JP2022145231A - Photoelectric conversion element, manufacturing method thereof, and power generation device - Google Patents

Photoelectric conversion element, manufacturing method thereof, and power generation device Download PDF

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JP2022145231A JP2021046544A JP2021046544A JP2022145231A JP 2022145231 A JP2022145231 A JP 2022145231A JP 2021046544 A JP2021046544 A JP 2021046544A JP 2021046544 A JP2021046544 A JP 2021046544A JP 2022145231 A JP2022145231 A JP 2022145231A
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Abstract

To provide a photoelectric conversion element, a manufacturing method thereof, and a power generation device in which peeling between a buffer layer and an active layer is suppressed.SOLUTION: A photoelectric conversion element 100 includes an active layer 103 and a buffer layer 104, and the buffer layer 104 is an organic semiconductor compound having a hole-transporting ability, containing a dopant, and having a structural unit represented by the formula (1). In the formula (1), X has at least one aromatic ring group in the main chain selected from divalent, optionally substituted, single aromatic ring groups and condensed aromatic ring groups, and R1 and R2 independently represent hydrogen or an optionally substituted aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、主として、光電変換素子及びその製造方法、並びに発電デバイスに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention mainly relates to a photoelectric conversion element, a manufacturing method thereof, and a power generation device.

光電変換素子として、一対の電極の間に、活性層、及びバッファ層等が配置されたものが知られている。この光電変換効率の向上を目的として、有機無機ハイブリッド半導体材料を活性層として用いることが検討されており、特に、ペロブスカイト構造を有する化合物が注目されている。 2. Description of the Related Art As a photoelectric conversion element, one in which an active layer, a buffer layer, and the like are arranged between a pair of electrodes is known. For the purpose of improving the photoelectric conversion efficiency, the use of an organic-inorganic hybrid semiconductor material as an active layer has been studied, and in particular, compounds having a perovskite structure have attracted attention.

このような光電変換素子における正孔輸送能を有するバッファ層としては、有機半導体化合物等が使用されており、特許文献1には、特定のエナミン構造を含有させた正孔輸送材料を用いることにより、電荷移動度の向上及びイオン化ポテンシャルの低下を達成した光電変換素子に係る技術が開示され、また、特許文献2には、特定のポリトリアリールアミン系半導体化合物を用いることにより、光電変換効率の維持率に優れる光電変換素子に係る技術が開示される。 An organic semiconductor compound or the like is used as a buffer layer having a hole-transporting ability in such a photoelectric conversion device. , discloses a technology related to a photoelectric conversion device that achieves improved charge mobility and reduced ionization potential, and Patent Document 2 discloses an improvement in photoelectric conversion efficiency by using a specific polytriarylamine-based semiconductor compound. A technique relating to a photoelectric conversion element having excellent retention rate is disclosed.

特開2018-181882号公報JP 2018-181882 A 特開2019-175970号公報JP 2019-175970 A

上述の特許文献1及び2に示すように、光電変換素子の分野では、電荷移動度や光電変換効率の耐久性等の向上を目的としたバッファ層の材料開発が行われてきた。このような電気特性の改善に着目した材料開発は幅広く行われてきた一方で、構造的特徴の改善に着目した材料開発はほとんど行われておらず改善の余地があった。構造的特徴に基づく問題としては、例えば、層間剥離が挙げられる。バッファ層と活性層との間で剥離が生じると、層間での正孔輸送が抑制されてしまう他、電極が設計通りに繋がらず、高抵抗化や絶縁あるいは並列抵抗の減少を引き起こしてしまうため、光電変換効率が低下してしまう。
そこで、本発明では、バッファ層と活性層との間の剥離が抑制された光電変換素子及びその製造方法、並びに該光電変換素子を有する発電デバイスを提供することを課題とする。
As shown in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2, in the field of photoelectric conversion elements, materials for buffer layers have been developed for the purpose of improving charge mobility, durability of photoelectric conversion efficiency, and the like. While material development focusing on such improvement in electrical properties has been widely carried out, material development focusing on improvement in structural characteristics has hardly been carried out, and there is room for improvement. Problems based on structural features include, for example, delamination. If delamination occurs between the buffer layer and the active layer, the transport of holes between layers will be suppressed, and the electrodes will not be connected as designed, resulting in high resistance, insulation, or a decrease in parallel resistance. , the photoelectric conversion efficiency decreases.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element in which peeling between a buffer layer and an active layer is suppressed, a method for manufacturing the same, and a power generation device having the photoelectric conversion element.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、バッファ層に特定の構造を有する有機半導体化合物を含有させることにより、上記の課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies aimed at solving the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by including an organic semiconductor compound having a specific structure in the buffer layer, and have completed the present invention. I came to let you.

本発明の実施形態には下記が含まれるが、限定されるものではない。
[1] 上部電極と下部電極とにより構成される一対の電極と、
前記一対の電極間に位置し、有機無機ハイブリッド型半導体化合物を含有する活性層と、
前記一対の電極間に位置するバッファ層と、を有する光電変換素子であって、
前記バッファ層が、正孔輸送能を有する有機半導体化合物及び該有機半導体化合物に対するドーパントを含有し、かつ、
前記有機半導体化合物が下記式(1)で表される構造単位を有することを特徴とする、
光電変換素子。

Figure 2022145231000002

(上記式(1)において、Xは、置換基を有していてよい2価の単芳香環基、及び置換基を有していてよい2価の縮合芳香環基から選択される少なくも1つの2価の芳香環基Aを少なくとも主鎖に有し、かつ、該主鎖において互いに結合することで連続する2価の芳香環基Aの数が3以下である基を表し;R及びRは、独立に、水素、又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の脂肪族炭化水素基を表す。)
[2] 前記式(1)におけるXの主鎖において、互いに結合することで連続する2価の芳香環基Aの数が2以下である、[1]に記載の光電変換素子。
[3] 前記式(1)におけるXが、置換基を有していてよいビフェニレン基を少なくとも主鎖に有することを特徴とする、[1]又は[2]に記載の光電変換素子。
[4] 前記式(1)におけるXの主鎖を構成する基が、少なくとも1つの水素が1価の芳香族炭化水素環基で置換されたメチレン基、1価の芳香族炭化水素環基で置換された2価のアミノ基、及び前記2価の芳香環基Aよりなる群から選択される1以上の基から構成されることを特徴とする、[1]~[3]のいずれかに記載の光電変換素子。
[5] 前記有機半導体化合物1分子中の、前記式(1)で表される構造単位で表され得る構造単位の全重量の割合が、5重量%以上95重量%以下であることを特徴とする、[1]~[4]のいずれかに記載の光電変換素子。
[6] 前記式(1)で表される構造単位が、下記式(2)で表される繰り返し構造単位であることを特徴とする、[1]~[5]のいずれかに記載の光電変換素子。
Figure 2022145231000003

(上記式(2)において、X、R及びRは、前記式(1)におけるX、R及びRと同義であり;nは、1~10000を表す。)
[7] 前記ドーパントが、3価のヨウ素を含む有機化合物であることを特徴とする、[
1]~[6]のいずれかに記載の光電変換素子。
[8] 前記ドーパントが、ジアリールヨードニウム塩であることを特徴とする、[7]に記載の光電変換素子。
[9] 前記有機無機ハイブリッド型半導体化合物が、ペロブスカイト構造を有する化合物であることを特徴とする、[1]~[8]のいずれかに記載の光電変換素子。
[10] [1]~[9]のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法であって、
少なくとも前記一対の電極、前記活性層、及び前記バッファ層を積層して積層体を得る積層工程、及び
前記積層体を、レーザー加工によって直列化する直列化工程を有することを特徴とする、光電変換素子の製造方法。
[11] [1]~[9]のいずれかに記載の光電変換素子を有することを特徴とする、発電デバイス。 Embodiments of the invention include, but are not limited to:
[1] a pair of electrodes composed of an upper electrode and a lower electrode;
an active layer located between the pair of electrodes and containing an organic-inorganic hybrid semiconductor compound;
and a buffer layer positioned between the pair of electrodes,
the buffer layer contains an organic semiconductor compound having hole-transporting ability and a dopant for the organic semiconductor compound, and
characterized in that the organic semiconductor compound has a structural unit represented by the following formula (1),
Photoelectric conversion element.
Figure 2022145231000002

(In the above formula (1), X is at least one selected from a divalent monovalent aromatic ring group which may have a substituent and a divalent condensed aromatic ring group which may have a substituent R 1 and R 2 independently represents hydrogen or an optionally substituted aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
[2] The photoelectric conversion device according to [1], wherein in the main chain of X in the formula (1), the number of divalent aromatic ring groups A that are continuous by bonding to each other is 2 or less.
[3] The photoelectric conversion device according to [1] or [2], wherein X in formula (1) has at least a biphenylene group which may have a substituent in the main chain.
[4] The group constituting the main chain of X in the formula (1) is a methylene group in which at least one hydrogen is substituted with a monovalent aromatic hydrocarbon ring group, or a monovalent aromatic hydrocarbon ring group. Any one of [1] to [3], characterized by being composed of one or more groups selected from the group consisting of a substituted divalent amino group and the divalent aromatic ring group A The photoelectric conversion device described.
[5] The ratio of the total weight of structural units that can be represented by the structural unit represented by the formula (1) in one molecule of the organic semiconductor compound is 5% by weight or more and 95% by weight or less. The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4].
[6] The photoelectric device according to any one of [1] to [5], wherein the structural unit represented by formula (1) is a repeating structural unit represented by formula (2) below. conversion element.
Figure 2022145231000003

(In the above formula (2), X, R 1 and R 2 have the same definitions as X, R 1 and R 2 in the above formula (1); n represents 1 to 10000.)
[7] The dopant is an organic compound containing trivalent iodine, [
1] The photoelectric conversion element according to any one of [6].
[8] The photoelectric conversion device of [7], wherein the dopant is a diaryliodonium salt.
[9] The photoelectric conversion device according to any one of [1] to [8], wherein the organic-inorganic hybrid semiconductor compound is a compound having a perovskite structure.
[10] A method for manufacturing the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [9],
A photoelectric conversion comprising: a stacking step of stacking at least the pair of electrodes, the active layer, and the buffer layer to obtain a stack; and a serialization step of serializing the stack by laser processing. A method of manufacturing an element.
[11] A power generation device comprising the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [9].

本発明によれば、バッファ層と活性層との間の剥離が抑制された光電変換素子及びその製造方法、並びに該光電変換素子を有する環境発電デバイス、特に低照明度向けの環境発電デバイスを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a photoelectric conversion element in which peeling between a buffer layer and an active layer is suppressed, a manufacturing method thereof, and an energy harvesting device having the photoelectric conversion element, particularly an energy harvesting device for low illumination intensity are provided. can do.

一実施形態としての光電変換素子を模式的に表す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which represents typically the photoelectric conversion element as one Embodiment. 一実施形態としての太陽電池を模式的に表す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell as one embodiment; FIG. 一実施形態としての太陽電池モジュールを模式的に表す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell module as one embodiment; FIG. 実施例におけるレーザー照射によるスクライブを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the scribing by laser irradiation in an Example. 実施例で製造された積層体のレーザー照射によりスクライブされた加工面の光学顕微鏡像である(図面代用写真)。FIG. 4 is an optical microscope image of a processed surface scribed by laser irradiation of a laminate manufactured in Example (photograph substituting for drawing). FIG.

以下、本発明について詳細に説明する。以下の説明は、本発明の一例(代表例)であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施することができる。
なお、本明細書において「~」で表される記載は、その前後に記載された数字を含む範囲を表すものとする。
また、2つ以上の対象を併せて説明する際に用いる「独立に」とは、それらの2つ以上の対象が同じであっても異なっていてもよいという意味で使用される。
The present invention will be described in detail below. The following description is an example (representative example) of the present invention, and the present invention is not limited to these. In addition, the present invention can be arbitrarily changed and implemented without departing from the gist thereof.
In this specification, the description represented by "-" shall represent the range including the numbers described before and after it.
In addition, the term "independently" used when describing two or more objects together means that the two or more objects may be the same or different.

<1.光電変換素子>
本発明の一実施形態に係る光電変換素子(単に「光電変換素子」とも称する。)は、
上部電極と下部電極とにより構成される一対の電極と、
前記一対の電極間に位置し、有機無機ハイブリッド型半導体化合物を含有する活性層と、
前記一対の電極間に位置するバッファ層と、を有する光電変換素子であって、
前記バッファ層が、正孔輸送能を有する有機半導体化合物及び該有機半導体化合物に対するドーパントを含有し、かつ、
前記有機半導体化合物が後述する式(1)で表される構造単位を有することを特徴とする、光電変換素子である。
<1. Photoelectric conversion element>
A photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention (also simply referred to as a “photoelectric conversion device”) is
a pair of electrodes composed of an upper electrode and a lower electrode;
an active layer located between the pair of electrodes and containing an organic-inorganic hybrid semiconductor compound;
and a buffer layer positioned between the pair of electrodes,
the buffer layer contains an organic semiconductor compound having hole-transporting ability and a dopant for the organic semiconductor compound, and
The photoelectric conversion device is characterized in that the organic semiconductor compound has a structural unit represented by formula (1) described later.

