JP2023128265A - Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same - Google Patents

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友徳 上野
Tomonori Ueno
繁樹 服部
Shigeki Hattori
出 武井
Izuru Takei
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Abstract

To provide a photoelectric conversion element which has a high open-circuit voltage and whose photoelectric conversion efficiency hardly decreases even by long-term light irradiation.SOLUTION: The photoelectric conversion element includes a lower electrode, an intermediate layer, an active layer, and an upper electrode in this order. The active layer contains an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound. The intermediate layer contains a compound represented by the following formula (I). (Q is a carboxylic acid ion or a sulfonic acid ion; M1 and M2 are each a specific chain aliphatic hydrocarbon group; M3 is one of an ether bond and -NH-, or a structure in which these bonds are bonded via an alkylene group; R1 and R2 are each a specific chain saturated aliphatic hydrocarbon group; and R3 is a specific aliphatic hydrocarbon group.)SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、特定の化合物を含む中間層を有する光電変換素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element having an intermediate layer containing a specific compound and a method for manufacturing the same.

光電変換素子として、一対の電極の間に、活性層とバッファ層等が配置されたものが知られている。この光電変換素子の光電変換効率向上を目的として、有機無機ハイブリッド型半導体化合物を活性層として用いることが検討されており、特に、ペロブスカイト構造を有する化合物が注目されている(例えば、特許文献1)。 As a photoelectric conversion element, one in which an active layer, a buffer layer, etc. are arranged between a pair of electrodes is known. In order to improve the photoelectric conversion efficiency of this photoelectric conversion element, the use of organic-inorganic hybrid semiconductor compounds as the active layer is being considered, and compounds with a perovskite structure are attracting particular attention (for example, Patent Document 1) .

特開2017-066096号公報JP2017-066096A

有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を用いた光電変換素子は、身近な光エネルギーを利用したクリーンな発電方法としてエネルギーハーベスティング等の観点から、実用化が期待されている。一方で、長時間光にさらすと光電変換効率が低下することがあり、その劣化挙動も一様ではない。この光電変換効率の低下の一因として、活性層中の欠陥や活性層とバッファ層との接合面に生じる欠陥が、突発的なリークや不安定さを誘発していることが考えられる。また、このような接合面の欠陥は、光電変換素子の開放電圧を低下させるという問題を生じさせる可能性も考えられる。 Photoelectric conversion devices using organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compounds are expected to be put to practical use from the viewpoint of energy harvesting, etc., as a clean power generation method using familiar light energy. On the other hand, when exposed to light for a long time, the photoelectric conversion efficiency may decrease, and the deterioration behavior is not uniform. One possible cause of this decrease in photoelectric conversion efficiency is that defects in the active layer or defects occurring at the interface between the active layer and the buffer layer induce sudden leakage or instability. Further, such defects on the bonding surface may cause a problem of lowering the open circuit voltage of the photoelectric conversion element.

本発明は、開放電圧が高く、長時間の光照射においても光電変換効率が低下しにくい光電変換素子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element that has a high open-circuit voltage and whose photoelectric conversion efficiency does not easily decrease even under long-term light irradiation.

本発明者らは、上述の課題を解決するために鋭意検討を行った。この結果、活性層と下部電極との間に特定の化合物を含有する中間層を設けることにより、上述の課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors conducted extensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the inventors found that the above-mentioned problems can be solved by providing an intermediate layer containing a specific compound between the active layer and the lower electrode, and have completed the present invention.

即ち、本発明は以下を要旨とする。 That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 下部電極、中間層、活性層および上部電極をこの順に有する光電変換素子であって、前記活性層が有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有し、前記中間層が式(I)で表される化合物を含有する、光電変換素子。 [1] A photoelectric conversion element having a lower electrode, an intermediate layer, an active layer, and an upper electrode in this order, wherein the active layer contains an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, and the intermediate layer is represented by formula (I). A photoelectric conversion element containing a compound.

Figure 2023128265000002
Figure 2023128265000002

(式(I)中、Qは、カルボン酸イオン又はスルホン酸イオンであり、M及びMは各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1~10の鎖状脂肪族炭化水素基であり、Mは、エーテル結合、-CO-及び-NH-のいずれかの結合又はこれらの結合がアルキレン基を介して結合している構造であり、R及びRは、各々独立に水素原子又は炭素数1~3の鎖状飽和脂肪族炭化水素基であり、Rは、水素原子又は炭素数1~5の脂肪族炭化水素基である。) (In formula (I), Q is a carboxylic acid ion or a sulfonic acid ion, and M 1 and M 2 are each independently a chain aliphatic hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, which may have a substituent. group, M 3 is an ether bond, any one of -CO- and -NH-, or a structure in which these bonds are bonded via an alkylene group, and R 1 and R 2 are each independently is a hydrogen atom or a chain saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)

[2] 前記中間層と前記下部電極との間にさらに電子輸送層を有する、[1]に記載の光電変換素子。 [2] The photoelectric conversion element according to [1], further comprising an electron transport layer between the intermediate layer and the lower electrode.

[3] 前記電子輸送層が金属酸化物を含有する、[2]に記載の光電変換素子。 [3] The photoelectric conversion element according to [2], wherein the electron transport layer contains a metal oxide.

[4] 前記金属酸化物が酸化スズである、[3]に記載の光電変換素子。 [4] The photoelectric conversion element according to [3], wherein the metal oxide is tin oxide.

[5] 前記中間層の厚みが0.5nm以上、100nm以下である、[1]~[4]のいずれかに記載の光電変換素子。 [5] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4], wherein the intermediate layer has a thickness of 0.5 nm or more and 100 nm or less.

[6] 下部電極、中間層、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層および上部電極をこの順に有する光電変換素子の製造方法であって、下記式(I)で表される化合物を含有する溶液を塗布する工程を有する、光電変換素子の製造方法。 [6] A method for producing a photoelectric conversion element having, in this order, a lower electrode, an intermediate layer, an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, and an upper electrode, which contains a compound represented by the following formula (I). A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising the step of applying a solution.

Figure 2023128265000003
Figure 2023128265000003

(式(I)中、Qは、カルボン酸イオン又はスルホン酸イオンであり、M及びMは各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1~10の鎖状脂肪族炭化水素基であり、Mは、エーテル結合、-CO-及び-NH-のいずれかの結合又はこれらの結合がアルキレン基を介して結合している構造であり、R及びRは、各々独立に水素原子又は炭素数1~3の鎖状飽和脂肪族炭化水素基であり、Rは、水素原子又は炭素数1~5の脂肪族炭化水素基である。) (In formula (I), Q is a carboxylic acid ion or a sulfonic acid ion, and M 1 and M 2 are each independently a chain aliphatic hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, which may have a substituent. group, M 3 is an ether bond, any one of -CO- and -NH-, or a structure in which these bonds are bonded via an alkylene group, and R 1 and R 2 are each independently is a hydrogen atom or a chain saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)

本発明によれば、開放電圧が高く、長時間の光照射においても光電変換効率が低下しにくい光電変換素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element that has a high open-circuit voltage and whose photoelectric conversion efficiency does not easily decrease even under long-term light irradiation.

本発明の一実施形態としての光電変換素子の模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion element as an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態としての光電変換素子モジュールの模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion element module as an embodiment of the present invention.

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、これら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されない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below, but these descriptions are only examples (representative examples) of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents unless the gist thereof is exceeded.

〔光電変換素子〕
本発明の一実施形態である光電変換素子(以下、「本発明に係る光電変換素子」、「本発明の光電変換素子」又は単に「光電変換素子」と言う場合がある。)は、下部電極、中間層、活性層および上部電極をこの順に有する光電変換素子であって、活性層が有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有し、中間層が下記式(I)で表される化合物(以下、「本発明に係る特定化合物」又は単に「特定化合物」と言う場合がある。)を含有する光電変換素子である。
[Photoelectric conversion element]
A photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention (hereinafter sometimes referred to as "photoelectric conversion element according to the present invention", "photoelectric conversion element of the present invention", or simply "photoelectric conversion element") has a lower electrode. , a photoelectric conversion element having an intermediate layer, an active layer, and an upper electrode in this order, the active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, and the intermediate layer containing a compound represented by the following formula (I) (hereinafter, It is a photoelectric conversion element containing a "specific compound according to the present invention" or simply "specific compound".

Figure 2023128265000004
Figure 2023128265000004

(式(I)中、Qは、カルボン酸イオン又はスルホン酸イオンであり、M及びMは各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1~10の鎖状脂肪族炭化水素基であり、Mは、エーテル結合、-CO-及び-NH-のいずれかの結合又はこれらの結合がアルキレン基を介して結合している構造であり、R及びRは、各々独立に水素原子又は炭素数1~3の鎖状飽和脂肪族炭化水素基であり、Rは、水素原子又は炭素数1~5の脂肪族炭化水素基である。) (In formula (I), Q is a carboxylic acid ion or a sulfonic acid ion, and M 1 and M 2 are each independently a chain aliphatic hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, which may have a substituent. group, M 3 is an ether bond, any one of -CO- and -NH-, or a structure in which these bonds are bonded via an alkylene group, and R 1 and R 2 are each independently is a hydrogen atom or a chain saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)

本発明によれば、活性層と下部電極との間に上述の特定化合物を含有する中間層を設けることにより、光電変換素子において、開放電圧を上昇させ、光電変換効率を向上させるとともに、良好な膜質の活性層を形成することができ、光電変換素子の耐光性を向上させることができる。すなわち、開放電圧が高く、長時間の光照射においても光電変換効率が低下しにくい光電変換素子を提供することができる。 According to the present invention, by providing an intermediate layer containing the above-mentioned specific compound between the active layer and the lower electrode, in the photoelectric conversion element, the open circuit voltage is increased, the photoelectric conversion efficiency is improved, and a good A filmy active layer can be formed, and the light resistance of the photoelectric conversion element can be improved. That is, it is possible to provide a photoelectric conversion element that has a high open-circuit voltage and whose photoelectric conversion efficiency does not easily decrease even under long-term light irradiation.

以下、本発明の光電変換素子の構造について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の光電変換素子の一実施形態を表す断面図である。図1に示す光電変換素子は、一般的な太陽電池に用いられる光電変換素子であるが、本発明に係る光電変換素子は、図1に示す構造の素子に限られるわけではない。 Hereinafter, the structure of the photoelectric conversion element of the present invention will be explained using FIG. 1. FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a photoelectric conversion element of the present invention. The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 is a photoelectric conversion element used in a general solar cell, but the photoelectric conversion element according to the present invention is not limited to the element having the structure shown in FIG. 1.

図1に示す光電変換素子100においては、下部電極101、活性層104、中間層103及び上部電極106がこの順に配置されている。光電変換素子100は、さらに下部電極101と中間層103との間に存在するバッファ層102、上部電極106と活性層104との間に存在するバッファ層105を有していてもよい。また、基材107を有していてもよく、絶縁体層、仕事関数チューニング層のようなその他の層を有していてもよい。 In the photoelectric conversion element 100 shown in FIG. 1, a lower electrode 101, an active layer 104, an intermediate layer 103, and an upper electrode 106 are arranged in this order. The photoelectric conversion element 100 may further include a buffer layer 102 existing between the lower electrode 101 and the intermediate layer 103 and a buffer layer 105 existing between the upper electrode 106 and the active layer 104. Further, it may include the base material 107, and may include other layers such as an insulator layer and a work function tuning layer.

[電極]
図1に示す光電変換素子100は、下部電極101及び上部電極106を有している。電極は、活性層104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。本実施形態に係る光電変換素子100は、一対の電極を有し、一対の電極のうち一方を上部電極と呼び、他方を下部電極と呼ぶ。光電変換素子100が基材を有する又は基材上に設けられている場合、基材により近い電極を下部電極と呼び、基材からより遠い電極を上部電極と呼ぶ場合がある。また、透明電極を下部電極と呼び、下部電極よりも透明性が低い電極を上部電極と呼ぶ場合もある。
[electrode]
The photoelectric conversion element 100 shown in FIG. 1 has a lower electrode 101 and an upper electrode 106. The electrode has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption in the active layer 104. The photoelectric conversion element 100 according to this embodiment has a pair of electrodes, one of which is called an upper electrode, and the other is called a lower electrode. When the photoelectric conversion element 100 has a base material or is provided on a base material, an electrode closer to the base material may be called a lower electrode, and an electrode farther from the base material may be called an upper electrode. Further, a transparent electrode may be called a lower electrode, and an electrode having lower transparency than the lower electrode may be called an upper electrode.

一対の電極としては、正孔の捕集に適したアノードと、電子の捕集に適したカソードとを用いることができる。この場合、光電変換素子100は、下部電極101がアノードであり、上部電極106がカソードである順型構成であってもよいし、下部電極101がカソードであり、上部電極106がアノードである逆型構成であってもよい。 As the pair of electrodes, an anode suitable for collecting holes and a cathode suitable for collecting electrons can be used. In this case, the photoelectric conversion element 100 may have a forward configuration in which the lower electrode 101 is an anode and the upper electrode 106 is a cathode, or a reverse configuration in which the lower electrode 101 is a cathode and the upper electrode 106 is an anode. It may be a type configuration.

