCA).

また、金属酸化物の生成反応の詳細なメカニズムは分かっていないものの、酸素濃度や水分濃度(湿度)といった外気の環境も、金属酸化物含有層に影響を与える可能性がある。   Moreover, although the detailed mechanism of the metal oxide formation reaction is not known, the environment of the outside air such as oxygen concentration and moisture concentration (humidity) may also affect the metal oxide-containing layer.

具体的には、熱処理を行う際の雰囲気中の酸素濃度は、通常50体積%以下、好ましくは30体積%以下、より好ましくは25%体積以下である。酸素濃度がこの範囲にあることにより、より良好な特性を有する均一な金属酸化物含有層が得られうる。酸素濃度が50体積%以下であることにより、過剰な酸素による過酸化物等の不安定物質の副生が防がれうる。   Specifically, the oxygen concentration in the atmosphere during the heat treatment is usually 50% by volume or less, preferably 30% by volume or less, more preferably 25% by volume or less. When the oxygen concentration is within this range, a uniform metal oxide-containing layer having better characteristics can be obtained. When the oxygen concentration is 50% by volume or less, by-product of unstable substances such as peroxides due to excessive oxygen can be prevented.

一方、熱処理を行う際の雰囲気中の水分濃度は、不飽和カルボン酸金属塩からの金属酸化物の生成に大きな影響を与える。加水分解反応における反応物質としての役目として、水が重要であるからである。具体的な水分濃度は、25℃条件時の湿度として、通常1%を超え、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上、さらに好ましくは30%以上であり、一方、通常90%以下、好ましくは85%以下、より好ましくは80%以下である。水分濃度がこの範囲にあることにより、より良好な特性を有する均一な金属酸化物含有層が得られうる。例えば、湿度が1%を超えることにより、不飽和カルボン酸金属塩からの金属酸化物の生成が低温で安定に行われうる。   On the other hand, the moisture concentration in the atmosphere at the time of heat treatment has a great influence on the formation of metal oxides from unsaturated carboxylic acid metal salts. This is because water is important as a reactive substance in the hydrolysis reaction. The specific moisture concentration is usually over 1%, preferably 5% or more, more preferably 10% or more, and further preferably 30% or more as the humidity at 25 ° C. On the other hand, usually 90% or less, Preferably it is 85% or less, More preferably, it is 80% or less. When the moisture concentration is within this range, a uniform metal oxide-containing layer having better characteristics can be obtained. For example, when the humidity exceeds 1%, the production of the metal oxide from the unsaturated carboxylic acid metal salt can be stably performed at a low temperature.

また、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物中にポリビニルアセタール樹脂が含まれることにより、湿度範囲が30%以上90%以下という基材に水分がつきやすい状況であっても、不飽和カルボン酸金属塩を含有する金属酸化物含有層形成用組成物が、均一に塗布することができる。これは、ポリビニルアセタール樹脂に含まれている水酸基に起因する親水性が有効に働き、濡れ性が向上するからである。なお、本明細書において25℃条件時の湿度とは、雰囲気を25℃に調整した際の相対湿度のことを指す。   In addition, the inclusion of the polyvinyl acetal resin in the composition for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention can prevent moisture from adhering to a substrate having a humidity range of 30% to 90%. The metal oxide-containing layer forming composition containing a saturated carboxylic acid metal salt can be uniformly applied. This is because the hydrophilicity due to the hydroxyl group contained in the polyvinyl acetal resin works effectively and wettability is improved. In this specification, the humidity at 25 ° C. refers to the relative humidity when the atmosphere is adjusted to 25 ° C.

<3.金属酸化物含有層>
本発明に係る金属酸化物含有層の形成方法により得られる金属酸化物含有層(以下、本発明に係る金属酸化物含有層と称す場合がある)は、後述するように、電子デバイスを構成する層、例えば、光電変換素子のバッファ層として使用することができる。
<3. Metal oxide-containing layer>
The metal oxide-containing layer obtained by the method for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention (hereinafter sometimes referred to as a metal oxide-containing layer according to the present invention) constitutes an electronic device as will be described later. It can be used as a layer, for example, a buffer layer of a photoelectric conversion element.

本発明に係る金属酸化物含有層としては、酸化スカンジウム含有層、酸化チタン含有層、酸化バナジウム含有層、酸化クロム含有層、酸化マンガン含有層、酸化鉄含有層、酸化コバルト含有層、酸化ニッケル含有層、酸化銅含有層、酸化亜鉛含有層、酸化インジウム含有層、酸化ガリウム含有層、酸化アルミニウム含有層、酸化スズ含有層、又は酸化鉛含有層が挙げられる。なかでも、酸化チタン含有層、酸化ニッケル含有層、酸化銅含有層、酸化亜鉛含有層、酸化インジウム含有層、又は酸化スズ含有層がより好ましく、本発明に係る不飽和カルボン酸金属塩からの生成のしやすさから酸化亜鉛含有層であることが特に好しい。   The metal oxide-containing layer according to the present invention includes a scandium oxide-containing layer, a titanium oxide-containing layer, a vanadium oxide-containing layer, a chromium oxide-containing layer, a manganese oxide-containing layer, an iron oxide-containing layer, a cobalt oxide-containing layer, and a nickel oxide-containing layer. Examples include a layer, a copper oxide-containing layer, a zinc oxide-containing layer, an indium oxide-containing layer, a gallium oxide-containing layer, an aluminum oxide-containing layer, a tin oxide-containing layer, or a lead oxide-containing layer. Among these, a titanium oxide-containing layer, a nickel oxide-containing layer, a copper oxide-containing layer, a zinc oxide-containing layer, an indium oxide-containing layer, or a tin oxide-containing layer is more preferable, and is generated from the unsaturated carboxylic acid metal salt according to the present invention. A zinc oxide-containing layer is particularly preferred because of its ease of use.

本発明に係る金属酸化物含有層は、ポリビニルアセタール樹脂を含有する。なお、ポリビニルアセタール樹脂は、特段の制限はなく、<1−2.ポリビニルアセタール樹脂>で挙げた樹脂が挙げられる。   The metal oxide containing layer according to the present invention contains a polyvinyl acetal resin. The polyvinyl acetal resin is not particularly limited, and <1-2. Polyvinyl acetal resin>.

金属酸化物含有層中の金属酸化物の含有率は、金属酸化物含有層の全質量に対して通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、より好ましくは40質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上、特に好ましくは80%質量以上であり、一方で、99質量%以下であることが好ましい。この範囲にあることにより、より良好な特性を有する均一な金属酸化物含有層が得られうる。   The content of the metal oxide in the metal oxide-containing layer is usually 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and still more preferably based on the total mass of the metal oxide-containing layer. It is preferably 60% by mass or more, particularly preferably 80% by mass or more, and on the other hand 99% by mass or less. By being in this range, a uniform metal oxide-containing layer having better characteristics can be obtained.

金属酸化物含有層中のポリビニルアセタール樹脂の含有率は、特段の制限はないが、電気的特性と適度な膜硬度を両立するために、金属酸化物含有層の全質量に対して、1質量%以上であることが好ましく、2.5質量%以上であることがさらに好ましく、5質量%以上であることが特に好ましく、一方、60質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがさらに好ましく、20質量%以下であることが特に好ましい。   The content of the polyvinyl acetal resin in the metal oxide-containing layer is not particularly limited. However, in order to achieve both electrical characteristics and appropriate film hardness, 1 mass with respect to the total mass of the metal oxide-containing layer. % Or more, more preferably 2.5% by mass or more, particularly preferably 5% by mass or more, and on the other hand, preferably 60% by mass or less, and 40% by mass or less. More preferably, it is particularly preferably 20% by mass or less.

金属酸化物含有層中に、ポリビニルアセタール樹脂が存在することにより、電子デバイスの電気的特性が向上する。この理由としては、金属酸化物含有層中に、ポリビニルアセタール樹脂が存在すると、該ポリビニルアセタール樹脂の絶縁性により、個々の電荷の伝導パスが阻害されることが考えられるが、ポリビニルアセタール樹脂により金属酸化物含有層の結晶性が向上し、また、金属酸化物間の密着性が向上し、結果的に電荷の伝導パスが増加するためであると考えられる。また、一般的に、光電変換素子等では、フォトドープにより、電荷密度を向上させ電気的特性を向上させることができるが、本発明に係る金属酸化物含有層は高い電荷密度を有しているためにフォトドープ効果改善が期待できる。   The presence of the polyvinyl acetal resin in the metal oxide-containing layer improves the electrical characteristics of the electronic device. The reason for this is that if a polyvinyl acetal resin is present in the metal oxide-containing layer, it is considered that the conductive path of individual charges is hindered by the insulation of the polyvinyl acetal resin. This is presumably because the crystallinity of the oxide-containing layer is improved and the adhesion between the metal oxides is improved, resulting in an increase in the charge conduction path. In general, in photoelectric conversion elements and the like, photodoping can improve charge density and electrical characteristics, but the metal oxide-containing layer according to the present invention has a high charge density. Therefore, improvement of the photodoping effect can be expected.

また、本発明に係る金属酸化物含有層中に、ポリビニルアセタール樹脂が存在することにより、電子デバイスの色目を改善できるものと考えられる。具体的には、本発明に係る金属酸化物含有層は、ポリビニルアセタール樹脂の存在により、金属酸化物の粒径が均一であるために、高い膜均一性及び高い結晶性を有する。そのため、金属酸化物含有層内を透過する光の散乱を抑えることができ、この結果、色目が改善された高い意匠性を有する電子デバイスを提供できるものと考えられる。そのため、本発明に係る金属酸化物含有層は、高い意匠性が求められるシースルー型の電子デバイスに適用することが好ましく、特に後述する光電変換素子に用いることが好ましい。光電変換素子に用いることにより、室内への採光等を妨げることなく、高い変換効率と高い意匠性を両立した光電変換素子とすることができる。具体的に、本発明に係る金属酸化物含有層は、可視光透過率が15%以上90%以下の光電変換素子において特に有効であると考えられる。これらのなかでも、光電変換素子の可視光透過率は、20%以上であることが好ましく、25%以上であることがさらに好ましく、30%以上であることが特に好ましく、一方、80%以下であることが好ましく、70%以下であることがさらに好ましく、60%以下であることが特に好ましい。なお、可視光透過率は、分光光度計U−4100(日立ハイテク社製)で測定できる。   Moreover, it is thought that the color of an electronic device can be improved by the presence of the polyvinyl acetal resin in the metal oxide-containing layer according to the present invention. Specifically, the metal oxide-containing layer according to the present invention has high film uniformity and high crystallinity because the particle size of the metal oxide is uniform due to the presence of the polyvinyl acetal resin. Therefore, it is considered that scattering of light transmitted through the metal oxide-containing layer can be suppressed, and as a result, an electronic device having high design with improved color can be provided. Therefore, the metal oxide-containing layer according to the present invention is preferably applied to a see-through type electronic device that requires high design properties, and particularly preferably used for a photoelectric conversion element described later. By using for a photoelectric conversion element, it can be set as the photoelectric conversion element which made high conversion efficiency and high designability compatible, without interfering with indoor lighting. Specifically, the metal oxide-containing layer according to the present invention is considered to be particularly effective in a photoelectric conversion element having a visible light transmittance of 15% or more and 90% or less. Among these, the visible light transmittance of the photoelectric conversion element is preferably 20% or more, more preferably 25% or more, particularly preferably 30% or more, and on the other hand, 80% or less. Preferably, it is 70% or less, more preferably 60% or less. The visible light transmittance can be measured with a spectrophotometer U-4100 (manufactured by Hitachi High-Tech).

金属酸化物含有層には、不純物がドーピングされていてもよい。不純物としては、後述のドーピング材料、又は本発明に係る不飽和カルボン酸金属塩由来の化合物が挙げられる。   The metal oxide-containing layer may be doped with impurities. Examples of the impurity include a doping material described later or a compound derived from the unsaturated carboxylic acid metal salt according to the present invention.

また、本発明に係る金属酸化物含有層は、上記以外の他の化合物を含んでいてもよい。界面活性剤由来の化合物、式(I)で表される不飽和カルボン酸金属塩を構成する不飽和カルボン酸の分解物や、それらの重合体等が挙げられる。   In addition, the metal oxide-containing layer according to the present invention may contain a compound other than the above. Examples thereof include compounds derived from surfactants, decomposed products of unsaturated carboxylic acids constituting unsaturated carboxylic acid metal salts represented by formula (I), and polymers thereof.

また、本発明に係る金属酸化物含有層は、含有されている金属酸化物が、特定の結晶配向性を極端に持たないことが好ましい。薄膜の場合は、通常は単結晶でなく、多結晶である。酸化亜鉛を例にすると、酸化亜鉛はウルツ鉱型の結晶構造を取りやすく、スパッタリング法等の乾式成膜法や電気分解法では、c軸配向性が強い多結晶をつくりやすい。しかしながら、c軸配向性が強い多結晶では、電子移動度は高いが、熱や湿度といった外気の環境に対する耐久性が弱いという課題がある。その点、特定の結晶配向性を極端に持たない多結晶であれば、外気の環境に対する耐久性が向上する可能性がある。   Moreover, it is preferable that the metal oxide containing layer which concerns on this invention does not have a specific crystal orientation extremely. In the case of a thin film, it is usually not a single crystal but a polycrystal. Taking zinc oxide as an example, zinc oxide tends to have a wurtzite type crystal structure, and a polycrystal having a strong c-axis orientation is likely to be formed by a dry film-forming method such as sputtering or an electrolysis method. However, a polycrystal having a strong c-axis orientation has a high electron mobility, but has a problem that durability against an external environment such as heat and humidity is weak. In that respect, if it is a polycrystal having no specific crystal orientation, durability against the environment of the outside air may be improved.

特に、本発明に係る属酸化物含有層では、不飽和カルボン酸金属塩から金属酸化物を生成する際に、ポリビニルアセタール樹脂が存在していることにより、特定の結晶配向性を極端に持たない多結晶の形成が期待できるので、良好な耐久性が期待できる。   In particular, in the genus oxide-containing layer according to the present invention, when a metal oxide is produced from an unsaturated carboxylic acid metal salt, the presence of the polyvinyl acetal resin does not have a specific crystal orientation. Since the formation of polycrystals can be expected, good durability can be expected.

特に金属酸化物含有層が酸化亜鉛含有層の場合、酸化亜鉛含有層のX線回折(XRD)法(out of plane測定)において(002)面の2θピークの半値幅が1°以上であることが好ましく、1.1°以上であることがより好ましく、1.2°以上であることがさらに好ましく、一方で、5°以下であることが好ましく、4°以下であることがさらに好ましく、3.5°以下であることが特に好ましい。この範囲内であれば、高い電子移動度と外気の環境に対する耐久性が両立することができる。   In particular, when the metal oxide-containing layer is a zinc oxide-containing layer, the half width of the 2θ peak on the (002) plane is 1 ° or more in the X-ray diffraction (XRD) method (out of plane measurement) of the zinc oxide-containing layer. It is preferably 1.1 ° or more, more preferably 1.2 ° or more, while it is preferably 5 ° or less, more preferably 4 ° or less. It is particularly preferable that the angle is 5 ° or less. Within this range, high electron mobility and durability against the environment of the outside air can be compatible.

また、電子デバイスを工業的に製造する場合、例えばロールツゥーロールプロセスを用いる場合には、特に巻取の際に、成膜面が損傷する可能性があるために、層が適度な硬さを有することが好ましい。層が物理的に損傷している場合、望ましい特性が発揮できない可能性がある。本発明に係る金属酸化物含有層の硬度は、鉛筆引っかき硬度試験(例えば、JIS K5600−5−4(1999年))等で調べることができる。   In addition, when an electronic device is manufactured industrially, for example, when a roll-to-roll process is used, since the film formation surface may be damaged particularly during winding, the layer has an appropriate hardness. It is preferable to have. If the layer is physically damaged, the desired properties may not be achieved. The hardness of the metal oxide-containing layer according to the present invention can be examined by a pencil scratch hardness test (for example, JIS K5600-5-4 (1999)).

鉛筆引っかき硬度試験装置としては、新東科学社製の連続加重式引掻強度試験機Heidon Type18が挙げられる。測定された鉛筆硬度の下限としては、好ましくは2H以上、より好ましくは3H以上である。一方、上限としては、好ましくは8H以下、より好ましくは6H以下である。上記の範囲にあることは、ロールツゥーロールプロセス等を用いた工業的製造方法に適合しうる硬度と、望ましい特性とを同時に達成しうるために好ましい。   Examples of the pencil scratch hardness tester include a continuous load type scratch strength tester Heidon Type 18 manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd. The lower limit of the measured pencil hardness is preferably 2H or more, more preferably 3H or more. On the other hand, the upper limit is preferably 8H or less, more preferably 6H or less. It is preferable that it is in the above-mentioned range since hardness suitable for an industrial production method using a roll-to-roll process or the like and desirable characteristics can be achieved at the same time.

以下、本発明に係る電子デバイスについて、詳細に説明する。   Hereinafter, the electronic device according to the present invention will be described in detail.

<4.電子デバイス>
本発明に係る金属酸化物含有層は、電子デバイスの半導体層として適用することができる。なお、本明細書において電子デバイスとは、2個以上の電極を有し、その電極間に流れる電流や生じる電圧を、電気、光、磁気又は化学物質等により制御するデバイス、あるいは、印加した電圧や電流により、光や電場、磁場を発生させる装置である。例えば、電圧や電流の印加により電流や電圧を制御する素子、磁場の印加による電圧や電流を制御する素子、化学物質を作用させて電圧や電流を制御する素子が挙げられる。この制御としては、整流、スイッチング、増幅、又は発振が挙げられる。
<4. Electronic device>
The metal oxide-containing layer according to the present invention can be applied as a semiconductor layer of an electronic device. Note that in this specification, an electronic device is a device that has two or more electrodes and controls the current flowing between the electrodes and the voltage generated by electricity, light, magnetism, a chemical substance, or the like, or an applied voltage. It is a device that generates light, an electric field, and a magnetic field by electric current and current. For example, there are an element that controls current and voltage by applying voltage and current, an element that controls voltage and current by applying a magnetic field, and an element that controls voltage and current by applying a chemical substance. This control includes rectification, switching, amplification, or oscillation.

電子デバイスの例としては、抵抗器、整流器(ダイオード)、スイッチング素子(トランジスタ、サイリスタ)、増幅素子(トランジスタ)、メモリー素子、若しくは化学センサー等、又はこれらの素子を組み合わせ若しくは集積化したデバイスが挙げられる。また、光電流を生じるフォトダイオード若しくはフォトトランジスタ、電界を印加することにより発光する電界発光素子、及び光により起電力を生じる光電変換素子若しくは太陽電池等の光素子も挙げることができる。   Examples of electronic devices include resistors, rectifiers (diodes), switching elements (transistors, thyristors), amplifier elements (transistors), memory elements, chemical sensors, etc., or devices in which these elements are combined or integrated. It is done. In addition, a photodiode or a phototransistor that generates a photocurrent, an electroluminescent element that emits light by applying an electric field, and an optical element such as a photoelectric conversion element or a solar cell that generates an electromotive force by light can also be used.

電子デバイスのより具体的な例は、S.M.Sze著、Physics of Semiconductor Devices、2nd Edition(Wiley Interscience 1981)に記載されているものを挙げることができる。   More specific examples of electronic devices are described in S.A. M.M. Examples include those described in Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition (Wiley Interscience 1981).

なかでも、電子デバイスとしては、電界効果トランジスタ、電界発光素子、光電変換素子、及び太陽電池が、より高い電気的特性を産む出す例としてふさわしい。これらは、pn接合を光の進行方向に配列することで性能を発揮する電子デバイスであり、本発明に係る金属酸化物含有層の特性が優位に働く。   Especially, as an electronic device, a field effect transistor, an electroluminescent element, a photoelectric conversion element, and a solar cell are suitable as an example which produces a higher electrical characteristic. These are electronic devices that exhibit performance by arranging pn junctions in the light traveling direction, and the characteristics of the metal oxide-containing layer according to the present invention work preferentially.

以下、本発明に係る電子デバイスの好適な例として、電界効果トランジスタ素子(FET)、電界発光素子(LED)、光電変換素子、及び太陽電池について、以下、詳細に説明する。   Hereinafter, a field effect transistor element (FET), an electroluminescence element (LED), a photoelectric conversion element, and a solar cell will be described in detail as suitable examples of the electronic device according to the present invention.

<5.電界効果トランジスタ(FET)>
本発明に係る電界効果トランジスタ(FET)素子は、半導体層と、絶縁体層と、ソース電極と、ゲート電極と、及びゲート電極とを有する。また、本発明に係るFET素子は、本発明に係る金属酸化物含有層を有することに特徴がある。
<5. Field Effect Transistor (FET)>
A field effect transistor (FET) element according to the present invention includes a semiconductor layer, an insulator layer, a source electrode, a gate electrode, and a gate electrode. The FET element according to the present invention is characterized by having the metal oxide-containing layer according to the present invention.

以下、本発明に係るFET素子について詳細に説明する。図1は、本発明に係るFET素子の構造の一例を模式的に表す図である。図1(A)に示すように、FET素子は、基材56上に、半導体層51と、絶縁体層52と、ソース電極53と、ドレイン電極54と、ゲート電極55と、を有する。なお、FET素子の構造は図1に限定されず、例えば、図1(B)〜図1(D)に示す構造であってもよい。   Hereinafter, the FET element according to the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the structure of an FET element according to the present invention. As shown in FIG. 1A, the FET element has a semiconductor layer 51, an insulator layer 52, a source electrode 53, a drain electrode 54, and a gate electrode 55 on a base material 56. Note that the structure of the FET element is not limited to that shown in FIG. 1, and for example, the structure shown in FIGS. 1B to 1D may be used.

<5.1.電極>
本発明に係るFET素子における、ソース電極53、ドレイン電極54及びゲート電極55の各電極には、例えば、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属;酸化インジウム(In23)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性の酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子;塩酸、硫酸、スルホン酸等のブレンステッド酸、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF6 -)、五フッ化ヒ素(AsF5)、塩化鉄(FeCl3)等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等のドーパントを上述のような導電性高分子に対して添加したもの;カーボンブラック、金属粒子等が分散されている導電性の複合材料等の導電性を有する材料が用いられる。
<5.1. Electrode>
In the FET element according to the present invention, each of the source electrode 53, the drain electrode 54, and the gate electrode 55 includes, for example, platinum, gold, aluminum, chromium, nickel, copper, titanium, magnesium, calcium, barium, sodium, etc. Metal: Conductive oxide such as indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), indium tin oxide (ITO); conductive polymer such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene; hydrochloric acid, sulfuric acid, Bronsted acids such as sulfonic acid, hexafluorophosphate ions (PF 6 ), Lewis acids such as arsenic pentafluoride (AsF 5 ), iron chloride (FeCl 3 ), halogen atoms such as iodine, sodium, potassium, etc. Addition of a dopant such as a metal atom to the conductive polymer as described above; carbon black , A conductive material of the composite materials of the conductive metal particles or the like are dispersed is used.

