JP2016164128A - 有機化合物、有機材料薄膜、光電変換層、光電変換層形成用溶液、および光電変換素子 - Google Patents
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Abstract
Description
非特許文献1には、比較的吸収波長が短波長な材料が公開されており、擬似太陽光下において比較的高い電流値を示す有機材料が公開されている。しかしながら、前記非特許文献1においては、低照度での特性は明記されていない。
そこで本発明は上記課題を鑑み、溶解性が高く、室内光のような微弱光の場合であっても高い変換効率を示す有機化合物を提供することを目的とする。
本発明において光電変換素子とは、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子あるいは電気エネルギーを光エネルギーに変換する素子を表し、具体的には太陽電池あるいはフォトダイオード等が挙げられる。
以下、詳細を説明する。
本発明の有機化合物は、下記一般式(1)で表される。
R2は炭素数2〜12のアルキル基を表すが、そのアルキル基としては、上記に挙げたもの、オクチル基、デシル基等が挙げられ、好ましくはエチル基である。
R3は炭素数2〜12のアルキル基を表すが、そのアルキル基としては、上記に挙げたもの、オクチル基、デシル基等が挙げられ、好ましくはブチル基である。
R4、R5は炭素数6〜12のアルキル基を表すが、そのアルキル基としては、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基等が挙げられ、好ましくはヘキシル基である。
チオフェンの3位もしくは4位がアルキル化されたブロモチオフェンの5位をホルミル化し、ホルミル基を持つチオフェン誘導体を得る。ホルミル化の方法は一般的なものが用いられ、特にビルスマイヤー反応と呼ばれるオキシ塩化リンとジメチルホルムアミドやジメチルホルムアニリド等とで行なわれるものが好ましい。その他にはリチウムジイソプロピルアミド等の求核性の低い有機リチウム化合物による水素引き抜き反応→リチオ化を経、DMF等でホルミル化を行なう方法でも構わない。
得られたホルミル基を持つチオフェン誘導体と1,3−インダンジオンとを脱水縮合させることにより、ブロモ化チオフェン−インダンジオン誘導体を得る。脱水縮合の方法は一般的な方法を用いることが出来る。例えば、溶媒中、酢酸や塩酸等の酸触媒存在下で加熱する方法、溶媒存在下、ピリジン、ピペリジン等有機塩基触媒存在下で過熱する方法、特に好ましいのは無水酢酸中で加熱する方法である。前記溶媒は一般的なものを用いることが出来、例えば、トルエン、黒路ベンゼン、THF、1,4−ジオキサン、DMF,NMP、1,2−ジクロロエタン、エタノール、IPA等が挙げられる。
得られたブロモ化チオフェン-インダンジオン誘導体とアルキルスズ化されたベンゾジチオフェン誘導体とをstilleカップリングにより反応させることで一般式(1)に示す化合物を得ることが出来る。Stilleカップリングについては、Org. React. 1997, 50, 1.等に記載されている一般的な方法を用いることが出来る。R6は炭素が1から4のアルキル基を表す。
前記一般式(1)で表される本発明の有機化合物はp型有機半導体材料(以下、p型有機材料という)である。
従って、本発明の有機化合物はn型有機半導体材料(以下、n型有機材料という)と組み合わせて薄膜(有機材料薄膜)とし、これを半導体素子等を構成する部材として使用することができる。
本発明の有機材料薄膜は、本発明の前記有機化合物と、n型有機材料とを少なくとも含み、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
前記有機材料薄膜は、p型有機材料とn型有機材料とを含有し、前記一般式(1)で表される有機化合物をp型有機材料として使用する。なお、他のp型有機材料を含んでいても構わない。
前記他のp型有機材料としては、例えば、ポリチオフェン化合物、ポリフェニレンビニレン化合物、ポリフルオレン化合物、ポリフェニレン化合物等の高分子材料、各種ポルフィリンやフタロシアニン等の低分子材料などが挙げられる。
前記フラーレン誘導体としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。該市販品としては、例えば、PC71BM(フェニルC71酪酸メチルエステル)、PC61BM、フラーレンインデン2付加体などが挙げられる。
なお、前記n型有機材料だけではなく、酸化亜鉛、酸化チタン等の無機化合物を用いてもよい。
前記バルクヘテロ接合を形成するためには、溶解性の高い材料の場合には溶剤に溶かし、p型有機材料及びn型有機材料が分子状で混合された溶液を作製し、塗布後に乾燥させて溶剤を除去して形成することが可能である。更に加熱処理をして、各々の半導体の凝集状態を最適化することもできる。