一対の電極は、何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、可視光(波長350~700nm)の透過率が40%以上であることをいう。電極の可視光の透過率は、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。可視光の透過率は、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。
下部電極101及び上部電極106、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、公知の技術により製造することができる。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号公報等に記載の方法により製造することができる。
Either one of the pair of electrodes may be translucent, or both may be translucent. Translucency usually means that the transmittance of visible light (wavelength 350 to 700 nm) is 40% or more. The visible light transmittance of the electrode is preferably high because more light passes through the transparent electrode and reaches the active layer, and particularly preferably 70% or more. The transmittance of visible light can be measured with a spectrophotometer (for example, U-4100 manufactured by Hitachi High-Technology).
There are no particular restrictions on the constituent members of the lower electrode 101 and the upper electrode 106, or the anode and cathode, and the manufacturing method thereof, and they can be manufactured using known techniques. For example, it can be produced by the method described in International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, or Japanese Patent Application Publication No. 2012-191194.

[活性層]
光電変換素子100が有する活性層104は、一対の電極間に位置する。活性層104は、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有し、光電変換を行う層である。光電変換素子100が光を受けると、光が活性層104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106から取り出される。
[Active layer]
The active layer 104 included in the photoelectric conversion element 100 is located between a pair of electrodes. The active layer 104 is a layer that contains an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound and performs photoelectric conversion. When the photoelectric conversion element 100 receives light, the light is absorbed by the active layer 104 and carriers are generated, and the generated carriers are taken out from the lower electrode 101 and the upper electrode 106.

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指す。
ペロブスカイト半導体化合物とは、ペロブスカイト構造を有する半導体化合物のことを指す。
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 refers to a compound that exhibits semiconductor properties.
A perovskite semiconductor compound refers to a semiconductor compound having a perovskite structure.

有機無機ハイブリッド型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で挙げられている化合物を用いることができる。例えば、有機無機ハイブリッド型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型の化合物、又は一般式AMXで表されるAMX型の化合物などが挙げられる。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価のアニオンを表す。 The organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is not particularly limited, but for example, the compound described by Galasso et al. Compounds listed in Structure and Properties of Inorganic Solids, Chapter 7 - Perovskite type and related structures can be used. For example, examples of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound include an AMX 3 type compound represented by the general formula AMX 3 or an A 2 MX 4 type compound represented by the general formula A 2 MX 4 . Here, M represents a divalent cation, A represents a monovalent cation, and X represents a monovalent anion.

1価のカチオンAに特段の制限はないが、上述のGalassoの著書に記載されているカチオン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~第16族元素を含むカチオンなどが挙げられる。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、立体障害が起こり難いことから、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、安定性が高いことから、フッ素原子で置換され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併用してもよい。 Although there is no particular restriction on the monovalent cation A, the cations described in the above-mentioned book by Galasso can be used. More specific examples include cations containing elements of Group 1 and Groups 13 to 16 of the periodic table. Among these, cesium ion, rubidium ion, potassium ion, ammonium ion which may have a substituent, or phosphonium ion which may have a substituent are preferable. Examples of ammonium ions that may have substituents include primary ammonium ions and secondary ammonium ions. There are no particular restrictions on the substituents. Specific examples of ammonium ions that may have substituents include alkylammonium ions and arylammonium ions. In particular, a monoalkylammonium ion having a three-dimensional crystal structure is preferred because steric hindrance is unlikely to occur, and an alkyl ammonium ion substituted with a fluorine atom is preferably used because of its high stability. Moreover, as the cation A, two or more types 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 monovalent cation A include methylammonium ion, monofluoromethylammonium ion, difluoridemethylammonium ion, trifluoridemethylammonium 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, phenethyl ammonium ion, guanidium ion, formamidinium ion, acetamidinium ion or imidazolium Examples include ions.

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が好ましい。具体例としては、周期表第14族元素のカチオンなどが挙げられる。より具体的には、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併用してもよい。なお、光電変換素子の安定性が高い点から、鉛カチオン又は鉛カチオンを含む2種類以上のカチオンを用いることが特に好ましい。 The divalent cation M is not particularly limited either, but a divalent metal cation or a metalloid cation is preferred. Specific examples include cations of Group 14 elements of the periodic table. More specifically, lead cations (Pb 2+ ), tin cations (Sn 2+ ), and germanium cations (Ge 2+ ) can be mentioned. Moreover, as the cation M, two or more types of cations may be used in combination. In addition, from the viewpoint of high stability of the photoelectric conversion element, it is particularly preferable to use a lead cation or two or more types of cations containing a lead cation.

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。Xは1種類のアニオンであってもよいし、2種類以上のアニオンの組み合わせであってもよい。
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であることが好ましい。Xの種類や組み合わせの選択により、活性層のバンドギャップを後述する好ましい範囲に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、臭化物イオンおよびヨウ化物イオン等のハロゲン化物イオンが好ましく、臭化物イオンおよびヨウ化物イオン等がより好ましい。
Examples of the monovalent anion ion, zirconate ion, 2,4-pentanedionate ion, silicofluoride ion, etc. X may be one type of anion or a combination of two or more types of anions.
X is preferably a halide ion or a combination of a halide ion and another anion. By selecting the type and combination of X, the bandgap of the active layer can be adjusted to a preferable range described below. Since the band gap of the active layer tends to be appropriately narrowed, X is preferably a halide ion such as a chloride ion, a bromide ion, or an iodide ion, and more preferably a bromide ion or an iodide ion.

有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物は、その光吸収特性や電荷移動度が光電変換に好適であることから、ハライド系有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物が好ましい。 The organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is preferably a halide-based organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound because its light absorption characteristics and charge mobility are suitable for photoelectric conversion.

ハライド系有機無機ハイブリッド型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、上述の化合物においてCHNHの代わりにCFHNH、CFHNH、又はCFNHを用いた化合物等が挙げられる。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。 Specific examples of halide organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compounds include CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 SnI 3 , CH 3 NH 3 SnBr 3 , CH 3 NH 3 SnCl 3 , 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 compounds in which CFH 2 NH 3 , CF 2 HNH 3 , or CF 3 NH 3 is used instead of CH 3 NH 3 in the above-mentioned compounds. Note that x represents an arbitrary value of 0 or more and 3 or less, and y represents an arbitrary value of 0 or more and 1 or less.

活性層104は、2種類以上の半導体化合物を含有していてもよく、2種類以上の有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有していてもよい。例えば、A、M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ペロブスカイト半導体化合物が活性層104に含まれていてもよい。また、活性層104は、異なる材料や成分を含む複数の層で形成される積層構造であってもよい。 The active layer 104 may contain two or more types of semiconductor compounds, or may contain two or more types of organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compounds. For example, the active layer 104 may contain two or more organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compounds in which at least one of A, M, and X is different. Furthermore, the active layer 104 may have a laminated structure formed of a plurality of layers containing different materials or components.

活性層104には、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物以外の成分(以下、「その他の成分」と言う場合がある。)が含まれていてもよい。その他の成分としては、例えば、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、又は有機化合物の添加剤等が挙げられる。また、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物以外の半導体化合物を含んでいてもよい。
活性層104に含まれる有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の量は、半導体特性に優れることから、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましい。活性層104に含まれる有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の量の上限に特に制限はない。
The active layer 104 may contain components other than the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound (hereinafter sometimes referred to as "other components"). Examples of other components include additives of inorganic compounds or organic compounds, such as halides, oxides, or inorganic salts such as sulfides, sulfates, nitrates, or ammonium salts. Further, it may contain a semiconductor compound other than the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound.
The amount of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound contained in the active layer 104 is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and 80% by mass or more, since it has excellent semiconductor properties. It is even more preferable that there be. There is no particular upper limit to the amount of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound contained in the active layer 104.

活性層に含まれる有機無機ハイブリッド型ベロブスカイト半導体化合物の粒径は、粒界を減らすことにより、欠陥が生じ難くする点において大きいことが好ましい。そこで、活性層における有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の粒径は、0.7μm以上であることが好ましく、0.8μm以上であることがより好ましく、0.9μm以上であることがさらに好ましい。有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の粒径は、特定化合物を含有する中間層の上に塗布法により活性層を形成することにより、大きくすることができる。一方、粒径の均一な活性層を形成する点では、有機無機ハイブリッド型ベロブスカイト半導体化合物の粒径は小さいことが好ましい。そこで、活性層における有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の粒径は3.0μm以下、特に2.0μm以下であることが好ましい。有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の粒径は、走査型電子顕微鏡観察により測定することができる。具体的には、日立ハイテク(株)製の走査型電子顕微鏡「S-4800」を用いて、活性層表面を測定し、得られた走査型電子顕微鏡画像の有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の粒境を設定し、任意の10個の粒子の円相当表面積径の算術平均を算出すればよい。具体的には、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の粒径は、実施例の項で詳述する方法により測定、算出することができる。 The grain size of the organic-inorganic hybrid berovskite semiconductor compound contained in the active layer is preferably large in order to reduce the number of grain boundaries and thereby make defects less likely to occur. Therefore, the particle size of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound in the active layer is preferably 0.7 μm or more, more preferably 0.8 μm or more, and even more preferably 0.9 μm or more. The particle size of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound can be increased by forming an active layer on an intermediate layer containing a specific compound by a coating method. On the other hand, from the viewpoint of forming an active layer with a uniform particle size, it is preferable that the particle size of the organic-inorganic hybrid berovskite semiconductor compound is small. Therefore, the particle size of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound in the active layer is preferably 3.0 μm or less, particularly 2.0 μm or less. The particle size of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound can be measured by scanning electron microscopy. Specifically, the surface of the active layer was measured using a scanning electron microscope "S-4800" manufactured by Hitachi High-Technology Co., Ltd., and the obtained scanning electron microscopy image of particles of an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound was It is sufficient to set a boundary and calculate the arithmetic mean of the circle-equivalent surface area diameters of ten arbitrary particles. Specifically, the particle size of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound can be measured and calculated by the method detailed in the Examples section.

活性層104のイオン化ポテンシャルの範囲は特段限定されない。但し、室内等の屋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灯に対する、発電効率が高くなりやすい点では、-5.5eV以上であることが好ましく、-5.2eV以上であることがより好ましく、-5.0eV以上であることがさらに好ましく、また、一方で、-4.0eV以下であることが好ましく、-4.6eV以下であることがより好ましく、-4.4eV以下であることがさらに好ましい。
ここで、活性層のイオン化ポテンシャルは、サンプルに対して光を照射し、照射エネルギーが光電子をはじき出すのに必要な最低エネルギー(eV)を計測することで、算出することができる。測定機器は任意のものを用いることができるが、例えば、理研計器(株)のAC-2、AC-3等を用いることができる。
また、活性層のバンドギャップの範囲は特段限定されない。但し、室内等の屋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灯に対する、発電効率が高くなりやすく、特に屋内光源からのエネルギーが半導体中に生成する励起子を正負電荷に分離するために十分で、且つ過剰とならず、発電効率が高くなりやすいことから、2.6eV以上であることが好ましく、2.4eV以上であることがより好ましく、2.2eV以上であることがさらに好ましく、また、一方で、1.2eV以下であることが好ましく、1.4eV以下であることがより好ましく、1.6eV以下であることがさらに好ましい。
The range of the ionization potential of the active layer 104 is not particularly limited. However, it is preferably -5.5 eV or more, and -5.2 eV or more, in terms of the fact that the power generation efficiency tends to be high compared to fluorescent lamps and LED lamps, which are visible light sources widely used indoors. It is more preferable that it is -5.0 eV or more, and on the other hand, it is preferably -4.0 eV or less, more preferably -4.6 eV or less, and -4.4 eV or less. It is more preferable that
Here, the ionization potential of the active layer can be calculated by irradiating a sample with light and measuring the minimum energy (eV) required for the irradiation energy to repel photoelectrons. Any measuring device can be used, and for example, AC-2, AC-3, etc. manufactured by Riken Keiki Co., Ltd. can be used.
Further, the bandgap range of the active layer is not particularly limited. However, the power generation efficiency tends to be higher for fluorescent lamps and LED lamps, which are visible light sources widely used indoors, etc. In particular, energy from indoor light sources separates excitons generated in semiconductors into positive and negative charges. It is preferably 2.6 eV or more, more preferably 2.4 eV or more, and still more preferably 2.2 eV or more, since it is sufficient and not excessive, and the power generation efficiency tends to be high. On the other hand, it is preferably 1.2 eV or less, more preferably 1.4 eV or less, and even more preferably 1.6 eV or less.

ここで、バンドギャップは、半導体化合物の吸収端波長と吸光度とから算出することができる。具体的には、透明ガラス基板等の適当な試料上に半導体化合物を成膜し、そ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、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することができる。透過スペクトルは、例えば、日立ハイテク製U-4100等の分光光度計を使用して測定することができる。 Here, the bandgap can be calculated from the absorption edge wavelength and absorbance of the semiconductor compound. Specifically, a semiconductor compound is deposited on a suitable sample such as a transparent glass substrate, its transmission spectrum is measured, the horizontal axis wavelength is converted to eV, the vertical axis transmittance is converted to √(ahν), and this By fitting the absorption rise as a straight line, the eV value that intersects with the baseline can be calculated as the band gap. The transmission spectrum can be measured using, for example, a spectrophotometer such as U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech.

活性層のイオン化ポテンシャルの調整は、例えば、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物におけるカチオン成分の種類や量により行うことができる。
また、活性層のバンドギャップの調整は、例えば、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物におけるハロゲン元素の種類や量により行うことができる。
The ionization potential of the active layer can be adjusted by, for example, the type and amount of the cation component in the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound.
Further, the band gap of the active layer can be adjusted by, for example, the type and amount of the halogen element in the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound.

