JP2018018967A - Charge transporting composition - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge transporting composition which can offer a thin film suitable for a hole-collecting layer of an organic photoelectric conversion device.SOLUTION: A charge transporting composition comprises: a charge-transporting substance including a phenothiazine derivative represented by the formula (1) or (2); and a solvent. (In the formula, Rto Rindependently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group with C1-20, a thioalkoxy group with C1-20, an alkyl group with C1-20, an alkenyl group with C2-20, an alkynyl group with C2-20, a haloalkyl group with C1-20, an aryl group with C6-20, an aralkyl group with C7-20, or an acyl group with C1-20; and Arand Arindependently represent an aromatic group, such as a phenyl group, a biphenyl group, or an anthryl group, which may be substituted.)SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、電荷輸送性組成物に関し、さらに詳述すると、有機光電変換素子の正孔捕集層形成に適した電荷輸送性組成物に関する。   The present invention relates to a charge transporting composition, and more particularly to a charge transporting composition suitable for forming a hole collection layer of an organic photoelectric conversion element.

有機太陽電池は、活性層や電荷輸送物質に有機物を使用した太陽電池素子であり、M.グレッツェルによって開発された色素増感太陽電池と、C.W.タンによって開発された有機薄膜太陽電池とがよく知られている(非特許文献1,2)。
いずれも軽量・薄膜で、フレキシブル化可能である点、ロール・トゥ・ロールでの生産が可能である点など、現在主流の無機系太陽電池とは異なる特長を持っていることから、新たな市場形成が期待されている。
中でも、有機薄膜太陽電池(以下OPVと略す場合もある)は、電解質フリー、重金属化合物フリー等の特長を持つうえに、最近、UCLAらのグループによって光電変換効率(以下PCEと略す)10.6%の報告がなされたことなどの理由から、大きな注目を集めている(非特許文献3)。
An organic solar cell is a solar cell element using an organic substance as an active layer or a charge transport material. A dye-sensitized solar cell developed by Gretzell; W. Organic thin-film solar cells developed by Tan are well known (Non-Patent Documents 1 and 2).
All are lightweight, thin film, flexible, roll-to-roll, and other features that are different from the current mainstream inorganic solar cells. Formation is expected.
In particular, organic thin-film solar cells (hereinafter sometimes abbreviated as OPV) have features such as electrolyte-free and heavy metal compound-free, and recently, a photoelectric conversion efficiency (hereinafter abbreviated as PCE) 10.6 by a group of UCLA et al. % Has attracted a great deal of attention for reasons such as non-patent literature 3).

一方で有機薄膜太陽電池は、既存のシリコン系材料を使用した光電変換素子と比較して、低照度においても高い光電変換効率を示すこと、素子の薄化および画素微細化が可能であること、カラーフィルターの性質を兼ね備えることが可能であること等の特長から、太陽電池用途だけでなく、イメージセンサーをはじめとする光センサー用途としても注目されている(特許文献1,2、非特許文献4)。以下、有機薄膜太陽電池について、光センサー等の用途を含んで有機光電変換素子(以下OPVと略す場合もある)と総称する。
有機光電変換素子は、活性層(光電変換層)、電荷(正孔、電子)捕集層、および電極(陽極、陰極)等を備えて構成される。
これらの中でも活性層および電荷捕集層は、一般に真空蒸着法によって形成されているが、真空蒸着法には、量産プロセスによる複雑性、装置の高コスト化、材料の利用効率等の点で問題がある。
On the other hand, the organic thin-film solar cell exhibits high photoelectric conversion efficiency even at low illuminance compared to a photoelectric conversion element using an existing silicon-based material, and can be thinned and pixels can be miniaturized. Due to the feature of being able to combine the properties of a color filter, it is attracting attention not only as a solar battery but also as an optical sensor such as an image sensor (Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 4). ). Hereinafter, the organic thin film solar cell is generically referred to as an organic photoelectric conversion element (hereinafter sometimes abbreviated as OPV) including applications such as an optical sensor.
The organic photoelectric conversion element includes an active layer (photoelectric conversion layer), a charge (hole, electron) collection layer, an electrode (anode, cathode), and the like.
Among these, the active layer and the charge collection layer are generally formed by a vacuum deposition method, but there are problems with the vacuum deposition method in terms of the complexity of the mass production process, the high cost of the apparatus, the utilization efficiency of the material, etc. There is.

これらの点から、正孔捕集層用の塗布型材料として、PEDOT/PSS等のような水分散性高分子有機導電材料が用いられる場合もあるが、水分散液であるため水分の完全な除去や再吸湿の制御が難しく、素子の劣化を加速させ易いという問題がある。
しかもPEDOT/PSS水分散液は、固形分が凝集し易いという性質を有しているため、塗布膜の欠陥が生じやすい、塗布装置の目詰まりや腐食を発生させやすいという問題があるうえ、耐熱性という点でも不十分であり、量産化する上で種々の課題が残されている。
From these points, water dispersible polymer organic conductive materials such as PEDOT / PSS may be used as a coating type material for the hole collection layer, but since it is an aqueous dispersion, it is completely free of moisture. There is a problem that it is difficult to control removal and re-absorption, and it is easy to accelerate the deterioration of the element.
Moreover, since the PEDOT / PSS aqueous dispersion has the property that solids are likely to aggregate, there are problems that coating film defects are likely to occur, clogging and corrosion of the coating apparatus are likely to occur, and heat resistance In terms of performance, it is insufficient, and various problems remain in mass production.

特開2003−234460公報JP 2003-234460 A 特開2008−258474公報JP 2008-258474 A

Nature, vol.353, 737-740(1991)Nature, vol.353, 737-740 (1991) Appl. Phys. Lett., Vol.48, 183-185 (1986)Appl. Phys. Lett., Vol. 48, 183-185 (1986) Nature Photonics Vol.6, 153-161 (2012)Nature Photonics Vol.6, 153-161 (2012) Scientific Reports, Vol.5:7708, 1-7 (2015)Scientific Reports, Vol.5: 7708, 1-7 (2015)

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、有機光電変換素子の正孔捕集層に適した薄膜を与える電荷輸送性組成物を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the charge transportable composition which gives the thin film suitable for the hole collection layer of an organic photoelectric conversion element.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、所定のフェノチアジン誘導体が、高い正孔輸送性を示すとともに、これを含む薄膜をOPV素子の正孔捕集層とした場合に、高い歩留りで良好なPCEを示すOPV素子が得られることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors have shown that a predetermined phenothiazine derivative exhibits high hole transportability, and a thin film containing this is used as a hole collection layer of an OPV element. In some cases, it was found that an OPV element exhibiting good PCE at a high yield was obtained, and the present invention was completed.

すなわち、本発明は、
1. 式(1)または式(2)で表されるフェノチアジン誘導体からなる電荷輸送性物質と、溶媒とを含むことを特徴とする電荷輸送性組成物、

Figure 2018018967
(式(1)および(2)中、R1〜R6は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、Ar1およびAr2は、互いに独立して、置換されていてもよい、フェニル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる芳香族基を表す。)
2. 前記式(1)および(2)中のAr1およびAr2が、互いに独立して、式(3)で表される基である1の電荷輸送性組成物、
Figure 2018018967
(式中、Ar3およびAr4は、互いに独立して、水素原子、またはアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、アルコキシ基、アルキルチオ基もしくはアルキル基で置換されていてもよい芳香族基を表し、この芳香族基は、フェニル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる基を表す。ただし、Ar3およびAr4が同時に水素原子となることはなく、また、Ar3およびAr4がともに芳香族基の場合、それらは互いに単結合で結合していても、ヘテロ原子を介して結合していてもよい。
7〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)
3. 前記式(3)で表される基が、式(4)〜(6)で表されるいずれかの基である1の電荷輸送性組成物、
Figure 2018018967
(式中、R7〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)
4. 前記電荷輸送性物質が、式(7)で表されるフェノチアジン誘導体である1の電荷輸送性組成物、
Figure 2018018967
{式中、R1〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、X1およびX2は、水素原子、式(8)で表される基、式(9)で表される基または式(10)で表される基を表す。
Figure 2018018967
(式中、R11〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)}
5. 前記X1およびX2が、式(8)で表される基または式(9)で表される基である4の電荷輸送性組成物、
6. 前記R1〜R33が、水素原子である4または5の電荷輸送性組成物、
7. さらに、電子受容性ドーパント物質を含む1〜6のいずれかの電荷輸送性組成物、
8. 前記電子受容性ドーパント物質が、式(D1)で表されるアリールスルホン酸化合物である7の電荷輸送性組成物、
Figure 2018018967
(式中、Xは、Oを表し、Aは、ナフタレン環またはアントラセン環を表し、Bは、2〜4価のパーフルオロビフェニル基を表し、lは、Aに結合するスルホン酸基数を表し、1≦l≦4を満たす整数であり、qは、BとXとの結合数を示し、2〜4を満たす整数である。)
9. 有機光電変換素子の正孔捕集層用である1〜8のいずれかの電荷輸送性組成物、
10. 前記有機光電変換素子が、有機薄膜太陽電池または光センサーである9の電荷輸送性組成物、
11. 9または10の電荷輸送性組成物を用いてなる有機光電変換素子の正孔捕集層、
12. 11の正孔捕集層と、それに接するように設けられた活性層とを有する有機光電変換素子、
13. 前記活性層が、フラーレン誘導体を含む12の有機光電変換素子、
14. 前記活性層が、主鎖にチオフェン骨格を含むポリマーを含む12の有機光電変換素子、
15. 前記活性層が、フラーレン誘導体および主鎖にチオフェン骨格を含むポリマーを含む12の有機光電変換素子、
16. 有機薄膜太陽電池または光センサーである12〜15のいずれかの有機光電変換素子、
17. 式(1)または式(2)で表されることを特徴とするフェノチアジン誘導体、
Figure 2018018967
(式(1)および(2)中、R1〜R6は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、Ar1およびAr2は、互いに独立して、置換フェニル基、置換されていてもよい、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる芳香族基を表す。)
18. 前記式(1)および(2)中のAr1およびAr2が、互いに独立して、式(3)で表される基である17のフェノチアジン誘導体、
Figure 2018018967
(式中、Ar3およびAr4は、互いに独立して、水素原子、またはアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、トリフェニルアミノ基、アルコキシ基、アルキルチオ基もしくはアルキル基で置換されていてもよい芳香族基を表し、この芳香族基は、フェニル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる基を表す。ただし、Ar3およびAr4が同時に水素原子となることはなく、また、Ar3およびAr4がともに芳香族基の場合、それらは互いに単結合で結合していても、ヘテロ原子を介して結合していてもよい。R7〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)
19. 前記式(3)で表される基が、式(4)〜(6)で表されるいずれかの基である18のフェノチアジン誘導体、
Figure 2018018967
(式中、R7〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)
20. 式(7)で表される17のフェノチアジン誘導体、
Figure 2018018967
{式中、R1〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、X1およびX2は、式(8)で表される基、式(9)で表される基または式(10)で表される基を表す。
Figure 2018018967
(式中、R11〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)}
21. 式(11)または(12)で表される17のフェノチアジン誘導体
Figure 2018018967
を提供する。 That is, the present invention
1. A charge transporting composition comprising a charge transporting material comprising a phenothiazine derivative represented by formula (1) or formula (2) and a solvent;
Figure 2018018967
(In Formula (1) and (2), R < 1 > -R < 6 > is mutually independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, a C1-C20 alkoxy group, a C1-C20 Thioalkoxy group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, carbon A phenyl group, a biphenyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, which represents an aralkyl group of 7 to 20 or an acyl group of 1 to 20 carbon atoms, and Ar 1 and Ar 2 are each independently substituted. , Fluorenyl group, terphenyl group, tetracenyl group, pentacenyl group, perylenyl group, thienyl group, furyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, imidazolyl group, pyridyl group, pyrimidinyl , Pyrazinyl group, pyridazinyl group, a pyrazinyl group, quinolyl group, quinoxalyl group, benzoxazolyl group, an aromatic group selected from benzothiazolyl group and a benzimidazolyl group.)
2. 1 charge transportable composition wherein Ar 1 and Ar 2 in the formulas (1) and (2) are each independently a group represented by the formula (3);
Figure 2018018967
(In the formula, Ar 3 and Ar 4 are each independently a hydrogen atom or an aromatic group optionally substituted with an amino group, a phenylamino group, a diphenylamino group, an alkoxy group, an alkylthio group or an alkyl group. This aromatic group is a phenyl group, biphenyl group, anthryl group, phenanthryl group, fluorenyl group, terphenyl group, tetracenyl group, pentacenyl group, perylenyl group, thienyl group, furyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, imidazolyl group , Pyridyl group, pyrimidinyl group, pyrazinyl group, pyridazinyl group, pyrazyl group, quinolyl group, quinoxalyl group, benzoxazolyl group, benzothiazolyl group, and benzoimidazolyl group, provided that Ar 3 and Ar 4 are simultaneously selected. Never become a hydrogen atom, For r 3 and Ar 4 are both aromatic groups, even if they are bound by a single bond to each other may be bonded through a hetero atom.
R 7 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an alkyl having 1 to 20 carbon atoms. Group, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or carbon number 1 to 20 acyl groups are represented. )
3. 1 charge transportable composition, wherein the group represented by the formula (3) is any group represented by the formulas (4) to (6);
Figure 2018018967
(In the formula, R 7 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms.)
4). 1 charge transporting composition, wherein the charge transporting material is a phenothiazine derivative represented by the formula (7):
Figure 2018018967
{In the formula, R 1 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, and X 1 and X 2 are each represented by a hydrogen atom, a group represented by formula (8), a group represented by formula (9), or formula (10). Represents a group.
Figure 2018018967
(In the formula, R 11 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms.)}
5). The charge transporting composition of 4, wherein X 1 and X 2 are a group represented by the formula (8) or a group represented by the formula (9):
6). 4 or 5 charge transporting compositions, wherein R 1 to R 33 are hydrogen atoms;
7). Furthermore, the charge transporting composition according to any one of 1 to 6, comprising an electron-accepting dopant substance,
8). The charge transporting composition according to 7, wherein the electron-accepting dopant material is an aryl sulfonic acid compound represented by the formula (D1):
Figure 2018018967
(In the formula, X represents O, A represents a naphthalene ring or an anthracene ring, B represents a divalent to tetravalent perfluorobiphenyl group, and l represents the number of sulfonic acid groups bonded to A. (It is an integer satisfying 1 ≦ l ≦ 4, and q represents the number of bonds between B and X, and is an integer satisfying 2 to 4.)
9. The charge transporting composition according to any one of 1 to 8, which is used for a hole collection layer of an organic photoelectric conversion device,
10. 9. The charge transporting composition according to 9, wherein the organic photoelectric conversion element is an organic thin film solar cell or an optical sensor,
11. A hole collection layer of an organic photoelectric conversion device comprising the charge transporting composition of 9 or 10;
12 An organic photoelectric conversion element having 11 hole collection layers and an active layer provided in contact therewith,
13. 12 organic photoelectric conversion elements in which the active layer contains a fullerene derivative;
14 12 organic photoelectric conversion elements in which the active layer contains a polymer containing a thiophene skeleton in the main chain;
15. 12 organic photoelectric conversion elements in which the active layer contains a fullerene derivative and a polymer containing a thiophene skeleton in the main chain;
16. Any one of organic photoelectric conversion elements of 12 to 15, which are organic thin-film solar cells or optical sensors;
17. A phenothiazine derivative represented by the formula (1) or (2):
Figure 2018018967
(In Formula (1) and (2), R < 1 > -R < 6 > is mutually independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, a C1-C20 alkoxy group, a C1-C20 Thioalkoxy group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, carbon Represents an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, and Ar 1 and Ar 2 are each independently a substituted phenyl group, an optionally substituted biphenyl group, an anthryl group, or phenanthryl. Group, fluorenyl group, terphenyl group, tetracenyl group, pentacenyl group, perylenyl group, thienyl group, furyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, imidazolyl group, pyridyl group, pyrimidide Group, represents a pyrazinyl group, pyridazinyl group, pyrazinyl group, quinolyl group, quinoxalyl group, benzoxazolyl group, an aromatic group selected from benzothiazolyl group and a benzimidazolyl group.)
18. 17 phenothiazine derivatives wherein Ar 1 and Ar 2 in the formulas (1) and (2) are each independently a group represented by the formula (3);
Figure 2018018967
(In the formula, Ar 3 and Ar 4 may be independently of each other a hydrogen atom or an amino group, a phenylamino group, a diphenylamino group, a triphenylamino group, an alkoxy group, an alkylthio group or an alkyl group. Represents a good aromatic group, and this aromatic group includes a phenyl group, a biphenyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a fluorenyl group, a terphenyl group, a tetracenyl group, a pentacenyl group, a perylenyl group, a thienyl group, a furyl group, an oxazolyl group, thiazolyl group, an imidazolyl group, a pyridyl group, pyrimidinyl group, pyrazinyl group, pyridazinyl group, pyrazinyl group, quinolyl group, a quinoxalyl group, benzoxazolyl group, benzothiazolyl group a group selected from and benzimidazolyl group. However, Ar 3 and Ar 4 is a hydrogen atom at the same time Not Rukoto, also when both the aromatic groups Ar 3 and Ar 4 is, even if they are linked by a single bond to each other, good .R 7 to R 10 may be bonded through a hetero atom Independently of each other, a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and 2 to 2 carbon atoms 20 alkenyl groups, alkynyl groups having 2 to 20 carbon atoms, haloalkyl groups having 1 to 20 carbon atoms, aryl groups having 6 to 20 carbon atoms, aralkyl groups having 7 to 20 carbon atoms, or acyl groups having 1 to 20 carbon atoms Represents.)
19. 18 phenothiazine derivatives, wherein the group represented by the formula (3) is any group represented by the formulas (4) to (6);
Figure 2018018967
(In the formula, R 7 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms.)
20. 17 phenothiazine derivatives represented by formula (7),
Figure 2018018967
{In the formula, R 1 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, and X 1 and X 2 are a group represented by the formula (8), a group represented by the formula (9), or a group represented by the formula (10). Represent.
Figure 2018018967
(In the formula, R 11 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms.)}
21. 17 phenothiazine derivatives represented by the formula (11) or (12)
Figure 2018018967
I will provide a.