前記一般式(1)で表される有機化合物とn型有機材料の質量比率は、2:1〜1:2であることが好ましい。
例えば、スピンコート塗布を行う場合には、前記一般式(1)で表される構造を有する有機化合物、及びn型有機材料が5mg/mL〜30mg/mLの濃度(前記一般式(1)で表される構造を有する有機化合物とn型有機材料と溶媒を含む溶液の体積に対する、前記一般式(1)で表される構造を有する有機化合物とn型有機材料の質量)であることが好ましく、この濃度にすることで均質な有機材料薄膜を容易に作製することができる。
本発明の光電変換層は、本発明の前記有機化合物と、n型有機材料とを少なくとも含有してなる。前記した有機材料薄膜を光電変換層の材料として使用することができる。
本発明の光電変換層は、本発明の前記有機化合物と、n型有機材料と、有機溶媒とを少なくとも含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる光電変換層形成用溶液を用いることにより形成される。
前記有機化合物の含有量は、光電変換層形成用溶液全量に対して、0.5質量%〜10質量%が好ましい。
前記n型有機材料としては、例えば、フラーレン、フラーレン誘導体などが挙げられる。これらの中でも、電荷分離、電荷輸送の点から、フラーレン誘導体が好ましい。
前記フラーレン誘導体としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。該市販品としては、例えば、PC71BM(フェニルC71酪酸メチルエステル)、PC61BM、フラーレンインデン2付加体などが挙げられる。
なお、前記n型有機材料だけではなく、酸化亜鉛、酸化チタン等の無機化合物を用いてもよい。
前記n型有機材料の含有量は、光電変換層形成用溶液全量に対して、0.5質量%〜10質量%が好ましい。
クロロナフタレンを添加することにより、光電変換層のp型とn型の相分離構造が光電変換に最適な構造に近づくため、光電変換能が向上する。
本発明の光電変換素子は、基板上に第一の電極、電子輸送層、光電変換層、正孔輸送層、第二の電極が順次積層されてなる光電変換素子、又は基板上に第一の電極、正孔輸送層、光電変換層、電子輸送層、第二の電極が順次積層されてなる光電変換素子であることが好ましく、前記光電変換層が本発明の有機材料薄膜を有する。
ここで、本発明の光電変換素子について図面を参照して説明する。
図1は、基板1上に、第一の電極2、電子輸送層3、光電変換層4、正孔輸送層5、第二の電極6が順次設けられた構成である。図2は、基板1上に、第一の電極2、正孔輸送層5、光電変換層4、電子輸送層3、第二の電極6が順次設けられた構成である。
本発明に用いられる基板としては、特に制限されるものではなく、公知のものを用いることができる。基板1は透明な材質のものが好ましく、例えばガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体等が挙げられる。
電極は、少なくともいずれか一方は可視光に対して透明なものを使用し、他方は透明であっても不透明であっても構わない。
前記可視光に対して透明な電極としては、特に制限はなく、通常の光電変換素子又は液晶パネル等に用いられる公知のものを使用でき、例えば、スズドープ酸化インジウム(以下、「ITO」と称する)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、「FTO」と称する)、アンチモンドープ酸化スズ(以下、「ATO」と称する)、アルミニウムやガリウムがドープされた酸化亜鉛(以下、それぞれを「AZO」、「GZO」と称する)等の導電性金属酸化物が挙げられる。
前記可視光に対して透明な電極の平均厚みは、5nm〜10μmが好ましく、50nm〜1μmがより好ましい。
更に、基板抵抗を下げる目的で、金属リード線等を用いてもよい。前記金属リード線の材質としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。前記金属リード線は、基板に蒸着、スパッタリング、圧着等で設置し、その上にITOやFTOを設ける方法が挙げられる。
電子輸送層を形成する材料としては、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電子受容性有機材料(例えば、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、フラーレン化合物、カーボンナノチューブ(CNT)、CN−PPV等)、酸化亜鉛、酸化チタン、フッ化リチウム、カルシウム金属等の無機材料をゾルゲル法やスパッタリングで形成して用いることができる。図2に示す順型構成の光電変換素子の場合にはフッ化リチウムが好ましく、図1に示す逆型構成の光電変換素子の場合には酸化亜鉛が好ましい。
前記電子輸送層の平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、できるだけ全面を薄く覆うことが好ましく、10nm〜60nmがより好ましい。
