JP2016183290A - Copolymer, photoelectric conversion element, and solar battery module - Google Patents

Copolymer, photoelectric conversion element, and solar battery module Download PDF

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和弘 毛利
Kazuhiro Mori
和弘 毛利
光教 古屋
Mitsunori Furuya
光教 古屋
理恵子 藤田
Rieko Fujita
理恵子 藤田
賢一 佐竹
Kenichi Satake
賢一 佐竹
潤也 河井
Junya Kawai
潤也 河井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a copolymer capable of improving the light resistance of a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element having high light resistance, a solar batter, and a solar battery module.SOLUTION: Provided is a copolymer having a repeating unit represented by formula (I) and a repeating unit represented by formula (II)[D denotes a doner-based monomer unit; A1 denotes an acceptor-based monomer; A2 denotes an acceptor-based monomer unit; Rand Rdenote respectively independently monovalent organic groups; L denotes an alkenylene group, an alkynylene group, a bivalent aromatic hydrocarbon group or a bivalent aromatic heterocyclic group capable of having a substituent (where, the carbon atom position at the α site in the carbon atom composing the L has not substituent or is substituted by a fluorine atom).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明はコポリマー、光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a copolymer, a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module.

有機太陽電池、有機EL素子、有機薄膜トランジスタ、及び有機発光センサー等の有機電子デバイスの半導体材料として、π共役高分子が用いられている。特に有機太陽電池においては、太陽光の吸収効率を向上させることが望まれており、長波長(600nm以上)の光を吸収できるポリマーの開発が重要である。吸収波長の長波長化を達成するために、ドナー性モノマーとアクセプター性モノマーの共重合体(以後、コポリマーと称す場合がある)を光電変換素子に用いた例が報告されている。   A π-conjugated polymer is used as a semiconductor material for organic electronic devices such as organic solar cells, organic EL elements, organic thin film transistors, and organic light emitting sensors. In particular, in an organic solar cell, it is desired to improve sunlight absorption efficiency, and it is important to develop a polymer that can absorb light having a long wavelength (600 nm or more). In order to achieve a longer absorption wavelength, an example in which a copolymer of a donor monomer and an acceptor monomer (hereinafter sometimes referred to as a copolymer) is used for a photoelectric conversion element has been reported.

具体的には、非特許文献1にはイミドチオフェン単位とジチエノシクロペンタジエン単位を有するコポリマーを使用した光電変換素子が記載されている。また、非特許文献1,2,3及び特許文献1には、イミドチオフェン単位とジチエノシロール単位を有するコポリマーを使用した光電変換素子が記載されている。さらに非特許文献2には、イミドチオフェン単位とジチエノゲルモール単位を有するコポリマーを使用した光電変換素子が記載されている。   Specifically, Non-Patent Document 1 describes a photoelectric conversion element using a copolymer having an imidothiophene unit and a dithienocyclopentadiene unit. Non-Patent Documents 1, 2, 3 and Patent Document 1 describe photoelectric conversion elements using a copolymer having an imidothiophene unit and a dithienosilole unit. Further, Non-Patent Document 2 describes a photoelectric conversion element using a copolymer having an imidothiophene unit and a dithienogermol unit.

国際公開第2012/102390号パンフレットInternational Publication No. 2012/102390 Pamphlet

J.Mater.Chem.,2011,21,3895−3902J. et al. Mater. Chem. , 2011, 21, 3895-3902 J.Am.Chem.Soc.,2011,133,10062−10065J. et al. Am. Chem. Soc. , 2011, 133, 10062-10065 Chem.Commun.,2011,47,4920−4922Chem. Commun. , 2011, 47, 4920-4922.

有機薄膜太陽電池は、太陽光に晒される環境下での使用が想定されるため、有機薄膜太陽電池の実用化のためには変換効率の向上のみならず、露光安定性の向上が望まれる。しかし、本発明者らの検討によると、特許文献1及び非特許文献1〜3に記載されるコポリマーを用いた有機薄膜太陽電池は、太陽電池を作製する際、または使用する際に光が照射されるにつれて、変換効率が低下してしまう可能性があることが判明した。これは主に、有機薄膜太陽電池の光電変換素子を構成する材料の上記コポリマーが光により劣化してしまうためであると考えられる。   Since the organic thin film solar cell is assumed to be used in an environment exposed to sunlight, for practical use of the organic thin film solar cell, it is desired to improve not only the conversion efficiency but also the exposure stability. However, according to the study by the present inventors, the organic thin film solar cell using the copolymer described in Patent Literature 1 and Non-Patent Literatures 1 to 3 is irradiated with light when the solar cell is produced or used. It has been found that there is a possibility that the conversion efficiency is lowered as it is done. This is mainly because the copolymer of the material constituting the photoelectric conversion element of the organic thin film solar cell is deteriorated by light.

本発明は、上記問題を解決し、光電変換素子の耐光性を向上させ得るコポリマー、並びに耐光性の高い光電変換素子、太陽電池、及び太陽電池モジュールを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the copolymer which can solve the said problem and can improve the light resistance of a photoelectric conversion element, and a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module with high light resistance.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ドナー性モノマー単位とアクセプター性モノマー単位との繰り返し単位に加えて、特定の繰り返し単位を有するコポリマーを用いることで、上記問題が解決できることを見出し、本発明を達成するに至った。即ち、本発明は以下を要旨とする。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors can solve the above problem by using a copolymer having a specific repeating unit in addition to the repeating unit of a donor monomer unit and an acceptor monomer unit. The present invention has been found and the present invention has been achieved. That is, the gist of the present invention is as follows.

[1]下記式(I)で表わされる繰り返し単位と、下記式(I)とは異なる下記式(II)で表される繰り返し単位と、を有するコポリマー。 [1] A copolymer having a repeating unit represented by the following formula (I) and a repeating unit represented by the following formula (II) different from the following formula (I).

Figure 2016183290
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Figure 2016183290
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(式(I)中、Dはドナー性のモノマー単位を表し、A1はアクセプター性モノマー単位を表す。式(II)中、A2は、アクセプター性モノマー単位を表し、R1及びR2はそれぞれ独立して、1価の有機基を表し、Lは置換基を有していてもよいアルケニレン基、アルキニレン基、2価の芳香族炭化水素基又は2価の芳香族複素環基を表す(ただし、Lを構成する炭素原子の中でα位に位置する炭素原子は、置換基を有しないか又はフッ素原子により置換されている。))。
[2]前記式(I)中、Dは、下記式(III)で表わされる構成単位である、[1]に記載のコポリマー。
(In formula (I), D represents a donor monomer unit, A1 represents an acceptor monomer unit. In formula (II), A2 represents an acceptor monomer unit, and R 1 and R 2 are each independent. And L represents an optionally substituted alkenylene group, alkynylene group, divalent aromatic hydrocarbon group or divalent aromatic heterocyclic group (provided that Among the carbon atoms constituting L, the carbon atom located at the α-position has no substituent or is substituted with a fluorine atom)).
[2] The copolymer according to [1], wherein D in the formula (I) is a structural unit represented by the following formula (III).

Figure 2016183290
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(式(III)中、環1及び環2は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表す。X1はQ1(R3)(R4)を表し、X2は単結合、O、S、N(R5)、又はQ2(R6)(R7)を表す。Q1及びQ2は周期表第14族元素から選ばれる原子を表し、R3〜R7は、それぞれ水素原子又は1価の有機基を表す。)
[3]前記式(I)中、A1は、下記式(V)で表わされる構成単位である、[1]又は[2]に記載のコポリマー。
(In Formula (III), Ring 1 and Ring 2 each independently represent an aromatic hydrocarbon ring which may have a substituent or an aromatic heterocyclic ring which may have a substituent. X 1 is Q 1 (R 3) represents (R 4), X 2 is a single bond, O, S, N (R 5), or Q 2 (R 6) represents a (R 7) .Q 1 and Q 2 represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, and R 3 to R 7 each represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.)
[3] The copolymer according to [1] or [2], wherein A1 in the formula (I) is a structural unit represented by the following formula (V).

Figure 2016183290
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(式(V)中、X3は、周期表第16族元素から選ばれる原子を表し、R8は水素原子又は1価の有機基を表す。)
[4]前記式(I)及び前記式(II)中、A1及びA2は、同じ構成単位である、[1]〜[3]のいずれかに記載のコポリマー。
[5]前記式(II)中、Lは2価の芳香族複素環基である、[1]〜[4]のいずれかに記載のコポリマー。
[6]前記式(II)中、Lは下記式(XI)〜(XIII)で表わされるいずれかの基である、[5]に記載のコポリマー。
(In formula (V), X 3 represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, and R 8 represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.)
[4] The copolymer according to any one of [1] to [3], wherein A1 and A2 in the formula (I) and the formula (II) are the same structural unit.
[5] The copolymer according to any one of [1] to [4], wherein L in the formula (II) is a divalent aromatic heterocyclic group.
[6] The copolymer according to [5], wherein L in the formula (II) is any group represented by the following formulas (XI) to (XIII).

Figure 2016183290
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(式(XI)、式(XII)、及び式(XIII)中、R21〜R26は、それぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。また、式(XI)中、nは1〜3の整数を表す。)
[7]基材上に、少なくとも一対の電極と、該一対の電極間に活性層と、を有する光電変換素子であって、前記活性層が[1]〜[6]のいずれかに記載のコポリマーを含有する、光電変換素子。
[8][7]に記載の光電変換素子を有する太陽電池。
[9][8]に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。
(In Formula (XI), Formula (XII), and Formula (XIII), R 21 to R 26 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom. In Formula (XI), n is 1 to 3). Represents an integer.)
[7] A photoelectric conversion element having at least a pair of electrodes and an active layer between the pair of electrodes on a substrate, wherein the active layer is any one of [1] to [6] A photoelectric conversion element containing a copolymer.
[8] A solar cell having the photoelectric conversion element according to [7].
[9] A solar cell module having the solar cell according to [8].

本発明によれば、光電変換素子の耐光性を向上させ得るコポリマー、並びに耐光性の高い光電変換素子、太陽電池、及び太陽電池モジュールを提供することを課題とする。
According to the present invention, it is an object to provide a copolymer capable of improving the light resistance of a photoelectric conversion element, and a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module having high light resistance.

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示す断面図である。It is sectional drawing which shows 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示す断面図である。It is sectional drawing which shows 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示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell module as one Embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に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はされない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The description of the constituent requirements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not specified in these contents unless it exceeds the gist.

<1.本発明に係るコポリマー>
本発明に係るコポリマーを、例えば、光電変換素子の活性層に用いることにより、高い耐光性を有する光電変換素子を提供することができる。この理由は明らかではないが、本発明に係るコポリマーは後述する特定の2以上の構成単位を有することにより適度な溶解性及びキャリアバランスが得られると共に、分子間のπスタック性が向上し、構造が安定化するために耐光性が向上するものと考えられる。
<1. Copolymer according to the present invention>
By using the copolymer according to the present invention in, for example, an active layer of a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element having high light resistance can be provided. Although the reason for this is not clear, the copolymer according to the present invention has an appropriate solubility and carrier balance by having two or more specific structural units to be described later, and improves the π-stacking property between molecules, thereby improving the structure. Is considered to improve light resistance.

本発明に係るコポリマーは、下記式(I)で表わされる繰り返し単位と、下記式(I)とは異なる下記式(II)で表される繰り返し単位と、を有する。   The copolymer according to the present invention has a repeating unit represented by the following formula (I) and a repeating unit represented by the following formula (II) different from the following formula (I).

Figure 2016183290
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Figure 2016183290
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式(I)中、Dはドナー性モノマー単位を表し、A1はアクセプター性モノマー単位を表す。なお、本発明において、ドナー性モノマー単位とはイオン化ポテンシャルが小さく電子を供与する傾向の強いモノマー単位を意味する。また、アクセプター性モノマー単位とは電子親和力が大きく電子を受容する傾向の強いモノマー単位を意味する。具体的に、Dは、A1よりもイオン化ポテンシャルが小さいモノマー単位である。   In formula (I), D represents a donor monomer unit, and A1 represents an acceptor monomer unit. In the present invention, the donor monomer unit means a monomer unit having a small ionization potential and a strong tendency to donate electrons. The acceptor monomer unit means a monomer unit having a large electron affinity and a strong tendency to accept electrons. Specifically, D is a monomer unit having an ionization potential smaller than that of A1.

ドナー性モノマー単位は、上述の特性を有するものであれば、特段の制限はなく、例えば、チオフェン、ビチオフェン、ターチオフェン、クオーターチオフェン、チエノチオフェン、ジチエノチオフェン、ベンゾジチオフェン、シクロペンタジチオフェン、ジチエノシロール、ジチエノゲルモール、インダセノジチオフェン、ジチオエノピロール、カルバゾール、アリールアミン、イソチアナフテン等が挙げられる。また、非特許文献(Macromolecules 2012,45,607−632)に記載のドナー性モノマー単位が挙げられる。   The donor monomer unit is not particularly limited as long as it has the above-mentioned characteristics, for example, thiophene, bithiophene, terthiophene, quarterthiophene, thienothiophene, dithienothiophene, benzodithiophene, cyclopentadithiophene, Examples include dithienosilol, dithienogermol, indacenodithiophene, dithioenopyrrole, carbazole, arylamine, and isothianaphthene. Moreover, the donor-type monomer unit as described in a nonpatent literature (Macromolecules 2012,45,607-632) is mentioned.

ドナー性モノマー単位は、置換基を有していてもよい。ドナー性モノマー単位が有していてもよい置換基は、特段の制限はなく、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族複素環基、芳香族複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、又はハロゲン原子が挙げられる。なお、ドナー性モノマー単位が有していてもよい置換基の数は、特段の制限はなく、置換可能な範囲であれば、複数の置換基を有していてもよい。また、ドナー性モノマー単位が複数の置換基を有する場合、該置換基は2種以上の置換基を有していてもよい。   The donor monomer unit may have a substituent. The substituent that the donor monomer unit may have is not particularly limited, and is an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, an aliphatic heterocyclic group, an aromatic heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group. A group, an amino group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, an alkylcarbonyl group, an arylcarbonyl group, an alkylthio group, an arylthio group, or a halogen atom. The number of substituents that the donor monomer unit may have is not particularly limited, and may have a plurality of substituents as long as substitution is possible. Further, when the donor monomer unit has a plurality of substituents, the substituents may have two or more kinds of substituents.

なかでも、Dは、同一平面上に固定されやすく、π共役により長波長化し易いために、下記式(III)で表わされる構成単位であることが好ましい。   Among these, D is preferably a structural unit represented by the following formula (III) because it is easily fixed on the same plane and is easily increased in wavelength by π conjugation.

Figure 2016183290
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式(III)中、環1及び環2は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表す。   In formula (III), ring 1 and ring 2 each independently represent an aromatic hydrocarbon ring which may have a substituent or an aromatic heterocycle which may have a substituent.

芳香族炭化水素環は、特段の制限はないが、炭素数が6以上30以下の芳香族炭化水素が好ましい。具体的には、ベンゼン環等の単環式の芳香族炭化水素;ナフタレン環、インダン環、インデン環、フェナントレン環、フルオレン環、アントラセン環、アズレン環、ピレン環、ペリレン環等の縮合多環式の芳香族炭化水素が挙げられる。なかでも、ベンゼン環又はナフタレン環が好ましい。   The aromatic hydrocarbon ring is not particularly limited, but is preferably an aromatic hydrocarbon having 6 to 30 carbon atoms. Specifically, monocyclic aromatic hydrocarbon such as benzene ring; condensed polycyclic such as naphthalene ring, indane ring, indene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, anthracene ring, azulene ring, pyrene ring, perylene ring And aromatic hydrocarbons. Of these, a benzene ring or a naphthalene ring is preferable.

芳香族複素環は、特段の制限はないが、炭素数が2以上30以下の芳香族複素環基が好ましい。具体的には、チオフェン環、フラン環、ピリジン環、ピリミジン環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環等の単環式芳香族複素環;又はベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾトリアゾール環、チアジアゾロピリジン環等の縮合多環式芳香族複素環が挙げられる。なかでも、チオフェン環、ピリジン環、ピリミジン環、チアゾール環又はオキサゾール環が好ましい。   The aromatic heterocyclic ring is not particularly limited, but is preferably an aromatic heterocyclic group having 2 to 30 carbon atoms. Specifically, monocyclic aromatic heterocycles such as thiophene ring, furan ring, pyridine ring, pyrimidine ring, thiazole ring, oxazole ring, triazole ring; or benzothiophene ring, benzofuran ring, benzothiazole ring, benzoxazole ring , Condensed polycyclic aromatic heterocycles such as benzotriazole ring and thiadiazolopyridine ring. Of these, a thiophene ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a thiazole ring or an oxazole ring is preferable.

芳香族炭化水素環及び芳香族複素環が有していてもよい置換基は特段の制限はなく、例えば、上述の通り、ドナー性モノマー単位が有していてもよい置換基が挙げられ、置換可能な範囲で複数の置換基を有していてもよい。また、芳香族炭化水素環又は芳香族複素環が複数の置換基を有する場合、2種以上の置換基を有していてもよい。   The substituent that the aromatic hydrocarbon ring and the aromatic heterocyclic ring may have is not particularly limited, and examples thereof include the substituent that the donor monomer unit may have as described above. You may have a some substituent in the possible range. Moreover, when an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocyclic ring has a some substituent, you may have 2 or more types of substituents.

上記の中でも、環1及び環2は、それぞれ独立して炭素数2以上6以下の芳香族炭化水素又は炭素数2以上6以下の芳香族複素環がさらに好ましく、なかでも、炭素数2以上6以下の芳香族複素環が特に好ましい。具体的には、フラン環又はチオフェン環が挙げられ、チオフェン環が特に好ましい。   Among these, the ring 1 and the ring 2 are each independently more preferably an aromatic hydrocarbon having 2 to 6 carbon atoms or an aromatic heterocyclic ring having 2 to 6 carbon atoms. The following aromatic heterocycles are particularly preferred. Specific examples include a furan ring or a thiophene ring, and a thiophene ring is particularly preferable.

式(III)中、X1は、Q1(R3)(R4)を表す。なお、Q1は、周期表第14族元素から選ばれる原子を表し、好ましくは炭素原子、珪素原子、又はゲルマニウム原子である。 In formula (III), X 1 represents Q 1 (R 3 ) (R 4 ). Q 1 represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, preferably a carbon atom, a silicon atom, or a germanium atom.

3及びR4は、それぞれQ1に結合している基を表し、それぞれ独立して、水素原子又は1価の有機基を表す。なお、R3及びR4は、同じ基であってもよいし、互いに異なる基であってもよい。 R 3 and R 4 each represent a group bonded to Q 1 , and each independently represents a hydrogen atom or a monovalent organic group. R 3 and R 4 may be the same group or different from each other.

1価の有機基は特段の制限はないが、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂肪族複素環基、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基が挙げられる。   The monovalent organic group is not particularly limited, but may have an aliphatic hydrocarbon group that may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group that may have a substituent, or a substituent. And an aliphatic heterocyclic group which may be substituted or an aromatic heterocyclic group which may have a substituent.

