JP2024017714A - Conductor interface modification material, semiconductor layer, photoelectric conversion element and manufacturing method thereof - Google Patents

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出 武井
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Abstract

【課題】高温高湿下において光電変換効率が低下しにくい光電変換素子を提供する。【解決手段】一対の電極の間に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層(104)が設けられた光電変換素子(100)を製造する方法であって、前記一対の電極のうち一方の電極(101)上に前記活性層以外の導電層(102)を形成し、前記導電層の表面に特定のチオール化合物を含む導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法。【選択図】図1The present invention provides a photoelectric conversion element whose photoelectric conversion efficiency is less likely to decrease under high temperature and high humidity conditions. A method for manufacturing a photoelectric conversion element (100) in which an active layer (104) containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes, the method comprising: A conductive layer (102) other than the active layer is formed on one electrode (101), and a conductor interface modification material containing a specific thiol compound is applied to the surface of the conductive layer and dried. A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising forming the active layer on a dry surface. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、特定の化合物を含む導電体界面修飾用材料、半導体層、光電変換素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a material for modifying a conductor interface containing a specific compound, a semiconductor layer, a photoelectric conversion element, 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。一方で高温環境下や高湿環境下では光電変換効率が低下することが問題視されている。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一因となっている。 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, it is considered a problem that the photoelectric conversion efficiency decreases under high temperature or high humidity environments. This reduction in photoelectric conversion efficiency is caused by defects in the active layer or defects occurring at the bonding surface between the active layer and the buffer layer.

本発明は、高温高湿環境において光電変換効率が低下しにくい光電変換素子を提供する。 The present invention provides a photoelectric conversion element whose photoelectric conversion efficiency is less likely to decrease in a high-temperature, high-humidity environment.

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、活性層と電極との間に特定のチオール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。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
The present inventors conducted extensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the inventors discovered that the above-mentioned problems can be solved by providing an intermediate layer containing a specific thiol compound between the active layer and the electrode, and have completed the present invention.
That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 第一導電層と第二導電層の界面を化学的に修飾する用途で使用され、下記式(I)で表される分子量150以上のチオール化合物を含有する、導電体界面修飾用材料。
[2] 前記チオール化合物が、下記式(II)で表されるチオール化合物である、[1]に記載の導電体界面修飾用材料。
[3] 前記チオール化合物が、下記式(III)で表されるチオール化合物である、[1]又は[2]に記載の導電体界面修飾用材料。
[4] 下記式(II)におけるM又はMが、少なくとも1つの電子吸引性基を有する、[2]に記載の導電体界面修飾用材料。
[5] 下記式(III)におけるM又はMが、少なくとも1つの電子吸引性基を有する、[3]に記載の導電体界面修飾用材料。
[6] さらに溶媒を含む、[1]~[5]のいずれか1項に記載の導電体界面修飾用材料。
[7] さらに極性溶媒を含む、[1]~[6]のいずれか1項に記載の導電体界面修飾用材料。
[8] 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む半導体層であって、前記半導体層の少なくとも一方の表面に、下記式(I)~(III)の何れかで表される分子量150以上のチオール化合物が接触している、半導体層。
[9] 一対の電極の間に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層が設けられた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、下記式(I)~(III)の何れかで表される分子量150以上のチオール化合物が前記活性層の少なくとも一方の表面に接触している、光電変換素子。
[10] 前記活性層の前記チオール化合物が接触した一方の表面に、電子輸送層が接して積層されている、[9]に記載の光電変換素子。
[11] 前記電子輸送層が金属酸化物を含む、[10]に記載の光電変換素子。
[12] 前記電子輸送層が酸化スズを含む、[9]又は[10]に記載の光電変換素子。
[13] 一対の電極の間に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層が設けられた光電変換素子を製造する方法であって、前記一対の電極のうち一方の電極上に前記活性層以外の導電層を形成し、前記導電層の表面に[6]又は[7]に記載の導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法。
[14] 一対の電極の間に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層が設けられた光電変換素子を製造する方法であって、前記一対の電極のうち一方の電極上に前記活性層を形成し、前記活性層の表面に[6]又は[7]に記載の導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層以外の導電層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法。
[15] 一対の電極の間に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層が設けられた光電変換素子を製造する方法であって、前記一対の電極のうち一方の電極の表面に[6]又は[7]に記載の導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法。
[1] A material for modifying the interface of a conductor, which is used for chemically modifying the interface between the first conductive layer and the second conductive layer, and contains a thiol compound represented by the following formula (I) with a molecular weight of 150 or more. .
[2] The material for modifying a conductor interface according to [1], wherein the thiol compound is a thiol compound represented by the following formula (II).
[3] The material for modifying a conductor interface according to [1] or [2], wherein the thiol compound is a thiol compound represented by the following formula (III).
[4] The material for modifying a conductor interface according to [2], wherein M 2 or M 3 in the following formula (II) has at least one electron-withdrawing group.
[5] The material for modifying a conductor interface according to [3], wherein M 4 or M 5 in the following formula (III) has at least one electron-withdrawing group.
[6] The material for modifying a conductor interface according to any one of [1] to [5], further comprising a solvent.
[7] The material for modifying a conductor interface according to any one of [1] to [6], further comprising a polar solvent.
[8] A semiconductor layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, wherein a thiol compound having a molecular weight of 150 or more represented by any of the following formulas (I) to (III) is provided on at least one surface of the semiconductor layer. The semiconductor layer that is in contact with the semiconductor layer.
[9] A photoelectric conversion element in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes, the active layer containing the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, and having the following formula: A photoelectric conversion element, wherein a thiol compound represented by any one of (I) to (III) and having a molecular weight of 150 or more is in contact with at least one surface of the active layer.
[10] The photoelectric conversion element according to [9], wherein an electron transport layer is laminated in contact with one surface of the active layer that is in contact with the thiol compound.
[11] The photoelectric conversion element according to [10], wherein the electron transport layer contains a metal oxide.
[12] The photoelectric conversion element according to [9] or [10], wherein the electron transport layer contains tin oxide.
[13] A method for producing a photoelectric conversion element in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes, the active layer being provided on one of the pair of electrodes. Forming a conductive layer other than the conductive layer, applying the material for modifying the conductor interface according to [6] or [7] on the surface of the conductive layer, drying it, and then forming the active layer on the dried surface. A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising:
[14] A method for manufacturing a photoelectric conversion element in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes, the active layer being provided on one of the pair of electrodes. After forming a layer, applying the material for modifying the conductor interface according to [6] or [7] on the surface of the active layer and drying, forming a conductive layer other than the active layer on the dried surface. A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising:
[15] A method for manufacturing a photoelectric conversion element in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes, the method comprising: [ 6] or [7]. A method for producing a photoelectric conversion element, the method comprising applying the material for modifying a conductor interface according to [7], drying it, and then forming the active layer on the dried surface.

