JP2023063837A - Power generation device and method for manufacturing the same - Google Patents

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和弘 毛利
Kazuhiro Mori
繁樹 服部
Shigeki Hattori
英里 岩▲崎▼
Eri Iwasaki
出 武井
Izuru Takei
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Abstract

To improve power generation efficiency under low illuminance of a power generation device including an active layer containing an organic-inorganic hybrid semiconductor compound.SOLUTION: A power generation device and a method for manufacturing the same are provided, the power generation device including: a pair of electrodes consisting of an upper electrode and a lower electrode; an active layer positioned between the pair of electrodes and containing an organic-inorganic hybrid semiconductor compound; and a hole transport layer positioned between the active layer and at least one of the pair of electrodes. The hole transport layer contains a triarylamine compound represented by a specific chemical formula.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、発電デバイス及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power generation device and a manufacturing method thereof.

発電デバイス(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。この活性層の材料として、有機無機ハイブリッド型半導体化合物の開発が進んでおり、なかでもペロブスカイト構造を有する化合物(ペロブスカイト半導体化合物)が注目されている。
一方、正孔輸送層の材料として、例えば、フタロシアニン系の有機半導体化合物等が提案されている(特許文献1)。
2. Description of the Related Art A power generation device (photoelectric conversion element) in which an active layer, a buffer layer, and the like are arranged between a pair of electrodes is known. Organic-inorganic hybrid semiconductor compounds have been developed as materials for the active layer, and among them, compounds having a perovskite structure (perovskite semiconductor compounds) have attracted attention.
On the other hand, as a material for the hole transport layer, for example, a phthalocyanine-based organic semiconductor compound has been proposed (Patent Document 1).

特開2017-066096号公報JP 2017-066096 A

しかしながら、従来の正孔輸送層では、特に、エネルギーハーベスティング用途で重要な、蛍光灯やLED等を光源とする、室内等の低照度環境下における発電効率が低下することがあった。
本発明は、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を有する発電デバイスについて、低照度下における発電効率を向上させることを目的とする。
However, in the conventional hole-transporting layer, the power generation efficiency sometimes deteriorates in a low-illumination environment such as a room where fluorescent lamps, LEDs, and the like are used as light sources, which are important in energy harvesting applications.
An object of the present invention is to improve power generation efficiency under low illumination in a power generation device having an active layer containing an organic-inorganic hybrid semiconductor compound.

本発明者らは、特定のトリアリールアミン化合物を含有させた正孔輸送層を採用することによって、屋内等の低照度環境下においても、優れた発電効率を有する発電デバイスが得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の態様を有する。 The present inventors have found that a power generation device having excellent power generation efficiency even in low-light environments such as indoors can be obtained by employing a hole transport layer containing a specific triarylamine compound. , completed the present invention. That is, the present invention has the following aspects.

[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、前記活性層と前記一対の電極の少なくとも一方との間に位置する正孔輸送層と、を有する発電デバイスであって、
前記正孔輸送層が、下記式(I)に記載のトリアリールアミン化合物を含有する、発電デバイス。

Figure 2023063837000001
(式(I)中、Q1は下記式(Q1-1)で表される基であり、Q2は下記式(Q2-1)で表される基であり、Q3は下記式(Q3-1)で表される基であり、n、n、n、nは、各々くり返し数である。)
Figure 2023063837000002
(式(Q1-1)、(Q2-1)、(Q3-1)において、R~R18は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子または置換基を有していてもよい有機基を表す。RはRと結合する単結合であってもよく、R10及びR11は互いに結合して環を形成していてもよく、R16及びR17は互いに結合して環を形成していてもよい。)
[2]前記式(I)におけるQ1が下記式(Q1-2)で表される基であり、Q2が下記式(Q2-2)で表される基であり、Q3が下記式(Q3-2)で表される基である、[1]に記載の発電デバイス。
Figure 2023063837000003
(式(Q1-2)、(Q2-2)、(Q3-2)において、R31~R36は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子または置換基を有していてもよい有機基を表す。R~R、R~R、R、R12、R13、R14、R15、R18は、各々前記式(Q1-1)、(Q2-1)、(Q3-1)におけるものと同じである。)
[3]前記活性層のイオン化ポテンシャルが-6.0eV以上-5.7eV以下であり、かつ、前記活性層のバンドギャップが1.6eV以上2.3eV以下であるとともに、前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルが-5.8eV以上-5.2eV以下である、[1]又は[2]に記載の発電デバイス。
[4]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、[1]~[3]の何れか一項に記載の発電デバイス。
[5]前記活性層の厚みが200nm以上800nm以下である、[1]~[4]の何れか一項に記載の発電デバイス。
[6]色温度5000Kの白色LED光を照射し、受光面の照度が200ルクスであるときの光電変換効率が25%以上である、[1]~[5]の何れか一項に記載の発電デバイス。
[7][1]~[6]の何れか一項に記載の発電デバイスの製造方法であって、前記正孔輸送層を塗布法により形成する工程を有し、前記塗布法において、前記式(I)に記載のトリアリールアミン化合物およびドーパントを含有する液を塗布する、発電デバイスの製造方法。
[8]前記ドーパントが、3価のヨウ素を含むジアリールヨードニウム塩である、[7]に記載の発電デバイスの製造方法。 [1] A pair of electrodes composed of an upper electrode and a lower electrode, an active layer positioned between the pair of electrodes and containing an organic-inorganic hybrid semiconductor compound, and at least the active layer and the pair of electrodes a hole transport layer positioned between one and
A power-generating device, wherein the hole-transporting layer contains a triarylamine compound represented by the following formula (I).
Figure 2023063837000001
(In formula (I), Q1 is a group represented by the following formula (Q1-1), Q2 is a group represented by the following formula (Q2-1), and Q3 is a group represented by the following formula (Q3-1). and each of n 1 , n 2 , n 3 and n 4 is a repeating number.)
Figure 2023063837000002
(In formulas (Q1-1), (Q2-1), and (Q3-1), R 1 to R 18 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, or an optionally substituted organic group. R 5 may be a single bond bonded to R 1 , R 10 and R 11 may be bonded together to form a ring, R 16 and R 17 may be bonded together to form a ring may be.)
[2] Q1 in the formula (I) is a group represented by the following formula (Q1-2), Q2 is a group represented by the following formula (Q2-2), and Q3 is a group represented by the following formula (Q3- The power generation device according to [1], which is a group represented by 2).
Figure 2023063837000003
(In formulas (Q1-2), (Q2-2), and (Q3-2), R 31 to R 36 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, or an optionally substituted organic group. R 2 to R 4 , R 6 to R 8 , R 9 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 and R 18 are represented by the above formulas (Q1-1), (Q2-1) and (Q3 - Same as in 1).)
[3] The ionization potential of the active layer is −6.0 eV or more and −5.7 eV or less, the bandgap of the active layer is 1.6 eV or more and 2.3 eV or less, and the hole transport layer has The power generation device according to [1] or [2], which has an ionization potential of −5.8 eV or more and −5.2 eV or less.
[4] The power generation device according to any one of [1] to [3], wherein the organic-inorganic hybrid semiconductor compound is a compound having a perovskite structure.
[5] The power generation device according to any one of [1] to [4], wherein the active layer has a thickness of 200 nm or more and 800 nm or less.
[6] The photoelectric conversion efficiency according to any one of [1] to [5], wherein a white LED light with a color temperature of 5000 K is irradiated and the photoelectric conversion efficiency is 25% or more when the illuminance of the light receiving surface is 200 lux. power generation device.
[7] The method for manufacturing the power generation device according to any one of [1] to [6], comprising a step of forming the hole transport layer by a coating method, wherein the coating method includes: A method for producing a power generation device, comprising applying a liquid containing the triarylamine compound according to (I) and a dopant.
[8] The method for producing a power generation device according to [7], wherein the dopant is a diaryliodonium salt containing trivalent iodine.

本発明により、有機無機ハイブリッド型半導体化合物を用いた発電デバイスにおいて、特に屋内等の低照度環境下における発電効率を向上させることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, in a power generation device using an organic-inorganic hybrid semiconductor compound, the power generation efficiency can be improved particularly under a low illumination environment such as indoors.

本発明の発電デバイスの実施形態の一例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 an example of embodiment of the electric power generation device of this invention. 本発明の発電デバイスを備えた太陽電池の実施形態の一例を模式的に表す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embodiment of a solar cell provided with the power generation device of the present invention; 本発明の発電デバイスを備えた太陽電池モジュールの一例を模式的に表す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a solar cell module provided with the power generation device of the present invention;

本発明の一実施形態である発電デバイスは、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、前記活性層と前記一対の電極の少なくとも一方との間に位置する正孔輸送層と、を有する発電デバイスである。
ここで、前記正孔輸送層は、後述する特定のトリアリールアミン化合物を含有する。
A power generation device according to one embodiment of the present invention comprises 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, A power generation device comprising an active layer and a hole transport layer positioned between at least one of the pair of electrodes.
Here, the hole transport layer contains a specific triarylamine compound to be described later.

本実施形態の発電デバイスにおいて、前記活性層のイオン化ポテンシャルが-6.0eV以上-5.7eV以下であり、かつ、前記活性層のバンドギャップが1.6eV以上2.3eV以下であるとともに、前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルが-5.8eV以上-5.2eV以下であることが好ましい。
本発明の発電デバイスは、低照度環境下における発電効率に特に優れる。
なお、本明細書において、低照度環境とは、通常10~5000ルクスの環境を意味する。本発明の発電デバイスを適用する環境は、100~300ルクスの環境がより好ましく、200ルクスの環境がさらに好ましい。
In the power generation device of the present embodiment, the ionization potential of the active layer is −6.0 eV or more and −5.7 eV or less, and the bandgap of the active layer is 1.6 eV or more and 2.3 eV or less, and The ionization potential of the hole transport layer is preferably −5.8 eV or more and −5.2 eV or less.
The power generation device of the present invention is particularly excellent in power generation efficiency in a low illumination environment.
In this specification, the low illuminance environment generally means an environment of 10 to 5000 lux. The environment in which the power generation device of the present invention is applied is more preferably an environment of 100 to 300 lux, more preferably an environment of 200 lux.

以下に、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定はされない。 Embodiments of the present invention are described in detail below. The description of the constituent elements described below is an example (representative example) of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents as long as it does not exceed the gist of the present invention.

<トリアリールアミン化合物>
本発明で用いるトリアリールアミン化合物は、下記式(I)で表される化合物(以下「化合物(1)」という。)である。
<Triarylamine compound>
The triarylamine compound used in the present invention is a compound represented by the following formula (I) (hereinafter referred to as "compound (1)").

Figure 2023063837000004
Figure 2023063837000004

式(I)中、Q1は下記式(Q1-1)で表される基であり、Q2は下記式(Q2-1)で表される基であり、Q3は下記式(Q3-1)で表される基であり、n、n、n、nは、各々くり返し数である。 In formula (I), Q1 is a group represented by the following formula (Q1-1), Q2 is a group represented by the following formula (Q2-1), and Q3 is a group represented by the following formula (Q3-1). and n 1 , n 2 , n 3 and n 4 are repeating numbers.

Figure 2023063837000005
Figure 2023063837000005

式(Q1-1)、(Q2-1)、(Q3-1)において、R~R18は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子または置換基を有していてもよい有機基を表す。RはRと結合する単結合であってもよく、R10及びR11は互いに結合して環を形成していてもよく、R16及びR17は互いに結合して環を形成していてもよい。 In formulas (Q1-1), (Q2-1) and (Q3-1), R 1 to R 18 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom or an optionally substituted organic group. . R 5 may be a single bond bonded to R 1 , R 10 and R 11 may be bonded together to form a ring, and R 16 and R 17 may be bonded together to form a ring. may

化合物(1)は、有機半導体化合物として有用な化合物である。また、高い電気化学的安定性、及び、高い正孔輸送能を有し、湿式成膜法に適している。
化合物(1)は、塩基性を有する窒素原子上の非共有電子対がトリアリールアミノ基の芳香族性により安定化されているため、他の芳香族3級アミンと比較して電子的に堅牢であり、より適度な正孔輸送層を保持できると考えられる。
Compound (1) is a compound useful as an organic semiconductor compound. In addition, it has high electrochemical stability and high hole transport ability, and is suitable for wet film formation.
Compound (1) is electronically robust compared to other aromatic tertiary amines because the lone pair of electrons on the basic nitrogen atom is stabilized by the aromaticity of the triarylamino group. , and it is considered that a more appropriate hole transport layer can be maintained.

さらに、化合物(1)は、芳香環が直鎖上に連結された低分子化合物でありながら、式中のR~R18の適切な選択により、湿式成膜法を行うために必要な、有機溶剤等に対する溶解性を十分担保することもでき、塗布成膜性にも好適である。化合物(1)は、塗布成膜性に優れることにより、成膜後の層間密着性を向上し得る。 Furthermore, while compound (1) is a low-molecular-weight compound in which aromatic rings are linked on a straight chain, by appropriately selecting R 1 to R 18 in the formula, Solubility in organic solvents and the like can be sufficiently ensured, and it is also suitable for coating film properties. Compound (1) can improve interlayer adhesion after film formation by being excellent in coating film properties.

化合物(1)は、ドーパントにより安定に酸化され、より良好な半導体特性を示し得る。本発明の発電デバイスは、正孔輸送層が化合物(1)を含有することにより、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルを後述する好適な範囲とすることができ、低照度下で高い発電効率を発現することができる。 Compound (1) can be stably oxidized by a dopant and exhibit better semiconductor properties. In the power generation device of the present invention, since the hole transport layer contains the compound (1), the ionization potential of the hole transport layer can be set to a suitable range described later, and high power generation efficiency can be achieved under low illuminance. can do.