活性層104の厚みに特段の制限はない。より多くの光を吸収できる点では、活性層104の厚みは、厚いことが好ましい。具体的には、10nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがより好ましく、100nm以上であることがさらに好ましく、120nm以上であることが特に好ましい。また、一方で、光電変換素子の直列抵抗が下がり、電荷の取出し効率が高くなりやすい点では、活性層104の厚みは、薄いことが好ましい。具体的には、1500nm以下であることが好ましく、1200nm以下であることがより好ましく、800nm以下であることがさらに好ましい。 There is no particular restriction on the thickness of the active layer 104. The active layer 104 is preferably thick in terms of absorbing more light. Specifically, it is preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, even more preferably 100 nm or more, and particularly preferably 120 nm or more. On the other hand, the active layer 104 is preferably thin because the series resistance of the photoelectric conversion element is reduced and the charge extraction efficiency is likely to be increased. Specifically, it is preferably 1500 nm or less, more preferably 1200 nm or less, and even more preferably 800 nm or less.

活性層104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。具体的には、塗布法及び蒸着法(又は共蒸着法)が挙げられる。簡便に活性層104を形成しやすい点では、塗布法が好ましい。具体的には、例えば、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物又はその前駆体と溶媒を含有する塗布液を、活性層の下層となる層(本発明では、通常、前述の中間層)に塗布し、必要に応じて加熱乾燥することにより活性層104を形成する方法などが挙げられる。
また、このような塗布液を塗布した後に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物に対する貧溶媒を塗布することにより、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を析出させることもできる。
The method for forming the active layer 104 is not particularly limited, and can be formed by any method. Specifically, a coating method and a vapor deposition method (or co-evaporation method) can be mentioned. The coating method is preferable in that the active layer 104 can be easily formed. Specifically, for example, a coating liquid containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound or its precursor and a solvent is applied to a layer below the active layer (in the present invention, usually the above-mentioned intermediate layer), Examples include a method of forming the active layer 104 by heating and drying as necessary.
Further, after applying such a coating liquid, the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound can be precipitated by applying a poor solvent for the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound.

有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の前駆体とは、加熱等により、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物に変換可能な材料のことを指す。具体的には、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、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の前駆体を含む塗布液を作製することができる。そして、この塗布液を塗布し、必要に応じて貧溶媒を滴下、加熱乾燥させることにより、一般式AMXで表される有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層104を作製することができる。また、一般式AXで表される化合物と溶媒を含む塗布液と、一般式MXで表される化合物と溶媒を含む塗布液とを調製し、これらの2種類の塗布液を順次塗布することにより、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物AMXの前駆体を含む層を積層し、これを加熱乾燥させることにより、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物AMXを析出させ、活性層104を形成することもできる。 The precursor of an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound refers to a material that can be converted into an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound by heating or the like. Specifically, for example, a precursor of an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is prepared by mixing a compound represented by the general formula AX, a compound represented by the general formula MX2 , and a solvent and heating and stirring the mixture. A coating liquid containing the following can be prepared. Then, by applying this coating liquid, dropping a poor solvent as needed, and heating and drying it, an active layer 104 containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound represented by the general formula AMX3 can be manufactured. can. Alternatively, a coating liquid containing a compound represented by the general formula AX and a solvent and a coating liquid containing a compound represented by the general formula MX2 and a solvent are prepared, and these two types of coating liquids are sequentially applied. By stacking layers containing a precursor of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound AMX 3 and heating and drying them, the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound AMX 3 can be precipitated to form the active layer 104. can.

活性層形成用塗布液の溶媒としては、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体の前駆体及びその他の成分を用いる場合はそれも含め溶解できれば特に限定されない。具体的には、例えば、鉛化合物を含有する前駆体の塗布液には、溶解性と沸点の高さから、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン等の有機溶媒が好ましく、ジメチルホルムアミド(DMF)がより好ましい。また、塗布液を順次塗布して活性層を形成する場合、ハロゲン化物等の前駆体の塗布液には、イソプロピルアルコール、エタノール等を用いることができる。これらの溶媒は1種類のみを用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。 The solvent for the active layer forming coating solution is not particularly limited as long as it can dissolve the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor precursor and other components, if used. Specifically, for example, organic solvents such as dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide, and N-methylpyrrolidone are preferable for the coating solution of a precursor containing a lead compound in terms of solubility and high boiling point. Formamide (DMF) is more preferred. Further, when forming an active layer by sequentially applying coating liquids, isopropyl alcohol, ethanol, etc. can be used as the coating liquid of a precursor such as a halide. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

塗布液の塗布方法としては任意の方法を用いることができる。具体的には、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・コート法及び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. Specifically, for example, spin coating method, inkjet method, doctor blade method, drop casting method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brushing method, spray coating method, air knife coating method, wire barber coating method. , pipe doctor method, impregnation/coating method, curtain coating method, etc.

[中間層]
中間層103は、下記式(I)で表される特定化合物を含有する。
[Middle layer]
The intermediate layer 103 contains a specific compound represented by the following formula (I).

Figure 2023128265000005
Figure 2023128265000005

(式(I)中、Qは、カルボン酸イオン又はスルホン酸イオンであり、M及びMは各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1~10の鎖状脂肪族炭化水素基であり、Mは、エーテル結合、-CO-及び-NH-のいずれかの結合又はこれらの結合がアルキレン基を介して結合している構造であり、R及びRは、各々独立に水素原子又は炭素数1~3の鎖状飽和脂肪族炭化水素基であり、Rは、水素原子又は炭素数1~5の脂肪族炭化水素基である。) (In formula (I), Q is a carboxylic acid ion or a sulfonic acid ion, and M 1 and M 2 are each independently a chain aliphatic hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, which may have a substituent. group, M 3 is an ether bond, any one of -CO- and -NH-, or a structure in which these bonds are bonded via an alkylene group, and R 1 and R 2 are each independently is a hydrogen atom or a chain saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)

特定化合物を含有する中間層を有することにより、本発明の光電変換素子の光電変換効率や耐光性、及び開放電圧が向上する理由については、以下のように推定される。
活性層形成時に、特定化合物が有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の前駆体に配位することにより、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の結晶の核生成速度が抑制される。この結果、多数の微小結晶が形成され難くなると共に結晶成長速度が遅くなり、粒径の大きな結晶の形成が促される。粒径の大きな結晶の形成により、粒界が減少し、各粒間の欠陥の生成を抑制させることが可能となる。また、活性層表面の平坦性や平滑性も向上し、突発的なリーク発生の原因となり得る活性層表面や電極層の凹凸を低減することができると推定される。
The reason why the photoelectric conversion efficiency, light resistance, and open circuit voltage of the photoelectric conversion element of the present invention are improved by having an intermediate layer containing a specific compound is estimated as follows.
When forming the active layer, the specific compound coordinates with the precursor of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, thereby suppressing the nucleation rate of the crystal of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound. As a result, it becomes difficult to form many microcrystals, and the crystal growth rate slows down, promoting the formation of crystals with large grain sizes. Formation of crystals with large grain sizes reduces grain boundaries, making it possible to suppress the generation of defects between grains. Furthermore, it is estimated that the flatness and smoothness of the active layer surface can be improved, and it is possible to reduce irregularities on the active layer surface and electrode layer that may cause sudden leakage.

特定化合物のカルボン酸イオン又はスルホン酸イオン(Q)は、活性層のカチオン欠陥サイトを修復すると考えられる。また、特定化合物の4級アンモニウムイオン-N-(カチオン部)が活性層の欠陥生成を抑制するとともに活性層のアニオン欠陥サイトを修復すると考えられる。そして、この結果、開放電圧が高くなり、光電変換効率が向上し、さらに耐光性も向上すると考えられる。このような観点から、本発明の光電変換素子は、活性層を中間層と接して設けることが好ましい。 The carboxylate ion or sulfonate ion (Q) of the specific compound is believed to repair cation defect sites in the active layer. Further, it is believed that the quaternary ammonium ion -N + R 1 R 2 - (cation moiety) of the specific compound suppresses the generation of defects in the active layer and repairs anion defect sites in the active layer. As a result, it is thought that the open circuit voltage increases, the photoelectric conversion efficiency improves, and the light resistance also improves. From this viewpoint, in the photoelectric conversion element of the present invention, it is preferable that the active layer is provided in contact with the intermediate layer.

特定化合物のビニル基は、π結合電子雲により、電子輸送を効率化させる効果があると推測される。また、特定化合物のカルボニル基は、活性層の前駆体に配位することにより、結晶成長を遅延させ、粒径の大きな結晶の形成を促すと考えられる。また、このカルボニル基に隣接して特定の連結基Mが存在することにより、光電変換効率が向上されやすい。 It is presumed that the vinyl group of a specific compound has the effect of increasing the efficiency of electron transport through a π-bonded electron cloud. Further, the carbonyl group of the specific compound is thought to coordinate with the precursor of the active layer, thereby retarding crystal growth and promoting the formation of crystals with large particle sizes. Furthermore, the presence of the specific linking group M 3 adjacent to this carbonyl group tends to improve the photoelectric conversion efficiency.

本発明の光電変換素子が電子輸送層を有する場合、電子輸送層に配位したアニオン部と活性層に配位したカチオン部により、界面に双極子が形成される。ここで、本発明に係る中間層が活性層と電子輸送層の間に設けられることにより、電子輸送層の仕事関数が低下して、バンドアラインメントが改善され、電子輸送効率が向上すると考えられる。そこで、本発明の光電変換素子は、中間層と下部電極との間にさらに電子輸送層を有することが好ましい。 When the photoelectric conversion element of the present invention has an electron transport layer, a dipole is formed at the interface by the anion part coordinated to the electron transport layer and the cation part coordinated to the active layer. Here, it is considered that by providing the intermediate layer according to the present invention between the active layer and the electron transport layer, the work function of the electron transport layer is reduced, band alignment is improved, and electron transport efficiency is improved. Therefore, it is preferable that the photoelectric conversion element of the present invention further includes an electron transport layer between the intermediate layer and the lower electrode.

特定化合物のM及びMは、各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1~10の鎖状脂肪族炭化水素基である。該脂肪族炭化水素基の炭素数は、アニオンとカチオンの距離が離れてイオン性が強まる点では多いことが好ましいが、一方で、合成しやすい点では少ないことが好ましい。そこで、該脂肪族炭化水素基の炭素数は、2以上であることが好ましく、また一方で、5以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、3以下であることがさらに好ましい。 M 1 and M 2 of the specific compound are each independently a chain aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have a substituent. The number of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon group is preferably large in that the distance between the anion and cation is increased and the ionicity is strengthened, but on the other hand, it is preferable that the number of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon group is small in terms of ease of synthesis. Therefore, the number of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon group is preferably 2 or more, and on the other hand, it is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, and even more preferably 3 or less. .

該脂肪族炭化水素基が有してもよい置換基は、本発明の効果を著しく損ねなければ限定されない。該脂肪族炭化水素基が有してもよい置換基としては、ビニル基、アリール基、ヒドロキシ基、アルデヒド基、カルボニル基、アミノ基、ニトロ基、スルホン酸基、チエニル基、ピリジニル基、イソチオシアネート基、アミド基、ニトリル基、カルボキシ基、シアノ基、チオール基、イミノ基などが挙げられる。これらのうち、活性層に存在する非配位の鉛イオン欠陥やヨウ素空孔等のカチオン性欠陥や鉛クラスタに配位して欠陥を補修する可能性がある点では、置換基は電子供与性であることが好ましい。また一方で、Pb-Iアンチサイトや非配位のヨウ素イオン等のアニオン性欠陥を補修する可能性がある点では、置換基は電子吸引性であることが好ましい。 The substituents that the aliphatic hydrocarbon group may have are not limited as long as they do not significantly impair the effects of the present invention. Examples of substituents that the aliphatic hydrocarbon group may have include a vinyl group, an aryl group, a hydroxy group, an aldehyde group, a carbonyl group, an amino group, a nitro group, a sulfonic acid group, a thienyl group, a pyridinyl group, and an isothiocyanate group. group, amide group, nitrile group, carboxy group, cyano group, thiol group, imino group, etc. Among these, substituents are electron-donating in that they have the potential to repair defects by coordinating with cationic defects such as non-coordinating lead ion defects and iodine vacancies and lead clusters existing in the active layer. It is preferable that On the other hand, in view of the possibility of repairing anionic defects such as Pb-I antisites and uncoordinated iodine ions, the substituent is preferably electron-withdrawing.

特定化合物のMは、エーテル結合、-CO-及び-NH-のうちのいずれかの結合又はこれらの結合がアルキレン基を介して結合している構造である。これらのうち、活性層の欠陥補修への寄与の観点から-NH-及び-CO-が好ましく、より好ましくは-NH-である。 M3 of the specific compound is an ether bond, any one of -CO- and -NH-, or a structure in which these bonds are bonded via an alkylene group. Among these, -NH- and -CO- are preferred from the viewpoint of contributing to defect repair in the active layer, and -NH- is more preferred.

特定化合物のR及びRは、各々独立に、水素原子又は炭素数1~3の飽和脂肪族炭化水素基である。R及びRは、光電変換素子の直列抵抗やペロブスカイト半導体化合物の欠陥サイトへの配位しやすさの観点から、嵩高くないことが好ましい。そこで、R及びRは、水素原子又はメチル基が好ましい。 R 1 and R 2 of the specific compound are each independently a hydrogen atom or a saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms. R 1 and R 2 are preferably not bulky from the viewpoint of series resistance of the photoelectric conversion element and ease of coordination to defect sites of the perovskite semiconductor compound. Therefore, R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom or a methyl group.