Figure 2024017714000002
[式(I)中、Qはカルボキシル基又はスルホ基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~50の2価の有機基である。]
Figure 2024017714000002
[In formula (I), Q 1 is a carboxyl group or a sulfo group, and M 1 is a divalent organic group having 3 to 50 carbon atoms which may have a substituent. ]

Figure 2024017714000003
[式(II)中、Qはカルボキシル基又はスルホ基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~20の2価の有機基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~20の1価の有機基であり、MもしくはMのいずれかに、少なくとも1つのチオール基を有する。]
Figure 2024017714000003
[In formula (II), Q 2 is a carboxyl group or a sulfo group, M 2 is a divalent organic group having 3 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and M 3 is a divalent organic group having a substituent. It is a monovalent organic group having 3 to 20 carbon atoms, which may have at least one thiol group in either M 2 or M 3 . ]

Figure 2024017714000004
[式(III)中、QおよびQはカルボキシル基もしくはスルホ基であり、M及びMは置換基を有してもよい炭素数3~20の2価の有機基であり、M又はMのいずれかに、少なくとも1つのチオール基を有する。]
Figure 2024017714000004
[In formula (III), Q 3 and Q 4 are carboxyl groups or sulfo groups, M 4 and M 5 are divalent organic groups having 3 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and M 4 or M5 has at least one thiol group. ]

本発明によれば、高温高湿環境において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 whose photoelectric conversion efficiency is less likely to decrease in a high-temperature, high-humidity environment.

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.

〔導電体界面修飾用材料〕
本発明の一態様は、下記式(I)で表される分子量150以上のチオール化合物を含有する、導電体界面修飾用材料である。
[Material for modifying conductor interface]
One embodiment of the present invention is a material for modifying the interface of a conductor, which contains a thiol compound represented by the following formula (I) and having a molecular weight of 150 or more.

導電体界面修飾用材料は、第一導電層と第二導電層の界面、すなわち第一導電層の第二導電層側の表面及び第二導電層の第一導電層側の表面のうち少なくとも一方、を化学的に修飾する用途で使用される。化学的に修飾された前記表面には、前記チオール化合物が接触しており、接触した前記チオール化合物は前記表面と化学反応を起こしていてもよいし、起こしていなくてもよい。第一導電層及び第二導電層としては、後述するように公知の光電変換素子を構成する導電性積層体から任意に選択される導電層が挙げられる。各導電層は半導体であってもよいし、金属や黒鉛等の導体であってもよい。 The material for modifying the conductor interface is at least one of the interface between the first conductive layer and the second conductive layer, that is, the surface of the first conductive layer on the second conductive layer side and the surface of the second conductive layer on the first conductive layer side. , is used for chemically modifying. The thiol compound is in contact with the chemically modified surface, and the contacted thiol compound may or may not undergo a chemical reaction with the surface. Examples of the first conductive layer and the second conductive layer include conductive layers arbitrarily selected from conductive laminates constituting known photoelectric conversion elements, as described below. Each conductive layer may be a semiconductor or a conductor such as metal or graphite.