図1は、本実施形態に係る光電変換素子の一例を模式的に表す断面図である。図1に示す光電変換素子100においては、下部電極101、活性層103、及び上部電極105がこの順に配置されている。また、光電変換素子100において、下部電極101と活性層103との間に存在するバッファ層102は、正孔輸送能を有する有機半導体化合物及
び該有機半導体化合物に対するドーパントを含有する正孔輸送層とすることができる。もっとも、光電変換素子100が上部電極105と活性層103との間にバッファ層104を有していてもよく、この場合、このバッファ層104を上述の正孔輸送層とすることもできる。また、図1に示すように、光電変換素子100が、基材106を有していてもよく、絶縁体層、及び仕事関数チューニング層のようなその他の層を有していてもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a photoelectric conversion element according to this embodiment. In the photoelectric conversion element 100 shown in FIG. 1, a lower electrode 101, an active layer 103, and an upper electrode 105 are arranged in this order. In the photoelectric conversion element 100, the buffer layer 102 present between the lower electrode 101 and the active layer 103 is a hole transport layer containing an organic semiconductor compound having hole transport ability and a dopant for the organic semiconductor compound. can do. However, the photoelectric conversion element 100 may have a buffer layer 104 between the upper electrode 105 and the active layer 103, and in this case, the buffer layer 104 may be the above-mentioned hole transport layer. Also, as shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 100 may have a substrate 106 and may have other layers such as an insulator layer and a work function tuning layer.

[1-1.バッファ層]
光電変換素子は、一対の電極間に位置するバッファ層を有するが、上記の正孔輸送能を有する有機半導体化合物及び該有機半導体化合物に対するドーパントを含有するバッファ層は、正孔輸送層としての層であり、上述したように図1においては、活性層103と一対の電極101及び105の少なくとも一方との間に位置するバッファ層102又はバッファ層104である。ただし、正孔輸送層を塗布法により成膜する際には、塗布溶媒が活性層103を浸漬して、活性層103に影響を及ぼす可能性があるため、正孔輸送層は、下部電極101と、活性層103との間に位置していることが好ましい。
正孔輸送層とは別のバッファ層は、電子輸送層としての層であってよい。なお、アノードと活性層との間に設けられたバッファ層が正孔輸送層と呼ばれることがあり、カソードと活性層との間に設けられたバッファ層が電子輸送層と呼ばれることがある。
[1-1. buffer layer]
A photoelectric conversion element has a buffer layer positioned between a pair of electrodes, and the buffer layer containing the organic semiconductor compound having a hole-transporting ability and the dopant for the organic semiconductor compound is a layer as a hole-transporting layer. is the buffer layer 102 or 104 positioned between the active layer 103 and at least one of the pair of electrodes 101 and 105 in FIG. However, when the hole transport layer is formed by a coating method, the active layer 103 may be immersed in the coating solvent, which may affect the active layer 103. and the active layer 103 .
A buffer layer separate from the hole-transport layer may be a layer as an electron-transport layer. A buffer layer provided between the anode and the active layer is sometimes called a hole transport layer, and a buffer layer provided between the cathode and the active layer is sometimes called an electron transport layer.

[1-1-1.バッファ層(正孔輸送層)]
正孔輸送層としてのバッファ層は、正孔輸送能を有する有機半導体化合物及び該有機半導体化合物に対するドーパントを含有すれば特段制限されず、本発明の効果が得られる範囲で他の物質を含んでいてよい。n-i-p積層型光電変換素子の場合、正孔輸送層により輸送電荷量の制御が容易となる。以下、本項目において、バッファ層を正孔輸送層とも称する。
[1-1-1. Buffer layer (hole transport layer)]
The buffer layer as a hole-transporting layer is not particularly limited as long as it contains an organic semiconductor compound having a hole-transporting ability and a dopant for the organic semiconductor compound. you can stay In the case of the nip stacked photoelectric conversion device, the hole transport layer facilitates control of the amount of transported charge. Hereinafter, in this item, the buffer layer is also referred to as a hole transport layer.

(有機半導体化合物)
バッファ層(正孔輸送層)に含まれる正孔輸送能を有する有機半導体化合物は、下記式(1)で表される構造単位を有していれば特段制限されない。
(organic semiconductor compound)
The organic semiconductor compound having hole-transporting ability contained in the buffer layer (hole-transporting layer) is not particularly limited as long as it has a structural unit represented by the following formula (1).

Figure 2022145231000004
Figure 2022145231000004

上記式(1)において、Xは、置換基を有していてよい2価の単芳香環基、及び置換基を有していてよい2価の縮合芳香環基から選択される少なくも1つの2価の芳香環基Aを少なくとも主鎖に有し、かつ、該主鎖において互いに結合することで連続する2価の芳香環基Aの数が3以下である基を表すが、活性層と正孔輸送層との間の剥離(層間剥離)を抑制する観点からは、連続する2価の芳香環基Aの数は2以下であることが好ましい。Xの主鎖において互いに結合することで連続する2価の芳香環基Aの数が3以下であると、
有機半導体化合物が柔軟なものとなり、光電変換素子の製造における加工等の工程で変形する活性層の変形に合わせて正孔輸送層が柔軟に変形されるため、正孔輸送層と活性層との間で剥離が生じることを抑制することができる。
上記の2価の芳香環Aは、置換基を有していてもよい2価の単芳香環基、及び置換基を有していてよい2価の縮合芳香環基から選択される少なくとも1つの基である。
2価の単芳香環基としては、例えば、フェニレン基、フラニレン基、チオフェニレン基、ピローレン基、ピラゾーレン基、イミダゾーレン基、オキサジアゾーレン基、ピリジニレン基、ピラジニレン基、ピリダジニレン基、ピリミジニレン基、又はトリアジニレン基等が挙げられる。
2価の縮合芳香環基としては、例えば、ナフタレニレン基、アントラセニレン基、フェナントレニレン基、ジヒドロフェナントレニレン基、トリフェニレニン基、アセナフテニレン基、フルオランテニレン基、ナフタセニレン基、フルオレニレン基、スピロビフルオレニレン基、ピレニレン基、ペリレニレン基、クリセニレン基、インデニレン基、フルオランテニレン基、又はベンゾフルオランテニレン基、ベンゾフラニレン基、ベンゾチオフェニレン基、インドーレン基、カルバゾーレン基、ピロロイミダゾーレン基、ピロロピラゾーレン基、ピロロピローレン基、チエノピローレン基、チエノチオフェニレン基、フロピローレン基、フロフラニレン基、チエノフラニレン基、ベンゾイソオキサゾーレン基、ベンゾイソチゾーレン基、ベンゾイミダゾーレン基、キノレニル基、イソキノリニレン基、シノリニレン基、キノキサレニレン基、フェナントリジニレン基、ベンゾイミダゾーレン基、ペリミジニレン基、キナゾリニレン基、キナゾリノニレン基、アズレニレン等が挙げられる。
2価の芳香環Aは、上記の2価の単芳香環基及び2価の縮合芳香環基のうち、層間剥離を抑制する観点から、置換基を有していてもよいフェニル基であることが好ましく、特には、置換基を有さないフェニル基であることが好ましい。縮合芳香環基はフェニレン基よりも分子サイズが大きく柔軟性が低いため、層間剥離が生じやすくなってしまうため、有機半導体化合物は縮合芳香環基を有さないことが好ましい。ただし、Xが縮合芳香環基を有することによる柔軟性の低下と、Xが主鎖において互いに結合することで連続する2価の芳香環基Aの数が4以上である基を有することによる柔軟性の低下とを比較すると、後者の理由による柔軟性の低下の方が大きい。
また、式(1)において、Xは、分子の柔軟性を確保しつつ、HOMOの調整など観点から、2つのフェニレン基が互いに結合するビフェニレン基を主鎖に有することが好ましい。
In the above formula (1), X is at least one selected from a divalent monovalent aromatic ring group which may have a substituent and a divalent condensed aromatic ring group which may have a substituent Represents a group having at least a divalent aromatic ring group A in the main chain and having 3 or less continuous divalent aromatic ring groups A by bonding to each other in the main chain, but the active layer and From the viewpoint of suppressing delamination (delamination) from the hole transport layer, the number of consecutive divalent aromatic ring groups A is preferably 2 or less. When the number of continuous divalent aromatic ring groups A that are bonded to each other in the main chain of X is 3 or less,
Since the organic semiconductor compound becomes flexible, the hole transport layer is flexibly deformed according to the deformation of the active layer that is deformed in the process such as processing in the manufacture of the photoelectric conversion element, so that the hole transport layer and the active layer are easily deformed. It is possible to suppress the occurrence of peeling between them.
The above divalent aromatic ring A is at least one divalent single aromatic ring group which may have a substituent and a divalent condensed aromatic ring group which may have a substituent is the base.
Examples of divalent monoaromatic ring groups include a phenylene group, a furanylene group, a thiophenylene group, a pyrrolene group, a pyrazolene group, an imidazolene group, an oxadiazolene group, a pyridinylene group, a pyrazinylene group, a pyridazinylene group, a pyrimidinylene group, or A triazinylene group and the like can be mentioned.
Examples of divalent condensed aromatic ring groups include naphthalenylene group, anthracenylene group, phenanthrenylene group, dihydrophenanthrenylene group, triphenylenine group, acenaphthenylene group, fluoranthenylene group, naphthalenylene group, fluorenylene group, spirobifluorenylene group, pyrenylene group, perylenylene group, chrysenylene group, indenylene group, fluoranthenylene group, or benzofluoranthenylene group, benzofuranylene group, benzothiophenylene group, indolene group, carbazolene group, pyrroloyimidazolene group , a pyrrolopyrazolene group, a pyrrolopyrrolene group, a thienopyrrolene group, a thienothiophenylene group, a furopyrrolene group, a furofuranylene group, a thienofuranylene group, a benzoisoxazolene group, a benzoisothizolene group, a benzimidazolene group, A quinolenyl group, an isoquinolinylene group, a cinolinylene group, a quinoxalenylene group, a phenanthridinylene group, a benzimidazolene group, a perimidinylene group, a quinazolinylene group, a quinazolinonylene group, and an azulenylene group.
The divalent aromatic ring A is a phenyl group which may have a substituent from the viewpoint of suppressing delamination among the above divalent single aromatic ring groups and divalent condensed aromatic ring groups. is preferred, and a phenyl group having no substituent is particularly preferred. Since a condensed aromatic ring group has a larger molecular size and lower flexibility than a phenylene group, delamination is likely to occur, so the organic semiconductor compound preferably does not have a condensed aromatic ring group. However, the reduction in flexibility due to X having a condensed aromatic ring group, and the flexibility due to having a group in which the number of consecutive divalent aromatic ring groups A is 4 or more by bonding to each other in the main chain Compared to the decrease in flexibility, the decrease in flexibility due to the latter reason is greater.
In formula (1), X preferably has a biphenylene group in which two phenylene groups bond to each other in its main chain from the viewpoint of HOMO adjustment and the like while ensuring molecular flexibility.