本発明の電荷輸送性組成物は、公知の方法で簡便に合成できるフェノチアジン誘導体からなる電荷輸送性物質を用いて製造可能なだけでなく、それから得られる薄膜を正孔捕集層として用いた場合にPCEの良好な有機薄膜太陽電池を得ることができる。また、本発明の電荷輸送性組成物を用いることで高均一薄膜が形成可能であるため、この高均一薄膜を正孔捕集層とすることで電流リークを抑制し、逆バイアス暗電流を低く抑えることができる。したがって、本発明の電荷輸送性組成物からなる薄膜を、有機薄膜太陽電池と同様の素子構造に適用し、わずかな光子を電子に変換して検知する事が可能であるため、当該組成物から得られる正孔捕集層は、高性能なイメージセンサー用途等の光センサー用途への応用も可能である。   The charge transporting composition of the present invention can be produced using a charge transporting substance composed of a phenothiazine derivative that can be easily synthesized by a known method, and a thin film obtained therefrom can be used as a hole collection layer. In addition, an organic thin film solar cell having a good PCE can be obtained. In addition, since a highly uniform thin film can be formed by using the charge transporting composition of the present invention, current leakage can be suppressed and the reverse bias dark current can be reduced by using the highly uniform thin film as a hole collection layer. Can be suppressed. Therefore, the thin film made of the charge transporting composition of the present invention can be applied to an element structure similar to that of an organic thin film solar cell, and a small number of photons can be detected by being converted into electrons. The obtained hole collection layer can be applied to optical sensor applications such as high-performance image sensor applications.

以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明の電荷輸送性用組成物は、式(1)または(2)で表されるフェノチアジン誘導体からなる電荷輸送性物質と、溶媒とを含む。
本発明において、電荷輸送性とは、導電性と同義であり、正孔輸送性と同義である。電荷輸送性物質とは、それ自体に電荷輸送性があるものでもよく、電子受容性物質と共に用いた際に電荷輸送性があるものでもよい。また、電荷輸送性組成物とは、それ自体に電荷輸送性があるものでもよく、それにより得られる固形膜が電荷輸送性を有するものでもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The charge transporting composition of the present invention includes a charge transporting material composed of a phenothiazine derivative represented by the formula (1) or (2) and a solvent.
In the present invention, charge transportability is synonymous with conductivity and is synonymous with hole transportability. The charge transporting substance may be a substance having a charge transporting property per se, or a substance having a charge transporting property when used together with an electron accepting substance. In addition, the charge transporting composition may be a charge transporting composition itself, or the solid film obtained thereby may have a charge transporting function.

Figure 2018018967
Figure 2018018967

式(1)および(2)中、R1〜R6は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、Ar1およびAr2は、互いに独立して、置換されていてもよい、フェニル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる芳香族基を表す。 In formulas (1) and (2), R 1 to R 6 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or a thio having 1 to 20 carbon atoms. Alkoxy group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, carbon number Represents an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, and Ar 1 and Ar 2 are each independently a phenyl group, a biphenyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, Fluorenyl group, terphenyl group, tetracenyl group, pentacenyl group, perylenyl group, thienyl group, furyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, imidazolyl group, pyridyl group, pyrimidinyl group Pyrazinyl group, pyridazinyl group, a pyrazinyl group, quinolyl group, quinoxalyl group, benzoxazolyl group, an aromatic group selected from benzothiazolyl group and a benzimidazolyl group.

ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
炭素数1〜20のアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、c−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキソキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ウンデシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−トリデシルオキシ基、n−テトラデシルオキシ基、n−ペンタデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基、n−ヘプタデシルオキシ基、n−オクタデシルオキシ基、n−ノナデシルオキシ基、n−エイコサニルオキシ基等が挙げられる。
Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
Specific examples of the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, c-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, s-butoxy group, t-butoxy group, n-pentoxy group, n-hexoxy group, n-heptyloxy group, n-octyloxy group, n-nonyloxy group, n-decyloxy group, n-undecyloxy group, n-dodecyloxy group, n-tridecyloxy group, n-tetradecyloxy group, n-pentadecyloxy group, n-hexadecyloxy group, n-heptadecyloxy group, n-octadecyloxy group, n-nonadecyloxy group, n-eicosa Nyloxy group etc. are mentioned.

炭素数1〜20のチオアルコキシ基の具体例としては、上記アルコキシ基の酸素原子を硫黄原子で置換した基等が挙げられる。
炭素数1〜20のチオアルコキシ(アルキルチオ)基の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、n−プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、n−ブチルチオ基、イソブチルチオ基、s−ブチルチオ基、t−ブチルチオ基、n−ペンチルチオ基、n−ヘキシルチオ基、n−ヘプチルチオ基、n−オクチルチオ基、n−ノニルチオ基、n−デシルチオ基、n−ウンデシルチオ基、n−ドデシルチオ基、n−トリデシルチオ基、n−テトラデシルチオ基、n−ペンタデシルチオ基、n−ヘキサデシルチオ基、n−ヘプタデシルチオ基、n−オクタデシルチオ基、n−ノナデシルチオ基、n−エイコサニルチオ基等が挙げられる。
Specific examples of the thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms include groups in which the oxygen atom of the alkoxy group is substituted with a sulfur atom.
Specific examples of the thioalkoxy (alkylthio) group having 1 to 20 carbon atoms include methylthio group, ethylthio group, n-propylthio group, isopropylthio group, n-butylthio group, isobutylthio group, s-butylthio group, t-butylthio group. Group, n-pentylthio group, n-hexylthio group, n-heptylthio group, n-octylthio group, n-nonylthio group, n-decylthio group, n-undecylthio group, n-dodecylthio group, n-tridecylthio group, n-tetra Examples include decylthio group, n-pentadecylthio group, n-hexadecylthio group, n-heptadecylthio group, n-octadecylthio group, n-nonadecylthio group, n-eicosanylthio group and the like.

炭素数1〜20のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−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−デシル基等の炭素数1〜20の鎖状アルキル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、ビシクロブチル基、ビシクロペンチル基、ビシクロヘキシル基、ビシクロヘプチル基、ビシクロオクチル基、ビシクロノニル基、ビシクロデシル基等の炭素数3〜20の環状アルキル基等が挙げられる。   Specific examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, s-butyl group, t-butyl group, and n-pentyl group. A chain alkyl group having 1 to 20 carbon atoms such as n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group , Cycloheptyl group, cyclooctyl group, cyclononyl group, cyclodecyl group, bicyclobutyl group, bicyclopentyl group, bicyclohexyl group, bicycloheptyl group, bicyclooctyl group, bicyclononyl group, bicyclodecyl group, etc. Examples thereof include a cyclic alkyl group.

炭素数2〜20のアルケニル基の具体例としては、エテニル基、n−1−プロペニル基、n−2−プロペニル基、1−メチルエテニル基、n−1−ブテニル基、n−2−ブテニル基、n−3−ブテニル基、2−メチル−1−プロペニル基、2−メチル−2−プロペニル基、1−エチルエテニル基、1−メチル−1−プロペニル基、1−メチル−2−プロペニル基、n−1−ペンテニル基、n−1−デセニル基、n−1−エイコセニル基等が挙げられる。   Specific examples of the alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms include ethenyl group, n-1-propenyl group, n-2-propenyl group, 1-methylethenyl group, n-1-butenyl group, n-2-butenyl group, n-3-butenyl group, 2-methyl-1-propenyl group, 2-methyl-2-propenyl group, 1-ethylethenyl group, 1-methyl-1-propenyl group, 1-methyl-2-propenyl group, n- Examples include 1-pentenyl group, n-1-decenyl group, n-1-eicocenyl group and the like.

炭素数2〜20のアルキニル基の具体例としては、エチニル基、n−1−プロピニル基、n−2−プロピニル基、n−1−ブチニル基、n−2−ブチニル基、n−3−ブチニル基、1−メチル−2−プロピニル基、n−1−ペンチニル基、n−2−ペンチニル基、n−3−ペンチニル基、n−4−ペンチニル基、1−メチル−n−ブチニル基、2−メチル−n−ブチニル基、3−メチル−n−ブチニル基、1,1−ジメチル−n−プロピニル基、n−1−ヘキシニル基、n−1−デシニル基、n−1−ペンタデシニル基、n−1−エイコシニル基等が挙げられる。   Specific examples of the alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms include ethynyl group, n-1-propynyl group, n-2-propynyl group, n-1-butynyl group, n-2-butynyl group, and n-3-butynyl. Group, 1-methyl-2-propynyl group, n-1-pentynyl group, n-2-pentynyl group, n-3-pentynyl group, n-4-pentynyl group, 1-methyl-n-butynyl group, 2- Methyl-n-butynyl group, 3-methyl-n-butynyl group, 1,1-dimethyl-n-propynyl group, n-1-hexynyl group, n-1-decynyl group, n-1-pentadecynyl group, n- 1-eicosinyl group etc. are mentioned.