ソース電極53、ドレイン電極54及びゲート電極55の形成方法は、特段の制限はなく、材料特性に合わせて、スピンコート法、ブレードコート法及びスピンコート法等の湿式塗布法、蒸着法、スパッタリング法、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法等の公知の方法により形成すればよい。   The formation method of the source electrode 53, the drain electrode 54, and the gate electrode 55 is not particularly limited, and according to material characteristics, wet coating methods such as spin coating, blade coating, and spin coating, vapor deposition, and sputtering. Further, it may be formed by a known method such as a printing method such as screen printing or inkjet.

<5.2.絶縁体層>
本発明に係るFET素子の絶縁体層52に用いられる材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらの共重合体;二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物;窒化ケイ素等の窒化物;チタン酸ストロンチウムやチタン酸バリウム等の強誘電性酸化物;並びにこれらの酸化物、窒化物、及び強誘電性酸化物等の粒子が分散されているポリマーが挙げられる。
<5.2. Insulator layer>
Examples of the material used for the insulator layer 52 of the FET element according to the present invention include polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl phenol, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, epoxy resin, and phenol. Polymers such as resins and copolymers thereof; oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide and titanium oxide; nitrides such as silicon nitride; ferroelectric oxides such as strontium titanate and barium titanate; and oxidation thereof And polymers in which particles such as oxides, nitrides, and ferroelectric oxides are dispersed.

一般に絶縁体層52の静電容量が大きくなるほどゲート電圧を低電圧で駆動できることになるので、有利になる。このことは、誘電率の大きな絶縁材料を用いるか、又は絶縁体層の厚さを薄くする事で実現できる。   In general, the larger the capacitance of the insulating layer 52, the more advantageous is that the gate voltage can be driven at a lower voltage. This can be realized by using an insulating material having a large dielectric constant or by reducing the thickness of the insulator layer.

絶縁体層52の形成方法は、特段の制限はなく、例えば、スピンコート法、ブレードコート法及びスピンコート法等の湿式塗布法、蒸着法、スパッタリング法、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法、アルミニウムにアルマイトを形成するように金属上に酸化膜を形成する方法等、材料特性に合わせた公知の方法で形成することができる。   The method for forming the insulator layer 52 is not particularly limited. For example, a wet coating method such as a spin coating method, a blade coating method, or a spin coating method, a vapor deposition method, a sputtering method, a printing method such as screen printing or inkjet, an aluminum It can be formed by a known method in accordance with material characteristics such as a method of forming an oxide film on a metal so as to form alumite.

<5.3.基材>
本発明に係るFET素子は、通常基材56上に作製する。基材56の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されない。基材56の材料の好適な例は、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;フレキシブル基材が挙げられる。本発明において、フレキシブル基材とは曲率半径が通常、0.1mm以上であり、10000mm以下の基材である。なお、フレキシブルな電子デバイスを製造する場合は、屈曲性と支持体としての特性を両立するために、曲率半径が0.3mm以上であることが好ましく、1mm以上であることがさらに好ましく、一方で、3000mm以下であることが好ましく、1000mm以下であることがさらに好ましい。なお、曲率半径は、ひずみや割れ等の破壊が現れないところまで曲げた基材を、共焦点顕微鏡(例えば、キーエンス社製形状測定レーザマイクロスコープVK−X200)で求めることができる。フレキシブル基材の具体例としては、限定されるわけではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料;紙又は合成紙等の紙材料;銀、銅、ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属箔に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料が挙げられる。特に本発明に係る金属酸化物含有層の製造方法は、上述したように、フレキシブル基材を使用する際に特に有効である。
<5.3. Base material>
The FET element according to the present invention is usually produced on a base material 56. The material of the base material 56 is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Preferable examples of the material of the substrate 56 include inorganic materials such as quartz, glass, sapphire, and titania; flexible substrates. In the present invention, the flexible substrate is a substrate having a radius of curvature of usually 0.1 mm or more and 10,000 mm or less. In the case of producing a flexible electronic device, the radius of curvature is preferably 0.3 mm or more, more preferably 1 mm or more, in order to achieve both flexibility and characteristics as a support. It is preferably 3000 mm or less, and more preferably 1000 mm or less. The radius of curvature can be obtained with a confocal microscope (for example, a shape measurement laser microscope VK-X200 manufactured by Keyence Co., Ltd.) obtained by bending a base material that has been bent to a point where no damage such as distortion or cracking appears. Specific examples of the flexible substrate include, but are not limited to, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluororesin film, vinyl chloride. Or polyolefins such as polyethylene; organic materials such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene or epoxy resin; paper materials such as paper or synthetic paper; silver, copper, stainless steel, titanium Alternatively, a composite material such as a metal foil such as aluminum whose surface is coated or laminated in order to impart insulating properties can be used. In particular, the method for producing a metal oxide-containing layer according to the present invention is particularly effective when using a flexible substrate as described above.

さらに、基材56に処理を施すことにより、FETの特性を向上させることができる。これは基材56の親水性/疎水性を調整することにより、成膜される半導体層51の膜質を向上させること、特に基材53と半導体層51との界面部分の特性を改良することによるものと推定される。このような基材処理としては、ヘキサメチルジシラザン、シクロヘキセン、オクタデシルトリクロロシラン等を用いた疎水化処理、塩酸、硫酸、及び酢酸等の酸を用いた酸処理、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、及びアンモニア等を用いたアルカリ処理、オゾン処理、フッ素化処理、酸素やアルゴン等を用いたプラズマ処理、ラングミュアブロジェット膜の形成処理、その他の絶縁体又は半導体の薄膜の形成処理が挙げられる。   Furthermore, the characteristics of the FET can be improved by processing the substrate 56. This is because by adjusting the hydrophilicity / hydrophobicity of the base material 56, the film quality of the semiconductor layer 51 to be formed is improved, in particular, by improving the characteristics of the interface portion between the base material 53 and the semiconductor layer 51. Estimated. Such substrate treatment includes hydrophobization treatment using hexamethyldisilazane, cyclohexene, octadecyltrichlorosilane, etc., acid treatment using acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and acetic acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, Alkaline treatment using calcium hydroxide and ammonia, ozone treatment, fluorination treatment, plasma treatment using oxygen, argon, etc., Langmuir Blodget film formation treatment, other insulator or semiconductor thin film formation treatment Can be mentioned.

<5.4.半導体層>
本発明に係るFET素子の半導体層51は、基材上に直接又は他の層を介して半導体を膜状に形成したものであり、本発明に係る金属酸化物含有層を用いることが好ましい。
<5.4. Semiconductor layer>
The semiconductor layer 51 of the FET element according to the present invention is obtained by forming a semiconductor film on a substrate directly or via another layer, and the metal oxide-containing layer according to the present invention is preferably used.

なお、半導体層51は、本発明に係る金属酸化物含有層と、該金属酸化物含有層と異なる材料又は異なる成分を含む層の積層構造を有してもよい。   The semiconductor layer 51 may have a stacked structure of a metal oxide-containing layer according to the present invention and a layer containing a different material or a different component from the metal oxide-containing layer.

半導体層51の膜厚は、特段の制限は無く、例えば、横型の電界効果トランジスタ素子の場合、所定の膜厚以上であれば素子の特性は半導体層51の膜厚には依存しない。ただし、膜厚が厚くなりすぎると漏れ電流が増加してくることが多いため、半導体層51の膜厚は、通常0.5nm以上、好ましくは10nm以上であり、コストの観点からは通常1μm以下、好ましくは200nm以下である。   The film thickness of the semiconductor layer 51 is not particularly limited. For example, in the case of a lateral field effect transistor element, the element characteristics do not depend on the film thickness of the semiconductor layer 51 as long as the film thickness is equal to or greater than a predetermined film thickness. However, since the leakage current often increases when the film thickness becomes too thick, the film thickness of the semiconductor layer 51 is usually 0.5 nm or more, preferably 10 nm or more, and is usually 1 μm or less from the viewpoint of cost. Preferably, it is 200 nm or less.

<6.電界発光素子(LED)>
電界発光素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子との再結合エネルギーによって蛍光性物質が発光する原理を利用した自発光素子である。
<6. Electroluminescent device (LED)>
An electroluminescent element is a self-luminous element that utilizes the principle that a fluorescent substance emits light by recombination energy between holes injected from an anode and electrons injected from a cathode when an electric field is applied.

以下に、本発明に係る電界発光素子について、図面を参照しながら説明する。図2は、本発明に係る電界発光素子の一実施形態を模式的に示す断面図である。図2に示すように、電界発光素子39は、基材31上に、陽極32と、正孔注入層33と、正孔輸送層34と、発光層35と、電子輸送層36と、電子注入層37と、陰極38と、を有する。なお、正孔注入層33、正孔輸送層34、電子輸送層38、電子注入層39を必ずしも設ける必要はなく、任意で選択して設ければよい。   Hereinafter, an electroluminescent element according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of the electroluminescent element according to the present invention. As shown in FIG. 2, the electroluminescent device 39 includes an anode 32, a hole injection layer 33, a hole transport layer 34, a light emitting layer 35, an electron transport layer 36, and an electron injection on a base material 31. A layer 37 and a cathode 38 are included. Note that the hole injection layer 33, the hole transport layer 34, the electron transport layer 38, and the electron injection layer 39 are not necessarily provided, and may be arbitrarily selected and provided.

<6.1.基材(31)>
基材31は、電界発光素子39の支持体となるものであり、その材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されない。基材31の材料の好適な例としては、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;及びフレキシブル基材が挙げられる。フレキシブル基材の具体例としては、限定されるわけではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル、ポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン、エポキシ樹脂等の有機材料(樹脂基材);紙又は合成紙等の紙材料;銀、銅、ステンレス、チタン、アルミニウム等の金属箔に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料が挙げられる。
<6.1. Substrate (31)>
The base material 31 serves as a support for the electroluminescent element 39, and the material thereof is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Preferable examples of the material of the base material 31 include inorganic materials such as quartz, glass, sapphire, and titania; and flexible base materials. Specific examples of the flexible substrate include, but are not limited to, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluororesin film, vinyl chloride. Polyolefins such as polyethylene; organic materials (resin base materials) such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene, epoxy resin; paper materials such as paper or synthetic paper; silver, Examples of the composite material include a metal foil such as copper, stainless steel, titanium, and aluminum whose surface is coated or laminated in order to impart insulation.

なお、これらの中でも、本発明に係る金属酸化物含有層を製造する方法は、フレキシブル基材に用いる際に特に効果的である。例えば、金属酸化物含有層を従来の方法で製造する場合、高温プロセスが必要になるために、ガラス転移温度の低い樹脂基材を使用することは極めて困難である。一方で、本発明は、低温プロセスで、金属酸化物含有層の製造が可能であるために、ガラス転移温度の低い樹脂基材にも適用することができる。また、上述の金属箔に絶縁性を付与した複合材料を基材として用いる場合も、その膜厚は非常に小さいために、従来のように、高温プロセスで金属酸化物含有層を製造すると、基材に歪みが発生してしまう。そのため、金属箔に絶縁性を付与した複合材料を基材として用いる場合も、本発明は極めて有効である。更に、本発明は、上記の通り、フレキシブル基材を使用することができるために、ロールツゥーロール方式による電界発光素子の製造が可能となり、生産性が向上する。   Among these, the method for producing a metal oxide-containing layer according to the present invention is particularly effective when used for a flexible substrate. For example, when a metal oxide-containing layer is produced by a conventional method, it is extremely difficult to use a resin substrate having a low glass transition temperature because a high-temperature process is required. On the other hand, the present invention can be applied to a resin substrate having a low glass transition temperature because the metal oxide-containing layer can be produced by a low-temperature process. In addition, even when a composite material in which the above-described metal foil is provided with an insulating property is used as a base material, since the film thickness is very small, when a metal oxide-containing layer is manufactured by a high-temperature process as in the past, The material will be distorted. Therefore, the present invention is extremely effective even when a composite material in which an insulating property is imparted to a metal foil is used as a base material. Furthermore, since a flexible base material can be used for the present invention as described above, it becomes possible to manufacture an electroluminescent device by a roll-to-roll method, and productivity is improved.

樹脂基材を使用する場合には、ガスバリア性に留意する必要がある。すなわち、基材のガスバリア性が低過ぎると、基材を通過する外気により電界発光素子が劣化することがあるので望ましくない。このため、樹脂基材を使用する場合には、少なくとも一方の板面に緻密な酸化ケイ素膜等を設ける等の方法により、ガスバリア性を確保するのが望ましい。   When using a resin base material, it is necessary to pay attention to gas barrier properties. That is, if the gas barrier property of the substrate is too low, the electroluminescent element may be deteriorated by the outside air passing through the substrate, which is not desirable. For this reason, when a resin base material is used, it is desirable to ensure gas barrier properties by a method such as providing a dense silicon oxide film on at least one plate surface.

ガラスとしてはソーダガラス、青板ガラス又は無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスからの溶出イオンが少ない点で、これらの中でも無アルカリガラスが好ましい。   Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and non-alkali glass. Among these, alkali-free glass is preferable in that there are few eluted ions from the glass.

基材31の形状に制限はなく、例えば、板状、フィルム状又はシート状等のものを用いることができる。   There is no restriction | limiting in the shape of the base material 31, For example, things, such as plate shape, a film form, or a sheet form, can be used.

また、基材31の膜厚に制限はないが、通常5μm以上、好ましくは20μm以上であり、一方、通常20mm以下、好ましくは10mm以下である。基材の膜厚が5μm以上であることは、電界発光素子の強度が不足する可能性が低くなるために好ましい。基材の膜厚が20mm以下であることは、コストが抑えられ、かつ質量が重くならないために好ましい。   Moreover, although there is no restriction | limiting in the film thickness of the base material 31, Usually, it is 5 micrometers or more, Preferably it is 20 micrometers or more, On the other hand, it is 20 mm or less normally, Preferably it is 10 mm or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 5 μm or more because the possibility that the strength of the electroluminescent element is insufficient is reduced. It is preferable that the thickness of the substrate is 20 mm or less because the cost is suppressed and the mass does not become heavy.

基材31の材料がガラスである場合の膜厚は、通常0.01mm以上、好ましくは0.1mm以上であり、一方、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。ガラス基材31の膜厚が0.01mm以上であることは、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。また、ガラス基材31の膜厚が0.5cm以下であることは、質量が重くならないために好ましい。   When the material of the base material 31 is glass, the film thickness is usually 0.01 mm or more, preferably 0.1 mm or more, and is usually 1 cm or less, preferably 0.5 cm or less. It is preferable that the film thickness of the glass substrate 31 is 0.01 mm or more because the mechanical strength increases and it is difficult to break. Moreover, it is preferable that the film thickness of the glass base material 31 is 0.5 cm or less because the mass does not increase.

<6.2.陽極(32)>
陽極32は正孔注入層33への正孔注入の役割を果たすものである。陽極32の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されない。陽極32の材料の好適な例としては、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属;酸化インジウム、酸化スズ等の金属酸化物;ヨウ化銅等のハロゲン化金属;カーボンブラック;ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子;又は本発明に係る金属酸化物含有層が挙げられる。
<6.2. Anode (32)>
The anode 32 plays a role of hole injection into the hole injection layer 33. The material of the anode 32 is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Suitable examples of the material of the anode 32 include metals such as aluminum, gold, silver, nickel, palladium, and platinum; metal oxides such as indium oxide and tin oxide; metal halides such as copper iodide; carbon black; Examples thereof include conductive polymers such as (3-methylthiophene), polypyrrole, and polyaniline; or the metal oxide-containing layer according to the present invention.

陽極32の形成する方法に制限はないが、通常、スパッタリング法、真空蒸着法等の乾式成膜法により行われる。また、銀等の金属微粒子、ヨウ化銅等の微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性高分子微粉末等を適当なバインダー樹脂溶液に分散し、基材31上に塗布することにより陽極32を形成することもできる。さらに、陽極32として導電性高分子を用いる場合には、電解重合により直接基材31上に薄膜を形成したり、基材31上に導電性高分子を塗布して陽極32を形成したりすることもできる。陽極32は、異なる物質の積層構造とすることも可能である。また、金属酸化物含有層を用いる場合は、上述の本発明に係る金属酸化物含有層の形成方法に従って、形成することができる。   Although there is no restriction | limiting in the method of forming the anode 32, Usually, it carries out by dry-type film-forming methods, such as sputtering method and a vacuum evaporation method. In addition, metal fine particles such as silver, fine particles such as copper iodide, carbon black, conductive metal oxide fine particles, and conductive polymer fine powder are dispersed in an appropriate binder resin solution and applied onto the substrate 31. Thus, the anode 32 can also be formed. Further, when a conductive polymer is used as the anode 32, a thin film is directly formed on the substrate 31 by electrolytic polymerization, or the anode 32 is formed by applying a conductive polymer on the substrate 31. You can also The anode 32 may have a laminated structure of different materials. Moreover, when using a metal oxide content layer, it can form according to the formation method of the metal oxide content layer which concerns on the above-mentioned this invention.

陽極32の膜厚は、必要とする透明性により異なる。陽極32に透明性が必要とされる場合は、可視光の透過率を、通常60%以上、好ましくは80%以上とし、この場合、陽極2の膜厚は、通常5〜1000nm、好ましくは10〜500nm程度である。不透明でよい場合には、陽極32は基材31と同一でもよい。また、上記の陽極32の上に、異なる導電材料を積層することも可能である。なお、可視光の透過率は、分光光度計(例えば、日立ハイテク社製U−4100)で測定できる。   The film thickness of the anode 32 varies depending on the required transparency. When transparency is required for the anode 32, the visible light transmittance is usually 60% or more, preferably 80% or more. In this case, the film thickness of the anode 2 is usually 5 to 1000 nm, preferably 10%. About 500 nm. If it may be opaque, the anode 32 may be the same as the substrate 31. It is also possible to laminate different conductive materials on the anode 32 described above. The visible light transmittance can be measured with a spectrophotometer (for example, U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech).

<6.3.正孔注入層(33)>
陽極32の上には正孔注入層33が設けられる。正孔注入層33の材料に要求される条件としては、陽極からの正孔注入効率が高く、かつ、注入された正孔を効率よく輸送し,さらには正孔輸送層との正孔注入障壁が小さい材料であることである。そのためには、正孔注入材料のイオン化ポテンシャルと陽極の仕事関数との差が小さいことが要求される。また、可視光の光に対して透明性が高いことも必要である。さらに、正孔注入層33の材料には、陽極32とのコンタクトがよく均一な薄膜が形成でき、熱的に安定であること、すなわち、融点及びガラス転移温度(Tg)が高く、融点としては200℃以上、ガラス転移温度としては75℃以上が要求される。
<6.3. Hole Injection Layer (33)>
A hole injection layer 33 is provided on the anode 32. The conditions required for the material of the hole injection layer 33 include a high hole injection efficiency from the anode, an efficient transport of the injected holes, and a hole injection barrier with the hole transport layer. Is a small material. For this purpose, a small difference between the ionization potential of the hole injection material and the work function of the anode is required. It is also necessary that the film is highly transparent to visible light. Furthermore, the material of the hole injection layer 33 has good contact with the anode 32 and can form a uniform thin film, and is thermally stable, that is, the melting point and the glass transition temperature (Tg) are high. The glass transition temperature is required to be 200 ° C. or higher and 75 ° C. or higher.

このような要求を考慮した正孔注入層33の材料としては、例えば、ポルフィリン誘導体やフタロシアニン化合物(特開昭63−295695号公報)、スターバースト型芳香族トリアミン(特開平4−308688号公報)等の有機化合物、スパッタ・カーボン膜(特開平8−31573号公報)、酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化モリブデン等の金属酸化物(第43回応用物理学関係連合講演会、27a−SY−9、1996年)、又は本発明に係る金属酸化物含有層が挙げられる。これらの化合物は、単独で用いてもよいし、必要に応じて、各々、混合して用いてもよい。   Examples of the material for the hole injection layer 33 in consideration of such requirements include porphyrin derivatives, phthalocyanine compounds (Japanese Patent Laid-Open No. 63-295695), starburst aromatic triamines (Japanese Patent Laid-Open No. 4-308688). Organic compounds such as, sputtered carbon films (Japanese Patent Laid-Open No. 8-31573), metal oxides such as vanadium oxide, ruthenium oxide, molybdenum oxide (the 43rd Joint Conference on Applied Physics, 27a-SY-9, 1996), or a metal oxide-containing layer according to the present invention. These compounds may be used alone or in combination as necessary.

正孔注入層33の材料の代表的なものとしては、ポルフィリン化合物及びフタロシアニン化合物が挙げられるが、これらの化合物は中心金属を有していてもよいし、無金属のものであってもよい。フタロシアニン化合物の具体例としては、29H,31H−フタロシアニン、銅(II)フタロシアニン、亜鉛(II)フタロシアニン、チタンフタロシアニンオキシド、銅(II)−4,4',4'',4'''−テトラアザ−29H,31H-フタロシアニンが挙げられる。   Typical examples of the material of the hole injection layer 33 include a porphyrin compound and a phthalocyanine compound, but these compounds may have a central metal or may be metal-free. Specific examples of the phthalocyanine compound include 29H, 31H-phthalocyanine, copper (II) phthalocyanine, zinc (II) phthalocyanine, titanium phthalocyanine oxide, copper (II) -4,4 ′, 4 ″, 4 ′ ″-tetraaza -29H, 31H-phthalocyanine.

この他、正孔注入層33の好ましいものとして、正孔輸送性高分子に電子受容性化合物を混合した系が挙げられる。このような正孔輸送性高分子としては、ポリチオフェン(特開平10−92584号公報)、ポリアニリン、芳香族アミン含有ポリエーテル(特開2000−36390号公報)が挙げられる。   In addition, a preferable example of the hole injection layer 33 includes a system in which an electron accepting compound is mixed with a hole transporting polymer. Examples of such hole transporting polymers include polythiophene (Japanese Patent Laid-Open No. 10-92584), polyaniline, and aromatic amine-containing polyether (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-36390).