本明細書において、置換基を有していてよいアルキル基、又は置換基を有していてよい脂肪族炭化水素基の表現における置換基とは、ハロゲノ基、-C≡N、-NH、-C(=O)OH、-C(=O)OR’、-C(=O)R’、-SH、-SiR、-BH、-SeH、1価の脂肪族炭化水素環基、1価の芳香族炭化水素環基、もしくは1価の芳香族複素環基等、又はこれらの組み合わせであり、R’、R、R、Rは、独立に、水素、又は炭素数1~20のアルキル基を表す。
置換基を有していてよいアルキル基、又は置換基を有していてよい脂肪族炭化水素基の表現における場合を除き、「置換基を有していてよい」の表現における置換基とは、ハロゲノ基、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルケニル基、炭素1~20のアルキニル基、炭素数1~20のアルコキシ基、-C≡N、-NH、-C(=O)OH、-C(=O)OR’、-C(=O)R’、-SH、-SiR、-BH、-SeH、1価の脂肪族炭化水素環基、1価の芳香族炭化水素環基、もしくは1価の芳香族複素環基等、又はこれらの組み合わせであり、R’、R、R、Rは、独立に、水素、又は炭素数1~20のアルキル基を表す。
In this specification, the substituent in the expression of an alkyl group optionally having substituents or an aliphatic hydrocarbon group optionally having substituents means a halogeno group, —C≡N, —NH 3 , -C(=O)OH, -C(=O)OR', -C(=O)R', -SH, -SiR a R b R c , -BH 2 , -SeH, monovalent aliphatic carbonization A hydrogen ring group, a monovalent aromatic hydrocarbon ring group, a monovalent aromatic heterocyclic group, or the like, or a combination thereof, wherein R', Ra, Rb , and Rc are independently hydrogen, or represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
The substituent in the expression "optionally having a substituent" except in the expression of an alkyl group which may have a substituent or an aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent, halogeno group, alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkynyl group having 1 to 20 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, —C≡N, —NH 3 , —C( =O)OH, -C(=O)OR', -C(=O)R', -SH, -SiR a R b R c , -BH 2 , -SeH, monovalent aliphatic hydrocarbon ring group , a monovalent aromatic hydrocarbon ring group, a monovalent aromatic heterocyclic group, or a combination thereof, and R′, R a , R b , and R c are independently hydrogen or the number of carbon atoms represents an alkyl group of 1 to 20;

式(1)におけるXの主鎖を構成する基は、少なくとも1つの水素が1価の芳香族炭化水素環基で置換されたメチレン基、1価の芳香族炭化水素環基で置換された2価のアミノ
基、及び前記2価の芳香環基Aよりなる群から選択される1以上の基から構成されることが好ましい。
上記の1価の芳香族炭化水素環基の種類は特段制限されず、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、アセナフテン環、フルオランテン環、フルオレン環等の、6員環の単環又は2~5縮合環由来の基、又はこれらが置換基を有する基とすることができるが、層間剥離を抑制する観点から、フェニル基又はp-トリル基でることが好ましい。
The group constituting the main chain of X in formula (1) is a methylene group in which at least one hydrogen is substituted with a monovalent aromatic hydrocarbon ring group, a 2 in which at least one hydrogen is substituted with a monovalent aromatic hydrocarbon ring group It is preferably composed of one or more groups selected from the group consisting of a divalent amino group and the divalent aromatic ring group A.
The type of the monovalent aromatic hydrocarbon ring group is not particularly limited, and examples thereof include benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, perylene ring, tetracene ring, pyrene ring, benzpyrene ring, chrysene ring, and triphenylene ring. , an acenaphthene ring, a fluoranthene ring, a fluorene ring, a 6-membered monocyclic ring or a group derived from 2 to 5 condensed rings, or a group having a substituent, but from the viewpoint of suppressing delamination , phenyl group or p-tolyl group.

上記式(1)において、R及びRは、独立に、水素、又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の脂肪族炭化水素基を表すが、層間剥離を抑制する観点から、R及びRの少なくとも一方が置換基を有していてもよい炭素数1~20の脂肪族炭化水素基であることが好ましく、R及びRの両方が、独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の脂肪族炭化水素基であることが好ましく、さらに、R及びRが同じであることが好ましい。
炭素数1~20の脂肪族炭化水素基における炭素数は、層間剥離を抑制する観点から、2~16であることが好ましく、3~12であることがより好ましく、4~9であることがさらに好ましく、5~7であることが特に好ましい。
In the above formula (1), R 1 and R 2 independently represent hydrogen or an optionally substituted aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, from the viewpoint of suppressing delamination. Therefore, at least one of R 1 and R 2 is preferably an optionally substituted aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and both R 1 and R 2 are independently substituted It is preferably an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may have a group, and more preferably R 1 and R 2 are the same.
The number of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms is preferably 2 to 16, more preferably 3 to 12, more preferably 4 to 9, from the viewpoint of suppressing delamination. More preferably, 5 to 7 is particularly preferable.

有機半導体化合物1分子中の、前記式(1)で表される構造単位で表され得る構造単位の全重量の割合は、特段制限されないが、層間剥離を抑制する観点から、通常5重量%以上であり、10重量%以上であることが好ましく、15重量%以上であることがより好ましく、20重量%以上であることがさらに好ましく、100重量%以下であってよく、95重量%以下であってよい。 The ratio of the total weight of structural units that can be represented by the structural unit represented by the formula (1) in one molecule of the organic semiconductor compound is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing delamination, it is usually 5% by weight or more. is preferably 10% by weight or more, more preferably 15% by weight or more, further preferably 20% by weight or more, may be 100% by weight or less, and may be 95% by weight or less. you can

上述の式(1)で表される構造単位は、下記式(2)で表される繰り返し構造単位であることが好ましい。 The structural unit represented by the above formula (1) is preferably a repeating structural unit represented by the following formula (2).

Figure 2022145231000005
Figure 2022145231000005

上記式(2)において、X、R及びRは、好適条件も含め、前記式(1)におけるX、R及びRと同義である。
上記式(2)において、nは、1~10000を表すが、層間剥離を抑制する観点から、2~10000であることが好ましく、3~10000であることがより好ましく、4~10000であることがさらに好ましく、5~10000であることが特に好ましい。
なお、本明細書において、式(2)を構成する構造として記載し得る構造の種類が複数ある場合には、それぞれを別の構造単位として扱う。例えば、A-((B)-(C)
-Dで表される構造の場合、上記のnは、p又qであり、rではない。
In formula (2) above, X, R 1 and R 2 are synonymous with X, R 1 and R 2 in formula (1) above, including preferred conditions.
In the above formula (2), n represents 1 to 10,000, but from the viewpoint of suppressing delamination, it is preferably 2 to 10,000, more preferably 3 to 10,000, and 4 to 10,000. is more preferred, and 5 to 10,000 is particularly preferred.
In this specification, when there are a plurality of types of structures that can be described as structures constituting formula (2), each is treated as a separate structural unit. For example, A-((B) p -(C) q
) r 1 -D, n above is either p or q, not r.

上述の式(2)で表される構造単位を有する有機半導体化合は、具体的には以下の構造を有する化合物とすることができる。これらの式におけるnは、上述した式(2)におけるnと同義である。 Specifically, the organic semiconductor compound having the structural unit represented by the above formula (2) can be a compound having the following structure. n in these formulas has the same meaning as n in formula (2) described above.

Figure 2022145231000006
Figure 2022145231000006

Figure 2022145231000007
Figure 2022145231000007

有機半導体化合物の数平均分子量(Mn)は、特段制限されないが、層間剥離を抑制でき、かつ溶媒への溶解性を担保する観点から、通常5000以上であり、5500以上であることが好ましく、6000以上であることがより好ましく、6500以上であることがさらに好ましく、7000以上であることが特に好ましく、また、通常100000以下であり、90000以下であることが好ましく、80000以下であることがより好ましく、70000以下であることがさらに好ましく、60000以下であることが特に好ましい。
有機半導体化合物の重量平均分子量(Mw)は、特段制限されないが、層間剥離を抑制でき、かつ溶媒への溶解性を担保する観点から、通常5000以上であり、5500以上であることが好ましく、6000以上であることがより好ましく、6500以上であることがさらに好ましく、7000以上であることが特に好ましく、また、通常100000以下であり、95000以下であることが好ましく、90000以下であることがより好
ましく、85000以下であることがさらに好ましく、80000以下であることが特に好ましい。
The number average molecular weight (Mn) of the organic semiconductor compound is not particularly limited, but is usually 5000 or more, preferably 5500 or more, preferably 6000, from the viewpoint of suppressing delamination and ensuring solubility in a solvent. more preferably 6,500 or more, particularly preferably 7,000 or more, and usually 100,000 or less, preferably 90,000 or less, and more preferably 80,000 or less. , 70,000 or less, and particularly preferably 60,000 or less.
The weight average molecular weight (Mw) of the organic semiconductor compound is not particularly limited, but is usually 5000 or more, preferably 5500 or more, preferably 6000, from the viewpoint of suppressing delamination and ensuring solubility in a solvent. more preferably 6,500 or more, particularly preferably 7,000 or more, and usually 100,000 or less, preferably 95,000 or less, and more preferably 90,000 or less. , is more preferably 85,000 or less, and particularly preferably 80,000 or less.

正孔輸送層中の有機半導体化合物の含有量は、特段制限されないが、層間剥離を抑制する観点から、通常5重量%以上であり、10重量%以上であることが好ましく、20重量%以上であることがより好ましく、30重量%以上であることがさらに好ましく、40重量%以上であることが特に好ましく、また、100重量%以下であってよい。
なお、光電変換素子が複数のバッファ層を有する場合、それらの中の正孔輸送層に相当するいずれか1つの層が上記の含有量の範囲を満たしていればよい。
The content of the organic semiconductor compound in the hole transport layer is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing delamination, it is usually 5% by weight or more, preferably 10% by weight or more, and 20% by weight or more. more preferably 30% by weight or more, particularly preferably 40% by weight or more, and may be 100% by weight or less.
In addition, when the photoelectric conversion element has a plurality of buffer layers, any one layer corresponding to the hole transport layer among them may satisfy the above content range.

上述した有機半導体化合物の合成方法は、特段制限されず、公知の方法を組み合わせて合成することができる。例えば、特開2009-263665号公報に記載されているような方法で合成することができ、トリアリールアミンモノマーの酸化重合や遷移金属触媒を用いたカップリング反応により合成できる。 The method for synthesizing the organic semiconductor compound described above is not particularly limited, and can be synthesized by combining known methods. For example, it can be synthesized by the method described in JP-A-2009-263665, and can be synthesized by oxidative polymerization of a triarylamine monomer or a coupling reaction using a transition metal catalyst.

上記の式(1)で表される構造単位を有する有機半導体化合物、及び後述のドーパントを含め、正孔輸送層中の成分の含有量や構造は、例えば、H-NMRで分析できる。 The content and structure of the components in the hole transport layer, including the organic semiconductor compound having the structural unit represented by formula (1) above and the dopant described below, can be analyzed by, for example, 1 H-NMR.

(ドーパント)
正孔輸送層としてのバッファ層は、上記の有機半導体化合物に対するドーパントを含有するが、その態様は特段制限されない。ドーパントは、正孔輸送層の導電性や正孔輸送能力を前記活性層に対して最適化するための物質である。
ドーパントとして使用できる物質としては、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラートなどのホウ素化合物、トリス[1-(メトキシカルボニル)-2-(トリフルオロメチル)-エタン-1,2-ジチオレン]モリブデンなどのモリブデン化合物、2,3,4,6-テトラフルオロ-7,7,8,8-テトラシアノキノジメタンといったテトラシアノキノジメタン骨格を有する有機化合物などが挙げられる。ドーパントは、正孔輸送層の成膜前または成膜後で、少なくとも一つの有機半導体化合物との間で電荷移動反応を起こすことが好ましい。ドーパントとしては、溶解性に優れ、加熱等により酸化剤として機能する電子受容活性部位を産生する点で、超原子価ヨウ素化合物が好ましい。
(dopant)
The buffer layer as a hole transport layer contains a dopant for the above organic semiconductor compound, but its aspect is not particularly limited. A dopant is a substance for optimizing the conductivity and hole-transporting ability of the hole-transporting layer with respect to the active layer.
Substances that can be used as dopants include boron compounds such as tetrakis(pentafluorophenyl)borate, and molybdenum compounds such as tris[1-(methoxycarbonyl)-2-(trifluoromethyl)-ethane-1,2-dithiolene]molybdenum. , 2,3,4,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane and other organic compounds having a tetracyanoquinodimethane skeleton. The dopant preferably undergoes a charge transfer reaction with at least one organic semiconductor compound before or after forming the hole transport layer. As the dopant, a hypervalent iodine compound is preferred because it has excellent solubility and produces an electron-accepting active site that functions as an oxidizing agent by heating or the like.

この超原子価ヨウ素化合物は、有機半導体化合物に対するドーパントとして働き、電子受容性(すなわち酸化剤としての働き)を示すことが知られている。また、電子受容性のドーパントは、半導体化合物から電子を奪うことにより、半導体化合物の導電性又は正孔輸送能力を向上させることができる。このように、超原子価ヨウ素化合物は、半導体化合物の電荷輸送特性を向上させることができる。 This hypervalent iodine compound is known to act as a dopant for organic semiconductor compounds and exhibit electron acceptability (that is, act as an oxidizing agent). Also, the electron-accepting dopant can improve the conductivity or hole-transporting ability of the semiconductor compound by removing electrons from the semiconductor compound. Thus, hypervalent iodine compounds can improve the charge transport properties of semiconductor compounds.