脂肪族炭化水素基は、直鎖状の脂肪族炭化水素基、分岐状の脂肪族炭化水素基、又は環式状の脂肪族炭化水素基が挙げられる。なお、脂肪族炭化水素基が有する炭素数は1以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましく、4以上であることがさらに好ましく、一方、炭素数は30以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましく、16以下であることがさらに好ましく、12以下であることが特に好ましい。   Examples of the aliphatic hydrocarbon group include a linear aliphatic hydrocarbon group, a branched aliphatic hydrocarbon group, and a cyclic aliphatic hydrocarbon group. The number of carbon atoms of the aliphatic hydrocarbon group is preferably 1 or more, more preferably 3 or more, still more preferably 4 or more, while the number of carbons is preferably 30 or less. , 20 or less, more preferably 16 or less, and particularly preferably 12 or less.

直鎖状の脂肪族炭化水素基は、直鎖アルキル基、直鎖アルケニル基、又は直鎖アルキニル基が挙げられる。   Examples of the linear aliphatic hydrocarbon group include a linear alkyl group, a linear alkenyl group, and a linear alkynyl group.

直鎖アルキル基は、特段の制限はないが、例えば、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、又はn−ドデシル基が挙げられる。   The linear alkyl group is not particularly limited, and examples thereof include n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, An n-undecyl group or an n-dodecyl group may be mentioned.

直鎖アルケニル基は、特段の制限はないが、例えば、2−ブテニル基、3−ブテニル基、4−ペンテニル基、5−ヘキセニル基、6−ヘプテニル基、7−オクテニル基、8−ノネニル基、9−デセニル基、10−ウンデセニル基、11−ドデセニル基、又は12−トリデセニル基が挙げられる。   The straight-chain alkenyl group is not particularly limited, and examples thereof include 2-butenyl group, 3-butenyl group, 4-pentenyl group, 5-hexenyl group, 6-heptenyl group, 7-octenyl group, 8-nonenyl group, A 9-decenyl group, a 10-undecenyl group, an 11-dodecenyl group, or a 12-tridecenyl group may be mentioned.

直鎖アルキニル基は、特段の制限はないが、2−ブチニル基、3−ブチニル基、4−ペンチニル基、5−ヘキシニル基、6−ヘプチニル基、7−オクチニル基、8−ノニニル基、9−デシニル基、10−ウンデシニル基、又は11−ドデシニル基が挙げられる。   The straight-chain alkynyl group is not particularly limited, but 2-butynyl group, 3-butynyl group, 4-pentynyl group, 5-hexynyl group, 6-heptynyl group, 7-octynyl group, 8-noninyl group, 9- A decynyl group, 10-undecynyl group, or 11-dodecynyl group is mentioned.

分岐状の脂肪族炭化水素基は、分岐アルキル基、分岐アルケニル基、又は分岐アルキニル基が挙げられる。   Examples of the branched aliphatic hydrocarbon group include a branched alkyl group, a branched alkenyl group, and a branched alkynyl group.

分岐アルキル基は、分岐1級アルキル基、分岐2級アルキル基又は分岐3級アルキル基が挙げられる。分岐1級アルキル基とは、遊離原子価を有する炭素原子に結合する水素原子が2つである分岐アルキル基を意味する。分岐2級アルキル基とは、遊離原子価を有する炭素原子に結合する水素原子が1つである分岐アルキル基を意味する。また分岐3級アルキル基とは、遊離原子価を有する炭素原子に結合する水素原子が無い分岐アルキル基を意味する。ここで、遊離原子価とは、有機化学・生化学命名法(上)(改訂第2版、南江堂、1992年発行)に記載のとおり、他の遊離原子価と結合を形成できるものをいう。   Examples of the branched alkyl group include a branched primary alkyl group, a branched secondary alkyl group, and a branched tertiary alkyl group. The branched primary alkyl group means a branched alkyl group having two hydrogen atoms bonded to a carbon atom having a free valence. The branched secondary alkyl group means a branched alkyl group having one hydrogen atom bonded to a carbon atom having a free valence. The branched tertiary alkyl group means a branched alkyl group having no hydrogen atom bonded to a carbon atom having a free valence. Here, the free valence refers to a substance that can form a bond with another free valence as described in the organic chemistry / biochemical nomenclature (above) (Revised 2nd edition, Nankodo, 1992).

分岐1級アルキル基は、特段の制限はないが、例えば、2−エチルヘキシル基、2−メチルプロピル基、2−エチルヘキシル基、2,2−ジメチルプロピル基、2−メチルブチル基、2−エチルブチル基、2,4−ジメチルヘキシル基、2−メチルペンチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、2,3−ジメチルブチル基、2,6−ジメチルへプチル基、2,2−ジメチルブチル基、2−メチルヘプチル基、2−ブチルオクチル基、2−メチルノニル基、2−プロピルペンチル基、2−メチルウンデシル基、2−メチルオクチル基、2−メチルデシル基又は2,5−ジメチルヘキシル基が挙げられる。   The branched primary alkyl group is not particularly limited, and examples thereof include 2-ethylhexyl group, 2-methylpropyl group, 2-ethylhexyl group, 2,2-dimethylpropyl group, 2-methylbutyl group, 2-ethylbutyl group, 2,4-dimethylhexyl group, 2-methylpentyl group, 2,4,4-trimethylpentyl group, 2,3-dimethylbutyl group, 2,6-dimethylheptyl group, 2,2-dimethylbutyl group, 2 -Methylheptyl group, 2-butyloctyl group, 2-methylnonyl group, 2-propylpentyl group, 2-methylundecyl group, 2-methyloctyl group, 2-methyldecyl group or 2,5-dimethylhexyl group .

分岐2級アルキル基は、特段の制限はないが、例えば、1−メチルプロピル基、1−メチルブチル基、1−メチルヘプチル基、1−プロピルペンチル基、1−エチルヘキシル基、1−メチルペンチル基、1−エチルペンチル基、1−メチルオクチル基、1−エチルブチル基、1−エチル−2−メチルプロピル基、1,5−ジメチルヘキシル基、1−ブチルヘプチル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,3−ジメチルブチル基、1−エチルオクチル基、1−プロピルヘキシル基、1,2−ジメチルペンチル基、4−エチル−1−メチルオクチル基、4−メチル−1−プロピルヘキシル基、1,3−ジメチルペンチル基、1−エチル−2−メチルペンチル基、1,2−ジメチルペンチル基、1−ブチルヘキシル基、1,3,5−トリメチルヘキシル基、3−エチル−1,5−ジメチルノニル基又は1−プロピルヘプチル基が挙げられる。   The branched secondary alkyl group is not particularly limited. For example, 1-methylpropyl group, 1-methylbutyl group, 1-methylheptyl group, 1-propylpentyl group, 1-ethylhexyl group, 1-methylpentyl group, 1-ethylpentyl group, 1-methyloctyl group, 1-ethylbutyl group, 1-ethyl-2-methylpropyl group, 1,5-dimethylhexyl group, 1-butylheptyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1 , 3-dimethylbutyl group, 1-ethyloctyl group, 1-propylhexyl group, 1,2-dimethylpentyl group, 4-ethyl-1-methyloctyl group, 4-methyl-1-propylhexyl group, 1,3 -Dimethylpentyl group, 1-ethyl-2-methylpentyl group, 1,2-dimethylpentyl group, 1-butylhexyl group, 1,3,5-trimethylhexyl Group, 3-ethyl-1,5-dimethyl-nonyl group or a 1-propylheptyl group.

分岐3級アルキル基は、特段の制限はないが、例えば、t−ブチル基、1−(1−メチルエチル)−1−メチルペンチル基、1−エチル−1,3,3−トリメチルブチル基、1−エチル−1,3−ジメチルペンチル基、3−エチル−1,1−ジメチルペンチル基、2−エチル−1,1−ジメチルペンチル基、1,1,3,4−テトラメチルペンチル基、1,1,3,3−テトラメチルペンチル基、1,1,4−トリメチルヘキシル基、1,1,3−トリメチルヘキシル基、1,1,2−トリメチルヘキシル基、1,1−ジエチル−2−メチルプロピル基、1−エチル−1,2−ジメチルプロピル基、1,1−ジプロピルペンチル基、1,1,5−トリメチルヘキシル基、1−ブチル−1−エチルヘキシル基、1,1,4−トリメチルペンチル基、1−(2−メチルプロピル)−1−メチルペンチル基、1,3−ジメチル−1−(2−メチルプロピル)ブチル基、3−メチル−1−(2−メチルプロピル)ブチル基、1−エチル−1−プロピルペンチル基、1−エチル−1,2,2−トリメチルプロピル基、1,1,2,3,3−ペンタメチルヘキシル基、1,1−ジメチルノニル基、1−エチル−1,4−ジメチルペンチル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,1−ジメチルヘプチル基、1−エチル−1−メチルペンチル基、1,1−ジメチルデシル基、1,1−ジメチルオクチル基、1,1−ビス(1−メチルエチル)−2−メチルプロピル基、1−(1−メチルエチル)−1,2−ジメチルブチル基、1−(2−メチルプロピル)−1,3,3−トリメチルブチル基、1−エチル−1,3−ジメチルブチル基、1,1−ジエチルプロピル基、1,1−ジメチルペンチル基、1−プロピル−1,2−ジメチルブチル基、2−メチル−1−(1−メチルエチル)プロピル基、1,1−ジプロピルブチル基、1,1,3,3−テトラメチルブチル基、1,4−ジメチル−1−(2−メチルプロピル)ペンチル基、1−ブチル−1,4−ジメチルペンチル基、1−ブチル−1−エチルペンチル基、1−ブチル−1−メチルペンチル基、1−エチル−1−メチルヘキシル基、1−メチル−1−プロピルペンチル基、1−エチル−1−メチルプロピル基又は1,1,2,2−テトラメチルプロピル基が挙げられる。   The branched tertiary alkyl group is not particularly limited, and examples thereof include a t-butyl group, 1- (1-methylethyl) -1-methylpentyl group, 1-ethyl-1,3,3-trimethylbutyl group, 1-ethyl-1,3-dimethylpentyl group, 3-ethyl-1,1-dimethylpentyl group, 2-ethyl-1,1-dimethylpentyl group, 1,1,3,4-tetramethylpentyl group, 1 , 1,3,3-tetramethylpentyl group, 1,1,4-trimethylhexyl group, 1,1,3-trimethylhexyl group, 1,1,2-trimethylhexyl group, 1,1-diethyl-2- Methylpropyl group, 1-ethyl-1,2-dimethylpropyl group, 1,1-dipropylpentyl group, 1,1,5-trimethylhexyl group, 1-butyl-1-ethylhexyl group, 1,1,4- Trimethylpentyl 1- (2-methylpropyl) -1-methylpentyl group, 1,3-dimethyl-1- (2-methylpropyl) butyl group, 3-methyl-1- (2-methylpropyl) butyl group, 1- Ethyl-1-propylpentyl group, 1-ethyl-1,2,2-trimethylpropyl group, 1,1,2,3,3-pentamethylhexyl group, 1,1-dimethylnonyl group, 1-ethyl-1 , 4-dimethylpentyl group, 1,1,2-trimethylpropyl group, 1,1-dimethylheptyl group, 1-ethyl-1-methylpentyl group, 1,1-dimethyldecyl group, 1,1-dimethyloctyl group 1,1-bis (1-methylethyl) -2-methylpropyl group, 1- (1-methylethyl) -1,2-dimethylbutyl group, 1- (2-methylpropyl) -1,3,3 A trimethylbutyl group, -Ethyl-1,3-dimethylbutyl group, 1,1-diethylpropyl group, 1,1-dimethylpentyl group, 1-propyl-1,2-dimethylbutyl group, 2-methyl-1- (1-methylethyl ) Propyl group, 1,1-dipropylbutyl group, 1,1,3,3-tetramethylbutyl group, 1,4-dimethyl-1- (2-methylpropyl) pentyl group, 1-butyl-1,4 -Dimethylpentyl group, 1-butyl-1-ethylpentyl group, 1-butyl-1-methylpentyl group, 1-ethyl-1-methylhexyl group, 1-methyl-1-propylpentyl group, 1-ethyl-1 -A methylpropyl group or a 1,1,2,2-tetramethylpropyl group is mentioned.

分岐アルケニル基は、特段の制限はないが、例えば、2−メチル−2−プロペニル基、3−メチル−3−ブテニル基、4−メチル−2−ヘキセニル基が挙げられる。   The branched alkenyl group is not particularly limited, and examples thereof include a 2-methyl-2-propenyl group, a 3-methyl-3-butenyl group, and a 4-methyl-2-hexenyl group.

分岐アルキニル基は、特段の制限はないが、例えば、1−メチル−2−プロピニル基、2−メチル−3−ブチニル基、4−メチル−2−ヘキシニル基等が挙げられる。   The branched alkynyl group is not particularly limited, and examples thereof include a 1-methyl-2-propynyl group, a 2-methyl-3-butynyl group, and a 4-methyl-2-hexynyl group.

芳香族炭化水素基は、特段の制限はないが、単環式の芳香族炭化水素基、多環式の芳香族炭化水素基、又は縮合多環式の芳香族炭化水素基が挙げられる。芳香族炭化水素基が有する炭素数は、6以上であることが好ましく、一方、炭素数は30以下であることが好ましく、20以下であることがさらに好ましく、14以下であることが特に好ましい。具体的には、フェニル基、ナフチル基、インダニル基、インデニル基、フルオレニル基、アントラセニル基又はアズレニル基等が挙げられる。なかでも、フェニル基が好ましい。   The aromatic hydrocarbon group is not particularly limited, and examples thereof include a monocyclic aromatic hydrocarbon group, a polycyclic aromatic hydrocarbon group, and a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group. The aromatic hydrocarbon group preferably has 6 or more carbon atoms, while the carbon number is preferably 30 or less, more preferably 20 or less, and particularly preferably 14 or less. Specific examples include a phenyl group, a naphthyl group, an indanyl group, an indenyl group, a fluorenyl group, an anthracenyl group, and an azulenyl group. Of these, a phenyl group is preferred.

脂肪族複素環基は、特段の制限はないが、脂肪族複素環基が有する炭素数は、2以上であることが好ましく、一方、炭素数は30以下であることが好ましく、14以下であることがより好ましく、10以下であることがさらに好ましく、6以下であることが特に好ましい。具体的には、オキセタニル基、ピロリジニル基、テトラヒドロフリル基、テトラヒドロチエニル基、ピペリジニル基、テトラヒドロピラニル基又はテトラヒドロチオピラニル基が挙げられる。   The aliphatic heterocyclic group is not particularly limited, but the aliphatic heterocyclic group preferably has 2 or more carbon atoms, while the carbon number is preferably 30 or less, and 14 or less. Is more preferably 10 or less, and particularly preferably 6 or less. Specific examples include an oxetanyl group, a pyrrolidinyl group, a tetrahydrofuryl group, a tetrahydrothienyl group, a piperidinyl group, a tetrahydropyranyl group, and a tetrahydrothiopyranyl group.

芳香族複素環基は、特段の制限はなく、単環式の芳香族複素環基、多環式の芳香族複素環基又は縮合多環式の芳香族複素環基が挙げられる。なお、芳香族複素環基が有する炭素数は、2以上であることが好ましく、一方、炭素数は30以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましく、14以下であることが特に好ましい。具体的には、チエニル基、フラニル基、ピリジル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピリミジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、ピラゾリル基、トリアゾリル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基又はベンゾトリアゾリル基が挙げられる。これらの中でも、チエニル基、ピリジル基、ピリミジル基、チアゾリル基又はオキサゾリル基が挙げられる。   The aromatic heterocyclic group is not particularly limited, and examples thereof include a monocyclic aromatic heterocyclic group, a polycyclic aromatic heterocyclic group, and a condensed polycyclic aromatic heterocyclic group. The aromatic heterocyclic group preferably has 2 or more carbon atoms, while the carbon number is preferably 30 or less, more preferably 20 or less, and particularly preferably 14 or less. preferable. Specifically, thienyl, furanyl, pyridyl, pyrrolyl, imidazolyl, pyrimidyl, thiazolyl, oxazolyl, isoxazolyl, isothiazolyl, pyrazolyl, triazolyl, benzothiophenyl, benzofuranyl, benzothiazolyl Group, benzoxazolyl group or benzotriazolyl group. Among these, a thienyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a thiazolyl group, or an oxazolyl group can be given.

なお、上述の、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族複素環基及び芳香族複素環基が有していてもよい置換基は、特段の制限はない。例えば、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族複素環基、又は芳香族複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、又はハロゲン原子が挙げられる。また、2種以上の置換基を有していてもよい。さらに、これらの置換基はさらに別の置換基を有していてもよい。   In addition, the substituent which the above-mentioned aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, aliphatic heterocyclic group, and aromatic heterocyclic group may have is not particularly limited. For example, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, an aliphatic heterocyclic group, or an aromatic heterocyclic group, an alkoxy group, an aryloxy group, an amino group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, an alkylcarbonyl group, An arylcarbonyl group, an alkylthio group, an arylthio group, or a halogen atom is exemplified. Moreover, you may have 2 or more types of substituents. Furthermore, these substituents may further have another substituent.

なお、上述の中でも、R3及びR4は、それぞれ独立して、炭素数4以上12以下の直鎖状の脂肪族炭化水素基又は炭素数4以上12以下の分岐状の脂肪族炭化水素基であることが好ましい。例えば、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基等が挙げられる。 Among the above, R 3 and R 4 are each independently a linear aliphatic hydrocarbon group having 4 to 12 carbon atoms or a branched aliphatic hydrocarbon group having 4 to 12 carbon atoms. It is preferable that For example, an n-octyl group, 2-ethylhexyl group, etc. are mentioned.

上記式(III)中、X2は、単結合、O、S、N(R5)、又はQ2(R6)(R7)を表す。なお、Q2は、周期表第14族元素から選ばれる原子を表し、例えば、炭素原子、珪素原子、又はゲルマニウム原子が挙げられ、珪素原子であることが特に好ましい。 In the above formula (III), X 2 represents a single bond, O, S, N (R 5 ), or Q 2 (R 6 ) (R 7 ). Q 2 represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, and examples thereof include a carbon atom, a silicon atom, or a germanium atom, and a silicon atom is particularly preferable.

5は、Nに結合している基を表し、R6及びR7は、それぞれ独立してQ2に結合している基を表す。R5〜R7は水素原子又は1価の有機基であり、具体的には、R3及びR4で説明した基が挙げられ、好ましい基も同じである。 R 5 represents a group bonded to N, and R 6 and R 7 each independently represents a group bonded to Q 2 . R 5 to R 7 are each a hydrogen atom or a monovalent organic group, and specific examples thereof include the groups described for R 3 and R 4 , and preferred groups are also the same.

これらのなかでも、X2は単結合、O、S、Q2(R6)(R7)であることが好ましい。なお、環1及び環2上の立体障害が大きくなりすぎず、良好な分子間のキャリア移動を得るために、X2は単結合、O又はSがさらに好ましく、単結合であることが特に好ましい。 Among these, X 2 is preferably a single bond, O, S, Q 2 (R 6 ) (R 7 ). In addition, in order to obtain good intermolecular carrier transfer without excessively increasing the steric hindrance on ring 1 and ring 2, X 2 is more preferably a single bond, O or S, and particularly preferably a single bond. .

式(III)で表わされるドナー性モノマー単位は、上述のなかでも、環1及び環2が共にチオフェン環であり、X1がQ1(R3)(R4)であり、X2が、単結合である下記式(IV)で表わされる構成単位であることが好ましい。 Among the above-mentioned donor monomer units represented by the formula (III), both ring 1 and ring 2 are thiophene rings, X 1 is Q 1 (R 3 ) (R 4 ), and X 2 is It is preferably a structural unit represented by the following formula (IV) which is a single bond.