特定化合物のRは、水素原子又は炭素数1~5の脂肪族炭化水素基である。該脂肪族炭化水素基の炭素数は疎水性を向上させて活性層を保護する点では多いことが好ましいが、一方で、光電変換素子の直列抵抗やペロブスカイト半導体化合物の欠陥サイトへの配位の阻害要因となり難い点では嵩高くなく、小さいことが好ましい。そこで、Rは、鎖状脂肪族炭化水素基であることが好ましく、鎖状飽和脂肪族炭化水素基であることがより好ましく、その炭素数は4以下であることが好ましく、3以下であることがより好ましく、2以下もしくは水素原子であることがさらに好ましい。 R 3 of the specific compound is a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms. It is preferable that the aliphatic hydrocarbon group has a large number of carbon atoms in order to improve hydrophobicity and protect the active layer. It is preferable that it is small and not bulky in that it is unlikely to become a hindrance factor. Therefore, R 3 is preferably a chain aliphatic hydrocarbon group, more preferably a chain saturated aliphatic hydrocarbon group, and the number of carbon atoms thereof is preferably 4 or less, and 3 or less. More preferably, the number is 2 or less or hydrogen atoms are even more preferable.

特定化合物の分子量は、活性層を被覆しやすく、光電変換素子の耐光性を向上させやすい点では高いことが好ましいが、また、一方で、特定化合物の電荷輸送能にも依存するが、光電変換素子における高抵抗成分となり得る点では低いことが好ましい。これらの観点から、特定化合物の分子量は100以上であることが好ましく、また一方で、500以下であることが好ましく、400以下であることがより好ましく、300以下であることがさらに好ましい。 The molecular weight of the specific compound is preferably high in terms of ease of coating the active layer and improving the light resistance of the photoelectric conversion element. It is preferable that it is low since it can become a high resistance component in the element. From these viewpoints, the molecular weight of the specific compound is preferably 100 or more, on the other hand, preferably 500 or less, more preferably 400 or less, and even more preferably 300 or less.

中間層103には、本発明の効果を著しく妨げない範囲で、特定化合物以外の成分が含有されていてもよい。特定化合物以外の成分としては、具体的には、KF、KCl、KBr、KI、CsF、CsCl、CsBr、CsI及び特定化合物に該当しない双性イオンなどが挙げられる。 The intermediate layer 103 may contain components other than the specific compound to the extent that the effects of the present invention are not significantly impaired. Specific examples of components other than the specific compound include KF, KCl, KBr, KI, CsF, CsCl, CsBr, CsI, and zwitterions that do not correspond to the specific compound.

中間層に含有される特定化合物の量は、本発明の光電変換素子の光電変換効率及び耐光性の点では多いことが好ましい。この観点から、中間層に含有される特定化合物の量は、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましく、95質量%以上であることが特に好ましく、100質量%であることが最も好ましい。 The amount of the specific compound contained in the intermediate layer is preferably large in terms of photoelectric conversion efficiency and light resistance of the photoelectric conversion element of the present invention. From this point of view, the amount of the specific compound contained in the intermediate layer is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and 95% by mass or more. % or more, and most preferably 100% by mass.

中間層103の厚みは、活性層104からカソードへの電子輸送の障壁になり難い点では薄いことが好ましく、また一方で、均一な中間層103を形成しやすい点では、厚いことが好ましい。これらの観点から、中間層103の厚みは、0.5nm以上であることが好ましく、1nm以上であることがより好ましく、また一方で、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましく、10nm以下であることがさらに好ましい。 The thickness of the intermediate layer 103 is preferably thin in that it is unlikely to become a barrier to electron transport from the active layer 104 to the cathode, and on the other hand, it is preferably thick in that it is easy to form a uniform intermediate layer 103. From these viewpoints, the thickness of the intermediate layer 103 is preferably 0.5 nm or more, more preferably 1 nm or more, and on the other hand, preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. The thickness is preferably 10 nm or less, and more preferably 10 nm or less.

中間層103の形成は、塗布法により行うことが好ましい。すなわち、本発明の光電変換素子の製造方法は、本発明に係る特定化合物を含有する溶液を塗布する工程を有することが好ましい。
具体的には、特定化合物を含有する溶液を調製し、これを塗布することにより中間層を形成することが好ましい。特定化合物の溶液に用いる溶媒としては、特定化合物等の中間層に含まれる成分の溶解性や塗布性に問題がなければ限定されない。溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール及び水などが挙げられる。これらは1種類のみを用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
The intermediate layer 103 is preferably formed by a coating method. That is, the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention preferably includes a step of applying a solution containing the specific compound according to the present invention.
Specifically, it is preferable to prepare a solution containing a specific compound and apply the solution to form the intermediate layer. The solvent used for the solution of the specific compound is not limited as long as there is no problem with the solubility or coatability of the components contained in the intermediate layer, such as the specific compound. Examples of the solvent include alcohols such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol, and water. Only one type of these may be used, or two or more types may be used in combination.

中間層形成用溶液中における特定化合物の濃度は活性層並びにバッファ層の欠陥補修の観点から、高いことが好ましく、また、一方で、均一膜を形成しやすい観点では低いことが好ましい。そこで、0.01mg/mL以上であることが好ましく、また、一方で、20mg/mL以下であることが好ましく、10mg/mL以下であることがより好ましく、5mg/mL以下であることがさらに好ましい。 The concentration of the specific compound in the intermediate layer forming solution is preferably high from the viewpoint of repairing defects in the active layer and buffer layer, and on the other hand, it is preferably low from the viewpoint of facilitating the formation of a uniform film. Therefore, it is preferably 0.01 mg/mL or more, and on the other hand, it is preferably 20 mg/mL or less, more preferably 10 mg/mL or less, and even more preferably 5 mg/mL or less. .

中間層形成用溶液の塗布は、均一な薄膜層を形成させやすいことから、スピンコート法により行うことが好ましく、その回転数は、2000~4000rpmとすることが好ましい。
また、短時間で均一に乾燥させやすいことから、塗布後に加熱乾燥させることが好ましい。その際の加熱温度は、150℃以下とすることが好ましく、100℃以下、例えば70~100℃とすることがより好ましい。
The intermediate layer forming solution is preferably applied by spin coating, since it facilitates the formation of a uniform thin film layer, and the rotational speed is preferably 2000 to 4000 rpm.
Further, since it is easy to dry uniformly in a short time, it is preferable to heat-dry the coating after application. The heating temperature at that time is preferably 150°C or lower, more preferably 100°C or lower, for example 70 to 100°C.

[バッファ層]
本発明の光電変換素子は、バッファ層を有していてもよい。バッファ層は、活性層と電極の間に備えられる層である。活性層と電極の間に中間層が設けられている側にバッファ層を設ける場合、バッファ層は電極と中間層の間に設けることが好ましい。
[Buffer layer]
The photoelectric conversion element of the present invention may have a buffer layer. A buffer layer is a layer provided between an active layer and an electrode. When the buffer layer is provided on the side where the intermediate layer is provided between the active layer and the electrode, the buffer layer is preferably provided between the electrode and the intermediate layer.

図1においては、バッファ層102、105は、活性層104と一対の電極101、106の少なくとも一方との間に設けられている。バッファ層は、例えば、活性層104から下部電極101又は上部電極106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い。本発明の光電変換デバイスがバッファ層を有する場合、前述のとおり、電子輸送層を有することがより好ましい。 In FIG. 1, buffer layers 102 and 105 are provided between active layer 104 and at least one of the pair of electrodes 101 and 106. The buffer layer can be used, for example, to improve carrier transfer efficiency from the active layer 104 to the lower electrode 101 or the upper electrode 106, and is preferably a hole transport layer or an electron transport layer. When the photoelectric conversion device of the present invention has a buffer layer, as described above, it is more preferable to have an electron transport layer.

バッファ層102、105の厚みは、特段制限されず、用途に応じて適宜設定することができる。バッファ層の厚みは、下地層を欠陥なく覆い、半導体としての機能を充足しやすい点では厚いことが好ましく、具体的には、0.5nm以上であることが好ましく、1nm以上であることがより好ましく、5nm以上であることがさらに好ましい。また、一方で、バッファ層による正孔や電子のキャリア輸送効率の観点から薄いことが好ましく、具体的には、1μm以下であることが好ましく、500nm以下であることがより好ましく、300nm以下であることがさらに好ましく、200nm以下であることが特に好ましい。 The thicknesses of the buffer layers 102 and 105 are not particularly limited and can be set as appropriate depending on the application. The thickness of the buffer layer is preferably thick in that it covers the base layer without defects and easily satisfies the function as a semiconductor, and specifically, it is preferably 0.5 nm or more, and more preferably 1 nm or more. The thickness is preferably 5 nm or more, and more preferably 5 nm or more. On the other hand, from the viewpoint of carrier transport efficiency of holes and electrons by the buffer layer, it is preferably thin, and specifically, it is preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less, and 300 nm or less. It is even more preferable that the thickness be 200 nm or less.

バッファ層の形成方法に制限はなく、材料の特性に合わせて、公知の形成方法から適切な方法を選び形成することができる。例えば、後述する有機半導体化合物、ドーパント及び溶媒を含有する塗布液を調製し、スピンコート法やインクジェット法等の湿式成膜法を用いることにより、バッファ層を形成することができる。また、真空蒸着法等の乾式成膜法により、バッファ層を形成することもできる。 There are no restrictions on the method of forming the buffer layer, and an appropriate method can be selected from known forming methods depending on the characteristics of the material. For example, the buffer layer can be formed by preparing a coating liquid containing an organic semiconductor compound, a dopant, and a solvent, which will be described later, and using a wet film forming method such as a spin coating method or an inkjet method. Further, the buffer layer can also be formed by a dry film forming method such as a vacuum evaporation method.

<電子輸送層>
本発明の光電変換素子は、電子抽出の効率化及び特定化合物の電子輸送層の欠陥への配位の点から、中間層に接するバッファ層として電子輸送層を有することが好ましい。
電子輸送層の態様は特段制限されず、活性層からカソードへの電子の取り出し効率を向上させることが可能な任意の材料を用いることができる。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。電子輸送層は、安定した膜の形成と耐久性の観点から、無機化合物を含有することが好ましく、金属酸化物を含有することがより好ましく、酸化スズを含有することがさらに好ましい。
<Electron transport layer>
The photoelectric conversion element of the present invention preferably has an electron transport layer as a buffer layer in contact with the intermediate layer, from the viewpoint of efficient electron extraction and coordination of the specific compound to defects in the electron transport layer.
The form of the electron transport layer is not particularly limited, and any material that can improve the efficiency of extracting electrons from the active layer to the cathode can be used. Specifically, inorganic compounds, organic compounds, or perovskite semiconductor compounds described in known documents such as WO 2013/171517, WO 2013/180230, or JP 2012-191194 are exemplified. For example, examples of the inorganic compound 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. Organic compounds include bathocuproine (BCP), bathophenanthrene (BPHeN), (8-hydroxyquinolinato)aluminum (Alq 3 ), boron compounds, oxadiazole compounds, benzimidazole compounds, naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA) , perylenetetracarboxylic anhydride (PTCDA), fullerene compounds, or phosphine compounds having a double bond with a Group 16 element of the periodic table, such as a phosphine oxide compound or a phosphine sulfide compound. From the viewpoint of stable film formation and durability, the electron transport layer preferably contains an inorganic compound, more preferably contains a metal oxide, and even more preferably contains tin oxide.

<正孔輸送層>
正孔輸送層としてのバッファ層は、正孔輸送能を有すれば特段制限されないが、正孔輸送能を有する有機半導体化合物を含有することが好ましく、本発明の効果が得られる範囲で他の物質を含んでいてよい。N-i-P積層型光電変換素子の場合、正孔輸送層により輸送電荷量の制御が容易となる。以下、本項目において、バッファ層を正孔輸送層とも称する。
<Hole transport layer>
The buffer layer as a hole transport layer is not particularly limited as long as it has a hole transport ability, but it preferably contains an organic semiconductor compound that has a hole transport ability, and other materials may be used as long as the effects of the present invention can be obtained. May contain substances. In the case of the NiP stacked photoelectric conversion element, the amount of transported charge can be easily controlled by the hole transport layer. Hereinafter, in this item, the buffer layer will also be referred to as a hole transport layer.

(有機半導体化合物)
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指す。なお、本明細書において「半導体」とは、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)移動されうるかを示す指標となるものである。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以上であり、より好ましくは1.0×10-5cm/V・S以上であり、さらに好ましくは5.0×10-5cm/V・S以上であり、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できる。
(organic semiconductor compound)
A semiconductor compound refers to a compound that can be used as a semiconductor material that exhibits semiconductor properties. Note that in this specification, a "semiconductor" is defined by the magnitude of carrier mobility in a solid state. As is well known, carrier mobility is an indicator of how fast (or how much) charges (electrons or holes) can be moved. 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 −5 cm 2 /V・S or more, more preferably 5.0×10 −5 cm 2 /V・S or more, particularly preferably 1.0×10 −4 cm 2 /V・S or more It is. Note that carrier mobility can be measured, for example, by measuring the IV characteristics of a field effect transistor, or by a time-of-flight method.