炭素数1〜20のハロアルキル基としては、上記アルキル基中の水素原子の少なくとも1つをハロゲン原子で置換した基等が挙げられる。なお、ハロゲン原子は、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素原子のいずれでもよい。中でも、フルオロアルキル基が好ましく、パーフルオロアルキル基がより好ましい。
その具体例としては、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル基、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル基、2,2,2−トリフルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチル基、ノナフルオロブチル基、4,4,4−トリフルオロブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、2,2,3,3,4,4,5,5,5−ノナフルオロペンチル基、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチル基、トリデカフルオロヘキシル基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6−ウンデカフルオロヘキシル基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−デカフルオロヘキシル基、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシル基等が挙げられる。
Examples of the haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms include groups in which at least one hydrogen atom in the alkyl group is substituted with a halogen atom. The halogen atom may be any of chlorine, bromine, iodine and fluorine atoms. Of these, a fluoroalkyl group is preferable, and a perfluoroalkyl group is more preferable.
Specific examples thereof include fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, 2,2,2-trifluoroethyl group, heptafluoropropyl group, 2,2,3,3,3- Pentafluoropropyl group, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl group, 2,2,2-trifluoro-1- (trifluoromethyl) ethyl group, nonafluorobutyl group, 4,4,4-trifluoro Butyl group, undecafluoropentyl group, 2,2,3,3,4,4,5,5,5-nonafluoropentyl group, 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro Pentyl group, tridecafluorohexyl group, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-undecafluorohexyl group, 2,2,3,3,4,4,5 , 5,6,6-Decafluo Hexyl group, 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyl group, and the like.

炭素数6〜20のアリール基の具体例としては、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントリル基、2−アントリル基、9−アントリル基、1−フェナントリル基、2−フェナントリル基、3−フェナントリル基、4−フェナントリル基、9−フェナントリル基等が挙げられる。   Specific examples of the aryl group having 6 to 20 carbon atoms include phenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, 1-anthryl group, 2-anthryl group, 9-anthryl group, 1-phenanthryl group, 2-phenanthryl group. Group, 3-phenanthryl group, 4-phenanthryl group, 9-phenanthryl group and the like.

炭素数7〜20のアラルキル基の具体例としては、ベンジル基、p−メチルフェニルメチル基、m−メチルフェニルメチル基、o−エチルフェニルメチル基、m−エチルフェニルメチル基、p−エチルフェニルメチル基、2−プロピルフェニルメチル基、4−イソプロピルフェニルメチル基、4−イソブチルフェニルメチル基、α−ナフチルメチル基等が挙げられる。
炭素数1〜20のアシル基の具体例としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ベンゾイル基等が挙げられる。
Specific examples of the aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms include benzyl group, p-methylphenylmethyl group, m-methylphenylmethyl group, o-ethylphenylmethyl group, m-ethylphenylmethyl group, p-ethylphenylmethyl. Group, 2-propylphenylmethyl group, 4-isopropylphenylmethyl group, 4-isobutylphenylmethyl group, α-naphthylmethyl group and the like.
Specific examples of the acyl group having 1 to 20 carbon atoms include formyl group, acetyl group, propionyl group, butyryl group, isobutyryl group, valeryl group, isovaleryl group, benzoyl group and the like.

上記式(1)および(2)において、Ar1およびAr2は、置換されていてもよい所定の芳香族基から選ばれる一種であるが、置換基としては、アミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキルチオ基、フェノチアジン−10−イル基、カルバゾール−9−イル基等が挙げられ、これらの基に含まれるベンゼン環の水素原子の少なくとも一部は、さらに、アミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基で置換されていてもよい。
これらの中でも、Ar1およびAr2としては、フェニル基、ジフェニルアミノ基で置換されたフェニル基、フェノチアジン−10−イルで置換されたフェニル基、カルバゾール−9−イル基で置換されたフェニル基が好ましい。なお、これらのフェニル基上の置換基の置換位置は、フェノチアジン環との間に介在するアミノ基に対してパラ位が好ましい。
特に好適なAr1およびAr2としては、例えば、下記式(3)で表される基が挙げられる。
In the above formulas (1) and (2), Ar 1 and Ar 2 are one kind selected from a predetermined aromatic group which may be substituted, and examples of the substituent include an amino group, a phenylamino group, and diphenyl. Examples thereof include an amino group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms, a phenothiazin-10-yl group, and a carbazol-9-yl group. At least a part of the hydrogen atoms of the benzene ring contained in the group may be further substituted with an amino group, a phenylamino group, or a diphenylamino group.
Among these, Ar 1 and Ar 2 include a phenyl group, a phenyl group substituted with a diphenylamino group, a phenyl group substituted with phenothiazin-10-yl, and a phenyl group substituted with a carbazol-9-yl group. preferable. In addition, as for the substitution position of the substituent on these phenyl groups, para position is preferable with respect to the amino group interposed between phenothiazine rings.
Particularly preferred examples of Ar 1 and Ar 2 include a group represented by the following formula (3).

Figure 2018018967
Figure 2018018967

式(3)において、Ar3およびAr4は、互いに独立して、水素原子、またはアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、アルコキシ基、アルキルチオ基もしくはアルキル基で置換されていてもよい芳香族基を表し、この芳香族基は、フェニル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる基を表す。
ただし、Ar3およびAr4が同時に水素原子となることはなく、また、Ar3およびAr4がともに芳香族基の場合、それらは互いに単結合で結合していても、ヘテロ原子を介して結合していてもよい。ヘテロ原子を介した結合としては、−O−、−S−、−NH−等が挙げられる。本発明では、Ar3およびAr4は、単結合または−S−で結合することがより好ましい。
これらの中でも、Ar3およびAr4としては、一方がフェニル基で他方が水素原子、同時にフェニル基、2つのフェニル基が単結合で結合した基(窒素原子を含めて、カルバゾール−9−イル基を構成する)、2つのフェニル基が−S−で結合した基(窒素原子を含めて、フェノチアジン−10−イル基を構成する)が好ましい。
In the formula (3), Ar 3 and Ar 4 are each independently a hydrogen atom, or an aromatic group that may be substituted with an amino group, a phenylamino group, a diphenylamino group, an alkoxy group, an alkylthio group, or an alkyl group. This aromatic group is a phenyl group, biphenyl group, anthryl group, phenanthryl group, fluorenyl group, terphenyl group, tetracenyl group, pentacenyl group, perylenyl group, thienyl group, furyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, It represents a group selected from an imidazolyl group, a pyridyl group, a pyrimidinyl group, a pyrazinyl group, a pyridazinyl group, a pyrazyl group, a quinolyl group, a quinoxalyl group, a benzoxazolyl group, a benzothiazolyl group, and a benzoimidazolyl group.
However, Ar 3 and Ar 4 are not simultaneously hydrogen atoms, and when Ar 3 and Ar 4 are both aromatic groups, they are bonded via a heteroatom even though they are bonded to each other by a single bond. You may do it. Examples of the bond through a hetero atom include —O—, —S—, —NH— and the like. In the present invention, Ar 3 and Ar 4 are more preferably bonded by a single bond or -S-.
Among these, as Ar 3 and Ar 4 , one is a phenyl group and the other is a hydrogen atom, and simultaneously a phenyl group, a group in which two phenyl groups are bonded by a single bond (including a nitrogen atom, a carbazol-9-yl group A group in which two phenyl groups are bonded by -S- (including a nitrogen atom and a phenothiazin-10-yl group) is preferable.

一方、R7〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、これらアルコキシ基、チオアルコキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アシル基の具体例としては、上記と同様のものが挙げられる。
これらの中でも、R7〜R10は、いずれも水素原子が好適である。
On the other hand, R 7 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. An alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or Represents an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, and specific examples of these alkoxy groups, thioalkoxy groups, alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, haloalkyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and acyl groups are the same as described above. Is mentioned.
Among these, R 7 to R 10 are all preferably hydrogen atoms.

特に、上記式(3)で表される基としては、式(4)〜(6)で表されるいずれかの基が好適である。   In particular, as the group represented by the formula (3), any group represented by the formulas (4) to (6) is preferable.

Figure 2018018967
Figure 2018018967

式中、R7〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、これらアルコキシ基、チオアルコキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アシル基の具体例としては、上記と同様のものが挙げられる。
これらの中でも、R7〜R33は、いずれも水素原子が好適である。
In the formula, R 7 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 to carbon atoms. An alkyl group having 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, and specific examples of these alkoxy groups, thioalkoxy groups, alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, haloalkyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and acyl groups are the same as above. Things.
Among these, R 7 to R 33 are preferably hydrogen atoms.

本発明において、好適な電荷輸送性物質としては、式(7)で表されるフェノチアジン誘導体が挙げられる。   In the present invention, a suitable charge transporting material includes a phenothiazine derivative represented by the formula (7).

Figure 2018018967
Figure 2018018967

式中、R1〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、これらアルコキシ基、チオアルコキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アシル基の具体例としては、上記と同様のものが挙げられる。
これらの中でも、R1〜R10は、いずれも水素原子が好適である。
1およびX2は、水素原子、式(8)で表される基、式(9)で表される基または式(10)で表される基を表すが、式(8)で表される基、または式(9)で表される基が好ましい。
In the formula, R 1 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 to 1 carbon atoms. An alkyl group having 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, and specific examples of these alkoxy groups, thioalkoxy groups, alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, haloalkyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and acyl groups are the same as above. Things.
Among these, R 1 to R 10 are all preferably hydrogen atoms.
X 1 and X 2 represent a hydrogen atom, a group represented by the formula (8), a group represented by the formula (9) or a group represented by the formula (10), but represented by the formula (8). Or a group represented by the formula (9) is preferable.

Figure 2018018967
Figure 2018018967

式中、R11〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、これらアルコキシ基、チオアルコキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アシル基の具体例としては、上記と同様のものが挙げられる。
これらの中でも、R11〜R33は、いずれも水素原子が好適である。
In the formula, R 11 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 to carbon atoms. An alkyl group having 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms, and specific examples of these alkoxy groups, thioalkoxy groups, alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, haloalkyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and acyl groups are the same as above. Things.
Among these, R 11 to R 33 are preferably hydrogen atoms.

本発明で使用可能な電荷輸送性物質の具体例としては、下記式(11)〜(14)で示されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
これらの中でも、得られる薄膜の電荷輸送性および当該薄膜を備えた光電変換素子の光電変換効率等を考慮すると、式(11)または(12)で表される化合物が好ましい。
Specific examples of the charge transporting material that can be used in the present invention include those represented by the following formulas (11) to (14), but are not limited thereto.
Among these, the compound represented by the formula (11) or (12) is preferable in consideration of the charge transport property of the obtained thin film and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element including the thin film.

Figure 2018018967
Figure 2018018967

なお、本発明の電荷輸送性組成物において、電荷輸送性物質として機能する上記フェノチアジン誘導体は、単独で用いてもよく、2種以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。   In the charge transporting composition of the present invention, the phenothiazine derivative functioning as a charge transporting substance may be used alone or in combination of two or more compounds.

また、上記式(1)で表されるフェノチアジン誘導体は、下記スキームに示されるように、式(15)で表される3,7位に水素原子等を有するフェノチアジン化合物と、式(16)または式(17)で表されるアリールアミン化合物とを、酸化剤存在下で反応させて製造できる。   In addition, as shown in the following scheme, the phenothiazine derivative represented by the above formula (1) includes a phenothiazine compound represented by the formula (15) having a hydrogen atom or the like at positions 3 and 7, and the formula (16) or It can be produced by reacting an arylamine compound represented by the formula (17) in the presence of an oxidizing agent.

Figure 2018018967
(式中、R1〜R6、Ar1およびAr2は、上記と同じ意味を表す。)
Figure 2018018967
(In the formula, R 1 to R 6 , Ar 1 and Ar 2 represent the same meaning as described above.)

式(15)で表されるフェノチアジン化合物と、式(16)または式(17)で表されるアリールアミン化合物との仕込み比は、物質量(mol)比で、フェノチアジン化合物1に対して、アリールアミン化合物1〜10程度が好適である。   The charge ratio of the phenothiazine compound represented by the formula (15) and the arylamine compound represented by the formula (16) or the formula (17) is a substance amount (mol) ratio with respect to the phenothiazine compound 1. About 1 to 10 amine compounds are suitable.

上記反応に用いられる酸化剤としては、例えば、ヨウ素等のハロゲン系酸化剤、硝酸銀,硝酸カリウム,過マンガン酸カリウム等の無機酸化剤が挙げられる。これらの酸化剤は、単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
酸化剤の使用量は、式(15)で表されるアリール化合物1molに対して、2mol程度とすることができるが、3mol程度が好適である。
Examples of the oxidizing agent used in the above reaction include halogen-based oxidizing agents such as iodine, and inorganic oxidizing agents such as silver nitrate, potassium nitrate, and potassium permanganate. These oxidizing agents may be used alone or in combination of two or more.
Although the usage-amount of an oxidizing agent can be about 2 mol with respect to 1 mol of aryl compounds represented by Formula (15), about 3 mol is suitable.