Figure 2016183290
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式(IV)中、Q1は、式(III)の説明に挙げたQ1と同義である。 In formula (IV), Q 1 has the same meaning as Q 1 listed in the description of formula (III).

式(IV)中、R3及びR4は、式(III)の説明において挙げたR3及びR4と同義である。 In formula (IV), R 3 and R 4 have the same meanings as R 3 and R 4 mentioned in the description of formula (III).

上記式(I)中、A1は、上述の通り、アクセプター性モノマー単位を表す。アクセプター性モノマー単位は、アクセプターとしての特性を有するものであれば、特段の制限はなく、例えば、ベンゾチアジアゾール、ナフトビスチアジアゾール、ジケトピロロピロール、チエノチオフェン、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ピリジン、ピリミジン、キノキサリン、チエノピラジン、イミドチオフェン、フルオロベンゼン等が挙げられる。また、非特許文献(Macromolecules 2012,45,607−632)に記載のアクセプター性モノマー単位が挙げられる。   In the above formula (I), A1 represents an acceptor monomer unit as described above. The acceptor monomer unit is not particularly limited as long as it has the properties as an acceptor. For example, benzothiadiazole, naphthobisthiadiazole, diketopyrrolopyrrole, thienothiophene, thiazole, thiadiazole, oxazole, oxadiazole, Examples include pyridine, pyrimidine, quinoxaline, thienopyrazine, imidothiophene, and fluorobenzene. Moreover, the acceptor-type monomer unit of a nonpatent literature (Macromolecules 2012,45,607-632) is mentioned.

これらのアクセプター性モノマー単位は、置換基を有していてもよい。アクセプター性モノマー単位が有していてもよい置換基は、特段の制限はなく、上述したドナー性モノマー単位が有していてもよい置換基が挙げられる。   These acceptor monomer units may have a substituent. The substituent that the acceptor monomer unit may have is not particularly limited, and examples thereof include the substituent that the donor monomer unit described above may have.

なかでもA1は、下記式(V)で表わされる構成単位であることが好ましい。   Among these, A1 is preferably a structural unit represented by the following formula (V).

Figure 2016183290
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式(V)中、X3は、周期表第16族元素から選ばれる原子を表し、具体的には、酸素原子、硫黄原子、セレン原子又はテルル原子を表す。なかでも、合成の容易性の点から、X3は酸素原子又は硫黄原子であることが好ましく、硫黄原子であることが特に好ましい。 In the formula (V), X 3 represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, and specifically represents an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or a tellurium atom. Among these, from the viewpoint of ease of synthesis, X 3 is preferably an oxygen atom or a sulfur atom, and particularly preferably a sulfur atom.

式(V)中、R8は水素原子又は1価の有機基が挙げられる。1価の有機基は特段の制限はないが、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂肪族複素環基、置換基を有していてもよい芳香族複素環基が挙げられる。なお、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族複素環基、芳香族複素環基の具体的な基は、特段の制限はないが、上述のR3及びR4で挙げた基と同じ基が挙げられる。また、これらの基が有していてもよい置換基も、上述のR3及びR4で挙げた置換基と同じ置換基が挙げられる。 In formula (V), R 8 may be a hydrogen atom or a monovalent organic group. The monovalent organic group is not particularly limited, but may have an aliphatic hydrocarbon group that may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group that may have a substituent, or a substituent. And an aliphatic heterocyclic group which may be substituted and an aromatic heterocyclic group which may have a substituent. Specific groups of the aliphatic hydrocarbon group, the aromatic hydrocarbon group, the aliphatic heterocyclic group, and the aromatic heterocyclic group are not particularly limited, but are the groups described above for R 3 and R 4. And the same groups. Moreover, the substituent which these groups may have also includes the same substituents as those described for R 3 and R 4 described above.

これらのなかでも、R8は、置換基を有していてもよい直鎖状の脂肪族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であることが好ましい。なお、R8が、芳香族炭化水素基である場合、芳香族炭化水素基は溶解性及び変換効率の向上のために、置換基としてアルコキシ基又は脂肪族炭化水素基を有することが好ましい。 Among these, R 8 is preferably a linear aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent or an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent. When R 8 is an aromatic hydrocarbon group, the aromatic hydrocarbon group preferably has an alkoxy group or an aliphatic hydrocarbon group as a substituent in order to improve solubility and conversion efficiency.

なお、本発明に係るコポリマーが有する式(I)で表わされる繰り返し単位の好ましい形態は、Dが上記式(III)で表わされる構成単位であり、A1が上記式(V)で表わされる構成単位である組み合わせである。   In addition, the preferable form of the repeating unit represented by the formula (I) which the copolymer according to the present invention has is preferably a structural unit represented by the above formula (III) and A1 represented by the above formula (V). Is a combination.

以下に、本発明に係るコポリマーが有する式(I)で表わされる繰り返し単位の具体的な形態を例示する。しかしながら、本発明において、式(I)で表わされる繰り返し単位は以下に限定されるわけではない。   Below, the specific form of the repeating unit represented by the formula (I) which the copolymer which concerns on this invention has is illustrated. However, in the present invention, the repeating unit represented by the formula (I) is not limited to the following.

Figure 2016183290
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Figure 2016183290
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Figure 2016183290
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本発明に係るコポリマーは、上述の通り、下記式(II)で表わされる繰り返し単位を有する。   As described above, the copolymer according to the present invention has a repeating unit represented by the following formula (II).

Figure 2016183290
Figure 2016183290

式(II)中、Lは、置換基を有していてもよい、アルケニレン基、アルキニレン基、2価の芳香族炭化水素基、又は2価の芳香族複素環基である。ただし、Lを構成する炭素原子の中でα位に位置する炭素原子は置換基を有しないか又はフッ素原子で置換されている。なお、本発明において、Lを構成する炭素原子の中でα位に位置する炭素原子とは、式(II)中に記載されるLを構成する炭素原子の中で、R1を有するチオフェン環と結合する炭素原子の隣りに位置する炭素原子と、R2を有するチオフェン環と結合する炭素原子の隣りに位置する炭素原子と、を意味する。 In formula (II), L is an alkenylene group, an alkynylene group, a divalent aromatic hydrocarbon group, or a divalent aromatic heterocyclic group, which may have a substituent. However, the carbon atom located in the α-position among the carbon atoms constituting L does not have a substituent or is substituted with a fluorine atom. In the present invention, the carbon atom located at the α-position among the carbon atoms constituting L is a thiophene ring having R 1 among the carbon atoms constituting L described in formula (II). And a carbon atom located next to the carbon atom bonded to the thiophene ring having R 2 .

アルケニレン基は、特段の制限はないが、炭素数2以上8以下のアルケニレン基が好ましい。例えば、ビニレン基が挙げられる。   The alkenylene group is not particularly limited, but is preferably an alkenylene group having 2 to 8 carbon atoms. For example, a vinylene group is mentioned.

アルキニレン基は、特段の制限はないが、炭素数2以上8以下のアルキニレン基が好ましい。例えば、エチニレン基が挙げられる。   The alkynylene group is not particularly limited, but an alkynylene group having 2 to 8 carbon atoms is preferable. For example, an ethynylene group can be mentioned.

2価の芳香族炭化水素基は、特段の制限はなく、単環式、多環式及び縮合多環式のいずれであってもよい。単環式の芳香族炭化水素基としては、特段の制限はないが、例えば、フェニレン、フルオロフェニレン基が挙げられる。多環式の芳香族炭化水素基は、例えば、ビフェニレン、テルフェニレン、クアテルフェニレン基が挙げられる。縮合多環式の芳香族炭化水素基は、例えば、ナフチレン、アントラセニレン基が挙げられる。   The divalent aromatic hydrocarbon group is not particularly limited and may be any of monocyclic, polycyclic and condensed polycyclic. The monocyclic aromatic hydrocarbon group is not particularly limited, and examples thereof include phenylene and fluorophenylene groups. Examples of the polycyclic aromatic hydrocarbon group include a biphenylene group, a terphenylene group, and a quaterphenylene group. Examples of the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group include naphthylene and anthracenylene groups.

2価の芳香族複素環基は、特段の制限はなく、単環式、多環式、縮合多環式のいずれであってもよい。単環式の芳香族複素環基は、例えば、ピロレニレン、フラニレン、チエニレン基が挙げられる。多環式の芳香族複素環基は、例えば、ビピロレニレン、テルピロレニレン、ビフラニレン、テルフラニレン、ビチエニレン基、テルチエニレン基が挙げられる。縮合多環式の芳香族複素環基は、例えば、インドリレン、ベンゾフラニレン、ベンゾチエニレン、チエノチエニレン基が挙げられる。   The divalent aromatic heterocyclic group is not particularly limited, and may be monocyclic, polycyclic, or condensed polycyclic. Examples of the monocyclic aromatic heterocyclic group include pyrrolenylene, furanylene, and thienylene groups. Examples of the polycyclic aromatic heterocyclic group include bipyrrolenylene, terpyrrolenylene, bifuranylene, terfuranylene, bithienylene group, and tertienylene group. Examples of the condensed polycyclic aromatic heterocyclic group include indoleylene, benzofuranylene, benzothienylene, and thienothienylene groups.

なお、本発明に係るコポリマーが上記式(I)で表わされる構成単位に加えて、上記式(II)で表わされる構成単位を有することにより、次のような利点がある。すなわち、上記式(II)で表わされる構成単位は特定の位置に置換基(R1)を有するチオフェン環と、特定の位置に置換基(R2)を有しているチオフェン環を有しているために、上記式(I)で表わされる構成単位との相乗効果によりポリマーの溶解性が向上するとともに、当該ポリマーを活性層に用いた場合に分子どうしが規則正しく配列することになり構造が安定化すると考えられる。特に、上記式(II)で表わされる構成単位において、置換基R1を有するチオフェン環と、置換基R2を有するチオフェン環との間に、これらのチオフェン環と結合するLが位置することになるために、2つの置換基(R1及びR2)どうしの立体障害が発生しにくくなり、分子間のπスタック性も向上するものと考えられる。 In addition, in addition to the structural unit represented by the said formula (I), the copolymer which concerns on this invention has the following advantages by having the structural unit represented by the said formula (II). That is, the structural unit represented by the formula (II) has a thiophene ring having a substituent (R 1 ) at a specific position and a thiophene ring having a substituent (R 2 ) at a specific position. Therefore, the solubility of the polymer is improved by a synergistic effect with the structural unit represented by the above formula (I), and when the polymer is used in the active layer, the molecules are regularly arranged and the structure is stable. It is thought that. In particular, in the structural unit represented by the above formula (II), L bonded to these thiophene rings is located between the thiophene ring having the substituent R 1 and the thiophene ring having the substituent R 2. Therefore, it is considered that the steric hindrance between the two substituents (R 1 and R 2 ) is less likely to occur, and the π stacking property between molecules is improved.

また、上述の通り、アルケニレン基、アルキニレン基、2価の芳香族炭化水素基及び2価の芳香族複素環基は、置換基を有していてもよいが、Lを構成する炭素原子の中でα位に位置する炭素原子は、置換基を有さないか又はフッ素原子で置換されているために、Lと、置換基R1を有するチオフェン環、及び置換基R2を有するチオフェン環との立体障害が抑えられるために、高い分子間のπスタック性が得られるものと考えられる。これらの結果、本発明に係るコポリマーを光電変換素子の活性層に用いることにより分子間の配列が安定化し光電変換素子の耐光性が向上するものと考えられる。 In addition, as described above, the alkenylene group, alkynylene group, divalent aromatic hydrocarbon group, and divalent aromatic heterocyclic group may have a substituent, but in the carbon atoms constituting L, And the carbon atom located at the α-position has no substituent or is substituted with a fluorine atom, L, a thiophene ring having the substituent R 1, and a thiophene ring having the substituent R 2 Since the steric hindrance is suppressed, it is considered that high intermolecular π stacking property can be obtained. As a result, it is considered that the intermolecular arrangement is stabilized and the light resistance of the photoelectric conversion element is improved by using the copolymer according to the present invention in the active layer of the photoelectric conversion element.

なお、Lを構成する炭素原子の中でα位に位置する炭素原子以外の炭素原子が有していてもよい置換基は、特段の制限はなく、例えば、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基、アルコキシ基又はハロゲン原子が挙げられる。   In addition, the substituent which the carbon atom other than the carbon atom located at the α-position among the carbon atoms constituting L may have is not particularly limited, and examples thereof include an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic carbon group. A hydrogen group, an aromatic heterocyclic group, an alkoxy group or a halogen atom is exemplified.

これらのなかでも、隣り合う環どうしが共平面になり易く、分子内キャリア移動の向上とともに、分子間のπスタックに優れ、かつ分子間のキャリア移動を向上するという観点から、Lは、下記式(XI)〜(XIII)のいずれかで表わされる基であることが好ましい。   Among these, from the viewpoints that adjacent rings are likely to be coplanar, improve intramolecular carrier movement, have excellent π stack between molecules, and improve carrier movement between molecules, L is represented by the following formula: A group represented by any one of (XI) to (XIII) is preferable.

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式(XI)、式(XII)及び式(XIII)中、R21〜R26は、それぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。また、式(XI)中、nは1〜3の整数を表す。これらの中でも、Lは上記式(XI)で表わされる基であることが好ましく、nは2であることが特に好ましい。 In formula (XI), formula (XII) and formula (XIII), R 21 to R 26 each independently represents a hydrogen atom or a fluorine atom. Moreover, in formula (XI), n represents the integer of 1-3. Among these, L is preferably a group represented by the above formula (XI), and n is particularly preferably 2.

式(II)中、R1及びR2は、それぞれ独立して1価の有機基を表す。1価の有機基は、特段の制限はないが、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂肪族複素環基、置換基を有していてもよい芳香族複素環基又は置換基を有していてもよいアルコキシ基が挙げられる。R1及びR2を上述の基とすることにより、R1及びR2が水素原子である場合と比較して、当該構成単位を有するコポリマーの溶媒中への溶解度が向上することになる。そのため、例えば、本発明に係るコポリマーを後述するような光電変換素子の活性層に使用する際に、プロセス性の向上が期待でき、均一な膜質を有する活性層の形成が可能となる。また、上述の通り、当該構成単位を有するコポリマーは、特定の位置に置換基を有することにより一定方向に配向しやすくなるために、長波長化に寄与すると共に、キャリア移動が円滑に進行することとなり、変換効率の向上が期待できる。また、分子間のπスタック性も向上するものと考えられる。 In formula (II), R 1 and R 2 each independently represents a monovalent organic group. The monovalent organic group is not particularly limited, but has an aliphatic hydrocarbon group that may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group that may have a substituent, and a substituent. Examples thereof include an aliphatic heterocyclic group which may be substituted, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, and an alkoxy group which may have a substituent. By using R 1 and R 2 as the above group, the solubility of the copolymer having the structural unit in the solvent is improved as compared with the case where R 1 and R 2 are hydrogen atoms. Therefore, for example, when the copolymer according to the present invention is used in an active layer of a photoelectric conversion element as described later, an improvement in processability can be expected, and an active layer having a uniform film quality can be formed. In addition, as described above, the copolymer having the structural unit is easily oriented in a certain direction by having a substituent at a specific position, so that it contributes to a longer wavelength and the carrier movement proceeds smoothly. Thus, improvement in conversion efficiency can be expected. It is also considered that the π stacking property between molecules is improved.

脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族複素環基、及び芳香族複素環基は、特段の制限はないが、具体的には、R3及びR4で挙げた基と同じ基が挙げられる。 The aliphatic hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, aliphatic heterocyclic group, and aromatic heterocyclic group are not particularly limited, but specifically, the same groups as those described for R 3 and R 4 Is mentioned.

アルコキシ基は、特段の制限はないが、アルコキシ基が有する炭素数は、1以上であることが好ましく、3以上であることがさらに好ましく、5以上であることが特に好ましく、一方、30以下であることが好ましく、20以下であることがさらに好ましく、14以下であることが特に好ましい。具体的には、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、テトラデシルオキシ基が挙げられる。   The alkoxy group is not particularly limited, but the number of carbon atoms of the alkoxy group is preferably 1 or more, more preferably 3 or more, particularly preferably 5 or more, while 30 or less. It is preferably some, more preferably 20 or less, and particularly preferably 14 or less. Specific examples include a hexyloxy group, an octyloxy group, a nonyloxy group, a decyloxy group, a dodecyloxy group, and a tetradecyloxy group.

1及びR2は、上述の基のなかでも、立体障害をさらに抑えるために、それぞれ独立して、脂肪族炭化水素基又はアルコキシ基であることが好ましく、有機薄膜太陽電池として使用した際の開放電圧が大きくなりやすいために、脂肪族炭化水素基であることが特に好ましい。 R 1 and R 2 are preferably each independently an aliphatic hydrocarbon group or an alkoxy group in order to further suppress steric hindrance among the groups described above, and when used as an organic thin film solar cell. An aliphatic hydrocarbon group is particularly preferable because the open circuit voltage tends to increase.

また、立体障害を抑えると共に変換効率の向上のために、R1及びR2は、脂肪族炭化水素基のなかでも、炭素数6以上14以下の直鎖状の脂肪族炭化水素基であることが好ましい。具体的には、n−オクチル基、n−デシル基、又はn−ドデシル基が挙げられる。 Further, in order to suppress steric hindrance and improve conversion efficiency, R 1 and R 2 are straight aliphatic hydrocarbon groups having 6 to 14 carbon atoms among aliphatic hydrocarbon groups. Is preferred. Specifically, an n-octyl group, an n-decyl group, or an n-dodecyl group can be given.

式(II)中、A2はアクセプター性モノマー単位を表す。A2は特段の制限はないが、具体的には、A1で挙げたアクセプター性モノマー単位が挙げられる。なお、A1及びA2は互いに同じアクセプター性モノマー単位であってもよいし、異なるアクセプター性モノマー単位であってもよい。しかしながら、分子内のキャリアトラップを抑制し、キャリア移動を円滑に起こすために、A1及びA2は同じ構成単位であることが好ましい。以上の観点から、A1が上記式(V)で表わされる繰り返し単位である場合、A2は、下記式(VI)で表わされる構成単位であることが好ましい。   In formula (II), A2 represents an acceptor monomer unit. A2 is not particularly limited, and specific examples include the acceptor monomer units listed in A1. A1 and A2 may be the same acceptor monomer units or different acceptor monomer units. However, A1 and A2 are preferably the same structural unit in order to suppress carrier traps in the molecule and cause carrier movement smoothly. From the above viewpoint, when A1 is a repeating unit represented by the above formula (V), A2 is preferably a structural unit represented by the following formula (VI).

Figure 2016183290
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式(VI)中、X4は、周期表第16族元素から選ばれる原子を表し、具体的には、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、又はテルル原子が挙げられ、なかでも、酸素原子又は硫黄原子であることが好ましく、硫黄原子であることが特に好ましい。 In the formula (VI), X 4 represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, and specifically includes an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, or a tellurium atom, among which an oxygen atom or A sulfur atom is preferred, and a sulfur atom is particularly preferred.