本明細書においては半導体化合物として有機半導体化合物が用いられるが、その種類は特に限定されず、例えば従来知られているものを用いることができる。有機半導体化合物としては、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、又はトリアリールアミン化合物等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。 Although an organic semiconductor compound is used as the semiconductor compound in this specification, the type thereof is not particularly limited, and for example, conventionally known compounds can be used. Low molecular weight compounds and high molecular weight compounds are known as organic semiconductor compounds. Examples of low-molecular 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, and tria Examples include arylamine compounds such as lylamine compounds, carbazole compounds, and the like. In addition, as a polymeric organic semiconductor compound, a conjugated polymer such as a polythiophene-based polymer, a polyacetylene-based polymer, a polyaniline-based polymer, a polyphenylene-based polymer, a polyphenylene vinylene-based polymer, a polyfluorene-based polymer, or a polypyrrole-based polymer, or a triaryl Included are arylamine polymers such as amine polymers.

有機半導体化合物として好ましくはアリールアミン系化合物であり、より好ましくはトリアリールアミン系化合物である。アリールアミン系化合物とは、アリールアミン構造(アリール基と窒素原子との結合)を有する化合物のことであり、アリールアミン系ポリマーを含む。アリールアミン系ポリマーとは、繰り返し単位がアリールアミン構造を含んでいるポリマーのことであり、ポリアリールアミン系化合物ともいう。また、トリアリールアミン系化合物とは、トリアリールアミン構造(3つのアリール基の同じ窒素原子への結合)を有する化合物のことであり、トリアリールアミン系ポリマーを含む。トリアリールアミンポリマーとは、繰り返し単位がトリアリールアミン構造を含んでいるポリマーのことであり、ポリトリアリールアミン系化合物ともいう。このようなアリールアミン系化合物又はトリアリールアミン系化合物は、ドーパントにより安定に酸化され、良好な半導体特性を示しうる点で好ましく、中でもトリアリールアミン系化合物がより好ましい。 The organic semiconductor compound is preferably an arylamine compound, more preferably a triarylamine compound. The arylamine compound refers to a compound having an arylamine structure (a bond between an aryl group and a nitrogen atom), and includes an arylamine polymer. The arylamine polymer is a polymer whose repeating unit contains an arylamine structure, and is also referred to as a polyarylamine compound. Moreover, a triarylamine-based compound is a compound having a triarylamine structure (bonds of three aryl groups to the same nitrogen atom), and includes a triarylamine-based polymer. A triarylamine polymer is a polymer whose repeating units include a triarylamine structure, and is also referred to as a polytriarylamine compound. Such arylamine compounds or triarylamine compounds are preferred because they can be stably oxidized by dopants and exhibit good semiconductor properties, and triarylamine compounds are particularly preferred.

ここで、アリール基(又は芳香族基)は、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基のことを指し、単環のもの、縮合環のもの、及び単環又は縮合環が連結しているもの、を含む。芳香族基としては、特に限定されないが、炭素数30以下であることが好ましく、炭素数12以下であることがより好ましい。芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、又はビフェニル基等が挙げられる。芳香族複素環基の具体例としては、チエニル基、フリル基、ピロリル基、ピリジル基、又はイミダゾリル基等が挙げられる。 Here, the aryl group (or aromatic group) refers to an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group, including a monocyclic group, a condensed ring group, and a group in which monocyclic or condensed rings are connected. including things. The aromatic group is not particularly limited, but preferably has 30 or less carbon atoms, and more preferably has 12 or less carbon atoms. Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include phenyl group, naphthyl group, and biphenyl group. Specific examples of the aromatic heterocyclic group include thienyl group, furyl group, pyrrolyl group, pyridyl group, and imidazolyl group.

該アリール基は、さらに置換基を有していてもよい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、特に制限されないが、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、エステル基、アルキルカルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、チオ基、セレノ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基等が挙げられる。アリール基が有している置換基として好ましくは、アミノ基又は炭素数1~6のアルキル基が挙げられる。ここで、アミノ基として好ましくは、炭素数2~12のジアルキルアミノ基、炭素数7~20のアルキルアリールアミノ基、又は炭素数12~30のジアリールアミノ基である。 The aryl group may further have a substituent. Substituents that the aromatic group may have include, but are not particularly limited to, halogen atoms, hydroxyl groups, cyano groups, amino groups, carboxyl groups, ester groups, alkylcarbonyl groups, acetyl groups, sulfonyl groups, silyl groups, Examples include boryl group, nitrile group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, thio group, seleno group, aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group, and the like. Preferred substituents on the aryl group include an amino group and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Here, the amino group is preferably a dialkylamino group having 2 to 12 carbon atoms, an alkylarylamino group having 7 to 20 carbon atoms, or a diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms.

正孔輸送層は、複数の半導体化合物を含有しても構わない。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く、前述の低分子化合物及び高分子化合物を用いてもよい。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、トリアリールアミン化合物等のアリールアミン化合物、又は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、又は前述の高分子の有機半導体化合物以外のアリールアミンポリマーが挙げられる。 The hole transport layer may contain multiple semiconductor compounds. As the semiconductor compound, for example, a conventionally known semiconductor compound may be used, and the above-mentioned low molecular compounds and high molecular compounds may be used. Examples of low-molecular 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, and triaryls. Examples include arylamine compounds such as amine compounds, carbazole compounds, and the like. In addition, as the polymeric organic semiconductor compound, conjugated polymers such as polythiophene-based polymers, polyacetylene-based polymers, polyaniline-based polymers, polyphenylene-based polymers, polyphenylene vinylene-based polymers, polyfluorene-based polymers, or polypyrrole-based polymers, or the aforementioned Examples include arylamine polymers other than high-molecular organic semiconductor compounds.

(ドーパント)
正孔輸送層としてのバッファ層は、上述の有機半導体化合物に対するドーパントを含有するが、その態様は特段制限されない。ドーパントは、正孔輸送層の導電性や正孔輸送能力を前記活性層に対して最適化するための物質である。
(dopant)
The buffer layer as a hole transport layer contains a dopant for the above-mentioned organic semiconductor compound, but its form is not particularly limited. The dopant is a substance for optimizing the conductivity and hole transport ability of the hole transport layer relative to the active layer.

ドーパントとして使用できる物質としては、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラートなどのホウ素化合物、トリス[1-(メトキシカルボニル)-2-(トリフルオロメチル)-エタン-1,2-ジチオレン]モリブデンなどのモリブデン化合物、2,3,4,6-テトラフルオロ-7,7,8,8-テトラシアノキノジメタンといったテトラシアノキノジメタン骨格を有する有機化合物などが挙げられる。ドーパントは、正孔輸送層の成膜前又は成膜後で、少なくとも一つの有機半導体化合物との間で電荷移動反応を起こすことが好ましい。ドーパントとしては、溶解性に優れ、加熱等により酸化剤として機能する電子受容活性部位を産生する点で、超原子価ヨウ素化合物が好ましい。 Substances that can be used as dopants include boron compounds such as tetrakis(pentafluorophenyl)borate, and molybdenum compounds such as tris[1-(methoxycarbonyl)-2-(trifluoromethyl)-ethane-1,2-dithiolene]molybdenum. , 2,3,4,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, and other organic compounds having a tetracyanoquinodimethane skeleton. It is preferable that the dopant causes a charge transfer reaction with at least one organic semiconductor compound before or after the formation of the hole transport layer. As the dopant, a hypervalent iodine compound is preferable because it has excellent solubility and produces an electron-accepting active site that functions as an oxidizing agent when heated or the like.

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

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

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

ドーパントの好ましい例としては、下記式(II)で表されるものが挙げられる。式(II)において、Yは、任意のアニオンを表し、具体例としては上述の通りである。 Preferred examples of dopants include those represented by the following formula (II). In formula (II), Y - represents any anion, and specific examples are as described above.

[R11-I-R12]Y …(II)
式(II)において、R11及びR12は、各々独立に1価の有機基である。1価の有機基の例としては、脂肪族基又は芳香族基が挙げられる。脂肪族基の例としては、炭素数1~20の脂肪族炭化水素基又は炭素数4~20の脂肪族複素環基が挙げられる。例えば、脂肪族炭化水素基としては、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、シクロヘキシル基等が挙げられる。また、脂肪族複素環基としては、テトラヒドロフリル基等が挙げられる。
芳香族基の例としては、炭素数6~20の芳香族炭化水素基又は炭素数2~20の芳香族複素環基が挙げられる。例えば、芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基等が挙げられる。また、芳香族複素環基としては、チエニル基、ピリジル基等が挙げられる。
[R 11 -I + -R 12 ]Y -... (II)
In formula (II), R 11 and R 12 are each independently a monovalent organic group. Examples of monovalent organic groups include aliphatic groups or 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. For example, examples of aliphatic hydrocarbon groups include alkyl groups including cycloalkyl groups, alkenyl groups, and alkynyl groups, and specific examples include methyl groups, ethyl groups, butyl groups, and cyclohexyl groups. Furthermore, examples of the aliphatic heterocyclic group include a tetrahydrofuryl group.
Examples of the aromatic group include an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms. For example, examples of the aromatic hydrocarbon group include a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, and the like. Further, examples of the aromatic heterocyclic group include a thienyl group and a pyridyl group.

なお、上述の脂肪族基及び芳香族基は、置換基を有していてもよい。有していてもよい置換基としては、特段の制限はないが、ハロゲニル基、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, the above-mentioned aliphatic group and aromatic group may have a substituent. There are no particular restrictions on the substituents that may be present, but include halogenyl groups, hydroxyl groups, cyano groups, amino groups, carboxyl groups, ester groups, alkylcarbonyl groups, acetyl groups, sulfonyl groups, silyl groups, and boryl groups. , a nitrile group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group, a thio group, a seleno group, an aromatic hydrocarbon group, an aromatic heterocyclic group, and the like.

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

正孔輸送層中のドーパントの含有量は、特段制限されないが、化学的に正孔輸送層中の電荷輸送を補助し、一定以上の正孔移動度を付与する一方で、電荷輸送を担う有機半導体化合物における電荷輸送経路(パス)を担保する観点から、通常0.01質量%以上であり、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.3質量%以上であることがさらに好ましく、0.5質量%以上であることが特に好ましく、また、通常30質量%以下であり、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、12質量%以下であることがさらに好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。 The content of the dopant in the hole transport layer is not particularly limited, but the content of the dopant chemically assists charge transport in the hole transport layer and provides hole mobility above a certain level, while the content of the dopant is an organic material responsible for charge transport. From the viewpoint of ensuring the charge transport path (path) in the semiconductor compound, the content is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.2% by mass or more. It is more preferably 0.3% by mass or more, particularly preferably 0.5% by mass or more, and usually 30% by mass or less, preferably 20% by mass or less, and 15% by mass or less. The content is more preferably 12% by mass or less, even more preferably 10% by mass or less.

また、正孔輸送層において、有機半導体化合物に対するドーパントの含有比率(ドーパント/有機半導体化合物)は、特段制限されないが、化学的に正孔輸送層中の電荷輸送を補助し、一定以上の正孔移動度を付与する一方で、電荷輸送を担う有機半導体化合物における電荷輸送経路(パス)を担保する観点から、通常0.01質量%以上であり、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.3質量%以上であることがさらに好ましく、0.5質量%以上であることが特に好ましく、また、通常30質量%以下であり、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましく、12質量%以下であることがさらに好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。 In addition, in the hole transport layer, the content ratio of the dopant to the organic semiconductor compound (dopant/organic semiconductor compound) is not particularly limited; From the viewpoint of ensuring the charge transport path (path) in the organic semiconductor compound responsible for charge transport while imparting mobility, the content is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, It is more preferably 0.2% by mass or more, even more preferably 0.3% by mass or more, particularly preferably 0.5% by mass or more, and usually 30% by mass or less, and 20% by mass or more. It is preferably at most 15% by mass, more preferably at most 12% by mass, and particularly preferably at most 10% by mass.

なお、光電変換素子が複数のバッファ層を有する場合、それらの中の正孔輸送層に相当する何れか1つの層が上述の含有量の範囲を満たしていればよい。 In addition, when a photoelectric conversion element has a plurality of buffer layers, any one layer corresponding to the hole transport layer among them only needs to satisfy the above-mentioned content range.

(その他の物質)
正孔輸送層としてのバッファ層は、上述の有機半導体化合物及びドーパント以外の物質を含んでいてよく、例えば、光電変換(活性層)材料、接着性機能材料、フィラー、又は強度補助材等を含んでいてよい。
(Other substances)
The buffer layer as a hole transport layer may contain substances other than the above-mentioned organic semiconductor compound and dopant, for example, a photoelectric conversion (active layer) material, an adhesive functional material, a filler, or a strength auxiliary material. It's okay to be there.

[基材]
光電変換素子100は、通常は支持体となる基材107を有する。ただし、本発明の光電変換素子は基材107を必須の構成部材とするものではなく、基材を有さなくてもよい。基材107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 photoelectric conversion element 100 usually has a base material 107 that serves as a support. However, the photoelectric conversion element of the present invention does not have the base material 107 as an essential component, and may not have the base material. The material of the base material 107 is not particularly limited as long as it does not significantly impair the effects of the present invention, and for example, it may be selected from known documents such as WO 2013/171517, WO 2013/180230, or JP 2012-191194. The materials described in can be used.

[その他の層]
本発明の光電変換素子は、上述の各層以外の層や部位を有していてもよい。
[Other layers]
The photoelectric conversion element of the present invention may have layers or parts other than the above-mentioned layers.