正孔輸送層を設けて、正孔の収集効率を向上させることができる。具体的には、PEDOT:PSS(ポリエチレンジオキシチオフェン:ポリスチレンスルホン酸)のような導電性高分子、芳香族アミン誘導体のようなホール輸送性有機化合物、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ニッケル等の正孔輸送性を有する無機化合物をスピンコート、ゾルゲル法やスパッタリングで形成する。本発明においては酸化モリブデンを設けることが好ましい。
前記正孔輸送層の平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、できるだけ全面を薄く覆うことが好ましく、1nm〜50nmがより好ましい。
前記光電変換層としては、本発明の前記有機材料薄膜を有する。
前記光電変換層の平均厚みは、50nm〜400nmが好ましく、60nm〜250nmがより好ましい。前記平均厚みが、50nm未満であると、光電変換層による光吸収が少なくキャリア発生が不充分となることがあり、400nmを超えると、光吸収により発生したキャリアの輸送効率が一段と低下することがある。
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガスバリア層、保護層、バッファ層などが挙げられる。
前記ガスバリア層の材料としては、例えば、窒化珪素、酸化珪素等の無機物などが挙げられる。
例えば、基板1/第一の電極2/正孔輸送層5/第1の光電変換層4/中間電極/第2の光電変換層/電子輸送層3/第二の電極6という積層構成などが挙げられる。このように積層することにより、開放電圧を向上させることができる。
このような積層構成の場合には、光電変換層の少なくとも1層が前記一般式(1)で表される有機化合物を含む有機材料薄膜を有し、他の層には、短絡電流を低下させないために、前記一般式(1)で表される有機化合物とは吸収波長の異なる他の有機材料を含むことが好ましい。
近年、特に環境発電素子としては、微弱な光でも効率よく発電する光電変換素子が必要とされている。微弱光の代表として、LEDライトや蛍光灯などが挙げられる。それらは主に室内で用いられ、特に室内光と呼ぶ。それらの光の照度は20Luxから1000Lux程度であり、太陽の直射光(およそ100000Lux)と比較し、非常に微弱な光である。
本発明の光電変換素子は、上記室内光のような微弱光の場合であっても高い変換効率を示し、発生した電流を制御する回路基盤等と組み合わせることにより電源装置に応用できる。このような電源装置を利用している機器類として、例えば、電子卓上計算機や腕時計が挙げられる。この他、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等に本発明の光電変換素子を有する電源装置を適用することができる。また、充電式や乾電池式の電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源として本発明の光電変換素子を有する電源装置を用いることもできる。さらには、イメージセンサーとして応用も可能である。
4つ口フラスコにDMF 30mlをいれ、氷浴にて0℃に冷却した。そこにPOCl3を徐々に滴下した。滴下終了後、室温まで暖め、2-bromo-3-hexylthiophene(東京化成製)(5.0g,20.2mmol)を添加した。混合物を80℃で3時間攪拌した。その後、反応液を炭酸水素ナトリウムで中和し、酢酸エチルにて有機層を抽出した。有機層をMgSO4で乾燥させ、ろ過し、減圧濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラム(シクロヘキサン→トルエン)で精製し、A(2-bromo-3-hexyl-5-thiophenecarboxyaldehyde)(3.2g,10.9mmol)を得た。
A(2.0g,7.29mmol),1,3-indanedione(東京化成製)(1.17g,8.02mmol),アセトニトリル(20ml)をなすフラスコにいれ、攪拌した。ピペリジンを1ml加え、反応液を3時間還流した。生成した沈殿物をろ取し、メタノールで3回洗浄し、黄色粉末のB(2.1g,5.22mmol)を得た。
B(0.47g,1.16mmol)、2,6-Bis(trimethyltin)-4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b :4,5-b']dithiophene(Luminescence technology corp製)(0.5g,0.55mmol),Pd(PPh3)4(80mg),トルエン20mlを4つ口フラスコにいれ、アルゴン置換した。混合物を5時間還流した。反応物から溶媒を留去した後、シリカゲルクロマトグラフィー(トルエン)にて精製し、例示化合物1(0.4g、0.32mmol)を得た。質量分析により同定を行い、例示化合物1が得られていることを確認した。(exact mass=1222.4に対し、M/Z=1223.4(M+H))