式(VI)中、R9は、水素原子又は1価の有機基を表す。1価の有機基は特段の制限はないが、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよい脂肪族複素環基、又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基が挙げられる。なお、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、脂肪族複素環基、芳香族複素環基は、特段の制限はないが、R8と同じ基が挙げられ、好ましい基もR8で挙げた基と同じ基が挙げられる。なお、式(VI)中のR9は、式(V)中のR8と同じであってもよいし異なっていてもよいが、R8とR9は同じ基であることが好ましい。 In formula (VI), R 9 represents a hydrogen atom or a monovalent organic group. The monovalent organic group is not particularly limited, but may have an aliphatic hydrocarbon group that may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group that may have a substituent, or a substituent. And an aliphatic heterocyclic group which may be substituted or an aromatic heterocyclic group which may have a substituent. The aliphatic hydrocarbon group, the aromatic hydrocarbon group, the aliphatic heterocyclic group, and the aromatic heterocyclic group are not particularly limited, but include the same groups as R 8, and preferred groups are also listed as R 8 . And the same groups as those mentioned above. R 9 in the formula (VI) may be the same as or different from R 8 in the formula (V), but R 8 and R 9 are preferably the same group.

以下に、本発明に係るコポリマーの形態を例示する。しかしながら、本発明に係るコポリマーは以下に限定されるわけではない。   Below, the form of the copolymer which concerns on this invention is illustrated. However, the copolymer according to the present invention is not limited to the following.

Figure 2016183290
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本発明に係るコポリマーは、上記式(I)で表わされる繰り返し単位及び上記式(II)で表わされる繰り返し単位を任意で選択することができるが、本発明のコポリマーは、上記式(I)中のDが、上記式(IV)で表される構成単位であり、上記式(I)中のA1が上記式(V)で表される構成単位であり、上記式(II)中のA2が、上記式(VI)で表される構成単位であるコポリマーであることが好ましい。   In the copolymer according to the present invention, the repeating unit represented by the above formula (I) and the repeating unit represented by the above formula (II) can be arbitrarily selected. Is a structural unit represented by the above formula (IV), A1 in the above formula (I) is a structural unit represented by the above formula (V), and A2 in the above formula (II) is A copolymer that is a structural unit represented by the above formula (VI) is preferable.

本発明に係るコポリマーにおける、上記式(I)で表される繰り返し単位と、上記式(II)で表される繰り返し単位との配列状態は、交互、ブロック又はランダムのいずれでもよい。すなわち、本発明に係るコポリマーは、交互コポリマー、ブロックコポリマー又はランダムコポリマーのいずれでもよい。また、これらのコポリマーのうち中間的な構造を有するコポリマー、例えばブロック性を帯びたランダムコポリマーであってもよい。また、主鎖に枝分かれがあり末端部が3つ以上あるコポリマー、及びデンドリマーも含まれる。なかでも、合成が容易であり、規則性がより低下しうる点で、ブロックコポリマー又はランダムコポリマーであることが好ましく、コポリマーの溶解性が向上しかつコポリマーを溶解させたインクの保存安定性が向上しうる点で、ランダムコポリマーであることがより好ましい。   The arrangement state of the repeating unit represented by the above formula (I) and the repeating unit represented by the above formula (II) in the copolymer according to the present invention may be alternating, block or random. That is, the copolymer according to the present invention may be an alternating copolymer, a block copolymer, or a random copolymer. In addition, a copolymer having an intermediate structure among these copolymers, for example, a random copolymer having a block property may be used. Also included are copolymers and dendrimers that are branched in the main chain and have three or more terminal portions. Among these, a block copolymer or a random copolymer is preferable because it is easy to synthesize and regularity can be lowered, and the solubility of the copolymer is improved and the storage stability of the ink in which the copolymer is dissolved is improved. In view of this, a random copolymer is more preferable.

また、本発明に係るコポリマーは、上記式(I)で表わされる繰り返し単位を2種以上有していてもよい。同様に、上記式(II)で表わされる繰り返し単位を2種以上有していてもよい。   In addition, the copolymer according to the present invention may have two or more kinds of repeating units represented by the above formula (I). Similarly, you may have 2 or more types of repeating units represented by the said formula (II).

また、式(I)で表される繰り返し単位及び式(II)で表わされる繰り返し単位を有するポリマーの末端部分は、特段の制限はないが、芳香族炭化水素環、芳香族複素環、又は水素原子でエンドギャップされていることが好ましい。   The terminal portion of the polymer having the repeating unit represented by the formula (I) and the repeating unit represented by the formula (II) is not particularly limited, but may be an aromatic hydrocarbon ring, an aromatic heterocyclic ring, or hydrogen. It is preferably end-gapped with atoms.

また、式(I)で表される繰り返し単位及び式(II)で表される繰り返し単位を有するコポリマー中、各繰り返し単位の比率は特段の制限はないが、式(I)で表される繰り返し単位に対する式(II)で表される繰り返し単位の比率は、上記式(II)で表される単位どうしが十分にπスタックをすることで分子間のキャリアパスが数多く形成され、光が照射して一部が損傷した場合においても光電変換効率の低下が抑制されるために0.1以上であることが好ましく、0.3以上であることがさらに好ましく、0.4以上であることが特に好ましい。一方で、式(I)で表される繰り返し単位に対する式(II)で表される繰り返し単位の比率は式(II)で表される単位が多くなるにつれて、πスタックの寄与が大きくなり溶解度が低くなってくると考えられるために、10以下であることが好ましく、8以下であることがさらに好ましく、3以下であることが特に好ましい。   Further, in the copolymer having the repeating unit represented by the formula (I) and the repeating unit represented by the formula (II), the ratio of each repeating unit is not particularly limited, but the repeating unit represented by the formula (I) The ratio of the repeating unit represented by the formula (II) to the unit is such that the units represented by the formula (II) are sufficiently π-stacked so that many intermolecular carrier paths are formed, and light is irradiated. Even when a part is damaged, the decrease in photoelectric conversion efficiency is suppressed, so that it is preferably 0.1 or more, more preferably 0.3 or more, and particularly preferably 0.4 or more. preferable. On the other hand, the ratio of the repeating unit represented by the formula (II) to the repeating unit represented by the formula (I) increases the contribution of the π stack and increases the solubility as the unit represented by the formula (II) increases. In order to be considered to become low, it is preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and particularly preferably 3 or less.

また、本発明に係るコポリマーは、本発明の効果を損なわない範囲で、上記式(I)で表される繰り返し単位、及び上記式(II)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を含んでいてもよい。具体的に含んでいてもよい繰り返し単位は、特段の制限はないが、上述の式(I)中のD及びA1、並びに式(II)中のA2で挙げたドナー性モノマー単位及びアクセプター性モノマー単位とから構成される繰り返し単位が挙げられる。   In addition, the copolymer according to the present invention includes a repeating unit other than the repeating unit represented by the formula (I) and the repeating unit represented by the formula (II) as long as the effects of the present invention are not impaired. May be. Although the repeating unit which may be specifically contained is not particularly limited, the donor monomer unit and the acceptor monomer mentioned in D and A1 in the above formula (I) and A2 in the formula (II) And repeating units composed of units.

本発明に係るコポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、特段の制限はないが、通常5.0×103以上、好ましくは1.0×104以上、より好ましくは1.5×104以上、さらに好ましくは2.0×104以上、よりさらに好ましくは3.0×104以上、特に好ましくは4.0×105以上である。一方、好ましくは1.0×107以下、より好ましくは1.0×106以下、特に好ましくは5.0×105以下である。光吸収波長を長波長化するという観点、高い吸光度を実現するという観点、高いキャリア移動を実現できるという観点、及び有機溶媒への溶解度の観点から、重量平均分子量がこの範囲にあることが好ましい。 The polystyrene-reduced weight average molecular weight (Mw) of the copolymer according to the present invention is not particularly limited, but is usually 5.0 × 10 3 or more, preferably 1.0 × 10 4 or more, more preferably 1.5 ×. 10 4 or more, more preferably 2.0 × 10 4 or more, still more preferably 3.0 × 10 4 or more, and particularly preferably 4.0 × 10 5 or more. On the other hand, it is preferably 1.0 × 10 7 or less, more preferably 1.0 × 10 6 or less, and particularly preferably 5.0 × 10 5 or less. The weight average molecular weight is preferably in this range from the viewpoint of increasing the light absorption wavelength, from the viewpoint of realizing high absorbance, from the viewpoint of realizing high carrier movement, and from the viewpoint of solubility in an organic solvent.

本発明に係るコポリマーのポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、特段の制限はないが、通常3.0×103以上、好ましくは5.0×103以上、より好ましくは8.0×103以上、さらに好ましくは1.0×104以上、特に好ましくは2.0×104以上である。一方、好ましくは1.0×107以下、より好ましくは1.0×106以下、さらに好ましくは5.0×105以下、殊更に好ましくは2.0×105以下、特に好ましくは1.0×105以下である。光吸収波長を長波長化するという観点、高い吸光度を実現するという観点、高いキャリア移動を実現できるという観点、及び有機溶媒への溶解度の観点から、数平均分子量がこの範囲にあることが好ましい。 The polystyrene-reduced number average molecular weight (Mn) of the copolymer according to the present invention is not particularly limited, but is usually 3.0 × 10 3 or more, preferably 5.0 × 10 3 or more, more preferably 8.0 ×. 10 3 or more, more preferably 1.0 × 10 4 or more, and particularly preferably 2.0 × 10 4 or more. On the other hand, preferably 1.0 × 10 7 or less, more preferably 1.0 × 10 6 or less, further preferably 5.0 × 10 5 or less, even more preferably 2.0 × 10 5 or less, and particularly preferably 1 0.0 × 10 5 or less. The number average molecular weight is preferably in this range from the viewpoint of increasing the light absorption wavelength, from the viewpoint of realizing high absorbance, from the viewpoint of realizing high carrier movement, and from the viewpoint of solubility in an organic solvent.

本発明に係るコポリマーの分子量分布(PDI,(重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)))は、通常1.0以上、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.2以上、さらに好ましくは1.3以上である。一方、通常50.0以下、好ましくは20.0以下、より好ましくは15.0以下、さらに好ましくは10.0以下である。コポリマーの溶解度が塗布に適した範囲になりうるという点で、分子量分布がこの範囲にあることが好ましい。   The molecular weight distribution (PDI, (weight average molecular weight / number average molecular weight (Mw / Mn))) of the copolymer according to the present invention is usually 1.0 or more, preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, Preferably it is 1.3 or more. On the other hand, it is usually 50.0 or less, preferably 20.0 or less, more preferably 15.0 or less, and still more preferably 10.0 or less. The molecular weight distribution is preferably in this range in that the solubility of the copolymer can be in a range suitable for coating.

本発明に係るコポリマーのポリスチレン換算の重量平均分子量、数平均分子量、及び分子量分布は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めることができる。具体的には、カラムとして、PolymerLaboratories GPC用カラム(PLgel MIXED−B 10μm 内径7.5mm,長さ30cm)を2本直列に繋げて用い、ポンプとしてLC−10AT(島津製作所社製)、オーブンとしてCTO−10A(島津製作所社製)、検出器として示差屈折率検出器(島津製作所製:RID−10A)、及びUV−vis検出器(島津製作所製:SPD−10A)を用いることにより測定できる。測定方法としては、測定対象のコポリマー(1mg)をクロロホルム(200mg)に溶解させ、得られた溶液1μLをカラムに注入する。移動相としてo−ジクロロベンゼンを用い、80℃にて、1.0mL/minの流速で測定を行う。解析にはLC−Solution(島津製作所製)を用いる。   The polystyrene-reduced weight average molecular weight, number average molecular weight, and molecular weight distribution of the copolymer according to the present invention can be determined by gel permeation chromatography (GPC). Specifically, two Polymer Laboratories GPC columns (PLgel MIXED-B 10 μm inner diameter 7.5 mm, length 30 cm) are connected in series as a column, LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation) as a pump, and an oven It can be measured by using CTO-10A (manufactured by Shimadzu Corp.), a differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corp .: RID-10A), and a UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corp .: SPD-10A). As a measuring method, a copolymer (1 mg) to be measured is dissolved in chloroform (200 mg), and 1 μL of the obtained solution is injected into a column. Using o-dichlorobenzene as the mobile phase, measurement is performed at 80 ° C. and a flow rate of 1.0 mL / min. For the analysis, LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation) is used.

本発明に係るコポリマーの溶解度は、特に限定は無いが、好ましくは25℃におけるクロロベンゼンに対する溶解度が通常0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上であり、一方、通常30質量%以下、好ましくは20質量%である。溶解性が高いことは、塗布によりより厚い膜を成膜できるために好ましい。   The solubility of the copolymer according to the present invention is not particularly limited, but preferably the solubility in chlorobenzene at 25 ° C. is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more. On the other hand, it is usually 30% by mass or less, preferably 20% by mass. High solubility is preferable because a thicker film can be formed by coating.

本発明に係るコポリマーは、分子間で適度な相互作用が起こることが好ましい。本明細書において、分子間で相互作用するということは、分子間でのπ−πスタッキング等の相互作用によってポリマー鎖間の距離が短くなることを意味する。相互作用が強いほど、高い移動度及び/又は結晶性を示す傾向があるため、半導体材料として好適であるものと考えられる。すなわち、分子間で相互作用するコポリマーにおいては分子間での電子移動が起こりやすいため、例えば光電変換素子において活性層中に本発明に係るコポリマーを用いた場合に、活性層内の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)を効率よく電極(アノード)へ輸送できると考えられる。   The copolymer according to the present invention preferably has an appropriate interaction between molecules. In the present specification, the interaction between molecules means that the distance between polymer chains is shortened by an interaction such as π-π stacking between molecules. The stronger the interaction, the higher the mobility and / or crystallinity, and the more suitable the semiconductor material is. That is, in a copolymer that interacts between molecules, electron transfer between molecules is likely to occur. For example, when the copolymer according to the present invention is used in an active layer in a photoelectric conversion element, a p-type semiconductor compound in the active layer is used. It is considered that holes generated at the interface between the n-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound can be efficiently transported to the electrode (anode).

結晶性の測定方法としてはX線回折法(XRD)が挙げられる。本明細書において結晶性を有するとは、XRD測定により得られたX線回折スペクトルが回折ピークを有することを意味する。結晶性を有することは、分子同士が配列した積層構造を有することを意味すると考えられ、後述する活性層を厚膜化できる傾向がある点で好ましい。XRD測定は公知文献(X線結晶解析の手引き(応用物理学選書4))に記載の方法に基づいて行うことができる。   An example of a crystallinity measuring method is an X-ray diffraction method (XRD). In this specification, having crystallinity means that an X-ray diffraction spectrum obtained by XRD measurement has a diffraction peak. Having crystallinity is considered to mean that it has a laminated structure in which molecules are arranged, and is preferable in that the active layer described later tends to be thickened. XRD measurement can be performed based on a method described in a known document (X-ray crystal analysis guide (applied physics selection book 4)).

本発明に係るコポリマーの正孔移動度(ホール移動度と記す場合がある)は、通常1.0×10-7cm2/Vs以上、好ましくは1.0×10-6cm2/Vs以上、より好ましくは1.0×10-5cm2/Vs以上、特に好ましくは1.0×10-4cm2/Vs以上である。一方、本発明に係るコポリマーの正孔移動度は通常1.0×104cm2/Vs以下、好ましくは1.0×103cm2/Vs以下であり、より好ましくは1.0×102cm2/Vs以下であり、特に好ましくは1.0×10cm2/Vs以下である。正孔移動度がこの範囲にあることにより、本発明に係るコポリマーは半導体材料として好適に用いられる。また、光電変換素子において高い変換効率を得るためには、n型半導体化合物の移動度と、p型半導体化合物の移動度とのバランスが重要である。本発明に係るコポリマーを光電変換素子においてp型半導体化合物として用いる場合、本発明に係るコポリマーの正孔移動度とn型半導体化合物の電子移動度とを近づける観点から、本発明に係るコポリマーの正孔移動度がこの範囲にあることが好ましい。正孔移動度の測定方法としてはFET法が挙げられる。FET法は公知文献(特開2010−045186号公報)に記載の方法により行うことができる。 The hole mobility (sometimes referred to as hole mobility) of the copolymer according to the present invention is usually 1.0 × 10 −7 cm 2 / Vs or more, preferably 1.0 × 10 −6 cm 2 / Vs or more. More preferably, it is 1.0 × 10 −5 cm 2 / Vs or more, and particularly preferably 1.0 × 10 −4 cm 2 / Vs or more. On the other hand, the hole mobility of the copolymer according to the present invention is usually 1.0 × 10 4 cm 2 / Vs or less, preferably 1.0 × 10 3 cm 2 / Vs or less, and more preferably 1.0 × 10 6. 2 cm 2 / Vs or less, particularly preferably 1.0 × 10 cm 2 / Vs or less. When the hole mobility is in this range, the copolymer according to the present invention is suitably used as a semiconductor material. Further, in order to obtain high conversion efficiency in the photoelectric conversion element, it is important to balance the mobility of the n-type semiconductor compound and the mobility of the p-type semiconductor compound. When the copolymer according to the present invention is used as a p-type semiconductor compound in a photoelectric conversion element, from the viewpoint of bringing the hole mobility of the copolymer according to the present invention close to the electron mobility of the n-type semiconductor compound, the copolymer according to the present invention is positive. The hole mobility is preferably within this range. As a method for measuring the hole mobility, there is an FET method. The FET method can be performed by a method described in a known document (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-045186).

本発明に係るコポリマーは溶液状態での保存安定性が高いことが好ましい。保存安定性が高いとは、溶液とした時に凝集しにくいことを意味する。より具体的には、本発明に係るコポリマー2mgを2mLのスクリューバイアルに入れ、1.5質量%の濃度になるようにo−キシレンに加熱溶解させてから室温まで冷却した際に、冷却を開始してから5分間以上ゲル化しないことが好ましく、1時間以上ゲル化しないことがより好ましい。   The copolymer according to the present invention preferably has high storage stability in a solution state. High storage stability means that it is difficult to aggregate when made into a solution. More specifically, 2 mg of the copolymer according to the present invention was placed in a 2 mL screw vial, dissolved in o-xylene to a concentration of 1.5% by mass, and then cooled to room temperature. Then, it is preferable not to gel for 5 minutes or more, and it is more preferable not to gel for 1 hour or more.

本発明に係るコポリマー中の不純物は極力少ないほうが好ましい。特に、式(1)で表される繰り返し単位を有するコポリマーを合成する際に、パラジウム、銅等の遷移金属触媒を用いた場合、これらがコポリマー中に残存する場合がありうる。これらの金属触媒がコポリマー中に残存していると遷移金属の重原子効果による励起子トラップが生じるために電荷移動が阻害され、結果として本発明に係るコポリマーを光電変換素子に用いた際に光電変換効率を低下させるおそれがある。そのため、遷移金属触媒の濃度は、コポリマー1gあたり、通常1000ppm以下、好ましくは500pm以下、より好ましくは100ppm以下である。一方、通常0ppmより大きく、1ppm以上であってもよく、3ppm以上であってもよい。   The impurities in the copolymer according to the present invention are preferably as few as possible. In particular, when a copolymer having a repeating unit represented by the formula (1) is synthesized, when a transition metal catalyst such as palladium or copper is used, these may remain in the copolymer. If these metal catalysts remain in the copolymer, exciton traps due to the heavy atom effect of the transition metal occur and charge transfer is inhibited. As a result, when the copolymer according to the present invention is used in a photoelectric conversion element, There is a risk of reducing the conversion efficiency. Therefore, the concentration of the transition metal catalyst is usually 1000 ppm or less, preferably 500 pm or less, more preferably 100 ppm or less per 1 g of copolymer. On the other hand, it is usually larger than 0 ppm and may be 1 ppm or more, or 3 ppm or more.