超原子価ヨウ素化合物とは、超原子価ヨウ素を含む化合物であり、酸化数が+3以上となっているヨウ素を含む化合物と定義される。例えば、ドーパントは、ヨウ素(III)化合物又はヨウ素(V)化合物でありうる。5価のヨウ素を含むヨウ素(V)化合物は、例えば、デス・マーチン・ペルヨージナンのようなペルヨージナン化合物でありうる。また、3価のヨウ素を含むヨウ素(III)化合物としては、(ジアセトキシヨード)ベンゼンのようなヨードベンゼンが酸化された構造を有する化合物、又はジアリールヨードニウム塩が挙げられる。良好な電子受容性を示し、また酸化過程において分子が破壊されると逆反応が起こりにくい点で、ドーパントは、3価のヨウ素を含む有機化合物が好ましく、中でもジアリールヨードニウム塩を用いるのがより好ましい。 A hypervalent iodine compound is a compound containing hypervalent iodine and is defined as a compound containing iodine having an oxidation number of +3 or higher. For example, the dopant can be an iodine (III) compound or an iodine (V) compound. The iodine (V) compound containing pentavalent iodine can be, for example, a periodinane compound such as Dess-Martin periodinane. Examples of iodine (III) compounds containing trivalent iodine include compounds having a structure in which iodobenzene is oxidized, such as (diacetoxyiodo)benzene, and diaryliodonium salts. The dopant is preferably an organic compound containing trivalent iodine, more preferably a diaryliodonium salt, in that it exhibits good electron-accepting properties and is less likely to cause a reverse reaction if the molecule is destroyed during the oxidation process. .

ジアリールヨードニウム塩とは、[Ar-I-Ar]X構造を有する塩のことである。ここで、2つのArはそれぞれアリール基を表す。アリール基(芳香族基)は特に限定されず、例えば有機半導体化合物に関して既に挙げたものでありうる。Xは、任意の
アニオンを表す。Xとしては、例えば、ハロゲン化物イオン、トリフルオロ酢酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、又はテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸イオン等でありうる。溶解性が高く、塗布液の生成反応が円滑に進行しうる点で、X-はフッ素原子を有するアニオンであることが好ましい。
A diaryliodonium salt is a salt having the [Ar-I + -Ar]X - structure. Here, two Ars each represent an aryl group. The aryl group (aromatic group) is not particularly limited and can be, for example, those already mentioned for the organic semiconductor compounds. X represents any anion. X - can be, for example, a halide ion, a trifluoroacetate ion, a tetrafluoroborate ion, a tetrakis(pentafluorophenyl)borate ion, or the like. X- is preferably an anion having a fluorine atom in that the solubility is high and the reaction for forming the coating liquid can proceed smoothly.

ドーパントの好ましい例としては、一般式(I)に表されるものが挙げられる。式(I)において、Xは、任意のアニオンを表し、具体例としては上記の通りである。
[R11-I-R12]X (I)
Preferred examples of dopants include those represented by general formula (I). In formula (I), X - represents any anion, and specific examples are as described above.
[R 11 -I + -R 12 ]X - (I)

式(I)において、R11及びR12は、それぞれ独立に1価の有機基である。1価の有機基の例としては、脂肪族基又は芳香族基が挙げられる。脂肪族基の例としては、炭素数1~20の脂肪族炭化水素基又は炭素数4~20の脂肪族複素環基が挙げられる。例えば、脂肪族基としては、シクロアルキル基を含むアルキル基、アルケニル基、又はアルキニル基等が挙げられ、具体例としてはメチル基、エチル基、ブチル基、シクロヘキシル基、又はテトラヒドロフリル基等が挙げられる。 In Formula (I), R 11 and R 12 are each independently a monovalent organic group. Examples of monovalent organic groups include aliphatic or aromatic groups. Examples of aliphatic groups include aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms and aliphatic heterocyclic groups having 4 to 20 carbon atoms. For example, the aliphatic group includes an alkyl group including a cycloalkyl group, an alkenyl group, or an alkynyl group, and specific examples include a methyl group, an ethyl group, a butyl group, a cyclohexyl group, a tetrahydrofuryl group, and the like. be done.

芳香族基の例としては、炭素数6~20の芳香族炭化水素基又は炭素数2~20の芳香族複素環基が挙げられる。例えば、芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、チエニル基、又はピリジル基等が挙げられる。 Examples of aromatic groups include aromatic hydrocarbon groups having 6 to 20 carbon atoms or aromatic heterocyclic groups having 2 to 20 carbon atoms. For example, aromatic groups include a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a pyridyl group, and the like.

なお、上記の脂肪族基及び芳香族基は、置換基を有していてもよい。有していてもよい置換基としては、特段の制限はないが、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、アルキルカルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、チオ基、セレノ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基等が挙げられる。 In addition, said aliphatic group and aromatic group may have a substituent. Substituents which may be present are not particularly limited, but are halogen atoms, hydroxyl groups, cyano groups, amino groups, carboxyl groups, ester groups, alkylcarbonyl groups, acetyl groups, sulfonyl groups, silyl groups, and boryl groups. , nitrile group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, thio group, seleno group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group and the like.

11及びR12は、好ましくは炭素数6~20の芳香族炭化水素基であり、より好ましくはフェニル基である。ここで、芳香族炭化水素基は置換基を有さない又は炭素数1~6のアルキル基を有することが好ましい。R11及びR12は、特に、パラ位にアルキル基を有するフェニル基であることが好ましい。 R 11 and R 12 are preferably aromatic hydrocarbon groups having 6 to 20 carbon atoms, more preferably phenyl groups. Here, the aromatic hydrocarbon group preferably has no substituent or has an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. R 11 and R 12 are particularly preferably phenyl groups having an alkyl group at the para-position.

正孔輸送層中のドーパントの含有量は、特段制限されないが、導電性付与の観点から、通常0.001重量%以上であり、0.002重量%以上であることが好ましく、0.003重量%以上であることがより好ましく、0.004重量%以上であることがさらに好ましく、0.005重量%以上であることが特に好ましく、また、100重量%以下であってよい。
また、正孔輸送層において、上記の式(1)で表される構造単位を有する有機半導体化合物に対するドーパントの含有比率(ドーパント/有機半導体化合物)は、特段制限されないが、導電性付与と正孔輸送能の観点から、通常0.001以上であり、0.002以上であることが好ましく、0.003以上であることがより好ましく、0.004以上であることがさらに好ましく、0.005以上であることが特に好ましく、また、通常0.5以下であり、0.4以下であることが好ましく、0.3以下であることがより好ましく、0.2以下であることがさらに好ましく、0.1以下であることが特に好ましい。
なお、光電変換素子が複数のバッファ層を有する場合、それらの中の正孔輸送層に相当するいずれか1つの層が上記の含有量の範囲を満たしていればよい。
The content of the dopant in the hole transport layer is not particularly limited, but from the viewpoint of imparting conductivity, it is usually 0.001% by weight or more, preferably 0.002% by weight or more, and preferably 0.003% by weight. % or more, more preferably 0.004% by weight or more, particularly preferably 0.005% by weight or more, and may be 100% by weight or less.
In the hole transport layer, the content ratio of the dopant to the organic semiconductor compound having the structural unit represented by the above formula (1) (dopant/organic semiconductor compound) is not particularly limited. From the viewpoint of transportability, it is usually 0.001 or more, preferably 0.002 or more, more preferably 0.003 or more, further preferably 0.004 or more, and 0.005 or more. is particularly preferably, and is usually 0.5 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.3 or less, further preferably 0.2 or less, and 0 .1 or less is particularly preferred.
In addition, when the photoelectric conversion element has a plurality of buffer layers, any one layer corresponding to the hole transport layer among them may satisfy the above content range.

(その他の物質)
正孔輸送層としてのバッファ層は、上記の有機半導体化合物及びドーパント以外の物質を含んでいてよく、例えば、架橋剤、硬化剤、増粘剤等を含んでいてよい。
(other substances)
The buffer layer as a hole transport layer may contain substances other than the above organic semiconductor compound and dopant, and may contain, for example, a cross-linking agent, a curing agent, a thickening agent, and the like.

[1-1-2.バッファ層(電子輸送層)]
光電変換素子は、上述した正孔輸送層としてのバッファ層以外にも電子輸送層としてのバッファ層を有していてもよい。その態様は特段制限されず、活性層からカソードへの電子の取り出し効率を向上させることが可能な任意の材料を用いればよく、公知の物を用いることができる。具体的には、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の無機化合物、有機化合物、又は本発明に係る有機無機ペロブスカイト化合物が挙げられる。例えば、無機化合物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム又はセシウム等のアルカリ金属の塩、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム又は酸化インジウム等の金属酸化物が挙げられる。有機化合物としては、バソキュプロイン(BCP)、バソフェナントレン(Bphen)、(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)、ホウ素化合物、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)、ペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)、フラーレン化合物、又はホスフィンオキシド化合物若しくはホスフィンスルフィド化合物等の周期表第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物が挙げられる。
[1-1-2. Buffer layer (electron transport layer)]
The photoelectric conversion element may have a buffer layer as an electron transport layer in addition to the buffer layer as the hole transport layer described above. The mode is not particularly limited, and any material that can improve the efficiency of taking electrons from the active layer to the cathode can be used, and known materials can be used. Specifically, the inorganic compounds, organic compounds, or organic-inorganic perovskite compounds according to the present invention are described in known documents such as WO 2013/171517, WO 2013/180230, or JP-A-2012-191194. is mentioned. For example, inorganic compounds include salts of alkali metals such as lithium, sodium, potassium, or cesium, and metal oxides such as zinc oxide, titanium oxide, aluminum oxide, or indium oxide. Examples of organic compounds include bathocuproine (BCP), bathophenanthrene (Bphen), (8-hydroxyquinolinato)aluminum (Alq3), boron compounds, oxadiazole compounds, benzimidazole compounds, naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA), Examples include perylenetetracarboxylic anhydride (PTCDA), fullerene compounds, and phosphine compounds having a Group 16 element of the periodic table and a double bond, such as phosphine oxide compounds or phosphine sulfide compounds.

正孔輸送層としてのバッファ層の厚さ、及び電子輸送層としてのバッファ層の厚さは、特段制限されず、用途に応じて適宜設定することができるが、一実施形態において、独立に、0.5nm以上、別の実施形態において1nm以上、さらに別の実施形態において5nm以上とすることができ、一方、一実施形態において1μm以下、別の実施形態において500nm以下、さらに別の実施形態において200nm以下、さらに別の実施形態において150nm以下とすることができる。バッファ層の膜厚が上記の範囲内にあることで、正孔や電子のキャリアの移動効率が向上しやすくなり、光電変換効率が向上しうる。 The thickness of the buffer layer as the hole-transporting layer and the thickness of the buffer layer as the electron-transporting layer are not particularly limited and can be appropriately set according to the application. 0.5 nm or greater, in another embodiment 1 nm or greater, in yet another embodiment 5 nm or greater, while in one embodiment 1 μm or less, in another embodiment 500 nm or less, in yet another embodiment It may be 200 nm or less, and in yet another embodiment 150 nm or less. When the film thickness of the buffer layer is within the above range, the transfer efficiency of carriers such as holes and electrons can be easily improved, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

また、正孔輸送層としてのバッファ層、及び電子輸送層としてのバッファ層のいずれも、層の形成方法に制限はなく、材料の特性に合わせて形成方法を選択することができる。例えば、上述の有機半導体化合物、ドーパント、及び溶媒を含有する塗布液を作製し、スピンコート法やインクジェット法等の湿式成膜法を用いることにより、バッファ層を形成することができる。また、真空蒸着法等の乾式成膜法により、バッファ層を形成することもできる。 In addition, there is no limitation on the layer formation method for both the buffer layer as the hole transport layer and the buffer layer as the electron transport layer, and the formation method can be selected according to the characteristics of the material. For example, the buffer layer can be formed by preparing a coating liquid containing the above-described organic semiconductor compound, dopant, and solvent, and using a wet film formation method such as a spin coating method or an inkjet method. The buffer layer can also be formed by a dry film-forming method such as a vacuum deposition method.

[1-2.活性層]
光電変換素子100は、一対の電極間に位置し、有機無機ハイブリッド型半導体化合物を含有し、光電変換を行う活性層103を有する。光電変換素子100が光を受けると、光が活性層103に吸収されてキャリアが発生し、発生したキャリアは下部電極101及び上部電極105から取り出される。
有機無機ハイブリッド型半導体材料とは、有機成分と無機成分とが分子レベル又はナノレベルで組み合わせられた材料であって、半導体特性を示す材料のことを指す。
[1-2. active layer]
The photoelectric conversion element 100 has an active layer 103 which is positioned between a pair of electrodes, contains an organic-inorganic hybrid semiconductor compound, and performs photoelectric conversion. When the photoelectric conversion element 100 receives light, the light is absorbed by the active layer 103 to generate carriers, which are extracted from the lower electrode 101 and the upper electrode 105 .
An organic-inorganic hybrid semiconductor material is a material in which an organic component and an inorganic component are combined at the molecular level or the nano level, and indicates a material exhibiting semiconductor properties.