原料化合物が全て固体である場合あるいは目的とするフェノチアジン誘導体を効率よく得る観点から、上記各反応は溶媒中で行う。溶媒を使用する場合、その種類は、反応に悪影響を及ぼさないものであれば特に制限はない。具体例としては、脂肪族炭化水素類(ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、n−デカン、デカリン等)、ハロゲン化脂肪族炭化水素類(クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、四塩化炭素等)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、ニトロベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、メシチレン等)、ハロゲン化芳香族炭化水素類(クロロベンゼン、ブロモベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼン等)、エーテル類(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−n−ブチルケトン、シクロヘキサノン等)、アミド類(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等)、ラクタムおよびラクトン類(N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン等)、尿素類(N,N−ジメチルイミダゾリジノン、テトラメチルウレア等)、スルホキシド類(ジメチルスルホキシド、スルホラン等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル等)などが挙げられ、これらの溶媒は単独で用いても、2種以上混合して用いてもよい。   When the starting compounds are all solid or from the viewpoint of efficiently obtaining the target phenothiazine derivative, the above reactions are carried out in a solvent. When a solvent is used, the type is not particularly limited as long as it does not adversely affect the reaction. Specific examples include aliphatic hydrocarbons (pentane, n-hexane, n-octane, n-decane, decalin, etc.), halogenated aliphatic hydrocarbons (chloroform, dichloromethane, dichloroethane, carbon tetrachloride, etc.), aromatic Group hydrocarbons (benzene, nitrobenzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, mesitylene, etc.), halogenated aromatic hydrocarbons (chlorobenzene, bromobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, p-dichlorobenzene, etc.), ethers (diethyl ether, diisopropyl ether, t-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, etc.), ketones (acetone, methyl ethyl ketone, Methyl isobutyl ketone, di- -Butyl ketone, cyclohexanone, etc.), amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), lactams and lactones (N-methylpyrrolidone, γ-butyrolactone, etc.), ureas (N, N-dimethyl) Imidazolidinone, tetramethylurea, etc.), sulfoxides (dimethyl sulfoxide, sulfolane, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, etc.) and the like. These solvents may be used alone or in combination of two or more. You may mix and use.

反応温度は、用いる溶媒の融点から沸点までの範囲で適宜設定すればよいが、特に、0〜200℃程度が好ましく、20〜150℃がより好ましい。
反応終了後は、常法にしたがって後処理をし、目的とするフェノチアジン誘導体を得ることができる。
特に本発明では、再沈殿やイオン交換等の方法により精製したフェノチアジン誘導体を用いることが好ましい。精製したものを用いることで、当該化合物を含む組成物から得られた薄膜を備えたOPV素子の特性をより高めることができる。
The reaction temperature may be appropriately set within the range from the melting point to the boiling point of the solvent to be used, but is preferably about 0 to 200 ° C and more preferably 20 to 150 ° C.
After completion of the reaction, the desired phenothiazine derivative can be obtained by post-treatment according to a conventional method.
In particular, in the present invention, it is preferable to use a phenothiazine derivative purified by a method such as reprecipitation or ion exchange. By using the purified one, the characteristics of the OPV element including a thin film obtained from the composition containing the compound can be further improved.

また、有機薄膜太陽電池において、正孔捕集層のイオン化ポテンシャルは、活性層中におけるp型半導体材料のイオン化ポテンシャルに近接した値であることが好ましい。その差の絶対値は、0〜1eVが好ましく、0〜0.5eVがより好ましく、0〜0.2eVがより一層好ましい。
したがって、本発明の電荷輸送性組成物には、これを用いて得られる電荷輸送性薄膜のイオン化ポテンシャルを調節することを目的として、電子受容性ドーパント物質を含んでいてもよい。
電子受容性ドーパント物質としては、使用する少なくとも1種の溶媒に溶解するものであれば、特に限定されない。
In the organic thin film solar cell, the ionization potential of the hole collection layer is preferably a value close to the ionization potential of the p-type semiconductor material in the active layer. The absolute value of the difference is preferably 0 to 1 eV, more preferably 0 to 0.5 eV, and even more preferably 0 to 0.2 eV.
Therefore, the charge transporting composition of the present invention may contain an electron-accepting dopant material for the purpose of adjusting the ionization potential of the charge transporting thin film obtained using the composition.
The electron-accepting dopant substance is not particularly limited as long as it is soluble in at least one solvent used.

電子受容性ドーパント物質の具体例としては、塩化水素、硫酸、硝酸、リン酸等の無機強酸;塩化アルミニウム(III)(AlCl3)、四塩化チタン(IV)(TiCl4)、三臭化ホウ素(BBr3)、三フッ化ホウ素エーテル錯体(BF3・OEt2)、塩化鉄(III)(FeCl3)、塩化銅(II)(CuCl2)、五塩化アンチモン(V)(SbCl5)、五フッ化砒素(V)(AsF5)、五フッ化リン(PF5)、トリス(4−ブロモフェニル)アルミニウムヘキサクロロアンチモナート(TBPAH)等のルイス酸;ベンゼンスルホン酸、トシル酸、カンファスルホン酸、ヒドロキシベンゼンスルホン酸、5−スルホサリチル酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、国際公開第2005/000832号に記載されている1,4−ベンゾジオキサンジスルホン酸化合物、国際公開第2006/025342号に記載されているアリールスルホン酸化合物、特開2005−108828号公報に記載されているジノニルナフタレンスルホン酸、1,3,6−ナフタレントリスルホン酸等の有機強酸;7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、2,3−ジクロロ−5,6−ジシアノ−1,4−ベンゾキノン(DDQ)、ヨウ素等の有機酸化剤、国際公開第2010/058777号に記載されているリンモリブデン酸、リンタングステン酸、リンタングストモリブデン酸等のヘテロポリ酸化合物等の無機酸化剤が挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Specific examples of the electron-accepting dopant material include inorganic strong acids such as hydrogen chloride, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid; aluminum chloride (III) (AlCl 3 ), titanium tetrachloride (IV) (TiCl 4 ), boron tribromide (BBr 3 ), boron trifluoride ether complex (BF 3 · OEt 2 ), iron chloride (III) (FeCl 3 ), copper (II) chloride (CuCl 2 ), antimony pentachloride (V) (SbCl 5 ), Lewis acids such as arsenic pentafluoride (V) (AsF 5 ), phosphorus pentafluoride (PF 5 ), tris (4-bromophenyl) aluminum hexachloroantimonate (TBPAH); benzenesulfonic acid, tosylic acid, camphorsulfonic acid Hydroxybenzenesulfonic acid, 5-sulfosalicylic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, polystyrenesulfonic acid, International Publication No. 2005/000 1,4-benzodioxane disulfonic acid compound described in No. 32, arylsulfonic acid compound described in International Publication No. 2006/025342, dinonylnaphthalene sulfone described in JP-A-2005-108828 Acids, organic strong acids such as 1,3,6-naphthalene trisulfonic acid; 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ), 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4- Examples include organic oxidizers such as benzoquinone (DDQ) and iodine, and inorganic oxidizers such as heteropolyacid compounds such as phosphomolybdic acid, phosphotungstic acid, and phosphotungstomolybdic acid described in International Publication No. 2010/058777. These may be used alone or in combination of two or more.

上記各種電子受容性ドーパント物質の中でも、本発明では、特に、H+を供与するブレンステッド酸が好ましく、アリールスルホン酸化合物がより好ましく、特に式(D1)で表されるアリールスルホン酸化合物が好適である。 Among the various electron-accepting dopant materials, in the present invention, Bronsted acid that donates H + is particularly preferable, arylsulfonic acid compounds are more preferable, and arylsulfonic acid compounds represented by formula (D1) are particularly preferable. It is.

Figure 2018018967
(式中、Xは、Oを表し、Aは、ナフタレン環またはアントラセン環を表し、Bは、2〜4価のパーフルオロビフェニル基を表し、lは、Aに結合するスルホン酸基数を表し、1≦l≦4を満たす整数であり、qは、BとXとの結合数を示し、2〜4を満たす整数である。)
Figure 2018018967
(In the formula, X represents O, A represents a naphthalene ring or an anthracene ring, B represents a divalent to tetravalent perfluorobiphenyl group, and l represents the number of sulfonic acid groups bonded to A. (It is an integer satisfying 1 ≦ l ≦ 4, and q represents the number of bonds between B and X, and is an integer satisfying 2 to 4.)

本発明において、好適に用いることができるアリールスルホン酸化合物の例としては、以下の化合物(式(D2))が挙げられる。   In the present invention, examples of the arylsulfonic acid compound that can be suitably used include the following compounds (formula (D2)).

Figure 2018018967
Figure 2018018967

さらに、本発明の電荷輸送性組成物には、本発明の目的を達成し得る限り、その他の添加剤を配合してもよい。
添加剤の種類としては、所望の効果に応じて公知のものから適宜選択して用いることができるが、得られる薄膜の耐溶剤性および耐水性の向上、電子ブロック性向上、並びにHOMOレベルおよびLUMOレベルを活性層に対して最適な値とするという点から、アルコキシシランやシロキサン系材料を添加することが好ましい。
アルコキシシランとしては、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシランの中から任意の1種以上のアルコキシシランを用いることができるが、特にテトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシランが好ましく、テトラエトキシシランがより好ましい。
シロキサン系材料としては、上記アルコキシシランに対して加水分解等の反応により得られる、ポリ(テトラエトキシシラン)、ポリ(フェニルエトキシシラン)等のポリシロキサンが挙げられる。
アルコキシシランやシロキサン系材料の添加量としては、上記の効果が発揮される量であれば特に限定されないが、本発明で用いるフェノチアジン誘導体に対し、質量比で0.0001〜100倍が好ましく、0.01〜50倍がより好ましく、0.05〜10倍がより一層好ましい。
Furthermore, you may mix | blend another additive with the charge transportable composition of this invention, as long as the objective of this invention can be achieved.
The kind of additive can be appropriately selected from known ones depending on the desired effect, but the solvent resistance and water resistance of the thin film obtained, the electron blocking property, the HOMO level and the LUMO are improved. It is preferable to add an alkoxysilane or a siloxane-based material from the viewpoint that the level is an optimum value for the active layer.
As the alkoxysilane, any one or more alkoxysilanes among tetraalkoxysilane, trialkoxysilane, dialkoxysilane can be used. In particular, tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, phenyltriethoxysilane, phenyltrisilane. Methoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, and dimethyldimethoxysilane are preferable, and tetraethoxysilane is more preferable.
Examples of the siloxane material include polysiloxanes such as poly (tetraethoxysilane) and poly (phenylethoxysilane) obtained by a reaction such as hydrolysis with respect to the alkoxysilane.
The amount of the alkoxysilane or siloxane-based material added is not particularly limited as long as the above effect is exhibited, but is preferably 0.0001 to 100 times in mass ratio with respect to the phenothiazine derivative used in the present invention. 0.01 to 50 times is more preferable, and 0.05 to 10 times is even more preferable.

電荷輸送性組成物の調製に用いる溶媒としては、フェノチアジン誘導体および電子受容性ドーパント物質を良好に溶解し得る高溶解性溶媒を用いることができる。高溶解性溶媒は1種単独で、または2種以上混合して用いることができ、その使用量は、組成物に使用する溶媒全体に対して5〜100質量%とすることができる。   As the solvent used for the preparation of the charge transporting composition, a highly soluble solvent that can dissolve the phenothiazine derivative and the electron-accepting dopant substance satisfactorily can be used. A highly soluble solvent can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types, The usage-amount can be 5-100 mass% with respect to the whole solvent used for a composition.

このような高溶解性溶媒としては、例えば、水;エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、s−ブタノール、t−ブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール等のアルコール系溶媒、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のアミド系溶媒などの有機溶媒が挙げられる。
これらの中でも、水およびアルコール系溶媒から選ばれる少なくとも1種が好ましく、水、エタノール、2−プロパノールがより好ましい。
特に、逆積層型のOPVの正孔捕集層の形成に用いる場合には、活性層に悪影響を与えない、アルコール系溶媒および水から選ばれる1種または2種以上の溶媒のみからなる溶媒を用いることが好ましい。
Examples of such highly soluble solvents include water; alcohol solvents such as ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, s-butanol, t-butanol, 1-methoxy-2-propanol, N Amide systems such as -methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone An organic solvent such as a solvent may be mentioned.
Among these, at least one selected from water and alcohol solvents is preferable, and water, ethanol, and 2-propanol are more preferable.
In particular, when used for the formation of the reverse stacking type OPV hole collection layer, a solvent composed of only one or two or more solvents selected from alcohol solvents and water, which does not adversely affect the active layer. It is preferable to use it.

電荷輸送性物質および電子受容性ドーパント物質は、いずれも上記溶媒に完全に溶解しているか、均一に分散している状態となっていることが好ましく、高変換効率の有機薄膜太陽電池を与える正孔捕集層を再現性よく得ることを考慮すると、これらの物質は上記溶媒に完全に溶解していることがより好ましい。   Both the charge transporting material and the electron-accepting dopant material are preferably completely dissolved or uniformly dispersed in the above-mentioned solvent. In consideration of obtaining the hole collection layer with good reproducibility, it is more preferable that these substances are completely dissolved in the solvent.

また、本発明の電荷輸送性組成物は、成膜性および塗布装置からの吐出性向上のために、25℃で10〜200mPa・s、特に35〜150mPa・sの粘度を有し、常圧で沸点50〜300℃、特に150〜250℃の高粘度有機溶媒を、少なくとも1種類含有してもよい。
高粘度有機溶媒としては、特に限定されるものではなく、例えば、シクロヘキサノール、エチレングリコール、1,3−オクチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、プロピレングリコール、へキシレングリコール等が挙げられる。
In addition, the charge transporting composition of the present invention has a viscosity of 10 to 200 mPa · s, particularly 35 to 150 mPa · s at 25 ° C. in order to improve the film forming property and the discharge property from the coating apparatus, and is at normal pressure. At least one high-viscosity organic solvent having a boiling point of 50 to 300 ° C., particularly 150 to 250 ° C. may be contained.
The high-viscosity organic solvent is not particularly limited. For example, cyclohexanol, ethylene glycol, 1,3-octylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, 1,3-butane. Examples thereof include diol, 2,3-butanediol, 1,4-butanediol, propylene glycol, hexylene glycol and the like.