なお、コポリマー中に含有される不純物は、例えば、ICP質量分析法により測定することができる。ICP質量分析法は、公知文献(「プラズマイオン源質量分析」(学会出版センター))に記載されている方法により実施できる。具体的には、パラジウム原子及び銅原子については、試料を湿式分解後、分解液中のPd,SnをICP質量分析装置(Agilent Technologies社製 ICP質量分析装置 7500ce型)を用いて検量線法により定量することができる。   The impurities contained in the copolymer can be measured by, for example, ICP mass spectrometry. ICP mass spectrometry can be carried out by a method described in a known document (“Plasma ion source mass spectrometry” (Academic Publishing Center)). Specifically, about palladium atom and copper atom, after wet-decomposing the sample, Pd and Sn in the decomposition solution are analyzed by a calibration curve method using an ICP mass spectrometer (ICP mass spectrometer 7500ce type manufactured by Agilent Technologies). It can be quantified.

<2.本発明に係るコポリマーの製造方法>
本発明のコポリマーの製造方法は、特段の限定はなく、下記式(VII)で表される化合物と、式(VIII)で表される化合物と、式(IX)で表される化合物と、式(X)で表される化合物とを必要であれば適当な触媒の存在下で、重合する方法が挙げられる。
なお、式(I)中のA1と式(II)中のA2が同じであるコポリマーを製造する場合は、式(VII)で表される化合物と、式(VIII)で表される化合物と、式(IX)で表される化合物(又は式(X)で表わされる化合物)とを後述する重合反応に従って製造することができる。また、式(I)中のA1と式(II)中のA2とが異なるコポリマーを製造する場合は、一例として、あらかじめ、式(VII)で表される化合物と、式(IX)で表される化合物との重合反応により得られる中間体1と、式(VIII)で表される化合物と、式(X)で表される化合物との重合反応により得られる中間体2とを製造しておき、中間体1と中間体2とを後述の重合反応により合成することで本発明に係るコポリマーを製造することができる。
<2. Method for producing copolymer according to the present invention>
The method for producing the copolymer of the present invention is not particularly limited. The compound represented by the following formula (VII), the compound represented by the formula (VIII), the compound represented by the formula (IX), and the formula A method of polymerizing the compound represented by (X) in the presence of an appropriate catalyst if necessary.
When producing a copolymer in which A1 in formula (I) and A2 in formula (II) are the same, a compound represented by formula (VII), a compound represented by formula (VIII), A compound represented by the formula (IX) (or a compound represented by the formula (X)) can be produced according to a polymerization reaction described later. In the case of producing a copolymer in which A1 in formula (I) and A2 in formula (II) are different, as an example, a compound represented by formula (VII) and a formula (IX) Intermediate 1 obtained by a polymerization reaction with a compound, a compound represented by formula (VIII), and an intermediate 2 obtained by a polymerization reaction with a compound represented by formula (X). The copolymer according to the present invention can be produced by synthesizing the intermediate 1 and the intermediate 2 by the polymerization reaction described later.

Figure 2016183290
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上記式(VII)中、Dは、上記式(I)中のDと同義である。上記式(VIII)中、L、R1及びR2は、上記式(II)中のL、R1及びR2と同義である。上記式(IX)中、A1は式(I)中のA1と同義である。上記式(X)中、A2は、上記式(II)中のA2と同義である。 In the above formula (VII), D has the same meaning as D in the above formula (I). In the above formula (VIII), L, R 1 and R 2 are as defined L in above-mentioned formula (II), and R 1 and R 2. In formula (IX), A1 has the same meaning as A1 in formula (I). In the above formula (X), A2 has the same meaning as A2 in the above formula (II).

式(VII)〜式(X)中のY1〜Y8は、重合反応の種類に応じて適宜選択でき、特段の制限はないが、それぞれ独立して、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、アルキルスルホ基、アリールスルホ基、アリールアルキルスルホ基、ホウ酸エステル残基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、ホウ酸残基(−B(OH)2)、ホルミル基、アルケニル基又はアルキニル基を表す。 Y1 to Y8 in the formula (VII) to the formula (X) can be appropriately selected according to the kind of the polymerization reaction and are not particularly limited, but are independently a halogen atom, an alkylstannyl group, or an alkylsulfo group. , Arylsulfo group, arylalkylsulfo group, boric acid ester residue, sulfonium methyl group, phosphonium methyl group, phosphonate methyl group, monohalogenated methyl group, boric acid residue (-B (OH) 2 ), formyl group, An alkenyl group or an alkynyl group is represented.

ハロゲン原子は、特段の制限はないが、臭素原子又はヨウ素原子が好ましい。   The halogen atom is not particularly limited, but is preferably a bromine atom or an iodine atom.

ホウ酸エステル残基は、特段の制限はないが、例えば、下記式で示される基が挙げられる。   The borate ester residue is not particularly limited, and examples thereof include a group represented by the following formula.

Figure 2016183290
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式中、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。   In the formula, Me represents a methyl group, and Et represents an ethyl group.

アルキルスタニル基は、特段の制限はないが、例えば、下記式で示される基が挙げられる。   The alkylstannyl group is not particularly limited, and examples thereof include a group represented by the following formula.

Figure 2016183290
Figure 2016183290

式中、Meはメチル基を表し、Buはブチル基を表す。   In the formula, Me represents a methyl group, and Bu represents a butyl group.

アルケニル基は、特段の制限はないが、例えば、炭素数2〜12のアルケニル基が好ましい。   The alkenyl group is not particularly limited, but for example, an alkenyl group having 2 to 12 carbon atoms is preferable.

上述の中でも、式(VII)〜式(X)で表される化合物の合成上の観点及び反応のし易さの観点から、Y1〜Y8はそれぞれ独立して、ハロゲン原子、アルキルスタニル基、ホウ酸エステル残基、又はホウ酸残基(−B(OH)2)であることが好ましい。 Among the above, Y1 to Y8 are each independently a halogen atom, an alkylstannyl group, from the viewpoint of the synthesis of the compounds represented by the formulas (VII) to (X) and the ease of reaction. A boric acid ester residue or a boric acid residue (—B (OH) 2 ) is preferable.

本発明のコポリマーの重合に用いる反応方法としては、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Yamamotoカップリング反応方法、Grignard反応方法、ヘック反応方法、園頭反応方法、FeCl3などの酸化剤を用いる反応方法、電気化学的な酸化反応を用いる方法、適当な脱離基を有する中間体化合物の分解による反応方法などが挙げられる。これらの中でも、Suzuki−Miyauraカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Yamamotoカップリング反応方法、Grignard反応方法が、構造制御がしやすい点で好ましい。特に、Suzuki−Miyauraクロスカップリング反応方法、Stilleカップリング反応方法、Grignard反応方法が、材料の入手しやすさ、反応操作の簡便さの点からも好ましい。これらの反応は、「クロスカップリング−基礎と産業応用−(CMC出版)」、「有機合成のための遷移金属触媒反応(辻二郎著:有機合成化学協会編)」、「有機合成のための触媒反応103(檜山為次郎:東京化学同人)」などの公知文献の記載の方法に従って行うことができる。 Examples of the reaction method used for the polymerization of the copolymer of the present invention include Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, Stille coupling reaction method, Yamamoto coupling reaction method, Grignard reaction method, Heck reaction method, Sonogashira reaction method, FeCl 3 and the like. A reaction method using an oxidizing agent, a method using an electrochemical oxidation reaction, a reaction method by decomposition of an intermediate compound having an appropriate leaving group, and the like. Among these, the Suzuki-Miyaura coupling reaction method, the Stille coupling reaction method, the Yamamoto coupling reaction method, and the Grignard reaction method are preferable in terms of easy structure control. In particular, the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction method, the Stille coupling reaction method, and the Grignard reaction method are preferable from the viewpoint of easy availability of materials and easy reaction operation. These reactions are described in "Cross Coupling-Fundamentals and Industrial Applications (CMC Publishing)", "Transition Metal Catalyzed Reactions for Organic Synthesis (edited by Jiro Jiro: edited by Organic Synthetic Chemical Society)", "For Organic Synthesis" The reaction can be carried out according to a method described in known literature such as “catalytic reaction 103 (Teijiro Hatakeyama: Tokyo Kagaku Dojin)”.

なお、上述の通り、式(VII)〜式(X)中のY1〜Y8は適宜選択して重合反応を行なえばよい。例えば、式(VII)及び式(VIII)中のY1〜Y4がアルキルスタニル基であり、式(IX)及び式(X)中のY5〜Y8をハロゲン原子として、公知のStilleカップリング反応の条件に従って反応を行えばよい。また、式(VII)及び式(VIII)中のY1〜Y4がホウ酸エステル残基又はホウ酸残基として、式(IX)及び式(X)中のY5〜Y8をハロゲン原子として公知のSuzuki−Miyauraカップリング反応の条件に従って反応を行えばよい。さらに、式(VII)及び式(VIII)中のY1〜Y4をシリル基として、式(IX)及び式(X)中のY5〜Y8をハロゲン原子として公知のHiyamaカップリング反応の条件に従って反応を行えばよい。なお、カップリング反応の触媒としては例えば、パラジウム等の遷移金属と、配位子(例えばトリフェニルホスフィン等のホスフィン配位子)との組み合わせを用いることができる。   As described above, Y1 to Y8 in the formulas (VII) to (X) may be appropriately selected to perform the polymerization reaction. For example, Y1 to Y4 in the formula (VII) and the formula (VIII) are alkylstannyl groups, and Y5 to Y8 in the formula (IX) and the formula (X) are used as a halogen atom. What is necessary is just to react according to conditions. Moreover, Y1-Y4 in Formula (VII) and Formula (VIII) is a borate ester residue or boric acid residue, Y5-Y8 in Formula (IX) and Formula (X) is a halogen atom, and is known as Suzuki. -The reaction may be performed according to the conditions of the Miyaura coupling reaction. Furthermore, Y1 to Y4 in formula (VII) and formula (VIII) are used as silyl groups, Y5 to Y8 in formula (IX) and formula (X) are used as halogen atoms, and the reaction is carried out according to known Hiyama coupling reaction conditions. Just do it. As a catalyst for the coupling reaction, for example, a combination of a transition metal such as palladium and a ligand (for example, a phosphine ligand such as triphenylphosphine) can be used.

また、重合反応により得られたコポリマーに対しては、さらに末端処理を行うことが好ましい。コポリマーの末端処理を行うことにより、コポリマーの末端残基(上述のY1〜Y8)の残存量を減らすことができる。このような末端処理を行うことにより、得られるコポリマー中のハロゲン原子、アルキルスタニル基等を減らすことができるために、光電変換素子に本発明に係るコポリマーを用いた場合に、変換効率及び耐久性が向上するために好ましい。   In addition, it is preferable to further end-treat the copolymer obtained by the polymerization reaction. By performing the terminal treatment of the copolymer, the residual amount of the terminal residues (Y1 to Y8 described above) of the copolymer can be reduced. By performing such a terminal treatment, halogen atoms, alkylstannyl groups, and the like in the obtained copolymer can be reduced. Therefore, when the copolymer according to the present invention is used for a photoelectric conversion element, conversion efficiency and durability are improved. This is preferable because of improved properties.

また、重合反応後には、通常、コポリマーを分離する工程が行われる。コポリマーの末端処理を行う場合には、末端処理後にコポリマーを分離する工程を行うことが好ましい。必要に応じて、コポリマーの末端処理前に、さらにコポリマーの分離及び精製を行なってもよい。より短い処理工程でコポリマーを得る観点からは、重合反応後に、コポリマーの末端処理、コポリマーの分離及びコポリマーの精製をこの順に行うことが好ましい。   Moreover, the process of isolate | separating a copolymer is normally performed after a polymerization reaction. When the terminal treatment of the copolymer is performed, it is preferable to perform a step of separating the copolymer after the terminal treatment. If necessary, further copolymer separation and purification may be performed prior to copolymer termination. From the viewpoint of obtaining the copolymer in a shorter processing step, it is preferable to carry out the terminal treatment of the copolymer, separation of the copolymer and purification of the copolymer in this order after the polymerization reaction.

コポリマーの分離方法としては、例えば、反応溶液と貧溶媒とを混合してコポリマーを析出させる方法、又は、水若しくは塩酸で反応溶液中の活性種をクエンチした後にコポリマーを有機溶媒で抽出し、この有機溶媒を留去する方法等が挙げられる。   As a method for separating the copolymer, for example, the reaction solution and a poor solvent are mixed to precipitate the copolymer, or the active species in the reaction solution is quenched with water or hydrochloric acid, and then the copolymer is extracted with an organic solvent. Examples include a method of distilling off the organic solvent.

コポリマーの精製方法としては、再沈精製、ソックスレー抽出器を用いた抽出、ゲル浸透クロマトグラフィ、又はスキャベンジャーを用いた金属除去等の、公知の方法が挙げられる。   Examples of the purification method of the copolymer include known methods such as reprecipitation purification, extraction using a Soxhlet extractor, gel permeation chromatography, or metal removal using a scavenger.

<2−1.式(VII)〜式(X)で表される化合物の製造方法>
式(VII)〜(X)で表わされる化合物を製造する方法は、特段の制限はないが、公知の例を参考にして行うことができる。公知例としては、Polymer, 1990,31,1379−1383、Adv.Mater.,2007,19,4160−4165、Macromolecules,2010,43,6936−6938、Adv.Mater.,2011,23,3315−3319、Angew.Chem.Int.Ed.,2012,51,2068−2071、J.Mater.Chem.,2011,21,3895−3902、J.Am.Chem.Soc.,2011,133,10062−10065またはChem.Commun.,2011,47,4920、WO2013/180243等が挙げられる。
<2-1. Method for Producing Compound Represented by Formula (VII) to Formula (X)>
The method for producing the compounds represented by the formulas (VII) to (X) is not particularly limited, but can be carried out with reference to known examples. Known examples include Polymer, 1990, 31, 1379-1383, Adv. Mater. , 2007, 19, 4160-4165, Macromolecules, 2010, 43, 6936-6938, Adv. Mater. , 2011, 23, 3315-3319, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2068-2071, J. MoI. Mater. Chem. , 2011, 21, 3895-3902, J. Am. Am. Chem. Soc. , 2011, 133, 10062-10065 or Chem. Commun. , 2011, 47, 4920, WO2013 / 180243, and the like.

<3.光電変換素子>
本発明に係るコポリマーは光電変換素子の材料として用いることができ、具体的には、光電変換素子の活性層のp型半導体材料として本発明に係るコポリマーを用いることで、高い変換効率及び高い露光安定性を有する光電変換素子を提供することができる。以下、本発明に係るコポリマーを用いた光電変換素子の一実施形態について説明する。
<3. Photoelectric conversion element>
The copolymer according to the present invention can be used as a material for a photoelectric conversion element. Specifically, by using the copolymer according to the present invention as a p-type semiconductor material for an active layer of a photoelectric conversion element, high conversion efficiency and high exposure can be obtained. A photoelectric conversion element having stability can be provided. Hereinafter, an embodiment of a photoelectric conversion element using the copolymer according to the present invention will be described.

本発明に係る光電変換素子は、少なくとも、基材と、基材上に形成された一対の電極と、一対の電極間に形成された活性層と、を有する。以下、図1を参照して、本発明に係る光電変換素子の一実施形態について説明する。   The photoelectric conversion element according to the present invention includes at least a base material, a pair of electrodes formed on the base material, and an active layer formed between the pair of electrodes. Hereinafter, an embodiment of a photoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to FIG.

図1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と、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、光電変換素子の各構成部材について説明する。   As shown in FIG. 1, one 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 have a layer structure in which are sequentially formed. 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. Moreover, the photoelectric conversion element may optionally have another layer other than the above. Hereinafter, each component of the photoelectric conversion element will be described.

<3−1.基材106>
光電変換素子107は、通常は支持体となる基材106に形成される。基材106の材料に特段の制限は無い。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等が挙げられる。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;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。
<3-1. Substrate 106>
The photoelectric conversion element 107 is usually formed on a base material 106 that serves as a support. There is no particular limitation on the material of the substrate 106. 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 substrate) such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene, or epoxy resin; paper material such as paper or synthetic paper; stainless steel, Examples thereof include composite materials such as a metal foil such as titanium or aluminum whose surface is coated or laminated in order to impart insulation.

ガラスとしてはソーダガラス、青板ガラス又は無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスからの溶出イオンが少ない点で、これらの中でも無アルカリガラスが好ましい。   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.

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106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。なお、基材106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、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。ガラス基材の膜厚が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。   Although there is no restriction | limiting in the film thickness of the base material 106, 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 photoelectric conversion element is insufficient is reduced. It is preferable that the thickness of the substrate 106 is 20 mm or less because the cost is suppressed and the mass is not increased. In addition, the film thickness when the material of the base material 106 is glass 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 glass substrate has a film thickness of 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 is 0.5 cm or less because the mass does not increase.

<3−2.一対の電極(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。
<3-2. 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−ジルコニウム酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;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 anode materials include conductive metal oxides such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide, and zinc oxide. A metal such as gold, platinum, silver, chromium or cobalt, or an alloy 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(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。   Furthermore, the anode and the cathode may have a laminated structure of two or more layers. In addition, characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by performing surface treatment on the anode and the cathode.

<3−3.活性層103>
活性層103はp型半導体化合物とn型半導体化合物とを含有し、光電変換が行われる層である。具体的には、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型半導体材料とn型半導体材料の界面で電気が発生し、発生した電気がアノード及びカソードから取り出される。
<3-3. Active layer 103>
The active layer 103 is a layer that contains a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound and undergoes photoelectric conversion. Specifically, 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 material and the n-type semiconductor material, and the generated electricity is extracted from the anode and the cathode. It is.

活性層103の層構成としては、p型半導体化合物を含有する層とn型半導体化合物を含有する層とが積層された薄膜積層型、又は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挙げられる。なお、バルクヘテロ接合型の活性層は、該混合層の他にp型半導体化合物を含有する層及び/又はn型半導体化合物を含有する層と、がさらに積層された構造であってもよい。なお、高い光電変換効率が期待できるという観点からはバルクヘテロ接合型であることが好ましい。   As the layer structure of the active layer 103, a thin film stack type in which a layer containing a p-type semiconductor compound and a layer containing an n-type semiconductor compound are stacked, or a layer in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed is used. A bulk heterojunction type. Note that the bulk heterojunction active layer may have a structure in which a layer containing a p-type semiconductor compound and / or a layer containing an n-type semiconductor compound is further stacked in addition to the mixed layer. From the viewpoint that high photoelectric conversion efficiency can be expected, a bulk heterojunction type is preferable.

活性層103中に含有されるp型半導体化合物として、本発明に係るコポリマーを含有する。活性層103中が本発明に係るコポリマーを含有することで、高い変換効率及び高い露光安定性を有する光電変換素子とすることができる。   The p-type semiconductor compound contained in the active layer 103 contains the copolymer according to the present invention. When the active layer 103 contains the copolymer according to the present invention, a photoelectric conversion element having high conversion efficiency and high exposure stability can be obtained.