導電体界面修飾用材料は、前記チオール化合物の他に溶媒を含むことにより、表面処理用塗料となり得る。表面処理用塗料は、第一導電層の一方の表面に第二導電層を積層して導電性積層体を形成する際に、前記第二導電層を積層する前に前記第一導電層の前記一方の表面に塗布することにより、前記表面を化学的に修飾する用途で使用される。
化学的に修飾された前記表面には、前記チオール化合物が接触しており、接触した前記チオール化合物は前記表面と化学反応を起こしていてもよいし、起こしていなくてもよい。
The conductor interface modification material can be used as a surface treatment paint by containing a solvent in addition to the thiol compound. When a second conductive layer is laminated on one surface of a first conductive layer to form a conductive laminate, the surface treatment paint is used to coat the surface of the first conductive layer before laminating the second conductive layer. By applying it to one surface, it is used to chemically modify said surface.
The thiol compound is in contact with the chemically modified surface, and the contacted thiol compound may or may not undergo a chemical reaction with the surface.

前記表面に接触した前記チオール化合物の集合は、前記表面の少なくとも一部を覆う中間層を形成していてもよい。この観点から、前記表面処理用塗料は、中間層形成用塗料と称してもよい。この場合、中間層形成用塗料は、第一導電層の一方の側に第二導電層を積層して導電性積層体を形成する際に、前記第一導電層と前記第二導電層の間に介在し、前記第一導電層と前記第二導電層の界面を修飾する中間層を形成する用途で使用される。 The collection of thiol compounds in contact with the surface may form an intermediate layer covering at least a portion of the surface. From this point of view, the surface treatment paint may be referred to as an intermediate layer forming paint. In this case, when forming a conductive laminate by laminating a second conductive layer on one side of the first conductive layer, the intermediate layer forming paint is applied between the first conductive layer and the second conductive layer. It is used to form an intermediate layer that is interposed between the first conductive layer and the second conductive layer and modifies the interface between the first conductive layer and the second conductive layer.

前記第一導電層及び前記第二導電層としては、例えば、一対の電極の間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を含有する活性層が設けられた公知の光電変換素子から選択される任意の層が挙げられる。具体的には、例えば、次の導電性積層体が挙げられる。
1)第一導電層が一対の電極のうち一方の電極であり、第二導電層が活性層である導電性積層体。
2)第一導電層が電子輸送層であり、第二導電層が活性層である導電性積層体。
3)第一導電層が正孔輸送層であり、第二導電層が活性層である導電性積層体。
4)第一導電層が活性層であり、第二導電層が電子輸送層である導電性積層体。
5)第一導電層が活性層であり、第二導電層が正孔輸送層である導電性積層体。
As the first conductive layer and the second conductive layer, for example, any layer selected from known photoelectric conversion elements in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes. can be mentioned. Specifically, for example, the following conductive laminates may be mentioned.
1) A conductive laminate in which the first conductive layer is one of a pair of electrodes, and the second conductive layer is an active layer.
2) A conductive laminate in which the first conductive layer is an electron transport layer and the second conductive layer is an active layer.
3) A conductive laminate in which the first conductive layer is a hole transport layer and the second conductive layer is an active layer.
4) A conductive laminate in which the first conductive layer is an active layer and the second conductive layer is an electron transport layer.
5) A conductive laminate in which the first conductive layer is an active layer and the second conductive layer is a hole transport layer.

≪式(I)で表されるチオール化合物≫
本態様の導電界面修飾用材料に含まれる式(I)で表される分子量150以上のチオール化合物は、第一導電層及び第二導電層の界面のうち少なくとも一方の層の表面を化学的に修飾する有効成分である。以下、化学的修飾によりチオール化合物を含む中間層が前記表面に形成されている場合を説明するが、必ずしも中間層が明確な層状に形成されていなくとも、チオール化合物が表面を化学的に修飾していれば、中間層が前記表面に形成されているのと同様の効果が得られる。
<<Thiol compound represented by formula (I)>>
The thiol compound represented by formula (I) and having a molecular weight of 150 or more contained in the conductive interface modification material of this embodiment chemically modifies the surface of at least one of the interfaces of the first conductive layer and the second conductive layer. It is an active ingredient that modifies. In the following, we will explain a case where an intermediate layer containing a thiol compound is formed on the surface by chemical modification, but even if the intermediate layer is not necessarily formed in a clear layer, the thiol compound can chemically modify the surface. If the intermediate layer is formed on the surface, the same effect can be obtained as if the intermediate layer were formed on the surface.

Figure 2024017714000005
Figure 2024017714000005

[式(I)中、Qはカルボキシル基又はスルホ基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~50の2価の有機基である。] [In formula (I), Q 1 is a carboxyl group or a sulfo group, and M 1 is a divalent organic group having 3 to 50 carbon atoms which may have a substituent. ]

式(I)におけるQは、カルボキシル基又はスルホ基であり、カルボキシル基であることが好ましい。
チオール化合物のカルボキシル基又はスルホ基(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、チオール化合物のチオール部位が活性層の欠陥生成を抑制するとともに活性層の欠陥サイトを修復すると考えられる。そして、この結果、光電変換素子の耐湿熱性が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において、活性層が中間層と接していることが好ましい。
Q 1 in formula (I) is a carboxyl group or a sulfo group, and preferably a carboxyl group.
The carboxyl group or sulfo group (Q 1 ) of the thiol compound is thought to repair cation defect sites in the active layer. It is also believed that the thiol moiety of the thiol compound suppresses the generation of defects in the active layer and repairs defect sites in the active layer. As a result, it is thought that the heat and humidity resistance of the photoelectric conversion element improves. From this point of view, in the photoelectric conversion element of the present invention, it is preferable that the active layer is in contact with the intermediate layer.