本発明の電荷輸送性組成物に使用される溶媒全体に対する高粘度有機溶媒の添加割合は、固体が析出しない範囲内であることが好ましく、固体が析出しない限りにおいて、添加割合は、5〜80質量%であることが好ましい。   The addition ratio of the high-viscosity organic solvent to the entire solvent used in the charge transporting composition of the present invention is preferably within a range in which no solid precipitates. As long as no solid precipitates, the addition ratio is 5-80. It is preferable that it is mass%.

さらに、塗布面に対する濡れ性の向上、溶媒の表面張力の調整、極性の調整、沸点の調整等の目的で、熱処理時に膜の平坦性を付与し得るその他の溶媒を、組成物に使用する溶媒全体に対して1〜90質量%、好ましくは1〜50質量%の割合で混合することもできる。
このような溶媒としては、例えば、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチルカルビトール、ジアセトンアルコール、γ−ブチロラクトン、エチルラクテート、n−ヘキシルアセテート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Furthermore, other solvents that can provide film flatness during heat treatment for the purpose of improving the wettability to the coated surface, adjusting the surface tension of the solvent, adjusting the polarity, adjusting the boiling point, etc., are used in the composition. It is also possible to mix at a ratio of 1 to 90% by mass, preferably 1 to 50% by mass with respect to the whole.
Examples of such a solvent include butyl cellosolve, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, dipropylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl carbitol, Examples include, but are not limited to, diacetone alcohol, γ-butyrolactone, ethyl lactate, and n-hexyl acetate.

本発明の電荷輸送性組成物の固形分濃度は、組成物の粘度および表面張力等や、作製する薄膜の厚み等を勘案して適宜設定されるものではあるが、通常、0.1〜10.0質量%程度であり、好ましくは0.5〜5.0質量%、より好ましくは1.0〜3.0質量%である。
また、電荷輸送性物質と電子受容性ドーパント物質の質量比も、発現する電荷輸送性、電荷輸送性物質等の種類を考慮して適宜設定されるものではあるが、通常、電荷輸送性物質1に対し、電子受容性ドーパント物質0〜10、好ましくは0.1〜3.0、より好ましくは0.2〜2.0である。
そして、本発明において用いる電荷輸送性組成物の粘度は、作製する薄膜の厚み等や固形分濃度を考慮し、塗布方法に応じて適宜調節されるものではあるが、通常25℃で0.1mPa・s〜50mPa・s程度である。
The solid content concentration of the charge transporting composition of the present invention is appropriately set in consideration of the viscosity and surface tension of the composition, the thickness of the thin film to be produced, etc. It is about 0.0 mass%, Preferably it is 0.5-5.0 mass%, More preferably, it is 1.0-3.0 mass%.
The mass ratio of the charge transporting substance and the electron-accepting dopant substance is also appropriately set in consideration of the type of charge transporting property, charge transporting substance, etc. that are expressed. On the other hand, the electron-accepting dopant substance is 0 to 10, preferably 0.1 to 3.0, and more preferably 0.2 to 2.0.
The viscosity of the charge transporting composition used in the present invention is appropriately adjusted according to the coating method in consideration of the thickness of the thin film to be produced and the solid content concentration, but is usually 0.1 mPa at 25 ° C. -It is about s-50mPa * s.

本発明の電荷輸送性組成物を調製する際、固形分が溶媒に均一に溶解または分散する限り、電荷輸送性物質、電子受容性ドーパント物質、溶媒を任意の順序で混合することができる。すなわち、例えば、溶媒にフェノチアジン誘導体を溶解させた後、その溶液に電子受容性ドーパント物質を溶解させる方法、溶媒に電子受容性ドーパント物質を溶解させた後、その溶液にフェノチアジン誘導体を溶解させる方法、フェノチアジン誘導体と電子受容性ドーパント物質とを混合した後、その混合物を溶媒に投入して溶解させる方法のいずれも、固形分が溶媒に均一に溶解または分散する限り、採用することができる。   When preparing the charge transporting composition of the present invention, the charge transporting material, the electron accepting dopant material, and the solvent can be mixed in any order as long as the solid content is uniformly dissolved or dispersed in the solvent. That is, for example, after dissolving a phenothiazine derivative in a solvent, a method of dissolving an electron-accepting dopant substance in the solution, a method of dissolving an electron-accepting dopant substance in a solvent, and then dissolving a phenothiazine derivative in the solution, Any method in which a phenothiazine derivative and an electron-accepting dopant substance are mixed and then the mixture is charged into a solvent and dissolved can be employed as long as the solid content is uniformly dissolved or dispersed in the solvent.

また、通常、組成物の調製は、常温、常圧の不活性ガス雰囲気下で行われるが、組成物中の化合物が分解したり、組成が大きく変化したりしない限り、大気雰囲気下(酸素存在下)で行ってもよく、加熱しながら行ってもよい。   In general, the composition is prepared in an inert gas atmosphere at normal temperature and pressure. However, as long as the compound in the composition is not decomposed or the composition greatly changes, the composition is prepared in an air atmosphere (the presence of oxygen). Below), or while heating.

以上説明した電荷輸送性組成物を、有機薄膜太陽電池の陽極上等に塗布して焼成することで、本発明の正孔捕集層を形成できる。
塗布にあたっては、電荷輸送性組成物の粘度と表面張力、所望する薄膜の厚さ等を考慮し、ドロップキャスト法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法、印刷法(凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等)等といった各種ウェットプロセス法の中から最適なものを採用すればよい。
また、通常、塗布は、常温、常圧の不活性ガス雰囲気下で行われるが、組成物中の化合物が分解したり、組成が大きく変化したりしない限り、大気雰囲気下(酸素存在下)で行ってもよく、加熱しながら行ってもよい。
The hole collection layer of the present invention can be formed by applying the above-described charge transporting composition onto the anode of an organic thin film solar cell and baking it.
In application, considering the viscosity and surface tension of the charge transporting composition, the desired thin film thickness, etc., drop casting method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, roll coating method, bar coating method, What is necessary is just to employ | adopt the optimal thing from various wet process methods, such as the die-coating method, the inkjet method, and the printing method (a relief printing, an intaglio, a planographic printing, screen printing, etc.).
In general, the coating is performed in an inert gas atmosphere at normal temperature and pressure, but in an air atmosphere (in the presence of oxygen) unless the compound in the composition is decomposed or the composition is largely changed. It may be performed while heating.

膜厚は、特に限定されないが、いずれの場合も0.1〜500nm程度が好ましく、さらには1〜100nm程度が好ましい。膜厚を変化させる方法としては、組成物中の固形分濃度を変化させたり、塗布時の溶液量を変化させたりする等の方法がある。   The film thickness is not particularly limited, but in any case, it is preferably about 0.1 to 500 nm, more preferably about 1 to 100 nm. Methods for changing the film thickness include methods such as changing the solid content concentration in the composition and changing the amount of solution at the time of coating.

以下、本発明の電荷輸送性組成物を正孔捕集層形成用組成物として用いた順積層型の有機薄膜太陽電池の製造方法について説明するが、これらに限定されるものではない。
[陽極層の形成]:透明基板の表面に陽極材料の層を形成し、透明電極を製造する工程
陽極材料としては、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)等の無機酸化物や、金、銀、アルミニウム等の金属、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体等の高電荷輸送性有機化合物を用いることができる。これらの中ではITOが最も好ましい。また、透明基板としては、ガラスあるいは透明樹脂からなる基板を用いることができる。
陽極材料の層(陽極層)の形成方法は、陽極材料の性質に応じて適宜選択される。通常、難溶性、難分散性昇華性材料の場合には真空蒸着法やスパッタ法等のドライプロセスが選択され、溶液材料あるいは分散液材料の場合には、組成物の粘度と表面張力、所望する薄膜の厚さ等を考慮し、上述した各種ウェットプロセス法の中から最適なものが採用される。
Hereinafter, although the manufacturing method of the order lamination type organic thin film solar cell which used the charge transportable composition of this invention as a composition for hole collection layer formation is demonstrated, it is not limited to these.
[Formation of anode layer]: A step of forming a layer of an anode material on the surface of a transparent substrate to produce a transparent electrode As an anode material, inorganic oxidation such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), etc. Products, metals such as gold, silver, and aluminum, and high charge transporting organic compounds such as polythiophene derivatives and polyaniline derivatives can be used. Of these, ITO is most preferred. As the transparent substrate, a substrate made of glass or transparent resin can be used.
The method of forming the anode material layer (anode layer) is appropriately selected according to the properties of the anode material. Usually, a dry process such as a vacuum deposition method or a sputtering method is selected in the case of a hardly soluble or hardly dispersible sublimation material, and in the case of a solution material or a dispersion material, the viscosity and surface tension of the composition are desired. In consideration of the thickness of the thin film and the like, an optimum one of the above-described various wet process methods is adopted.

また、市販の透明陽極基板を用いることもでき、この場合、素子の歩留を向上させる観点からは、平滑化処理がされている基板を用いることが好ましい。市販の透明陽極基板を用いる場合、本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法は、陽極層を形成する工程を含まない。
ITO等の無機酸化物を陽極材料として用いて透明陽極基板を形成する場合、上層を積層する前に、洗剤、アルコール、純水等で洗浄してから使用することが好ましい。さらに、使用直前にUVオゾン処理、酸素−プラズマ処理等の表面処理を施すことが好ましい。陽極材料が有機物を主成分とする場合、表面処理を行わなくともよい。
Moreover, a commercially available transparent anode substrate can also be used. In this case, from the viewpoint of improving the yield of the element, it is preferable to use a substrate that has been subjected to a smoothing treatment. When using a commercially available transparent anode substrate, the manufacturing method of the organic thin-film solar cell of this invention does not include the process of forming an anode layer.
In the case of forming a transparent anode substrate using an inorganic oxide such as ITO as an anode material, it is preferably used after washing with a detergent, alcohol, pure water or the like before laminating the upper layer. Furthermore, it is preferable to perform surface treatment such as UV ozone treatment and oxygen-plasma treatment immediately before use. When the anode material is mainly composed of an organic material, the surface treatment may not be performed.

[正孔捕集層の形成]:形成された陽極材料の層上に正孔捕集層を形成する工程
上記方法に従い、陽極材料の層上に、本発明の電荷輸送性組成物を用いて正孔捕集層を形成する。
[Formation of hole collection layer]: Step of forming a hole collection layer on the formed anode material layer According to the above method, the charge transporting composition of the present invention is used on the anode material layer. A hole collection layer is formed.

[活性層の形成]:形成された正孔捕集層上に活性層を形成する工程
活性層は、n型半導体材料からなる薄膜であるn層と、p型半導体材料からなる薄膜であるp層とを積層したものであっても、これら材料の混合物からなる非積層薄膜であってもよい。
[Formation of active layer]: Step of forming an active layer on the formed hole collection layer The active layer is an n layer which is a thin film made of an n-type semiconductor material and a thin film made of a p-type semiconductor material. Even if it laminates | stacks a layer, the non-laminate thin film which consists of a mixture of these materials may be sufficient.

n型半導体材料としては、フラーレン、[6,6]−フェニル−C61−酪酸メチルエステル(PC61BM)、[6,6]−フェニル−C71−酪酸メチルエステル(PC71BM)等が挙げられる。一方、p型半導体材料としては、レジオレギュラーポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)、下記式で示されるPTB7、特開2009−158921号公報および国際公開第2010/008672号に記載されているようなチエノチオフェンユニット含有ポリマー類等の、主鎖にチオフェン骨格を含むポリマー、CuPC,ZnPC等のフタロシアニン類、テトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン類などが挙げられる。 Examples of n-type semiconductor materials include fullerene, [6,6] -phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester (PC 61 BM), and [6,6] -phenyl-C 71 -butyric acid methyl ester (PC 71 BM). Can be mentioned. On the other hand, as a p-type semiconductor material, it is described in regioregular poly (3-hexylthiophene) (P3HT), PTB7 represented by the following formula, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-158921 and International Publication No. 2010/008672. Examples thereof include polymers containing a thiophene skeleton in the main chain such as polymers containing thienothiophene units, phthalocyanines such as CuPC and ZnPC, and porphyrins such as tetrabenzoporphyrin.

Figure 2018018967
Figure 2018018967

これらの中でも、n型材料としては、PC61BM、PC71BMが、p型材料としては、PTB7等の主鎖にチオフェン骨格を含むポリマー類が好ましい。
なお、ここでいう「主鎖にチオフェン骨格」とはチオフェンのみからなる2価の芳香環、またはチエノチオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾジチオフェン、ナフトチオフェン、ナフトジチオフェン、アントラチオフェン、アントラジチオフェン等のような1以上のチオフェンを含む2価の縮合芳香環を表し、これらは上記R1〜R6で示される置換基で置換されていてもよい。
Among these, as the n-type material, PC 61 BM and PC 71 BM are preferable, and as the p-type material, polymers including a thiophene skeleton in the main chain such as PTB7 are preferable.
The term “thiophene skeleton in the main chain” as used herein refers to a divalent aromatic ring composed solely of thiophene, or thienothiophene, benzothiophene, dibenzothiophene, benzodithiophene, naphthothiophene, naphthodithiophene, anthrathiophene, anthracodi. It represents a divalent fused aromatic ring containing one or more thiophenes such as thiophene, and these may be substituted with a substituent represented by R 1 to R 6 above.