なお、活性層103は、本発明に係るコポリマー以外にも、本発明に係る効果を損なわない限りにおいて、他のp型半導体化合物を含んでいてもよい。他のp型半導体化合物としては、低分子有機化合物であっても高分子化合物であってもよい。これらのp型半導体化合物として特段の制限はないが、例えば、国際公開第2011/016430号又は日本国特開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。   The active layer 103 may contain other p-type semiconductor compounds in addition to the copolymer according to the present invention as long as the effects according to the present invention are not impaired. The other p-type semiconductor compound may be a low molecular organic compound or a high molecular compound. These p-type semiconductor compounds are not particularly limited, but for example, those described in known literatures such as International Publication No. 2011-016430 or Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-191194 can be used.

n型半導体化合物としては、特段の制限はないが、例えば、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型ポリマー(n型高分子半導体材料)等が挙げられる。   The n-type semiconductor compound is not particularly limited. For example, a fullerene compound; a quinolinol derivative metal complex represented by 8-hydroxyquinoline aluminum; a condensed ring tetracarboxylic acid such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetracarboxylic acid diimide. 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, thiadiazole derivatives, Triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives, Pyridine derivatives, borane derivatives; anthracene, pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthacene or pentacene; single-walled carbon nanotubes, n-type polymer (n-type polymer semiconductor material), and the like.

その中でも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体又はn型高分子半導体材料が好ましく、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、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はn型高分子半導体化合物がより好ましく、フラーレン化合物が特に好ましい。これらの化合物としては、特段の制限はないが、例えば、国際公開第2011/016430号又は日本国特開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。なお、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。これらの中でも、特に60PCBM、70PCBM又はこれらの混合物を用いることが好ましい。   Among them, fullerene compounds, borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimides, N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives or n-type polymer semiconductor materials are preferable. More preferred are fullerene compounds, N-alkyl substituted perylene diimide derivatives, N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides or n-type polymer semiconductor compounds, and fullerene compounds are particularly preferred. These compounds are not particularly limited, but for example, those described in known literature such as International Publication No. 2011-016430 or Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-191194 can be used. In addition, a kind of compound may be used among the above, and a mixture of a plurality of kinds of compounds may be used. Among these, it is particularly preferable to use 60 PCBM, 70 PCBM or a mixture thereof.

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、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以上であることにより、膜の均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるために好ましい。また、活性層103の厚さが1μm以下であれば内部抵抗が小さくなり、さらには一対の電極間が離れすぎることなく、電荷の拡散が良好になるために好ましい。   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. A thickness of the active layer 103 of 10 nm or more is preferable because the uniformity of the film is maintained and a short circuit is hardly caused. In addition, it is preferable that the thickness of the active layer 103 is 1 μm or less because the internal resistance is reduced, and further, the charge diffusion is improved without the pair of electrodes 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、生産性が向上することから、塗布法により形成することが好ましい。具体的には、本発明に係るコポリマーを含む活性層形成用インクを塗布して活性層103を形成することが好ましい。   A method for forming the active layer 103 is not particularly limited, but is preferably formed by a coating method because productivity is improved. Specifically, the active layer 103 is preferably formed by applying an active layer forming ink containing a copolymer according to the present invention.

塗布法としては、任意の方法を用いることができ、例えば、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等が挙げられる。   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, pipe Examples include a doctor method, an impregnation / coating method, and a curtain coating method.

積層型の活性層を形成する場合、少なくともp型半導体化合物として本発明に係るコポリマーを含有する活性層形成用インクと、n型半導体化合物を含有する活性層用インクを用いて、それぞれ塗布法によりp型半導体含有層とn型半導体含有層とを積層して活性層を形成すればよい。一方で、バルクヘテロ型の活性層を形成する場合は、少なくともp型半導体化合物として本発明に係るコポリマーと、n型半導体化合物とを含有する活性層形成用インクを用いて、塗布法によりバルクヘテロ型の活性層を形成すればよい。   When forming a laminated type active layer, an active layer forming ink containing at least a copolymer according to the present invention as a p-type semiconductor compound and an active layer ink containing an n-type semiconductor compound are used, respectively, by a coating method. An active layer may be formed by stacking a p-type semiconductor-containing layer and an n-type semiconductor-containing layer. On the other hand, when forming a bulk hetero type active layer, an active layer forming ink containing at least a copolymer according to the present invention and an n type semiconductor compound as a p type semiconductor compound is used, and a bulk hetero type active layer is formed by a coating method. An active layer may be formed.

上述の活性層形成用インクは、上述の化合物以外に通常、溶媒を含む。溶媒としては、特段の制限はないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン若しくはデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;メタノール、エタノール若しく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、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の脂肪族ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル若しく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、トリクロロエタン若しく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若しくはジオキサン等のエーテル類;又は、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。   The above-mentioned ink for forming an active layer usually contains a solvent in addition to the above-mentioned compound. The solvent is not particularly limited, but for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane; aromatic such as toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene Hydrocarbons; cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone Aliphatic ketones such as acetophenone or propiophenone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate; chloroform, Methylene, dichloroethane, halogenated hydrocarbons such as trichloroethane or trichlorethylene; ethers such as ethyl ether and tetrahydrofuran or dioxane; or an amide such as dimethylformamide or dimethylacetamide, and the like.

なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しく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、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;又は、エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しく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、メシチレン若しく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;シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;テトラヒドロフラン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;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、メシチ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。   Among them, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; cycloaliphatic carbonization such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin Hydrogens; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene; or ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; tetrahydrofuran, cyclohexane Alicyclic hydrocarbons such as pentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; or non-halogens such as 1,4-dioxane Aliphatic ethers. Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene.

溶媒としては1種の溶媒を単独で用いてもよいし、任意の2種以上の溶媒を任意の比率で併用してもよい。2種以上の溶媒を併用する場合、沸点が60℃以上150℃以下である低沸点溶媒と、沸点が180℃以上250℃以下である高沸点溶媒とを組み合わせることが好ましい。低沸点溶媒と高沸点溶媒との組み合わせの例としては、非ハロゲン芳香族炭化水素類と脂環式炭化水素類、非ハロゲン芳香族炭化水素類と芳香族ケトン類、エーテル類と脂環式炭化水素類、エーテル類と芳香族ケトン類、脂肪族ケトン類と脂環式炭化水素類、又は脂肪族ケトン類と芳香族ケトン類、等が挙げられる。好ましい組み合わせの具体例としては、トルエンとテトラリン、キシレンとテトラリン、トルエンとアセトフェノン、キシレンとアセトフェノン、テトラヒドロフランとテトラリン、テトラヒドロフランとアセトフェノン、メチルエチルケトンとテトラリン、メチルエチルケトンとアセトフェノン、等が挙げられる。   As the solvent, one kind of solvent may be used alone, or any two or more kinds of solvents may be used in any ratio. When two or more kinds of solvents are used in combination, it is preferable to combine a low boiling point solvent having a boiling point of 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower and a high boiling point solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. Examples of combinations of low and high boiling solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons and alicyclic hydrocarbons, non-halogen aromatic hydrocarbons and aromatic ketones, ethers and alicyclic carbonization. Examples thereof include hydrogens, ethers and aromatic ketones, aliphatic ketones and alicyclic hydrocarbons, or aliphatic ketones and aromatic ketones. Specific examples of preferred combinations include toluene and tetralin, xylene and tetralin, toluene and acetophenone, xylene and acetophenone, tetrahydrofuran and tetralin, tetrahydrofuran and acetophenone, methyl ethyl ketone and tetralin, methyl ethyl ketone and acetophenone, and the like.

なお、活性層形成用インクは上述した化合物以外にも、本発明に係る効果を損なわない限りにおいて、他の添加剤等を含んでいてもよい。   In addition to the compounds described above, the active layer forming ink may contain other additives as long as the effects of the present invention are not impaired.

<3−4.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。
<3-4. 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.

<3−4−1.電子取り出し層>
電子取り出し層の材料は、活性層103からカソードへ電子の取り出し効率を向上させる材料であれば特段の制限はないが、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
<3-4-1. Electron extraction layer>
The material of the electron extraction layer is not particularly limited as long as it is a material that improves the efficiency of extracting electrons from the active layer 103 to the cathode, and examples thereof include inorganic compounds and organic compounds.

無機化合物の例としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型半導体酸化物等が挙げられる。なかでも、アルカリ金属の塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が好ましく、n型半導体酸化物としては、酸化亜鉛(ZnO)が好ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等で構成されるカソードと組み合わされた際にカソードの仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。   Examples of inorganic compounds include salts of alkali metals such as Li, Na, K or Cs; n-type semiconductor oxides such as titanium oxide (TiOx) and zinc oxide (ZnO). Among them, the alkali metal salt is preferably a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF, and the n-type semiconductor oxide is preferably zinc oxide (ZnO). Although the operation mechanism of such a material is unknown, it is conceivable to reduce the work function of the cathode when combined with a cathode made of Al or the like and increase the voltage applied to the solar cell element.

有機化合物の例としては、例えば、トリアリールホスフィンオキシド化合物のようなリン原子と第16族元素との二重結合を有するホスフィン化合物;バソキュプロイン(BCP)又はバソフェナントレン(Bphen)のような、置換基を有してもよく、1位及び10位がヘテロ原子で置き換えられていてもよいフェナントレン化合物;トリアリールホウ素のようなホウ素化合物;(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)のような有機金属酸化物;オキサジアゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物のような、置換基を有していてもよい1又は2の環構造を有する化合物;ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)又はペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)のような、ジカルボン酸無水物のような縮合ジカルボン酸構造を有する芳香族化合物等が挙げられる。   Examples of organic compounds include phosphine compounds having a double bond between a phosphorus atom and a group 16 element such as triarylphosphine oxide compounds; substituents such as bathocuproin (BCP) or bathophenanthrene (Bphen) A phenanthrene compound in which the 1-position and the 10-position may be substituted with a heteroatom; a boron compound such as triarylboron; an organometallic such as (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3) Oxide; Compound having 1 or 2 ring structure which may have a substituent such as oxadiazole compound or benzimidazole compound; naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA) or perylenetetracarboxylic anhydride Such as (PTCDA), such as dicarboxylic anhydride Aromatic compounds having a slip dicarboxylic acid structure.

電子取り出し層の膜厚は、通常0.1nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは10nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。電子取り出し層の膜厚が0.1nm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、電子取り出し層の膜厚が400nm以下であることで、電子が取り出しやすくなり、光電変換効率が向上しうる。   The thickness of the electron extraction layer is usually 0.1 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 10 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 electron extraction layer is 0.1 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the electron extraction layer is 400 nm or less, electrons are easily extracted and the photoelectric conversion efficiency is improved. Can improve.

電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−4.0eV以上、好ましくは−3.9eV以上である。一方、通常−1.9eV以下、好ましくは−2.0eV以下である。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−1.9eV以下であることは、電荷移動が促進されうる点で好ましい。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−4.0eV以上であることは、n型半導体材料への逆電子移動が防がれうる点で好ましい。   The LUMO energy level of the material of the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually −4.0 eV or more, preferably −3.9 eV or more. On the other hand, it is usually −1.9 eV or less, preferably −2.0 eV or less. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −1.9 eV or less because charge transfer can be promoted. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −4.0 eV or more in terms of preventing reverse electron transfer to the n-type semiconductor material.

電子取り出し層の材料のHOMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−9.0eV以上、好ましくは−8.0eV以上である。一方、通常−5.0eV以下、好ましくは−5.5eV以下である。電子取り出し層の材料のHOMOエネルギー準位が−5.0eV以下であることは、正孔が移動してくることを阻止しうる点で好ましい。   The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually −9.0 eV or more, preferably −8.0 eV or more. On the other hand, it is usually −5.0 eV or less, preferably −5.5 eV or less. The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer is preferably −5.0 eV or less from the viewpoint of preventing movement of holes.

電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位及びHOMOエネルギー準位の算出方法としては、サイクリックボルタモグラム測定法が挙げられる。例えば、公知文献(国際公開第2011/016430号)に記載の方法を参考にして実施することができる。   As a method for calculating the LUMO energy level and the HOMO energy level of the material of the electron extraction layer, a cyclic voltammogram measurement method may be mentioned. For example, it can implement with reference to the method as described in well-known literature (International Publication 2011/016430).

電子取り出し層の材料が有機化合物である場合、DSC法により測定した場合のこの化合物のガラス転移温度(以下、Tgと記載する場合もある)は、特段の制限はないが、観測されないか、又は55℃以上であることが好ましい。DSC法によりガラス転移温度が観測されないとは、ガラス転移温度がないことを意味する。具体的には400℃以下のガラス転移温度の有無により判別する。DSC法によるガラス転移温度が観測されない材料は、熱的に高い安定性を有している点で好ましい。   When the material of the electron extraction layer is an organic compound, the glass transition temperature (hereinafter sometimes referred to as Tg) of this compound as measured by the DSC method is not particularly limited, but is not observed, or It is preferable that it is 55 degreeC or more. That the glass transition temperature is not observed by the DSC method means that there is no glass transition temperature. Specifically, the determination is made based on the presence or absence of a glass transition temperature of 400 ° C. or lower. A material in which the glass transition temperature by the DSC method is not observed is preferable in that it has high thermal stability.

また、DSC法により測定した場合のガラス転移温度が55℃以上である化合物の中でも、ガラス転移温度が、好ましくは65℃以上、より好ましくは80℃以上、さらに好ましくは110℃以上、特に好ましくは120℃以上である化合物が望ましい。一方、ガラス転移温度の上限は特に限定はないが、通常400℃以下、好ましくは350℃以下、より好ましくは300℃以下である。また、電子取り出し層の材料は、DSC法によるガラス転移温度が30℃以上55度未満に観測されないものであることが好ましい。   Among the compounds having a glass transition temperature of 55 ° C. or higher as measured by the DSC method, the glass transition temperature is preferably 65 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, particularly preferably. A compound having a temperature of 120 ° C. or higher is desirable. On the other hand, the upper limit of the glass transition temperature is not particularly limited, but is usually 400 ° C. or lower, preferably 350 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. Moreover, it is preferable that the material of an electron taking-out layer is a thing by which the glass transition temperature by DSC method is not observed below 30 degreeC or more and less than 55 degree | times.

本明細書におけるガラス転移温度とは、アモルファス状態の固体において、熱エネルギーにより局所的な分子運動が開始される温度とされており、比熱が変化する点として定義される。Tgよりさらに温度が上がると、固体構造が変化して結晶化が起こる(この時の温度を結晶化温度(Tc)とする)。さらに温度が上がると、融点(Tm)で融解し液体状態に変化することが一般的である。但し、高温で分子が分解したり、昇華したりして、これらの相転移が見られないこともある。   The glass transition temperature in the present specification is defined as a point at which specific heat changes in an amorphous solid, which is a temperature at which local molecular motion is started by thermal energy. When the temperature rises further than Tg, the solid structure changes and crystallization occurs (the temperature at this time is defined as the crystallization temperature (Tc)). When the temperature rises further, it generally melts at the melting point (Tm) and changes to a liquid state. However, these phase transitions may not be observed due to molecular decomposition or sublimation at high temperatures.

DSC法とは、JIS K−0129“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法(示差走査熱量測定法)である。ガラス転移温度をより明確に決める為には、一度ガラス転移点以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定することが望ましい。例えば、公知文献(国際公開第2011/016430号)に記載の方法により、測定を実施することができる。   The DSC method is a thermophysical property measurement method (differential scanning calorimetry method) defined in JIS K-0129 “General Rules for Thermal Analysis”. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is desirable to measure after rapidly cooling a sample once heated to a temperature higher than the glass transition temperature. For example, the measurement can be carried out by a method described in a known document (International Publication No. 2011/016430).

電子取り出し層に用いられる化合物のガラス転移温度が55℃以上である場合、この化合物は、印加される電場、流れる電流、曲げや温度変化による応力等の外部ストレスに対して構造が変化しにくいため、耐久性の面で好ましい。さらに、化合物の薄膜の結晶化が進みにくい傾向も有すことから、使用温度範囲においてこの化合物がアモルファス状態と結晶状態との間で変化しにくくなることにより、電子取り出し層としての安定性が良くなるため、耐久性の面で好ましい。この効果は、材料のガラス転移温度が高ければ高いほど、より顕著に表れる。   When the glass transition temperature of the compound used for the electron extraction layer is 55 ° C. or higher, the structure of this compound is difficult to change against external stress such as applied electric field, flowing current, stress due to bending or temperature change. It is preferable in terms of durability. Furthermore, since there is a tendency that the crystallization of the thin film of the compound does not proceed easily, the stability of the electron extraction layer is improved by making it difficult for the compound to change between the amorphous state and the crystalline state in the operating temperature range. Therefore, it is preferable in terms of durability. This effect becomes more prominent as the glass transition temperature of the material is higher.

電子取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。   There is no restriction | limiting in the formation method of an electronic taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet.

塗布法により電子取り出し層を形成する場合は、塗布液にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
具体的には、例えばアルカリ金属塩を電子取り出し層の材料として用いる場合、真空蒸着、スパッタ等の真空成膜方法を用いて電子取り出し層を成膜することが可能である。なかでも、抵抗加熱による真空蒸着によって、電子取り出し層を形成するのが望ましい。真空蒸着を用いることにより、活性層等の他の層へのダメージを小さくすることができる。
When the electron extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, the occurrence of dents due to adhesion of fine bubbles or foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed. Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
Specifically, for example, when an alkali metal salt is used as a material for the electron extraction layer, the electron extraction layer can be formed by using a vacuum film formation method such as vacuum deposition or sputtering. Especially, it is desirable to form an electron taking-out layer by vacuum vapor deposition by resistance heating. By using vacuum deposition, damage to other layers such as an active layer can be reduced.

一方、n型半導体の金属酸化物については、例えば、酸化亜鉛ZnOを電子取り出し層の材料として用いる場合には、スパッタ法等の真空成膜方法を用いることもできるが、塗布法を用いて電子取り出し層を成膜することが望ましい。例えば、Sol−Gel Science、C.J.Brinker,G.W.Scherer著、Academic Press(1990)に記載のゾルゲル法に従って、酸化亜鉛で構成される電子取り出し層を形成できる。この場合の膜厚は、通常0.1nm以上、好ましくは2nm以上、より好ましくは5nm以上であり、通常1μm以下、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下である。電子取り出し層が薄すぎると、電子の取り出し効率を向上させる効果が十分でなくなり、厚すぎると、電子取り出し層が直列抵抗成分として作用することにより素子の特性を損なう傾向がある。   On the other hand, for metal oxides of n-type semiconductors, for example, when zinc oxide ZnO is used as the material for the electron extraction layer, a vacuum film formation method such as sputtering can be used. It is desirable to form the extraction layer. For example, Sol-Gel Science, C.I. J. et al. Brinker, G.M. W. According to the sol-gel method described by Scherer, Academic Press (1990), an electron extraction layer composed of zinc oxide can be formed. In this case, the film thickness is usually 0.1 nm or more, preferably 2 nm or more, more preferably 5 nm or more, and usually 1 μm or less, preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. If the electron extraction layer is too thin, the effect of improving the electron extraction efficiency is not sufficient, and if it is too thick, the electron extraction layer tends to deteriorate the characteristics of the device by acting as a series resistance component.