本発明の光電変換素子が電子輸送層を有する場合、電子輸送層の欠陥補修に有効な観点でカルボキシル基またはスルホ基が好ましく、カルボキシル基がより好ましい。電子輸送層にカルボキシル基またはスルホ基が配位し、活性層にチオール部位が配位することにより、効率的な欠陥補修が可能になると同時に、界面に双極子が形成されると考えられる。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ことが期待される。ゆえに、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 carboxyl group or a sulfo group is preferable, and a carboxyl group is more preferable from the viewpoint of effectiveness in repairing defects in the electron transport layer. It is thought that the coordination of carboxyl groups or sulfo groups in the electron transport layer and the coordination of thiol sites in the active layer enables efficient defect repair and at the same time forms dipoles at the interface. Here, by providing the intermediate layer according to the present invention between the active layer and the electron transport layer, it is expected that the work function of the electron transport layer will be reduced, band alignment will be improved, and electron transport efficiency will be improved. be done. 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.

式(I)におけるMは、置換基を有してもよい炭素数3~50の2価の有機基である。ここで有機基とは、少なくとも炭素原子を含む基をさす。前記有機基の炭素数は、イオン拡散の抑制及び合成容易性の点で、3~20であることが好ましく、4~15であることがより好ましく、5~10であることがさらに好ましい。 M 1 in formula (I) is a divalent organic group having 3 to 50 carbon atoms which may have a substituent. Here, the organic group refers to a group containing at least a carbon atom. The number of carbon atoms in the organic group is preferably 3 to 20, more preferably 4 to 15, and even more preferably 5 to 10, from the viewpoint of suppressing ion diffusion and facilitating synthesis.

前記有機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。前記有機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、カルボキシル基、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基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基であることが好ましい。ペロブスカイト層の欠陥補修に有効な観点で、アミド基、カルボキシル基、アミノ基が好ましく、電子吸引性基であるアミド基がより好ましい。 The substituent that the organic group may have is not limited as long as it does not significantly impair the effects of the present invention. Examples of substituents that the organic group may have include a vinyl group, aryl group, hydroxy group, aldehyde group, carbonyl group, amino group, nitro group, sulfonic acid group, thienyl group, pyridinyl group, isothiocyanate group, and amide group. group, nitrile group, carboxyl 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 it is a group. On the other hand, the substituent is preferably an electron-withdrawing group in view of the possibility of repairing anionic defects such as Pb-I antisites and uncoordinated iodine ions. From the viewpoint of effectiveness in repairing defects in the perovskite layer, amide groups, carboxyl groups, and amino groups are preferred, and amide groups, which are electron-withdrawing groups, are more preferred.

前記2価の有機基の好ましいものとして、例えば、炭素数3~10のアルキレン基が挙げられる。前記アルキレン基を構成する1つ以上の任意のメチレン基(-CH-)は、アミド基(-C=O-NH-)で置換されていてもよい。前記アルキレン基が有する1つ以上の水素原子は上述で例示した置換基から任意に選択される1価の置換基(例えばアミノ基)で置換されていてもよい。また、前記アルキレン基が有する水素原子から選択される1つ又は2つの水素原子は、炭素数1~6のアルキル基で置換されていることが好ましい。前記アルキル基を構成する1つのメチレン基は、アミド基で置換されていることが好ましい。さらに、前記アルキル基の末端炭素に結合する水素原子の1つは、カルボキシル基又はスルホ基で置換されていることが好ましい。 Preferred examples of the divalent organic group include alkylene groups having 3 to 10 carbon atoms. One or more arbitrary methylene groups (-CH 2 -) constituting the alkylene group may be substituted with an amide group (-C=O-NH-). One or more hydrogen atoms possessed by the alkylene group may be substituted with a monovalent substituent (for example, an amino group) arbitrarily selected from the substituents exemplified above. Furthermore, one or two hydrogen atoms selected from the hydrogen atoms possessed by the alkylene group are preferably substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. One methylene group constituting the alkyl group is preferably substituted with an amide group. Furthermore, one of the hydrogen atoms bonded to the terminal carbon of the alkyl group is preferably substituted with a carboxyl group or a sulfo group.

≪式(II)で表される化合物≫
アミド結合による活性層の欠陥補修の効果を高める観点から、式(I)で表される化合物は、下記(II)で表される化合物であることが好ましい。
<<Compound represented by formula (II)>>
From the viewpoint of enhancing the effect of repairing defects in the active layer by amide bonds, the compound represented by formula (I) is preferably a compound represented by (II) below.