活性層の形成方法も、上記と同様、活性層材料が難溶性昇華性材料の場合には上述した各種ドライプロセスが選択され、溶液材料あるいは分散液材料の場合には、組成物の粘度と表面張力、所望する薄膜の厚さ等を考慮し、上述した各種ウェットプロセス法の中から最適なものが採用される。   In the same manner as described above, the active layer is formed by selecting the above-described dry processes when the active layer material is a hardly soluble sublimation material. When the active layer material is a solution material or dispersion material, the viscosity and surface of the composition are selected. In consideration of tension, desired thin film thickness, and the like, an optimum one of the various wet process methods described above is employed.

[電子捕集層の形成]:形成された活性層上に電子捕集層を形成する工程
必要に応じて、電荷の移動を効率化すること等を目的として、活性層と陰極層の間に電子捕集層を形成してもよい。
電子捕集層を形成する材料としては、酸化リチウム(Li2O)、酸化マグネシウム(MgO)、アルミナ(Al23)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化ナトリウム(NaF)、フッ化マグネシウム(MgF2)、フッ化ストロンチウム(SrF2)、炭酸セシウム(Cs2CO3)、8−キノリノールリチウム塩(Liq)、8−キノリノールナトリウム塩(Naq)、バソクプロイン(BCP)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BPhen)、ポリエチレンイミン(PEI)、エトキシ化ポリエチレンイミン(PEIE)等が挙げられる。
[Formation of electron collection layer]: Step of forming an electron collection layer on the formed active layer If necessary, between the active layer and the cathode layer for the purpose of improving the efficiency of charge transfer, etc. An electron collection layer may be formed.
Materials for forming the electron collection layer include lithium oxide (Li 2 O), magnesium oxide (MgO), alumina (Al 2 O 3 ), lithium fluoride (LiF), sodium fluoride (NaF), and magnesium fluoride. (MgF 2 ), strontium fluoride (SrF 2 ), cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ), 8-quinolinol lithium salt (Liq), 8-quinolinol sodium salt (Naq), bathocuproine (BCP), 4,7-diphenyl -1,10-phenanthroline (BPhen), polyethyleneimine (PEI), ethoxylated polyethyleneimine (PEIE) and the like.

電子捕集層の形成方法も、上記と同様、電子捕集材料が難溶性昇華性材料の場合には上述した各種ドライプロセスが選択され、溶液材料あるいは分散液材料の場合には、組成物の粘度と表面張力、所望する薄膜の厚さ等を考慮し、上述した各種ウェットプロセス法の中から最適なものが採用される。   In the same manner as described above, when the electron collection material is a hardly soluble sublimation material, the various dry processes described above are selected, and in the case of a solution material or a dispersion liquid material, the method of forming the electron collection layer is selected. In consideration of viscosity, surface tension, desired thin film thickness, and the like, an optimum one of the various wet process methods described above is employed.

[陰極層の形成]:形成された電子捕集層の上に陰極層を形成する工程
陰極材料としては、アルミニウム、マグネシウム−銀合金、アルミニウム−リチウム合金、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、バリウム、銀、金等の金属や、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)等の無機酸化物や、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体等の高電荷輸送性有機化合物が挙げられ、複数の陰極材料を積層したり、混合したりして使用することができる。
陰極層の形成方法も、上記と同様、陰極層材料が難溶性、難分散性昇華性材料の場合には上述した各種ドライプロセスが選択され、溶液材料あるいは分散液材料の場合には、組成物の粘度と表面張力、所望する薄膜の厚さ等を考慮し、上述した各種ウェットプロセス法の中から最適なものが採用される。
[Formation of cathode layer]: Step of forming a cathode layer on the formed electron collection layer As cathode materials, aluminum, magnesium-silver alloy, aluminum-lithium alloy, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, Examples include metals such as barium, silver and gold, inorganic oxides such as indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO), and high charge transporting organic compounds such as polythiophene derivatives and polyaniline derivatives. These cathode materials can be laminated or mixed for use.
The cathode layer is formed in the same manner as described above when the cathode layer material is a poorly soluble, hardly dispersible sublimable material, and the various dry processes described above are selected. In consideration of the viscosity and surface tension of the film, the desired thickness of the thin film, etc., an optimum one of the various wet process methods described above is employed.

[キャリアブロック層の形成]
必要に応じて、光電流の整流性をコントロールすること等を目的として、任意の層間にキャリアブロック層を設けてもよい。キャリアブロック層を設ける場合、通常、活性層と、正孔捕集層または陽極との間に電子ブロック層を、活性層と、電子捕集層または陰極との間に正孔ブロック層を挿入する場合が多いが、この限りではない。
正孔ブロック層を形成する材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、バソクプロイン(BCP)、4,7−ジフェニル1,10−フェナントロリン(BPhen)等が挙げられる。
電子ブロック層を形成する材料としては、N,N′−ジ(1−ナフチル)−N,N′−ジフェニルベンジジン(α−NPD)、ポリ(トリアリールアミン)(PTAA)等のトリアリールアミン系材料等が挙げられる。
[Formation of carrier block layer]
If necessary, a carrier block layer may be provided between arbitrary layers for the purpose of controlling photocurrent rectification. When providing a carrier blocking layer, usually an electron blocking layer is inserted between the active layer and the hole collection layer or anode, and a hole blocking layer is inserted between the active layer and the electron collection layer or cathode. In many cases, this is not the case.
Examples of the material for forming the hole blocking layer include titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, bathocuproine (BCP), 4,7-diphenyl 1,10-phenanthroline (BPhen), and the like.
Examples of the material for forming the electron blocking layer include triarylamines such as N, N′-di (1-naphthyl) -N, N′-diphenylbenzidine (α-NPD) and poly (triarylamine) (PTAA). Materials and the like.

キャリアブロック層の形成方法も、上記と同様、キャリアブロック層材料が難溶性、難分散性昇華性材料の場合には上述した各種ドライプロセスが選択され、溶液材料あるいは分散液材料の場合には、組成物の粘度と表面張力、所望する薄膜の厚さ等を考慮し、上述した各種ウェットプロセス法の中から最適なものが採用される。   In the same manner as described above, the carrier block layer is formed by selecting the various dry processes described above when the carrier block layer material is a poorly soluble, hardly dispersible sublimation material, and when the carrier block layer material is a solution material or a dispersion material, In consideration of the viscosity and surface tension of the composition, the desired thickness of the thin film, etc., an optimum one of the various wet process methods described above is employed.

上記で例示した方法によって作製されたOPV素子は、大気による素子劣化を防ぐために、再度グローブボックス内に導入して窒素等の不活性ガス雰囲気下で封止操作を行い、封止された状態で太陽電池としての機能を発揮させたり、太陽電池特性の測定を行ったりすることができる。
封止法としては、端部にUV硬化樹脂を付着させた凹型ガラス基板を、不活性ガス雰囲気下、有機薄膜太陽電池素子の成膜面側に付着させ、UV照射によって樹脂を硬化させる方法や、真空下、スパッタリング等の手法によって膜封止タイプの封止を行う方法などが挙げられる。
The OPV device manufactured by the method exemplified above is again introduced into the glove box and sealed in an inert gas atmosphere such as nitrogen in order to prevent device deterioration due to the atmosphere. The function as a solar cell can be exhibited, or the solar cell characteristics can be measured.
As a sealing method, a concave glass substrate with a UV curable resin attached to the end is attached to the film forming surface side of the organic thin film solar cell element in an inert gas atmosphere, and the resin is cured by UV irradiation. Examples of the method include performing a film sealing type sealing by a technique such as sputtering under vacuum.

以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。なお、使用した装置は以下のとおりである。
(1)NMR
装置:Bruker社製 AVANCE III HD
測定周波数:500MHz
測定溶媒:関東化学(株)製 重クロロホルム
内部標準:テトラメチルシラン(δ=0.00ppm)
(2)LC−MS
装置:Waters社製 ZQ2000
カラム:Intersil ODS−3(3.0μm)2.1mm I.D.×750mm
溶離液:アセトニトリル/0.2%ギ酸水溶液(70:30)
(3)グローブボックス:米国VAC社製グローブボックスシステム
(4)蒸着装置:アオヤマエンジニアリング(株)製、真空蒸着装置
(5)ソーラーシミュレータ:分光計器(株)製、OTENTOSUN−III、AM1.5Gフィルター、放射強度:100mW/cm2
(6)ソースメジャーユニット:ケースレーインスツルメンツ(株)製、2612A
(7)膜厚測定装置:(株)小坂研究所製、サーフコーダ ET−4000
(8)イオン化ポテンシャル測定装置:理研計器(株)製、AC−3
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to the following Example. In addition, the apparatus used is as follows.
(1) NMR
Device: AVANCE III HD manufactured by Bruker
Measurement frequency: 500 MHz
Measurement solvent: Heavy chloroform produced by Kanto Chemical Co., Inc. Internal standard: Tetramethylsilane (δ = 0.00 ppm)
(2) LC-MS
Device: ZQ2000 manufactured by Waters
Column: Intersil ODS-3 (3.0 μm) 2.1 mm D. × 750mm
Eluent: acetonitrile / 0.2% formic acid aqueous solution (70:30)
(3) Glove box: Glove box system manufactured by VAC, USA (4) Vapor deposition equipment: Vacuum vapor deposition equipment, manufactured by Aoyama Engineering Co., Ltd.
(5) Solar simulator: manufactured by Spectrometer Co., Ltd., OTENTOUN-III, AM1.5G filter, radiation intensity: 100 mW / cm 2
(6) Source measure unit: 2612A, manufactured by Keithley Instruments Co., Ltd.
(7) Film thickness measuring device: manufactured by Kosaka Laboratory, Surfcorder ET-4000
(8) Ionization potential measuring device: Riken Keiki Co., Ltd., AC-3

[1]フェノチアジン誘導体の合成
[合成例1]フェノチアジン誘導体Aの合成
下記スキーム(1)に従い、フェノチアジン誘導体Aを合成した。

Figure 2018018967
[1] Synthesis of phenothiazine derivative [Synthesis Example 1] Synthesis of phenothiazine derivative A A phenothiazine derivative A was synthesized according to the following scheme (1).
Figure 2018018967

ポリマーケミストリー(Polymer Chemistry)、2013年、第4巻、p.4182−4191に記載されている方法を基に、以下の方法に従い4−アミノトリフェニルアミンを得た。
すなわち、ジフェニルアミン5.07gと炭酸カリウム2.23gとをジメチルスルホキシド(以下、DMSO)40mLに溶解し、4−フルオロニトロベンゼン6.22gを加え、窒素雰囲気下、150℃で48時間反応させた。反応終了後、室温まで放冷し、0℃の氷水に反応溶液を入れて固体を析出させた。得られた固体を濾過し、45℃に加熱しながら減圧乾燥した。乾燥させた固体をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:クロロホルム−ヘキサン(1:1))により精製し、オレンジ色固体の4−ニトロトリフェニルアミン3.52gを得た(収率40%)。1H−NMRの結果を以下に示す。
1H−NMR(500MHz,CDCl3):δ 6.64(d,2H),6.91(t,2H),6.95(d,2H),7.02(d,4H),7.19(t,4H).
Polymer Chemistry, 2013, Vol. 4, p. Based on the method described in 4182-4191, 4-aminotriphenylamine was obtained according to the following method.
That is, 5.07 g of diphenylamine and 2.23 g of potassium carbonate were dissolved in 40 mL of dimethyl sulfoxide (hereinafter, DMSO), 6.22 g of 4-fluoronitrobenzene was added, and the mixture was reacted at 150 ° C. for 48 hours in a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the mixture was allowed to cool to room temperature, and the reaction solution was poured into ice water at 0 ° C. to precipitate a solid. The resulting solid was filtered and dried under reduced pressure while heating to 45 ° C. The dried solid was purified by silica gel chromatography (developing solvent: chloroform-hexane (1: 1)) to obtain 3.52 g of 4-nitrotriphenylamine as an orange solid (yield 40%). The result of 1 H-NMR is shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ 6.64 (d, 2H), 6.91 (t, 2H), 6.95 (d, 2H), 7.02 (d, 4H), 7. 19 (t, 4H).

上記で得られた4−ニトロトリフェニルアミン3.31gと10%パラジウム炭素0.56gとをテトラヒドロフラン(以下、THF)70mLとエタノール21mLに溶解し、窒素置換を行った。テドラーバッグに水素ガスを充填し、水素雰囲気に置換した後、常圧常温で24時間反応させた。反応終了後、窒素置換を行い、反応溶液をセライト濾過し、得られた濾液の有機溶媒を留去して茶色固体を得た。得られた固体をクロロホルムに溶かし、ヘキサンを加えて再結晶し、茶色固体の4−アミノトリフェニルアミン2.45gを得た(収率78%)。1H−NMRの結果を以下に示す。
1H−NMR(500MHz,CDCl3):δ 6.92(d,2H),7.18−7.22(m,6H),7.37(t,4H),8.40(d,2H).
The nitrogen-substitution was performed by dissolving 3.31 g of 4-nitrotriphenylamine obtained above and 0.56 g of 10% palladium carbon in 70 mL of tetrahydrofuran (hereinafter referred to as THF) and 21 mL of ethanol. The Tedlar bag was filled with hydrogen gas and replaced with a hydrogen atmosphere, and then reacted at normal pressure and normal temperature for 24 hours. After completion of the reaction, nitrogen substitution was performed, the reaction solution was filtered through Celite, and the organic solvent of the obtained filtrate was distilled off to obtain a brown solid. The obtained solid was dissolved in chloroform and recrystallized by adding hexane to obtain 2.45 g of brown solid 4-aminotriphenylamine (yield 78%). The result of 1 H-NMR is shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ 6.92 (d, 2H), 7.18-7.22 (m, 6H), 7.37 (t, 4H), 8.40 (d, 2H) ).