[光電変換素子の製造方法]
本発明の光電変換素子は、光電変換素子100を構成する各層や部材を順次形成することにより製造することができる。光電変換素子100を構成する各層の形成方法に特段の制限はなく、シートツゥーシート(万葉)方式、又はロールツゥーロール方式で形成することができる。但し、前述のとおり、本発明の光電変換素子の製造方法は、本発明に係る特定化合物を含有する溶液を塗布する工程を有することが好ましい。
[Method for manufacturing photoelectric conversion element]
The photoelectric conversion element of the present invention can be manufactured by sequentially forming each layer and member that constitute the photoelectric conversion element 100. There is no particular restriction on the method of forming each layer constituting the photoelectric conversion element 100, and the layers can be formed by a sheet-to-sheet method or a roll-to-roll method. However, as described above, the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention preferably includes a step of applying a solution containing the specific compound according to the present invention.

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、キロメートルオーダーの長尺基板を一括処理することが可能であるため、シートツゥーシート方式に比べて量産化に適している。また、一方で、ロールとの接触による傷や剥がれなどが生じ難い点では、シートツゥーシート方式が好ましい。 The roll-to-roll method is a method in which a flexible base material wound into a roll is unrolled and processed while being conveyed intermittently or continuously until it is wound up by a take-up roll. According to the roll-to-roll method, it is possible to process long substrates on the order of kilometers at once, so it is more suitable for mass production than the sheet-to-sheet method. On the other hand, the sheet-to-sheet method is preferable in that scratches and peeling due to contact with the rolls are less likely to occur.

ロールツゥーロール方式で用い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。但し、ロールを取り扱いやすい点では小さいことが好ましく、また、一方で、各層が曲げ応力により損傷され難い点では大きいことが好ましい。そこで、具体的には、ロールの外径は、5m以下であることが好ましく、3m以下であることがより好ましく、1m以下であることがさらに好ましい。また、一方で、ロールの外径は、10cm以上であることが好ましく、20cm以上であることがより好ましく、30cm以上であることがさらに好ましい。ロール芯の外径は、4m以下であることが好ましく、3m以下であることがより好ましく、0.5m以下であることがさらに好ましい。また、一方で、ロール芯の外径は、1cm以上であることが好ましく、3cm以上であることがより好ましく、5cm以上であることがさらに好ましく、10cm以上であることが特に好ましく、20cm以上であることが最も好ましい。 The size of the roll used in the roll-to-roll method is not particularly limited as long as it can be handled by the roll-to-roll manufacturing apparatus. However, it is preferable to have a small size so that the roll can be easily handled, and on the other hand, a large size is preferable because each layer is less likely to be damaged by bending stress. Therefore, specifically, the outer diameter of the roll is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, and even more preferably 1 m or less. On the other hand, the outer diameter of the roll is preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, and even more preferably 30 cm or more. The outer diameter of the roll core is preferably 4 m or less, more preferably 3 m or less, and even more preferably 0.5 m or less. On the other hand, the outer diameter of the roll core is preferably 1 cm or more, more preferably 3 cm or more, even more preferably 5 cm or more, particularly preferably 10 cm or more, and 20 cm or more. Most preferably.

ロール幅は、ロールを取り扱いやすい点では短いことが好ましく、また、一方で、光電変換素子の大きさの自由度が高くなる点では長いことが好ましい。これらの観点から、ロール幅は、5cm以上であることが好ましく、10cm以上であることがより好ましく、20cm以上であることがさらに好ましい。また、一方で、ロール幅は、5m以下であることが好ましく、3m以下であることがより好ましく、2m以下であることがさらに好ましい。 It is preferable that the roll width is short in terms of ease of handling the roll, and on the other hand, it is preferable that the roll width is long in terms of increasing the degree of freedom in the size of the photoelectric conversion element. From these viewpoints, the roll width is preferably 5 cm or more, more preferably 10 cm or more, and even more preferably 20 cm or more. On the other hand, the roll width is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, and even more preferably 2 m or less.

本発明の光電変換素子の製造方法は、少なくとも下記電極を形成する工程、中間層を形成する工程、活性層を形成する工程及び上部電極を形成する工程を有する。また、前述したとおり、中間層の形成は塗布法により形成することが好ましい。すなわち、本発明の光電変換素子の製造方法は、式(I)で表される特定化合物を含有する溶液を塗布することにより中間層を形成する工程を有することが好ましい。
また、上述したとおり、活性層も塗布法で形成することが好ましく、中間層と活性層を塗布法で形成することがより好ましい。すなわち、本発明の光電変換素子の製造方法は、塗布法により活性層を形成する工程を有することが好ましく、中間層を塗布法により形成する工程と活性層を塗布法により形成する工程をこの順に有することが好ましい。
The method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention includes at least the following steps of forming an electrode, forming an intermediate layer, forming an active layer, and forming an upper electrode. Further, as described above, the intermediate layer is preferably formed by a coating method. That is, the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention preferably includes a step of forming an intermediate layer by applying a solution containing the specific compound represented by formula (I).
Further, as described above, it is preferable that the active layer is also formed by a coating method, and it is more preferable that the intermediate layer and the active layer are formed by a coating method. That is, the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention preferably includes a step of forming an active layer by a coating method, and a step of forming an intermediate layer by a coating method and a step of forming an active layer by a coating method are performed in this order. It is preferable to have.

バッファ層102と下部電極101、バッファ層102と活性層104等の光電変換素子が有する各層間の密着性が向上し、光電変換素子の熱安定性や耐光性等が向上しやすいことから、上部電極積層後に加熱する工程(以下、「アニーリング処理工程」と言う場合がある。)を有することが好ましい。加熱温度は、各層間の密着性が高くなりやすい点では高温で行うことが好ましく、また、一方で、光電変換素子の各層等に含有さ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。これらの観点から、加熱を行う場合の温度は、50℃以上で行うことが好ましく、80℃以上で行うことがより好ましい。また、一方で、300℃以下で行うことが好ましく、280℃以下で行うことがより好ましく、250℃以下で行うことがさらに好ましい。加熱は、段階的に温度を上げて行ってもよい。 The adhesion between each layer of the photoelectric conversion element, such as the buffer layer 102 and the lower electrode 101, the buffer layer 102 and the active layer 104, is improved, and the thermal stability and light resistance of the photoelectric conversion element are likely to be improved. It is preferable to include a heating process (hereinafter sometimes referred to as "annealing process") after electrode lamination. As for the heating temperature, it is preferable to conduct the heating at a high temperature since the adhesion between each layer tends to be high, and on the other hand, it is preferable to conduct the heating at a low temperature because the organic compound contained in each layer of the photoelectric conversion element is difficult to thermally decompose. is preferred. From these viewpoints, the heating temperature is preferably 50°C or higher, more preferably 80°C or higher. On the other hand, it is preferable to carry out at 300°C or lower, more preferably to carry out at 280°C or lower, and even more preferably to carry out at 250°C or lower. Heating may be performed by increasing the temperature in stages.

加熱時間は、有機化合物を熱分解させずに層間密着性を向上させやすい点から、1分間以上とすることが好ましく、3分間以上とすることがより好ましく、また、一方で、180分間以下とすることが好ましく、60分間以下とすることがより好ましい。 The heating time is preferably 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more, from the viewpoint of easily improving interlayer adhesion without thermally decomposing the organic compound, and on the other hand, 180 minutes or less. The duration is preferably 60 minutes or less, and more preferably 60 minutes or less.

加熱する工程は、通常、光電変換素子の開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定値になったところで終了させる。加熱する工程は、光電変換素子の構成材料の熱酸化を防ぐ上でも、常圧下で、不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。加熱方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せても行ってもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に光電変換素子を入れて行ってもよい。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 step is usually terminated when the open circuit voltage, short circuit current, and fill factor of the photoelectric conversion element reach constant values. The heating step is preferably performed under normal pressure in an inert gas atmosphere in order to prevent thermal oxidation of the constituent materials of the photoelectric conversion element. As a heating method, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. Further, the heating may be performed in a batch manner or in a continuous manner.

[光電変換特性]
光電変換素子の光電変換特性は次のようにして求めることができる。光電変換素子に適当なスペクトルの光を照射して、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)、光電変換素子の直列抵抗、シャント抵抗などの光電変換特性を求めることができる。例えば、光電変換素子に色温度5000Kの白色LED光を照射することにより、電流-電圧特性を測定することができる。
[Photoelectric conversion characteristics]
The photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element can be determined as follows. The photoelectric conversion element is irradiated with light of an appropriate spectrum, and the current-voltage characteristics are measured. From the obtained current-voltage curve, photoelectric conversion characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE), short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF), series resistance of the photoelectric conversion element, and shunt resistance are determined. You can ask for it. For example, the current-voltage characteristics can be measured by irradiating the photoelectric conversion element with white LED light having a color temperature of 5000K.

本発明の光電変換素子の開放電圧は、光電変換効率が高くなりやすい点では高いことが好ましい。具体的には、0.9V以上であることが好ましく、1.0V以上であることがより好ましい。開放電圧は、上述のとおり、特定化合物を含有する中間層を設けることにより、高くすることができる。 The open-circuit voltage of the photoelectric conversion element of the present invention is preferably high in that the photoelectric conversion efficiency tends to be high. Specifically, it is preferably 0.9V or more, and more preferably 1.0V or more. As described above, the open circuit voltage can be increased by providing an intermediate layer containing a specific compound.

本発明の光電変換素子は、低照度領域(10~5000ルクス)における発電効率に優れる。特に白色LED光等の光源を用いた場合において、光電変換効率を20%以上とすることができる。また、200ルクスにおける光電変換効率を25%以上とすることができる。光電変換効率の上限には特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。 The photoelectric conversion element of the present invention has excellent power generation efficiency in a low illuminance region (10 to 5000 lux). In particular, when a light source such as a white LED light is used, the photoelectric conversion efficiency can be 20% or more. Moreover, the photoelectric conversion efficiency at 200 lux can be made 25% or more. There is no particular limit to the upper limit of photoelectric conversion efficiency, and the higher it is, the better.

なお、この光電変換効率(PCE)は、所定の照射光により測定される、光電変換素子の電流-電圧曲線の最適動作点における出力(最大出力)をこの照射光が有する総エネルギー量(例えば、強度AM1.5Gの太陽光であれば100mW/cm)で除した値(%)が光電変換効率(PCE)である。 Note that this photoelectric conversion efficiency (PCE) is the total energy amount (for example, In the case of sunlight with an intensity of AM1.5G, the value (%) divided by 100 mW/cm 2 is the photoelectric conversion efficiency (PCE).

また、本発明の光電変換素子は、特定化合物を含有する中間層が設けられることにより、耐光性にも優れ、光照射経時後の光電変換効率の低下が抑制される。 Moreover, the photoelectric conversion element of the present invention has excellent light resistance due to the provision of the intermediate layer containing the specific compound, and a decrease in photoelectric conversion efficiency after light irradiation is suppressed.

〔光電変換モジュール〕
本発明の光電変換素子は、封止によって耐光性を向上させることができる。
[Photoelectric conversion module]
The photoelectric conversion element of the present invention can improve light resistance by sealing.

図2は、本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールの断面構成を表す。図2において、本実施形態に係る光電変換モジュール14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、光電変換素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10と、をこの順に備える。本実施形態に係る光電変換モジュール14は、光電変換素子6として、上述した本発明の光電変換素子を有している。そして、保護フィルム1が形成された側(図2中下方)から光を照射することにより、光電変換素子6で発電させることができる。なお、光電変換モジュール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。 FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of a photoelectric conversion module according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the photoelectric conversion module 14 according to the present embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a photoelectric conversion element 6. , a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 are provided in this order. The photoelectric conversion module 14 according to this embodiment includes the above-described photoelectric conversion element of the present invention as the photoelectric conversion element 6. By irradiating light from the side where the protective film 1 is formed (lower side in FIG. 2), the photoelectric conversion element 6 can generate electricity. Note that the photoelectric conversion module 14 does not need to include all of these constituent members, and can arbitrarily select necessary constituent members.

光電変換モジュールを構成する各構成部材とその製造方法については、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号及び特開2012-191194号公報等に記載の技術を用いることができる。 There are no particular restrictions on each component constituting the photoelectric conversion module and its manufacturing method, and known techniques can be used. For example, techniques described in International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, and Japanese Patent Application Publication No. 2012-191194 can be used.

〔用途〕
本発明の光電変換素子及び光電変換モジュールの用途には制限はなく、任意の用途に用いることができる。例えば、建材用途、自動車用途、インテリア用途、鉄道用途、船舶用途、航空宇宙用途、家電用途、電話用途及び玩具用途等に用いることができる。本発明の光電変換素子は、太陽光及び屋内光による発電に用いるのに好適である。また、本発明の光電変換素子は低照度環境下で優れた変換効率を示し、エネルギーハーベスティング用途に好適である。本明細書において、低照度環境とは、通常10~5000ルクスを意味し、典型的には200ルクス周辺である。また、エネルギーハーベスティングとは、周りの環境から微小なエネルギーを収穫して、電力に変換する技術のことである。
[Application]
There are no restrictions on the use of the photoelectric conversion element and photoelectric conversion module of the present invention, and they can be used for any purpose. For example, it can be used for building materials, automobiles, interiors, railways, ships, aerospace, home appliances, telephones, toys, etc. The photoelectric conversion element of the present invention is suitable for use in power generation using sunlight and indoor light. Furthermore, the photoelectric conversion element of the present invention exhibits excellent conversion efficiency in a low-illuminance environment and is suitable for energy harvesting applications. As used herein, low light environment usually means between 10 and 5000 lux, typically around 200 lux. Energy harvesting is a technology that harvests small amounts of energy from the surrounding environment and converts it into electricity.