Figure 2024017714000006
Figure 2024017714000006

式(II)中、Qはカルボキシル基又はスルホ基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~20の2価の有機基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~20の1価の有機基であり、M又はMのいずれかに、少なくとも1つのチオール基を有する。
式(II)におけるQは、式(I)におけるQと同義である。
式(II)におけるM及びMは、活性層の欠陥補修の観点で、電子吸引性基を有する有機基であることが好ましく、アミド基、カルボニル基又はアミノ基を有する有機基であることがより好ましく、式(II)におけるM又はMが、少なくとも1つのアミド基を有する有機基であることがより好ましい。
In formula (II), Q 2 is a carboxyl group or a sulfo group, M 2 is a divalent organic group having 3 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and M 3 has a substituent. It is a monovalent organic group having 3 to 20 carbon atoms, which may have at least one thiol group in either M 2 or M 3 .
Q 2 in formula (II) has the same meaning as Q 1 in formula (I).
From the viewpoint of repairing defects in the active layer, M 2 and M 3 in formula (II) are preferably organic groups having an electron-withdrawing group, and are preferably organic groups having an amide group, a carbonyl group, or an amino group. is more preferable, and it is more preferable that M 2 or M 3 in formula (II) is an organic group having at least one amide group.

式(II)のMを構成する好ましい2価の有機基として、例えば、炭素数3~10のアルキレン基が挙げられる。前記アルキレン基を構成する1つ以上の任意のメチレン基(-CH-)は、アミド基(-C=O-NH-)で置換されていることが好ましい。また、前記アルキレン基が有する任意の1つ以上の水素原子は、アミノ基又は炭素数1~3のアルキル基に置換されていることが好ましく、前記アルキル基の末端炭素に結合する水素原子の1つはチオール基によって置換されていることが好ましい。
式(II)のMを構成する好ましい1価の有機基として、例えば、炭素数1~3のアルキル基が挙げられる。前記アルキル基の末端炭素に結合する水素原子の1つは、カルボキシル基又はスルホ基で置換されていることが好ましい。
Preferred divalent organic groups constituting M 2 in formula (II) include, for example, alkylene groups having 3 to 10 carbon atoms. One or more arbitrary methylene groups (-CH 2 -) constituting the alkylene group are preferably substituted with an amide group (-C=O-NH-). Furthermore, it is preferable that one or more arbitrary hydrogen atoms of the alkylene group be substituted with an amino group or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and one or more of the hydrogen atoms bonded to the terminal carbon of the alkyl group Preferably, one is substituted with a thiol group.
Preferred monovalent organic groups constituting M 3 in formula (II) include, for example, alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. One of the hydrogen atoms bonded to the terminal carbon of the alkyl group is preferably substituted with a carboxyl group or a sulfo group.

≪式(III)で表される化合物≫
中間層に隣接する層の欠陥補修の効果を高める観点から、式(I)で表される化合物は、式(III)で表される化合物であることが好ましい。
<<Compound represented by formula (III)>>
From the viewpoint of enhancing the effect of repairing defects in the layer adjacent to the intermediate layer, the compound represented by formula (I) is preferably a compound represented by formula (III).

Figure 2024017714000007
Figure 2024017714000007

式(III)中、Q及びQはカルボキシル基又はスルホ基であり、M及びMは置換基を有してもよい炭素数3~20の2価の有機基であり、M又はMのいずれかに、少なくとも1つのチオール基を有する。
式(III)におけるQ及びQは、式(I)におけるQと同義である。
式(III)におけるM及びMは、活性層の欠陥補修の効果を高める観点で、電子吸引性基を有する有機基であることが好ましく、アミド基、カルボニル基やアミノ基を有する有機基であることがより好ましく、式(III)におけるM又はMが、少なくとも1つのアミド結合を有する有機基であることがより好ましい。
In formula (III), Q 3 and Q 4 are carboxyl groups or sulfo groups, M 4 and M 5 are divalent organic groups having 3 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and M 4 or M 5 has at least one thiol group.
Q 3 and Q 4 in formula (III) are synonymous with Q 1 in formula (I).
M 4 and M 5 in formula (III) are preferably organic groups having an electron-withdrawing group from the viewpoint of enhancing the effect of repairing defects in the active layer, and are preferably organic groups having an amide group, a carbonyl group, or an amino group. It is more preferable that M 4 or M 5 in formula (III) is an organic group having at least one amide bond.