一般的に半導体化合物とは、半導体特性を示す半導体材料として使用可能な化合物のことを言う。本明細書において「半導体特性」は、固体状態におけるキャリア移動度の大きさによって定義される。キャリア移動度とは、周知であるように、電荷(電子又は正孔)がどれだけ速く(又は多く)移動され得るかを示す一つの指標である。 A semiconductor compound generally refers to a compound that can be used as a semiconductor material that exhibits semiconductor properties. As used herein, "semiconductor properties" are defined by the magnitude of carrier mobility in the solid state. Carrier mobility, as is well known, is a measure of how fast (or how much) a charge (electron or hole) can be moved.

具体的には、本明細書における「半導体」は、室温(25℃)におけるキャリア移動度が好ましくは1.0×10-6cm/V・s以上、より好ましくは1.0×10-5cm/V・s以上、さらに好ましくは5.0×10-5cm/V・s以上、特に好ましくは1.0×10-4cm/V・s以上である。なお、キャリア移動度は、例えば、電界効果トランジスタのIV特性の測定、又はタイムオブフライト法等により測定することができる。 Specifically, the “semiconductor” in this specification preferably has a carrier mobility of 1.0×10 −6 cm 2 /V·s or more at room temperature (25° C.), more preferably 1.0×10 It is 5 cm 2 /V·s or more, more preferably 5.0×10 −5 cm 2 /V·s or more, and particularly preferably 1.0×10 −4 cm 2 /V·s or more. Note that the carrier mobility can be measured, for example, by measuring IV characteristics of a field effect transistor or by a time-of-flight method.

式(Q1-1)、(Q2-1)、(Q3-1)におけるR~R18の選択肢であるハロゲン原子としては、フッ素原子及び塩素原子が挙げられる。
~R18の選択肢である有機基は、脂肪族基でも芳香族基でもよい。中でも、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基または芳香族基が好ましい。
Halogen atoms as options for R 1 to R 18 in formulas (Q1-1), (Q2-1) and (Q3-1) include fluorine and chlorine atoms.
The organic groups that are options for R 1 -R 18 may be aliphatic or aromatic groups. Among them, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, an aryloxy group or an aromatic group is preferred.

~R18の選択肢である芳香族基は、芳香族炭化水素基であってもよいし、芳香族複素環式基であってもよい。また、単環構造又は多環構造の何れでもよく、縮合環構造を有していてもよいし、これらが任意の2価の連結基又は単結合(直接結合)によって連結された構造を有していてもよい。 The aromatic groups that are optional for R 1 -R 18 may be aromatic hydrocarbon groups or aromatic heterocyclic groups. In addition, it may be either a monocyclic structure or a polycyclic structure, may have a condensed ring structure, or have a structure in which these are connected by any divalent linking group or single bond (direct bond) may be

~R18の選択肢である芳香族炭化水素基、及びR~R18の選択肢であるアリールオキシ基が有するアリール基としては、例えば、下記[芳香族炭化水素群P1]に由来する基を挙げることができる。また、R~R18の選択肢である芳香族複素環基としては、例えば、下記[芳香族複素環群P2]に由来する基を挙げることができる。 Examples of the aryl group possessed by the aromatic hydrocarbon group as an option for R 1 to R 18 and the aryloxy group as an option for R 1 to R 18 include groups derived from the following [aromatic hydrocarbon group P1] can be mentioned. Further, examples of the aromatic heterocyclic group that can be selected for R 1 to R 18 include groups derived from the following [aromatic heterocyclic group P2].

[芳香族炭化水素群P1]
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、フルオレン環などの、6員環の単環又は2~5縮合環。
[Aromatic hydrocarbon group P1]
6-membered monocyclic ring such as benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, perylene ring, tetracene ring, pyrene ring, benzpyrene ring, chrysene ring, triphenylene ring, acenaphthene ring, fluoranthene ring, fluorene ring, or two to 5 condensed rings.

[芳香族複素環群P2]
フラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、フェナントリジン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環、アズレン環などの、5又は6員環の単環又は2~4縮合環。
[Aromatic heterocyclic ring group P2]
furan ring, benzofuran ring, thiophene ring, benzothiophene ring, pyrrole ring, pyrazole ring, imidazole ring, oxadiazole ring, indole ring, carbazole ring, pyrroloimidazole ring, pyrrolopyrazole ring, pyrrolopyrrole ring, thienopyrrole ring, thienothiophene ring, furopyrrole ring, furofuran ring, thienofuran ring, benzisoxazole ring, benzisothiazole ring, benzimidazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, triazine ring, quinoline ring, isoquinoline ring, shinoline ring, quinoxaline 5- or 6-membered monocyclic or 2-4 condensed rings such as ring, phenanthridine ring, benzimidazole ring, perimidine ring, quinazoline ring, quinazolinone ring and azulene ring.

~R18は、有機溶剤に対する溶解性及び耐熱性の点から、置換基を有していてもよい芳香族基が好ましく、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、トリフェニレン環、ピレン環、チオフェン環、ピリジン環、フルオレン環からなる群より選ばれる環由来の基がより好ましい。 From the viewpoint of solubility in organic solvents and heat resistance, R 1 to R 18 are preferably aromatic groups which may have substituents, such as benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, triphenylene ring, pyrene ring. A ring-derived group selected from the group consisting of a ring, a thiophene ring, a pyridine ring, and a fluorene ring is more preferred.

また、前記群から選ばれる1種又は2種以上の環を直接結合、又は-CH=CH-基により連結した基も好ましく、ビフェニレン及びターフェニレンに由来する基がさらに好ましい。
がRと結合する単結合である場合のR-R基、R10及びR11が互いに結合して環を形成した場合のR10-R11基、及びR16及びR17は互いに結合して環を形成した場合のR16-R17基は、ビフェニレン基又はターフェニレン基であることが好ましい。
A group in which one or two or more rings selected from the above group are directly bonded or linked by a -CH=CH- group is also preferred, and a group derived from biphenylene and terphenylene is more preferred.
R 5 -R 1 group when R 5 is a single bond bonded to R 1 , R 10 -R 11 group when R 10 and R 11 are bonded together to form a ring, and R 16 and R 17 are preferably a biphenylene group or a terphenylene group when the R 16 -R 17 groups are bonded to each other to form a ring.

~R18が有してもよい置換基は、非架橋性の置換基であることが好ましい。非架橋性の置換基とは、架橋性基を含まない基を意味する。すなわち、R~R18は、置換基を有してもよいが、架橋性基を含む置換基を有しないことが好ましい。 The substituents that R 1 to R 18 may have are preferably non-crosslinkable substituents. A non-crosslinkable substituent means a group that does not contain a crosslinkable group. That is, R 1 to R 18 may have substituents, but preferably do not have substituents containing crosslinkable groups.

ここで、架橋性基とは、熱及び/又は活性エネルギー線の照射により近傍に位置するほかの分子の同一又は異なる基と反応して、新規な化学結合を生成する基のことをいう。
非架橋性の置換基としては、特に制限はないが、例えば、下記[置換基群Z1]から選ばれる1種又は2種以上を挙げることができる。
The term "crosslinkable group" as used herein refers to a group that reacts with the same or different groups of other nearby molecules to form new chemical bonds by heat and/or irradiation with active energy rays.
The non-crosslinkable substituents are not particularly limited, but include, for example, one or more selected from the following [substituent group Z1].

[置換基群Z1]
メチル基、エチル基等の好ましくは炭素数1~24、更に好ましくは炭素数1~12のアルキル基;
フェノキシ基、ナフトキシ基、ピリジルオキシ基等の好ましくは炭素数4~36、更に好ましくは炭素数5~24のアリールオキシ基;
メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の好ましくは炭素数2~24、更に好ましくは炭素数2~12のアルコキシカルボニル基;
ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等の好ましくは炭素数2~24、更に好ましくは炭素数2~12のジアルキルアミノ基;
[Substituent group Z1]
preferably an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms such as a methyl group or an ethyl group;
An aryloxy group preferably having 4 to 36 carbon atoms, more preferably 5 to 24 carbon atoms such as a phenoxy group, a naphthoxy group, a pyridyloxy group;
An alkoxycarbonyl group preferably having 2 to 24 carbon atoms, more preferably 2 to 12 carbon atoms such as a methoxycarbonyl group or an ethoxycarbonyl group;
Dialkylamino groups preferably having 2 to 24 carbon atoms, more preferably 2 to 12 carbon atoms such as dimethylamino group and diethylamino group;

アセチル基、ベンゾイル基等の好ましくは炭素数2~24 、好ましくは炭素数2~12のアシル基;
フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;
トリフルオロメチル基等の好ましくは炭素数1~2、更に好ましくは炭素数1~6のハロアルキル基;
メチルチオ基、エチルチオ基等の好ましくは炭素数1~24、更に好ましくは炭素数1~12のアルキルチオ基;
フェニルチオ基、ナフチルチオ基、ピリジルチオ基等の好ましくは炭素数4~36、更に好ましくは炭素数5~24のアリールチオ基;
トリメチルシロキシ基、トリフェニルシロキシ基等の好ましくは炭素数2~36、更に好ましくは炭素数3~24のシロキシ基;
シアノ基;
フェニル基、ナフチル基等の好ましくは炭素数6~36、更に好ましくは炭素数6~24の芳香族炭化水素基;
チエニル基、ピリジル基等の好ましくは炭素数3~36、更に好ましくは炭素数4~24の芳香族複素環基;
上記各置換基は、さらに置換基を有していてもよく、その例としては前記置換基群Z1に例示した基を挙げることができる。
Acyl groups preferably having 2 to 24 carbon atoms, preferably 2 to 12 carbon atoms such as acetyl group and benzoyl group;
halogen atoms such as fluorine atoms and chlorine atoms;
preferably a haloalkyl group having 1 to 2 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms, such as a trifluoromethyl group;
preferably an alkylthio group having 1 to 24 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms such as a methylthio group and an ethylthio group;
An arylthio group preferably having 4 to 36 carbon atoms, more preferably 5 to 24 carbon atoms such as a phenylthio group, a naphthylthio group, a pyridylthio group;
siloxy groups preferably having 2 to 36 carbon atoms, more preferably 3 to 24 carbon atoms such as trimethylsiloxy group and triphenylsiloxy group;
cyano group;
Aromatic hydrocarbon groups preferably having 6 to 36 carbon atoms, more preferably 6 to 24 carbon atoms such as phenyl group and naphthyl group;
An aromatic heterocyclic group preferably having 3 to 36 carbon atoms, more preferably 4 to 24 carbon atoms such as thienyl group and pyridyl group;
Each of the above substituents may further have a substituent, examples of which include the groups exemplified in the substituent group Z1.

置換基群Z1の式量としては、さらに置換した基を含めて500以下が好ましく、250以下がさらに好ましい。
有機溶媒に対する溶解性が向上する点で、R~R18が有してもよい置換基群Z1としては、各々独立に、炭素数1~12のアルキル基及び炭素数1~12のアルコキシ基が好ましい。
The formula weight of the substituent group Z1 is preferably 500 or less, more preferably 250 or less, including the further substituted groups.
From the viewpoint of improving the solubility in organic solvents, the substituent group Z1 which R 1 to R 18 may have is each independently an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms and an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms. is preferred.

~R18が有してもよい架橋性の置換基としては、特に制限はないが、例えば、下記[置換基群Z2]から選ばれる1種又は2種以上を挙げることができる。
[置換基群Z2]
The crosslinkable substituents that R 1 to R 18 may have are not particularly limited, but include, for example, one or more selected from the following [substituent group Z2].
[Substituent group Z2]

Figure 2023063837000006
Figure 2023063837000006

式中、R21~R25は、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。Ar41は置換基を有していてもよい芳香族基を表す。尚、ベンゾシクロブテン環は、置換基を有していてもよい。また、置換基同士が環を形成していてもよい。 In the formula, R 21 to R 25 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group. Ar41 represents an aromatic group optionally having a substituent. Incidentally, the benzocyclobutene ring may have a substituent. Moreover, the substituents may form a ring.

架橋性基としてはエポキシ基、オキセタン基などの環状エーテル基、ビニルエーテル基などのカチオン重合性基が、反応性が高く有機溶剤に対する架橋が容易な点で好ましい。中でも、カチオン重合の速度を制御しやすい点でオキセタン基が特に好ましく、カチオン重合の際にヒドロキシル基生成による素子の劣化が起こり難い点でビニルエーテル基が好ましい。 As the crosslinkable group, a cyclic ether group such as an epoxy group or an oxetane group, or a cationically polymerizable group such as a vinyl ether group is preferable in terms of high reactivity and easy crosslinkage with an organic solvent. Among them, an oxetane group is particularly preferable because the rate of cationic polymerization can be easily controlled, and a vinyl ether group is preferable because deterioration of the device due to generation of hydroxyl groups during cationic polymerization hardly occurs.

化合物(1)は、式(I)におけるQ1が下記式(Q1-2)で表される基であり、Q2が下記式(Q2-2)で表される基であり、Q3が下記式(Q3-2)で表される基であることが好ましい。 In compound (1), Q1 in formula (I) is a group represented by the following formula (Q1-2), Q2 is a group represented by the following formula (Q2-2), and Q3 is a group represented by the following formula ( A group represented by Q3-2) is preferable.