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, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail using Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

[光電変換効率の測定]
光電変換効率は以下の方法で、色温度5000Kの白色LED光を光電変換素子に照射することで測定した。この際、照度計を用いて光電変換素子の受光面が200ルクスの照度となるように照射強度を調整した。この環境下で、ソースメータを用いて電流-電圧曲線(I-V曲線)を測定し、その最大出力値を求めた。この値を上述の照射光が有する総エネルギー量で除して、光電変換素子の光電変換効率(%)を得た。ここで、上述の色温度は、JIS Z8725:2015 に準拠して測定されたものである。
具体的には、以下の測定において、各例で得られた光電変換素子に、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。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光を光電変換素子に照射した。この際、照度計を用いて光電変換素子の受光面が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。評価は、各実施例と比較例において、各々3個ずつの光電変換素子の平均値とした。
[Measurement of photoelectric conversion efficiency]
The photoelectric conversion efficiency was measured by irradiating the photoelectric conversion element with white LED light having a color temperature of 5000 K using the following method. At this time, the irradiation intensity was adjusted using a luminometer so that the light receiving surface of the photoelectric conversion element had an illuminance of 200 lux. Under this environment, a current-voltage curve (IV curve) was measured using a source meter, and its maximum output value was determined. This value was divided by the total energy amount of the above-mentioned irradiation light to obtain the photoelectric conversion efficiency (%) of the photoelectric conversion element. Here, the above-mentioned color temperature was measured in accordance with JIS Z8725:2015.
Specifically, in the following measurements, a 1 mm square metal mask was attached to the photoelectric conversion element obtained in each example, and the 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. As the irradiation light source, an LED light source BLD-100 for indoor light evaluation manufactured by Bunko Keiki Co., Ltd. was used, and the photoelectric conversion element was irradiated with white LED light having a color temperature of 5000K. At this time, the irradiation intensity was adjusted using a luminometer so that the light receiving surface of the photoelectric conversion element had an illuminance of 200 lux. From this measurement result, short circuit current density Jsc (mA/cm 2 ), open circuit voltage Voc (V), fill factor FF, and photoelectric conversion efficiency PCE (%) were calculated. The evaluation was based on the average value of three photoelectric conversion elements in each example and comparative example.

[耐光性の評価]
光電変換素子の連続光照射に対する耐光性を以下の方法で評価した。評価は、各実施例と比較例において、各々3個ずつの光電変換素子の平均値とした。
まず内側が凹んだ摺ガラスにゲッター材(ダイニック社製、HD-S050914W-40SS)を貼りつけた。光電変換素子の上面に封止材(UV硬化樹脂)を用いて、前述の摺ガラスを接着することにより、光電変換素子を封止して光電変換モジュールを作製した。この光電変換モジュールについて、以下の通り、耐光性試験を行った。
光電変換モジュールを開放回路とし、照度5800Lx(1.74mW/cm)の光を照射し、大気中にて室温(25℃)で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-電圧曲線から照度200Lxにおける光電変換効率を求めた。光照射開始時、照射後500時間経過後、1000時間経過後及び3000時間経後における光電変換効率を測定した。
[Evaluation of light resistance]
The light resistance of the photoelectric conversion element to continuous light irradiation was evaluated by the following method. The evaluation was based on the average value of three photoelectric conversion elements in each example and comparative example.
First, a getter material (HD-S050914W-40SS, manufactured by Dynic) was attached to a ground glass with a concave inner surface. A photoelectric conversion module was produced by sealing the photoelectric conversion element by adhering the above-mentioned ground glass to the upper surface of the photoelectric conversion element using a sealing material (UV curable resin). A light resistance test was conducted on this photoelectric conversion module as follows.
The photoelectric conversion module was set as an open circuit, irradiated with light with an illuminance of 5800Lx (1.74mW/cm 2 ), left standing in the atmosphere at room temperature (25°C) for 1000 hours, and the current-voltage characteristics were measured every 100 to 300 hours. was measured.
The photoelectric conversion efficiency at an illuminance of 200 Lx was determined from the obtained current-voltage curve. The photoelectric conversion efficiency was measured at the start of light irradiation, 500 hours after irradiation, 1000 hours after irradiation, and 3000 hours after irradiation.

[ペロブスカイト化合物の粒径]
ペロブスカイト化合物の粒径は、活性層表面の走査型電子顕微鏡観察により測定した。具体的には、日立ハイテク(株)製の走査型電子顕微鏡「S-4800」を用いて得られた走査型電子顕微鏡画像の粒境を設定し、任意の10個の粒子の円相当表面積径の算術平均を求めた。
[Particle size of perovskite compound]
The particle size of the perovskite compound was measured by observing the surface of the active layer with a scanning electron microscope. Specifically, we set the grain boundaries in a scanning electron microscope image obtained using a scanning electron microscope "S-4800" manufactured by Hitachi High-Technology Co., Ltd., and calculated the circle-equivalent surface area diameter of any 10 particles. The arithmetic mean was calculated.

[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>
A 7.5% by mass aqueous tin oxide dispersion 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>
バイアル瓶にヨウ化鉛(II)を量りとり、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た後、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。
別のバイアル瓶にフッ化セシウムを量りとり、グローブボックス内に導入した。フッ化セシウムの濃度が7mg/mLとなるように溶媒としてイソプロピルアルコールを加えて撹拌することにより、活性層用塗布液2を調製した。
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3を調製した。
別のバイアル瓶に、2-フェニルエチルアンモニウムヨージドを量りとり、グローブボックス内に導入した。2-フェニルエチルアンモニウムヨージドの濃度が1mg/mLとなるよう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、活性層用塗布液4を調製した。
<Preparation of coating liquid for active layer>
Lead (II) iodide was weighed into a vial and introduced into the glove box. Coating solution 1 for active layer was prepared by adding N,N-dimethylformamide as a solvent so that the concentration of lead (II) iodide was 1.3 mol/L, and then heating and stirring at 100 ° C. for 1 hour. did.
Cesium fluoride was weighed into another vial and introduced into the glove box. Coating liquid 2 for active layer was prepared by adding isopropyl alcohol as a solvent and stirring so that the concentration of cesium fluoride was 7 mg/mL.
In another vial, formamidine hydrobromide (FABr), methylamine hydrobromide (MABr) and methylamine hydrochloride (MACl) were mixed in a mass ratio of 7.25:1:1.5. I weighed it out and put it in the glove box. By adding isopropyl alcohol as a solvent to this, active layer coating liquid 3 having a total concentration of FABr, MABr, and MACl of 0.49 mol/L was prepared.
2-Phenylethylammonium iodide was weighed into another vial and introduced into the glove box. Coating liquid 4 for active layer was prepared by adding isopropyl alcohol as a solvent so that the concentration of 2-phenylethylammonium iodide was 1 mg/mL.

<中間層用塗布液の調製>
バイアル瓶に下式(I-I)で表される化合物(TCI社製、3-[(3-Acrylamidopropyl)dimethylammonio]propanoate)を量りとり、濃度が1mg/mL(中間層用塗布液1)と3mg/mL(中間層用塗布液2)となるように中間層用塗布液を調製した。溶媒はメタノールを用いた。
<Preparation of coating liquid for intermediate layer>
A compound represented by the following formula (II) (manufactured by TCI, 3-[(3-Acrylamidopropyl)dimethylammonio]propanoate) was weighed into a vial, and the concentration was 1 mg/mL (intermediate layer coating liquid 1). An intermediate layer coating liquid was prepared to have a concentration of 3 mg/mL (intermediate layer coating liquid 2). Methanol was used as the solvent.

Figure 2023128265000006
Figure 2023128265000006

<正孔輸送層用塗布液の調製>
60mg/mLの下式(2)で表される化合物(正孔輸送性化合物)のo-ジクロロベンゼン溶液を調製した。別に56mg/mLの下式(3)で表される化合物(電子受容性ドーパント)のo-ジクロロベンゼン溶液を調製した。式(2)で表される化合物溶液に式(3)で表される化合物溶液を、式(2)で表される化合物100モルに対して、式(3)で表される化合物が5モルとなるように添加した。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 solution for hole transport layer>
A 60 mg/mL o-dichlorobenzene solution of the compound represented by the following formula (2) (hole transporting compound) was prepared. Separately, a 56 mg/mL solution of the compound represented by the following formula (3) (electron-accepting dopant) in o-dichlorobenzene was prepared. A solution of the compound represented by formula (3) is added to a solution of the compound represented by formula (2), and the compound represented by formula (3) is added in an amount of 5 mol per 100 mol of the compound represented by formula (2). It was added so that The resulting mixed solution was heated and stirred at 150° C. for 1 hour to prepare a coating solution for a hole transport layer.

Figure 2023128265000007
Figure 2023128265000007

<光電変換素子の製造>
パターニングされたITO透明導電膜(下部電極)を備えるガラス基板(ジオマテック社製)に対して、超純水を用いた超音波洗浄、窒素ブローによる乾燥及びUV-オゾン処理を行った。
この上に、上述の電子輸送層用塗布液を、室温(25℃)で2000rpmの回転速度で厚み35nmとなるようにスピンコートした後、ホットプレート上で、150℃で10分間加熱することにより、電子輸送層(厚み50nm)を形成した。
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中に導入し、前述の中間層用溶液1を4000rpmの回転速度でスピンコートした後、ホットプレート上で、100℃で10分加熱することにより、中間層(厚み10nm以下、推定)を形成した。
この中間層上に、100℃に加熱した活性層用塗布液1(150μL)を滴下し、2000rpmの回転速度でスピンコートした後に、ホットプレート上で、100℃で10分間加熱することにより、ヨウ化鉛層を形成した。
ヨウ化鉛層上に活性層用塗布液2(120μL)を2000rpmの回転速度でスピンコートし、さらに活性層塗布液3(120μL)を2000rpmの回速度でスピンコートした後、ホットプレート上にて150℃で20分間加熱後に室温(25℃)に冷却してから、活性層塗布液4(150μL)を2000rpmの回転速度でスピンコートし、ホットプレート上にて100℃で10分間加熱することにより、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物の活性層(厚み650nm)を形成した。
この活性層上に、正孔輸送層塗布液(150μL)を1000rpmの回転速度でスピンコートした後に、ホットプレート上で、120℃で5分間加熱し、室温(25℃)に冷却することにより、正孔輸送層(厚み100nm)を形成した。
この正孔輸送層上に、抵抗加熱型真空蒸着法により厚み10nmのMoOを蒸着し、次いで真空スパッタ法により厚み30nmのIZO(酸化インジウム亜鉛)を形成し、更に抵抗加熱型真空蒸着法により厚み100nmの銀を蒸着し、上部電極を形成した。
以上のようにして、光電変換素子を製造した。
<Manufacture of photoelectric conversion element>
A glass substrate (manufactured by Geomatec) provided with a patterned ITO transparent conductive film (lower electrode) was subjected to ultrasonic cleaning using ultrapure water, drying with nitrogen blowing, and UV-ozone treatment.
On top of this, the above-mentioned electron transport layer coating liquid was spin-coated at room temperature (25°C) at a rotation speed of 2000 rpm to a thickness of 35 nm, and then heated on a hot plate at 150°C for 10 minutes. , an electron transport layer (thickness: 50 nm) was formed.
The glass substrate on which this electron transport layer was formed was introduced into a glove box, and after spin-coating the above-mentioned intermediate layer solution 1 at a rotation speed of 4000 rpm, the glass substrate was heated at 100° C. for 10 minutes on a hot plate. , an intermediate layer (estimated thickness of 10 nm or less) was formed.
Coating solution 1 for active layer (150 μL) heated to 100°C was dropped onto this intermediate layer, spin-coated at a rotation speed of 2000 rpm, and then heated on a hot plate at 100°C for 10 minutes to remove iodine. A lead oxide layer was formed.
On the lead iodide layer, active layer coating solution 2 (120 μL) was spin-coated at a rotation speed of 2000 rpm, and active layer coating solution 3 (120 μL) was further spin-coated at a rotation speed of 2000 rpm, and then on a hot plate. After heating at 150 °C for 20 minutes and cooling to room temperature (25 °C), active layer coating solution 4 (150 μL) was spin coated at a rotation speed of 2000 rpm, and heated at 100 °C for 10 minutes on a hot plate. An active layer (thickness: 650 nm) of an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound was formed.
After spin-coating the hole transport layer coating solution (150 μL) on this active layer at a rotation speed of 1000 rpm, heating it on a hot plate at 120 ° C. for 5 minutes and cooling it to room temperature (25 ° C.). A hole transport layer (thickness: 100 nm) was formed.
On this hole transport layer, MoO 3 with a thickness of 10 nm was deposited by a resistance heating vacuum evaporation method, then IZO (indium zinc oxide) was formed with a thickness of 30 nm by a vacuum sputtering method, and further by a resistance heating vacuum evaporation method. Silver was deposited to a thickness of 100 nm to form an upper electrode.
A photoelectric conversion element was manufactured as described above.