電子受容性化合物としては、下記化合物群から選ばれる化合物の少なくとも1種であることが好ましい。   The electron accepting compound is preferably at least one compound selected from the following compound group.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

正孔注入層33の薄膜を形成する方法としては、昇華性を有する化合物の場合には真空蒸着法、溶媒に可溶な化合物の場合には、公知のスピンコート法やインクジェット法等の湿式成膜法、無機物の場合にはさらにスパッタリング法、電子ビーム蒸着法、又はプラズマCVD法を用いることができる。なお、正孔注入層33が金属酸化物含有層である場合は、本発明に係る金属酸化物含有層の形成方法に従って、形成することができる。   As a method for forming a thin film of the hole injection layer 33, in the case of a compound having a sublimation property, in the case of a compound soluble in a solvent, a wet process such as a known spin coating method or an ink jet method is used. In the case of a film method or an inorganic material, a sputtering method, an electron beam evaporation method, or a plasma CVD method can be further used. In addition, when the hole injection layer 33 is a metal oxide content layer, it can form according to the formation method of the metal oxide content layer concerning the present invention.

正孔注入層33の膜厚に制限はないが、通常、3〜300nm、好ましくは、10〜100nmである。上記範囲内の膜厚であれば、正孔注入層33に要求される条件を満たすことができる。   Although there is no restriction | limiting in the film thickness of the positive hole injection layer 33, Usually, 3 to 300 nm, Preferably, it is 10 to 100 nm. If the film thickness is within the above range, the conditions required for the hole injection layer 33 can be satisfied.

<6.4.正孔輸送層(34)>
正孔注入層33上には正孔輸送層34が設けられる。正孔輸送層34の材料に要求される条件としては、正孔注入層33からの正孔注入効率が高く、かつ、注入された正孔を効率よく発光層35に輸送することができる材料であることである。そのためには、正孔注入層33に用いる材料のイオン化ポテンシャルと正孔輸送層34に用いる材料のイオン化ポテンシャルの差が小さく、可視光の光に対して透明性が高く、しかも正孔移動度が大きく、さらに酸化に対する安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくいことが要求される。上記の一般的要求以外に、車載表示用の応用を考えた場合、素子には更に耐熱性が要求される。従って、ガラス転移温度(Tg)として75℃以上の値を有する材料が望ましい。
<6.4. Hole Transport Layer (34)>
A hole transport layer 34 is provided on the hole injection layer 33. Conditions required for the material of the hole transport layer 34 include a material that has a high hole injection efficiency from the hole injection layer 33 and can efficiently transport the injected holes to the light emitting layer 35. That is. For this purpose, the difference between the ionization potential of the material used for the hole injection layer 33 and the ionization potential of the material used for the hole transport layer 34 is small, the transparency to visible light is high, and the hole mobility is high. It is required to be large and have excellent stability against oxidation, and it is difficult for impurities to become traps to be generated during manufacture and use. In addition to the above general requirements, when the application for in-vehicle display is considered, the element is further required to have heat resistance. Accordingly, a material having a glass transition temperature (Tg) of 75 ° C. or higher is desirable.

このような正孔輸送層34の材料としては、例えば、4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニルで代表される2個以上の3級アミンを含み2個以上の縮合芳香族環が窒素原子に置換した芳香族ジアミン(特開平5−234681号公報)、4,4',4”-トリス(1-ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン等のスターバースト構造を有する芳香族アミン化合物(J. Lumin. 1997,72−74,985.)、トリフェニルアミンの四量体からなる芳香族アミン化合物(Chem.Commun. 1996,2175.)、2,2',7,7'-テトラキス-(ジフェニルアミノ)-9,9'-スピロビフルオレン等のスピロ化合物(Synth.Metals 1997,91,209.)、又は本発明に係る金属酸化物含有層が挙げられる。これらの化合物は、単独で用いてもよいし、必要に応じて、各々、混合して用いてもよい。   Examples of the material of the hole transport layer 34 include two or more tertiary amines represented by 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl. A starburst structure such as an aromatic diamine having at least one fused aromatic ring substituted with a nitrogen atom (Japanese Patent Laid-Open No. 5-234681), 4,4 ′, 4 ″ -tris (1-naphthylphenylamino) triphenylamine (J. Lumin. 1997, 72-74, 985.), an aromatic amine compound comprising a tetramer of triphenylamine (Chem. Commun. 1996, 2175.), 2, 2 ′, Spiro compounds such as 7,7′-tetrakis- (diphenylamino) -9,9′-spirobifluorene (Synth. Metals 1997, 91, 209.) or the metal oxide-containing layer according to the present invention It is below. These compounds may be used alone, if necessary, each may be mixed.

正孔輸送層34は、前記芳香族アミン化合物等を、湿式成膜法、又は真空蒸着法により、前記正孔注入層33上に積層することにより形成される。   The hole transport layer 34 is formed by laminating the aromatic amine compound or the like on the hole injection layer 33 by a wet film formation method or a vacuum deposition method.

湿式成膜法の場合は、前記芳香族アミン化合物の1種又は2種以上と、必要により正孔のトラップにならないバインダー樹脂や塗布性改良剤等の添加剤とを添加し、溶解してインクを調製し、スピンコート法等により正孔注入層33上に塗布し、乾燥して正孔輸送層34を形成する。   In the case of a wet film-forming method, one or more of the above-mentioned aromatic amine compounds and, if necessary, additives such as a binder resin and a coating property improving agent that do not trap holes are added and dissolved to dissolve the ink. Is applied onto the hole injection layer 33 by a spin coating method or the like, and dried to form the hole transport layer 34.

バインダー樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は、その添加量が多いと正孔移動度を低下させるので、少ない方が望ましく、インク全量に対して、通常、50質量%以下が好ましい。   Examples of the binder resin include polycarbonate, polyarylate, and polyester. When the amount of the binder resin added is large, the hole mobility is lowered. Therefore, it is desirable that the amount of the binder resin is small, and the amount is preferably 50% by mass or less based on the total amount of the ink.

真空蒸着法の場合には、前記芳香族アミン化合物を真空容器内に設置されたルツボに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで10-4Pa程度にまで排気した後、ルツボを加熱して蒸発させ、ルツボと向き合って置かれた、基材上の正孔注入層33上に、正孔輸送層34を形成させる。   In the case of the vacuum evaporation method, the aromatic amine compound is put in a crucible installed in a vacuum vessel, and the inside of the vacuum vessel is evacuated to about 10 −4 Pa with an appropriate vacuum pump, and then the crucible is heated to evaporate. Then, the hole transport layer 34 is formed on the hole injection layer 33 on the substrate placed facing the crucible.

なお、正孔輸送層34として、金属酸化物含有層を用いる場合は、本発明に係る金属酸化物含有層の形成方法に従って、形成することができる。   In addition, when using a metal oxide content layer as the positive hole transport layer 34, it can form according to the formation method of the metal oxide content layer concerning this invention.

正孔輸送層34の膜厚に制限はないが、通常3〜300nm、好ましくは10〜100nmである。上記範囲内の膜厚であれば、正孔輸送層34に要求される条件を満たすことができる。このような薄膜を一様に形成するためには、真空蒸着法が好ましい。   Although there is no restriction | limiting in the film thickness of the positive hole transport layer 34, Usually, 3 to 300 nm, Preferably it is 10 to 100 nm. If the film thickness is within the above range, the conditions required for the hole transport layer 34 can be satisfied. In order to form such a thin film uniformly, a vacuum deposition method is preferable.

<6.5.発光層(35)>
正孔輸送層34の上には発光層35が設けられる。発光層は、電界を与えられた電極間において陰極からの電子を効率よく正孔輸送層34の方向に輸送することができる化合物より形成される。
<6.5. Light emitting layer (35)>
A light emitting layer 35 is provided on the hole transport layer 34. The light emitting layer is formed of a compound capable of efficiently transporting electrons from the cathode in the direction of the hole transport layer 34 between electrodes to which an electric field is applied.

このような条件を満たす材料としては、8-ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体等の金属錯体(特開昭63−295695号公報)、ビススチリルアリーレン誘導体(特開平4−308688号公報)、アントラセン誘導体(特開平8−12600号公報、特開平11−312588号公報)等に記載の化合物が挙げられる。   Materials satisfying such conditions include metal complexes such as aluminum complexes of 8-hydroxyquinoline (Japanese Patent Laid-Open No. 63-295695), bisstyrylarylene derivatives (Japanese Patent Laid-Open No. 4-308688), anthracene derivatives (special And compounds described in Kaihei 8-12600, JP-A-11-31588, and the like.

発光層35の形成方法は、特段の制限はないが、公知の真空蒸着法により形成することができる。   The method for forming the light emitting layer 35 is not particularly limited, but can be formed by a known vacuum deposition method.

電界発光素子の発光効率を向上させるとともに発光色を変える目的で、例えば、8-ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体をホスト材料として、クマリン等のレーザ用蛍光色素をドープすることが行われている(J.Appl.Phys. 1989,65,3610.)。この方法の利点は、
1)高効率の蛍光色素により発光効率が向上、
2)蛍光色素の選択により発光波長が可変、
3)濃度消光を起こす蛍光色素も使用可能、
4)薄膜性の悪い蛍光色素も使用可能、
等が挙げられる。
For the purpose of improving the luminous efficiency of the electroluminescent device and changing the emission color, for example, doping a fluorescent dye for laser such as coumarin with an aluminum complex of 8-hydroxyquinoline as a host material has been performed (J. Appl. Phys. 1989, 65, 3610.). The advantage of this method is
1) Luminous efficiency is improved by highly efficient fluorescent dyes.
2) The emission wavelength is variable by selecting the fluorescent dye.
3) Fluorescent dyes that cause concentration quenching can also be used.
4) Fluorescent dyes with poor film properties can also be used.
Etc.

電界発光素子の駆動寿命を改善する目的においても、前記発光層材料をホスト材料として、蛍光色素をドープすることは有効である。例えば、8-ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体等の金属錯体をホスト材料として、ルブレンに代表されるナフタセン誘導体を、ホスト材料に対して0.1〜10質量%ドープすることにより、素子の発光特性、特に駆動安定性を大きく向上させることができる。   In order to improve the driving life of the electroluminescent element, it is effective to dope a fluorescent dye using the light emitting layer material as a host material. For example, when a metal complex such as an aluminum complex of 8-hydroxyquinoline is used as a host material and a naphthacene derivative represented by rubrene is doped in an amount of 0.1 to 10% by mass with respect to the host material, Drive stability can be greatly improved.

蛍光色素以外には、燐光性金属錯体を上記発光層ホスト材料に対して1〜30質量%ドープすることにより、素子の発光効率を大きく改善することも行われる。この場合、燐光性金属錯体としては、中心金属としてイリジウムや白金等を有し配位子としてフェニルピリジン、フェニルイソキノリン等を有するものが使用できる。   In addition to the fluorescent dye, the luminous efficiency of the device is also greatly improved by doping a phosphorescent metal complex in an amount of 1 to 30% by mass with respect to the light emitting layer host material. In this case, as the phosphorescent metal complex, one having iridium, platinum or the like as a central metal and having phenylpyridine, phenylisoquinoline or the like as a ligand can be used.

上記発光層35中に正孔輸送材料を混合させることも、特に素子の駆動安定性向上目的のためには有効である。混合比率としては、5〜50質量%が好ましい範囲である。   Mixing a hole transport material in the light emitting layer 35 is also effective for the purpose of improving the driving stability of the device. As a mixing ratio, 5-50 mass% is a preferable range.

発光層35の膜厚に制限はないが、通常3〜300nm、好ましくは10〜100nmである。上記範囲内の膜厚であれば、発光層35に要求される条件を満たすことができる。   Although there is no restriction | limiting in the film thickness of the light emitting layer 35, it is 3-300 nm normally, Preferably it is 10-100 nm. If the film thickness is within the above range, the conditions required for the light emitting layer 35 can be satisfied.

<6.6.電子輸送層(36)>
電界発光素子39の発光効率をさらに向上させるために、発光層35の上に電子輸送層36を積層することが有効である。この電子輸送層36に用いられる材料には、陰極38からの電子注入が容易で、電子の輸送能力が大きいことが要求される。
<6.6. Electron Transport Layer (36)>
In order to further improve the light emission efficiency of the electroluminescent element 39, it is effective to stack the electron transport layer 36 on the light emitting layer 35. The material used for the electron transport layer 36 is required to easily inject electrons from the cathode 38 and to have a large electron transport capability.

このような電子輸送層36の材料は、特段の制限はないが、8-ヒドロキシキノリンのアルミ錯体、オキサジアゾール誘導体(Appl.Phys.Lett. 1989,55,1489.)、フェナントロリン誘導体(特開平5−331459号公報)、スターバースト型ベンズイミダゾール化合物(特開平10−106749号公報),シロール化合物(Appl.Phys.Lett. 2002,80,189.)、又は本発明に係る金属酸化物含有層が挙げられる。これらの化合物は、単独で用いてもよいし、必要に応じて、各々、混合して用いてもよい。   The material for such an electron transport layer 36 is not particularly limited, but includes an aluminum complex of 8-hydroxyquinoline, an oxadiazole derivative (Appl. Phys. Lett. 1989, 55, 1489.), No. 5-331459), starburst type benzimidazole compound (Japanese Patent Laid-Open No. 10-106749), silole compound (Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 189.), or metal oxide-containing layer according to the present invention Is mentioned. These compounds may be used alone or in combination as necessary.

さらに、電子輸送層36にアルカリ金属を混合させることにより、導電性を大きく改善させることが可能で、このことは電子輸送性材料がアルカリ金属との反応により還元され、電荷キャリアとなるアニオンラジカルを効率よく生成することが可能なことによる(特開平10−270171号公報)。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム等が用いられ、アルカリ金属の電子輸送層における含有率は、1〜50質量%が好ましい範囲である。このアルカリ金属を混合させる方法としては、電子輸送材料とアルカリ金属の共蒸着が通常は用いられる。   Furthermore, it is possible to greatly improve the conductivity by mixing an alkali metal with the electron transport layer 36, which means that the electron transport material is reduced by the reaction with the alkali metal and an anion radical that becomes a charge carrier is reduced. This is because it can be generated efficiently (Japanese Patent Laid-Open No. 10-270171). As the alkali metal, lithium, sodium, potassium, cesium or the like is used, and the content of the alkali metal in the electron transport layer is preferably in the range of 1 to 50% by mass. As a method of mixing the alkali metal, co-evaporation of an electron transport material and an alkali metal is usually used.

電子輸送層36の膜厚に制限はないが、通常3〜300nm、好ましくは10〜100nmである。上記範囲内の膜厚であれば、電子輸送層36に要求される条件を満たすことができる。   Although there is no restriction | limiting in the film thickness of the electron carrying layer 36, Usually, 3 to 300 nm, Preferably it is 10 to 100 nm. If the film thickness is within the above range, the conditions required for the electron transport layer 36 can be satisfied.

電子輸送層36の形成手法としては、塗布法等の湿式成膜法、又は真空蒸着法等の乾式成膜法が挙げられる。なお、電子輸送層36に金属酸化物含有層を用いる場合は、本発明に係る金属酸化物含有層の形成方法に従って形成することができる。   Examples of the method for forming the electron transport layer 36 include a wet film formation method such as a coating method, or a dry film formation method such as a vacuum evaporation method. In addition, when using a metal oxide content layer for the electron carrying layer 36, it can form according to the formation method of the metal oxide content layer concerning this invention.

<6.7.電子注入層(37)>
電子輸送層36の上にさらに、陰極38からの電子注入を容易にするために、電子注入層37を設けることも効果的である。
<6.7. Electron Injection Layer (37)>
It is also effective to provide an electron injection layer 37 on the electron transport layer 36 in order to facilitate electron injection from the cathode 38.

電子注入層37に用いられる材料としては,電子親和力が大きい化合物が好ましく、例えば、8-ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体、フラーレン誘導体、又は本発明に係る金属酸化物含有層等を用いることができる。これらの化合物は、単独で用いてもよいし、必要に応じて、各々、混合して用いてもよい。   As the material used for the electron injection layer 37, a compound having a high electron affinity is preferable. For example, an aluminum complex of 8-hydroxyquinoline, a fullerene derivative, or a metal oxide-containing layer according to the present invention can be used. These compounds may be used alone or in combination as necessary.

電子注入層37の膜厚に制限はないが、通常3〜300nm、好ましくは10〜100nmである。上記範囲内の膜厚であれば、電子注入層37に要求される条件を満たすことができる。   Although there is no restriction | limiting in the film thickness of the electron injection layer 37, Usually, 3 to 300 nm, Preferably it is 10 to 100 nm. If the film thickness is within the above range, the conditions required for the electron injection layer 37 can be satisfied.

電子注入層37の形成手法としては、塗布法等の湿式成膜法、又は真空蒸着法等の乾式成膜法が挙げられる。なお、電子注入層37として金属酸化物含有層を用いる場合は、本発明に係る金属酸化物含有層の形成方法に従って、形成することができる。   Examples of the method for forming the electron injection layer 37 include a wet film formation method such as a coating method, or a dry film formation method such as a vacuum evaporation method. In addition, when using a metal oxide content layer as the electron injection layer 37, it can form according to the formation method of the metal oxide content layer concerning this invention.

<6.8.陰極(38)>
陰極38は、発光層35に電子を注入する役割を果たす。陰極38の材料は、特段の制限はなく、陽極32に使用される材料を用いることが可能であるが、効率よく電子注入を行うには、仕事関数の低い金属を用いることが好ましい。例えば、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属又はそれらの合金が用いられる。合金は、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金等の低仕事関数合金電極が挙げられる。
<6.8. Cathode (38)>
The cathode 38 serves to inject electrons into the light emitting layer 35. The material of the cathode 38 is not particularly limited, and the material used for the anode 32 can be used. However, for efficient electron injection, it is preferable to use a metal having a low work function. For example, a suitable metal such as tin, magnesium, indium, calcium, aluminum, silver, or an alloy thereof is used. Examples of the alloy include low work function alloy electrodes such as a magnesium-silver alloy, a magnesium-indium alloy, and an aluminum-lithium alloy.

さらに、陰極38と、電子輸送層36又は電子注入層37との界面に、フッ化リチウム(LiF)、フッ化マグネシウム(MgF2)、酸化リチウム(Li2O)、炭酸セシウム(Cs2CO3)、8-ヒドロキシキノリンのリチウム錯体等の極薄絶縁膜(膜厚0.1〜5nm)を挿入することも、素子の効率を向上させる有効な方法である(Appl.Phys.Lett. 1997,70,152.、IEEE Trans.Electron.Devices,1997,44,1245.、SID 04 Digest,2004,154.、特開平11−233262号公報)。 Furthermore, lithium fluoride (LiF), magnesium fluoride (MgF 2 ), lithium oxide (Li 2 O), cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) are provided at the interface between the cathode 38 and the electron transport layer 36 or the electron injection layer 37. ), Inserting an ultrathin insulating film (film thickness of 0.1 to 5 nm) such as a lithium complex of 8-hydroxyquinoline is also an effective method for improving the efficiency of the device (Appl. Phys. Lett. 1997, 70, 152., IEEE Trans. Electron. Devices, 1997, 44, 1245., SID 04 Digest, 2004, 154., JP 11-233262 A).

陰極38の膜厚は、通常は陽極32と同様である。低仕事関数金属からなる陰極38を保護する目的で、この上にさらに、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層することは、素子の安定性を増す。この目的のために、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金等の金属が用いられる。   The film thickness of the cathode 38 is usually the same as that of the anode 32. For the purpose of protecting the cathode 38 made of a low work function metal, further laminating a metal layer having a high work function and stable to the atmosphere on the cathode increases the stability of the device. For this purpose, metals such as aluminum, silver, copper, nickel, chromium, gold and platinum are used.

なお、図2は本発明の電界発光素子の一実施形態を示すものであって、本発明は何ら図示した構成に限定されるものではない。たとえば、図2とは逆の積層構造とすること、すなわち、基板31上に陰極38、電子注入層37、電子輸送層36、発光層35、正孔輸送層34、正孔注入層33、陽極32をこの順に積層することも可能である。   FIG. 2 shows an embodiment of the electroluminescent element of the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated configuration. For example, a stacked structure opposite to that shown in FIG. 2 is adopted, that is, a cathode 38, an electron injection layer 37, an electron transport layer 36, a light emitting layer 35, a hole transport layer 34, a hole injection layer 33, an anode on the substrate 31. It is also possible to stack 32 in this order.

本発明の電界発光素子は、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がX−Yマトリックス状に配置された構造の素子のいずれにおいても適用することができる。   The electroluminescent element of the present invention can be applied to any of a single element, an element having a structure arranged in an array, and an element having a structure in which an anode and a cathode are arranged in an XY matrix.

<7.光電変換素子>
本発明に係る光電変換素子は、基材上に、少なくとも一対の電極と、該一対の電極間に存在する活性層と、該活性層と該一対の電極の一方の電極との間にバッファ層とを有する。また、本発明に係る光電変換素子は、本発明に係る金属酸化物含有層を有することに特徴がある。
<7. Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element according to the present invention includes, on a base material, at least a pair of electrodes, an active layer existing between the pair of electrodes, and a buffer layer between the active layer and one electrode of the pair of electrodes. And have. The photoelectric conversion element according to the present invention is characterized by having the metal oxide-containing layer according to the present invention.

図3に示すように、本発明に係る光電変換素子の一実施形態は、基材106上に、下部電極101と、下部バッファ層102と、活性層103と、上部バッファ層104と、上部電極105が順次形成された層構造を有する。本発明において、下部電極とは、基材106側に積層される電極を意味し、上部電極とは、基材106をボトムとした際に、下部電極よりも上部に積層される電極を意味する。なお、本発明において、下部電極101及び上部電極105を合わせて一対の電極と称す場合がある。また、下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、必須の構成ではなく、任意で設ければよく、下部バッファ層102及び上部バッファ層104のうち一方のみを有していてもよい。また、光電変換素子107は、上記以外の別の層を任意で有していてもよい。以下、光電変換素子107の各構成部材について説明する。   As shown in FIG. 3, an embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention includes a lower electrode 101, a lower buffer layer 102, an active layer 103, an upper buffer layer 104, and an upper electrode on a substrate 106. 105 has a layered structure formed sequentially. In the present invention, the lower electrode means an electrode laminated on the substrate 106 side, and the upper electrode means an electrode laminated above the lower electrode when the substrate 106 is used as the bottom. . In the present invention, the lower electrode 101 and the upper electrode 105 may be collectively referred to as a pair of electrodes. In addition, the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 are not essential components, and may be provided arbitrarily, and may include only one of the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104. In addition, the photoelectric conversion element 107 may optionally have another layer other than the above. Hereinafter, each component of the photoelectric conversion element 107 will be described.

<7.1.基材(106)>
光電変換素子107は、通常は支持体となる基材106を有する。もっとも、本発明に係る光電変換素子は基材106を有さなくてもよい。
<7.1. Substrate (106)>
The photoelectric conversion element 107 has a base material 106 that usually serves as a support. But the photoelectric conversion element which concerns on this invention does not need to have the base material 106. FIG.