式(III)のMを構成する好ましい2価の有機基として、例えば、炭素数3~10のアルキレン基が挙げられる。前記アルキレン基を構成する1つ以上の任意のメチレン基(-CH-)は、アミド基(-C=O-NH-)で置換されていることが好ましい。また、前記アルキレン基が有する任意の1つ以上の水素原子は、アミノ基又は炭素数1~3のアルキル基に置換されていることが好ましく、前記アルキル基の末端炭素に結合する水素原子の1つはチオール基によって置換されていることが好ましい。
式(III)のMを構成する好ましい2価の有機基として、例えば、炭素数1~3のアルキレン基が挙げられる。
Preferred divalent organic groups constituting M 4 in formula (III) include, for example, alkylene groups having 3 to 10 carbon atoms. One or more arbitrary methylene groups (-CH 2 -) constituting the alkylene group are preferably substituted with an amide group (-C=O-NH-). Furthermore, it is preferable that one or more arbitrary hydrogen atoms of the alkylene group be substituted with an amino group or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and one or more of the hydrogen atoms bonded to the terminal carbon of the alkyl group Preferably, one is substituted with a thiol group.
Preferred divalent organic groups constituting M 5 in formula (III) include, for example, alkylene groups having 1 to 3 carbon atoms.

(分子量)
式(I)~(III)に記載のチオール化合物は、分子量が150以上である。活性層を被覆しやすく、光電変換素子の耐湿熱性を向上させやすい観点で、チオール化合物の分子量は150~800であることが好ましく、200~600であることがより好ましく、250~400であることが更に好ましい。
(molecular weight)
The thiol compounds described in formulas (I) to (III) have a molecular weight of 150 or more. The molecular weight of the thiol compound is preferably from 150 to 800, more preferably from 200 to 600, and from 250 to 400, from the viewpoint of easy coating the active layer and improving the heat and humidity resistance of the photoelectric conversion element. is even more preferable.

(溶媒)
本発明の一態様の導電体界面修飾用材料は、前記式(I)~(III)のいずれで表される分子量150以上のチオール化合物を含有し、さらに溶媒を含むことが好ましい。
前記溶媒は、式(I)~(III)で表される化合物の溶解性の観点で、極性溶媒であることが好ましく、アルコール又はエステル又は水がより好ましく、水であることが更に好ましい。
(solvent)
The conductor interface modification material of one embodiment of the present invention preferably contains a thiol compound represented by any of the formulas (I) to (III) above and has a molecular weight of 150 or more, and further contains a solvent.
From the viewpoint of solubility of the compounds represented by formulas (I) to (III), the solvent is preferably a polar solvent, more preferably an alcohol, an ester, or water, and even more preferably water.

〔有機デバイス〕
本発明のある一態様は、前記導電体界面修飾用材料が、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物に接触し、前記式(I)~(III)のいずれかに記載のチオール化合物を含有する、有機デバイスであり得る。
[Organic devices]
One aspect of the present invention is that the conductor interface modification material is in contact with an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound and contains a thiol compound according to any one of formulas (I) to (III). It can be a device.

〔半導体層〕
本発明の別の一態様は、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む半導体層であって、前記半導体層の少なくとも一方の表面を、前記式(I)~(III)の何れかで表される分子量150以上のチオール化合物が修飾している、半導体層であり得る。半導体層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は公知のものでよい。前記半導体層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みによって形成されていてもよいし、他の成分を含んで形成されていてもよい。
[Semiconductor layer]
Another aspect of the present invention is a semiconductor layer including an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, wherein at least one surface of the semiconductor layer is represented by any one of formulas (I) to (III). The semiconductor layer may be modified with a thiol compound having a molecular weight of 150 or more. The organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound contained in the semiconductor layer may be any known compound. The semiconductor layer may be formed only of an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound, or may be formed containing other components.

〔光電変換素子〕
本発明のある一態様は、光電変換素子であり得る。本態様の光電変換素子が有する第一導電層と第二導電層の界面、すなわち第一導電層の第二導電層側の表面及び第二導電層の第一導電層側の表面のうち少なくとも一方に、前記式(I)~(III)で表される分子量150以上のチオール化合物が接触している。換言すれば、前記界面が前記チオール化合物によって化学的に修飾されている。この修飾があること以外は、本態様の光電変換素子の構成は従来の光電変換素子の構成と同様とすることができる。前記界面を修飾しているチオール化合物は第一導電層と第二導電層の間で、これらの界面を修飾する中間層を形成していてもよい。
[Photoelectric conversion element]
One embodiment of the present invention may be a photoelectric conversion element. The interface between the first conductive layer and the second conductive layer that the photoelectric conversion element of this embodiment has, that is, at least one of the surface of the first conductive layer on the second conductive layer side and the surface of the second conductive layer on the first conductive layer side is in contact with a thiol compound having a molecular weight of 150 or more represented by the above formulas (I) to (III). In other words, the interface is chemically modified by the thiol compound. Other than this modification, the configuration of the photoelectric conversion element of this embodiment can be the same as the configuration of a conventional photoelectric conversion element. The thiol compound modifying the interface may form an intermediate layer between the first conductive layer and the second conductive layer that modifies the interface.

光電変換素子の構成としては、例えば、一対の電極の間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を含有する活性層が設けられたものが挙げられる。 Examples of the structure of the photoelectric conversion element include one in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes.