有機無機ハイブリッド型半導体材料は、ペロブスカイト構造を有する化合物(以下、ペロブスカイト半導体化合物と呼ぶことがある)であることが好ましい。ペロブスカイト半導体化合物とは、ペロブスカイト構造を有する半導体化合物のことを指す。ペロブスカイト半導体化合物としては、特段の制限はないが、例えば、Galasso et al.
Structure and Properties of Inorganic Solids, Chapter 7 - Perovskite type and related structuresで挙げられているものから選ぶことができる。例えば、ペロブスカイト半導体化合物としては、一般式AMXで表されるAMX型のもの、又は一般式AMXで表されるAMX型のものが挙げられる。ここで、Mは2価のカチオンを、Aは1価のカチオンを、Xは1価のアニオンを指す。
The organic-inorganic hybrid semiconductor material is preferably a compound having a perovskite structure (hereinafter sometimes referred to as a perovskite semiconductor compound). A perovskite semiconductor compound refers to a semiconductor compound having a perovskite structure. Although there are no particular restrictions on the perovskite semiconductor compound, for example, Galasso et al.
Structures and Properties of Inorganic Solids, Chapter 7 - Perovskite types and related structures. For example, perovskite semiconductor compounds include those of the AMX 3 type, represented by the general formula AMX 3 , or those of the A 2 MX 4 type, represented by the general formula A 2 MX 4 . Here, M denotes a divalent cation, A denotes a monovalent cation, and X denotes a monovalent anion.

1価のカチオンAに特段の制限はないが、上記Galassoの著書に記載されているものを用いることができる。より具体的な例としては、周期表第1族及び第13族乃至第16族元素を含むカチオンが挙げられる。これらの中でも、セシウムイオン、ルビジウムイオン、カリウムイオン、置換基を有していてもよいアンモニウムイオン又は置換基を有していてもよいホスホニウムイオンが好ましい。置換基を有していてもよいアンモニウムイオンの例としては、1級アンモニウムイオン又は2級アンモニウムイオンが挙げられる。置換基にも特段の制限はない。置換基を有していてもよいアンモニウムイオンの具体例としては、アルキルアンモニウムイオン又はアリールアンモニウムイオンが挙げられる。特に、立体障害を避けるために、3次元の結晶構造となるモノアルキルアンモニウムイオンが好ましく、安定性向上の観点からは、一つ以上のフッ素基を置換したアルキルアンモニウムイオンを用いることが好ましい。また、カチオンAとして2種類以上のカチオンの組み合わせを用いることもできる。 Although there is no particular limitation on the monovalent cation A, those described in the above-mentioned Galasso can be used. More specific examples include cations containing elements of Groups 1 and 13 to 16 of the periodic table. Among these, cesium ions, rubidium ions, potassium ions, optionally substituted ammonium ions, and optionally substituted phosphonium ions are preferred. Examples of optionally substituted ammonium ions include primary ammonium ions and secondary ammonium ions. There are no particular restrictions on the substituents, either. Specific examples of optionally substituted ammonium ions include alkylammonium ions and arylammonium ions. In particular, in order to avoid steric hindrance, a monoalkylammonium ion having a three-dimensional crystal structure is preferable, and from the viewpoint of improving stability, it is preferable to use an alkylammonium ion substituted with one or more fluorine groups. A combination of two or more cations can also be used as the cation A.

1価のカチオンAの具体例としては、メチルアンモニウムイオン、モノフッ化メチルアンモニウムイオン、ジフッ化メチルアンモニウムイオン、トリフッ化メチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、イソプロピルアンモニウムイオン、n-プロピルアンモニウムイオン、イソブチルアンモニウムイオン、n-ブチルアンモニウムイオン、t-ブチルアンモニウムイオン、ジメチルアンモニウムイオン、ジエチルアンモニウムイオン、フェニルアンモニウムイオン、ベンジルアンモニウムイオン、フェネチルアンモニウムイオン、グアニジウムイオン、ホルムアミジニウムイオン、アセトアミジニウムイオン又はイミダゾリウムイオン等が挙げられる。 Specific examples of the monovalent cation A include methylammonium ion, methylammonium monofluoride ion, methylammonium difluoride ion, methylammonium trifluoride ion, ethylammonium ion, isopropylammonium ion, n-propylammonium ion, and isobutylammonium ion. , n-butylammonium ion, t-butylammonium ion, dimethylammonium ion, diethylammonium ion, phenylammonium ion, benzylammonium ion, phenethylammonium ion, guanidinium ion, formamidinium ion, acetamidinium ion or imidazolium ions and the like.

2価のカチオンMにも特段の制限はないが、2価の金属カチオン又は半金属カチオンであることが好ましい。具体的な例としては周期表第14族元素のカチオンが挙げられ、より具体的な例としては、鉛カチオン(Pb2+)、スズカチオン(Sn2+)、ゲルマニウムカチオン(Ge2+)が挙げられる。また、カチオンMとして2種類以上のカチオンの組み合わせを用いることもできる。なお、安定な光電変換素子を得る観点からは、鉛カチオン又は鉛カチオンを含む2種以上のカチオンを用いることが特に好ましい。 Although the divalent cation M is not particularly limited, it is preferably a divalent metal cation or metalloid cation. Specific examples include cations of Group 14 elements of the periodic table, and more specific examples include lead cations (Pb 2+ ), tin cations (Sn 2+ ), and germanium cations (Ge 2+ ). A combination of two or more cations can also be used as the cation M. From the viewpoint of obtaining a stable photoelectric conversion device, it is particularly preferable to use lead cations or two or more kinds of cations containing lead cations.

1価のアニオンXの例としては、ハロゲン化物イオン、酢酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、ホウ酸イオン、アセチルアセトナートイオン、炭酸イオン、クエン酸イオン、硫黄イオン、テルルイオン、チオシアン酸イオン、チタン酸イオン、ジルコン酸イオン、2,4-ペンタンジオナトイオン又はケイフッ素イオン等が挙げられる。バンドギャップを調整するためには、Xは1種類のアニオンであってもよいし、2種類以上のアニオンの組み合わせであってもよい。一実施形態において、Xとしてはハロゲン化物イオン、又はハロゲン化物イオンとその他のアニオンとの組み合わせが挙げられる。ハロゲン化物イオンXの例としては、塩化物イオン、臭化物イオン又はヨウ化物イオン等が挙げられる。半導体のバンドギャップを広げすぎない観点から、ヨウ化物イオンもしくは臭化物イオンを主に用いることが好ましいが、ヨウ化物イオンと臭化物イオンとを適当な比率で組み合わせてもよい。 Examples of monovalent anions X include halide ions, acetate ions, nitrate ions, sulfate ions, borate ions, acetylacetonate ions, carbonate ions, citrate ions, sulfur ions, tellurium ions, thiocyanate ions, titanates. ions, zirconate ions, 2,4-pentanedionate ions, silicofluoride ions, and the like. In order to adjust the bandgap, X may be one type of anion or a combination of two or more types of anions. In one embodiment, X includes halide ions or combinations of halide ions and other anions. Examples of halide ions X include chloride ions, bromide ions, iodide ions, and the like. From the viewpoint of not widening the bandgap of the semiconductor too much, it is preferable to mainly use iodide ions or bromide ions, but iodide ions and bromide ions may be combined in an appropriate ratio.

ペロブスカイト半導体化合物の好ましい例としては、有機-無機ペロブスカイト半導体化合物が挙げられ、特にハライド系有機-無機ペロブスカイト半導体化合物が挙げられる。ペロブスカイト半導体化合物の具体例としては、CHNHPbI、CHNHPbBr、CHNHPbCl、CHNHSnI、CHNHSnBr、CHNHSnCl、CHNHPbI(3-x)Cl、CHNHPbI(3-x)Br、CHNHPbBr(3-x)Cl、CHNHPb(1-y)Sn、CHNHPb(1-y)SnBr、CHNHPb(1-y)SnCl、CHNHPb(1-y)Sn(3-x)Cl、CHNHPb(1-y)Sn(3-x)Br、及びCHNHPb(1-y)SnBr
3-x)Cl、並びに、上記の化合物においてCHNHの代わりにCFHNH、CFHNH、又はCFNHを用いたもの、等が挙げられる。なお、xは0以上3以下、yは0以上1以下の任意の値を示す。
Preferred examples of perovskite semiconductor compounds include organic-inorganic perovskite semiconductor compounds, particularly halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compounds. Specific examples of perovskite semiconductor compounds include CH3NH3PbI3 , CH3NH3PbBr3 , CH3NH3PbCl3 , CH3NH3SnI3 , CH3NH3SnBr3 , CH3NH3SnCl3 . , CH 3 NH 3 PbI (3-x) Cl x , CH 3 NH 3 PbI (3-x) Br x , CH 3 NH 3 PbBr (3-x) Cl x , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y I 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Br 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Cl 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y I (3 -x) Cl x , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y I (3-x) Br x , and CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Br (
3-x) Cl x , and the above compounds using CFH 2 NH 3 , CF 2 HNH 3 or CF 3 NH 3 instead of CH 3 NH 3 , and the like. Note that x is 0 or more and 3 or less, and y is any value of 0 or more and 1 or less.

活性層103は、2種類以上のペロブスカイト半導体化合物を含有していてもよい。例えば、A、B及びXのうちの少なくとも1つが異なる2種類以上のペロブスカイト半導体化合物が活性層103に含まれていてもよい。また活性層103は、異なる材料を含み又は異なる成分を有する複数の層で形成される積層構造を有していてもよい。 The active layer 103 may contain two or more perovskite semiconductor compounds. For example, the active layer 103 may contain two or more perovskite semiconductor compounds in which at least one of A, B and X is different. The active layer 103 may also have a laminated structure formed of multiple layers containing different materials or having different components.

活性層103に含まれるペロブスカイト半導体化合物の量は、良好な半導体特性が得られるように、好ましくは50質量%以上であり、さらに好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上である。上限に特に制限はない。また、活性層103には、ペロブスカイト半導体化合物に加えて添加剤が含まれていてもよい。添加剤の例としては、ハロゲン化物、酸化物、又は硫化物、硫酸塩、硝酸塩若しくはアンモニウム塩等の無機塩のような、無機化合物、又は有機化合物が挙げられる。 The amount of the perovskite semiconductor compound contained in the active layer 103 is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 80% by mass or more so as to obtain good semiconductor characteristics. be. There is no particular upper limit. Also, the active layer 103 may contain an additive in addition to the perovskite semiconductor compound. Examples of additives include inorganic or organic compounds, such as halides, oxides, or inorganic salts such as sulfides, sulfates, nitrates or ammonium salts.

活性層103の厚さに特段の制限はない。より多くの光を吸収できる点で、活性層103の厚さは、一実施形態において10nm以上、別の実施形態において50nm以上、さらに別の実施形態において100nm以上、さらに別の実施形態において120nm以上である。一方で、直列抵抗が下がる点、又は電荷の取出し効率を高める点で、活性層103の厚さは、一実施形態において1500nm以下、別の実施形態において1200nm以下、さらに別の実施形態において800nm以下である。 There is no particular limitation on the thickness of the active layer 103 . In order to absorb more light, the thickness of the active layer 103 is 10 nm or more in one embodiment, 50 nm or more in another embodiment, 100 nm or more in another embodiment, and 120 nm or more in another embodiment. is. On the other hand, the thickness of the active layer 103 is 1500 nm or less in one embodiment, 1200 nm or less in another embodiment, and 800 nm or less in still another embodiment in order to reduce the series resistance or improve the charge extraction efficiency. is.

活性層103の形成方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。具体例としては、塗布法及び蒸着法(又は共蒸着法)が挙げられる。簡易に活性層103を形成できる点で、塗布法を用いることができる。例えば、ペロブスカイト半導体化合物又はその前駆体を含有する塗布液を塗布し、必要に応じて加熱乾燥することにより活性層103を形成する方法が挙げられる。また、このような塗布液を塗布した後で、ペロブスカイト半導体化合物の溶解性が低い溶媒をさらに塗布することにより、ペロブスカイト半導体化合物を析出させることもできる。 A method for forming the active layer 103 is not particularly limited, and any method can be used. Specific examples include a coating method and a vapor deposition method (or a co-evaporation method). A coating method can be used because the active layer 103 can be easily formed. For example, there is a method of forming the active layer 103 by applying a coating liquid containing a perovskite semiconductor compound or a precursor thereof and drying it by heating as necessary. In addition, after applying such a coating liquid, a perovskite semiconductor compound can be precipitated by further applying a solvent in which the perovskite semiconductor compound has a low solubility.