また元素分析において、理論値C,72.63;H,6.42;O,5.23;S,15.72に対し、C:72.51,H:6.56であった。
酢酸亜鉛(aldrich社製)1g,エタノールアミン(aldrich社製)0.28g,メトキシエタノール(和光社製)10mlを終夜室温で撹拌し、酸化亜鉛前駆体溶液を調整した。ITO付きガラス基板上に酸化亜鉛前駆体溶液を膜厚20nmになるようにスピンコートで塗布し、200℃で10分乾燥後、電子輸送層を形成した。
(光電変換層の作製)
例示化合物1を7.5mg、PC71BM(frotier carbon社製)7.5mgをクロロホルム1mlに溶解させ、光電変換層形成用溶液を作製した。上記電子輸送層上に光電変換層形成用溶液を膜厚100nmになるようスピンコートを用いて塗布し、光電変換層を形成した。
(正孔輸送層、金属電極の作製)
光電変換層上に酸化モリブデン(高純度化学社製)を20nm、銀を100nm順次真空蒸着にて形成して光電変換素子を作製した。
白色LEDはコスモテクノ社製デスクランプCDS−90α(スタディーモード)、評価機器はNF回路設計ブロック社製太陽電池評価システムAs−510−PV03にて測定した。結果を表1に示す。
実施例1において、光電変換層形成用溶液を作製する際、クロロホルムに1vol%になるよう1−クロロナフタレンを添加した以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
実施例2において、光電変換層の作製における例示化合物1を例示化合物2に変えた以外は実施例2と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
[実施例4]
実施例2において、光電変換層の作製における例示化合物1を例示化合物3に変えた以外は実施例2と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
[実施例5]
実施例2において、光電変換層の作製における例示化合物1を例示化合物4に変えた以外は実施例2と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
(正孔輸送層の作製)
ITO付ガラス基板上に、PEDOT:PSS(ポリエチレンジオキシチオフェン:ポリスチレンスルホン酸,H.C.Stark社CleviosP VP AI4083)溶液をスピンコート法で膜厚20nmになるよう塗布し、130℃で10分間乾燥した。
(光電変換層の作製)
例示化合物1を7.5mg、PC71BM(frotier carbon社製)7.5mgクロロホルム1mlに溶解させ、光電変換層形成用溶液を作製した。上記記載の正孔輸送層上に光電変換層形成用溶液を膜厚100nmになるようスピンコートを用いて塗布し、光電変換層を形成した。
(電子輸送層、第二の電極の作製)
次に、真空蒸着法により、1×10-6Torr下で、前記光電変換層上に、フッ化リチウムを1nm、Al電極を80nmとなるように成膜し、光電変換素子を作製した。
得られた光電変換素子を実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
実施例2において、光電変換層形成用溶液を作製する際、例示化合物1を15mg,PC71BMを15mgにした以外は実施例2と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
[実施例8]
実施例2において、光電変換層形成用溶液を作製する際、例示化合物1を9mg,PC71BMを6mgにした以外は実施例2と同様に光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
[実施例9]
実施例2において、光電変換層形成用溶液を作製する際、例示化合物1を6.7mg,PC71BMを8.3mgにした以外は実施例2と同様に光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
実施例1において、光電変換層形成用溶液を作製する際、例示化合物1を非特許文献1に記載の下記比較化合物1に変更した以外は実施例1と同様にして、光電変換素子を作製し、評価した。比較化合物1は非特許文献1に記載の方法で合成した。
比較例1において、光電変換層形成用溶液を作製する際、比較化合物1を9mg,PC71BMを6mgにした以外は比較例1と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
(比較例3)
比較例1と同様な方法において、比較化合物1を15mg,PC71BMを15mgにし、光電変換層形成用溶液を作製したが、不溶成分が沈殿していた。したがって素子の作製ができなかった。
(比較例4)