本態様の光電変換素子にあっては、前記チオール化合物が前記界面を修飾しているので、前記界面における欠陥が補修され、光電変換素子の耐湿熱性を向上させることができる。例えば、活性層と下部電極との間に前記チオール化合物を含有する中間層を設けることにより、光電変換素子の耐湿熱性を向上させることができる。 In the photoelectric conversion element of this embodiment, since the thiol compound modifies the interface, defects at the interface can be repaired, and the heat and humidity resistance of the photoelectric conversion element can be improved. For example, by providing an intermediate layer containing the thiol compound between the active layer and the lower electrode, the heat and humidity resistance of the photoelectric conversion element can be improved.

以下、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は、一般的な太陽電池に用いられる光電変換素子の一例であり、本発明の光電変換素子は、図1に示す構造に限られるわけではない。 This will be explained below using FIG. FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a photoelectric conversion element of the present invention. FIG. 1 shows an example of a photoelectric conversion element used in a general solar cell, and the photoelectric conversion element of the present invention is not limited to 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、中間層103、活性層104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 intermediate layer 103, an active layer 104, 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。 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.

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、活性層104の総質量に対して、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 amount of the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound contained in the active layer 104 is preferably 50% by mass or more, and 70% by mass or more based on the total mass of the active layer 104, since it has excellent semiconductor properties. is more preferable, and even more preferably 80% by mass or more. 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。 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

ここで、活性層104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。 Here, the ionization potential of the active layer 104 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.

活性層104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 bandgap of the active layer 104 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104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。
活性層104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 104 can be adjusted, for example, by changing the type and amount of the cation component in the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound.
The band gap of the active layer 104 can be adjusted, for example, by changing 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(例えば、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 (for example, the above-mentioned intermediate layer), and as needed. Examples include a method of forming the active layer 104 by heating and drying.
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 liquid 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、前記式(I)~(III)のいずれかで表されるチオール化合物の1種以上を含有することが好ましい。
[Middle layer]
The intermediate layer 103 preferably contains one or more thiol compounds represented by any of the formulas (I) to (III) above.

中間層103には、本発明の効果を著しく妨げない範囲で、前記チオール化合物以外の成分が含有されていてもよい。前記チオール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及び双性イオンなどが挙げられる。 The intermediate layer 103 may contain components other than the thiol compound as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Specific examples of components other than the thiol compound include KF, KCl, KBr, KI, CsF, CsCl, CsBr, CsI, and zwitterions.

中間層に含有される前記チオール化合物の量は、本発明の光電変換素子の光電変換効率及び耐湿熱性を高める観点から多いことが好ましい。この観点から、中間層に含有される前記チオール化合物の量は、中間層の全質量に対して、50~100質量%であることが好ましく、70~100質量%であることがより好ましく、80~100質量%であることがさらに好ましい。 The amount of the thiol compound contained in the intermediate layer is preferably large from the viewpoint of increasing the photoelectric conversion efficiency and heat-and-moisture resistance of the photoelectric conversion element of the present invention. From this point of view, the amount of the thiol compound contained in the intermediate layer is preferably 50 to 100% by mass, more preferably 70 to 100% by mass, and more preferably 80 to 100% by mass, based on the total mass of the intermediate layer. More preferably, it is 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、0.5~100nmであることが好ましく、1~50nmであることがより好ましく、3~10nmであることがさらに好ましい。前記厚みは、触針段差計により測定することができる。 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 to 100 nm, more preferably 1 to 50 nm, and even more preferably 3 to 10 nm. The thickness can be measured using a stylus step meter.

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、前記チオール化合物を含有する溶液を塗布することを含むことが好ましく、前記中間層及び前記活性層を接触させるように成膜することを含むことがより好ましい。
具体的には、前記チオール化合物の1種以上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。前記チオール化合物の溶液に用いる溶媒としては、前記チオール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 applying a solution containing the thiol compound, and preferably includes forming a film so that the intermediate layer and the active layer are in contact with each other. More preferred.
Specifically, it is preferable to prepare a solution containing one or more of the thiol compounds and apply the solution to form the intermediate layer. The solvent used for the solution of the thiol 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 thiol 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前記チオール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 thiol 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、120℃以下、例えば70~120℃とすることがより好ましい。 The intermediate layer forming solution is preferably applied by a spin coating method since it is easy to form a uniform thin film layer, and the rotation 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 this time is preferably 150°C or lower, more preferably 120°C or lower, for example 70 to 120°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/バッファ層/電極の積層構成に中間層を挿入する場合、活性層とバッファ層の界面に挿入し、活性層/中間層/バッファ層/電極の積層構成にすることが好ましい。
[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 inserting an intermediate layer into a laminated structure of active layer/buffer layer/electrode, it is preferable to insert it at the interface between the active layer and the buffer layer to form a laminated structure of active layer/intermediate layer/buffer layer/electrode.

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前記チオール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 viewpoints of efficient electron extraction and coordination of the thiol 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 may contain other organic semiconductor compounds 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 section, 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.

前記アリール基は、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.

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。 Hypervalent iodine compounds are known to act as dopants for organic semiconductor compounds and exhibit electron-accepting properties (that is, act as oxidizing agents). 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-D)で表されるものが挙げられる。式(II-D)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-D). In formula (II-D), Y - represents any anion, and specific examples are as described above.