ペロブスカイト半導体化合物の前駆体とは、塗布液を塗布した後にペロブスカイト半導体化合物へと変換可能な材料のことを指す。具体的な例として、加熱することによりペロブスカイト半導体化合物へと変換可能なペロブスカイト半導体化合物前駆体を用いることができる。例えば、一般式AXで表される化合物と、一般式MXで表される化合物と、溶媒と、を混合して加熱攪拌することにより、塗布液を作製することができる。この塗布液を塗布して加熱乾燥を行うことにより、一般式AMXで表されるペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層103を作製することができる。溶媒としては、ペロブスカイト半導体化合物及び添加剤が溶解するのであれば特に限定されず、例えばN,N-ジメチルホルムアミドのような有機溶媒が挙げられる。 A perovskite semiconductor compound precursor refers to a material that can be converted into a perovskite semiconductor compound after application of a coating liquid. As a specific example, a perovskite semiconductor compound precursor that can be converted into a perovskite semiconductor compound by heating can be used. For example, a coating liquid can be prepared by mixing a compound represented by the general formula AX, a compound represented by the general formula MX2, and a solvent, followed by heating and stirring. The active layer 103 containing the perovskite semiconductor compound represented by the general formula AMX 3 can be produced by applying this coating liquid and heat-drying it. The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the perovskite semiconductor compound and the additive, and examples thereof include organic solvents such as N,N-dimethylformamide.

塗布液の塗布方法としては任意の方法を用いることができるが、例えば、スピンコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。 Any method can be used as a method for applying the coating liquid, and examples include spin coating, ink jet method, doctor blade method, drop casting method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, A spray coating method, an air knife coating method, a wire barber coating method, a pipe doctor method, an impregnation/coating method, a curtain coating method, or the like can be used.

[1-3.電極]
光電変換素子100は一対の電極を有する。電極は、活性層103における光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有する。光電変換素子100は一対の電極を有し
、一対の電極のうち一方を上部電極と呼び、他方を下部電極と呼ぶ。光電変換素子100が基材を有するか又は基材上に設けられている場合、基材により近い電極を下部電極と、基材からより遠い電極を上部電極と、それぞれ呼ぶことができる。また、透明電極を下部電極と、下部電極よりも透明性が低い電極を上部電極と、それぞれ呼ぶこともできる。図1に示す光電変換素子100は、下部電極101及び上部電極105を有している。
[1-3. electrode]
The photoelectric conversion element 100 has a pair of electrodes. The electrode has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption in the active layer 103 . The photoelectric conversion element 100 has a pair of electrodes, one of which is called an upper electrode and the other is called a lower electrode. When the photoelectric conversion element 100 has a substrate or is provided on a substrate, an electrode closer to the substrate can be called a lower electrode, and an electrode farther from the substrate can be called an upper electrode. Also, the transparent electrode can be called a lower electrode, and the electrode having a lower transparency than the lower electrode can be called an upper electrode. A photoelectric conversion element 100 shown in FIG. 1 has a lower electrode 101 and an upper electrode 105 .

一対の電極としては、正孔の捕集に適したアノードと、電子の捕集に適したカソードとを用いることができる。この場合、光電変換素子100は、下部電極101がアノードであり上部電極105がカソードである順型構成を有していてもよいし、下部電極101がカソードであり上部電極105がアノードである逆型構成を有していてもよい。 As the pair of electrodes, an anode suitable for collecting holes and a cathode suitable for collecting electrons can be used. In this case, the photoelectric conversion element 100 may have a forward configuration in which the lower electrode 101 is the anode and the upper electrode 105 is the cathode, or a reverse configuration in which the lower electrode 101 is the cathode and the upper electrode 105 is the anode. It may have a mold configuration.

一対の電極は、用途に応じて、いずれか一方が透光性であってもよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは、太陽光が40%以上透過することを指す。また、透明電極の太陽光線透過率は70%以上であることが、より多くの光が透明電極を透過して活性層103に到達するために好ましい。光の透過率は、分光光度計(例えば、日立ハイテク社製U-4100)で測定できる。 Either one of the pair of electrodes may be translucent, or both may be translucent, depending on the application. Having translucency refers to transmitting 40% or more of sunlight. In addition, it is preferable that the transparent electrode has a sunlight transmittance of 70% or more so that more light can pass through the transparent electrode and reach the active layer 103 . The light transmittance can be measured with a spectrophotometer (eg, U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech).

下部電極101及び上部電極105、又はアノード及びカソードの構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の部材及びその製造方法を使用することができる。 There is no particular limitation on the lower electrode 101 and upper electrode 105, or the constituent members of the anode and cathode, and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, members described in known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194 and manufacturing methods thereof can be used.

[1-4.基材]
光電変換素子100は、通常は支持体となる基材106を有する。もっとも、本実施形態に係る光電変換素子は基材106を有さなくてもよい。基材106の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されず、例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の材料を使用することができる。
[1-4. Base material]
The photoelectric conversion element 100 usually has a base material 106 that serves as a support. However, the photoelectric conversion element according to this embodiment may not have the substrate 106 . The material of the base material 106 is not particularly limited as long as it does not significantly impair the effects of the present invention. can be used.

<2.光電変換素子の製造方法>
本発明の別の実施形態に係る光電変換素の製造方法(単に「光電変換素子の製造方法」とも称する。)は、上述の光電変換素子の製造方法であって、少なくとも前記一対の電極、前記活性層、及び前記バッファ層を積層して積層体を得る積層工程、及び前記積層体を、レーザー加工によって直列化する直列化工程を有することを特徴とする、光電変換素子の製造方法である。
上記の製造方法は、上記の積層工程及び直列化工程以外の工程を有していてもよい。
<2. Method for producing a photoelectric conversion element>
A method for manufacturing a photoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention (also referred to simply as a "method for manufacturing a photoelectric conversion element") is the above method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising: at least the pair of electrodes; A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising a lamination step of laminating an active layer and a buffer layer to obtain a laminate, and a serialization step of serializing the laminate by laser processing.
The manufacturing method described above may have processes other than the stacking process and the serialization process described above.

[積層工程]
各層を積層する方法は特段制限されず、例えば、基板上に塗布により各層を積層する塗布した後、加熱により乾燥させ積層することができる。
塗布する方法は特段制限されず、例えば、ワイヤーバーコート法、ブレードコート法、ダイコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法、フレキソ印刷、インクジェット法等の方法が挙げられる。
加熱(アニーリングとも称する。)の条件は特段制限されず、加熱温度は、層間の密着性を向上させ、かつ、材料の熱分解を防止する観点から、通常40℃以上、600℃以下であり、70℃以上、300℃以下であることが好ましく、100℃以上、200℃以下であることがより好ましく、また、加熱時間は、通常1分以上、300分以下であり、5分以上、120分以下であることが好ましく、10分以上、30分以下であることがより好ましい。
加熱の雰囲気は特段制限されず、空気中で行ってもよく、不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。
上記の加熱及び乾燥の方法は、特段制限されず、オーブン等により行ってよく、また、バッチ方式で行ってもよく、連続方式で行ってもよい。
[Lamination process]
The method for laminating each layer is not particularly limited, and for example, each layer can be laminated by coating on a substrate and then dried by heating to laminate.
The coating method is not particularly limited, and examples thereof include wire bar coating, blade coating, die coating, reverse roll coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, and pipe doctor method. , an impregnation/coating method, a curtain coating method, a flexographic printing method, an inkjet method, and the like.
The heating (also referred to as annealing) conditions are not particularly limited, and the heating temperature is usually 40° C. or higher and 600° C. or lower from the viewpoint of improving the adhesion between layers and preventing thermal decomposition of the material, The temperature is preferably 70°C or higher and 300°C or lower, more preferably 100°C or higher and 200°C or lower, and the heating time is usually 1 minute or longer and 300 minutes or shorter, and 5 minutes or longer and 120 minutes. It is preferably 10 minutes or more and 30 minutes or less.
The heating atmosphere is not particularly limited, and may be performed in air or in an inert gas atmosphere.
The heating and drying methods described above are not particularly limited, and may be carried out in an oven or the like, and may be carried out in a batch mode or a continuous mode.

上記の積層、加熱、及び乾燥は、ロールツゥーロール方式により一括処理で実施することができる。ロールツゥーロール方式とは、ロール状に巻かれたフレキシブルな基材を繰り出して、間欠的、或いは連続的に搬送しながら、巻き取りロールにより巻き取られるまでの間に加工を行う方式である。ロールツゥーロール方式によれば、kmオーダの長尺基板を一括処理することが可能であるため、ロールツゥーロール方式はシートツゥーシート方式に比べて量産化に適している。一方、ロールツゥーロール方式で各層を成膜しようとすると、一般的に、その構造上、成膜面とロールとが接触することにより部分的な剥がれが生じてしまったりするおそれが高いが、本実施形態に係る正孔輸送層の材料を用いれば、活性層とバッファ層との間の剥がれを抑制することができる。 The above lamination, heating, and drying can be carried out in batch processing by a roll-to-roll method. The roll-to-roll method is a method in which a flexible base material wound in a roll is unwound and processed while being transported intermittently or continuously until it is wound up by a winding roll. According to the roll-to-roll method, long substrates on the order of km can be collectively processed, so the roll-to-roll method is more suitable for mass production than the sheet-to-sheet method. On the other hand, when each layer is formed by the roll-to-roll method, there is generally a high risk of partial peeling due to contact between the film-forming surface and the roll due to its structure. By using the material for the hole transport layer according to the embodiment, peeling between the active layer and the buffer layer can be suppressed.

ロールツゥーロール方式に用いることのできるロールの大きさは、ロールツゥーロール方式の製造装置で扱える限り特に限定されないが、外径の上限は、好ましくは5m以下、さらに好ましくは3m以下、より好ましくは1m以下である。一方、下限は好ましくは10cm以上、さらに好ましくは20cm以上、より好ましくは30cm以上である。ロール芯の外径の上限は、好ましくは4m以下、さらに好ましくは3m以下、より好ましくは0.5m以下である。一方、下限は好ましくは1cm以上、さらに好ましくは3cm以上、より好ましくは5cm以上、さらに好ましくは10cm以上、特に好ましくは20cm以上である。これらの径が上記上限以下であることはロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であることは各工程で成膜される層が曲げ応力により破壊される可能性が低くなる点で好ましい。ロールの幅の下限は、好ましくは5cm以上、さらに好ましくは10cm以上、より好ましくは20cm以上である。一方、上限は、好ましくは5m以下、さらに好ましくは3m以下、より好ましくは2m以下である。幅が上限以下であることはロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であることは光電変換素子100の大きさの自由度が高くなるため好ましい。 The size of the roll that can be used in the roll-to-roll method is not particularly limited as long as it can be handled by a roll-to-roll manufacturing apparatus, but the upper limit of the outer diameter is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, more preferably 3 m or less. 1 m or less. On the other hand, the lower limit is preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, and still more preferably 30 cm or more. The upper limit of the outer diameter of the roll core is preferably 4 m or less, more preferably 3 m or less, and even more preferably 0.5 m or less. On the other hand, the lower limit is preferably 1 cm or more, more preferably 3 cm or more, more preferably 5 cm or more, still more preferably 10 cm or more, and particularly preferably 20 cm or more. It is preferable that these diameters are equal to or less than the above upper limit because the handleability of the roll is high. . The lower limit of the width of the roll is preferably 5 cm or more, more preferably 10 cm or more, and still more preferably 20 cm or more. On the other hand, the upper limit is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, and more preferably 2 m or less. It is preferable that the width is equal to or less than the upper limit because the roll is easy to handle.