基材106の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されない。基材106の材料の好適な例としては、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料、及びフレキシブル基材が挙げられる。フレキシブル基材の具体例としては、限定されるわけではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料(樹脂基材);紙又は合成紙等の紙材料;銀、銅、ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属箔に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料が挙げられる。   The material of the substrate 106 is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Preferable examples of the material of the substrate 106 include inorganic materials such as quartz, glass, sapphire, and titania, and flexible substrates. Specific examples of the flexible substrate include, but are not limited to, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluororesin film, vinyl chloride. Or polyolefin such as polyethylene; organic material (resin base material) such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene or epoxy resin; paper material such as paper or synthetic paper; silver, Examples of the composite material include a metal foil such as copper, stainless steel, titanium, or aluminum whose surface is coated or laminated in order to provide insulation.

なお、これらの中でも、本発明に係る金属酸化物含有層を形成する方法は、フレキシブル基材に用いる際に特に効果的である。例えば、金属酸化物含有層を従来の方法で形成する場合、高温プロセスが必要になるために、ガラス転移温度の低い樹脂基材を使用することは極めて困難である。一方で、本発明は、低温プロセスで、金属酸化物含有層の製造が可能であるために、ガラス転移温度の低い樹脂基材にも適用することができる。また、上述の金属箔に絶縁性を付与した複合材料を基材として用いる場合も、その膜厚は非常に小さいために、従来のように、高温プロセスで金属酸化物含有層を製造すると、基材に歪みが発生してしまう。そのため、金属箔に絶縁性を付与した複合材料を基材として用いる場合も、本発明は極めて有効である。更に、本発明は、上記の通り、フレキシブル基材を使用することができるために、ロールツゥーロール方式による電子デバイスの製造が可能となり、生産性が向上する。   Among these, the method for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention is particularly effective when used for a flexible substrate. For example, when a metal oxide-containing layer is formed by a conventional method, it is extremely difficult to use a resin base material having a low glass transition temperature because a high-temperature process is required. On the other hand, the present invention can be applied to a resin substrate having a low glass transition temperature because the metal oxide-containing layer can be produced by a low-temperature process. In addition, even when a composite material in which the above-described metal foil is provided with an insulating property is used as a base material, since the film thickness is very small, when a metal oxide-containing layer is manufactured by a high-temperature process as in the past, The material will be distorted. Therefore, the present invention is extremely effective even when a composite material in which an insulating property is imparted to a metal foil is used as a base material. Furthermore, since a flexible base material can be used for the present invention as described above, an electronic device can be manufactured by a roll-to-roll system, and productivity is improved.

ガラスとしてはソーダガラス、青板ガラス又は無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスからの溶出イオンが少ない点で、これらの中でも無アルカリガラスが好ましい。   Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and non-alkali glass. Among these, alkali-free glass is preferable in that there are few eluted ions from the glass.

基材106の形状に制限はなく、例えば、板状、フィルム状又はシート状等のものを用いることができる。   There is no restriction | limiting in the shape of the base material 106, For example, things, such as plate shape, a film form, or a sheet form, can be used.

また、基材106の膜厚に制限はないが、通常5μm以上、好ましくは20μm以上であり、一方、通常20mm以下、好ましくは10mm以下である。基材の膜厚が5μm以上であることは、光電変換素子の強度が不足する可能性が低くなるために好ましい。基材の膜厚が20mm以下であることは、コストが抑えられ、かつ質量が重くならないために好ましい。基材108の材料がガラスである場合の膜厚は、通常0.01mm以上、好ましくは0.1mm以上であり、一方、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。ガラス基材108の膜厚が0.01mm以上であることは、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。また、ガラス基材106の膜厚が0.5cm以下であることは、質量が重くならないために好ましい。   Moreover, although there is no restriction | limiting in the film thickness of the base material 106, it is 5 micrometers or more normally, Preferably it is 20 micrometers or more, on the other hand, 20 mm or less normally, Preferably it is 10 mm or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 5 μm or more because the possibility that the strength of the photoelectric conversion element is insufficient is reduced. It is preferable that the thickness of the substrate is 20 mm or less because the cost is suppressed and the mass does not become heavy. When the material of the substrate 108 is glass, the film thickness is usually 0.01 mm or more, preferably 0.1 mm or more, and is usually 1 cm or less, preferably 0.5 cm or less. It is preferable that the film thickness of the glass substrate 108 is 0.01 mm or more because the mechanical strength increases and it is difficult to break. Moreover, it is preferable that the film thickness of the glass substrate 106 is 0.5 cm or less because the mass does not increase.

<7.2.一対の電極(下部電極101及び上部電極105)>
一対の電極(101、106)は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有する。したがって一対の電極には、正孔の捕集に適した電極(以下、アノードと記載する場合もある)と、電子の捕集に適した電極(以下、カソードと記載する場合もある)とを用いることが好ましい。一対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは、太陽光が40%以上透過することを指す。また、透明電極の太陽光線透過率は70%以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるために好ましい。光の透過率は、通常の分光光度計で測定できる。
<7.2. Pair of electrodes (lower electrode 101 and upper electrode 105)>
The pair of electrodes (101, 106) has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Accordingly, the pair of electrodes includes an electrode suitable for collecting holes (hereinafter sometimes referred to as an anode) and an electrode suitable for collecting electrons (hereinafter sometimes referred to as a cathode). It is preferable to use it. Any one of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucency means that sunlight passes through 40% or more. Further, the solar light transmittance of the transparent electrode is preferably 70% or more in order to allow light to reach the active layer through the transparent electrode. The light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.

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

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

アノードが透明電極である場合には、ITO、酸化亜鉛又は酸化スズ等の透光性がある導電性金属酸化物を用いることが好ましく、特にITOが好ましい。   When the anode is a transparent electrode, it is preferable to use a light-transmitting conductive metal oxide such as ITO, zinc oxide or tin oxide, and ITO is particularly preferable.

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

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

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

カソードは、一般には仕事関数が低い値を有する導電性材料で構成され、活性層103で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極である。カソードは、電子取り出し層と隣接する。   The cathode is generally an electrode made of a conductive material having a low work function, and having a function of smoothly extracting electrons generated in the active layer 103. The cathode is adjacent to the electron extraction layer.

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

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

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

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

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

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

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

加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に有機薄膜太陽電池素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に有機薄膜太陽電池素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。   As a heating method, the organic thin film solar cell element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the organic thin film solar cell element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. The heating may be performed batchwise or continuously.

<7.3.下部バッファ層102、上部バッファ層104>
上述の通り、本実施形態に係る光電変換素子は、下部電極101と活性層103との間に下部バッファ層102と、上部電極105と活性層103との間に上部バッファ層104と、を有する。下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、それぞれ、活性層103からカソードへの電子取り出し効率又は活性層103からアノードへの正孔取り出し効率を向上させる機能を有する。なお、活性層103からカソードへの電子取り出し効率を向上させる機能を有するバッファ層を電子取り出し層、活性層103からカソードへの電子取り出し効率を向上させる機能を有するバッファ層を正孔取り出し層という。なお、上述の通り、下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、必須の構成部材ではなく、有機薄膜太陽電池素子4は、下部バッファ層102及び上部バッファ層104を有していなくてもよい。また、どちらか一方の層のみを有していてもよい。
<7.3. Lower buffer layer 102, upper buffer layer 104>
As described above, the photoelectric conversion element according to this embodiment includes the lower buffer layer 102 between the lower electrode 101 and the active layer 103, and the upper buffer layer 104 between the upper electrode 105 and the active layer 103. . The lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 each have a function of improving the electron extraction efficiency from the active layer 103 to the cathode or the hole extraction efficiency from the active layer 103 to the anode. Note that a buffer layer having a function of improving the electron extraction efficiency from the active layer 103 to the cathode is referred to as an electron extraction layer, and a buffer layer having a function of improving the electron extraction efficiency from the active layer 103 to the cathode is referred to as a hole extraction layer. As described above, the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 are not essential components, and the organic thin film solar cell element 4 may not include the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104. Moreover, you may have only any one layer.

下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、どちらが電子取り出し層でも、正孔取り出し層でもよいが、下部電極101がカソードで、上部電極105がアノードの場合、下部バッファ層102は電子取り出し層であり、上部バッファ層104は正孔取り出し層である。一方、下部電極101がアノードで、上部電極105がカソードの場合、下部バッファ層102は正孔取り出し層であり、上部バッファ層104は電子取り出し層である。   Either the lower buffer layer 102 or the upper buffer layer 104 may be an electron extraction layer or a hole extraction layer, but when the lower electrode 101 is a cathode and the upper electrode 105 is an anode, the lower buffer layer 102 is an electron extraction layer. The upper buffer layer 104 is a hole extraction layer. On the other hand, when the lower electrode 101 is an anode and the upper electrode 105 is a cathode, the lower buffer layer 102 is a hole extraction layer and the upper buffer layer 104 is an electron extraction layer.

<7.3.1.電子取り出し層>
電子取り出し層、特に限定は無く、活性層からカソードへ電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。無機化合物の材料としては、リチウム、ナトリウム、カリウム又はセシウム等のアルカリ金属の塩;酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム、又は酸化インジウム等のn型半導体特性金属酸化物が挙げられる。n型半導体特性金属酸化物として好ましくは、酸化亜鉛、酸化チタン又は酸化インジウムが良く、特に好ましくは、酸化亜鉛又は酸化チタンである。有機化合物の材料としては、具体的には、バソキュプロイン(BCP)、バソフェナントレン(Bphen)、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)、ホウ素化合物、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)、ペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)、又はホスフィンオキシド化合物若しくはホスフィンスルフィド化合物等の周期表第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物が挙げられる。
<7.3.1. Electron extraction layer>
The electron extraction layer is not particularly limited and is not particularly limited as long as it is a material capable of improving the efficiency of extracting electrons from the active layer to the cathode. Specifically, an inorganic compound or an organic compound is mentioned. Examples of the inorganic compound material include alkali metal salts such as lithium, sodium, potassium, and cesium; and n-type semiconductor characteristic metal oxides such as zinc oxide, titanium oxide, aluminum oxide, and indium oxide. As the n-type semiconductor characteristic metal oxide, zinc oxide, titanium oxide or indium oxide is preferable, and zinc oxide or titanium oxide is particularly preferable. Specific examples of the organic compound material include bathocuproin (BCP), bathophenanthrene (Bphen), (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3), boron compound, oxadiazole compound, benzimidazole compound, and naphthalenetetracarboxylic acid. Examples include acid anhydrides (NTCDA), perylene tetracarboxylic acid anhydrides (PTCDA), and phosphine compounds having a double bond with a Group 16 element of the periodic table such as phosphine oxide compounds or phosphine sulfide compounds.

なお、金属酸化物を電子取り出し層として用いる場合、本発明に係る金属酸化物含有層を電子取り出し層として用いることができる。電子取り出し層が複数の層で構成される場合は、少なくとも1つの層が、本発明に係る金属酸化物含有層であればよい。   In addition, when using a metal oxide as an electron extraction layer, the metal oxide content layer based on this invention can be used as an electron extraction layer. When the electron extraction layer is composed of a plurality of layers, at least one layer may be a metal oxide-containing layer according to the present invention.

本発明に係る金属酸化物含有層は、適度に硬く、膜均一性に優れている点や、本発明に係る光電変換素子の光電変換効率を向上させうる点で、電子取り出し層として好ましく用いられる。不飽和カルボン酸金属塩を含有するインクを用いた塗布法により、均一に成膜できることや、生成した膜が、高い硬度と高い特性を有する金属酸化物が主成分になることにより、良好な電荷(特に電子)輸送機能を発揮できると考えられる。   The metal oxide-containing layer according to the present invention is preferably used as an electron extraction layer in that it is reasonably hard and excellent in film uniformity and can improve the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element according to the present invention. . The coating method using an ink containing an unsaturated carboxylic acid metal salt enables uniform film formation, and the resulting film is made of a metal oxide having high hardness and high characteristics as a main component, resulting in good charge. It is thought that (especially electron) transport function can be exhibited.

電子取り出し層の形成方法としては、形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等の乾式成膜法により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコート法やインクジェット法等の湿式成膜法により形成することができる。なかでも、本発明に係る金属酸化物含有層を電子取り出し層として形成する場合には、上述の組成物を用いる湿式成膜法が用いられる。本発明に係る不飽和カルボン酸金属塩を含有するインクを基材上に塗布成膜し、その後に熱処理することにより、電子取り出し層を形成することができる。   There is no restriction | limiting in the formation method as a formation method of an electron taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a dry film forming method such as a vacuum evaporation method. For example, when a material soluble in a solvent is used, the film can be formed by a wet film formation method such as a spin coating method or an ink jet method. Especially, when forming the metal oxide content layer concerning the present invention as an electron taking-out layer, the wet film-forming method using the above-mentioned composition is used. An electron extraction layer can be formed by coating an ink containing an unsaturated carboxylic acid metal salt according to the present invention on a substrate, followed by heat treatment.

インクの塗布方法としては、任意の方法を用いることができる。例えば、スピンコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、又はカーテンコート法が挙げられる。また、塗布法として1種の方法のみを用いてもよいし、2種以上の方法を組み合わせて用いることもできる。   As an ink application method, any method can be used. Examples thereof include spin coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, wire barber coating, pipe doctor method, impregnation / coating method, and curtain coating method. Moreover, only 1 type of method may be used as a coating method, and it can also be used in combination of 2 or more types.

電子取り出し層の全体の膜厚は特に限定はないが、通常0.5nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは5nm以上、特に好ましくは10nm以上である。一方、通常1μm以下、好ましくは700nm以下、より好ましくは400nm以下、特に好ましくは200nm以下である。電子取り出し層の膜厚が上記の範囲内にあることで、均一な塗布が容易となり、電子取り出し機能もよく発揮されうる。   The total film thickness of the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually 0.5 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, and particularly preferably 10 nm or more. On the other hand, it is usually 1 μm or less, preferably 700 nm or less, more preferably 400 nm or less, and particularly preferably 200 nm or less. When the film thickness of the electron extraction layer is within the above range, uniform application is facilitated and the electron extraction function can be exhibited well.

<7.3.2.正孔取り出し層>
正孔取り出し層の材料に特に限定は無く、活性層からアノードへの正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及びヨウ素のうち少なくとも一方等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、ナフィオン、後述のp型半導体化合物、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、又は酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物が挙げられる。正孔取り出し層は、本発明に係る金属酸化物含有層であってもよい。
<7.3.2. Hole extraction layer>
There is no particular limitation on the material of the hole extraction layer, and any material can be used as long as it can improve the efficiency of extracting holes from the active layer to the anode. Specifically, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline or the like is doped with at least one of sulfonic acid and iodine, polythiophene derivatives having a sulfonyl group as a substituent, and conductive properties such as arylamine. And organic oxides, Nafion, p-type semiconductor compounds described later, copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, or metal oxide such as vanadium oxide or tungsten oxide. The hole extraction layer may be a metal oxide-containing layer according to the present invention.

その中でも好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングした(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)である。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。金属等の薄膜は、単独で形成してもよいし、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。   Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS) in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid is more preferable. It is. A thin film of metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used. A thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.

正孔取り出し層の全体の膜厚は特に限定はないが、通常0.5nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。正孔取り出し層の膜厚が0.5nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層の膜厚が400nm以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上しうる。   The total film thickness of the hole extraction layer is not particularly limited, but is usually 0.5 nm or more. On the other hand, it is usually 400 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the hole extraction layer is 0.5 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the hole extraction layer is 400 nm or less, holes are easily extracted, Conversion efficiency can be improved.

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

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

塗布法により正孔取り出し層を形成する場合は、塗布液にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び乾燥工程での塗布むらのうち少なくとも一方等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   When the hole extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, generation of at least one of dents due to adhesion of minute bubbles or foreign matters and uneven coating in the drying process is suppressed. Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

<7.4.活性層(103)>
活性層103は光電変換が行われる層を指し、通常、p型半導体化合物とn型半導体化合物とを含む。p型半導体化合物とは、p型半導体材料として働く化合物であり、n型半導体化合物とは、n型半導体材料として働く化合物である。光電変換素子107が光を受けると、光が活性層103に吸収され、p型半導体化合物とn型半導体化合物との界面で電気が発生し、発生した電気が電極101,105から取り出される。
<7.4. Active layer (103)>
The active layer 103 refers to a layer in which photoelectric conversion is performed, and usually includes a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound. The p-type semiconductor compound is a compound that works as a p-type semiconductor material, and the n-type semiconductor compound is a compound that works as an n-type semiconductor material. When the photoelectric conversion element 107 receives light, the light is absorbed by the active layer 103, electricity is generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound, and the generated electricity is extracted from the electrodes 101 and 105.

活性層103の材料としては無機化合物と有機化合物とのいずれを用いてもよいが、簡易な塗布プロセスにより形成しうる層であることが好ましく、本発明に係る金属酸化物含有層を用いてもよい。   As the material of the active layer 103, either an inorganic compound or an organic compound may be used, but a layer that can be formed by a simple coating process is preferable, and the metal oxide-containing layer according to the present invention may be used. Good.

活性層103の層構成としては、p型半導体化合物層とn型半導体化合物層とが積層された薄膜積層型、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが混合した層を有するバルクヘテロ接合型、p型半導体化合物層と、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが混合した層(i層)と、n型半導体化合物層とが積層されたもの等が挙げられる。なかでも、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層を有するバルクヘテロ接合型が好ましい。   As the layer structure of the active layer 103, a thin film stack type in which a p-type semiconductor compound layer and an n-type semiconductor compound layer are stacked, a bulk heterojunction type having a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed, p For example, a layer in which a p-type semiconductor compound layer, a layer (i layer) in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed, and an n-type semiconductor compound layer are stacked. Among these, a bulk heterojunction type having a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed is preferable.

活性層103の膜厚は特に限定されないが、通常10nm以上、好ましくは50nm以上であり、一方通常1μm以下、好ましくは500nm以下、より好ましくは200nm以下である。活性層103の膜厚が10nm以上であることは、膜の均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるため、好ましい。また、活性層103の厚さが1μm以下であることは、内部抵抗が小さくなる点、及び電極(カソード−アノード)間が離れすぎず電荷の拡散が良好となる点で、好ましい。   The thickness of the active layer 103 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 50 nm or more, and is usually 1 μm or less, preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or less. It is preferable that the thickness of the active layer 103 is 10 nm or more because the uniformity of the film is maintained and a short circuit is less likely to occur. In addition, it is preferable that the thickness of the active layer 103 is 1 μm or less from the viewpoint that the internal resistance is small and that the diffusion of charges is good without the electrodes (cathode-anode) being separated too much.

活性層103の作成方法としては、特段に制限はないが、塗布法が好ましい。塗布法としては、任意の方法を用いることができるが、例えば、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、又はカーテンコート法が挙げられる。   A method for forming the active layer 103 is not particularly limited, but a coating method is preferable. As the coating method, any method can be used, for example, spin coating method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method, air knife coating method, wire barber coating method, Examples include the pipe doctor method, the impregnation / coating method, and the curtain coating method.

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

なお、本明細書において「半導体」とは、固体状態におけるキャリア移動度の大きさによって定義される。キャリア移動度とは、周知であるように、電荷(電子又は正孔)がどれだけ速く(又は多く)移動されうるかを示す指標となるものである。具体的には、本明細書における「半導体」は、室温におけるキャリア移動度が通常1.0x10-6cm2/V・s以上、好ましくは1.0x10-5cm2/V・s以上、より好ましくは5.0x10-5cm2/V・s以上、さらに好ましくは1.0x10-4cm2/V・s以上であることが望ましい。なお、キャリア移動度は、例えば電界効果トランジスタのIV特性の測定、又はタイムオブフライト法等により測定できる。また、本発明に係る半導体層の特性としては、室温におけるキャリア移動度が1.0x10-6cm2/V・s以上、好ましくは1.0x10-5cm2/V・s以上、より好ましくは5.0x10-5cm2/V・s以上、さらに好ましくは1.0x10-4cm2/V・s以上であることが望ましい。 In this specification, “semiconductor” is defined by the magnitude of carrier mobility in a solid state. As is well known, the carrier mobility is an index indicating how fast (or many) charges (electrons or holes) can be transferred. Specifically, the “semiconductor” in this specification has a carrier mobility at room temperature of usually 1.0 × 10 −6 cm 2 / V · s or more, preferably 1.0 × 10 −5 cm 2 / V · s or more. Preferably it is 5.0 × 10 −5 cm 2 / V · s or more, more preferably 1.0 × 10 −4 cm 2 / V · s or more. The carrier mobility can be measured, for example, by measuring the IV characteristics of the field effect transistor or the time-of-flight method. In addition, as a characteristic of the semiconductor layer according to the present invention, carrier mobility at room temperature is 1.0 × 10 −6 cm 2 / V · s or more, preferably 1.0 × 10 −5 cm 2 / V · s or more, more preferably It is desirable to be 5.0 × 10 −5 cm 2 / V · s or more, more preferably 1.0 × 10 −4 cm 2 / V · s or more.

<7.4.1.p型半導体化合物>
活性層103が含むp型半導体化合物としては、特に限定はないが、低分子有機半導体化合物、高分子有機半導体化合物、無機半導体化合物、及び有機無機複合半導体化合物が挙げられる。
<7.4.1. p-type semiconductor compound>
The p-type semiconductor compound included in the active layer 103 is not particularly limited, and examples thereof include a low-molecular organic semiconductor compound, a high-molecular organic semiconductor compound, an inorganic semiconductor compound, and an organic-inorganic composite semiconductor compound.

<7.4.1.1.低分子有機半導体化合物>
低分子有機半導体化合物の分子量は、上限、下限ともに特に制限されないが、通常5000以下、好ましくは2000以下であり、一方、通常100以上、好ましくは200以上である。
<7.4.1.1. Low molecular organic semiconductor compound>
The molecular weight of the low-molecular organic semiconductor compound is not particularly limited both at the upper limit and the lower limit, but is usually 5000 or less, preferably 2000 or less, and is usually 100 or more, preferably 200 or more.