Figure 2023063837000007
Figure 2023063837000007

式(Q1-2)、(Q2-2)、(Q3-2)において、R31~R36は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子または置換基を有していてもよい有機基を表す。R~R、R~R、R、R12、R13、R14、R15、R18は、各々前記式(Q1-1)、(Q2-1)、(Q3-1)におけるものと同じである。
31~R36としては、アルキル基が好ましく、炭素数1~24のアルキル基がより好ましく、炭素数1~12のアルキル基がさらに好ましく、メチル基及びエチル基が特に好ましい。
In formulas (Q1-2), (Q2-2) and (Q3-2), R 31 to R 36 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom or an optionally substituted organic group. . R 2 to R 4 , R 6 to R 8 , R 9 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 and R 18 are represented by the above formulas (Q1-1), (Q2-1) and (Q3-1), respectively. ) is the same as in
R 31 to R 36 are preferably alkyl groups, more preferably alkyl groups having 1 to 24 carbon atoms, still more preferably alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms, and particularly preferably methyl and ethyl groups.

式(I)におけるn及びnは1~8であることが好ましく、2~6であることがより好ましい。n及びnは1~8であることが好ましく、2~6であることがより好ましい。
~nが上記好ましい範囲であることにより、電子分布が非局在化による正孔輸送能と一定の深さのイオン化ポテンシャル(HOMO)を担保しつつ、溶媒への溶解性を維持しやすくなり、成膜性との両立が可能となる。
また、分子内における電荷の局在化を防ぎ、電荷移動能を担保するために対称性を保持できる点から、式(I)におけるnはnと同じであり、nはnと同じであることが好ましい。
n 1 and n 2 in formula (I) are preferably 1-8, more preferably 2-6. n 3 and n 4 are preferably 1-8, more preferably 2-6.
When n 1 to n 4 are in the above preferable range, the solubility in a solvent is maintained while securing the hole transport ability and the ionization potential (HOMO) at a certain depth due to the delocalization of the electron distribution. It becomes easier, and compatibility with film-forming property becomes possible.
In addition, n 1 in formula (I) is the same as n 2 , and n 3 is n 4 because symmetry can be maintained in order to prevent localization of charges in the molecule and to ensure charge transfer ability. preferably the same.

化合物(1)の分子量は、堅牢性及び耐熱性の点では高いことが好ましく、また、一方で、溶媒への溶解性の点では低いことが好ましい。そこで、化合物(1)の分子量は、200以上であることが好ましく、400以上であることがより好ましい。また、一方で、3000以下であることが好ましく、2000以下であることがより好ましい。 The molecular weight of compound (1) is preferably high from the standpoint of robustness and heat resistance, and is preferably low from the standpoint of solubility in a solvent. Therefore, the molecular weight of compound (1) is preferably 200 or more, more preferably 400 or more. On the other hand, it is preferably 3000 or less, more preferably 2000 or less.

~R18の各式量(RがRと結合する単結合である場合はR-R基、R10及びR11が互いに結合して環を形成した場合はR10-R11基、及びR16及びR17は互いに結合して環を形成した場合はR16-R17基の各式量)は、堅牢性及び耐熱性の点では高いことが好ましく、また、一方で、溶媒への溶解性の点では低いことが好ましい。そこで、R~R18の各式量は、置換基を有する場合はこれも含め、72以上であることが好ましく、144以上であることがより好ましい。また、一方で、1000以下であることが好ましく、600以下であることがより好ましい。 Each formula weight of R 1 to R 18 (R 5 -R 1 group when R 5 is a single bond bonding to R 1 , R 10 - when R 10 and R 11 are bonded to each other to form a ring) R 11 group, and when R 16 and R 17 are bonded to each other to form a ring, each formula weight of R 16 -R 17 groups) is preferably high from the viewpoint of robustness and heat resistance. In terms of solubility in a solvent, it is preferably low. Therefore, the formula weight of each of R 1 to R 18 is preferably 72 or more, more preferably 144 or more, including any substituents. On the other hand, it is preferably 1000 or less, more preferably 600 or less.

化合物(1)では、式(I)の主鎖にあるトリアリールアミン構造(3つの芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基が同じ窒素原子に結合している構造)が2つのベンゼン環に連続することにより、正孔輸送性への関与が強まっている。
また、トリアリールアミン構造に架橋性の官能基が存在しない場合、架橋性の官能基を有する化合物に比べ、正孔輸送性に関与しない構成を減らしやすい分、正孔輸送性に強く関与できる。
さらに、トリアリールアミン構造に架橋性の官能基が存在しない場合、合成する際、架橋性基を導入するための原料を使用する必要がない。そのため、製造コストも安価である。
In compound (1), a triarylamine structure (a structure in which three aromatic hydrocarbon groups or aromatic heterocyclic groups are bonded to the same nitrogen atom) in the main chain of formula (I) is attached to two benzene rings. Continuity enhances the contribution to hole transport properties.
In addition, when the triarylamine structure does not have a crosslinkable functional group, compared to a compound having a crosslinkable functional group, it is easier to reduce the number of structures that are not involved in hole-transporting properties, so that it can be strongly involved in hole-transporting properties.
Furthermore, when no crosslinkable functional group exists in the triarylamine structure, it is not necessary to use a raw material for introducing a crosslinkable group during synthesis. Therefore, the manufacturing cost is also low.

化合物(1)の合成方法は、特に限定されないが、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る。
正孔輸送層中の化合物(1)の構造や含有量は、例えば、H-NMR、高効率液体クロマトグラフ(HPLC)、液体クロマトグラフィー質量分析法(LC-MS)等の方法により分析することができる。
The method for synthesizing compound (1) is not particularly limited, but it can be synthesized, for example, by the method described in JP-A-2009-263665.
The structure and content of compound (1) in the hole-transporting layer are analyzed by methods such as 1 H-NMR, high-efficiency liquid chromatography (HPLC), and liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS). be able to.

<発電デバイス>
本発明に係る発電デバイスについて、その模式的な断面図である図1を用いて説明する。図1は、本発明に係る発電デバイスの実施形態の一例である発電デバイス100の模式的な断面図である。発電デバイス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。下部電極101と活性層103との間にバッファ層102が配置されていてもよい。バッファ層102は、例えば正孔輸送層とすることができる。また、上部電極105と活性層103との間にバッファ層104が配置されていてもよい。バッファ層104は、例えば電子輸送層とすることができる。逆に、バッファ層102とバッファ層104が、それぞれ電子輸送層と正孔輸送層であっても構わない。発電デバイス100は、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図示しないその他の層を有していてもよい。
<Power generation device>
A power generation device according to the present invention will be described with reference to FIG. 1, which is a schematic cross-sectional view thereof. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a power generation device 100, which is an example of an embodiment of the power generation device according to the present invention. In the power generation device 100, a lower electrode 101, an active layer 103, and an upper electrode 105 are arranged in this order. A buffer layer 102 may be arranged between the lower electrode 101 and the active layer 103 . The buffer layer 102 can be, for example, a hole transport layer. A buffer layer 104 may be arranged between the upper electrode 105 and the active layer 103 . The buffer layer 104 can be, for example, an electron transport layer. Conversely, buffer layer 102 and buffer layer 104 may be an electron transport layer and a hole transport layer, respectively. The power generation device 100 may have a substrate 106 and may have other layers not shown such as an insulator layer and a work function tuning layer.

[活性層]
図1の実施形態において、活性層103は光電変換が行われる層である。発電デバイス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。
本実施形態において、活性層は有機無機ハイブリッド型半導体化合物を含有する。有機無機ハイブリッド型半導体化合物とは、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化合物であって、半導体特性を示す化合物のことをいう。
[Active layer]
In the embodiment of FIG. 1, the active layer 103 is the layer in which photoelectric conversion takes place. When the power generation device 100 receives light, the light is absorbed by the active layer 103 to generate carriers, and the generated carriers are extracted from the lower electrode 101 and the upper electrode 105 .
In this embodiment, the active layer contains an organic-inorganic hybrid semiconductor compound. An organic-inorganic hybrid semiconductor compound is a compound in which an organic component and an inorganic component are combined at the molecular level or nano level, and is a compound exhibiting semiconductor properties.

本実施形態において、有機無機ハイブリッド型半導体化合物は、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いう。ペロブスカイト構造とは灰チタン石(CaTiO;ペロブスカイト)などABXの組成であらわされる結晶構造である。このABX組成をとるペロブスカイト構造では、Bサイトイオンの周りを6個のXイオンが規則的に取り囲み、BX八面体を形成する構造をとる。
In the present embodiment, the organic-inorganic hybrid semiconductor compound is preferably a compound having a perovskite structure (hereinafter sometimes referred to as a perovskite semiconductor compound).
A perovskite semiconductor compound is a semiconductor compound having a perovskite structure. The perovskite structure is a crystal structure represented by a composition of ABX 3 such as perovskite (CaTiO 3 ; perovskite). In the perovskite structure having this ABX 3 composition, six X ions regularly surround the B site ion to form a BX 6 -octahedron.

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。また、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価のアニオンをさす。 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. Further, for example, perovskite semiconductor compounds include AMX 3- type compounds represented by the general formula AMX 3 and A 2 MX 4- type compounds represented by the general formula A 2 MX 4 . Here, M is a divalent cation, A is a monovalent cation, and X is 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を組み合わせて用いてもよい。 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. Moreover, as the cation A, two or more kinds of cations may be used in combination.

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を組み合わせて用いてもよい。なお、安定な発電デバイスを得る観点からは、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+ ). Moreover, as the cation M, two or more kinds of cations may be used in combination. From the viewpoint of obtaining a stable power generation 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。 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.

本発明に係る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。Xは、1種類でも任意の組み合わせと比率で2種類以上を用いてもよい。ここで、上述の活性層のバンドギャップは、Xの種類や組み合わせにより調整することができる。活性層のバンドギャップが適度に狭くなりやすいことから、Xは塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオン等のハロゲン化物イオンが好ましく、臭化物イオン及びヨウ化物イオン等がより好ましい。 In one embodiment of the present invention, X includes halide ions or combinations of halide ions and other anions. One type of X may be used, or two or more types may be used in any combination and ratio. Here, the bandgap of the active layer described above can be adjusted by the type and combination of X. X is preferably a halide ion such as chloride ion, bromide ion and iodide ion, more preferably bromide ion and iodide ion, since the bandgap of the active layer tends to be moderately narrowed.

ペロブスカイト半導体化合物は、ハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物が好ましい。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。 The perovskite semiconductor compound is preferably a halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compound. 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 in which CH 3 NH 3 is replaced with CFH 2 NH 3 , CF 2 HNH 3 , or CF 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.

活性層は、2種類以上の有機無機ハイブリッド型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種類以上の有機無機ハイブリッド型半導体化合物が活性層に含まれていてもよい。また活性層は、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であってもよい。 The active layer may contain two or more organic-inorganic hybrid semiconductor compounds. For example, the active layer may contain two or more organic-inorganic hybrid semiconductor compounds in which at least one of A, B and X is different. The active layer may also be a laminate structure formed of multiple layers containing different materials or having different components.

活性層に含まれる有機無機ハイブリッド型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、より好ましくは70質量%以上であり、さらに好ましくは80質量%以上とすることがよい。活性層に含まれる有機無機ハイブリッド型半導体化合物の量の上限は特にない。また、活性層には、活性層に含まれる有機無機ハイブリッド型半導体化合物以外の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 organic-inorganic hybrid semiconductor compound contained in the active layer is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and still more preferably 80% by mass so as to obtain good semiconductor properties. The above should be considered. There is no particular upper limit to the amount of the organic-inorganic hybrid semiconductor compound contained in the active layer. Further, the active layer may contain additives other than the organic-inorganic hybrid semiconductor compound contained in the active layer. Examples of additives include inorganic or organic compounds, such as halides, oxides, or inorganic salts such as sulfides, sulfates, nitrates or ammonium salts.

活性層のイオン化ポテンシャルは、白色光を与える可視光領域の光源に対し、長波長領域の吸収可能域が充分に満たされ、発電効率が高くなりやすい点では、高いことが好ましい。そこで、具体的には、-6.0eV以上が好ましく、-5.95eV以上がより好ましく、-5.9eV以上がさらに好ましい。
また、一方で、活性層のイオン化ポテンシャルは、可視光領域の光源に対し、得られる電圧のロスを低減でき、発電効率が高くなりやすい点では、低いことが好ましい。そこで、具体的には、-5.7eV以下が好ましく、-5.8eV以下がより好ましい。
The ionization potential of the active layer is preferably high in terms of sufficiently filling the absorbable region in the long wavelength region with respect to the light source in the visible light region that emits white light and easily increasing the power generation efficiency. Therefore, specifically, -6.0 eV or more is preferable, -5.95 eV or more is more preferable, and -5.9 eV or more is even more preferable.
On the other hand, it is preferable that the ionization potential of the active layer is low from the viewpoint of reducing the loss of the voltage obtained with respect to the light source in the visible light region and easily increasing the power generation efficiency. Therefore, specifically, -5.7 eV or less is preferable, and -5.8 eV or less is more preferable.