このようにして製造した3個の光電変換素子に、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を各々測定した。結果の平均値を表1に示す。なお、光電変換特性は、光電変換素子の製造直後の測定結果に基づいて算出された値である。
また、光電変換特性を測定した3個の光電変換素子について、上述のとおり、光電変換モジュールを製造し、その耐光性を評価した。この結果を表2に示す。
The three photoelectric conversion elements manufactured in this manner were irradiated with white LED light having a color temperature of 5000 K, and the photoelectric conversion characteristics of each element were measured when the illuminance of the light receiving surface was 200 lux. The average values of the results are shown in Table 1. Note that the photoelectric conversion characteristics are values calculated based on measurement results immediately after manufacturing the photoelectric conversion element.
Further, for the three photoelectric conversion elements whose photoelectric conversion characteristics were measured, a photoelectric conversion module was manufactured as described above, and its light resistance was evaluated. The results are shown in Table 2.

[実施例2]
実施例1において、中間層用塗布液1の代わりに中間層用塗布液2を用いた以外は、実施例1と同様にして、光電変換素子と光電変換モジュールを製造し、その光電変換特性と耐光性を測定した。測定結果を表1及び2に示す。
[Example 2]
In Example 1, a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion module were manufactured in the same manner as in Example 1, except that coating liquid 2 for intermediate layer was used instead of coating liquid 1 for intermediate layer, and the photoelectric conversion characteristics and Light resistance was measured. The measurement results are shown in Tables 1 and 2.

[比較例1]
実施例1において、中間層を形成しないこと以外は実施例1と同様にして、光電変換素子と光電変換モジュールを製造し、その光電変換特性と耐光性を測定した。測定結果を表1及び2に示す。
[Comparative example 1]
In Example 1, a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion module were manufactured in the same manner as in Example 1 except that no intermediate layer was formed, and their photoelectric conversion characteristics and light resistance were measured. The measurement results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2023128265000008
Figure 2023128265000008

表1の結果より、本発明の光電変換素子は、活性層と下部電極の間に本発明に係る特定化合物を含有する中間層を設けることにより、開放電圧が高くなり、光電変換効率が向上することが裏付けられた。 From the results in Table 1, the photoelectric conversion element of the present invention has a higher open-circuit voltage and improved photoelectric conversion efficiency by providing an intermediate layer containing the specific compound of the present invention between the active layer and the lower electrode. This was confirmed.

Figure 2023128265000009
Figure 2023128265000009

表2の結果より、本発明の光電変換素子は、活性層と下部電極の間に本発明に係る特定化合物を含有する中間層を設けることにより、耐光性が向上することが裏付けられた。
ここで、本発明の光電変換素子は、活性層と下部電極の間に本発明に係る特定化合物を含有する中間層を設けることにより、電子輸送層と活性層の界面の欠陥が抑制されるとともに、活性層の欠陥が抑制されたことにより、開放電圧が高くなり、光電変換効率が向上すると共に、耐光性も向上したと考えられる。
The results in Table 2 confirm that the light resistance of the photoelectric conversion element of the present invention is improved by providing an intermediate layer containing the specific compound according to the present invention between the active layer and the lower electrode.
Here, in the photoelectric conversion element of the present invention, by providing an intermediate layer containing the specific compound according to the present invention between the active layer and the lower electrode, defects at the interface between the electron transport layer and the active layer are suppressed, and It is thought that, by suppressing defects in the active layer, the open circuit voltage was increased, the photoelectric conversion efficiency was improved, and the light resistance was also improved.

[実施例3]
実施例1において、式(I-1)で表される化合物の代わりに下記式(I-2)で表される化合物(シグマアルドリッチ社製、[2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3-sulfopropyl)ammonium hydroxide)を用いて中間層を形成し、活性層の形成で活性層用塗布液3を塗布する工程を行わない以外は、実施例1と同様にして、光電変換素子を製造し、その光電変換特性を測定した。結果を表3に示す。
[Example 3]
In Example 1, a compound represented by the following formula (I-2) (manufactured by Sigma-Aldrich, [2-(Methacryloyloxy)ethyl]dimethyl-(3- A photoelectric conversion element was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the intermediate layer was formed using (sulfopropyl) ammonium hydroxide) and the step of applying active layer coating liquid 3 was not performed in forming the active layer. Its photoelectric conversion characteristics were measured. The results are shown in Table 3.

Figure 2023128265000010
Figure 2023128265000010

[実施例4]
実施例2において、式(I-1)で表される化合物の代わりに上述の式(I-2)で表される化合物を用いて中間層を形成し、活性層の形成で活性層用塗布液3を塗布する工程を行わない以外は、実施例2と同様にして、光電変換素子を製造し、その光電変換特性を測定した。結果を表3に示す。
[Example 4]
In Example 2, the intermediate layer was formed using the compound represented by the above formula (I-2) instead of the compound represented by the formula (I-1), and the active layer coating was performed in forming the active layer. A photoelectric conversion element was manufactured in the same manner as in Example 2, except that the step of applying Liquid 3 was not performed, and its photoelectric conversion characteristics were measured. The results are shown in Table 3.

[比較例2]
実施例3において、式(I-2)で表される化合物の代わりに、下記式(X-1)で表される化合物(TCI社製、3-(1-pyridinio)-1-propanesulfonate)を用いたこと以外は、実施例3と同様にして光電変換素子を製造し、その光電変換特性を測定した。結果を表3に示す。
[Comparative example 2]
In Example 3, a compound represented by the following formula (X-1) (manufactured by TCI, 3-(1-pyridinio)-1-propanesulfonate) was used instead of the compound represented by formula (I-2). A photoelectric conversion element was manufactured in the same manner as in Example 3 except that the photoelectric conversion element was used, and its photoelectric conversion characteristics were measured. The results are shown in Table 3.

Figure 2023128265000011
Figure 2023128265000011

[比較例3]
実施例4において、式(I-2)で表される化合物の代りに、上述の式(X-1)で表される化合物を用いたこと以外は、実施例4と同様にして光電変換素子を製造し、その光電変換特性を測定した。結果を表3に示す。
[Comparative example 3]
In Example 4, a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 4, except that the compound represented by the above formula (X-1) was used instead of the compound represented by formula (I-2). was manufactured and its photoelectric conversion characteristics were measured. The results are shown in Table 3.

[比較例4]
実施例3において、中間層を形成しないこと以外は、実施例3と同様にして光電変換素子を製造し、その光電変換特性を測定した。結果を表3に示す。
[Comparative example 4]
In Example 3, a photoelectric conversion element was manufactured in the same manner as in Example 3 except that no intermediate layer was formed, and its photoelectric conversion characteristics were measured. The results are shown in Table 3.

Figure 2023128265000012
Figure 2023128265000012

表3の結果より、本発明の光電変換素子は、活性層と下部電極の間に本発明に係る特定化合物を含有する中間層を設けることにより、光電発光素子の開放電圧が高くなり、光電変換効率が向上することが裏付けられた。 From the results in Table 3, the photoelectric conversion device of the present invention has a high open circuit voltage and a photoelectric conversion device by providing an intermediate layer containing the specific compound of the present invention between the active layer and the lower electrode. It was confirmed that efficiency improved.

[参考例1]
実施例1において、活性層塗布液2と活性層塗布液4を塗布する工程を実施しない以外は、実施例1と同様に活性層まで形成した。この活性層のペロブスカイト化合物の平均粒径を求めた。その結果を表4に示す。
[Reference example 1]
In Example 1, the active layer was formed in the same manner as in Example 1, except that the step of applying active layer coating liquid 2 and active layer coating liquid 4 was not performed. The average particle size of the perovskite compound in this active layer was determined. The results are shown in Table 4.

[参考例2]
実施例3において、活性層塗布液4を塗布する工程を実施しない以外は、実施例3と同様に活性層まで形成した。この活性層のペロブスカイト化合物の平均粒径を求めた。その結果を表4に示す。
[Reference example 2]
In Example 3, the active layer was formed in the same manner as in Example 3, except that the step of applying active layer coating liquid 4 was not performed. The average particle size of the perovskite compound in this active layer was determined. The results are shown in Table 4.

[参考例3]
比較例4において、活性層塗布液4を塗布する工程を実施しない以外は、比較例4と同様に活性層まで形成した。この活性層のペロブスカイト化合物の平均粒径を求めた。その結果を表4に示す。
[Reference example 3]
In Comparative Example 4, the active layer was formed in the same manner as in Comparative Example 4, except that the step of applying active layer coating liquid 4 was not performed. The average particle size of the perovskite compound in this active layer was determined. The results are shown in Table 4.

Figure 2023128265000013
Figure 2023128265000013

表4の結果より、活性層と下部電極の間に本発明に係る特定化合物を含有する中間層を設けることにより、活性層のペロブスカイト化合物の粒径が拡大することが裏付けられた。また、表1~3の結果を考えあわせると、活性層と下部電極の間に本発明に係る特定化合物を含有する中間層を設けた本発明の光電変換素子及び光電変換モジュールは、活性層中のペロブスカイト化合物の粒径が大きくなることにより、ペロブスカイト化合物の粒界が少なくなり、活性層中における電荷の再結合を抑制しやすくなり、本発明に係る特定化合物を含有する中間層を有しない光電変換素子や光電変換モジュールよりも、開放電圧が高くなり、光電変換効率が向上し、耐光性が向上したと推定された。 The results in Table 4 confirm that the particle size of the perovskite compound in the active layer is expanded by providing an intermediate layer containing the specific compound according to the present invention between the active layer and the lower electrode. Furthermore, considering the results in Tables 1 to 3, it can be seen that the photoelectric conversion element and photoelectric conversion module of the present invention in which an intermediate layer containing the specific compound according to the present invention is provided between the active layer and the lower electrode, As the particle size of the perovskite compound increases, the number of grain boundaries of the perovskite compound decreases, making it easier to suppress charge recombination in the active layer. It was estimated that the open circuit voltage was higher, the photoelectric conversion efficiency was improved, and the light resistance was improved compared to the conversion element or photoelectric conversion module.

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 光電変換素子
10 バックシート
14 光電変換モジュール
100 光電変換素子
101 下部電極
102 バッファ層
103 中間層
104 活性層
105 バッファ層
106 上部電極
107 基材
1 Weatherproof protective film 2 Ultraviolet cut film 3, 9 Gas barrier film 4, 8 Getter material film 5, 7 Sealing material 6 Photoelectric conversion element 10 Back sheet 14 Photoelectric conversion module 100 Photoelectric conversion element 101 Lower electrode 102 Buffer layer 103 Intermediate layer 104 Active layer 105 Buffer layer 106 Upper electrode 107 Base material

Claims (6)

下部電極、中間層、活性層および上部電極をこの順に有する光電変換素子であって、前記活性層が有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有し、前記中間層が式(I)で表される化合物を含有する、光電変換素子。
Figure 2023128265000014
(式(I)中、Qは、カルボン酸イオン又はスルホン酸イオンであり、M及びMは各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1~10の鎖状脂肪族炭化水素基であり、Mは、エーテル結合、-CO-及び-NH-のいずれかの結合又はこれらの結合がアルキレン基を介して結合している構造であり、R及びRは、各々独立に水素原子又は炭素数1~3の鎖状飽和脂肪族炭化水素基であり、Rは、水素原子又は炭素数1~5の脂肪族炭化水素基である。)
A photoelectric conversion element having a lower electrode, an intermediate layer, an active layer, and an upper electrode in this order, the active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, and the intermediate layer containing a compound represented by formula (I). A photoelectric conversion element containing.
Figure 2023128265000014
(In formula (I), Q is a carboxylic acid ion or a sulfonic acid ion, and M 1 and M 2 are each independently a chain aliphatic hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, which may have a substituent. group, M 3 is an ether bond, any one of -CO- and -NH-, or a structure in which these bonds are bonded via an alkylene group, and R 1 and R 2 are each independently is a hydrogen atom or a chain saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
前記中間層と前記下部電極との間にさらに電子輸送層を有する、請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, further comprising an electron transport layer between the intermediate layer and the lower electrode. 前記電子輸送層が金属酸化物を含有する、請求項2に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the electron transport layer contains a metal oxide. 前記金属酸化物が酸化スズである、請求項3に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the metal oxide is tin oxide. 前記中間層の厚みが0.5nm以上、100nm以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4, wherein the intermediate layer has a thickness of 0.5 nm or more and 100 nm or less. 下部電極、中間層、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層および上部電極をこの順に有する光電変換素子の製造方法であって、下記式(I)で表される化合物を含有する溶液を塗布する工程を有する、光電変換素子の製造方法。
Figure 2023128265000015
(式(I)中、Qは、カルボン酸イオン又はスルホン酸イオンであり、M及びMは各々独立に、置換基を有してもよい炭素数1~10の鎖状脂肪族炭化水素基であり、Mは、エーテル結合及び-NH-のいずれかの結合又はこれらの結合がアルキレン基を介して結合している構造であり、R及びRは、各々独立に水素原子又は炭素数1~3の鎖状飽和脂肪族炭化水素基であり、Rは、水素原子又は炭素数1~5の脂肪族炭化水素基である。)
A method for producing a photoelectric conversion element having a lower electrode, an intermediate layer, an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, and an upper electrode in this order, the method comprising: preparing a solution containing a compound represented by the following formula (I); A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising a step of coating.
Figure 2023128265000015
(In formula (I), Q is a carboxylic acid ion or a sulfonic acid ion, and M 1 and M 2 are each independently a chain aliphatic hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, which may have a substituent. M 3 is either an ether bond or a -NH- bond, or a structure in which these bonds are bonded via an alkylene group, and R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or It is a chain saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
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