また、低分子有機半導体化合物は結晶性を有することが好ましい。結晶性を有するp型半導体化合物は分子間相互作用が強く、活性層においてp型半導体化合物とn型半導体化合物との界面で生成した正孔(ホール)を効率よくアノードへ輸送しうる。本明細書において結晶性とは、分子間相互作用等によって配向の揃った3次元周期配列をとる、化合物の性質である。結晶性の測定方法としては、X線回折法(XRD)又は電界効果トランジスタ(FET)による移動度測定法等が挙げられる。特に電界効果トランジスタによる移動度測定において、正孔移動度は、通常1.0×10-6cm2/Vs以上であり、1.0×10-5cm2/Vs以上が好ましく、5.0×10-5cm2/Vs以上がより好ましく、1.0×10-4cm2/Vs以上がさらに好ましい。一方、通常1.0×104cm2/Vs以下であり、1.0×103cm2/Vs以下が好ましく、5.0×102cm2/Vs以下がより好ましい。正孔移動度が1.0×10-6cm2/Vs以上であることは、光電変換素子の正孔拡散速度向上、短絡電流向上、変換効率向上等の効果が得られうる点で好ましい。電界効果トランジスタによる移動度測定方法は、公知文献(特開2011−61095号公報)に記載の方法により実施することができる。 Further, the low molecular organic semiconductor compound preferably has crystallinity. A p-type semiconductor compound having crystallinity has a strong intermolecular interaction, and holes generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound in the active layer can be efficiently transported to the anode. In the present specification, crystallinity is a property of a compound that takes a three-dimensional periodic arrangement with uniform orientation due to intermolecular interaction or the like. Examples of the crystallinity measurement method include an X-ray diffraction method (XRD) or a mobility measurement method using a field effect transistor (FET). In particular, in the mobility measurement using a field effect transistor, the hole mobility is usually 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, preferably 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more, 5.0 More preferably × 10 −5 cm 2 / Vs or more, and even more preferably 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more. On the other hand, it is usually 1.0 × 10 4 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, and more preferably 5.0 × 10 2 cm 2 / Vs or less. It is preferable that the hole mobility is 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more from the viewpoint that effects such as improvement of the hole diffusion rate, improvement of short circuit current, and improvement of conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be obtained. A mobility measuring method using a field effect transistor can be performed by a method described in a publicly known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-61095).

低分子有機半導体化合物としては、p型半導体材料として働きうるのであれば特段の制限はないが、具体的には、ナフタセン、ペンタセン又はピレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも一つ以上を含み、かつ合計4個以上連結したもの;フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体、等の大環状化合物が挙げられる。好ましくは、フタロシアニン化合物及びその金属錯体又はポルフィリン化合物及びその金属錯体である。   The low-molecular organic semiconductor compound is not particularly limited as long as it can function as a p-type semiconductor material. Specifically, condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene, or pyrene; α-sexithiophene, etc. Oligothiophenes containing 4 or more thiophene rings; including at least one of thiophene ring, benzene ring, fluorene ring, naphthalene ring, anthracene ring, thiazole ring, thiadiazole ring and benzothiazole ring, and a total of 4 or more linked And a macrocyclic compound such as a phthalocyanine compound and a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin and a metal complex thereof. Preferably, they are a phthalocyanine compound and its metal complex, or a porphyrin compound and its metal complex.

ポルフィリン化合物及びその金属錯体(下記式中のZ1がCH)、及びフタロシアニン化合物及びその金属錯体(下記式中のZ1がN)としては、例えば、以下のような構造の化合物が挙げられる。 Examples of the porphyrin compound and its metal complex (Z 1 in the following formula is CH), and the phthalocyanine compound and its metal complex (Z 1 in the following formula is N) include compounds having the following structures.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

Figure 2016113538
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ここで、Metは金属あるいは2個の水素原子を表し、金属としては、Cu、Zn、Pb、Mg、Pd、Ag、Co又はNi等の2価の金属のほか、軸配位子を有する3価以上の金属、例えば、TiO、VO、SnCl2、AlCl、InCl又はSi(OH)2も挙げられる。 Here, Met represents a metal or two hydrogen atoms. The metal includes a divalent metal such as Cu, Zn, Pb, Mg, Pd, Ag, Co, or Ni, and an axial ligand 3 valence or more metals, for example, TiO, VO, SnCl 2, AlCl, InCl , or Si (OH) 2 may also be mentioned.

上記式中のZ1はCH又はNである。 Z 1 in the above formula is CH or N.

上記式中のR11〜R14はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1以上24以下のアルキル基である。炭素数1以上24以下のアルキル基とは、炭素数1以上24以下の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数3以上24以下の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。その中でも好ましくは炭素数1以上12以下の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数3以上12以下の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。 R 11 to R 14 in the above formula are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 24 carbon atoms is a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 to 24 carbon atoms. Among these, a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 to 12 carbon atoms is preferable.

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

ポルフィリン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンコバルト(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン銅(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン亜鉛(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンニッケル(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンバナジウム(IV)オキシド、5,10,15,20−テトラ(4−ピリジル)−21H,23H−ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンコバルト(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン銅(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン亜鉛(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンニッケル(II)又は29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンバナジウム(IV)オキシドであり、好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン又は29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンである。上記のうち1種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。   Among the porphyrin compounds and metal complexes thereof, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine cobalt (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine copper (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine zinc (II), 5,10,15,20- Tetraphenyl-21H, 23H-porphine nickel (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine vanadium (IV) oxide, 5,10,15,20-tetra (4-pyridyl)- 21H, 23H-porphine, 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine, 2 H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine cobalt (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine copper (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine zinc (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine nickel (II) or 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine vanadium (IV) oxide And preferably 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine or 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine. Among the above, one kind of compound may be used, or a mixture of plural kinds of compounds may be used.

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

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

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

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

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

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

Figure 2016113538
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上式において、D1及びD2の少なくとも一方はπ共役した2価の芳香族環を形成する基を表し、Z2−Z3は熱又は光により脱離可能な基であって、Z2−Z3が脱離して得られるπ共役化合物が低分子有機半導体化合物となるものを表す。また、D1及びD2のうちπ共役した2価の芳香族環を形成する基でないものは、置換又は無置換のエテニレン基を表す。 In the above formula, at least one of D 1 and D 2 represents a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring, Z 2 -Z 3 is a group that can be removed by heat or light, and Z 2 A π-conjugated compound obtained by elimination of —Z 3 represents a low molecular organic semiconductor compound. Further, D 1 and D 2 which are not a group forming a π-conjugated divalent aromatic ring represent a substituted or unsubstituted ethenylene group.

上式で表される化合物は、下記化学反応式に示すように熱又は光によりZ2−Z3が脱離して、平面性の高いπ共役化合物を生成する。この生成されたπ共役化合物が低分子有機半導体化合物である。この低分子有機半導体化合物が、p型半導体特性を有する材料として用いられる。 In the compound represented by the above formula, Z 2 —Z 3 is eliminated by heat or light as shown in the following chemical reaction formula to form a π-conjugated compound having high planarity. This produced π-conjugated compound is a low-molecular organic semiconductor compound. This low molecular organic semiconductor compound is used as a material having p-type semiconductor characteristics.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

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

Figure 2016113538
Figure 2016113538

Figure 2016113538
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低分子有機半導体化合物前駆体の低分子有機半導体化合物への変換の具体例としては、例えば以下のものが挙げられる。   Specific examples of the conversion of the low-molecular organic semiconductor compound precursor into the low-molecular organic semiconductor compound include the following.

Figure 2016113538
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Figure 2016113538
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Figure 2016113538
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Figure 2016113538
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低分子有機半導体化合物前駆体は、位置異性体が存在する構造であってもよく、またその場合、複数の位置異性体の混合物であってもよい。複数の位置異性体の混合物は、単一の位置異性体成分からなる低分子有機半導体化合物前駆体と比較して溶媒に対する溶解度が向上するため、塗布成膜が行いやすく好ましい。複数の位置異性体の混合物の溶解度が高い理由は、詳細なメカニズムは明確ではないが、化合物そのものの結晶性が潜在的に保持されつつも、複数の異性体混合物が溶液内に混在することで、三次元規則的な分子間相互作用が困難になるためと想定される。複数の位置異性体混合物の、非ハロゲン性溶媒への溶解度は、通常0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上である。上限に制限は無いが、通常50質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。   The low molecular organic semiconductor compound precursor may have a structure in which positional isomers exist, and in that case, it may be a mixture of a plurality of positional isomers. A mixture of a plurality of positional isomers is preferable because it has a higher solubility in a solvent than a low-molecular organic semiconductor compound precursor composed of a single positional isomer component, and is easy to form a coating film. The reason why the solubility of the mixture of multiple positional isomers is high is that the detailed mechanism is not clear, but the crystallinity of the compound itself is potentially retained, but the mixture of multiple isomers is mixed in the solution. It is assumed that three-dimensional regular intermolecular interaction becomes difficult. The solubility in a non-halogen solvent of a mixture of a plurality of regioisomers is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more. Although there is no restriction | limiting in an upper limit, Usually, it is 50 mass% or less, More preferably, it is 40 mass% or less.

<7.4.1.2.高分子有機半導体化合物>
高分子有機半導体化合物として、特に限定はなく、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン又はポリアニリン等の共役ポリマー半導体;アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のポリマー半導体が挙げられる。また、2種以上のモノマー単位を共重合させた半導体ポリマーも挙げられる。共役ポリマーとしては、例えば、Handbook of Conducting Polymers,3rd Ed.(全2巻,2007)、Materials Science and Engineering 2001,32,1.、Pure Appl.Chem. 2002,74,2031.、Handbook of THIOPHENE−BASED MATERIALS(全2巻,2009)等の公知文献に記載されたポリマーやその誘導体、及び記載されているモノマーの組み合わせによって合成し得るポリマーを用いることができる。p型半導体化合物として用いられる高分子有機半導体化合物は、1種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
<7.4.1.2. Polymer Organic Semiconductor Compound>
The polymer organic semiconductor compound is not particularly limited, and is a conjugated polymer semiconductor such as polythiophene, polyfluorene, polyphenylene vinylene, polythienylene vinylene, polyacetylene or polyaniline; a polymer such as oligothiophene substituted with an alkyl group or other substituents A semiconductor is mentioned. Moreover, the semiconductor polymer which copolymerized 2 or more types of monomer units is also mentioned. Examples of the conjugated polymer include Handbook of Conducting Polymers, 3rd Ed. (2 volumes, 2007), Materials Science and Engineering 2001, 32, 1. , Pure Appl. Chem. 2002, 74, 2031. , Handbook of THIOPHENE-BASED MATERIALS (2 volumes, 2009), polymers described in known literatures and derivatives thereof, and polymers that can be synthesized by combinations of the monomers described can be used. The polymer organic semiconductor compound used as the p-type semiconductor compound may be a single compound or a mixture of a plurality of compounds.

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

Figure 2016113538
Figure 2016113538

Figure 2016113538
Figure 2016113538

<7.4.1.3.無機半導体化合物>
無機半導体化合物として、特に限定はなく、酸化銅(I)、酸化ニッケル、酸化スズ(II)等の金属酸化物、p型ドープされたシリコンが挙げられる。これらは、正孔移動度が高いという点で好ましい。なお、本発明に係る金属酸化物含有層の製造方法で製造された金属酸化物もp型半導体として用いることができる。
<7.4.1.3. Inorganic semiconductor compounds>
The inorganic semiconductor compound is not particularly limited, and examples thereof include metal oxides such as copper (I) oxide, nickel oxide, and tin (II) oxide, and p-type doped silicon. These are preferable in terms of high hole mobility. In addition, the metal oxide manufactured with the manufacturing method of the metal oxide content layer concerning this invention can also be used as a p-type semiconductor.

<7.4.1.4.有機無機複合半導体化合物>
有機無機複合半導体化合物として、特に限定はなく、鉛ぺロブスカイト構造化合物等のぺロブスカイト構造化合物が挙げられる。ぺロブスカイト構造化合物は、溶解性、結晶性、成膜性、HOMOエネルギー準位及びLUMOエネルギー準位等を制御するために構成材料を選択することができる。また、ぺロブスカイト構造化合物が有機溶媒に可溶であることは、光電変換素子を作製する際に塗布法により活性層を形成しうる点で好ましい。ぺロブスカイト構造化合物の具体例としては、CH3NH3PbI3、CH3NH3PbIXCl3-X、CH3NH3PbBr3、CH3NH3SnI3、CH3NH3SnBr3、CH3CH2NH3PbI3、HC(NH22PbI3が挙げられるが、これらに限定されることはない。
<7.4.1.4. Organic Inorganic Composite Semiconductor Compound>
The organic-inorganic composite semiconductor compound is not particularly limited, and examples thereof include perovskite structure compounds such as lead perovskite structure compounds. For the perovskite structure compound, a constituent material can be selected in order to control solubility, crystallinity, film formability, HOMO energy level, LUMO energy level, and the like. Moreover, it is preferable that the perovskite structure compound is soluble in an organic solvent in that an active layer can be formed by a coating method when a photoelectric conversion element is produced. Specific examples of the perovskite structure compound include CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbI x Cl 3−x , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 SnI 3 , CH 3 NH 3 SnBr 3 , CH 3 CH 2 NH 3 PbI 3 and HC (NH 2 ) 2 PbI 3 are exemplified, but not limited thereto.

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

p型半導体化合物は、成膜された状態において、何らかの自己組織化した構造を有していても、アモルファス状態であってもよい。   The p-type semiconductor compound may have some self-organized structure in the deposited state, or may be in an amorphous state.

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

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

<7.4.2.n型半導体化合物>
n型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはフラーレン化合物、8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体;ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物;単層カーボンナノチューブ、n型高分子半導体化合物、酸化チタン又は酸化亜鉛等の金属酸化物、n型ドープされたシリコンが挙げられる。
<7.4.2. N-type semiconductor compound>
The n-type semiconductor compound is not particularly limited. Specifically, it is a fullerene compound, a quinolinol derivative metal complex represented by 8-hydroxyquinoline aluminum; a condensed ring such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetracarboxylic acid diimide. Tetracarboxylic acid diimides; perylene diimide derivatives, terpyridine metal complexes, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazoles Derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives Bifluoride derivatives, borane derivatives, total fluorides of condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as anthracene, pyrene, naphthacene or pentacene; single-walled carbon nanotubes, n-type polymer semiconductor compounds, metal oxides such as titanium oxide or zinc oxide, An example is n-type doped silicon.

その中でも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体が好ましく、フラーレン化合物、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びN−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、酸化チタン又は酸化亜鉛等の金属酸化物、n型ドープされたシリコンがより好ましい。上記のうち1種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。   Among them, fullerene compounds, borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl-substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides and N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives are preferable, fullerene compounds, N-alkyl More preferred are substituted perylene diimide derivatives and N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides, metal oxides such as titanium oxide or zinc oxide, and n-type doped silicon. Among the above, one kind of compound may be used, or a mixture of plural kinds of compounds may be used.

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

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

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

n型半導体化合物の電子移動度は、特段の制限はないが、通常1.0×10-6cm2/Vs以上であり、1.0×10-5cm2/Vs以上が好ましく、5.0×10-5cm2/Vs以上がより好ましく、1.0×10-4cm2/Vs以上がさらに好ましい。一方、通常1.0×104cm2/Vs以下であり、1.0×103cm2/Vs以下が好ましく、5.0×102cm2/Vs以下がより好ましい。n型半導体化合物の電子移動度が1.0×10-6cm2/Vs以上であることは、光電変換素子の電子拡散速度向上、短絡電流向上、変換効率向上等の効果が得られうる点で好ましい。電子移動度の測定方法としては電界効果トランジスタ(FET)法が挙げられ、公知文献(特開2007−320957号公報)に記載の方法により実施することができる。 The electron mobility of the n-type semiconductor compound is not particularly limited, but is usually 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, preferably 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more. 0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more is more preferable, and 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more is more preferable. On the other hand, it is usually 1.0 × 10 4 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, and more preferably 5.0 × 10 2 cm 2 / Vs or less. The fact that the electron mobility of the n-type semiconductor compound is 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or higher can provide effects such as improvement of the electron diffusion rate, improvement of short circuit current, and improvement of conversion efficiency of the photoelectric conversion element. Is preferable. As a method for measuring electron mobility, a field effect transistor (FET) method can be cited, which can be carried out by a method described in a known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-320957).

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

以下、好ましいn型半導体化合物の例について説明する。   Hereinafter, examples of preferable n-type semiconductor compounds will be described.

<7.4.2.1.フラーレン化合物>
フラーレン化合物としては、一般式(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)で表される部分構造を有するものが好ましい例として挙げられる。
<7.4.2.1. Fullerene Compound>
As a fullerene compound, what has the partial structure represented by general formula (n1), (n2), (n3), and (n4) is mentioned as a preferable example.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

上式中、FLNは、閉殻構造を有する炭素クラスターであるフラーレンを表す。フラーレンの炭素数は、通常60以上130以下の偶数であれば何でもよい。フラーレンとしては、例えば、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94、C96及びこれらよりも多くの炭素を有する高次の炭素クラスターが挙げられる。その中でも、C60又はC70が好ましい。フラーレンとしては、一部のフラーレン環上の炭素−炭素結合が切れていてもよい。また、フラーレンを構成する炭素原子の一部が、他の原子に置き換えられていてもよい。さらにフラーレンは、金属原子、非金属原子あるいはこれらから構成される原子団をフラーレンケージ内に内包していてもよい。 In the above formula, FLN represents fullerene, which is a carbon cluster having a closed shell structure. The carbon number of fullerene is not particularly limited as long as it is an even number of 60 or more and 130 or less. Examples of fullerenes include C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 94 , C 96 and higher order carbon clusters having more carbons than these. Among these, C60 or C70 is preferable. As fullerenes, carbon-carbon bonds on some fullerene rings may be broken. Moreover, some of the carbon atoms constituting the fullerene may be replaced with other atoms. Further, the fullerene may include a metal atom, a non-metal atom, or an atomic group composed of these in a fullerene cage.

a、b、c及びdは整数であり、a、b、c及びdの合計は通常1以上であり、一方、通常5以下であり、好ましくは3以下である。(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)中の部分構造は、フラーレン骨格中の同一の五員環又は六員環に結合している。一般式(n1)では、フラーレン骨格中の同一の五員環又は六員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−R21と、−(CH2Lとがそれぞれ結合している。一般式(n2)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−C(R25)(R26)−N(R27)−C(R28)(R29)−が付加して5員環を形成している。一般式(n3)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−C(R30)(R31)−C−C−C(R32)(R33)−が付加して6員環を形成している。一般式(n4)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して−C(R34)(R35)−が付加して3員環を形成している。Lは1以上8以下の整数である。Lとして好ましくは1以上4以下の整数であり、さらに好ましくは1以上2以下の整数である。 a, b, c and d are integers, and the sum of a, b, c and d is usually 1 or more, and usually 5 or less, preferably 3 or less. The partial structures in (n1), (n2), (n3) and (n4) are bonded to the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. In the general formula (n1), —R 21 and — (CH 2 ) L are bonded to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. . In the general formula (n2), —C (R 25 ) (R 26 ) —N (R 27 ) —C is the same for two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. (R 28 ) (R 29 ) — are added to form a 5-membered ring. In the general formula (n3), —C (R 30 ) (R 31 ) —C—C—C (R) with respect to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. 32 ) ( R33 )-is added to form a 6-membered ring. In the general formula (n4), —C (R 34 ) (R 35 ) — is added to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton to form a 3-membered ring. Forming. L is an integer of 1 to 8. L is preferably an integer of 1 to 4, more preferably an integer of 1 to 2.

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

アルキル基としては、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基又はイソブチル基がより好ましく、メチル基又はエチル基がさらに好ましい。   The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group or an isobutyl group, and even more preferably a methyl group or an ethyl group. .

アルコキシ基としては、炭素数1以上10以下のアルコキシ基が好ましく、炭素数1以上6以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基が特に好ましい。   The alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably a methoxy group or an ethoxy group.

芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基がさらに好ましい。   The aromatic group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group. A group or a thienyl group is more preferred.

上記のアルキル基、アルコキシ基及び芳香族基が有していてもよい置換基としては特に限定されないが、ハロゲン原子又はシリル基が好ましい。   Although it does not specifically limit as a substituent which said alkyl group, an alkoxy group, and an aromatic group may have, A halogen atom or a silyl group is preferable.

ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。   As the halogen atom, a fluorine atom is preferable.

シリル基としては、ジアリールアルキルシリル基、ジアルキルアリールシリル基、トリアリールシリル基又はトリアルキルシリル基が好ましく、ジアルキルアリールシリル基がより好ましく、ジメチルアリールシリル基がさらに好ましい。   The silyl group is preferably a diarylalkylsilyl group, a dialkylarylsilyl group, a triarylsilyl group or a trialkylsilyl group, more preferably a dialkylarylsilyl group, and even more preferably a dimethylarylsilyl group.

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

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

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

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

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

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

一般式(n3)中のAr1は、置換基を有していてもよい炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基であり、好ましくはフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基又はキノキサリル基であり、さらに好ましくはフェニル基、チエニル基又はフリル基である。 Ar 1 in the general formula (n3) is an optionally substituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, preferably A phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a furyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a quinolyl group or a quinoxalyl group, more preferably a phenyl group, a thienyl group or a furyl group.

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

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

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

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

Figure 2016113538
Figure 2016113538

一般式(n5)においてfはcと同義であり、Z4は、2個の水素原子、酸素原子、硫黄原子、アミノ基、アルキレン基又はアリーレン基である。アルキレン基としては炭素数1以上2以下が好ましい。アリーレン基としては炭素数5以上12以下が好ましく、例えばフェニレン基が挙げられる。アミノ基は、メチル基やエチル基等の炭素数1以上6以下のアルキル基で置換されていてもよい。アルキレン基は、メトキシ基等の炭素数1以上6以下のアルコキシ基、炭素数1以上5以下の脂肪族炭化水素基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基で置換されていてもよい。アリーレン基は、メトキシ基等の炭素数1以上6以下のアルコキシ基、炭素数1以上5以下の脂肪族炭化水素基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基で置換されていてもよい。 In the general formula (n5), f is synonymous with c, and Z 4 is two hydrogen atoms, an oxygen atom, a sulfur atom, an amino group, an alkylene group, or an arylene group. The alkylene group preferably has 1 to 2 carbon atoms. The arylene group preferably has 5 to 12 carbon atoms, and examples thereof include a phenylene group. The amino group may be substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group or an ethyl group. The alkylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. The aromatic heterocyclic group may be substituted. The arylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. The aromatic heterocyclic group may be substituted.

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

Figure 2016113538
Figure 2016113538

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

部分構造(n3)を有するフラーレン化合物の合成は、Angew.Chem.Int.Ed. 1993,32,78.、Tetrahedron Lett. 1997,38,285.、国際公開第2008/018931号及び国際公開第2009/086210号のような公知文献の記載に従って実施可能である。   Synthesis of a fullerene compound having a partial structure (n3) is described in Angew. Chem. Int. Ed. 1993, 32, 78. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 285. , And can be carried out in accordance with the descriptions of known documents such as International Publication No. 2008/018931 and International Publication No. 2009/086212.