フェノチアジン0.69gと上記で得られた4−アミノトリフェニルアミン7.21gとをフラスコに入れ、窒素置換し、脱水THF17.5mLを加えて溶解した。溶液にヨウ素2.64gを加えて、室温で24時間反応させた。反応終了後、ヘキサン200mLに反応溶液を加え、デカンテーションにより溶液を取り除き、紫色固体を得た。得られた固体をクロロホルムに溶かし、10%チオ硫酸ナトリウム水溶液、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に分液を行い、洗浄後のクロロホルム溶液を硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾過後、溶媒を留去して紫色固体を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:クロロホルム/酢酸エチル=1:1)で精製した後、紫色固体のフェノチアジン誘導体A1.11gを得た(収率45%)。
LC/MS(ESI+) 保持時間 8.4分 m/z;714[M+1]+
0.69 g of phenothiazine and 7.21 g of 4-aminotriphenylamine obtained above were placed in a flask, purged with nitrogen, and dissolved by adding 17.5 mL of dehydrated THF. 2.64 g of iodine was added to the solution and reacted at room temperature for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was added to 200 mL of hexane, and the solution was removed by decantation to obtain a purple solid. The obtained solid was dissolved in chloroform, liquid-separated in order of 10% sodium thiosulfate aqueous solution, saturated sodium hydrogen carbonate aqueous solution, and saturated saline, and the washed chloroform solution was dried over sodium sulfate. After filtration, the solvent was distilled off to obtain a purple solid. After purification by silica gel column chromatography (developing solvent: chloroform / ethyl acetate = 1: 1), 1.11 g of a violet phenothiazine derivative A was obtained (yield 45%).
LC / MS (ESI + ) Retention time 8.4 min m / z; 714 [M + 1] +

[合成例2]
下記スキーム(2)に従い、フェノチアジン誘導体Bを合成した。

Figure 2018018967
[Synthesis Example 2]
A phenothiazine derivative B was synthesized according to the following scheme (2).
Figure 2018018967

フェノチアジン11.9gと炭酸カリウム4.47gとをDMSO80mLに溶解し、4−フルオロニトロベンゼン12.4gを加え、窒素雰囲気下、150℃で48時間反応させた。反応終了後、室温まで放冷し、0℃の氷水に反応溶液を入れて固体を析出させた。得られた固体を少量のアセトニトリルで洗浄しながら濾過し、ろ取した固体を真空乾燥して黄色固体を得た。得られた固体にアセトニトリルを加えて昇温し、放冷することで再結晶し、黄色固体の10−(4−ニトロフェニル)−フェノチアジン15.3gを得た(収率80%)。1H−NMRの結果を以下に示す。
1H−NMR(500MHz,CDCl3):δ 7.02(d,2H),7.27(t,2H),7.38(t,2H),7.45(d,2H),7.50(d,2H),8.05(t,2H).
11.9 g of phenothiazine and 4.47 g of potassium carbonate were dissolved in 80 mL of DMSO, 12.4 g of 4-fluoronitrobenzene was added, and the mixture was reacted at 150 ° C. for 48 hours under a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, the mixture was allowed to cool to room temperature, and the reaction solution was poured into ice water at 0 ° C. to precipitate a solid. The obtained solid was filtered while washing with a small amount of acetonitrile, and the collected solid was vacuum-dried to obtain a yellow solid. Acetonitrile was added to the obtained solid, the temperature was raised, and the mixture was allowed to cool and recrystallized to obtain 15.3 g of yellow solid 10- (4-nitrophenyl) -phenothiazine (yield 80%). The result of 1 H-NMR is shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ 7.02 (d, 2H), 7.27 (t, 2H), 7.38 (t, 2H), 7.45 (d, 2H), 7. 50 (d, 2H), 8.05 (t, 2H).

上記で得られた10−(4−ニトロフェニル)−フェノチアジン7.66gと10%パラジウム炭素1.11gとをTHF140mLとエタノール45mLに溶解し、窒素置換を行った。テドラーバッグに水素ガスを充填し、水素雰囲気に置換した後、常圧常温で24時間反応させた。反応終了後、窒素置換を行い、反応溶液をセライト濾過し、得られた濾液の有機溶媒を留去して紫色固体を得た。得られた固体をクロロホルムに溶かし、ヘキサンを加えて再結晶し、白色固体の4−(10H−フェノチアジニル)アニリン6.14gを得た(収率89%)。1H−NMRの結果を以下に示す。
1H−NMR(500MHz、CDCl3):δ 3.84(s,2H),6.24(d,2H),6.76(d,2H),6.82(t,2H),6.87(d,2H),6.96(d,2H),7.15(d,2H).
7.66 g of 10- (4-nitrophenyl) -phenothiazine obtained above and 1.11 g of 10% palladium carbon were dissolved in 140 mL of THF and 45 mL of ethanol, and nitrogen substitution was performed. The Tedlar bag was filled with hydrogen gas and replaced with a hydrogen atmosphere, and then reacted at normal pressure and normal temperature for 24 hours. After completion of the reaction, nitrogen substitution was performed, the reaction solution was filtered through Celite, and the organic solvent in the obtained filtrate was distilled off to obtain a purple solid. The obtained solid was dissolved in chloroform and recrystallized by adding hexane to obtain 6.14 g of white solid 4- (10H-phenothiazinyl) aniline (yield 89%). The result of 1 H-NMR is shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ 3.84 (s, 2H), 6.24 (d, 2H), 6.76 (d, 2H), 6.82 (t, 2H), 6. 87 (d, 2H), 6.96 (d, 2H), 7.15 (d, 2H).

フェノチアジン0.52gとヨウ素1.97gとをフラスコに入れ、窒素置換し、脱水THF5mLを加えて溶解した。上記で得られた4−(10H−フェノチアジニル)アニリン6.01gを別のフラスコに入れ、脱水THF20mLに溶解させ、得られた溶液をフェノチアジンとヨウ素の混合溶液に滴下し、室温で24時間反応させた。反応終了後、ヘキサン300mLに反応溶液を加え、デカンテーションにより溶液を取り除き、紫色固体を得た。得られた固体をクロロホルムに溶かし、10%チオ硫酸ナトリウム水溶液、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に分液を行い、洗浄後のクロロホルム溶液を硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾過した後、溶媒を留去して紫色固体を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:クロロホルム/酢酸エチル=2:1)で精製した後、紫色固体のフェノチアジン誘導体B0.32gを得た(収率16%)。
LC/MS(ESI+) 保持時間 7.6分 m/z;774[M+1]+
0.52 g of phenothiazine and 1.97 g of iodine were placed in a flask, purged with nitrogen, and dissolved by adding 5 mL of dehydrated THF. 6.01 g of 4- (10H-phenothiazinyl) aniline obtained above is put in another flask, dissolved in 20 mL of dehydrated THF, and the obtained solution is dropped into a mixed solution of phenothiazine and iodine, and reacted at room temperature for 24 hours. I let you. After completion of the reaction, the reaction solution was added to 300 mL of hexane, and the solution was removed by decantation to obtain a purple solid. The obtained solid was dissolved in chloroform, liquid-separated in order of 10% sodium thiosulfate aqueous solution, saturated sodium hydrogen carbonate aqueous solution, and saturated saline, and the washed chloroform solution was dried over sodium sulfate. After filtration, the solvent was distilled off to obtain a purple solid. After purification by silica gel column chromatography (developing solvent: chloroform / ethyl acetate = 2: 1), 0.32 g of a phenothiazine derivative B as a purple solid was obtained (yield 16%).
LC / MS (ESI + ) Retention time 7.6 minutes m / z; 774 [M + 1] +

[2]活性層組成物の調製
[調製例1]
PTB7(1−Material社製)20mgおよびPC61BM(フロンティアカーボン社製、製品名:nanom spectra E100)30mgが入ったサンプル瓶の中にクロロベンゼン2.0mLを加え、80℃のホットプレート上で15時間撹拌した。この溶液を室温まで放冷した後、1,8−ジヨードオクタン(東京化成工業(株)製)60μLを加えて撹拌し、溶液A1(活性層組成物)を得た。
[2] Preparation of active layer composition [Preparation Example 1]
2.0 mL of chlorobenzene was added to a sample bottle containing 20 mg of PTB7 (manufactured by 1-Material) and 30 mg of PC 61 BM (manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd., product name: nanom spectra E100). Stir for hours. After allowing this solution to cool to room temperature, 60 μL of 1,8-diiodooctane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred to obtain a solution A1 (active layer composition).

[3]正孔捕集層用組成物の製造
[実施例1−1]
合成例1で得られたフェノチアジン誘導体A54.7mgに、国際公開第2006/025342号の記載に基づいて合成した上記式(D2)で示されるアリールスルホン酸化合物A69.2mgを加え、ジメチルアセトアミド2.00gとシクロヘキサノール2.00gの混合溶媒に溶解させて青色溶液を得た。得られた青色溶液を、孔径0.20μmのシリンジフィルターでろ過して、正孔捕集層用組成物B1を得た。
[3] Production of composition for hole collection layer [Example 1-1]
To the phenothiazine derivative A 54.7 mg obtained in Synthesis Example 1, 69.2 mg of the aryl sulfonic acid compound A represented by the above formula (D2) synthesized based on the description of WO 2006/025342 is added. A blue solution was obtained by dissolving it in a mixed solvent of 00 g and 2.00 g of cyclohexanol. The obtained blue solution was filtered with a syringe filter having a pore diameter of 0.20 μm to obtain a hole collection layer composition B1.

[実施例1−2]
フェノチアジン誘導体Aをフェノチアジン誘導体Bに変更した以外は、実施例1−1と同様にして、正孔捕集層用組成物B2を得た。
[Example 1-2]
Except having changed the phenothiazine derivative A into the phenothiazine derivative B, it carried out similarly to Example 1-1, and obtained composition B2 for positive hole collection layers.

[4]有機薄膜太陽電池の作製
[実施例2−1]
陽極となるITO透明導電層を2mm×20mmのストライプ状にパターニングした20mm×20mmのガラス基板を15分間UV/オゾン処理した後に、基板上に実施例1−1で調製した正孔捕集層用組成物B1をスピンコート法により塗布した。このガラス基板を、ホットプレートを用いて、230℃10分間加熱して正孔捕集層を形成した。正孔捕集層の膜厚は約30nmであった。
その後、不活性ガスにより置換されたグローブボックス中で、形成した正孔捕集層上に調製例1で得られた溶液A1を滴下してスピンコート法により成膜し、膜厚100nmの活性層を形成した。
次に、有機半導体層が形成された基板と負極用マスクを真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が1×10-3Pa以下になるまで排気し、抵抗加熱法によって、電子捕集層となるリチウム8−ヒドロキシキノリノラート層を1nmの厚さに蒸着した。
最後に、抵抗加熱法によって、負極となるアルミニウム層を80nmの厚さに蒸着することで、ストライプ状のITO層とアルミニウム層とが交差する部分の面積が2mm×2mmであるOPV素子を作製した。
[4] Production of organic thin film solar cell [Example 2-1]
For the hole collection layer prepared in Example 1-1 on the substrate after UV / ozone treatment of a 20 mm × 20 mm glass substrate obtained by patterning the ITO transparent conductive layer serving as the anode into a 2 mm × 20 mm stripe pattern, for 15 minutes. Composition B1 was applied by spin coating. This glass substrate was heated at 230 ° C. for 10 minutes using a hot plate to form a hole collection layer. The film thickness of the hole collection layer was about 30 nm.
Thereafter, in a glove box substituted with an inert gas, the solution A1 obtained in Preparation Example 1 is dropped onto the hole collection layer formed, and a film is formed by a spin coating method to form an active layer having a thickness of 100 nm. Formed.
Next, the substrate on which the organic semiconductor layer is formed and the negative electrode mask are placed in a vacuum vapor deposition apparatus, and the vacuum in the apparatus is evacuated to 1 × 10 −3 Pa or less. A lithium 8-hydroxyquinolinolato layer serving as a collection layer was deposited to a thickness of 1 nm.
Finally, an aluminum layer serving as a negative electrode was deposited to a thickness of 80 nm by a resistance heating method, thereby manufacturing an OPV element having an area where the stripe-shaped ITO layer intersects with the aluminum layer was 2 mm × 2 mm. .

[実施例2−2]
正孔捕集層用組成物B1の代わりに、正孔捕集層用組成物B2を用いた以外は、実施例2−1と同様の方法で、OPV素子を作製した。
[Example 2-2]
An OPV element was produced in the same manner as in Example 2-1, except that the hole collection layer composition B2 was used instead of the hole collection layer composition B1.

[実施例2−3]
正孔捕集層用組成物B1の代わりに、正孔捕集層用組成物B3を用いた以外は、実施例2−1と同様の方法で、OPV素子を作製した。
[Example 2-3]
An OPV element was produced in the same manner as in Example 2-1, except that the hole collection layer composition B3 was used instead of the hole collection layer composition B1.

[比較例2−1]
正孔捕集層を形成していない以外は、実施例2−1と同様の方法で、OPV素子を作製した。
[Comparative Example 2-1]
An OPV element was produced in the same manner as in Example 2-1, except that the hole collection layer was not formed.