実施例6において、光電変換層形成用溶液を作製する際、例示化合物1を比較化合物1に変えた以外は実施例6と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
実施例2において、光電変換層形成用溶液を作製する際、例示化合物1を下記に示す構造を有するPTB7(1-material社製)6mgに変え,PC71BMを9mgに変え、1−クロロナフタレンを1,8−ジヨードオクタンに変え、溶媒をクロロベンゼンに変えた以外は実施例2と同様にして光電変換素子を作製し、評価した。
結果を表1に示す。
2 第一の電極
3 電子輸送層
4 光電変換層
5 正孔輸送層
6 第二の電極
Claims (9)
- 請求項1に記載の有機化合物と、n型有機材料とを少なくとも含むことを特徴とする有機材料薄膜。
- 前記n型有機材料が、フラーレン誘導体であることを特徴とする請求項2に記載の有機材料薄膜。
- 請求項2又は3に記載の有機材料薄膜からなることを特徴とする光電変換層。
- 請求項1に記載の有機化合物と、n型有機材料と、有機溶媒と、を少なくとも含むことを特徴とする光電変換層形成用溶液。
- 前記n型有機材料が、フラーレン誘導体であることを特徴とする請求項5に記載の光電変換層形成用溶液。
- 基板上に第一の電極、電子輸送層、光電変換層、正孔輸送層、第二の電極が順次積層されてなる光電変換素子であって、
前記光電変換層が請求項4に記載の光電変換層であることを特徴とする光電変換素子。 - 基板上に第一の電極、正孔輸送層、光電変換層、電子輸送層、第二の電極が順次積層されてなる光電変換素子であって、
前記光電変換層が請求項4に記載の光電変換層であることを特徴とする光電変換素子。 - 前記電子輸送層が金属酸化物からなることを特徴とする請求項7又は8に記載の光電変換素子。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018107350A (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 株式会社リコー | 光電変換素子 |
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JP2018157102A (ja) * | 2017-03-17 | 2018-10-04 | 株式会社リコー | 光電変換素子及び太陽電池 |
JP2020120040A (ja) * | 2019-01-25 | 2020-08-06 | 株式会社リコー | 光電変換素子、機器、及び電源モジュール |
JP2021163811A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 三菱ケミカル株式会社 | 有機半導体デバイス |
JP2021163810A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 三菱ケミカル株式会社 | 有機半導体デバイス |
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Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7003661B2 (ja) * | 2015-08-19 | 2022-01-20 | ソニーグループ株式会社 | 絶縁材料、電子デバイス及び撮像装置、並びに、電子デバイスの製造方法及び絶縁材料の成膜方法 |
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WO2019090229A1 (en) * | 2017-11-06 | 2019-05-09 | The Regents Of The University Of Michigan | Organic photovoltaic cells and non-fullerene acceptors thereof |
JP2020025068A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-13 | 株式会社リコー | 光電変換素子、光電変換素子モジュール、有機薄膜太陽電池、電子機器、及び電源モジュール |
JP2022085070A (ja) | 2020-11-27 | 2022-06-08 | 株式会社リコー | 光電変換モジュール、電子機器、及び電源モジュール |
JP2022085206A (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-08 | 株式会社リコー | 光電変換モジュール、電子機器、及び電源モジュール |