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

<7.4.2.2.N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体>
N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体としては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2009/115553号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2009/000756号及び国際公開第2009/091670号に記載されている化合物が挙げられる。これらの化合物は電子移動度が高く、可視域の光を吸収しうるために、電荷輸送と発電との両方に寄与しうる点から好ましい。
<7.4.2.2. N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives>
N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives are not particularly limited, and specifically, International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2009/115553, International Publication No. 2009/098250, International Publication No. Examples thereof include compounds described in 2009/000756 and International Publication No. 2009/091670. These compounds are preferable in that they have high electron mobility and can absorb light in the visible range, and thus can contribute to both charge transport and power generation.

<7.4.2.3.ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド>
ナフタレンテトラカルボン酸ジイミドとしては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2007/146250号及び国際公開第2009/000756号に記載されている化合物が挙げられる。これらの化合物は電子移動度が高く、溶解性が高く塗布性に優れている点から好ましい。
<7.4.2.3. Naphthalenetetracarboxylic acid diimide>
The naphthalenetetracarboxylic acid diimide is not particularly limited, and specific examples thereof include compounds described in International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2007/146250 and International Publication No. 2009/000756. It is done. These compounds are preferable because they have high electron mobility, high solubility, and excellent coating properties.

<7.4.2.4.n型高分子半導体化合物>
n型高分子半導体化合物としては、特段の制限はないが、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型高分子半導体化合物が挙げられる。
<7.4.2.4. n-type Polymer Semiconductor Compound>
There are no particular restrictions on the n-type polymer semiconductor compound, but condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide and perylenetetracarboxylic acid diimide, perylene diimide derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazoles N-type polymer semiconductor comprising at least one of a derivative, a benzothiazole derivative, a benzothiadiazole derivative, an oxadiazole derivative, a thiadiazole derivative, a triazole derivative, a pyrazine derivative, a phenanthroline derivative, a quinoxaline derivative, a bipyridine derivative and a borane derivative Compounds.

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

n型高分子半導体化合物として具体的には、国際公開第2009/098253号、国際公開第2010/012710号及び国際公開第2009/098250号に記載されている化合物が挙げられる。これらの化合物は可視域の光を吸収しうるために発電に寄与することができ、粘度が高く、塗布性に優れている点から好ましい。   Specific examples of the n-type polymer semiconductor compound include compounds described in International Publication No. 2009/098253, International Publication No. 2010/012710, and International Publication No. 2009/098250. Since these compounds can absorb light in the visible range, they can contribute to power generation, are preferred because of their high viscosity and excellent coating properties.

<7.4.2.5.n型金属酸化物半導体化合物>
n型金属酸化物半導体化合物としては、特段の制限はないが、酸化チタン、酸化亜鉛、ドープされた酸化チタン、及びドープされた酸化亜鉛等が挙げられる。これらの化合物は電子移動度が高い点が好ましい。なお、本発明に係る金属酸化物含有層の製造方法で製造された金属酸化物もn型半導体として用いることができる。
<7.4.2.5. n-Type Metal Oxide Semiconductor Compound>
The n-type metal oxide semiconductor compound is not particularly limited, and examples thereof include titanium oxide, zinc oxide, doped titanium oxide, and doped zinc oxide. These compounds are preferably high in electron mobility. In addition, the metal oxide manufactured with the manufacturing method of the metal oxide content layer which concerns on this invention can also be used as an n-type semiconductor.

<7.5.光電変換素子の作製方法>
上述に記載の方法に従って、光電変換素子を構成する各層を形成することにより、光電変換素子を作製することができる。
<7.5. Method for manufacturing photoelectric conversion element>
A photoelectric conversion element can be manufactured by forming each layer which comprises a photoelectric conversion element in accordance with the method as described above.

本発明に係る光電変換素子を構成する各層は、特段の制限はなく、シートツゥーシート(万葉)方式、又はロールツゥーロール方式で形成することができる。   Each layer constituting the photoelectric conversion element according to the present invention is not particularly limited, and can be formed by a sheet-to-sheet (manyoba) system or a roll-to-roll system.

なお、ロールツゥーロール方式とは、ロール状に巻かれたフレキシブルな基材を繰り出して、間欠的、或いは連続的に搬送しながら、巻き取りロールにより巻き取られるまでの間に加工を行う方式である。ロールツゥーロール方式によれば、kmオーダの長尺基板を一括処理することが可能であるため、シートツゥーシート方式に比べて量産化に適した生産方式である。   The roll-to-roll method is a method in which a flexible base material wound in a roll shape is fed out and processed intermittently or continuously while being wound up by a take-up roll. is there. According to the roll-to-roll method, it is possible to batch-process long substrates of the order of km, so that the production method is more suitable for mass production than the sheet-to-sheet method.

一方、ロールツゥーロール方式で各層を成膜しようとすると、その構造上、成膜面とロールとが接触することにより膜に傷がついたり、部分的に剥がれてしまう場合がある。しかしながら、本発明においては、金属酸化物含有層の膜硬度が高いために、成膜面とロールが接触しても膜に傷がついたり、膜が剥がれるといった問題が発生しにくくなる。そのため、生産性高く、電子デバイスを作製することができる。   On the other hand, when each layer is formed by the roll-to-roll method, the film may be damaged or partially peeled due to contact between the film formation surface and the roll. However, in the present invention, since the film hardness of the metal oxide-containing layer is high, even when the film formation surface and the roll come into contact with each other, problems such as damage to the film or peeling off of the film are less likely to occur. Therefore, an electronic device can be manufactured with high productivity.

なお、ロールツゥーロール方式に用いることのできるロールの大きさは、ロールツゥーロール方式の製造装置で扱える限り特に限定されないが、外径の上限は、通常5m以下、好ましくは3m以下、より好ましくは1m以下である。一方、下限は通常10cm以上、好ましくは20cm以上、より好ましくは30cm以上である。ロール芯の外径の上限は、通常4m以下、好ましくは3m以下、より好ましくは0.5m以下である。一方、下限は通常1cm以上、好ましくは3cm以上、より好ましくは5cm以上、さらに好ましくは10cm以上、特に好ましくは20cm以上である。これらの径が上記上限以下であるとロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であると、以下の各工程で成膜される層が、曲げ応力により破壊される可能性が低くなる点で好ましい。ロールの幅の下限は、通常5cm以上、好ましくは10cm以上、より好ましくは20cm以上である。一方、上限は、通常5m以下、好ましくは3m以下、より好ましくは2m以下である。幅が上限以下であるとロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であると光電変換素子の大きさの自由度が高くなるため好ましい。   The size of the roll that can be used in the roll-to-roll system is not particularly limited as long as it can be handled by a roll-to-roll manufacturing apparatus, but the upper limit of the outer diameter is usually 5 m or less, preferably 3 m or less, more preferably 1 m or less. On the other hand, the lower limit is usually 10 cm or more, preferably 20 cm or more, more preferably 30 cm or more. The upper limit of the outer diameter of the roll core is usually 4 m or less, preferably 3 m or less, more preferably 0.5 m or less. On the other hand, the lower limit is usually 1 cm or more, preferably 3 cm or more, more preferably 5 cm or more, further preferably 10 cm or more, and particularly preferably 20 cm or more. When these diameters are not more than the above upper limit, it is preferable in terms of high handleability of the roll, and when it is more than the lower limit, the layer formed in each of the following steps is less likely to be broken by bending stress. Is preferable. The lower limit of the width of the roll is usually 5 cm or more, preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more. On the other hand, the upper limit is usually 5 m or less, preferably 3 m or less, more preferably 2 m or less. When the width is not more than the upper limit, it is preferable from the viewpoint of high handleability of the roll.

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

加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常180分以下、好ましくは60分以下である。アニーリング処理工程は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、構成材料の熱酸化を防ぐ上でも、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。   The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 180 minutes or shorter, preferably 60 minutes or shorter. The annealing treatment step is preferably terminated when the open-circuit voltage, the short-circuit current, and the fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a constant value. Further, the annealing treatment step is preferably performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere in order to prevent thermal oxidation of the constituent materials.

加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に光電変換素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。   As a heating method, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. The heating may be performed batchwise or continuously.

<7.6.光電変換特性>
光電変換素子107の光電変換特性は次のようにして求めることができる。光電変換素子107にソーラシュミレーターでAM1.5G条件の光を照射強度100mW/cm2で照射して、電流−電圧特性を測定する。得られた電流−電圧曲線から、光電変換効率(PCE)、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)、直列抵抗、シャント抵抗といった光電変換特性を求めることができる。
<7.6. Photoelectric conversion characteristics>
The photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element 107 can be obtained as follows. The photoelectric conversion element 107 is irradiated with light having an AM 1.5G condition with a solar simulator at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 , and current-voltage characteristics are measured. From the obtained current-voltage curve, photoelectric conversion characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE), short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF), series resistance, and shunt resistance can be obtained.

本発明に係る光電変換素子の光電変換効率は、特段の制限はないが、通常1%以上、好ましくは1.5%以上、より好ましくは2%以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。   The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element according to the present invention is not particularly limited, but is usually 1% or more, preferably 1.5% or more, more preferably 2% or more. On the other hand, there is no particular limitation on the upper limit, and the higher the better.

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

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

<8.太陽電池>
本発明に係る光電変換素子107は、太陽電池、なかでも薄膜太陽電池の太陽電池素子として使用されることが好ましい。
<8. Solar cell>
The photoelectric conversion element 107 according to the present invention is preferably used as a solar cell, particularly a solar cell element of a thin film solar cell.

図4は本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に表す断面図である。図4に表すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10と、をこの順に備える。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図4中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、薄膜太陽電池は、これらの構成部材を全て有する必要はなく、各構成部材を任意で選択して設ければよい。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin film solar cell as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the thin film solar cell 14 of this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a solar cell element. 6, the sealing material 7, the getter material film 8, the gas barrier film 9, and the back sheet 10 are provided in this order. And light is irradiated from the side (downward in Drawing 4) in which weatherproof protective film 1 was formed, and solar cell element 6 generates electricity. Note that the thin-film solar cell does not need to have all of these constituent members, and each constituent member may be arbitrarily selected and provided.

薄膜太陽電池を構成するこれらの構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2013/180230号又は特開2012−191194号公報等の公知文献に記載のものを使用することができる。   There are no particular restrictions on these constituent members constituting the thin-film solar cell and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, the thing described in well-known literatures, such as international publication 2013/180230 or Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-191194, can be used.

本発明に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14の用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。例えば、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池が挙げられる。   There is no restriction | limiting in the use of the solar cell which concerns on this invention, especially the thin film solar cell 14 mentioned above, It can use for arbitrary uses. For example, solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for interiors, solar cells for railways, solar cells for ships, solar cells for airplanes, solar cells for spacecrafts, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, or toys For solar cells.

本発明に係る太陽電池、特に薄膜太陽電池はそのまま用いてもよいし、例えば基材上に太陽電池を設置して太陽電池モジュールとして用いてもよい。例えば、図5に示すように、基材12上に薄膜太陽電池14を備えた太陽電池モジュール13として、使用場所に設置して用いることができる。基材12については、周知技術を用いることができ、例えば、国際公開第2013/180230号又は特開2012−191194号公報等に記載のものを用いることができる。例えば、基材12として建材用板材を使用する場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けることにより、太陽電池モジュール13として、建物の外壁用太陽電池パネルを作製することができる。   The solar cell according to the present invention, particularly a thin-film solar cell, may be used as it is, or for example, a solar cell may be installed on a substrate and used as a solar cell module. For example, as shown in FIG. 5, the solar cell module 13 including the thin film solar cell 14 on the base 12 can be installed and used at a place of use. For the substrate 12, a well-known technique can be used, for example, those described in International Publication No. 2013/180230 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194 can be used. For example, when a building material plate is used as the substrate 12, a solar cell panel for an outer wall of a building can be produced as the solar cell module 13 by providing the thin film solar cell 14 on the surface of the plate.

以下に、実施例により本発明の実施形態を説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded.

<分解温度(Td)>
エスアイアイ・ナノテクノロジー社製TG−DTA6300を用いた、示差熱質量同時分析により、各種化合物の粉末状態での分解温度を測定した。測定条件は以下の通りである。
試料容器: アルミニウム製試料容器
雰囲気: 大気 200mL/分
昇温速度: 10℃/分
温度範囲: 25℃〜600℃
<Decomposition temperature (Td)>
The decomposition temperature in the powder state of various compounds was measured by differential thermal mass simultaneous analysis using TG-DTA6300 manufactured by SII Nanotechnology. The measurement conditions are as follows.
Sample container: Aluminum sample container Atmosphere: Air 200 mL / min Temperature rising rate: 10 ° C./min Temperature range: 25 ° C. to 600 ° C.

測定された分解温度は以下の通りであった。
ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製): 228℃
酢酸亜鉛二水和物(和光純薬工業社製): 242℃ (脱水89℃)
亜鉛アセチルアセトナート錯体(同仁化学研究所製): 116℃
ポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1): 371℃
ポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBH−A): 328℃
ポリビニルアセトアセタール(積水化学工業社製エスレックKS−1):363℃
The measured decomposition temperatures were as follows.
Zinc diacrylate (Nippon Shokubai Co., Ltd.): 228 ° C
Zinc acetate dihydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.): 242 ° C (dehydration 89 ° C)
Zinc acetylacetonate complex (manufactured by Dojindo Laboratories): 116 ° C
Polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd. ESREC BM-1): 371 ° C
Polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd. ESREC BH-A): 328 ° C
Polyvinyl acetoacetal (Eslek KS-1 manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.): 363 ° C

以上より、ジカルボン酸亜鉛の分解温度は200℃以上300℃未満であり、亜鉛アセチルアセトナート錯体よりも高いことが分かった。このように、ジカルボン酸亜鉛は、通常は安定であり、水や熱等の外的刺激を積極的に加える制御を行わないと、ジカルボン酸亜鉛は酸化亜鉛に変換されないことが分かった。また、ポリビニルアセタール樹脂は、ジアクリル酸亜鉛よりも、分解温度が100℃以上高いことが分かり、ジアクリル酸亜鉛が酸化亜鉛に変換される熱処理の段階では、ポリビニルアセタール樹脂は分解されないことが分かった。   From the above, it was found that the decomposition temperature of zinc dicarboxylate is 200 ° C. or higher and lower than 300 ° C., which is higher than that of zinc acetylacetonate complex. Thus, it has been found that zinc dicarboxylate is usually stable, and zinc dicarboxylate cannot be converted into zinc oxide unless control is performed to positively apply external stimuli such as water and heat. In addition, it was found that the polyvinyl acetal resin has a decomposition temperature higher than that of zinc diacrylate by 100 ° C. or more, and it was found that the polyvinyl acetal resin is not decomposed at the stage of heat treatment in which the zinc diacrylate is converted to zinc oxide.

<実施例1:金属酸化物含有層形成用組成物の作製及びインク安定性評価>
[実施例1−1]
ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)及びポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1、27mg)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解することで、無色透明のインク(S1)を調製した。インク(S1)を制御していない大気雰囲気下(15〜25℃、湿度30〜75%)に2週間静置したところ、目視では、沈殿物は発生しなかった。結果を表1に示す。
<Example 1: Preparation of metal oxide-containing layer forming composition and ink stability evaluation>
[Example 1-1]
Zinc diacrylate (Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) and polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., ESREC BM-1, 27 mg) were mixed with ethanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 9.1 g) and toluene (Wako Pure). A colorless and transparent ink (S1) was prepared by dissolving in 0.3 g). When the ink (S1) was allowed to stand for 2 weeks in an uncontrolled air atmosphere (15 to 25 ° C., humidity 30 to 75%), no precipitate was visually observed. The results are shown in Table 1.

[実施例1−2]
ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)及びポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1、135mg)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解することで、無色透明のインク(S2)を調製した。インク(S2)を制御していない大気雰囲気下(15〜25℃、湿度30〜75%)に2週間静置したところ、目視では、沈殿物は発生しなかった。結果を表1に示す。
[Example 1-2]
Zinc diacrylate (Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) and polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., ESREC BM-1, 135 mg) were mixed with ethanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 9.1 g) and toluene (Wako Pure). A colorless and transparent ink (S2) was prepared by dissolving in 0.3 g). When the ink (S2) was allowed to stand in an uncontrolled air atmosphere (15 to 25 ° C., humidity 30 to 75%) for 2 weeks, no precipitate was visually observed. The results are shown in Table 1.

[実施例1−3]
ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)及びポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBH−A、27mg)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解することで、無色透明のインク(S3)を調製した。インク(S3)を制御していない大気雰囲気下(15〜25℃、湿度30〜75%)に2週間静置したところ、目視では、沈殿物は発生しなかった。結果を表1に示す。
[Example 1-3]
Zinc diacrylate (Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) and polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., ESREC BH-A, 27 mg) were mixed with ethanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 9.1 g) and toluene (Wako Pure). A colorless and transparent ink (S3) was prepared by dissolving in 0.3 g). When the ink (S3) was allowed to stand in an uncontrolled air atmosphere (15 to 25 ° C., humidity 30 to 75%) for 2 weeks, no precipitate was visually observed. The results are shown in Table 1.

[実施例1−4]
ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)及びポリビニルアセトアセタール(積水化学工業社製エスレックKS−1、27mg)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解することで、無色透明のインク(S4)を調製した。インク(S4)を制御していない大気雰囲気下(15〜25℃、湿度30〜75%)に2週間静置したところ、目視では、沈殿物は発生しなかった。結果を表1に示す。
[Example 1-4]
Zinc diacrylate (Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) and polyvinyl acetoacetal (Sekisui Chemical Co., Ltd., ESREC KS-1, 27 mg) were added to ethanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 9.1 g) and toluene (Japanese A colorless and transparent ink (S4) was prepared by dissolving in Kogaku Pharmaceutical Co., Ltd. (0.3 g). When the ink (S4) was allowed to stand for 2 weeks in an uncontrolled air atmosphere (15 to 25 ° C., humidity 30 to 75%), no precipitate was visually observed. The results are shown in Table 1.

[比較例1−1]
酢酸亜鉛二水和物(和光純薬工業社製,1760mg,8.0mmol)及びポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1、75mg)を、エタノールアミン(アルドリッチ社製,0.50mL)及び2−メトキシエタノール(アルドリッチ社製,10mL)に溶解させ、60℃で3時間攪拌することで、酸化亜鉛の前駆溶液である無色透明のインク(S5)を調製した。このインク(S5)を実施例1−1と同様に、制御していない大気雰囲気下に静置したところ、1週間後には、目視で沈殿物が確認された。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1-1]
Zinc acetate dihydrate (Wako Pure Chemical Industries, 1760 mg, 8.0 mmol) and polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., ESREC BM-1, 75 mg), ethanolamine (Aldrich, 0.50 mL) and A colorless transparent ink (S5), which is a zinc oxide precursor solution, was prepared by dissolving in 2-methoxyethanol (Aldrich, 10 mL) and stirring at 60 ° C. for 3 hours. When this ink (S5) was allowed to stand in an uncontrolled air atmosphere as in Example 1-1, a precipitate was visually confirmed after one week. The results are shown in Table 1.

[比較例1−2]
亜鉛アセチルアセトナート錯体(同仁化学研究所社製,400mg,1.42mmol)及びポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1、13mg)を、エタノール(和光純薬工業社製,10mL)に溶解することで、無色透明のインク(S6)を調製した。このインク(S6)を実施例1−1と同様に、制御していない大気雰囲気下に静置したところ、2日後から、目視で沈殿物が確認された。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1-2]
Zinc acetylacetonate complex (Donjin Chemical Laboratory Co., Ltd., 400 mg, 1.42 mmol) and polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd. ESREC BM-1, 13 mg) are dissolved in ethanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 10 mL). As a result, a colorless and transparent ink (S6) was prepared. When this ink (S6) was allowed to stand in an uncontrolled air atmosphere in the same manner as in Example 1-1, a precipitate was visually confirmed after 2 days. The results are shown in Table 1.

[比較例1−3]
酸化亜鉛エタノール分散液(アルドリッチ社製、カタログナンバー721085)をエタノール(和光純薬工業社製)で10倍に希釈した液10g(酸化亜鉛4.91mmol)に、ポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1、46mg)を加えることで、白色のインク(S7)を調製した。このインク(S7)を実施例1−1と同様に、制御していない大気雰囲気下に静置したところ、翌日から、目視で沈殿物が確認された。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1-3]
Zinc oxide ethanol dispersion (manufactured by Aldrich, catalog number 721085) diluted 10 times with ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in 10 g (zinc oxide 4.91 mmol) was added to polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd. BM-1, 46 mg) was added to prepare a white ink (S7). When this ink (S7) was allowed to stand in an uncontrolled air atmosphere as in Example 1-1, a precipitate was visually confirmed from the next day. The results are shown in Table 1.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

なお、表1において、インク安定性の欄における「○」は、制御していない大気雰囲気下(15〜25℃、湿度30〜75%)に2週間静置した後に、目視でインク内に沈殿物が確認されなかったことを意味し、「×」は同様の条件で、インク内に沈殿物が確認されたことを意味する。   In Table 1, “◯” in the column of ink stability indicates precipitation in the ink after standing for 2 weeks in an uncontrolled atmosphere (15 to 25 ° C., humidity 30 to 75%). No matter was confirmed, and “x” means that a precipitate was confirmed in the ink under the same conditions.

表1の結果から、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物(インク)は、インク安定性が高いことが分かる。理由としては、ジアクリル酸亜鉛及びポリビニルアセタール樹脂が、インク中で、分解することなく、安定に溶解し続けていることが考えられる。   From the results of Table 1, it can be seen that the metal oxide-containing layer forming composition (ink) according to the present invention has high ink stability. The reason is considered that zinc diacrylate and polyvinyl acetal resin continue to dissolve stably without being decomposed in the ink.

<実施例2:湿度雰囲気における酸化亜鉛含有層の成膜、及び塗布性評価>
[実施例2−1]
実施例1−1と同様にして、無色透明のインク(S1)を調製した。次に、A4大の帝人デュポンフィルム社製PEN(ポリエチレンナフタレート)フィルム「テオネックスQ65」上に、調製したインク(S1)を0.3mL滴下後、自動塗工装置PI−1210(テスター産業社製、バー番手10、速度5)を用いて、大気雰囲気下(20℃、湿度30%)で塗布を行った。その後、大気雰囲気下で、150℃、10分間の熱処理することで、無色透明の酸化亜鉛含有層を形成し、酸化亜鉛含有層中の孔の存在の有無を確認した。得られた結果を表2に示す。
<Example 2: Deposition of zinc oxide-containing layer in humidity atmosphere and applicability evaluation>
[Example 2-1]
A colorless and transparent ink (S1) was prepared in the same manner as in Example 1-1. Next, 0.3 mL of the prepared ink (S1) was dropped on a PEN (polyethylene naphthalate) film “Teonex Q65” manufactured by Teijin DuPont Films, Ltd. of A4 size, and then an automatic coating apparatus PI-1210 (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) Application | coating was carried out by air | atmosphere atmosphere (20 degreeC, 30% of humidity) using the bar number 10, speed 5). Thereafter, a colorless and transparent zinc oxide-containing layer was formed by heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere, and the presence or absence of pores in the zinc oxide-containing layer was confirmed. The obtained results are shown in Table 2.