活性層のバンドギャップは、屋内光等の低照度光によって半導体中に生成する励起子を正負電荷に分離する際に必要なエネルギーが充分に満たされ、発電効率が高くなりやすい点では、大きいことが好ましい。そこで、具体的には、1.6以上が好ましく、1.65eV以上がより好ましく、1.7eV以上がさらに好ましく、1.75eV以上が特に好ましい。
また、一方で、活性層のバンドギャップは、屋内光等によって生成する励起子に対し適度なエネルギーとなり(エネルギー過剰とならず)、発電効率が高くなりやすい点では、小さいことが好ましい。そこで、具体的には、2.3eV以下が好ましく、2.25eV以下がより好ましく、2.2eV以下がさらに好ましく、2.15eV以下が最も好ましい。
The bandgap of the active layer should be large in that the energy required for separating the excitons generated in the semiconductor by low-intensity light such as indoor light into positive and negative charges is sufficiently satisfied, and the power generation efficiency tends to be high. is preferred. Therefore, specifically, it is preferably 1.6 or more, more preferably 1.65 eV or more, still more preferably 1.7 eV or more, and particularly preferably 1.75 eV or more.
On the other hand, the bandgap of the active layer is preferably small in that it provides an appropriate amount of energy for excitons generated by indoor light or the like (does not result in excess energy) and tends to increase power generation efficiency. Therefore, specifically, it is preferably 2.3 eV or less, more preferably 2.25 eV or less, still more preferably 2.2 eV or less, and most preferably 2.15 eV or less.

また、屋内や室内において広範に用いられる可視光光源である蛍光灯やLED灯等の低照度光源に対する、発電効率を特に向上させやすいことから、活性層のイオン化ポテンシャルとバンドギャップが共に上述の好ましい範囲であることが特に好ましい。すなわち、具体的には、活性層のイオン化ポテンシャルが-6.0eV以上-5.7eV以下であり、かつ、そのバンドギャップが1.6eV以上2.3eV以下であることが特に好ましい。 In addition, since it is particularly easy to improve the power generation efficiency for low-illuminance light sources such as fluorescent lamps and LED lamps, which are visible light sources widely used indoors and indoors, both the ionization potential and bandgap of the active layer are the above-mentioned preferable. A range is particularly preferred. More specifically, it is particularly preferable that the active layer has an ionization potential of -6.0 eV or more and -5.7 eV or less and a bandgap of 1.6 eV or more and 2.3 eV or less.

活性層のイオン化ポテンシャルを上記所望の範囲に調整する方法としては、例えば、有機無機ハイブリッド型半導体化合物の種類により調整することができる。具体的には、例えば、上述のペロブスカイト半導体化合物を用いる場合、そのカチオンの種類により調整することができる。より具体的には、後述するペロブスカイト半導体化合物形成のために用いる前駆体である有機もしくは無機アンモニウム塩の組成を、変更成分を含む組成比率で混合し、処理することなどによって適宜調整することが挙げられる。 As a method of adjusting the ionization potential of the active layer to the desired range, for example, it can be adjusted by the kind of the organic-inorganic hybrid semiconductor compound. Specifically, for example, when the above perovskite semiconductor compound is used, it can be adjusted depending on the type of its cation. More specifically, the composition of an organic or inorganic ammonium salt, which is a precursor used for forming a perovskite semiconductor compound described below, is mixed at a composition ratio containing a modified component, and the mixture is appropriately adjusted by, for example, processing. be done.

また、活性層のバンドギャップを上記所望の範囲に調整する方法としては、例えば、有機無機ハイブリッド型半導体化合物の種類により調整することができる。具体的には、例えば、上述のペロブスカイト半導体化合物を用いる場合、そのアニオンの種類や比率により調整することができる。より具体的には、後述するペロブスカイト半導体化合物形成のために前駆体として用いる金属ハロゲン化合物のハロゲン種類比率の選択、あるいは、前駆体として用いる有機もしくは無機アンモニウム塩の組成を、対応するハロゲン組成を、変更成分を含む組成比率で混合し、処理することなどが挙げられる。 As a method for adjusting the bandgap of the active layer to the desired range, for example, it can be adjusted according to the type of the organic-inorganic hybrid semiconductor compound. Specifically, for example, when the perovskite semiconductor compound described above is used, it can be adjusted by the type and ratio of its anions. More specifically, the selection of the halogen type ratio of the metal halide compound used as a precursor for forming the perovskite semiconductor compound described later, or the composition of the organic or inorganic ammonium salt used as the precursor, the corresponding halogen composition, For example, they may be mixed in a composition ratio containing the modified component and processed.

活性層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、活性層の厚さは、厚いことが好ましい。具体的には、10nm以上が好ましく、50nm以上がより好ましく、100nm以上がさらに好ましく、150nm以上が特に好ましく、200nm以上が最も好ましい。一方で、直列抵抗が下がり、電荷の取出し効率が高くなりやすい点では薄いことが好ましい。具体的には、活性層の厚さは、1500nm以下が好ましく、1200nm以下がより好ましく、800nm以下がさらに好ましい。すなわち、活性層の厚さは、200nm以上800nm以下が殊更好ましい。 There is no particular limitation on the thickness of the active layer. The thickness of the active layer is preferably thick because it can absorb more light. Specifically, it is preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, still more preferably 100 nm or more, particularly preferably 150 nm or more, and most preferably 200 nm or more. On the other hand, a thin layer is preferable in that the series resistance is reduced and the charge extraction efficiency is likely to be increased. Specifically, the thickness of the active layer is preferably 1500 nm or less, more preferably 1200 nm or less, and even more preferably 800 nm or less. That is, the thickness of the active layer is particularly preferably 200 nm or more and 800 nm or less.

活性層の形成方法は特に限定されず、任意の方法により形成することができる。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。簡易に活性層を形成できる点で、塗布法が好ましい。例えば、有機無機ハイブリッド型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を形成する方法が挙げられる。また、塗布液を塗布した後で、有機無機ハイブリッド型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、有機無機ハイブリッド型半導体化合物を析出させることもできる。 The method of forming the active layer is not particularly limited, and it can be formed by any method. Specific examples include a coating method and a vapor deposition method (or a co-evaporation method). The coating method is preferable because the active layer can be easily formed. For example, there is a method of forming an active layer by applying a coating liquid containing an organic-inorganic hybrid semiconductor compound or a precursor thereof and, if necessary, drying by heating. Further, after applying the coating liquid, the organic-inorganic hybrid semiconductor compound can be precipitated by further applying a solvent in which the organic-inorganic hybrid semiconductor compound has low solubility.

有機無機ハイブリッド型半導体化合物の前駆体とは、塗布液として塗布した後に有機無機ハイブリッド型半導体化合物となる化合物のことをいう。具体的な例として、加熱することにより有機無機ハイブリッド型半導体化合物となる有機無機ハイブリッド型半導体化合物前駆体を用いることができる。 A precursor of an organic-inorganic hybrid semiconductor compound means a compound that becomes an organic-inorganic hybrid semiconductor compound after being applied as a coating liquid. As a specific example, an organic-inorganic hybrid semiconductor compound precursor that becomes an organic-inorganic hybrid semiconductor compound by heating can be used.

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、塗布液を作製し、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を作製することができる。溶媒としては、有機無機ハイブリッド型半導体化合物及び任意成分の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。 For example, a compound represented by the general formula AX, a compound represented by the general formula MX2 , and a solvent are mixed and heated and stirred to prepare a coating liquid, and the coating liquid is applied and heated. By drying, an active layer containing a perovskite semiconductor compound represented by the general formula AMX 3 can be produced. The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the organic-inorganic hybrid semiconductor compound and optional additives, and examples thereof include organic solvents such as N,N-dimethylformamide.

また、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得た塗布液を塗布し、その後、一般式AXで表される化合物と溶媒とを混合して得た塗布液を塗布することにより、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を作製してもよい。 Further, a coating liquid obtained by mixing a compound represented by the general formula MX2 and a solvent and heating and stirring is applied, and then the compound represented by the general formula AX and the solvent are mixed. An active layer containing a perovskite semiconductor compound represented by the general formula AMX 3 may be produced by applying a coating liquid.

塗布液の塗布方法としては任意の方法により行うことができるが、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 to apply 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.

本発明の発電デバイスにおける活性層は、ペロブスカイト半導体化合物以外の有機無機ハイブリッド型半導体化合物を含有してもよい。ペロブスカイト半導体化合物以外の有機無機ハイブリッド型半導体化合物としては、有機アルコキシド配位型金属酸化物、有機分子配位型遷移金属錯体などが挙げられる。 The active layer in the power generation device of the present invention may contain an organic-inorganic hybrid semiconductor compound other than the perovskite semiconductor compound. Examples of organic-inorganic hybrid semiconductor compounds other than perovskite semiconductor compounds include organic alkoxide coordination metal oxides and organic molecular coordination transition metal complexes.

前述のとおり、本実施形態の発電デバイスにおいて、前記活性層のイオン化ポテンシャルが-6.0eV以上-5.7eV以下であり、かつ、前記活性層のバンドギャップが1.6eV以上2.3eV以下であるとともに、前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルが-5.8eV以上-5.2eV以下であることが好ましい。 As described above, in the power generation device of the present embodiment, the ionization potential of the active layer is −6.0 eV or more and −5.7 eV or less, and the bandgap of the active layer is 1.6 eV or more and 2.3 eV or less. In addition, the ionization potential of the hole transport layer is preferably -5.8 eV or more and -5.2 eV or less.

イオン化ポテンシャルは、照射エネルギーが光電子をはじき出すのに必要な光の最低エネルギー(eV)である。
本明細書におけるイオン化ポテンシャルは、評価対象となる活性層又は正孔輸送層の表面に光をあてた際に、生成する光電子の数を酸素が必要なオープンカウンターで計測して得られる値である。
The ionization potential is the lowest energy (eV) of light required for the irradiation energy to eject a photoelectron.
The ionization potential as used herein is a value obtained by measuring the number of photoelectrons generated when light is applied to the surface of the active layer or hole transport layer to be evaluated using an open counter that requires oxygen. .

オープンカウンターでは、大気下で光電子を酸素分子に捕捉させることで、イオン化された酸素分子が計測される。すなわち、放出された光電子をイオン化された酸素分子として観測できる。
照射する光のエネルギーを上げていき、光電子の放出が始まる閾値が、イオン化ポテンシャル(eV)に相当する値となる。
The open counter measures ionized oxygen molecules by capturing photoelectrons in oxygen molecules in the atmosphere. That is, emitted photoelectrons can be observed as ionized oxygen molecules.
As the energy of the irradiated light is increased, the threshold at which photoelectron emission starts becomes a value corresponding to the ionization potential (eV).

評価対象の表面に対して、あるエネルギーの光をあてた際に生成する光電子の数は、基本的には、光を当てた最表面近傍の特性にのみ依存し、評価対象の膜厚や、評価対象の膜の下に形成された層の有無や評価対象の膜の下に形成された層の種類には影響されない。
そのため、測定に供する活性層又は正孔輸送層の厚さは厳密に揃える必要はなく、活性層については、例えば400nm~600nmの厚さで成膜して、測定に供すればよい。正孔輸送層については、例えば5nm~100nmの厚さで成膜して、測定に供すればよい。
The number of photoelectrons generated when light of a certain energy is applied to the surface to be evaluated basically depends only on the characteristics of the vicinity of the outermost surface irradiated with light, and the film thickness of the evaluation target, It is not affected by the presence or absence of a layer formed under the film to be evaluated and the type of layer formed under the film to be evaluated.
Therefore, it is not necessary to strictly match the thickness of the active layer or the hole transport layer used for measurement, and the active layer may be formed with a thickness of, for example, 400 nm to 600 nm and used for measurement. The hole transport layer may be formed to a thickness of, for example, 5 nm to 100 nm and used for measurement.

評価対象の膜の下に形成された層の有無や評価対象の膜の下に形成された層の種類は、実質的に測定結果に影響しないが、薄膜ITO(酸化インジウムスズ)を備えた導電性ガラスに評価対象のみを成膜して測定することは、少しでもノイズを減らし、結果の信頼性を高めるために有効である。
この場合に使用する薄膜ITOを備えた導電性ガラスは、市販品を使用することができる。薄膜ITOの抵抗値(表面抵抗率)は特に制限されず、例えば2Ω/sq.~1000Ω/sq.とすることができる。
Although the presence or absence of a layer formed under the film under evaluation and the type of layer formed under the film under evaluation do not substantially affect the measurement results, a conductive layer with thin ITO (indium tin oxide) It is effective to reduce noise and increase the reliability of the results by forming a film of only the object to be evaluated on the flexible glass and measuring it.
A commercial product can be used for the electrically conductive glass provided with the thin film ITO used in this case. The resistance value (surface resistivity) of the thin film ITO is not particularly limited, and can be, for example, 2Ω/sq. to 1000Ω/sq.

バンドギャップは、バンド構造における電子に占有された最も高いエネルギーバンド(価電子帯)の頂上から、最も低い空のバンド(伝導帯)の底までの間のエネルギー準位(およびそのエネルギーの差)である。
本明細書における活性層のバンドギャップは、活性層を構成する半導体化合物のバンドギャップと同値であるとみなし、その半導体化合物の吸収端波長と吸光度とから算出した値である。
The bandgap is the energy level (and the difference in energy between them) between the top of the highest energy band occupied by electrons in the band structure (the valence band) and the bottom of the lowest empty band (the conduction band) is.
The bandgap of the active layer in this specification is a value calculated from the absorption edge wavelength and absorbance of the semiconductor compound, which is assumed to be the same as the bandgap of the semiconductor compound forming the active layer.