<3−4−2.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103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/又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物、ナフィオン、後述のp型半導体等が挙げられる。その中でも好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングした(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)である。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。金属等の薄膜は、単独で形成してもよいし、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
<3-4-2. Hole extraction layer>
The material for the hole extraction layer is not particularly limited as long as it is a material capable of improving the efficiency of extracting holes from the active layer 103 to the anode. Specifically, conductive polymers in which polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, etc. are doped with sulfonic acid and / or iodine, polythiophene derivatives having a sulfonyl group as a substituent, conductive organics such as arylamine Examples thereof include compounds, copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, metal oxide such as tungsten oxide, Nafion, and a p-type semiconductor described later. 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.

正孔取り出し層の膜厚は、通常0.1nm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0.1nm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 film thickness of the hole extraction layer is usually 0.1 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 0.1 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により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコート法やインクジェット法等の湿式塗布法等により形成することができる。正孔取り出し層に半導体材料を用いる場合は、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。
なかでも、正孔取り出し層の材料としてPEDOT:PSSを用いる場合、分散液を塗布する方法によって正孔取り出し層を形成することが好ましい。PEDOT:PSSの分散液としては、ヘレウス社製のCLEVIOSTMシリーズや、アグファ社製のORGACONTMシリーズ等が挙げられる。
There is no restriction | limiting in the formation method of a positive hole taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. For example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as a spin coating method or an ink jet method. When a semiconductor material is used for the hole extraction layer, the precursor may be converted into a semiconductor compound after forming the layer using the precursor, similarly to the low-molecular organic semiconductor compound of the active layer.
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 CLEVIOSTM series manufactured by Heraeus, ORGACONTM series manufactured by Agfa, and the like.

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

<3−5.光電変換素子の製造方法>
図1に示される構成を有する光電変換素子107は、各層について説明した上述の方法に従い、基材106上に、下部電極101、下部バッファ層102、活性層103、上部バッファ層104、及び上部電極105を順次積層することにより作製することができる。また、図2に示されるタンデム構造を有する光電変換素子を製造する場合は、基材106上に、下部電極101、下部バッファ層102、第1の活性層108、中間層109、第2の活性層110、上部バッファ層104及び上部電極105を順次積層することにより作製することができる。
<3-5. Manufacturing method of photoelectric conversion element>
A photoelectric conversion element 107 having the configuration shown in FIG. 1 is formed on a base 106 by a lower electrode 101, a lower buffer layer 102, an active layer 103, an upper buffer layer 104, and an upper electrode in accordance with the method described above for each layer. It can be manufactured by sequentially stacking 105. In the case of manufacturing the photoelectric conversion element having the tandem structure shown in FIG. 2, the lower electrode 101, the lower buffer layer 102, the first active layer 108, the intermediate layer 109, and the second active element are formed on the substrate 106. The layer 110, the upper buffer layer 104, and the upper electrode 105 can be sequentially stacked.

下部電極101及び上部電極105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)。   After laminating the lower electrode 101 and the upper electrode 105, the photoelectric conversion element is usually in a temperature range of 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable to heat (this step is referred to as an annealing treatment step).

アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことは、光電変換素子の各層間の密着性、例えば、下部バッファ層102と下部電極101及び/又は下部バッファ層102と活性層103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得る。また、アニーリング処理工程により、活性層の自己組織化が促進され得る。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103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。   Performing the annealing process at a temperature of 50 ° C. or higher improves adhesion between the layers of the photoelectric conversion element, for example, adhesion between the lower buffer layer 102 and the lower electrode 101 and / or the lower buffer layer 102 and the active layer 103. This is preferable because the effect of By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element can be improved. In addition, the self-organization of the active layer can be promoted by the annealing process. 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 103 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.

アニーリング処理工程により光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上し得るものの、アニーリング処理工程中にフラーレン化合物が凝集し、相分離が促進されるために、光電変換効率が低下することがある。しかしながら活性層103は添加剤を含有しているため、添加剤によってアニーリング処理工程中のフラーレン化合物の凝集が抑制される。このように、活性層103に添加剤を含有させることにより、アニーリング処理工程を行った後での光電変換効率がより高い光電変換素子107が得られることができる。   Although the thermal treatment and durability of the photoelectric conversion element can be improved by the annealing treatment step, the fullerene compound is aggregated during the annealing treatment step and phase separation is promoted, so that the photoelectric conversion efficiency may be lowered. . However, since the active layer 103 contains an additive, aggregation of the fullerene compound during the annealing process is suppressed by the additive. Thus, the photoelectric conversion element 107 with higher photoelectric conversion efficiency after performing an annealing process can be obtained by making the active layer 103 contain an additive.

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・ツー・シート(枚葉)方式、又はロール・ツー・ロール方式で形成することができるが、下記の理由により、ロール・ツー・ロール方式で形成することが好ましい。   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 (sheet-fed) method, or a roll-to-roll method, for the following reasons, It is preferable to form by a roll-to-roll method.

ロール・ツー・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 until it is taken up by a take-up roll. is there. According to the roll-to-roll method, it is possible to batch-process long substrates on the order of km, so that the production method is more suitable for mass production than the sheet-to-sheet method.

なお、ロール・ツー・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以下であり、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以下であり、通常1cm以上、好ましくは3cm以上、より好ましくは5cm以上、更に好ましくは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以上であり、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 method is not particularly limited as long as it can be handled by a roll-to-roll manufacturing apparatus, but the outer diameter is usually 5 m or less, preferably 3 m or less. Preferably, it is 1 m or less, usually 10 cm or more, preferably 20 cm or more, more preferably 30 cm or more. 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, usually 1 cm or more, preferably 3 cm or more, more preferably 5 cm or more, still more preferably 10 cm or more, 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 width of the roll is usually 5 cm or more, preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, and 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.

<3−6.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。
<3-6. 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.

<4.太陽電池>
上述の実施形態に係る光電変換素子は、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。図2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示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、光電変換素子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、薄膜太陽電池は、通常、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、光電変換素子6が発電する。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。
<4. Solar cell>
The photoelectric conversion element according to the above-described embodiment is preferably used as a solar cell, particularly a solar cell element of a thin film solar cell. FIG. 2 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. 2, the thin film solar cell 14 of this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a photoelectric conversion element. 6, a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 are provided in this order. And a thin film solar cell is normally irradiated with light from the side (downward in the figure) in which the weather-resistant protective film 1 was formed, and the photoelectric conversion element 6 generates electric power. 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2011/016430号又は日本国特開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 2011/016430 or Japan Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-191194, can be used.

本発明に係る太陽電池、特に上述した薄膜太陽電池14の用途に特段の制限はなく、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、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等が挙げられる。   There is no special 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. Examples include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for spacecrafts, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like.

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3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2011/016430号又は日本国特開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. 3, the solar cell module 13 having 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. 2011-016430 or Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-191194. For example, when a building material plate is used as the substrate 12, a solar cell panel 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。なお、本実施例に記載の項目は以下の方法によって測定した。   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. The items described in the examples were measured by the following methods.

[重量平均分子量及び数平均分子量の測定方法]
ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)より求めた。なお、分子量分布(PDI)は、Mw/Mnを表す。
[Method for measuring weight average molecular weight and number average molecular weight]
The polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were determined by gel permeation chromatography (GPC). The molecular weight distribution (PDI) represents Mw / Mn.

ゲル浸透クロマトグラフィ(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,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)
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) used in series connected 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, 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)

<合成例1:コポリマー1の合成>
[合成例:3,3’’’−ジドデシル−5,5’’’−ビス(トリメチルスタニル)−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’−クオーターチオフェン(化合物E2)の合成]
<Synthesis Example 1: Synthesis of Copolymer 1>
[Synthesis Example: 3,3 ′ ″-didodecyl-5,5 ′ ″-bis (trimethylstannyl) -2,2 ′: 5 ′, 2 ″: 5 ″, 2 ′ ″-quarterthiophene (Synthesis of Compound E2)

Figure 2016183290
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窒素雰囲気下、100mL二口ナスフラスコ中に、非特許文献(Angew.Chem.Int.Ed.,2012,51,2068−2071)を参考にして得られた3,3’’’−ジドデシル−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’−クオーターチオフェン(化合物E1)(203mg,0.304mmol)を入れ、テトラヒドロフラン(THF,20.0mL)に溶解させ、0℃に冷却した。リチウムジイソプロピルアミド(LDA)のテトラヒドロフラン/ヘキサン溶液(関東化学社製,濃度1.3M,0.23mL,1.0eq)を滴下し、約30分攪拌した。塩化トリメチルスズのテトラヒドロフラン溶液(Aldrich社製,1.0M,0.3mL,1.0eq)を滴下後、約30分撹拌し、−78℃に冷却した。塩化トリメチルスズのテトラヒドロフラン溶液(Aldrich社製,1.0M,0.3mL,1.0eq)を滴下後、リチウムジイソプロピルアミド(LDA)のテトラヒドロフラン/ヘキサン溶液(関東化学社製,濃度1.3M,0.23mL,1.0eq)を滴下し、約30分攪拌し、ゆっくりと室温まで昇温した。−50℃に冷却後、塩化トリメチルスズのテトラヒドロフラン溶液(Aldrich社製,1.0M,0.3mL,1.0eq)を滴下後、リチウムジイソプロピルアミド(LDA)のテトラヒドロフラン/ヘキサン溶液(関東化学社製,濃度1.3M,0.23mL,1.0eq)を滴下し、約30分攪拌し、−20℃まで昇温した。この操作を5回繰り返し、反応が完全に進行したことを確認した。反応液に水を加え、析出した固体を濾過した。粗生成物をメタノール中で超音波洗浄し、ろ過して真空下で乾燥することにより、3,3’’’−ジドデシル−5,5’’’−ビス(トリメチルスタニル)−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’−クオーターチオフェン(化合物E2)を茶色固形物として得た。   3,3 ′ ″-didodecyl-2 obtained in reference to a non-patent document (Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 2068-2071) in a 100 mL two-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere. , 2 ′: 5 ′, 2 ″: 5 ″, 2 ′ ″-Quarterthiophene (Compound E1) (203 mg, 0.304 mmol) was added and dissolved in tetrahydrofuran (THF, 20.0 mL). Cooled to. A tetrahydrofuran / hexane solution of lithium diisopropylamide (LDA) (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., concentration 1.3 M, 0.23 mL, 1.0 eq) was added dropwise and stirred for about 30 minutes. A solution of trimethyltin chloride in tetrahydrofuran (Aldrich, 1.0 M, 0.3 mL, 1.0 eq) was added dropwise, and the mixture was stirred for about 30 minutes and cooled to -78 ° C. After dropwise addition of a tetrahydrofuran solution of trimethyltin chloride (Aldrich, 1.0 M, 0.3 mL, 1.0 eq), a tetrahydrofuran / hexane solution of lithium diisopropylamide (LDA) (Kanto Chemical Co., concentration 1.3 M, 0) .23 mL, 1.0 eq) was added dropwise, stirred for about 30 minutes, and slowly warmed to room temperature. After cooling to −50 ° C., a tetrahydrofuran solution of trimethyltin chloride (Aldrich, 1.0 M, 0.3 mL, 1.0 eq) was added dropwise, and then a tetrahydrofuran / hexane solution of lithium diisopropylamide (LDA) (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.). , Concentration 1.3M, 0.23 mL, 1.0 eq) was added dropwise, stirred for about 30 minutes, and heated to -20 ° C. This operation was repeated 5 times, and it was confirmed that the reaction had progressed completely. Water was added to the reaction solution, and the precipitated solid was filtered. The crude product is ultrasonically washed in methanol, filtered and dried under vacuum to give 3,3 ′ ″-didodecyl-5,5 ′ ″-bis (trimethylstannyl) -2,2 ′. : 5 ′, 2 ″: 5 ″, 2 ′ ″-quarterthiophene (Compound E2) was obtained as a brown solid.

化合物E2:1H−NMR(400MHz,溶媒:重クロロホルム):δ7.14(d,4H,J=3.6Hz),δ7.11(s,2H),δ7.04(d,4H,J=3.6Hz),δ2.81(t,4H,J=7.6Hz),δ1.73-−1.65(m,4H),δ1.46−1.28(m,36H),δ0.90(t,6H,J=6.8Hz),δ0.41(s,18H).
Compound E2: 1H-NMR (400 MHz, solvent: deuterated chloroform): δ 7.14 (d, 4H, J = 3.6 Hz), δ 7.11 (s, 2H), δ 7.04 (d, 4H, J = 3) .6 Hz), δ2.81 (t, 4H, J = 7.6 Hz), δ1.73—-1.65 (m, 4H), δ1.46-1.28 (m, 36H), δ0.90 ( t, 6H, J = 6.8 Hz), δ 0.41 (s, 18H).

Figure 2016183290
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窒素雰囲気下、50mL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E4(イミドチオフェンジブロミド),136.7mg,0.323mmol)、3,3’’’−ジドデシル−5,5’’’−ビス(トリメチルスタニル)−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’−クオーターチオフェン(化合物E2)(32.6mg,0.032mmol)、及びWO2013/180243に記載の方法を参考にして得られた4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E3)(220.8mg,0.291mmol)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)(9.7mg,3mol%)、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,12.7mg,3mol%)、トルエン(10mL)、及びN,N−ジメチルホルムアミド(2.5mL)を入れ、95℃で1時間、続いて105℃で2時間攪拌した。反応液をトルエンで4倍に希釈してトリメチル(フェニル)スズ(0.06mL)を加えて105℃で1.5時間加熱攪拌し、さらにブロモベンゼン(1.8mL)を加えて105℃で3時間加熱攪拌した。反応溶液を冷却し、メタノールを1mL加え、析出した沈殿を濾取し、クロロホルムに溶解した。ジアミンシリカゲル(Fujiシリシア化学製)を加えて30分室温で攪拌し、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1を、収81%で得た。得られたコポリマー1の重量平均分子量Mwは81000であり、PDIは2.6であった。 1,3-dibromo-5- (n-octyl) obtained by referring to a method described in a known document (Organic Letters 2004, 6, 3381-3384) as a monomer in a 50 mL two-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere. ) -4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione (compound E4 (imidothiophene dibromide), 136.7 mg, 0.323 mmol), 3,3 ′ ″-didodecyl −5,5 ′ ″-bis (trimethylstannyl) -2,2 ′: 5 ′, 2 ″: 5 ″, 2 ′ ″-quarterthiophene (Compound E2) (32.6 mg, 0.032 mmol) ) And 4,4-bis (2-ethylhexyl) -2,6-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3 obtained by referring to the method described in WO2013 / 180243 ' -D] Silole (compound E3) (220.8 mg, 0.291 mmol) was added, and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (9.7 mg, 3 mol%), a triphenylphosphine-containing heterogeneous palladium complex catalyst Pd-EnCatTPP30 (Aldrich, 12.7 mg, 3 mol%), toluene (10 mL), and N, N-dimethylformamide (2.5 mL) were added, and the mixture was stirred at 95 ° C. for 1 hour and then at 105 ° C. for 2 hours. did. The reaction solution was diluted 4-fold with toluene, trimethyl (phenyl) tin (0.06 mL) was added, and the mixture was heated and stirred at 105 ° C. for 1.5 hours. Further, bromobenzene (1.8 mL) was added, and the mixture was added at 105 ° C. Stir with heating for hours. The reaction solution was cooled, 1 mL of methanol was added, and the deposited precipitate was collected by filtration and dissolved in chloroform. Diamine silica gel (manufactured by Fuji Silysia Chemical) was added and stirred for 30 minutes at room temperature, and then passed through a short column of acidic silica gel. Solution by concentrating, copolymer-1 of interest, was obtained in yield 81%. The weight average molecular weight Mw of the obtained copolymer 1 was 81000, and PDI was 2.6.

<合成例2:コポリマー2の合成> <Synthesis Example 2: Synthesis of Copolymer 2>

Figure 2016183290
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窒素雰囲気下、50mL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E4(イミドチオフェンジブロミド),142.2mg,0.336mmol)、2,2’−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E5)(28.4mg,0.033mmol)、及びWO2013/180243に記載の方法を参考にして得られた4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物E3)(220.8mg,0。302mmol)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)(9.7mg,3mol%)、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,12.7mg,3mol%)、トルエン(10mL)、及びN,N−ジメチルホルムアミド(2.5mL)を入れ、105℃で3時間攪拌した。反応液をトルエンで4倍に希釈し、末端処理として、トリメチル(フェニル)スズ(0.08mL)を加えて105℃で1時間加熱攪拌し、さらにブロモベンゼン(1.8mL)を加えて105℃で4時間加熱攪拌した。反応溶液を冷却し、メタノールを加え、析出した沈殿を濾取し、クロロホルムに溶解した。ジアミンシリカゲル(Fujiシリシア化学製)を加えて30分室温で攪拌し、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2を、収率80%で得た。得られたコポリマー2の重量平均分子量Mwは51000であり、PDIは2.2であった。   1,3-dibromo-5- (n-octyl) obtained by referring to a method described in a known document (Organic Letters 2004, 6, 3381-3384) as a monomer in a 50 mL two-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere. ) -4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione (compound E4 (imidothiophene dibromide), 142.2 mg, 0.336 mmol), 2,2′-didodecyl-5 , 5′-bis (trimethylstannyl) -2,2′-bithiophene (Compound E5) (28.4 mg, 0.033 mmol) and 4,4-obtained by referring to the method described in WO2013 / 180243 Bis (2-ethylhexyl) -2,6-bis (trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (compound E 3) (220.8 mg, 0.302 mmol) was added, and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (9.7 mg, 3 mol%), triphenylphosphine-containing heterogeneous palladium complex catalyst Pd-EnCatTPP30 (Aldrich) Manufactured, 12.7 mg, 3 mol%), toluene (10 mL), and N, N-dimethylformamide (2.5 mL) were added and stirred at 105 ° C. for 3 hours. The reaction solution was diluted 4 times with toluene, trimethyl (phenyl) tin (0.08 mL) was added as a terminal treatment, and the mixture was heated and stirred at 105 ° C. for 1 hour, and further bromobenzene (1.8 mL) was added to 105 ° C. And stirred for 4 hours. The reaction solution was cooled, methanol was added, and the deposited precipitate was collected by filtration and dissolved in chloroform. Diamine silica gel (manufactured by Fuji Silysia Chemical) was added and stirred for 30 minutes at room temperature, and then passed through a short column of acidic silica gel. By concentrating the solution, the target copolymer 2 was obtained in a yield of 80%. The weight average molecular weight Mw of the obtained copolymer 2 was 51000, and PDI was 2.2.