[直列化工程]
直列化する方法は、レーザー加工によって行えば特段制限されず、例えば、積層工程により得られた積層体に、レーザースクライブやメカニカルスクライブなどで加工する方法が挙げられる。また、マスク成膜やスクリーン印刷を用いて特定のパターン形状を有する層を形成してもよい。有効素子面積をより広く確保することができる観点から、微細加工が可能なレーザースクライブによりパターニングを行うことが好ましい。
一般的に、レーザー加工では、レーザーが照射された面に負荷がかかり、各層間で剥がれが生じるおそれがある。特に、積層工程における加熱処理が十分でない場合、積層体の外側と比較して内側では剥がれが生じやすい。しかしながら、本実施形態に係る正孔輸送層の材料を用いれば、活性層とバッファ層との間の剥がれを抑制することができる。
レーザー加工の条件は特段制限されず、例えば、レーザーにより形成される開溝の幅は、通常5μm以上、1000μm以下であり、10μm以上、500μm以下であってもよく、25μm以上、300μm以下であってもよく、また、使用するレーザーの波長は、通常200nm以上、1200nm以下であり、250nm以上、900nm以下であってもよく、300nm以上、600nm以下であってもよく、エネルギー密度は、通常0.01J/cm以上、10J/cm以下であり、0.05J/cm以上、5J/cm以下であってもよく、0.1J/cm以上、1J/cm以下であってもよい。
[Serialization process]
The serialization method is not particularly limited as long as it is performed by laser processing, and examples thereof include a method in which the laminate obtained by the lamination process is processed by laser scribing, mechanical scribing, or the like. Alternatively, a layer having a specific pattern shape may be formed using mask deposition or screen printing. From the viewpoint of ensuring a wider effective element area, it is preferable to perform patterning by laser scribing, which enables fine processing.
Generally, in laser processing, a load is applied to the surface irradiated with the laser, and peeling may occur between layers. In particular, if the heat treatment in the lamination process is not sufficient, the inner side of the laminate is more likely to peel off than the outer side. However, by using the material for the hole transport layer according to the present embodiment, peeling between the active layer and the buffer layer can be suppressed.
The conditions for laser processing are not particularly limited, and for example, the width of the open groove formed by laser is usually 5 μm or more and 1000 μm or less, may be 10 μm or more and 500 μm or less, or 25 μm or more and 300 μm or less. Also, the wavelength of the laser to be used is usually 200 nm or more and 1200 nm or less, may be 250 nm or more and 900 nm or less, or may be 300 nm or more and 600 nm or less, and the energy density is usually 0 0.01 J/cm 2 or more and 10 J/cm 2 or less, may be 0.05 J/cm 2 or more and 5 J/cm 2 or less, or 0.1 J/cm 2 or more and 1 J/cm 2 or less. good too.

[3.光電変換特性]
光電変換素子100の光電変換特性は次のようにして求めることができる。光電変換素
子100に適当なスペクトルの光をある照射強度で照射して、電流-電圧特性を測定する。得られた電流-電圧曲線から、光電変換効率(PCE)、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)、直列抵抗、シャント抵抗といった光電変換特性を求めることができる。一例として、光電変換素子100に色温度5000Kの白色LED光を適当な照射強度(照度)で照射することで、各照度における電流-電圧特性を測定することができる。
[3. Photoelectric conversion characteristics]
The photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element 100 can be obtained as follows. The photoelectric conversion element 100 is irradiated with light of an appropriate spectrum at a certain irradiation intensity, and current-voltage characteristics are measured. From the resulting current-voltage curve, photoelectric conversion characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE), short-circuit current density (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), series resistance, and shunt resistance can be obtained. As an example, by irradiating the photoelectric conversion element 100 with white LED light having a color temperature of 5000 K at an appropriate irradiation intensity (illuminance), the current-voltage characteristics at each illuminance can be measured.

本実施形態に係る光電変換素子は低照度領域(10~5000ルクス)における発電効率に優れ、特に白色LED光等の光源を用いた場合において、光電変換効率を20%以上とすることができる。また、200ルクスにおける光電変換効率を25%以上とすることができる。この効率の上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。
なお、この光電変換効率(PCE)は、所定の照射光により測定される、光電変換素子の電流-電圧曲線の最適動作点における出力(最大出力)をこの照射光が有する総エネルギー量(例えば、強度AM1.5Gの太陽光であれば100mW/cm)で除した値(%)である。
The photoelectric conversion element according to the present embodiment is excellent in power generation efficiency in a low illuminance region (10 to 5000 lux), and can achieve a photoelectric conversion efficiency of 20% or more particularly when a light source such as white LED light is used. Also, the photoelectric conversion efficiency at 200 lux can be 25% or higher. There is no particular limit to the upper limit of this efficiency, and the higher the efficiency, the better.
The photoelectric conversion efficiency (PCE) is the output (maximum output) at the optimum operating point of the current-voltage curve of the photoelectric conversion element measured by a predetermined irradiation light, and the total amount of energy that the irradiation light has (for example, It is a value (%) divided by 100 mW/cm 2 for sunlight with an intensity of AM 1.5G.

[4.発電デバイス]
一実施形態において、上述の光電変換素子100は、発電デバイス、中でも室内等の低照度環境用太陽電池として好適に使用される。具体的には、本実施形態に係る光電変換素子は、バッファ層と活性層との間での剥離を抑制できることにより、不要な高抵抗化や絶縁あるいは並列抵抗の減少を抑制できるため、低照度の環境において有利である。
図2は本発明の一実施形態に係る太陽電池の構成を模式的に表す断面図であり、図2には本発明の一実施形態に係る太陽電池である太陽電池が示されている。図2に表すように、本実施形態に係る薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10と、をこの順に備える。本実施形態に係る薄膜太陽電池14は、太陽電池素子6として、上述した光電変換素子を有している。そして、保護フィルム1が形成された側(図2中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、薄膜太陽電池14は、これらの構成部材を全て有する必要はなく、必要な構成部材を任意に選択することができる。
なお、本明細書において、低照度環境とは、10~5000ルクスを意味し、典型的には200ルクス周辺である。
[4. power generation device]
In one embodiment, the photoelectric conversion element 100 described above is suitably used as a power generation device, especially as a solar cell for low-illuminance environments such as indoors. Specifically, the photoelectric conversion element according to the present embodiment can suppress delamination between the buffer layer and the active layer, thereby suppressing unnecessary increase in resistance and reduction in insulation or parallel resistance. environment.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a solar cell according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a solar cell which is a solar cell according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the thin-film solar cell 14 according to the present embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a solar cell. An element 6, a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 are provided in this order. The thin-film solar cell 14 according to this embodiment has the photoelectric conversion element described above as the solar cell element 6 . Then, light is irradiated from the side where the protective film 1 is formed (lower side in FIG. 2), and the solar cell element 6 generates power. It should be noted that the thin-film solar cell 14 does not need to have all of these constituent members, and necessary constituent members can be arbitrarily selected.
In this specification, a low illumination environment means 10 to 5000 lux, typically around 200 lux.

光電変換素子を構成するこれらの構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の技術を使用することができる。 There are no particular restrictions on these constituent members constituting the photoelectric conversion element and the method of manufacturing the same, and well-known techniques can be used. For example, techniques described in known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194 can be used.

本実施形態に係る太陽電池、特に上述した薄膜太陽電池14の用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。例えば、一実施形態に係る太陽電池は、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池として用いることができる。上記説明したとおり、低照度環境下で優れた変更効率を有することから、特にエネルギーハーベスティング用途に、好適に適用できる。 Applications of the solar cell according to the present embodiment, particularly the thin-film solar cell 14 described above, are not limited and can be used for any application. For example, the solar cell according to one embodiment includes solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for interiors, solar cells for railroads, solar cells for ships, solar cells for airplanes, solar cells for spacecraft, solar cells for home appliances, and so on. It can be used as a battery, a solar cell for mobile phones or a solar cell for toys. As described above, it has excellent change efficiency in a low-illuminance environment, so it is particularly suitable for energy harvesting applications.

本実施形態に係る太陽電池、特に上述した薄膜太陽電池14はそのまま用いてもよいし、太陽電池モジュールの構成要素として用いられてもよい。例えば、図3に示すように、本実施形態に係る太陽電池、特に上述した太陽電池14を基材12上に備える太陽電池モジュール13を作製し、この太陽電池モジュール13を使用場所に設置して用いることができる。 The solar cell according to this embodiment, particularly the thin-film solar cell 14 described above, may be used as it is, or may be used as a component of a solar cell module. For example, as shown in FIG. 3, a solar cell module 13 having the solar cell according to the present embodiment, particularly the above-described solar cell 14, on a substrate 12 is produced, and the solar cell module 13 is installed at a place of use. can be used.

以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 EXAMPLES The characteristics of the present invention will be described more specifically below with reference to examples and comparative examples. The materials, amounts used, proportions, treatment details, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed to be limited by the specific examples shown below.

<実施例1>
[電子輸送層用塗布液の調製]
酸化スズ(IV)15質量%水分散液(Alfa Aesar社製)に超純水を加えることにより、7.5質量%の酸化スズ水分散液を調製した。
<Example 1>
[Preparation of Coating Liquid for Electron Transport Layer]
An aqueous dispersion of 7.5% by mass of tin oxide was prepared by adding ultrapure water to a 15% by mass aqueous dispersion of tin (IV) oxide (manufactured by Alfa Aesar).

[活性層用塗布液の調製]
ヨウ化鉛(II)をバイアル瓶に量りとりグローブボックスに導入した。ヨウ化鉛(II)の濃度が1.3mol/Lとなるように溶媒としてN,N-ジメチルホルムアミドを加え、その後、100℃で1時間加熱撹拌することで活性層用塗布液1を調製した。
次に、別のバイアル瓶にホルムアミジン臭化水素酸塩(FABr)、メチルアミン臭化水素酸塩(MABr)、及びメチルアミン塩化水素酸塩(MACl)を7.25:1:1.5の質量比となるよう量りとり、グローブボックスに導入した。そこへ溶媒としてイソプロピルアルコールを加えることにより、FABr、MABr、及びMAClの合計濃度が0.49mol/Lである活性層用塗布液2を調製した。
[Preparation of Active Layer Coating Solution]
Lead (II) iodide was weighed into a vial and introduced into the glove box. N,N-dimethylformamide was added as a solvent so that the concentration of lead (II) iodide was 1.3 mol/L, and then the mixture was heated and stirred at 100° C. for 1 hour to prepare active layer coating solution 1. .
Next, formamidine hydrobromide (FABr), methylamine hydrobromide (MABr), and methylamine hydrochloride (MACl) were mixed 7.25:1:1.5 in another vial. and introduced into the glove box. By adding isopropyl alcohol as a solvent thereto, an active layer coating liquid 2 having a total concentration of FABr, MABr and MACl of 0.49 mol/L was prepared.

[有機半導体化合物の合成]
特開2019-173032号公報に記載の合成方法に準じて、下記の式(A-1)で表される有機半導体化合物(A-1)を合成した。Mw:38300 PDI:1.3であった。
[Synthesis of organic semiconductor compounds]
An organic semiconductor compound (A-1) represented by the following formula (A-1) was synthesized according to the synthesis method described in JP-A-2019-173032. Mw: 38300 PDI: 1.3.

Figure 2022145231000008
Figure 2022145231000008

[正孔輸送層用塗布液の調製]
64mgの有機半導体化合物(A-1)と、2.6mgの4-イソプロピル-4’-メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(TPFB,TCI社製)とをバイアル瓶に量りとり、グローブボックスに導入した。そこへ溶媒として1.6mLのオルトジクロロベンゼンを加えた。次に、得られた混合液を150℃で1時間加熱撹拌することにより、正孔輸送層用塗布液を調製した。
[Preparation of Coating Liquid for Hole Transport Layer]
64 mg of the organic semiconductor compound (A-1) and 2.6 mg of 4-isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate (TPFB, manufactured by TCI) were weighed into a vial and placed in a glove box. introduced into 1.6 mL of ortho-dichlorobenzene was added thereto as a solvent. Next, the resulting mixed solution was heated and stirred at 150° C. for 1 hour to prepare a hole transport layer coating solution.

[光電変換素子の作製]
パターニングされた酸化インジウムスズ(ITO)透明導電膜(下部電極)を備えるガラ
ス基板(ジオマテック社製)に対して、超純水を用いた超音波洗浄、窒素ブローによる乾燥、及びUV-オゾン処理を行った。
[Production of photoelectric conversion element]
A glass substrate (manufactured by Geomatec) with a patterned indium tin oxide (ITO) transparent conductive film (lower electrode) was subjected to ultrasonic cleaning using ultrapure water, drying by nitrogen blow, and UV-ozone treatment. gone.

次に、上記のように調製した電子輸送層用塗布液を、室温で、上記の基板上に2000rpmの速度でスピンコートすることにより、厚さ約35nmの電子輸送層を形成した。その後、基板をホットプレート上150℃で10分間加熱した。 Next, the electron transport layer coating liquid prepared as described above was spin-coated onto the substrate at room temperature at a speed of 2000 rpm to form an electron transport layer having a thickness of about 35 nm. After that, the substrate was heated on a hot plate at 150° C. for 10 minutes.

さらに、基板をグローブボックスに導入し、100℃に加熱した活性層用塗布液1を電子輸送層上に150μL滴下し、2000rpmの速度でスピンコートした。次に、基板をホットプレート上100℃で10分間加熱アニールすることにより、ヨウ化鉛層を形成した。次に、基板が室温に戻った後、ヨウ化鉛層上に活性層塗布液2(120μL)を2000rpmの速度でスピンコートし、150℃で20分間加熱することにより、有機無機ペロブスカイトの活性層(厚さ650nm)を形成した。 Further, the substrate was introduced into a glove box, and 150 μL of active layer coating liquid 1 heated to 100° C. was dropped onto the electron transport layer and spin-coated at a speed of 2000 rpm. Then, the substrate was heat-annealed on a hot plate at 100° C. for 10 minutes to form a lead iodide layer. Next, after the substrate returned to room temperature, the active layer coating solution 2 (120 μL) was spin-coated on the lead iodide layer at a speed of 2000 rpm and heated at 150° C. for 20 minutes to form an active layer of organic/inorganic perovskite. (thickness 650 nm) was formed.