[実施例2−2]
大気雰囲気下(23℃、湿度70%)で塗布を行った以外は、実施例2−1の方法で、無色透明の酸化亜鉛含有層を形成し、目視で孔の存在の有無を確認した。得られた結果を表2に示す。
[Example 2-2]
A colorless and transparent zinc oxide-containing layer was formed by the method of Example 2-1 except that coating was performed in an air atmosphere (23 ° C., humidity 70%), and the presence or absence of pores was confirmed visually. The obtained results are shown in Table 2.

[実施例2−3]
インク(S1)の代わりに、実施例1−3と同様の方法により調整された無色透明のインク(S3)を用いた以外は、実施例2−2と同様の方法により無色透明の酸化亜鉛含有層を形成し、目視で孔の存在の有無を確認した。得られた結果を表2に示す。
[Example 2-3]
Colorless and transparent zinc oxide contained in the same manner as in Example 2-2, except that the colorless and transparent ink (S3) prepared by the same method as in Example 1-3 was used instead of the ink (S1). A layer was formed, and the presence or absence of pores was visually confirmed. The obtained results are shown in Table 2.

[実施例2−4]
インク(S1)の代わりに、実施例1−4と同様の方法により調整された無色透明のインク(S4)を用いた以外は、実施例2−2と同様の方法により無色透明の酸化亜鉛含有層を形成し、目視で孔の存在の有無を確認した。得られた結果を表2に示す。
[Example 2-4]
Colorless and transparent zinc oxide contained in the same manner as in Example 2-2, except that the colorless and transparent ink (S4) prepared by the same method as in Example 1-4 was used instead of the ink (S1). A layer was formed, and the presence or absence of pores was visually confirmed. The obtained results are shown in Table 2.

[比較例2−1]
ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解することで、無色透明のインク(S8)を調製した。次に、A4大の帝人デュポンフィルム社製PEN(ポリエチレンナフタレート)フィルム「テオネックスQ65」上に、調製したインク(S8)を0.3mL滴下後、自動塗工装置PI−1210(テスター産業社製、バー番手10、速度5)を用いて、制御された雰囲気下(25℃、湿度30%)で塗布を行った。その後、その雰囲気下で、150℃、10分間の熱処理することで、目視で孔がない無色透明の酸化亜鉛含有層が形成された。結果を表2に示す。
[Comparative Example 2-1]
By dissolving zinc diacrylate (Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) in ethanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 9.1 g) and toluene (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 0.3 g), it is colorless. A transparent ink (S8) was prepared. Next, 0.3 mL of the prepared ink (S8) was dropped on a PEN (polyethylene naphthalate) film “Teonex Q65” manufactured by Teijin DuPont Films of A4 size, and then an automatic coating apparatus PI-1210 (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) Application was performed under a controlled atmosphere (25 ° C., 30% humidity) using a bar number 10, speed 5). Thereafter, a colorless and transparent zinc oxide-containing layer having no visible holes was formed by heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes in the atmosphere. The results are shown in Table 2.

[比較例2−2]
大気雰囲気下(20℃、湿度30%)で塗布を行った以外は、比較例2−1と同様の方法で酸化亜鉛含有層を形成し、目視で孔の存在の有無を確認した。得られた結果を表2に示す。なお、3度に渡り、酸化亜鉛含有層を形成したが、いずれの金属酸化物含有層にも、約1mm以下の孔径の孔が複数存在することが確認できた。
[Comparative Example 2-2]
A zinc oxide-containing layer was formed by the same method as in Comparative Example 2-1, except that the coating was performed in an air atmosphere (20 ° C., humidity 30%), and the presence or absence of pores was visually confirmed. The obtained results are shown in Table 2. In addition, although the zinc oxide containing layer was formed 3 times, it has confirmed that there existed several holes with a hole diameter of about 1 mm or less in any metal oxide containing layer.

[比較例2−3]
大気雰囲気下(23℃、湿度70%)で塗布を行った以外は、比較例2−1と同様の方法で酸化亜鉛含有層の形成を3度試みたが、いずれもインク(S8)がPENフィルムに弾かれ、酸化亜鉛含有層を形成することができなかった。
[Comparative Example 2-3]
Except that the coating was performed in an air atmosphere (23 ° C., humidity 70%), the formation of the zinc oxide-containing layer was attempted three times in the same manner as in Comparative Example 2-1, but all of the inks (S8) were PEN. It was repelled by the film and a zinc oxide-containing layer could not be formed.

[実施例2−5]
実施例1−1と同様にして、無色透明のインク(S1)を調製した。次に、銀を50nmの厚みで無アルカリガラス(コーニング社製1737)上に堆積された基板上に、調製したインク(S1)を1mL滴下後、スピンコーターACT−300DII(アクティブ社製)を用いて、大気雰囲気下(22℃、湿度62%)で3000rpmx30秒間スピンコートした。その後、大気雰囲気下で、150℃、10分間の熱処理を行うことで、膜厚80nmの無色透明な酸化亜鉛含有層を形成し、孔の有無を確認した。得られた結果を表2に示す。
[Example 2-5]
A colorless and transparent ink (S1) was prepared in the same manner as in Example 1-1. Next, 1 mL of the prepared ink (S1) was dropped on a substrate on which silver was deposited on a non-alkali glass (Corning 1737) with a thickness of 50 nm, and then a spin coater ACT-300DII (manufactured by Active) was used. Then, spin coating was performed at 3000 rpm × 30 seconds in an air atmosphere (22 ° C., humidity 62%). Thereafter, a colorless and transparent zinc oxide-containing layer having a film thickness of 80 nm was formed by performing heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere, and the presence or absence of pores was confirmed. The obtained results are shown in Table 2.

[比較例2−4]
インク(S1)の代わりに、比較例2−1と同様の方法で調整された無色透明のインク(S8)を用いた以外は、実施例2−5と同様の方法で、膜厚60nmの金属酸化物含有層を形成し、孔の存在の有無を確認した。得られた結果を表2に示すが、3度、酸化亜鉛含有層の形成を行ったが、いずれの酸化亜鉛含有層にも、約0.5mm以下の孔径の孔が複数存在することが確認された。
[Comparative Example 2-4]
A metal with a film thickness of 60 nm was prepared in the same manner as in Example 2-5, except that the colorless and transparent ink (S8) prepared in the same manner as in Comparative Example 2-1 was used instead of the ink (S1). An oxide-containing layer was formed and the presence or absence of pores was confirmed. The obtained results are shown in Table 2, and a zinc oxide-containing layer was formed three times, but it was confirmed that each zinc oxide-containing layer had a plurality of holes having a diameter of about 0.5 mm or less. It was done.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

表2の塗布性の欄における「○」は、目視で酸化亜鉛含有層中に孔が存在しなかったことを意味する。「△」は、目視で酸化亜鉛含有層中に孔が存在することを意味する。また、「×」は、酸化亜鉛含有層を形成することができなかったことを意味する。   “◯” in the column of applicability in Table 2 means that no pores were present in the zinc oxide-containing layer visually. “Δ” means that pores are present in the zinc oxide-containing layer visually. “X” means that the zinc oxide-containing layer could not be formed.

表2の結果から、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物(インク)は、湿度に関わらず、塗布性が高いことが分かる。特に、膜形成と共に溶媒乾燥が行われるスピンコート法により形成した場合においても、良好な結果を示したことは、本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物を用いることにより、生産性高く金属酸化物含有層を形成することができることを示している。一方で、ポリビニルアセタール樹脂を用いない場合は、湿度変化により塗布性が不安定であることが分かる。本発明に係る金属酸化物含有層形成用組成物の塗布性が高い理由としては、ポリビニルアセタール樹脂が、下地となる層との親水性及び疎水性を適度に制御したことが考えられる。   From the results of Table 2, it can be seen that the metal oxide-containing layer forming composition (ink) according to the present invention has high coating properties regardless of humidity. In particular, even when formed by a spin coat method in which solvent drying is performed together with film formation, good results were obtained by using the metal oxide-containing layer forming composition according to the present invention to increase productivity. It shows that a metal oxide-containing layer can be formed. On the other hand, when the polyvinyl acetal resin is not used, it can be seen that the applicability is unstable due to a change in humidity. The reason why the coating property of the composition for forming a metal oxide-containing layer according to the present invention is high may be that the polyvinyl acetal resin has moderately controlled the hydrophilicity and hydrophobicity with the underlying layer.

<実施例3:酸化亜鉛含有層の鉛筆硬度試験>
[実施例3−1]
実施例2−2と同様にして作製した無酸化亜鉛含有層が成膜されたPENフィルムの鉛筆硬度を連続加重式引掻強度試験機Heidon Type18(新東科学社製)を用いて評価した。得られた結果を表3に示す。
<Example 3: Pencil hardness test of zinc oxide-containing layer>
[Example 3-1]
The pencil hardness of the PEN film on which the zinc oxide-containing layer produced in the same manner as in Example 2-2 was formed was evaluated using a continuous load type scratch strength tester Heidon Type 18 (manufactured by Shinto Kagaku Co.). The obtained results are shown in Table 3.

[比較例3−1]
比較例2−1と同様にして作製した、酸化亜鉛含有層が成膜されたPENフィルムの鉛筆硬度を、実施例3−1と同様の方法で評価した。得られた結果を表3に示す。
[Comparative Example 3-1]
The pencil hardness of the PEN film produced in the same manner as in Comparative Example 2-1 and formed with the zinc oxide-containing layer was evaluated by the same method as in Example 3-1. The obtained results are shown in Table 3.

[実施例3−2]
実施例1−1と同様の方法で、無色透明のインク(S1)を調製した。次に、無アルカリガラス基板(コーニング社製1737)上に、調製したインク(S1)を1mL滴下後、スピンコーターACT−300DII(アクティブ社製)を用いて、大気雰囲気下(20℃、湿度50%)で8000rpmx30秒間スピンコートした。その後、大気雰囲気下で、150℃、10分間の熱処理を行うことで、無色透明な酸化亜鉛含有層が、膜厚50nmで作製できた。酸化亜鉛含有層が成膜されたガラス基板の鉛筆硬度を、連続加重式引掻強度試験機Heidon Type18(新東科学社製)を用いて評価した。得られた結果を表3に示す。
[Example 3-2]
A colorless and transparent ink (S1) was prepared in the same manner as in Example 1-1. Next, 1 mL of the prepared ink (S1) was dropped on an alkali-free glass substrate (Corning 1737), and then used in an air atmosphere (20 ° C., humidity 50) using a spin coater ACT-300DII (Active). %) At 8000 rpm × 30 seconds. Then, the colorless and transparent zinc oxide content layer was able to be produced by film thickness 50nm by performing heat processing for 10 minutes at 150 ° C under air atmosphere. The pencil hardness of the glass substrate on which the zinc oxide-containing layer was formed was evaluated using a continuous load type scratch strength tester Heidon Type 18 (manufactured by Shinto Kagaku Co.). The obtained results are shown in Table 3.

[実施例3−3]
インク(S1)の代わりに、ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)及びポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1、14mg)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解して調整した無色透明のインク(S9)を用いた以外は、実施例3−2と同様の方法で、ガラス基板上に膜厚45nmの無色透明の酸化亜鉛含有層を形成し、鉛筆硬度を評価した。得られた結果を表3に示す。
[Example 3-3]
Instead of ink (S1), zinc diacrylate (Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) and polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., ESREC BM-1, 14 mg) were added with ethanol (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 9 0.1 g) and toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 0.3 g), except that a colorless and transparent ink (S9) prepared by adjusting the same was used, and the same procedure as in Example 3-2 was performed on the glass substrate. A colorless and transparent zinc oxide-containing layer having a film thickness of 45 nm was formed and the pencil hardness was evaluated. The obtained results are shown in Table 3.

[実施例3−4]
インク(S1)の代わりに、ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)及びポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1、7mg)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解して調整した無色透明のインク(S10)を用いた以外は、実施例3−2と同様で、ガラス基板上に膜厚43nmの無色透明の酸化亜鉛含有層を形成し、鉛筆硬度を評価した。得られた結果を表3に示す。
[Example 3-4]
Instead of the ink (S1), zinc diacrylate (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) and polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd. ESREC BM-1, 7 mg) were added with ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 9 0.1 g) and a colorless and transparent ink (S10) prepared by dissolving in toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 0.3 g) and using a colorless and transparent ink (S10), a film is formed on a glass substrate. A colorless and transparent zinc oxide-containing layer having a thickness of 43 nm was formed, and pencil hardness was evaluated. The obtained results are shown in Table 3.

[比較例3−2]
比較例2−1と同様の方法で、無色透明のインク(S8)を調製した。ガラス基板上に、調製したインク(S8)を1mL滴下後、スピンコーターACT−300DII(アクティブ社製)を用いて、大気雰囲気下(20℃、湿度50%)で4000rpmx30秒間スピンコートした。その後、大気雰囲気下で、150℃、10分間の熱処理を行うことで、膜厚の50nmの酸化亜鉛含有層を形成し、鉛筆硬度を評価した。得られた結果を表3に示す。
[Comparative Example 3-2]
A colorless and transparent ink (S8) was prepared in the same manner as in Comparative Example 2-1. 1 mL of the prepared ink (S8) was dropped on a glass substrate, and then spin-coated at 4000 rpm × 30 seconds in an air atmosphere (20 ° C., humidity 50%) using a spin coater ACT-300DII (manufactured by Active). Thereafter, a 50 nm-thick zinc oxide-containing layer was formed by performing heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere, and pencil hardness was evaluated. The obtained results are shown in Table 3.

[比較例3−3]
ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)及びポリエチレングリコール(アルドリッチ社製PEG10000、27mg)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解することで、無色透明のインク(S11)を調製した。ガラス基板上に、調製したインク(S11)を1mL滴下後、スピンコーターACT−300DII(アクティブ社製)を用いて、大気雰囲気下(20℃、湿度50%)で6000rpmx30秒間スピンコートした。その後、大気雰囲気下で、150℃、10分間の熱処理を行うことで、無色透明な酸化亜鉛含有層が、膜厚50nmで作製できた。酸化亜鉛含有層が成膜されたガラス基板の鉛筆硬度を、実施例3−2と同様の方法で評価した。得られた結果を表3に示す。
[Comparative Example 3-3]
Zinc diacrylate (Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) and polyethylene glycol (Aldrich PEG 10000, 27 mg) were mixed with ethanol (Wako Pure Chemical Industries, 9.1 g) and toluene (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., A colorless and transparent ink (S11) was prepared by dissolving in 0.3 g). 1 mL of the prepared ink (S11) was dropped on a glass substrate, and then spin-coated at 6000 rpm × 30 seconds in an air atmosphere (20 ° C., humidity 50%) using a spin coater ACT-300DII (manufactured by Active). Then, the colorless and transparent zinc oxide content layer was able to be produced by film thickness 50nm by performing heat processing for 10 minutes at 150 ° C under air atmosphere. The pencil hardness of the glass substrate on which the zinc oxide-containing layer was formed was evaluated by the same method as in Example 3-2. The obtained results are shown in Table 3.

[比較例3−4]
比較例1−3と同様の方法で、白色のインク(S7)を調製した。ガラス基板上に、調製したインク(S7)を1mL滴下後、スピンコーターACT−300DII(アクティブ社製)を用いて、大気雰囲気下(20℃、湿度50%)で6000rpmx30秒間スピンコートした。その後、大気雰囲気下で、150℃、10分間の熱処理を行うことで、膜厚50nmの白色な酸化亜鉛含有層が形成され、鉛筆硬度を評価した。得られた結果を表3に示す。
[Comparative Example 3-4]
A white ink (S7) was prepared in the same manner as in Comparative Example 1-3. 1 mL of the prepared ink (S7) was dropped on a glass substrate, and then spin-coated at 6000 rpm × 30 seconds in an air atmosphere (20 ° C., humidity 50%) using a spin coater ACT-300DII (manufactured by Active). Then, by performing heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere, a white zinc oxide-containing layer having a thickness of 50 nm was formed, and pencil hardness was evaluated. The obtained results are shown in Table 3.

[比較例3−5]
酸化亜鉛エタノール分散液(アルドリッチ社製、カタログナンバー721085)をエタノール(和光純薬工業社製)で10倍に希釈することで、白色のインク(S12)を調製した。ガラス基板上に、調製したインク(S12)を1mL滴下後、スピンコーターACT−300DII(アクティブ社製)を用いて、大気雰囲気下(20℃、湿度50%)で4000rpmx30秒間スピンコートした。その後、大気雰囲気下で、150℃、10分間の熱処理を行うことで、膜厚50nmの白色の酸化亜鉛含有層が形成され、鉛筆硬度を評価した。得られた結果を表3に示す。
[Comparative Example 3-5]
A white ink (S12) was prepared by diluting a zinc oxide ethanol dispersion (manufactured by Aldrich, catalog number 72085) 10 times with ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). 1 mL of the prepared ink (S12) was dropped on a glass substrate, and then spin-coated at 4000 rpm × 30 seconds in an air atmosphere (20 ° C., humidity 50%) using a spin coater ACT-300DII (manufactured by Active). Thereafter, a heat treatment was performed at 150 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere to form a white zinc oxide-containing layer having a thickness of 50 nm, and pencil hardness was evaluated. The obtained results are shown in Table 3.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

表3において、酸化亜鉛含有層中のバインダー樹脂の含有率(質量%)は、酸化亜鉛含有層形成用組成物中の亜鉛化合物が全て酸化亜鉛に変換し、かつ組成物中のバインダー樹脂が分解することなく、溶媒が層中に残っていない仮定のもとで、組成物の比から計算した。   In Table 3, the content (mass%) of the binder resin in the zinc oxide-containing layer is that all the zinc compounds in the zinc oxide-containing layer forming composition are converted to zinc oxide, and the binder resin in the composition is decomposed. Without calculation, the ratio of the composition was calculated under the assumption that no solvent remained in the layer.

表3の結果から、本発明に係る金属酸化物形成用組成物を用いて形成された金属酸化物含有層はの鉛筆硬度が高く、適度に高い膜硬度を有することが分かる。従って、ロールトゥーロール方式において、金属酸化物含有層を形成しても、膜に傷が付くことなく、形成することが期待できる。なお、本発明に係る金属酸化物含有層の鉛筆硬度が高い理由としては、金属酸化物含有層を形成する際に、ポリビニルアセタール樹脂により、ジアクリル酸亜鉛から生成される酸化亜鉛の粒径を制御され、さらに酸化亜鉛粒子間を適切に接着させているためであると考えられる。   From the results in Table 3, it can be seen that the metal oxide-containing layer formed using the metal oxide-forming composition according to the present invention has a high pencil hardness and a moderately high film hardness. Therefore, in the roll-to-roll method, even if the metal oxide-containing layer is formed, it can be expected that the film is not damaged. In addition, the reason why the pencil hardness of the metal oxide-containing layer according to the present invention is high is that when the metal oxide-containing layer is formed, the particle size of zinc oxide generated from zinc diacrylate is controlled by the polyvinyl acetal resin. Furthermore, it is considered that this is because the zinc oxide particles are appropriately bonded.

<実施例4:酸化亜鉛含有層の可視・紫外スペクトル(UV−Vis)スペクトル>
[実施例4−1]
分光光度計U−4100(日立ハイテク社製)を用いて、実施例3−2と同様の方法により形成した酸化亜鉛含有層(膜厚50nm)が形成されたガラス基板の可視・紫外スペクトル(UV−Vis)を240〜600nmの波長範囲で測定した。得られた可視・紫外スペクトル(UV−Vis)の結果を図6に示す。
<Example 4: Visible / ultraviolet spectrum (UV-Vis) spectrum of zinc oxide-containing layer>
[Example 4-1]
Using a spectrophotometer U-4100 (manufactured by Hitachi High-Tech), visible / ultraviolet spectrum (UV) of a glass substrate on which a zinc oxide-containing layer (film thickness 50 nm) formed by the same method as in Example 3-2 was formed. -Vis) was measured in the wavelength range of 240-600 nm. The obtained visible / ultraviolet spectrum (UV-Vis) results are shown in FIG.

(測定条件)
機種名: U−4100
測定モード: 波長スキャン
データモード: Abs
開始波長: 600nm
終了波長: 240nm
スキャンスピード: 600nm/min
測定回数: 1
スリット: 5nm
光源切換モード: 自動切替
光源切換波長: 340nm
(Measurement condition)
Model name: U-4100
Measurement mode: Wavelength scan data mode: Abs
Starting wavelength: 600nm
End wavelength: 240nm
Scan speed: 600nm / min
Number of measurements: 1
Slit: 5nm
Light source switching mode: Automatic switching Light source switching wavelength: 340 nm

[比較例4−1]
基板上に比較例3−2と同様の方法により形成された膜厚50nmの酸化亜鉛含有層の可視・紫外スペクトル(UV−Vis)を、実施例4−1と同様の方法により測定した。得られた結果を図5に示す。なお、比較例3−2により得られた金属酸化物含有層は、層中に約0.5mm以下の孔が存在したが、スペクトル測定時には、これらの孔を避けてスペクトル測定を行った。得られた結果を図6に示す。
[Comparative Example 4-1]
The visible / ultraviolet spectrum (UV-Vis) of a 50 nm-thickness zinc oxide-containing layer formed on the substrate by the same method as in Comparative Example 3-2 was measured by the same method as in Example 4-1. The obtained results are shown in FIG. In addition, although the metal oxide containing layer obtained by Comparative Example 3-2 had pores of about 0.5 mm or less in the layer, the spectrum measurement was performed avoiding these holes during the spectrum measurement. The obtained result is shown in FIG.

図6の結果から、同じ膜厚では、酸化亜鉛由来のスペクトルが、ポリビニルアセタール樹脂を含有した酸化亜鉛含有層の方が大きいことが確認できる。この理由としては、ポリビニルアセタール樹脂の存在により、ジアクリル酸亜鉛から生成される酸化亜鉛の粒径を制御することにより、結晶性が適度に高くなったためであると考えられる。   From the results shown in FIG. 6, it can be confirmed that at the same film thickness, the zinc oxide-containing layer containing the polyvinyl acetal resin has a larger spectrum derived from zinc oxide. The reason for this is considered to be that the crystallinity is appropriately increased by controlling the particle diameter of zinc oxide produced from zinc diacrylate due to the presence of the polyvinyl acetal resin.