[5]特性評価
上記実施例2−1〜2−2および比較例2−1で作製した各OPV素子について、短絡電流密度(Jsc〔mA/cm2〕)、開放電圧(Voc〔V〕)、曲線因子(FF)、およびPCE〔%〕の評価を行った。結果を表1に示す。
なおPCE〔%〕は、下式により算出した。
PCE〔%〕=Jsc〔mA/cm2〕×Voc〔V〕×FF÷入射光強度(100〔mW/cm2〕)×100
[5] Characteristic evaluation About each OPV element produced by the said Examples 2-1 to 2-2 and the comparative example 2-1, a short circuit current density (Jsc [mA / cm < 2 >]), an open circuit voltage (Voc [V]) , Curve factor (FF), and PCE [%] were evaluated. The results are shown in Table 1.
PCE [%] was calculated by the following equation.
PCE [%] = Jsc [mA / cm 2 ] × Voc [V] × FF ÷ incident light intensity (100 [mW / cm 2 ]) × 100

Figure 2018018967
Figure 2018018967

表1に示される通り、本発明の正孔捕集層用組成物から得られた薄膜を正孔捕集層として備えるOPV素子は、正孔捕集層を有していないOPV素子と比較して、比較的に高いPCEを示した。
このように、本発明の正孔捕集層用組成物を用いることで、OPV素子の光電変換特性を向上できることがわかる。
As shown in Table 1, an OPV device comprising a thin film obtained from the composition for a hole collection layer of the present invention as a hole collection layer is compared with an OPV device having no hole collection layer. Relatively high PCE.
Thus, it turns out that the photoelectric conversion characteristic of an OPV element can be improved by using the composition for positive hole collection layers of this invention.

Claims (21)

式(1)または式(2)で表されるフェノチアジン誘導体からなる電荷輸送性物質と、溶媒とを含むことを特徴とする電荷輸送性組成物。
Figure 2018018967
(式(1)および(2)中、R1〜R6は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、
Ar1およびAr2は、互いに独立して、置換されていてもよい、フェニル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる芳香族基を表す。)
A charge transporting composition comprising a charge transporting substance comprising a phenothiazine derivative represented by formula (1) or formula (2) and a solvent.
Figure 2018018967
(In Formula (1) and (2), R < 1 > -R < 6 > is mutually independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, a C1-C20 alkoxy group, a C1-C20 Thioalkoxy group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, carbon Represents an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms,
Ar 1 and Ar 2 are each independently substituted, optionally substituted phenyl group, biphenyl group, anthryl group, phenanthryl group, fluorenyl group, terphenyl group, tetracenyl group, pentacenyl group, perylenyl group, thienyl group, Aromatics selected from furyl, oxazolyl, thiazolyl, imidazolyl, pyridyl, pyrimidinyl, pyrazinyl, pyridazinyl, pyrazyl, quinolyl, quinoxalyl, benzoxazolyl, benzothiazolyl, and benzoimidazolyl Represents a group. )
前記式(1)および(2)中のAr1およびAr2が、互いに独立して、式(3)で表される基である請求項1記載の電荷輸送性組成物。
Figure 2018018967
(式中、Ar3およびAr4は、互いに独立して、水素原子、またはアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、アルコキシ基、アルキルチオ基もしくはアルキル基で置換されていてもよい芳香族基を表し、この芳香族基は、フェニル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる基を表す。ただし、Ar3およびAr4が同時に水素原子となることはなく、また、Ar3およびAr4がともに芳香族基の場合、それらは互いに単結合で結合していても、ヘテロ原子を介して結合していてもよい。
7〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)
The charge transporting composition according to claim 1, wherein Ar 1 and Ar 2 in the formulas (1) and (2) are independently of each other a group represented by the formula (3).
Figure 2018018967
(In the formula, Ar 3 and Ar 4 are each independently a hydrogen atom or an aromatic group optionally substituted with an amino group, a phenylamino group, a diphenylamino group, an alkoxy group, an alkylthio group or an alkyl group. This aromatic group is a phenyl group, biphenyl group, anthryl group, phenanthryl group, fluorenyl group, terphenyl group, tetracenyl group, pentacenyl group, perylenyl group, thienyl group, furyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, imidazolyl group , Pyridyl group, pyrimidinyl group, pyrazinyl group, pyridazinyl group, pyrazyl group, quinolyl group, quinoxalyl group, benzoxazolyl group, benzothiazolyl group, and benzoimidazolyl group, provided that Ar 3 and Ar 4 are simultaneously selected. Never become a hydrogen atom, For r 3 and Ar 4 are both aromatic groups, even if they are bound by a single bond to each other may be bonded through a hetero atom.
R 7 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an alkyl having 1 to 20 carbon atoms. Group, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or carbon number 1 to 20 acyl groups are represented. )
前記式(3)で表される基が、式(4)〜(6)で表されるいずれかの基である請求項1記載の電荷輸送性組成物。
Figure 2018018967
(式中、R7〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)
The charge transporting composition according to claim 1, wherein the group represented by the formula (3) is any group represented by the formulas (4) to (6).
Figure 2018018967
(In the formula, R 7 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms.)
前記電荷輸送性物質が、式(7)で表されるフェノチアジン誘導体である請求項1記載の電荷輸送性組成物。
Figure 2018018967
{式中、R1〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、
1およびX2は、水素原子、式(8)で表される基、式(9)で表される基または式(10)で表される基を表す。
Figure 2018018967
(式中、R11〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)}
The charge transporting composition according to claim 1, wherein the charge transporting substance is a phenothiazine derivative represented by the formula (7).
Figure 2018018967
{In the formula, R 1 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms,
X 1 and X 2 represent a hydrogen atom, a group represented by the formula (8), a group represented by the formula (9) or a group represented by the formula (10).
Figure 2018018967
(In the formula, R 11 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms.)}
前記X1およびX2が、式(8)で表される基または式(9)で表される基である請求項4記載の電荷輸送性組成物。 The charge transporting composition according to claim 4, wherein X 1 and X 2 are a group represented by the formula (8) or a group represented by the formula (9). 前記R1〜R33が、水素原子である請求項4または5記載の電荷輸送性組成物。 6. The charge transporting composition according to claim 4, wherein R 1 to R 33 are hydrogen atoms. さらに、電子受容性ドーパント物質を含む請求項1〜6のいずれか1項記載の電荷輸送性組成物。   Furthermore, the charge transportable composition of any one of Claims 1-6 containing an electron-accepting dopant substance. 前記電子受容性ドーパント物質が、式(D1)で表されるアリールスルホン酸化合物である請求項7記載の電荷輸送性組成物。
Figure 2018018967
(式中、Xは、Oを表し、Aは、ナフタレン環またはアントラセン環を表し、Bは、2〜4価のパーフルオロビフェニル基を表し、lは、Aに結合するスルホン酸基数を表し、1≦l≦4を満たす整数であり、qは、BとXとの結合数を示し、2〜4を満たす整数である。)
The charge transporting composition according to claim 7, wherein the electron-accepting dopant material is an aryl sulfonic acid compound represented by the formula (D1).
Figure 2018018967
(In the formula, X represents O, A represents a naphthalene ring or an anthracene ring, B represents a divalent to tetravalent perfluorobiphenyl group, and l represents the number of sulfonic acid groups bonded to A. (It is an integer satisfying 1 ≦ l ≦ 4, and q represents the number of bonds between B and X, and is an integer satisfying 2 to 4.)
有機光電変換素子の正孔捕集層用である請求項1〜8のいずれか1項記載の電荷輸送性組成物。   It is an object for hole collection layers of an organic photoelectric conversion element, The charge transportable composition of any one of Claims 1-8. 前記有機光電変換素子が、有機薄膜太陽電池または光センサーである請求項9記載の電荷輸送性組成物。   The charge transporting composition according to claim 9, wherein the organic photoelectric conversion element is an organic thin film solar cell or an optical sensor. 請求項9または10記載の電荷輸送性組成物を用いてなる有機光電変換素子の正孔捕集層。   The hole collection layer of the organic photoelectric conversion element formed using the charge transportable composition of Claim 9 or 10. 請求項11の正孔捕集層と、それに接するように設けられた活性層とを有する有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element which has the positive hole collection layer of Claim 11, and the active layer provided so that it might be in contact with it. 前記活性層が、フラーレン誘導体を含む請求項12記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 12, wherein the active layer contains a fullerene derivative. 前記活性層が、主鎖にチオフェン骨格を含むポリマーを含む請求項12記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 12, wherein the active layer contains a polymer containing a thiophene skeleton in the main chain. 前記活性層が、フラーレン誘導体および主鎖にチオフェン骨格を含むポリマーを含む請求項12記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 12, wherein the active layer contains a fullerene derivative and a polymer containing a thiophene skeleton in the main chain. 有機薄膜太陽電池または光センサーである請求項12〜15のいずれか1項記載の有機光電変換素子。   It is an organic thin film solar cell or an optical sensor, The organic photoelectric conversion element of any one of Claims 12-15. 式(1)または式(2)で表されることを特徴とするフェノチアジン誘導体。
Figure 2018018967
(式(1)および(2)中、R1〜R6は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、
Ar1およびAr2は、互いに独立して、置換フェニル基、置換されていてもよい、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる芳香族基を表す。)
A phenothiazine derivative represented by the formula (1) or (2):
Figure 2018018967
(In Formula (1) and (2), R < 1 > -R < 6 > is mutually independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, a C1-C20 alkoxy group, a C1-C20 Thioalkoxy group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, carbon Represents an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms,
Ar 1 and Ar 2 are each independently a substituted phenyl group, an optionally substituted biphenyl group, anthryl group, phenanthryl group, fluorenyl group, terphenyl group, tetracenyl group, pentacenyl group, perylenyl group, thienyl group , A furyl group, an oxazolyl group, a thiazolyl group, an imidazolyl group, a pyridyl group, a pyrimidinyl group, a pyrazinyl group, a pyridazinyl group, a pyrazyl group, a quinolyl group, a quinoxalyl group, a benzoxazolyl group, a benzothiazolyl group, and a benzoimidazolyl group Represents a group. )
前記式(1)および(2)中のAr1およびAr2が、互いに独立して、式(3)で表される基である請求項17記載のフェノチアジン誘導体。
Figure 2018018967
(式中、Ar3およびAr4は、互いに独立して、水素原子、またはアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、トリフェニルアミノ基、アルコキシ基、アルキルチオ基もしくはアルキル基で置換されていてもよい芳香族基を表し、この芳香族基は、フェニル基、ビフェニル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、テルフェニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、ペリレニル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イミダゾリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ピラジル基、キノリル基、キノキサリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、およびベンゾイミダゾリル基から選ばれる基を表す。ただし、Ar3およびAr4が同時に水素原子となることはなく、また、Ar3およびAr4がともに芳香族基の場合、それらは互いに単結合で結合していても、ヘテロ原子を介して結合していてもよい。
7〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)
The phenothiazine derivative according to claim 17, wherein Ar 1 and Ar 2 in the formulas (1) and (2) are independently of each other a group represented by the formula (3).
Figure 2018018967
(In the formula, Ar 3 and Ar 4 may be independently of each other a hydrogen atom or an amino group, a phenylamino group, a diphenylamino group, a triphenylamino group, an alkoxy group, an alkylthio group or an alkyl group. Represents a good aromatic group, and this aromatic group includes a phenyl group, a biphenyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a fluorenyl group, a terphenyl group, a tetracenyl group, a pentacenyl group, a perylenyl group, a thienyl group, a furyl group, an oxazolyl group, thiazolyl group, an imidazolyl group, a pyridyl group, pyrimidinyl group, pyrazinyl group, pyridazinyl group, pyrazinyl group, quinolyl group, a quinoxalyl group, benzoxazolyl group, benzothiazolyl group a group selected from and benzimidazolyl group. However, Ar 3 and Ar 4 is a hydrogen atom at the same time Not Rukoto, also when both the aromatic groups Ar 3 and Ar 4 is, even if they are bound by a single bond to each other may be bonded through a hetero atom.
R 7 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or an alkyl having 1 to 20 carbon atoms. Group, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, haloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or carbon number 1 to 20 acyl groups are represented. )
前記式(3)で表される基が、式(4)〜(6)で表されるいずれかの基である請求項18記載のフェノチアジン誘導体。
Figure 2018018967
(式中、R7〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)
The phenothiazine derivative according to claim 18, wherein the group represented by the formula (3) is any group represented by the formulas (4) to (6).
Figure 2018018967
(In the formula, R 7 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms.)
式(7)で表される請求項17記載のフェノチアジン誘導体。
Figure 2018018967
{式中、R1〜R10は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表し、
1およびX2は、式(8)で表される基、式(9)で表される基または式(10)で表される基を表す。
Figure 2018018967
(式中、R11〜R33は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数1〜20のチオアルコキシ基、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数2〜20のアルキニル基、炭素数1〜20のハロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基、または炭素数1〜20のアシル基を表す。)}
The phenothiazine derivative according to claim 17, which is represented by formula (7).
Figure 2018018967
{In the formula, R 1 to R 10 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms,
X 1 and X 2 represent a group represented by the formula (8), a group represented by the formula (9), or a group represented by the formula (10).
Figure 2018018967
(In the formula, R 11 to R 33 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a nitro group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a thioalkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 carbon atom. -20 alkyl group, alkenyl group having 2-20 carbon atoms, alkynyl group having 2-20 carbon atoms, haloalkyl group having 1-20 carbon atoms, aryl group having 6-20 carbon atoms, aralkyl group having 7-20 carbon atoms. Or an acyl group having 1 to 20 carbon atoms.)}
式(11)または(12)で表される請求項17記載のフェノチアジン誘導体。
Figure 2018018967
The phenothiazine derivative according to claim 17, which is represented by formula (11) or (12).
Figure 2018018967
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