[バッファ層]
図1において、バッファ層は、活性層103と一対の電極101、105の少なくとも一方との間に位置する層である。バッファ層は、例えば、活性層103から下部電極101又は上部電極105へのキャリア移動効率を向上させるために用いることができ、正孔輸送層又は電子輸送層であることが好ましく、正孔輸送層であることがより好ましい。
[Buffer layer]
In FIG. 1, the buffer layer is a layer located between the active layer 103 and at least one of the pair of electrodes 101 and 105 . The buffer layer can be used, for example, to improve the efficiency of carrier transfer from the active layer 103 to the lower electrode 101 or the upper electrode 105, and is preferably a hole transport layer or an electron transport layer. is more preferable.

[正孔輸送層]
正孔輸送層は、前述の化合物(1)を含有する。
化合物(1)は、拡張された共役部位成分を有することにより、電子を非局在化させることができ、安定性が高い。このため、本発明の発電デバイスは、正孔輸送層が化合物(1)を含有することにより、イオン化ポテンシャルを後述する好適な範囲とすることができ、低照度下で高い発電効率を発現することができる。
化合物(1)は、ポリトリアリールアミン等の高分子化合物に比べ、分子量分布がなく、高純度化しやすく、安価に製造しやすい点でも好ましい。
[Hole transport layer]
The hole transport layer contains compound (1) described above.
Compound (1) can delocalize electrons by having an extended conjugation site component, and has high stability. Therefore, in the power generation device of the present invention, since the hole transport layer contains the compound (1), the ionization potential can be set to a suitable range described later, and high power generation efficiency can be achieved under low illuminance. can be done.
Compound (1) is preferable in that it has no molecular weight distribution, is easy to be highly purified, and is easy to produce at low cost, as compared with polymer compounds such as polytriarylamine.

正孔輸送層に含まれる化合物(1)の含有量は、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルを後述する好適な範囲にすることが容易である点から多いことが好ましい。そこで、具体的には、正孔輸送層(総質量:100質量%)中に、40質量%以上含有されることが好ましく、50質量%以上含有されることがより好ましく、60質量%以上含有されることがさらに好ましい。ここで、上限は100質量%であるが、正孔輸送層形成時にドーパントの使用によりキャリア移動度を高める場合は、ドーパント由来の成分との合計量が100質量%であることが上限となる。 The content of the compound (1) contained in the hole transport layer is preferably large from the viewpoint that the ionization potential of the hole transport layer can be easily adjusted to the suitable range described below. Therefore, specifically, it is preferably contained in the hole transport layer (total mass: 100% by mass) in an amount of 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and more preferably 60% by mass or more. more preferably. Here, the upper limit is 100% by mass, but when the carrier mobility is increased by using a dopant when forming the hole transport layer, the total amount of the component derived from the dopant is 100% by mass.

正孔輸送層は、本発明の効果が奏される範囲で、化合物(1)以外の半導体化合物を含有しても構わない。その他の半導体化合物としては、例えば、従来公知の半導体化合物を用いてもよい。その他の有機半導体化合物としては、種々の低分子化合物及び高分子化合物が知られている。低分子の有機半導体化合物としては、多環芳香族化合物が挙げられ、具体例としてはテトラセン若しくはペンタセン等のアセン類化合物、オリゴチオフェン類化合物、フタロシアニン類化合物、ペリレン類化合物、ルブレン類化合物、化合物(1)以外のアリールアミン化合物、カルバゾール化合物等が挙げられる。また、高分子の有機半導体化合物としては、ポリチオフェン系ポリマー、ポリアセチレン系ポリマー、ポリアニリン系ポリマー、ポリフェニレン系ポリマー、ポリフェニレンビニレン系ポリマー、ポリフルオレン系ポリマー、若しくはポリピロール系ポリマーのような共役ポリマー、又はトリアリールアミンポリマーのようなアリールアミンポリマーが挙げられる。 The hole transport layer may contain a semiconductor compound other than the compound (1) as long as the effects of the present invention are exhibited. As other semiconductor compounds, for example, conventionally known semiconductor compounds may be used. Various low-molecular compounds and high-molecular compounds are known as other organic semiconductor compounds. Low-molecular-weight organic semiconductor compounds include polycyclic aromatic compounds, and specific examples include acene compounds such as tetracene or pentacene, oligothiophene compounds, phthalocyanine compounds, perylene compounds, rubrene compounds, compounds ( Arylamine compounds other than 1), carbazole compounds, and the like are included. Further, as the high-molecular organic semiconductor compound, polythiophene-based polymer, polyacetylene-based polymer, polyaniline-based polymer, polyphenylene-based polymer, polyphenylene vinylene-based polymer, polyfluorene-based polymer, or conjugated polymer such as polypyrrole-based polymer, or triaryl Arylamine polymers such as amine polymers are included.

正孔輸送層を形成する際は、前述の化合物(1)等の半導体化合物以外に、ドーパントを用いることが好ましい。ドーパントを用いることにより、その導電性や正孔輸送能力等の特性をコントロールすることができる。
ドーパントの量は、正孔輸送層の導電性や正孔輸送能力が向上しやすいことから多いことが好ましい。そこで、具体的には、ドーパントの量は、半導体化合物100質量部に対し、0.001質量部以上が好ましく、0.01質量部以上がより好ましく、0.05質量部以上がさらに好ましく、0.1質量部以上が特に好ましい。
When forming the hole transport layer, it is preferable to use a dopant in addition to the semiconductor compound such as the compound (1) described above. By using a dopant, properties such as conductivity and hole transport ability can be controlled.
A large amount of the dopant is preferable because the conductivity and the hole-transporting ability of the hole-transporting layer are likely to be improved. Therefore, specifically, the amount of the dopant is preferably 0.001 parts by mass or more, more preferably 0.01 parts by mass or more, further preferably 0.05 parts by mass or more, with respect to 100 parts by mass of the semiconductor compound. .1 part by mass or more is particularly preferred.

また、一方で、ドーパントの量は、発電デバイスのリーク電流の発生を抑制し、特に低照度環境下における発電効率が向上しやすいことから少ないことが好ましい。そこで、具体的には、半導体化合物100質量部に対し、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、12質量部以下がさらに好ましい。
すなわち、正孔輸送層の形成にドーパントを用いる場合におけるドーパントの量は、半導体化合物100質量部に対し、0.001~12質量部とすることが特に好ましい。
On the other hand, it is preferable that the amount of the dopant is small because it suppresses the generation of leakage current in the power generation device and facilitates the improvement of the power generation efficiency particularly in a low illumination environment. Therefore, specifically, it is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 15 parts by mass or less, and even more preferably 12 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the semiconductor compound.
That is, when a dopant is used to form the hole transport layer, the amount of the dopant is particularly preferably 0.001 to 12 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the semiconductor compound.

正孔輸送層の形成にドーパントを用いると、正孔輸送層の導電性や正孔輸送能力を活性層に対してより最適化することができる。
ドーパントとして使用できる物質としては、例えば、超原子価ヨウ素化合物、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又は成膜後に、少なくとも何れか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しやすい点で、超原子価ヨウ素化合物が好ましい。
The use of dopants in forming the hole transport layer allows the conductivity and hole transport capability of the hole transport layer to be more optimized relative to the active layer.
Substances that can be used as dopants include, for example, hypervalent iodine compounds, boron compounds such as tetrakis(pentafluorophenyl)borate, tris[1-(methoxycarbonyl)-2-(trifluoromethyl)-ethane-1,2 molybdenum compounds such as -dithiolene]molybdenum, and organic compounds having a tetracyanoquinodimethane skeleton such as 2,3,4,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane.
The dopant preferably undergoes a charge transfer reaction with at least one of the organic semiconductor compounds before or after forming the hole transport layer. As the dopant, a hypervalent iodine compound is preferred because it is highly soluble and easily produces an electron-accepting active site that functions as an oxidant by heating or the like.

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、有機半導体化合物から電子を奪うことにより、有機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。 Hypervalent iodine compounds are known to act as dopants for organic semiconductor compounds and exhibit electron-accepting properties (that is, act as oxidants). Also, the electron-accepting dopant can improve the conductivity or hole-transporting ability of the organic semiconductor compound by removing electrons from the organic semiconductor compound.

超原子価ヨウ素化合物は、超原子価ヨウ素を含む化合物であり、酸化数が3価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)化合物が好ましい。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が挙げられる。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 with a valence of 3 or higher in the oxidation number. For example, the dopant is preferably an iodine (III) compound or an iodine (V) compound. Examples of iodine (V) compounds containing pentavalent iodine include periodinane compounds 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はそれぞれ芳香族基を表す。芳香族基は特に限定されず、例えば芳香族炭化水素群P1で例示したような芳香族炭化水素基、芳香族複素環群P2で例示したような芳香族複素環式基等が挙げられる。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)ホウ酸イオン等が挙げられる。溶解性が高く、塗布液の生成反応が円滑に進行し得る点で、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 aromatic group. The aromatic group is not particularly limited, and examples thereof include aromatic hydrocarbon groups such as those exemplified in the aromatic hydrocarbon group P1 and aromatic heterocyclic groups such as those exemplified in the aromatic heterocyclic group P2. X represents any anion. X - includes, for example, halide ion, trifluoroacetate ion, tetrafluoroborate ion, tetrakis(pentafluorophenyl)borate ion, and the like. X 1 − is preferably an anion having a fluorine atom in terms of high solubility and smooth progress of the coating liquid production reaction.

ドーパントの好ましい例としては、下記式(II)に表されるものが挙げられる。式(II)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。
[R51-I-R52]X (II)
Preferred examples of dopants include those represented by the following formula (II). In formula (II), X - represents an arbitrary anion, and specific examples are as described above.
[R 51 -I + -R 52 ]X - (II)

式(II)において、R51及びR52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、脂肪族基及び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の脂肪族複素環式基が挙げられる。
具体的には、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 (II), R 51 and R 52 are each independently a monovalent organic group. Examples of monovalent organic groups include aliphatic groups and aromatic groups. Examples of aliphatic groups include aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms or aliphatic heterocyclic groups having 4 to 20 carbon atoms.
Specifically, for example, the aliphatic group includes an alkyl group containing 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, or a tetrahydro A furyl group and the like can be mentioned.

芳香族基としては、例えば、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。具体的には、例えば、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。 The aromatic group includes, for example, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms. Specific examples 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。置換基としては、例えば、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. Examples of substituents include halogen atoms, hydroxyl groups, cyano groups, amino groups, carboxyl groups, ester groups, alkylcarbonyl groups, acetyl groups, sulfonyl groups, silyl groups, boryl groups, nitrile groups, alkyl groups, alkenyl groups, and alkynyl groups. groups, alkoxy groups, thio groups, seleno groups, aromatic hydrocarbon groups, aromatic heterocyclic groups, and the like.

51及びR52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 51 and R 52 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.

ドーパントは、各種溶媒に溶解して半導体化合物と混合しやすく、加熱、光照射及び共酸化剤との混合などの処理により半導体化合物を酸化させやすく、均一成膜させやすい点などから、下記式(IVa)から(IVf)で示される何れかの部分構造を有することが好ましい。 The dopant dissolves in various solvents and is easily mixed with the semiconductor compound, and the semiconductor compound is easily oxidized by treatments such as heating, light irradiation, and mixing with a co-oxidizing agent, and is easy to form a uniform film. It preferably has any partial structure represented by IVa) to (IVf).

Figure 2023063837000008
Figure 2023063837000008

正孔輸送層のイオン化ポテンシャルは、活性層で生成する正孔に対するマッチングが良好となり、エネルギー損失を抑制しやすい点で特定の範囲であることが好ましい。具体的には、-5.8eV以上が好ましく、-5.75eV以上がより好ましく、-5.70eV以上がさらに好ましい。また、一方で、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルは、-5.2eV以下が好ましく、-5.4eV以下がより好ましく、-5.45eV以下がさらに好ましく、-5.5eV以下が特に好ましい。すなわち、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルは、-5.8eV以上-5.2eV以下であることが特に好ましい。 The ionization potential of the hole-transporting layer is preferably within a specific range in terms of good matching with holes generated in the active layer and easy suppression of energy loss. Specifically, it is preferably −5.8 eV or higher, more preferably −5.75 eV or higher, and even more preferably −5.70 eV or higher. On the other hand, the ionization potential of the hole transport layer is preferably −5.2 eV or less, more preferably −5.4 eV or less, still more preferably −5.45 eV or less, and particularly preferably −5.5 eV or less. That is, it is particularly preferable that the ionization potential of the hole transport layer is −5.8 eV or more and −5.2 eV or less.

正孔輸送層のイオン化ポテンシャルは、上述のとおり、化合物(1)を用いることにより、調整することができる。イオン化ポテンシャルを上記所望の範囲とするためのより詳細な方法としては、例えば、化合物(1)において、芳香族化合物の置換基の種類や位置を適切に配置することにより、化合物の電子状態を制御することが挙げられる。また、正孔輸送層に後述するドーパントなどを併用することなどによって、正孔輸送層に含有される化合物の電子状態を調整する、すなわち化合物の全体もしくは一部を酸化もしくは還元することなどが挙げられる。 The ionization potential of the hole transport layer can be adjusted by using compound (1) as described above. As a more detailed method for adjusting the ionization potential to the desired range, for example, in compound (1), the electronic state of the compound is controlled by appropriately arranging the types and positions of the substituents of the aromatic compound. to do. In addition, the electronic state of the compound contained in the hole-transport layer is adjusted, that is, the whole or part of the compound is oxidized or reduced by using a dopant or the like described later in the hole-transport layer. be done.