<合成例3:コポリマー3の合成> <Synthesis Example 3: Synthesis of Copolymer 3>

Figure 2016183290
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窒素雰囲気下、50mL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(イミドチオフェンジブロミド),138mg,0.33mmol)及びWO2013/180243に記載の方法を参考にして得られた化合物E1(255mg,0.34mmol)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)(12mg,3mol%)、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,23mg,3mol%)、トルエン(5.3mL)、及びN,N−ジメチルホルムアミド(1.3mL)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(0.3mL)を加えて100℃で8時間加熱攪拌し、さらにブロモベンゼン(1.5mL)を加えて100℃で8時間加熱攪拌して、反応溶液をメタノール中に注ぎ、析出した沈殿をろ取した。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。溶液を濃縮し、クロロホルム/酢酸エチルを溶媒として再結晶を行い、析出した沈殿を濾別することで、目的とするコポリマー3を、収率75%で得た。得られたコポリマー3の重量平均分子量Mwは137Kであり、PDIは3.3であった。   1,3-dibromo-5- (n-octyl) obtained by referring to a method described in a known document (Organic Letters 2004, 6, 3381-3384) as a monomer in a 50 mL two-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere. ) -4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione (compound F1 (imidothiophene dibromide), 138 mg, 0.33 mmol) and the method described in WO2013 / 180243. Compound E1 (255 mg, 0.34 mmol) obtained in this manner was added, and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (12 mg, 3 mol%), triphenylphosphine-containing heterogeneous palladium complex catalyst Pd-EnCatTPP30 (Aldrich) Manufactured, 23 mg, 3 mol%), toluene (5.3 mL) and N, N-dimethylformamide (1.3 mL) were added, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 1 hour and then at 100 ° C. for 10 hours. 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 (0.3 mL) was added and heated and stirred at 100 ° C. for 8 hours. Bromobenzene (1.5 mL) was further added, and the mixture was heated and stirred at 100 ° C. for 8 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. The solution was concentrated, recrystallized using chloroform / ethyl acetate as a solvent, and the deposited precipitate was filtered off to obtain the target copolymer 3 in a yield of 75%. The weight average molecular weight Mw of the obtained copolymer 3 was 137K, and PDI was 3.3.

<合成例4:コポリマー4の合成> <Synthesis Example 4: Synthesis of Copolymer 4>

Figure 2016183290
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窒素雰囲気下、50mL二口ナスフラスコに、モノマーとして、公知文献(Adv.Mater.2014,26,2586−2591)に記載の方法を参考にして得られた4,7−ビス(5−ブロモ−4−(2−デシルテトラデシル)−2−チエニル)−5,6−ジフルオロ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(化合物E6)(115mg,0.098mmol)及び5,5’−ビス(トリメチルスタニル)−2,2’−ビチオフェン(化合物E7)(Aldrich社製,49.4mg,0.1mmol)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)(3.4mg,3mol%)、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,4.7mg,3mol%)、トルエン(4mL)、及びN,N−ジメチルホルムアミド(1mL)を入れ、115℃で4時間攪拌した。反応液をトルエンで4倍に希釈した後、末端処理として、トリメチル(フェニル)スズ(0.03mL)を加えて115℃で2時間加熱攪拌した。さらにブロモベンゼン(0.9mL)を加えて115℃で3時間加熱攪拌した。反応溶液に酢酸エチルを注ぎ、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4を、収率88%で得た。得られたコポリマー4の重量平均分子量Mwは53.6Kであり、PDIは3.9であった。   Under a nitrogen atmosphere, 4,7-bis (5-bromo-) obtained in a 50 mL two-necked eggplant flask as a monomer by referring to a method described in a known document (Adv. Mater. 2014, 26, 2586-2591). 4- (2-decyltetradecyl) -2-thienyl) -5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazole (Compound E6) (115 mg, 0.098 mmol) and 5,5′-bis (trimethylsta) Nyl) -2,2′-bithiophene (Compound E7) (Aldrich, 49.4 mg, 0.1 mmol) was added, and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (3.4 mg, 3 mol%), tri Phenylphosphine-containing heterogeneous palladium complex catalyst Pd-EnCatTPP30 (manufactured by Aldrich, 4.7 mg, mol%), toluene (4 mL), and N, placed N- dimethylformamide (1 mL), and stirred for 4 hours at 115 ° C.. After the reaction solution was diluted 4 times with toluene, trimethyl (phenyl) tin (0.03 mL) was added as a terminal treatment, and the mixture was heated and stirred at 115 ° C. for 2 hours. Further, bromobenzene (0.9 mL) was added, and the mixture was stirred with heating at 115 ° C. for 3 hours. Ethyl acetate was poured into the reaction solution, 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 4 was obtained in a yield of 88%. The weight average molecular weight Mw of the obtained copolymer 4 was 53.6K, and PDI was 3.9.

<合成例5:コポリマー5の合成> <Synthesis Example 5: Synthesis of Copolymer 5>

Figure 2016183290
Figure 2016183290

窒素雰囲気下、10mLシュレンクチューブに、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E4(イミドチオフェンジブロミド),12.6mg,0.03mmol)、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E2)(30.3mg,0.03mmol)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)(1.0mg,3mol%)、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,1.4mg,3mol%)、トルエン(1mL)、及びN,N−ジメチルホルムアミド(0.25mL)を入れ、105℃で1時間、続いて115℃で攪拌した。系中で有機溶媒に不溶な固体が析出した。   1,3-Dibromo-5- (n-octyl)-obtained as a monomer in a 10 mL Schlenk tube under a nitrogen atmosphere with reference to a method described in a known document (Organic Letters 2004, 6, 3381-3384). 4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione (compound E4 (imidothiophene dibromide), 12.6 mg, 0.03 mmol), known literature (Polymer, 1990, 31, 1379) -1383), 4,4′-didodecyl-5,5′-bis (trimethylstannyl) -2,2′-bithiophene (compound E2) (30.3 mg, 0.03 mmol) was added. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (1.0 mg, 3 mol%), triphenylphospho A fin-containing heterogeneous palladium complex catalyst Pd-EnCatTPP30 (manufactured by Aldrich, 1.4 mg, 3 mol%), toluene (1 mL), and N, N-dimethylformamide (0.25 mL) were added, and at 105 ° C. for 1 hour, Subsequently, the mixture was stirred at 115 ° C. A solid insoluble in the organic solvent was precipitated in the system.

<実施例1:光電変換素子1−1及び1−2の作製>
p型半導体化合物として合成例1で得られたコポリマー1、及びn型半導体化合物としてフラーレン化合物であるPC61BM(フェニルC61酪酸メチルエステル)とPC71BM(フェニルC71酪酸メチルエステル)との混合物(フロンティアカーボン社,nanom spectra E123)を2.4質量%の濃度となるように窒素雰囲気中でo−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。なお、p型半導体化合物とn型半導体化合物の質量比は、p型半導体化合物:n型半導体化合物=1:2とした。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、活性層塗布用インクを得た。
<Example 1: Production of photoelectric conversion elements 1-1 and 1-2>
Copolymer 1 obtained in Synthesis Example 1 as a p-type semiconductor compound, and a mixture of fullerene compounds PC61BM (phenyl C61 butyric acid methyl ester) and PC71BM (phenyl C71 butyric acid methyl ester) as an n-type semiconductor compound (Frontier Carbon Co., Ltd., nanom spectra E123) was dissolved in a mixed solvent of o-xylene and tetralin (volume ratio 9: 1) in a nitrogen atmosphere to a concentration of 2.4% by mass. Note that the mass ratio of the p-type semiconductor compound to the n-type semiconductor compound was p-type semiconductor compound: n-type semiconductor compound = 1: 2. 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 1 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter to obtain an ink for coating an active layer.

インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜がパターニングされたガラス基板(ジオマテック社製)を、アセトンによる超音波洗浄、ついでイソプロパノールによる超音波洗浄の後、窒素ブローでの乾燥およびUV―オゾン処理を行った。   A glass substrate (manufactured by Geomatic Co., Ltd.) patterned with an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film is subjected to ultrasonic cleaning with acetone, followed by ultrasonic cleaning with isopropanol, followed by drying with nitrogen blow and UV-ozone treatment. went.

次に、酢酸亜鉛(II)二水和物(和光純薬社)を濃度105mg/mLになるように2−メトキシエタノール(Aldrich社)とエタノールアミン(Aldrich社)の混合溶媒(体積比100:3)に溶解した溶液(約0.1mL)を3000rpmの速度にてスピンコートし、UV―オゾン処理した後、200℃のオーブンで15分間加熱することで、電子取り出し層を形成した。
電子取り出し層を成膜した基板をグローブボックスに持ち込み、窒素雰囲気下150℃で3分間加熱処理し、冷却後に上述の通り作製した活性層塗布用インク(0.12mL)をスピンコートすることにより約200nmの膜厚の活性層を形成した。その後、ホットプレート上にて140℃で10分間加熱した。
活性層を成膜した基板をグローブボックスから取り出し、遮光下、大気中(25℃、湿度1%以下)に3時間静置した後、グローブボックス中に再度持ち込んだ。
さらに、活性層上に、正孔取り出し層として厚さ1.5nmの三酸化モリブデン(MoO3)膜を形成し、その後、上部電極として厚さ100nmの銀膜を、抵抗加熱型真空蒸着法により順次成膜して、5mm角の光電変換素子を作製した。このように作製した光電変換素子1−1を、上述のように電流−電圧特性を測定することにより評価し、活性層が露光されていない場合の光電変換効率(PCE)を求めた。
Next, a mixed solvent of 2-methoxyethanol (Aldrich) and ethanolamine (Aldrich) at a concentration of 105 mg / mL of zinc (II) acetate dihydrate (Wako Pure Chemical Industries) (volume ratio 100: The solution (about 0.1 mL) dissolved in 3) was spin-coated at a speed of 3000 rpm, subjected to UV-ozone treatment, and then heated in an oven at 200 ° C. for 15 minutes to form an electron extraction layer.
The substrate on which the electron extraction layer was formed was brought into a glove box, heat-treated at 150 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere, and after cooling, the ink for active layer application (0.12 mL) produced as described above was spin-coated. An active layer having a thickness of 200 nm was formed. Then, it heated at 140 degreeC for 10 minute (s) on the hotplate.
The substrate on which the active layer was formed was taken out of the glove box, allowed to stand in the atmosphere (25 ° C., humidity 1% or less) for 3 hours under light shielding, and then brought back into the glove box.
Further, a molybdenum trioxide (MoO 3 ) film having a thickness of 1.5 nm is formed on the active layer as a hole extraction layer, and then a silver film having a thickness of 100 nm is formed as an upper electrode by resistance heating vacuum deposition. A 5 mm square photoelectric conversion element was produced by sequentially forming a film. The photoelectric conversion element 1-1 produced in this way was evaluated by measuring the current-voltage characteristics as described above, and the photoelectric conversion efficiency (PCE) when the active layer was not exposed was obtained.

また、活性層まで成膜した基板をグローブボックスから取り出した後、蛍光灯の照射下、大気中(25℃、湿度1%以下)に3時間静置した以外は、上記と同様に正孔取り出し層及び上部電極を形成し、光電変換素子1−2を作製した。このように得られた光電変換素子1−2の変換効率を求めた。また、露光時の維持率として、活性層が露光されていない光電変換素子1−1の光電変換効率(PCE)に対する活性層が露光された光電変換素子1−2の光電変換効率(PCE)の比率を算出した。これらの結果を、表1に示す。なお、上述の変換効率は以下の式により求めた。   In addition, holes are taken out in the same manner as described above except that the substrate formed up to the active layer is taken out of the glove box and then left in the atmosphere (25 ° C., humidity 1% or less) for 3 hours under irradiation of a fluorescent lamp. A layer and an upper electrode were formed, and a photoelectric conversion element 1-2 was produced. The conversion efficiency of the photoelectric conversion element 1-2 thus obtained was determined. Moreover, as a maintenance rate at the time of exposure, the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the photoelectric conversion element 1-2 in which the active layer is exposed with respect to the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the photoelectric conversion element 1-1 in which the active layer is not exposed. The ratio was calculated. These results are shown in Table 1. The above conversion efficiency was obtained by the following equation.

PCE(光電変換効率%) = Pmax/Pin×100= Voc×Jsc×FF/Pin×100
FF = Pmax/(Voc×Jsc)
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。
PCE (photoelectric conversion efficiency%) = Pmax / Pin × 100 = Voc × Jsc × FF / Pin × 100
FF = Pmax / (Voc × Jsc)
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.

<比較例1:光電変換素子2−1及び2−2の作製>
合成例1で得られたコポリマー1の代わりに、合成例2で得られたコポリマー2を用いた以外は実施例1と同様の方法で光電変換素子2−1及び2−2を作製し、変換効率及び維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 1: Production of photoelectric conversion elements 2-1 and 2-2>
Photoelectric conversion elements 2-1 and 2-2 were prepared and converted in the same manner as in Example 1 except that the copolymer 2 obtained in Synthesis Example 2 was used instead of the copolymer 1 obtained in Synthesis Example 1. Efficiency and maintenance rate were determined. The obtained results are shown in Table 1.

<比較例2:光電変換素子3−1及び3−2の作製>
合成例1で得られたコポリマー1の代わりに、合成例3で得られたコポリマー3を用いた以外は実施例1と同様の方法で光電変換素子3−1及び3−2を作製し、変換効率及び維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 2: Production of photoelectric conversion elements 3-1 and 3-2>
Photoelectric conversion elements 3-1 and 3-2 were produced in the same manner as in Example 1 except that the copolymer 3 obtained in Synthesis Example 3 was used instead of the copolymer 1 obtained in Synthesis Example 1, and conversion was performed. Efficiency and maintenance rate were determined. The obtained results are shown in Table 1.

<比較例3:光電変換素子4−1及び4−2の作製>
合成例1で得られたコポリマー1の代わりに、合成例3で得られたコポリマー4を用いた以外は実施例1と同様の方法で光電変換素子4−1及び4−2を作製し、変換効率及び維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 3: Production of photoelectric conversion elements 4-1 and 4-2>
Photoelectric conversion elements 4-1 and 4-2 were produced and converted in the same manner as in Example 1 except that the copolymer 4 obtained in Synthesis Example 3 was used instead of the copolymer 1 obtained in Synthesis Example 1. Efficiency and maintenance rate were determined. The obtained results are shown in Table 1.

[表1]

Figure 2016183290
[Table 1]
Figure 2016183290

表1の結果から、比較例1〜3により作製した光電変換素子の変換効率の維持率は64〜74%であり、耐光性が低いことが確認できる。一方で、実施例1により作製された、本発明に係るコポリマーを用いた光電変換素子は活性層を露光しても変換効率の低下が見られず、高い耐光性を有していることが確認できる。   From the results shown in Table 1, it can be confirmed that the conversion efficiency maintenance ratio of the photoelectric conversion elements manufactured in Comparative Examples 1 to 3 is 64 to 74%, and the light resistance is low. On the other hand, it was confirmed that the photoelectric conversion element using the copolymer according to the present invention produced in Example 1 did not show a decrease in conversion efficiency even when the active layer was exposed and had high light resistance. it can.

101 下部電極
102 下部バッファ層
103 活性層
104 上部バッファ層
105 上部電極
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 太陽電池ユニット
14 薄膜太陽電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Lower electrode 102 Lower buffer layer 103 Active layer 104 Upper buffer layer 105 Upper electrode 106 Base material 107 Photoelectric conversion element 1 Weatherproofing protective film 2 UV cut film 3,9 Gas barrier film 4,8 Getter material film 5,7 Sealing material 6 Solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Solar cell unit 14 Thin film solar cell

Claims (9)

下記式(I)で表わされる繰り返し単位と、下記式(I)とは異なる下記式(II)で表される繰り返し単位と、を有するコポリマー。
Figure 2016183290

Figure 2016183290
(式(I)中、Dはドナー性のモノマー単位を表し、A1はアクセプター性モノマー単位を表す。式(II)中、A2は、アクセプター性モノマー単位を表し、R1及びR2はそれぞれ独立して、1価の有機基を表し、Lは置換基を有していてもよいアルケニレン基、アルキニレン基、2価の芳香族炭化水素基又は2価の芳香族複素環基を表す(ただし、Lを構成する炭素原子の中でα位に位置する炭素原子は、置換基を有しないか又はフッ素原子により置換されている。))。
A copolymer having a repeating unit represented by the following formula (I) and a repeating unit represented by the following formula (II) different from the following formula (I).
Figure 2016183290

Figure 2016183290
(In formula (I), D represents a donor monomer unit, A1 represents an acceptor monomer unit. In formula (II), A2 represents an acceptor monomer unit, and R 1 and R 2 are each independent. And L represents an optionally substituted alkenylene group, alkynylene group, divalent aromatic hydrocarbon group or divalent aromatic heterocyclic group (provided that Among the carbon atoms constituting L, the carbon atom located at the α-position has no substituent or is substituted with a fluorine atom)).
前記式(I)中、Dは、下記式(III)で表わされる構成単位である、請求項1に記載のコポリマー。
Figure 2016183290
(式(III)中、環1及び環2は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表す。X1はQ1(R3)(R4)を表し、X2は単結合、O、S、N(R5)、又はQ2(R6)(R7)を表す。Q1及びQ2は、周期表第14族元素から選ばれる原子を表し、R3〜R7は、それぞれ水素原子又は1価の有機基を表す。)
The copolymer according to claim 1, wherein in the formula (I), D is a structural unit represented by the following formula (III).
Figure 2016183290
(In Formula (III), Ring 1 and Ring 2 each independently represent an aromatic hydrocarbon ring which may have a substituent or an aromatic heterocyclic ring which may have a substituent. X 1 is Q 1 (R 3) represents (R 4), X 2 is a single bond, O, S, N (R 5), or Q 2 (R 6) represents a (R 7) .Q 1 and Q 2 represents an atom selected from Group 14 elements of the periodic table, and R 3 to R 7 each represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.)
前記式(I)中、A1は、下記式(V)で表わされる構成単位である、請求項1又は2に記載のコポリマー。
Figure 2016183290
(式(V)中、X3は、周期表第16族元素から選ばれる原子を表し、R8は水素原子又は1価の有機基を表す。)
The copolymer according to claim 1 or 2, wherein A1 in the formula (I) is a structural unit represented by the following formula (V).
Figure 2016183290
(In formula (V), X 3 represents an atom selected from Group 16 elements of the periodic table, and R 8 represents a hydrogen atom or a monovalent organic group.)
前記式(I)及び前記式(II)中、A1及びA2は、同じ構成単位である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコポリマー。   The copolymer according to any one of claims 1 to 3, wherein A1 and A2 in the formula (I) and the formula (II) are the same structural unit. 前記式(II)中、Lは2価の芳香族複素環基である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコポリマー。   The copolymer according to any one of claims 1 to 4, wherein L in the formula (II) is a divalent aromatic heterocyclic group. 前記式(II)中、Lは下記式(XI)〜(XIII)で表わされるいずれかの基である、請求項5に記載のコポリマー。
Figure 2016183290
Figure 2016183290
Figure 2016183290
(式(XI)、式(XII)、及び式(XIII)中、R21〜R26は、それぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。また、式(XI)中、nは1〜3の整数を表す。)
The copolymer according to claim 5, wherein L in the formula (II) is any group represented by the following formulas (XI) to (XIII).
Figure 2016183290
Figure 2016183290
Figure 2016183290
(In Formula (XI), Formula (XII), and Formula (XIII), R 21 to R 26 each independently represent a hydrogen atom or a fluorine atom. In Formula (XI), n is 1 to 3). Represents an integer.)
基材上に、少なくとも一対の電極と、該一対の電極間に活性層と、を有する光電変換素子であって、前記活性層が請求項1〜6のいずれか1項に記載のコポリマーを含有する、光電変換素子。   A photoelectric conversion element comprising at least a pair of electrodes and an active layer between the pair of electrodes on a substrate, wherein the active layer contains the copolymer according to any one of claims 1 to 6. A photoelectric conversion element. 請求項7に記載の光電変換素子を有する太陽電池。   A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to claim 7. 請求項8に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。   A solar cell module comprising the solar cell according to claim 8.
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