<実施例5:光電変換素子の作製及び評価>
[合成例1:コポリマーの合成]
<Example 5: Production and evaluation of photoelectric conversion element>
[Synthesis Example 1: Synthesis of copolymer]

Figure 2016113538
Figure 2016113538

窒素雰囲気下、50mLの二口ナスフラスコに、モノマーとして、公知文献(Organic Letters 2004,6,3381−3384)に記載の方法を参考にして得られた1,3−ジブロモ−5−(n−オクチル)−4H−チエノ[3,4−c]ピロール−4,6−(5H)−ジオン(化合物F1,343mg,0.811mmol)、公知文献(Polymer,1990,31,1379−1383)を参考にして得られた4,4’−ジドデシル−5,5’−ビス(トリメチルスタニル)−2,2’−ビチオフェン(化合物T1,336mg,0.406mmol)、及びWO2013/180243に記載の方法を参考にして得られた4,4−ジオクチル−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E1,302mg,0.406mmol)を入れ、さらにテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(23.4mg,2.5mol%)、トリフェニルホスフィン含有不均一系パラジウム錯体触媒Pd−EnCatTPP30(Aldrich社製,36.5mg,3mol%)、トルエン(24mL)、及びN,N−ジメチルホルムアミド(6mL)を入れ、90℃で1時間、続いて100℃で10時間攪拌した。反応液をトルエンで4倍に希釈して100℃でさらに0.5時間加熱攪拌した後、末端処理として、トリメチル(フェニル)スズ(0.16mL)を加えて100℃で2時間加熱攪拌し、さらにブロモベンゼン(8mL)を加えて100℃で5時間加熱攪拌して、反応溶液をメタノール中に注ぎ、析出した沈殿を濾取した。得られた固体をクロロホルムに溶解させ、ジアミンシリカゲル(Fujiシリシア化学製)を加えて1時間室温で攪拌し、酸性シリカゲルのショートカラムを通した。溶液を濃縮することで、目的とするコポリマーを、収率83%で得た。得られたコポリマーの重量平均分子量Mwは66Kであり、PDIは2.9であった。   Under a nitrogen atmosphere, 1,3-dibromo-5- (n-) obtained in a 50 mL two-necked eggplant flask as a monomer with reference to a method described in a known document (Organic Letters 2004, 6, 3381-3384). Octyl) -4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione (Compound F1, 343 mg, 0.811 mmol), reference to known literature (Polymer, 1990, 31, 1379-1383) 4,4′-didodecyl-5,5′-bis (trimethylstannyl) -2,2′-bithiophene (compound T1, 336 mg, 0.406 mmol) obtained in the above, and the method described in WO2013 / 180243 4,4-Dioctyl-2,6-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′ obtained by reference , 3′-d] silole (compound E1, 302 mg, 0.406 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (23.4 mg, 2.5 mol%), triphenylphosphine-containing heterogeneous palladium A complex catalyst Pd-EnCatTPP30 (Aldrich, 36.5 mg, 3 mol%), toluene (24 mL), and N, N-dimethylformamide (6 mL) were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 1 hour and then at 100 ° C. for 10 hours. did. After the reaction solution was diluted 4-fold with toluene and heated and stirred at 100 ° C. for another 0.5 hours, as a terminal treatment, trimethyl (phenyl) tin (0.16 mL) was added and heated and stirred at 100 ° C. for 2 hours. Bromobenzene (8 mL) was further added, and the mixture was heated and stirred at 100 ° C. for 5 hours. The reaction solution was poured into methanol, and the deposited precipitate was collected by filtration. The obtained solid was dissolved in chloroform, diamine silica gel (Fuji Silysia Chemical) was added, and the mixture was stirred for 1 hour at room temperature and passed through a short column of acidic silica gel. By concentrating the solution, the target copolymer was obtained in a yield of 83%. The weight average molecular weight Mw of the obtained copolymer was 66K, and PDI was 2.9.

なお、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めた。分子量分布(PDI)は、Mw/Mnを表す。ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定は以下の条件で行った。
カラム:PolymerLaboratories GPC用カラム(PLgel MIXED−B 10μm,内径7.5mm,長さ30cm)2本直列に接続して使用
ポンプ:LC−10AT(島津製作所社製)
オーブン:CTO−10A(島津製作所社製)
検出器:示差屈折率検出器(島津製作所社製,RID−10A)及びUV−vis検出器(島津製作所社製,SPD−10A)
サンプル:試料1mgをオルトジクロロベンゼン(200mg)に溶解させた液1μL
移動相:オルトジクロロベンゼン
流速:1.0mL/min
温度:80℃
解析:LC−Solution(島津製作所社製)
The polystyrene-reduced weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were determined by gel permeation chromatography (GPC). Molecular weight distribution (PDI) represents Mw / Mn. Gel permeation chromatography (GPC) measurement was performed under the following conditions.
Column: PolymerLaboratories GPC column (PLgel MIXED-B 10 μm, inner diameter 7.5 mm, length 30 cm) 2 connected in series Pump: LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation)
Oven: CTO-10A (manufactured by Shimadzu Corporation)
Detector: differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation, RID-10A) and UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation, SPD-10A)
Sample: 1 μL of 1 mg sample dissolved in orthodichlorobenzene (200 mg)
Mobile phase: orthodichlorobenzene Flow rate: 1.0 mL / min
Temperature: 80 ° C
Analysis: LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation)

[有機活性層塗布液の作製]
合成例1で得られたコポリマー、及びn型半導体化合物としてC60PCBMとC70PCBMとの混合物(フロンティアカーボン社製 NanomSpectra−E123)を、質量比が1:2.5となるように混合し、混合物が3.2質量%の濃度となるように窒素雰囲気中でオルトキシレンとテトラリンとの混合溶媒(体積比9:1)に溶解させた。この溶液をホットスターラー上で80℃の温度にて1時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を孔径1μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過することにより、有機活性層塗布液を得た。
[Preparation of organic active layer coating solution]
The copolymer obtained in Synthesis Example 1 and a mixture of C 60 PCBM and C 70 PCBM (Nanom Spectra-E123 manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) as an n-type semiconductor compound were mixed so that the mass ratio was 1: 2.5. The mixture was dissolved in a mixed solvent of orthoxylene and tetralin (volume ratio 9: 1) in a nitrogen atmosphere so that the mixture had a concentration of 3.2% by mass. This solution was stirred and mixed on a hot stirrer at a temperature of 80 ° C. for 1 hour. The solution after stirring and mixing was filtered through a polytetrafluoroethylene (PTFE) filter having a pore size of 1 μm to obtain an organic active layer coating solution.

[実施例5−1]
実施例1−1と同様にして、無色透明のインク(S1)を調製した。
[Example 5-1]
A colorless and transparent ink (S1) was prepared in the same manner as in Example 1-1.

次に、155nmの厚みでインジウムスズ酸化物(ITO)透明導電膜をパターン堆積したガラス基板を、アセトンを用いた超音波洗浄、イソプロパノールを用いた超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローを行った。   Next, the glass substrate on which a transparent conductive film of indium tin oxide (ITO) with a thickness of 155 nm is deposited is cleaned in the order of ultrasonic cleaning using acetone and ultrasonic cleaning using isopropanol, followed by nitrogen blowing. It was.

洗浄した基板に、実施例1−1と同様の方法により調整したインク(S1)を1mL滴下後、スピンコーターACT−300DII(アクティブ社製)を用いて、制御していない大気雰囲気下(23℃、湿度70%)、6000rpm、30秒間の条件でスピンコートした。その後、150℃、10分間の加熱処理を行うことで、約55nmの酸化亜鉛含有層からなる電子取り出し層を形成した。   After 1 mL of the ink (S1) prepared by the same method as in Example 1-1 was dropped on the cleaned substrate, the spin coater ACT-300DII (manufactured by Active Co., Ltd.) was used in an uncontrolled atmosphere (23 ° C. , Humidity 70%), spin coating at 6000 rpm for 30 seconds. Thereafter, a heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes was performed to form an electron extraction layer composed of a zinc oxide-containing layer of about 55 nm.

続けて、電子取り出し層上に、有機活性層塗布液を、スピンコーターMS−A100(ミカサ社製)を用いて窒素雰囲気下でスピンコートすることで、厚さ約300nmの有機活性層を形成した。その後、ホットプレートを用いて、140℃で10分間加熱した。   Subsequently, an organic active layer having a thickness of about 300 nm was formed on the electron extraction layer by spin coating the organic active layer coating solution in a nitrogen atmosphere using a spin coater MS-A100 (manufactured by Mikasa). . Then, it heated at 140 degreeC for 10 minute (s) using the hotplate.

次に、有機活性層上に、厚さ5nmの三酸化モリブデン(MoO3)層を抵抗加熱型真空蒸着法により成膜することで、正孔取り出し層を形成した。 Next, a molybdenum trioxide (MoO 3 ) layer having a thickness of 5 nm was formed on the organic active layer by a resistance heating vacuum deposition method, thereby forming a hole extraction layer.

さらに、正孔取り出し層上に、厚さ100nmの銀電極を抵抗加熱型真空蒸着法により成膜することにより、5mm角の光電変換素子を作製した。   Furthermore, a silver electrode having a thickness of 100 nm was formed on the hole extraction layer by a resistance heating vacuum deposition method, thereby producing a 5 mm square photoelectric conversion element.

照射光源としてエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cm2のソーラシミュレータを用い、ソースメータ2400型(ケースレーインスツルメンツ社製)により、作製した光電変換素子の電流電圧特性を4mm角のメタルマスクを付けて測定した。開放電圧Voc[V]、短絡電流密度Jsc[mA/cm2]、形状因子FF、及び光電変換効率PCE[%]の測定結果を表4に示す。 Using a solar simulator with an air mass (AM) of 1.5 G and an irradiance of 100 mW / cm 2 as the irradiation light source, the current-voltage characteristics of the produced photoelectric conversion element using a source meter 2400 (manufactured by Keithley Instruments) are shown as a 4 mm square metal mask. And measured. Table 4 shows the measurement results of the open circuit voltage Voc [V], the short circuit current density Jsc [mA / cm 2 ], the form factor FF, and the photoelectric conversion efficiency PCE [%].

ここで、開放電圧Vocとは、電流値=0(mA/cm2)の際の電圧値(V)であり、短絡電流密度Jscとは、電圧値=0(V)の際の電流密度(mA/cm2)である。形状因子(FF)とは、内部抵抗を表すファクターであり、最大出力点をPmaxとすると次式で表される。
FF = Pmax/(Voc×Jsc)
また、光電変換効率PCEは、入射エネルギーをPinとすると次式で与えられる。
PCE = Pmax/Pin×100
= Voc×Jsc×FF/Pin×100
Here, the open circuit voltage Voc is the voltage value (V) when the current value = 0 (mA / cm 2 ), and the short circuit current density Jsc is the current density when the voltage value = 0 (V) ( mA / cm 2 ). The form factor (FF) is a factor representing the internal resistance, and is represented by the following expression when the maximum output point is Pmax.
FF = Pmax / (Voc × Jsc)
Further, the photoelectric conversion efficiency PCE is given by the following equation when the incident energy is Pin.
PCE = Pmax / Pin × 100
= Voc x Jsc x FF / Pin x 100

[実施例5−2]
インク(S1)の代わりに、実施例3−4と同様の方法により得られた無色透明のインク(S10)を用いて、さらに電子取り出し層の膜厚が42nmであること以外は、実施例5−1と同様の方法により、5mm角の光電変換素子を作製し、変換効率を測定した。得られた結果を表4に示す。
[Example 5-2]
Example 5 except that the colorless and transparent ink (S10) obtained by the same method as in Example 3-4 was used instead of the ink (S1), and the thickness of the electron extraction layer was 42 nm. The photoelectric conversion element of 5 mm square was produced by the method similar to -1, and the conversion efficiency was measured. Table 4 shows the obtained results.

[実施例5−3]
インク(S1)の代わりに、実施例3−3と同様の方法により得られた無色透明のインク(S9)を用いて、さらに電子取り出し層の膜厚が41nmであること以外は、実施例5−1と同様の方法により、5mm角の光電変換素子を作製し、変換効率を測定した。得られた結果を表4に示す。
[Example 5-3]
Example 5 except that the colorless and transparent ink (S9) obtained by the same method as in Example 3-3 was used instead of the ink (S1), and the film thickness of the electron extraction layer was 41 nm. The photoelectric conversion element of 5 mm square was produced by the method similar to -1, and the conversion efficiency was measured. Table 4 shows the obtained results.

[実施例5−4]
インク(S1)の代わりに、ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)及びポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1、54mg)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解して調整した無色透明のインク(S13)を用いて、さらに電子取り出し層の膜厚が83nmであること以外は、実施例5−1と同様の方法により、5mm角の光電変換素子を作製し、変換効率を測定した。得られた結果を表4に示す。
[Example 5-4]
Instead of the ink (S1), zinc diacrylate (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) and polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd. ESREC BM-1, 54 mg) were added with ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 9 .1 g) and toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 0.3 g) and using a colorless and transparent ink (S13) prepared and adjusted, except that the thickness of the electron extraction layer is 83 nm. A 5 mm square photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 5-1, and the conversion efficiency was measured. Table 4 shows the obtained results.

[実施例5−5]
インク(S1)の代わりに、ジアクリル酸亜鉛(日本触媒社製,600mg,2.89mmol)及びポリビニルブチラール(積水化学工業社製エスレックBM−1、81mg)をエタノール(和光純薬工業社製,9.1g)とトルエン(和光純薬工業社製,0.3g)に溶解して調整した無色透明のインク(S14)を用いて、さらに電子取り出し層の膜厚が140nmであること以外は、実施例5−1と同様の方法により、5mm角の光電変換素子を作製し、変換効率を測定した。得られた結果を表4に示す。
[Example 5-5]
Instead of the ink (S1), zinc diacrylate (Nippon Shokubai Co., Ltd., 600 mg, 2.89 mmol) and polyvinyl butyral (Sekisui Chemical Co., Ltd., ESREC BM-1, 81 mg) were mixed with ethanol (Wako Pure Chemical Industries, 9 0.1 g) and toluene (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 0.3 g), and using a colorless and transparent ink (S14) prepared and adjusted, except that the thickness of the electron extraction layer is 140 nm. A 5 mm square photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 5-1, and the conversion efficiency was measured. Table 4 shows the obtained results.

[実施例5−6]
インク(S1)の代わりに、実施例1−2の方法により得られたインク(S2)を用いて、さらに電子取り出し層の膜厚が140nmであること以外は、実施例5−1と同様の方法により、5mm角の光電変換素子を作製し、変換効率を測定した。得られた結果を表4に示す。
[Example 5-6]
Instead of the ink (S1), using the ink (S2) obtained by the method of Example 1-2, and the thickness of the electron extraction layer is 140 nm, the same as in Example 5-1. A 5 mm square photoelectric conversion element was prepared by the method, and the conversion efficiency was measured. Table 4 shows the obtained results.

[実施例5−7]
インク(S1)の代わりに、実施例1−4の方法により得られたインク(S4)を用いて、さらに電子取り出し層の膜厚が50nmであること以外は、実施例5−1と同様により、5mm角の光電変換素子を作製し、変換効率を作製し、変換効率を測定した。得られた結果を表4に示す。
[Example 5-7]
Instead of the ink (S1), the ink (S4) obtained by the method of Example 1-4 was used, and the thickness of the electron extraction layer was 50 nm. A 5 mm square photoelectric conversion element was prepared, conversion efficiency was prepared, and conversion efficiency was measured. Table 4 shows the obtained results.

[比較例5−1]
インク(S1)の代わりに、比較例2−1の方法により得られたインク(S8)を用いて、制御された雰囲気下(25℃、湿度10%)で塗布を行い、150℃、10分間の処理することにより44nmの電子取り出し層を形成した以外は、実施例5−1と同様の方法により、5mm角の光電変換素子を作製し、変換効率を測定した。得られた結果を表4に示す。
[Comparative Example 5-1]
The ink (S8) obtained by the method of Comparative Example 2-1 was used in place of the ink (S1), and coating was performed in a controlled atmosphere (25 ° C., humidity 10%), and 150 ° C. for 10 minutes. A 5 mm square photoelectric conversion element was prepared in the same manner as in Example 5-1, except that a 44 nm electron extraction layer was formed by the above treatment, and the conversion efficiency was measured. Table 4 shows the obtained results.

Figure 2016113538
Figure 2016113538

表4における、酸化亜鉛含有層中のポリビニルアセタール樹脂の含有率(質量%)は、酸化亜鉛含有層形成用組成物中のジアクリル酸亜鉛が全て酸化亜鉛に変換し、かつ組成物中のポリビニルアセタール樹脂が分解することなく、溶媒が層中に残っていない仮定のもとに、組成物の比から計算した。   The content (mass%) of the polyvinyl acetal resin in the zinc oxide-containing layer in Table 4 is that all the zinc diacrylate in the composition for forming a zinc oxide-containing layer is converted to zinc oxide, and the polyvinyl acetal in the composition Calculations were made from the composition ratios on the assumption that the resin did not decompose and no solvent remained in the layer.

表4の結果から、金属酸化物含有層中に、ポリビニルアセタール樹脂が含有されることにより、電圧及びFFが向上し、光電変換効率(PCE)が向上している。この結果から、ポリビニルアセタール樹脂は絶縁性であり、個々の電子の伝導パスが阻害される可能性が考えられたが、ポリビニルアセタール樹脂の存在により、酸化亜鉛の結晶性が向上し、また、酸化亜鉛粒子間の接触性が向上するために、電子の伝導パスが増加したものと考えられる。   From the result of Table 4, when the polyvinyl acetal resin is contained in the metal oxide-containing layer, the voltage and FF are improved and the photoelectric conversion efficiency (PCE) is improved. From this result, it was considered that the polyvinyl acetal resin is insulative and the conduction path of individual electrons may be obstructed. However, the presence of the polyvinyl acetal resin improves the crystallinity of zinc oxide, and the oxidation. It is considered that the conduction path of electrons increased due to the improved contact between the zinc particles.

以上の実施例1〜5より、本発明は、高い電気的特性及び適度な膜硬度を有する金属酸化物含有層を簡易に形成できる組成物、該金属酸化物含有層を備えた電子デバイス、及び該電子デバイスを簡易に製造するための方法を提供できるといえる。   From Examples 1 to 5 described above, the present invention provides a composition that can easily form a metal oxide-containing layer having high electrical characteristics and appropriate film hardness, an electronic device including the metal oxide-containing layer, and It can be said that a method for easily manufacturing the electronic device can be provided.

51 半導体層
52 絶縁体層
53、54 ソース電極及びドレイン電極
55 ゲート電極
56 基材
31 基材
32 陽極
33 正孔注入層
34 正孔輸送層
35 発光層
36 電子輸送層
37 電子注入層
38 陰極
39 電界発光素子
101 カソード
102 電子取り出し層
103 活性層
104 正孔取り出し層
105 アノード
106 基材
107 光電変換素子
1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
51 Semiconductor layer 52 Insulator layers 53 and 54 Source electrode and drain electrode 55 Gate electrode 56 Base material 31 Base material 32 Anode 33 Hole injection layer 34 Hole transport layer 35 Light emitting layer 36 Electron transport layer 37 Electron injection layer 38 Cathode 39 Electroluminescent device 101 Cathode 102 Electron extraction layer 103 Active layer 104 Hole extraction layer 105 Anode 106 Base material 107 Photoelectric conversion device 1 Weather-resistant protective film 2 UV cut film 3, 9 Gas barrier film 4, 8 Getter material film 5, 7 Sealing Stop material 6 Solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Solar cell module 14 Thin film solar cell

Claims (8)

式(I)で表される不飽和カルボン酸金属塩と、ポリビニルアセタール樹脂と、を含有する金属酸化物含有層形成用組成物。
Figure 2016113538
(式(I)中、R1、R2及びR3は、それぞれ独立して水素原子又は任意の置換基であり、Mはm価の金属原子であり、mは2以上5以下の整数である。m個のCR12=CR3−COO-は、同じであっても互いに異なっていてもよい。)
A metal oxide-containing layer forming composition comprising an unsaturated carboxylic acid metal salt represented by the formula (I) and a polyvinyl acetal resin.
Figure 2016113538
(In the formula (I), R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom or an arbitrary substituent, M is an m-valent metal atom, and m is an integer of 2 or more and 5 or less. M m CR 1 R 2 ═CR 3 —COO may be the same or different from each other.)
前記不飽和カルボン酸金属塩を構成する炭素数が3以上12以下である請求項1に記載の金属酸化物含有層形成用組成物。   The metal oxide-containing layer forming composition according to claim 1, wherein the unsaturated carboxylic acid metal salt has 3 to 12 carbon atoms. 前記式(I)中、R1、R2及びR3がそれぞれ独立して、水素原子又は置換基を有していてもよいアルキル基である請求項1又は2に記載の金属酸化物含有層形成用組成物。 3. The metal oxide-containing layer according to claim 1 , wherein, in the formula (I), R 1 , R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group which may have a substituent. Forming composition. 前記式(I)中、Mが周期表第4周期の遷移金属元素、周期表第12族元素、周期表第13族元素、及び周期表第14族元素から選ばれるいずれかの金属原子である請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属酸化物含有層形成用組成物。   In the formula (I), M is any metal atom selected from a transition metal element in the fourth period of the periodic table, a group 12 element of the periodic table, a group 13 element of the periodic table, and a group 14 element of the periodic table. The composition for forming a metal oxide-containing layer according to any one of claims 1 to 3. 前記式(I)中、Mが亜鉛原子である請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属酸化物含有層形成用組成物。   In the said formula (I), M is a zinc atom, The composition for metal oxide containing layer formation of any one of Claims 1-4. 金属酸化物含有層を備えた電子デバイスの製造方法であって、前記金属酸化物含有層の製造工程は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属酸化物含有層形成用組成物を塗布する工程と、前記塗布後に熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。   It is a manufacturing method of the electronic device provided with the metal oxide content layer, Comprising: The manufacturing process of the said metal oxide content layer is a metal oxide content layer formation composition given in any 1 paragraph of Claims 1-5. The manufacturing method of the electronic device characterized by including the process of apply | coating and the process of heat-processing after the said application | coating. 電子デバイスが光電変換素子である請求項6に記載の電子デバイスの製造方法。   The method of manufacturing an electronic device according to claim 6, wherein the electronic device is a photoelectric conversion element. 金属酸化物と、ポリビニルアセタール樹脂と、を含む金属酸化物含有層を有する電子デバイスであって、前記金属酸化物含有層中のポリビニルアセタール樹脂の含有率が1質量%以上、60質量%以下であることを特徴とする電子デバイス。   An electronic device having a metal oxide-containing layer containing a metal oxide and a polyvinyl acetal resin, wherein the content of the polyvinyl acetal resin in the metal oxide-containing layer is 1% by mass or more and 60% by mass or less. An electronic device characterized by being.
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