本発明に係る発電デバイスの正孔輸送層の厚みは、上下の電極間に位置する活性層が高い電荷輸送能を有する場合に、上下の電極と活性層とを介した導通パスの形成による電流のリークが起こり難い点では厚いことが好ましい。そこで、具体的には、20nm以上が好ましく、40nm以上がより好ましく、60nm以上がさらに好ましい。また、一方で、正孔輸送層による電荷輸送における抵抗が起こり難く、正孔輸送層に含有される化合物の量の節約による低コスト化の点では、薄いことが好ましい。具体的には、1000nm以下が好ましく、750nm以下がより好ましく、600nm以下がさらに好ましく、500nm以下が特に好ましく、400nm以下が最も好ましい。 The thickness of the hole transport layer of the power generation device according to the present invention is such that when the active layer located between the upper and lower electrodes has a high charge transport ability, the current is generated by forming a conductive path through the upper and lower electrodes and the active layer. It is preferable that the thickness is thick in terms of preventing the leakage of . Therefore, specifically, it is preferably 20 nm or more, more preferably 40 nm or more, and even more preferably 60 nm or more. On the other hand, it is preferable that the hole transport layer is thin in terms of resistance in charge transport by the hole transport layer and cost reduction by saving the amount of the compound contained in the hole transport layer. Specifically, it is preferably 1000 nm or less, more preferably 750 nm or less, still more preferably 600 nm or less, particularly preferably 500 nm or less, and most preferably 400 nm or less.

[電極]
図1において、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。本発明の一実施形態に係る発電デバイス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。発電デバイス100が基材を有する又は基材上に設けられている場合、通常、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に示す発電デバイス100は、下部電極101及び上部電極105を有している。
[electrode]
In FIG. 1, the electrodes have the function of collecting holes and electrons generated by light absorption in the active layer 103 . A power generation device 100 according to an embodiment of the present invention has a pair of electrodes, one of which is called an upper electrode and the other is called a lower electrode. When the power generation device 100 has or is provided on a substrate, the electrode closer to the substrate can generally be referred to as the lower electrode, and the electrode farther from the substrate can be referred to as the 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 power generation device 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、発電デバイス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 power generation device 100 may have a forward configuration with the bottom electrode 101 being the anode and the top electrode 105 being the cathode, or the bottom electrode 101 being the cathode and the top electrode 105 being the anode. It may have an inverted configuration.

一対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であってもよい。透光性があるとは、通常太陽光(波長350~700nm)の透過率が40%以上であることをいう。電極の太陽光の透過率は、より多くの光が透明電極を透過して活性層に到達することから高いことが好ましく、70%以上であることが特に好ましい。太陽光の透過率は、分光光度計(例えば、日立ハイテク社製U-4100)で測定することができる。 Either one of the pair of electrodes may be translucent, or both may be translucent. Having translucency means that the transmittance of normal sunlight (wavelength: 350 to 700 nm) is 40% or more. The sunlight transmittance of the electrode is preferably high, particularly preferably 70% or more, because more light passes through the transparent electrode and reaches the active layer. The sunlight 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、公知の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された部材及びその製造方法を用いることができる。 There are no particular limitations on the lower electrode 101 and upper electrode 105, or the constituent members of the anode and cathode, and the manufacturing method thereof, and 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.

[電子輸送層]
本発明に係る発電デバイスは、電子輸送層を有していてもよい。電子輸送層の材料としては、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、又はペロブスカイト半導体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(Alq)、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。
[Electron transport layer]
The power generation device according to the present invention may have an electron transport layer. Any material that can improve the efficiency of electron extraction from the active layer to the cathode can be used as the material of the electron transport layer. Specific examples include inorganic compounds, organic compounds, or perovskite semiconductor compounds described in known documents such as WO 2013/171517, WO 2013/180230, and JP-A-2012-191194. 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 (Alq 3 ), boron compounds, oxadiazole compounds, benzimidazole compounds, and naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA). , perylenetetracarboxylic anhydride (PTCDA), fullerene compounds, or phosphine compounds having a Group 16 element of the periodic table and a double bond, such as phosphine oxide compounds or phosphine sulfide compounds.

本発明に係る発電デバイスが電子輸送層を備える場合、その厚みは、上下の電極間に位置する活性層が高い電荷輸送能を有する場合に、上下の電極と活性層とを介した導通パスの形成による電流のリークが起こり難く、下部電極の凹凸の影響をカバーでき、かつ、活性層の塗れ性を制御しやすいことから、厚いことが好ましい。そこで、具体的には、1nm以上が好ましく、5nm以上がより好ましく、10nm以上がさらに好ましい。また、一方で、電子輸送層による電荷輸送における抵抗が起こり難く、電子輸送層に含有される化合物の量の節約による低コスト化の点では、薄いことが好ましい。具体的には、200nm以下が好ましく、150nm以下がより好ましく、10nm以下がさらに好ましい。 When the power generation device according to the present invention is provided with an electron transport layer, the thickness thereof is such that when the active layer located between the upper and lower electrodes has a high charge transport ability, the conduction path through the upper and lower electrodes and the active layer. A thick layer is preferable because current leakage due to formation is unlikely to occur, the influence of unevenness of the lower electrode can be covered, and the wettability of the active layer can be easily controlled. Therefore, specifically, it is preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, and even more preferably 10 nm or more. On the other hand, it is preferable that the electron transport layer is thin in terms of resistance in charge transport by the electron transport layer and cost reduction by saving the amount of the compound contained in the electron transport layer. Specifically, it is preferably 200 nm or less, more preferably 150 nm or less, and even more preferably 10 nm or less.

[基材]
本発明に係る発電デバイスは、基材を有していてもよい。図1において、発電デバイス100は支持体となる基材106を有しているが、本発明に係る発電デバイスは基材106を有さなくてもよい。基材を有する場合における基材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。
[Base material]
The power generation device according to the present invention may have a substrate. In FIG. 1, the power generation device 100 has a base material 106 that serves as a support, but the power generation device according to the present invention may not have the base material 106 . The material of the substrate 106 in the case of having a substrate is not particularly limited as long as it does not significantly impair the effects of the present invention. Materials described in publicly known documents such as JP-A-2003-300160 can be used.

[発電デバイスの製造方法]
本発明の発電デバイスの製造方法としては、上述の化合物(1)を正孔輸送層に含有させることができる方法であれば特に制限されず、公知のペロブスカイト半導体化合物を用いた発電デバイスの製造方法を適用することができる。例えば、前記化合物(1)、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、正孔輸送層を形成することができる。同様の塗布方法により電子輸送層を形成することもできる。また、真空蒸着法等の乾式成膜法により、これらのバッファ層を形成することもできる。
[Method for producing power generation device]
The method for producing the power generation device of the present invention is not particularly limited as long as it is a method that allows the compound (1) to be contained in the hole transport layer, and a known method for producing a power generation device using a perovskite semiconductor compound. can be applied. For example, the hole transport layer can be formed by preparing a coating liquid containing the compound (1), a dopant, and a solvent and using a wet film formation method such as a spin coating method or an inkjet method. An electron transport layer can also be formed by a similar coating method. These buffer layers can also be formed by a dry film-forming method such as a vacuum deposition method.

但し、正孔輸送層は、塗布法により形成することが好ましく、前述の化合物(1)及びドーパントを含有する液を塗布することがより好ましい。すなわち、本発明の発電デバイスの製造方法としては、正孔輸送層を塗布法により形成する工程を有し、この塗布法において、前述の化合物(1)及びドーパントを含有する液を塗布することがより好ましい。 However, the hole transport layer is preferably formed by a coating method, and more preferably by coating a liquid containing the compound (1) and a dopant. That is, the method for producing the power generation device of the present invention has a step of forming a hole transport layer by a coating method, and in this coating method, a liquid containing the above-described compound (1) and a dopant can be applied. more preferred.

図1において、発電デバイス100を構成する各層を積層することにより、発電デバイス100を製造することができる。例えば、シートツゥーシート(枚葉)方式、又はロールツゥーロール方式等の公知方法を適用することができる。
なお、ロールツゥーロール方式とは、ロール状に巻かれたフレキシブルな基材を繰り出して、間欠的或いは連続的に搬送しながら、巻き取りロールにより巻き取られるまでの間に加工を行う方式である。ロールツゥーロール方式によれば、kmオーダの長尺基板を一括処理することが可能であるため、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。
In FIG. 1 , the power generation device 100 can be manufactured by laminating each layer constituting the power generation device 100 . For example, a known method such as a sheet-to-sheet (sheet-fed) method or a roll-to-roll method can be applied.
In addition, the roll-to-roll method is a method in which a flexible base material wound in a roll is unwound and processed while being intermittently or continuously transported 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.

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、外径は、好ましくは5m以下、より好ましくは3m以下、さらに好ましくは1m以下である。一方、好ましくは10cm以上、より好ましくは20cm以上、さらに好ましくは30cm以上である。ロール芯の外径は、好ましくは4m以下、より好ましくは3m以下、さらに好ましくは0.5m以下である。一方、好ましくは1cm以上、より好ましくは3cm以上、さらに好ましくは5cm以上、特に好ましくは10cm以上、最も好ましくは20cm以上である。 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 the production equipment of the roll-to-roll method, but the outer diameter is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, and still more preferably 1 m or less. is. On the other hand, it is preferably 10 cm or longer, more preferably 20 cm or longer, and even more preferably 30 cm or longer. The outer diameter of the roll core is preferably 4 m or less, more preferably 3 m or less, still more preferably 0.5 m or less. On the other hand, it is preferably 1 cm or more, more preferably 3 cm or more, still more preferably 5 cm or more, particularly preferably 10 cm or more, and most preferably 20 cm or more.

これらの径であることにより、ロールが取り扱いやすく、各工程で成膜される層が曲げ応力により破壊され難くなる。ロール幅は、好ましくは5cm以上、より好ましくは10cm以上、さらに好ましくは20cm以上である。一方、好ましくは5m以下、より好ましくは3m以下、さらに好ましくは2m以下である。幅が大きいことにより、ロールが取り扱いやすく、発電デバイスの大きさの自由度が高くなる。 With these diameters, the rolls are easy to handle, and the layers formed in each step are less likely to be destroyed by bending stress. The roll width is preferably 5 cm or more, more preferably 10 cm or more, still more preferably 20 cm or more. On the other hand, it is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, and even more preferably 2 m or less. The large width makes the roll easy to handle and increases the degree of freedom in the size of the power generation device.

発電デバイス100を製造する際、上部電極105を積層した後に、発電デバイス100を加熱してもよい(この加熱工程をアニーリング処理工程と称する場合がある)。 When manufacturing the power generation device 100, the power generation device 100 may be heated after the upper electrode 105 is laminated (this heating process may be referred to as an annealing treatment process).

アニーリング処理工程は、発電デバイス100の各層間の密着性、例えば、バッファ層102と下部電極101、バッファ層102と活性層103等の層間の密着性が高くなり、発電デバイスの熱安定性や耐久性等が向上し得る点では高温で行うことが好ましい。具体的には、50℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましい。また、一方で、発電デバイス100に含まれる有機化合物が熱分解し難い点では低温で行うことが好ましい。具体的には、300℃以下が好ましく、280℃以下がより好ましく、250℃以下がさらに好ましい。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内において異なる温度を用いた段階的な加熱を行ってもよい。 The annealing process increases the adhesion between each layer of the power generation device 100, for example, the adhesion between the buffer layer 102 and the lower electrode 101, the buffer layer 102 and the active layer 103, etc., and improves the thermal stability and durability of the power generation device. It is preferable to carry out at a high temperature from the viewpoint that the properties and the like can be improved. Specifically, the temperature is preferably 50°C or higher, more preferably 80°C or higher. On the other hand, it is preferable to carry out at a low temperature in that the organic compound contained in the power generation device 100 is difficult to thermally decompose. Specifically, the temperature is preferably 300° C. or lower, more preferably 280° C. or lower, and even more preferably 250° C. or lower. In the annealing treatment step, stepwise heating using different temperatures within the above temperature range may be performed.

上記の好適な温度範囲における加熱時間としては、熱分解を抑えながら密着性を向上させるために、1分以上が好ましく、3分以上がより好ましい。また、180分以下が好ましく、60分以下がより好ましい。
アニーリング処理工程は、太陽電池の光電変換特性である開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、構成材料の熱酸化を防ぐ上でも、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。加熱方法としては、ホットプレート等の熱源に発電デバイスを載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に発電デバイスを入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。
The heating time in the above preferred temperature range is preferably 1 minute or longer, more preferably 3 minutes or longer, in order to improve adhesion while suppressing thermal decomposition. Also, it is preferably 180 minutes or less, more preferably 60 minutes or less.
The annealing process is preferably terminated when the open-circuit voltage, short-circuit current, and fill factor, which are the photoelectric conversion characteristics of the solar cell, reach constant values. In order to prevent thermal oxidation of the constituent materials, the annealing process is preferably carried out under normal pressure and in an inert gas atmosphere. As a heating method, the power generation device may be placed on a heat source such as a hot plate, or the power generation device may be placed in a heating atmosphere such as an oven. Moreover, heating may be performed in a batch system or in a continuous system.

[光電変換特性]
発電デバイス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。発電デバイス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。
[Photoelectric conversion characteristics]
The photoelectric conversion characteristics of the power generation device 100 can be obtained as follows. The power generation device 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.