次に、基板が室温に戻った後、活性層上に、正孔輸送層塗布液(120μL)を2000rpmの速度でスピンコートし、さらにホットプレート上90℃で5分間加熱することで、正孔輸送層(100nm)を形成した。
以上のようにして、積層体を作製した。
Next, after the substrate returned to room temperature, the hole transport layer coating solution (120 μL) was spin-coated onto the active layer at a speed of 2000 rpm, and further heated on a hot plate at 90° C. for 5 minutes to remove holes. A transport layer (100 nm) was formed.
A laminate was produced as described above.

<実施例2>
有機半導体化合物(A-1)の代わりに、特開2019-173032号公報に記載の合成方法に準じて合成した下記の式(A-2)で表される有機化合物(A-2)(Mw:38100 PDI:1.4)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、積層体を作製した。
<Example 2>
Instead of the organic semiconductor compound (A-1), an organic compound (A-2) (Mw : 38100 PDI: 1.4) was used in the same manner as in Example 1 to prepare a laminate.

Figure 2022145231000009
Figure 2022145231000009

<実施例3>
有機半導体化合物(A-1)の代わりに、特開2019-173032号公報に記載の合成方法に準じて合成した下記の式(A-3)で表される有機化合物(A-3)(Mw:44800 PDI:1.4)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、積層体を作製した。
<Example 3>
Instead of the organic semiconductor compound (A-1), an organic compound (A-3) (Mw : 44800 PDI: 1.4) was used in the same manner as in Example 1 to prepare a laminate.

Figure 2022145231000010
Figure 2022145231000010

<実施例4>
有機半導体化合物(A-1)の代わりに、特開2019-173032号公報に記載の合成方法に準じて合成した下記の式(A-4)で表される有機化合物(A-4)(Mw:37300 PDI:1.4)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、積層体を作製した。
<Example 4>
Instead of the organic semiconductor compound (A-1), an organic compound (A-4) (Mw : 37300 PDI: 1.4) was used in the same manner as in Example 1 to prepare a laminate.

Figure 2022145231000011
Figure 2022145231000011

<比較例1>
有機半導体化合物(A-1)の代わりに、特開2019-173032号公報に記載の合成方法に準じて合成した下記の式(B-1)で表される有機化合物(B-1)(Mw:43600 PDI:1.3)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、積層体を作製した。
<Comparative Example 1>
Instead of the organic semiconductor compound (A-1), an organic compound (B-1) (Mw : 43600 PDI: 1.3) was used in the same manner as in Example 1 to prepare a laminate.

Figure 2022145231000012
Figure 2022145231000012

<比較例2>
有機半導体化合物(A-1)の代わりに、特開2019-173032号公報に記載の
合成方法に準じて合成した下記の式(B-2)で表される有機化合物(B-2)(Mw:43600 PDI:1.3)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、積層体を作製した。
<Comparative Example 2>
Instead of the organic semiconductor compound (A-1), an organic compound (B-2) (Mw : 43600 PDI: 1.3) was used in the same manner as in Example 1 to prepare a laminate.

Figure 2022145231000013
Figure 2022145231000013

<比較例3>
有機半導体化合物(A-1)の代わりに、特開2019-173032号公報に記載の合成方法に準じて合成した下記の式(B-3)で表される有機化合物(B-3)(Mw:41900 PDI:1.3)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、積層体を作製した。
<Comparative Example 3>
Instead of the organic semiconductor compound (A-1), an organic compound (B-3) (Mw : 41900 PDI: 1.3) was used in the same manner as in Example 1 to prepare a laminate.

Figure 2022145231000014
Figure 2022145231000014

<比較例4>
有機半導体化合物(A-1)の代わりに、特開2019-173032号公報に記載の合成方法に準じて合成した下記の式(B-4)で表される有機化合物(B-4)(Mw:38600 PDI:1.4)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、積層体を作製した。
<Comparative Example 4>
Instead of the organic semiconductor compound (A-1), an organic compound (B-4) (Mw : 38600 PDI: 1.4) was used in the same manner as in Example 1 to prepare a laminate.

Figure 2022145231000015
Figure 2022145231000015

<密着性評価>
作製した各積層体に対して、ブイ・テクノロジー社製のCallistoを用いて、波長1064nm、エネルギー密度0.5J/cmの条件でレーザーを照射しスクライブした。この際、図4に示すように積層体の正孔輸送層、活性層、及び電子輸送層をレーザー照射によりスクライブした。ただし、図4における各層の厚さやスクライブ幅の比率は、実際の比率で表されたものではない。なお、図4における観察方向の矢印は、下記の光学顕微鏡での観察における観察方向を表す。
レーザー照射によりスクライブされた各積層体を光学顕微鏡で上から観察した結果を図5に示す。
<Adhesion evaluation>
Using Callisto manufactured by V-Technology Co., Ltd., each laminate was irradiated with a laser beam under the conditions of a wavelength of 1064 nm and an energy density of 0.5 J/cm 2 for scribing. At this time, as shown in FIG. 4, the hole transport layer, active layer, and electron transport layer of the laminate were scribed by laser irradiation. However, the thickness of each layer and the ratio of the scribe width in FIG. 4 are not represented by actual ratios. In addition, the arrow of the observation direction in FIG. 4 represents the observation direction in observation with the following optical microscopes.
FIG. 5 shows the result of observing each laminate scribed by laser irradiation from above with an optical microscope.

図5から、上述の式(1)で表される構造単位を有する有機半導体化合物を用いた積層体では、図4(a)に示すように活性層と正孔輸送層との間の剥離が抑制されている一方で、該有機半導体化合物を用いていない積層体では、図4(b)に示すように活性層と正孔輸送層との間の剥離が生じていることが分かった。 From FIG. 5, it can be seen that in the laminate using the organic semiconductor compound having the structural unit represented by the above formula (1), peeling occurs between the active layer and the hole transport layer as shown in FIG. 4(a). On the other hand, it was found that in the laminated body not using the organic semiconductor compound, peeling occurred between the active layer and the hole transport layer as shown in FIG. 4(b).

<光電変換素子の作製> <Production of photoelectric conversion element>

上述の各実施例で得られた積層体における正孔輸送層上に、抵抗加熱型真空蒸着法により厚さ約10nmのMoO、次いで約30nmのIZO及び約100nmの銀を蒸着させ、上部電極を形成し、光電変換素子を作製した。 MoO3 with a thickness of about 10 nm, then IZO with a thickness of about 30 nm and silver with a thickness of about 100 nm were vapor-deposited on the hole transport layer in the laminate obtained in each of the above examples by a resistance heating vacuum vapor deposition method, and the upper electrode was formed. was formed to fabricate a photoelectric conversion element.

上記の実施例から、本発明により、バッファ層と活性層との間の剥離が抑制された光電変換素子及びその製造方法、並びに該光電変換素子を有する環境発電デバイス、特に5,000ルクス以下の低照明度向けの環境発電デバイスを提供することができることが分かる。 From the above examples, it can be seen that, according to the present invention, a photoelectric conversion element in which delamination between the buffer layer and the active layer is suppressed, a method for manufacturing the same, and an energy harvesting device having the photoelectric conversion element, particularly at 5,000 lux or less. It can be seen that an energy harvesting device for low illumination can be provided.

100 光電変換素子
101 下部電極
102 バッファ層
103 活性層
104 バッファ層
105 上部電極
106 基材
100 photoelectric conversion element 101 lower electrode 102 buffer layer 103 active layer 104 buffer layer 105 upper electrode 106 substrate

Claims (11)

上部電極と下部電極とにより構成される一対の電極と、
前記一対の電極間に位置し、有機無機ハイブリッド型半導体化合物を含有する活性層と、
前記一対の電極間に位置するバッファ層と、を有する光電変換素子であって、
前記バッファ層が、正孔輸送能を有する有機半導体化合物及び該有機半導体化合物に対するドーパントを含有し、かつ、
前記有機半導体化合物が下記式(1)で表される構造単位を有することを特徴とする、光電変換素子。
Figure 2022145231000016

(上記式(1)において、Xは、置換基を有していてよい2価の単芳香環基、及び置換基を有していてよい2価の縮合芳香環基から選択される少なくも1つの2価の芳香環基Aを少なくとも主鎖に有し、かつ、該主鎖において互いに結合することで連続する2価の芳香環基Aの数が3以下である基を表し;R及びRは、独立に、水素、又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の脂肪族炭化水素基を表す。)
a pair of electrodes composed of an upper electrode and a lower electrode;
an active layer located between the pair of electrodes and containing an organic-inorganic hybrid semiconductor compound;
and a buffer layer positioned between the pair of electrodes,
the buffer layer contains an organic semiconductor compound having hole-transporting ability and a dopant for the organic semiconductor compound, and
A photoelectric conversion device, wherein the organic semiconductor compound has a structural unit represented by the following formula (1).
Figure 2022145231000016

(In the above formula (1), X is at least one selected from a divalent monovalent aromatic ring group which may have a substituent and a divalent condensed aromatic ring group which may have a substituent R 1 and R 2 independently represents hydrogen or an optionally substituted aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
前記式(1)におけるXの主鎖において、互いに結合することで連続する2価の芳香環基Aの数が2以下である、請求項1に記載の光電変換素子。 2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein in the main chain of X in formula (1), the number of divalent aromatic ring groups A that are continuous by bonding to each other is 2 or less. 前記式(1)におけるXが、置換基を有していてよいビフェニレン基を少なくとも主鎖に有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の光電変換素子。 3. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein X in the formula (1) has at least a biphenylene group which may have a substituent in its main chain. 前記式(1)におけるXの主鎖を構成する基が、少なくとも1つの水素が1価の芳香族炭化水素環基で置換されたメチレン基、1価の芳香族炭化水素環基で置換された2価のアミノ基、及び前記2価の芳香環基Aよりなる群から選択される1以上の基から構成されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の光電変換素子。 A group constituting the main chain of X in the formula (1) is a methylene group in which at least one hydrogen is substituted with a monovalent aromatic hydrocarbon ring group, or a monovalent aromatic hydrocarbon ring group. The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 3, comprising one or more groups selected from the group consisting of a divalent amino group and the divalent aromatic ring group A. conversion element. 前記有機半導体化合物1分子中の、前記式(1)で表される構造単位で表され得る構造単位の全重量の割合が、5重量%以上95重量%以下であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The ratio of the total weight of structural units that can be represented by the structural unit represented by the formula (1) in one molecule of the organic semiconductor compound is 5% by weight or more and 95% by weight or less. Item 5. The photoelectric conversion element according to any one of Items 1 to 4. 前記式(1)で表される構造単位が、下記式(2)で表される繰り返し構造単位であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の光電変換素子。
Figure 2022145231000017

(上記式(2)において、X、R及びRは、前記式(1)におけるX、R及びRと同義であり;nは、1~10000を表す。)
5. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the structural unit represented by formula (1) is a repeating structural unit represented by formula (2) below.
Figure 2022145231000017

(In the above formula (2), X, R 1 and R 2 have the same definitions as X, R 1 and R 2 in the above formula (1); n represents 1 to 10000.)
前記ドーパントが、3価のヨウ素を含む有機化合物であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の光電変換素子。 7. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein said dopant is an organic compound containing trivalent iodine. 前記ドーパントが、ジアリールヨードニウム塩であることを特徴とする、請求項7に記載の光電変換素子。 8. The photoelectric conversion device according to claim 7, wherein the dopant is a diaryliodonium salt. 前記有機無機ハイブリッド型半導体化合物が、ペロブスカイト構造を有する化合物であることを特徴とする、請求項1~8のいずれか1項に記載の光電変換素子。 9. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the organic-inorganic hybrid semiconductor compound is a compound having a perovskite structure. 請求項1~9のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法であって、
少なくとも前記一対の電極、前記活性層、及び前記バッファ層を積層して積層体を得る積層工程、及び
前記積層体を、レーザー加工によって直列化する直列化工程を有することを特徴とする、光電変換素子の製造方法。
A method for manufacturing a photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 9,
A photoelectric conversion, comprising: a stacking step of stacking at least the pair of electrodes, the active layer, and the buffer layer to obtain a stack; and a serialization step of serializing the stack by laser processing. A method of manufacturing an element.
請求項1~9のいずれか1項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする、発電デバイス。 A power generation device comprising the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 9.
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