CN115010724A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-09-06 | 北京化工大学 | 一种基于a-d-a型小分子受体的齐聚物的制备方法以及应用 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103788111A (zh) * | 2012-10-26 | 2014-05-14 | 中国科学院化学研究所 | 一种可溶液加工两维共轭有机分子光伏材料及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3134458B1 (en) * | 2010-01-05 | 2023-11-01 | Raynergy Tek Inc. | Photovoltaic cell with benzodithiophene-containing polymer |
JP2014067925A (ja) * | 2012-09-26 | 2014-04-17 | Toshiba Corp | 太陽電池モジュール |
JP2014177409A (ja) | 2013-03-13 | 2014-09-25 | Idemitsu Kosan Co Ltd | アントラジチオフェン化合物、アントラジチオフェン化合物を含む有機薄膜太陽電池材料、及び該有機薄膜太陽電池材料を用いた有機薄膜太陽電池 |
JP6297891B2 (ja) | 2014-04-01 | 2018-03-20 | 株式会社リコー | 有機材料及び光電変換素子 |
TWI474992B (zh) * | 2014-04-29 | 2015-03-01 | Univ Nat Central | 鈣鈦礦薄膜及太陽能電池的製備方法 |
-
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103788111A (zh) * | 2012-10-26 | 2014-05-14 | 中国科学院化学研究所 | 一种可溶液加工两维共轭有机分子光伏材料及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
LU, K. ET AL., ORGANIC ELECTRONICS, vol. 13, JPN6018037724, 2012, pages 3234 - 3243, ISSN: 0003887241 * |
SHEN, S. ET AL., CHEMISTRY OF MATERIALS, vol. 25, JPN6018037721, 2013, pages 2274 - 2281, ISSN: 0003887239 * |
YUAN, J. ET AL., ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS, vol. 23, JPN6018037722, 2013, pages 885 - 892, ISSN: 0003887240 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10062854B2 (en) | 2016-05-20 | 2018-08-28 | Ricoh Company, Ltd. | Organic material and photoelectric conversion element |
JP2018107350A (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 株式会社リコー | 光電変換素子 |
JP7246126B2 (ja) | 2016-12-27 | 2023-03-27 | 株式会社リコー | 光電変換素子 |
JP2018157102A (ja) * | 2017-03-17 | 2018-10-04 | 株式会社リコー | 光電変換素子及び太陽電池 |
JP7073626B2 (ja) | 2017-03-17 | 2022-05-24 | 株式会社リコー | 光電変換素子及び太陽電池 |
US11950503B2 (en) | 2018-03-15 | 2024-04-02 | Ricoh Company, Ltd. | Organic material and photoelectric conversion element |
JP2020120040A (ja) * | 2019-01-25 | 2020-08-06 | 株式会社リコー | 光電変換素子、機器、及び電源モジュール |
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JP2021163811A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 三菱ケミカル株式会社 | 有機半導体デバイス |
JP2021163810A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 三菱ケミカル株式会社 | 有機半導体デバイス |
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