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

本発明に係る発電デバイスの一実施形態は、低照度(10~5000ルクス)における発電効率に優れ、例えば、色温度5000Kの白色LED光等の白色光源を用いて、光電変換効率を20%以上とすることが可能である。さらに、色温度5000Kの白色LED光が照射され、受光面の照度が200ルクスであるときの光電変換効率を25%以上とすることが可能である。 One embodiment of the power generation device according to the present invention is excellent in power generation efficiency at low illuminance (10 to 5000 lux), for example, using a white light source such as a white LED light with a color temperature of 5000 K, the photoelectric conversion efficiency is 20% or more. It is possible to Furthermore, when white LED light with a color temperature of 5000 K is irradiated and the illuminance of the light receiving surface is 200 lux, the photoelectric conversion efficiency can be made 25% or more.

上記の入射エネルギーPinは、例えば、強度AM1.5Gの太陽光であれば100mW/cmであり、色温度5000Kの白色LED光が照射され、受光面の照度が200ルクスであれば100μW/cmである。
なお、本明細書における色温度5000Kとは、JIS Z8725:2015の規格で定められたものである。
The above incident energy Pin is, for example, 100 mW/ cm2 for sunlight with an intensity of AM1.5G, and is 100 μW/cm2 when white LED light with a color temperature of 5000 K is irradiated and the illuminance of the light receiving surface is 200 lux. 2 .
In addition, the color temperature of 5000K in this specification is defined by the standard of JIS Z8725:2015.

<太陽電池>
本発明に係る発電デバイスは、低照度下における光電変換効率に優れるので、屋内用の太陽電池として好適である。図2は本発明の発電デバイスを備えた太陽電池の一例であって、前述の発電デバイス100を備えた薄膜太陽電池14であり、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、発電デバイス100(不図示)を有する太陽電池素子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。薄膜太陽電池14の保護フィルム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が発電するように構成されている。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。
<Solar cell>
INDUSTRIAL APPLICABILITY The power generation device according to the present invention has excellent photoelectric conversion efficiency under low illuminance, and is suitable as an indoor solar cell. FIG. 2 shows an example of a solar cell equipped with the power generation device of the present invention, which is a thin-film solar cell 14 equipped with the power generation device 100 described above, comprising a weather resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, and a gas barrier film 3. , a getter material film 4, a sealing material 5, a solar cell element 6 having a power generation device 100 (not shown), a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 , in this order. Light is irradiated from the side of the thin-film solar cell 14 on which 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.

薄膜太陽電池14は単独で使用されてもよいし、複数の薄膜太陽電池14が連結されて使用されたり、更に他の構成部材と組み合わせた太陽電池モジュールの構成要素として用いられたりしてもよい。例えば、図3に示すように、薄膜太陽電池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 thin-film solar cell 14 may be used alone, or a plurality of thin-film solar cells 14 may be connected and used, or may be used as a component of a solar cell module combined with other components. . For example, as shown in FIG. 3, a solar cell module 13 having thin-film solar cells 14 on a base material 12 is produced, and this solar cell module 13 can be installed and used at a place of use.

上述の各構成部材の選定及びその製造方法は周知技術を適用すればよく、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が挙げられる。 The selection of each component described above and the manufacturing method thereof may apply well-known techniques. The described technique is included.

本発明の発電デバイス及びこれを備えた太陽電池若しくは太陽電池モジュールの用途に制限はなく、例えば、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等の用途が挙げられる。
本発明の発電デバイス及びこれを備えた太陽電池若しくは太陽電池モジュールは、低照度環境下で優れた光電変換効率を示すことから、特にエネルギーハーベスティング用途に好適である。
Applications of the power generation device of the present invention and the solar cell or solar cell module provided with the same are not limited, and examples include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for interiors, solar cells for railways, solar cells for ships, Applications include solar cells for airplanes, solar cells for spacecraft, solar cells for household appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like.
The power generation device of the present invention and the solar cell or solar cell module equipped with the same exhibit excellent photoelectric conversion efficiency in a low-illumination environment, and are particularly suitable for energy harvesting applications.

以下、実施例により本発明の実施形態の一例を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<測定方法等>
[イオン化ポテンシャルの測定]
活性層のイオン化ポテンシャルについては、薄膜ITO(酸化インジウムスズ、表面抵抗率:7~10Ω/sq.)が形成されたガラス基板上に、後述の発電デバイスの作製方法における活性層の形成方法と同様にして、後述の活性層用塗布液1の150μLと活性層用塗布液2の120μLを順次塗布し、厚さ650nmのペロブスカイト半導体化合物の活性層を、薄膜ITOが形成されたガラス基板上に直接形成した。
形成した活性層の表面に光をあてることによって生成する光量子収量に基づき求めた。装置としては、光量子収量測定装置(オプテル社製「PCR-101」)を用いた。
<Measurement method, etc.>
[Measurement of ionization potential]
Regarding the ionization potential of the active layer, a thin film ITO (indium tin oxide, surface resistivity: 7 to 10 Ω / sq.) was formed on a glass substrate, and the active layer was formed in the same manner as in the method for producing a power generation device described later. Then, 150 μL of the active layer coating solution 1 and 120 μL of the active layer coating solution 2 described later were sequentially applied to form an active layer of a perovskite semiconductor compound having a thickness of 650 nm directly on the glass substrate on which the thin ITO film was formed. formed.
It was determined based on the photon yield generated by irradiating the surface of the formed active layer with light. As a device, a photon yield measurement device (“PCR-101” manufactured by Optel) was used.

正孔輸送層のイオン化ポテンシャルについては、薄膜ITO(表面抵抗率:7~10Ω/sq.)が形成されたガラス基板上に、後述の発電デバイスの作製方法における正孔輸送層の形成方法と同様にして、後述の正孔輸送層塗布液の120μLを塗布し、厚さ100nmの正孔輸送層を、薄膜ITOが形成されたガラス基板上に直接形成した。
形成した正孔輸送層の表面に光をあてることによって生成する光量子収量に基づき求めた。装置としては、光量子収量測定装置(オプテル社製「PCR-101」)を用いた。
Regarding the ionization potential of the hole-transporting layer, on a glass substrate on which a thin film of ITO (surface resistivity: 7 to 10 Ω/sq.) is formed, the same as the method of forming a hole-transporting layer in the method of manufacturing a power generation device described later. Then, 120 μL of a hole transport layer coating solution described later was applied to form a hole transport layer having a thickness of 100 nm directly on the glass substrate on which the thin ITO film was formed.
It was determined based on the photon yield generated by irradiating the surface of the formed hole transport layer with light. As a device, a photon yield measurement device (“PCR-101” manufactured by Optel) was used.

光量子収量測定装置による測定は、具体的には、薄膜ITOが形成されたガラス基板上に活性層又は正孔輸送層の単膜が形成されたものを、この装置に設置し、入射光エネルギーに対する光量子収量を測定し、下記式(1)を導いた。続いて、正孔輸送層のイオン化ポテンシャルIPを、式(2)におけるY=0のときのXの値として算出した。
3√Y=A×X+B 式(1)
IP=(3√Y-B)/A=-B/A 式(2)
Specifically, a glass substrate having a thin film of ITO formed thereon and a single layer of an active layer or a hole transport layer formed thereon is placed in the device and measured by a light quantum yield measurement device. The photon yield was measured to derive the following formula (1). Subsequently, the ionization potential IP of the hole transport layer was calculated as the value of X when Y=0 in Equation (2).
3√Y=A×X+B Formula (1)
IP=(3√Y-B)/A=-B/A Formula (2)

[バンドギャップの算出]
活性層のバンドギャップについては、透明ガラス基板上に、後述の発電デバイスの作製方法における活性層の形成方法と同様に、後述の活性層用塗布液1の150μLと活性層用塗布液2の120μLを順次塗布して、厚さ650nmのペロブスカイト半導体化合物の活性層をガラス基板上に直接形成した。
[Calculation of bandgap]
Regarding the bandgap of the active layer, 150 μL of the active layer coating liquid 1 and 120 μL of the active layer coating liquid 2 were coated on the transparent glass substrate in the same manner as in the method of forming the active layer in the method of manufacturing the power generating device, which will be described later. were sequentially applied to directly form an active layer of a perovskite semiconductor compound having a thickness of 650 nm on the glass substrate.

形成した活性層の透過スペクトルを測定し、横軸波長をeVに、縦軸透過率を√(ahν)に変換した(ここで、αは吸光係数を意味し、hはプランク定数を意味し、νは振動数を意味する)。この吸収の立ち上がりを直線としてフィッティングし、ベースラインと交わるeV値をバンドギャップとして算出した。この透過スペクトルは、分光光度計(日立ハイテク製U-4100)を使用して測定した。
上記のフィッティング及びバンドギャップの算出は、文献(山下大輔、石崎温史:分析化学 66,333(2017))に記載の方法に準じて行った。
The transmission spectrum of the formed active layer was measured, and the horizontal axis wavelength was converted to eV, and the vertical axis transmittance was converted to √(ahν) (where α means the absorption coefficient, h means the Planck constant, ν means frequency). The rise of this absorption was fitted as a straight line, and the eV value crossing the baseline was calculated as the bandgap. This transmission spectrum was measured using a spectrophotometer (Hitachi High Tech U-4100).
The above fitting and calculation of the bandgap were performed according to the method described in the literature (Daisuke Yamashita, Atsushi Ishizaki: Analytical Chemistry 66, 333 (2017)).

[発電デバイスの評価]
各例で得られた発電デバイスに、1mm角のメタルマスクを付け、ITO透明導電膜と上部電極との間における電流-電圧特性を測定した。測定にはソースメーター(ケイスレー社製,2400型)を用いた。
[Evaluation of power generation device]
A metal mask of 1 mm square was attached to the power generation device obtained in each example, and current-voltage characteristics between the ITO transparent conductive film and the upper electrode were measured. A source meter (manufactured by Keithley, model 2400) was used for the measurement.

照射光源としては分光計器社製屋内光評価用LED光源BLD-100を用い、色温度5000Kの白色LED光を発電デバイスに照射した。この際、照度計を用いて発電デバイスの受光面が200ルクスの照度となるように照射強度を調整した。
この測定結果から、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、開放電圧Voc(V)、フィルファクターFF、及び光電変換効率PCE(%)を算出した。
As an irradiation light source, an indoor light evaluation LED light source BLD-100 manufactured by Spectroscopy Instruments Co., Ltd. was used, and white LED light with a color temperature of 5000K was irradiated to the power generation device. At this time, the irradiation intensity was adjusted using an illuminometer so that the light-receiving surface of the power generation device had an illuminance of 200 lux.
From these measurement results, the short-circuit current density Jsc (mA/cm 2 ), open-circuit voltage Voc (V), fill factor FF, and photoelectric conversion efficiency PCE (%) were calculated.

<合成例>
実施例で用いた化合物1の合成方法を以下に示す。
まず、2-アミノ-9,9-ジヘキシルフルオレン(1.75g、5.0mmol)、4-ブロモビフェニル(1.17g、5.0mmol)を用い、反応条件として、特許文献(特開2019-175970)に記載の方法を参考にして、下記中間体1を2.2g得た。
<Synthesis example>
The method for synthesizing Compound 1 used in Examples is shown below.
First, 2-amino-9,9-dihexylfluorene (1.75 g, 5.0 mmol) and 4-bromobiphenyl (1.17 g, 5.0 mmol) were used. ), 2.2 g of the following intermediate 1 was obtained.

Figure 2023063837000009
Figure 2023063837000009

中間体1は、H-NMR分析(400MHz,溶媒:重ジクロロメタン)で、δ7.61-7.17(m,16H),δ2.35-1.93(m,4H),δ1.17-1.05(m,12H),δ1.18-0.79(t,6H),δ0.7-0.63(m,4H)であった。
また、特許文献(特許第6442977号)に記載の方法により中間体2を得た。
Intermediate 1 is 1 H-NMR analysis (400 MHz, solvent: heavy dichloromethane), δ7.61-7.17 (m, 16H), δ2.35-1.93 (m, 4H), δ1.17- 1.05 (m, 12H), δ1.18-0.79 (t, 6H), δ0.7-0.63 (m, 4H).
Intermediate 2 was also obtained by the method described in Patent Document (Patent No. 6442977).

中間体1(1.0g、1.99mmol)と特許文献(特許第6442977号)に記載の方法により得た下記中間体2(755mg、0.95mmol)を用いて、特開2019-175970号公報に記載の方法を参考にして、化合物(1)である下記化合物1を1.4g得た。 Using intermediate 1 (1.0 g, 1.99 mmol) and the following intermediate 2 (755 mg, 0.95 mmol) obtained by the method described in the patent document (Patent No. 6442977), JP 2019-175970 1.4 g of the following compound 1, which is compound (1), was obtained with reference to the method described in .

Figure 2023063837000010
Figure 2023063837000010

化合物1は、H-NMR分析で(400MHz,溶媒:重ジクロロメタン)、δ7.84-7.26(m,54H),δ2.13-2.09(m,4H),δ1.98-1.86(m,8H),δ1.18-1.09(m,36H),δ0.83-0.63(m,30H)であった。 Compound 1 is 1 H-NMR analysis (400 MHz, solvent: heavy dichloromethane), δ7.84-7.26 (m, 54H), δ2.13-2.09 (m, 4H), δ1.98-1 .86 (m, 8H), .delta.1.18-1.09 (m, 36H), .delta.0.83-0.63 (m, 30H).

<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、グローブボックス内に導入した。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により活性層用塗布液1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. .

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、グローブボックス内に導入した。これに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。 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 to this solution, an active layer coating solution 2 having a total concentration of FABr, MABr and MACl of 0.49 mol/L was prepared.

[正孔輸送層用塗布液の調製]
電子受容性ドーパントである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)を5.0mM含有するo-ジクロロベンゼン溶液に、化合物1を40mMとなるように添加した。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]
Compound 1 was added to 40 mM in o-dichlorobenzene solution containing 5.0 mM of 4-isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate (TPFB; manufactured by TCI) as an electron-accepting dopant. was added to Next, the resulting mixed solution was heated and stirred at 150° C. for 1 hour to prepare a hole transport layer coating solution.

[発電デバイスの作製]
パターニングされたITO透明導電膜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 power generation device]
A glass substrate (manufactured by Geomatec) having a patterned ITO transparent conductive film was subjected to ultrasonic cleaning using ultrapure water, drying by nitrogen blow, and UV-ozone treatment.

この上に、上述の電子輸送層用塗布液を、室温(25℃)で上記のガラス基板上に2000rpmの速度で厚さ35nmとなるようにスピンコートした後にホットプレート上150℃で10分間加熱することにより、電子輸送層を形成した。 On top of this, the electron-transporting layer coating solution described above was spin-coated onto the glass substrate at a speed of 2000 rpm at room temperature (25° C.) to a thickness of 35 nm, and then heated on a hot plate at 150° C. for 10 minutes. By doing so, an electron transport layer was formed.

この電子輸送層が形成されたガラス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(150μL)を電子輸送層上に滴下し、2000rpmの速度でスピンコートし、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。さらに、ヨウ化鉛層が形成されたガラス基板を室温に戻した後、ヨウ化鉛層上に活性層用塗布液2(120μL)を2000rpmの速度でスピンコートし、ホットプレート上150℃で20分間加熱し、その後室温まで冷却することにより、ペロブスカイト半導体化合物の活性層(厚さ650nm)を形成した。 The glass substrate on which the electron transport layer was formed was introduced into a glove box, and the active layer coating liquid 1 (150 μL) heated to 100° C. was dropped onto the electron transport layer, spin-coated at a speed of 2000 rpm, and hot plate was applied. A lead iodide layer was formed by thermal annealing at 100° C. for 10 minutes. Furthermore, after the glass substrate on which the lead iodide layer was formed was returned to room temperature, the active layer coating liquid 2 (120 μL) was spin-coated onto the lead iodide layer at a speed of 2000 rpm, and then coated on a hot plate at 150° C. for 20 minutes. An active layer (thickness 650 nm) of perovskite semiconductor compound was formed by heating for minutes and then cooling to room temperature.

この活性層上に、正孔輸送層塗布液(120μL)を1000rpm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分間加熱し、その後室温(25℃)まで冷却することにより、正孔輸送層(厚さ100nm)を形成した。 On this active layer, a hole transport layer coating solution (120 μL) was spin-coated at a speed of 1000 rpm, further heated on a hot plate at 90° C. for 5 minutes, and then cooled to room temperature (25° C.) to remove holes. A transport layer (100 nm thick) was formed.

この正孔輸送層上に、抵抗加熱型真空蒸着法により、厚さ10nmのMoO、厚さ30nmのIZO(酸化インジウム亜鉛)及び厚さ50nmのアルミニウムをこの順に蒸着し、上部電極を形成した。
以上のようにして、発電デバイスを作製した。
この発電デバイスにおける、活性層のイオン化ポテンシャルとバンドギャップ、正孔輸送材料のイオン化ポテンシャル、及び色温度5000Kの白色LED光を照射し、受光面の照度が200ルクスであるときの光電変換特性の測定結果を表1に示す。なお、光電変換特性は、発電デバイスを作製した直後の測定結果に基づいて算出された値である。
MoO 3 with a thickness of 10 nm, IZO (indium zinc oxide) with a thickness of 30 nm, and aluminum with a thickness of 50 nm were deposited in this order on the hole transport layer by a resistance heating vacuum deposition method to form an upper electrode. .
A power generation device was produced as described above.
Measurement of the ionization potential and bandgap of the active layer, the ionization potential of the hole-transporting material, and the photoelectric conversion characteristics of this power generation device when the illuminance of the light-receiving surface is 200 lux when a white LED light with a color temperature of 5000K is irradiated. Table 1 shows the results. Note that the photoelectric conversion characteristics are values calculated based on the measurement results immediately after the power generation device was produced.

<比較例1>
実施例1で用いた化合物1の代わりに、ポリ[ビス(4-フェニル)(2,4,6-トリメチルフェニル)アミン](PTAA,シグマアルドリッチ社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして発電デバイスを作製した。各測定結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
Example 1 except that poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA, manufactured by Sigma-Aldrich) was used instead of compound 1 used in Example 1. A power generation device was produced in the same manner. Each measurement result is shown in Table 1.

Figure 2023063837000011
Figure 2023063837000011

表1の結果より、化合物1を含有する正孔輸送層を備えた実施例1の発電デバイスは、低照度白色LEDを光源とする変換効率において、比較例1の発電デバイスよりも優れていることが裏付けられた。 From the results in Table 1, the power generation device of Example 1 having a hole transport layer containing Compound 1 is superior to the power generation device of Comparative Example 1 in terms of conversion efficiency using a low-illuminance white LED as a light source. was substantiated.

続いて、連続光照射に対する耐久性を評価した。具体的には、内側が凹んだ摺ガラスを、シール材(UV硬化樹脂)を用いて発電デバイスの上面に接着することにより、発電デバイスを封止した。この封止された発電デバイスを耐久性試験用の発電デバイスとして用いた。 Next, durability against continuous light irradiation was evaluated. Specifically, the power generation device was sealed by adhering the sliding glass with the inner side recessed to the upper surface of the power generation device using a sealing material (UV curable resin). This sealed power generation device was used as a power generation device for durability testing.

封止された発電デバイスを開放回路とし、照度5800Lx(1.74mW/cm)の光を照射し、大気中にて1000時間静置し、100~300時間おきに電流-電圧特性を測定した。
得られた電流-電圧曲線から光電変換効率を求めた。光照射開始時、照射後200時間時、500時間経過時、及び1000時間経時における照度200Lxにおける光電変換効率を測定した。結果を表2に示す。
The sealed power generation device was used as an open circuit, irradiated with light with an illuminance of 5800 Lx (1.74 mW/cm 2 ), allowed to stand in the atmosphere for 1000 hours, and current-voltage characteristics were measured every 100 to 300 hours. .
The photoelectric conversion efficiency was obtained from the resulting current-voltage curve. The photoelectric conversion efficiency was measured at an illuminance of 200 Lx at the start of light irradiation, 200 hours after irradiation, 500 hours after irradiation, and 1000 hours after irradiation. Table 2 shows the results.

Figure 2023063837000012
Figure 2023063837000012

表2の結果より、化合物1を含有する正孔輸送層を備えた実施例1の発電デバイスは、低照度白色LEDを光源とする変換効率において、比較例1の発電デバイスよりも耐久性にも優れていることが裏付けられた。
なお、表2の0時間の光電変換効率が表1の変換効率と若干異なるのは、表1で評価対象とした発電デバイスを封止したものを、耐久性試験用の発電デバイスとして、改めて測定したからである。
From the results in Table 2, the power generation device of Example 1 having a hole transport layer containing Compound 1 has higher conversion efficiency than the power generation device of Comparative Example 1 with a low-illuminance white LED as a light source. proved to be excellent.
The reason why the photoelectric conversion efficiency at 0 hours in Table 2 is slightly different from the conversion efficiency in Table 1 is that the sealed power generation device evaluated in Table 1 was measured again as a power generation device for durability testing. because he did.

実施例1の発電デバイスにおける活性層のイオン化ポテンシャルは-6.0eV以上-5.7eV以下であり、活性層のバンドギャップが1.6eV以上2.3eV以下であり、かつ、正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルが-5.8eV以上-5.2eV以下であったことから、これらの組み合わせが低照度下において優れた変換効率を実現させ、また、優れた耐久性を実現させたと考えられる。 In the power generation device of Example 1, the ionization potential of the active layer is −6.0 eV or more and −5.7 eV or less, the bandgap of the active layer is 1.6 eV or more and 2.3 eV or less, and the hole transport material is Since the ionization potential was −5.8 eV or more and −5.2 eV or less, it is considered that the combination of these achieved excellent conversion efficiency under low illumination and also achieved excellent durability.

1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 太陽電池素子(発電デバイス)
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
100 発電デバイス
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
1 Weather resistant protective film 2 Ultraviolet cut film 3, 9 Gas barrier film 4, 8 Getter material film 5, 7 Sealing material 6 Solar cell element (power generation device)
10 Backsheet 12 Base Material 13 Solar Cell Module 14 Thin Film Solar Cell 100 Power Generation Device 101 Lower Electrode 102 Buffer Layer 103 Active Layer 104 Buffer Layer 105 Upper Electrode 106 Base Material

Claims (8)

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、前記活性層と前記一対の電極の少なくとも一方との間に位置する正孔輸送層と、を有する発電デバイスであって、
前記正孔輸送層が、下記式(I)に記載のトリアリールアミン化合物を含有する、発電デバイス。
Figure 2023063837000013
(式(I)中、Q1は下記式(Q1-1)で表される基であり、Q2は下記式(Q2-1)で表される基であり、Q3は下記式(Q3-1)で表される基であり、n、n、n、nは、各々くり返し数である。)
Figure 2023063837000014
(式(Q1-1)、(Q2-1)、(Q3-1)において、R~R18は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子または置換基を有していてもよい有機基を表す。RはRと結合する単結合であってもよく、R10及びR11は互いに結合して環を形成していてもよく、R16及びR17は互いに結合して環を形成していてもよい。)
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 at least one of the active layer and the pair of electrodes. a hole-transporting layer positioned therebetween;
A power-generating device, wherein the hole-transporting layer contains a triarylamine compound represented by the following formula (I).
Figure 2023063837000013
(In formula (I), Q1 is a group represented by the following formula (Q1-1), Q2 is a group represented by the following formula (Q2-1), and Q3 is a group represented by the following formula (Q3-1). and each of n 1 , n 2 , n 3 and n 4 is a repeating number.)
Figure 2023063837000014
(In formulas (Q1-1), (Q2-1), and (Q3-1), R 1 to R 18 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, or an optionally substituted organic group. R 5 may be a single bond bonded to R 1 , R 10 and R 11 may be bonded together to form a ring, R 16 and R 17 may be bonded together to form a ring may be.)
前記式(I)におけるQ1が下記式(Q1-2)で表される基であり、Q2が下記式(Q2-2)で表される基であり、Q3が下記式(Q3-2)で表される基である、請求項1に記載の発電デバイス。
Figure 2023063837000015
(式(Q1-2)、(Q2-2)、(Q3-2)において、R31~R36は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子または置換基を有していてもよい有機基を表す。R~R、R~R、R、R12、R13、R14、R15、R18は、各々前記式(Q1-1)、(Q2-1)、(Q3-1)におけるものと同じである。)
Q1 in the formula (I) is a group represented by the following formula (Q1-2), Q2 is a group represented by the following formula (Q2-2), and Q3 is a group represented by the following formula (Q3-2). 2. The power generation device of claim 1, which is a group represented by:
Figure 2023063837000015
(In formulas (Q1-2), (Q2-2), and (Q3-2), R 31 to R 36 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, or an optionally substituted organic group. R 2 to R 4 , R 6 to R 8 , R 9 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 and R 18 are represented by the above formulas (Q1-1), (Q2-1) and (Q3 - Same as in 1).)
前記活性層のイオン化ポテンシャルが-6.0eV以上-5.7eV以下であり、かつ、前記活性層のバンドギャップが1.6eV以上2.3eV以下であるとともに、前記正孔輸送層のイオン化ポテンシャルが-5.8eV以上-5.2eV以下である、請求項1又は2に記載の発電デバイス。 The ionization potential of the active layer is −6.0 eV or more and −5.7 eV or less, the bandgap of the active layer is 1.6 eV or more and 2.3 eV or less, and the ionization potential of the hole transport layer is The power generation device according to claim 1 or 2, which is -5.8 eV or more and -5.2 eV or less. 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、請求項1~3の何れか一項に記載の発電デバイス。 The power generation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the organic-inorganic hybrid semiconductor compound is a compound having a perovskite structure. 前記活性層の厚みが200nm以上800nm以下である、請求項1~4の何れか一項に記載の発電デバイス。 The power generation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the active layer has a thickness of 200 nm or more and 800 nm or less. 色温度5000Kの白色LED光を照射し、受光面の照度が200ルクスであるときの光電変換効率が25%以上である、請求項1~5の何れか一項に記載の発電デバイス。 The power generation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the photoelectric conversion efficiency is 25% or more when irradiated with white LED light having a color temperature of 5000K and the illuminance of the light receiving surface is 200 lux. 請求項1~6の何れか一項に記載の発電デバイスの製造方法であって、前記正孔輸送層を塗布法により形成する工程を有し、前記塗布法において、前記式(I)に記載のトリアリールアミン化合物およびドーパントを含有する液を塗布する、発電デバイスの製造方法。 7. The method for manufacturing the power generation device according to any one of claims 1 to 6, comprising a step of forming the hole transport layer by a coating method, wherein the coating method comprises the and a dopant. 前記ドーパントが、3価のヨウ素を含むジアリールヨードニウム塩である、請求項7に記載の発電デバイスの製造方法。 The method for manufacturing a power generation device according to claim 7, wherein the dopant is a diaryliodonium salt containing trivalent iodine.
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