[R11-I-R12]Y …(II-D)
式(II-D)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の有機基又は炭素数4~20の脂肪族複素環基が挙げられる。例えば、有機基としては、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-D)
In formula (II-D), 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 organic groups having 1 to 20 carbon atoms or aliphatic heterocyclic groups having 4 to 20 carbon atoms. For example, examples of the organic group include an alkyl group including a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, and the like, and specific examples include a methyl group, an ethyl group, a butyl group, a cyclohexyl group, and the like. 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.

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 the hole transport layer, the content ratio of the dopant to the organic semiconductor compound (dopant/organic semiconductor compound) is not particularly limited, but the content ratio of the dopant to the organic semiconductor compound is not particularly limited. From the viewpoint of providing a charge transport path (path) in the organic semiconductor compound responsible for charge transport, the content is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more. It is more preferably 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, 20% by mass. It is preferably at most 15% by mass, more preferably at most 12% by mass, even more 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、前記チオール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 thiol compound.

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ことが好ましい。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)で表されるチオール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 preferably 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 a thiol 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.

本発明の一態様として、次に例示する「光電変換素子の製造方法」が挙げられる。
次に例示する各実施形態は、何れも、一対の電極の間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を含有する活性層が設けられた光電変換素子を製造する方法である。ここで、一対の電極のうち、一方の電極は上述の下部電極であり、他方の電極は上述の上部電極であり得る。
One embodiment of the present invention includes a "method for manufacturing a photoelectric conversion element" as exemplified below.
Each of the embodiments illustrated below is a method for manufacturing a photoelectric conversion element in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes. Here, among the pair of electrodes, one electrode may be the above-mentioned lower electrode, and the other electrode may be the above-mentioned upper electrode.

第一実施形態は、前記一対の電極のうち一方の電極上に前記活性層以外の導電層を形成し、前記導電層の表面に、溶媒と前記チオール化合物を含む液状の導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法である。 In the first embodiment, a conductive layer other than the active layer is formed on one of the pair of electrodes, and a liquid conductor interface modification material containing a solvent and the thiol compound is applied to the surface of the conductive layer. This is a method for manufacturing a photoelectric conversion element, the method comprising coating and drying the active layer, and then forming the active layer on the dried surface.

具体的には、例えば図1を参照して、基材107の表面に形成された下部電極101上に、前記導電層としてのバッファ層102を形成し、バッファ層102の表面に導電体界面修飾用材料である塗料を塗布し、乾燥させる。この時点で、その乾燥面は、少なくとも前記チオール化合物によって化学的に修飾されたバッファ層102の表面であるか、好ましくはチオール化合物が集積してなる中間層103の表面である。続いて、その乾燥した表面に活性層104、必要に応じてバッファ層105、上部電極106の順に積層する。ここで、バッファ層102が電子輸送層であり、バッファ層105が正孔輸送層であってもよいし、バッファ層102が正孔輸送層であり、バッファ層105が電子輸送層であってもよい。また、活性層104とバッファ層105の間に別の中間層を、中間層103と同様にして形成してもよい。 Specifically, for example, referring to FIG. 1, a buffer layer 102 as the conductive layer is formed on the lower electrode 101 formed on the surface of the base material 107, and the surface of the buffer layer 102 is modified with a conductive interface. Apply the paint material and let it dry. At this point, the dry surface is at least the surface of the buffer layer 102 chemically modified with the thiol compound, or preferably the surface of the intermediate layer 103 in which the thiol compound is accumulated. Subsequently, an active layer 104, a buffer layer 105 if necessary, and an upper electrode 106 are laminated in this order on the dried surface. Here, the buffer layer 102 may be an electron transport layer and the buffer layer 105 may be a hole transport layer, or the buffer layer 102 may be a hole transport layer and the buffer layer 105 may be an electron transport layer. good. Further, another intermediate layer may be formed between the active layer 104 and the buffer layer 105 in the same manner as the intermediate layer 103.

第一実施形態によれば、バッファ層102と活性層104の界面が前記チオール化合物によって修飾され、好ましくは前記界面における欠陥が前記チオール化合物によって補修されるので、光電変換素子100の耐湿熱性が向上する。 According to the first embodiment, the interface between the buffer layer 102 and the active layer 104 is modified by the thiol compound, and preferably defects at the interface are repaired by the thiol compound, so that the moist heat resistance of the photoelectric conversion element 100 is improved. do.

第二実施形態は、前記一対の電極のうち一方の電極上に前記活性層を形成し、前記活性層の表面に、溶媒と前記チオール化合物を含む液状の導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層以外の導電層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法である。 In a second embodiment, the active layer is formed on one of the pair of electrodes, and a liquid conductor interface modification material containing a solvent and the thiol compound is applied to the surface of the active layer. This method of manufacturing a photoelectric conversion element includes forming a conductive layer other than the active layer on the dried surface after drying.

具体的には、例えば図1を参照して、基材107の表面に形成された下部電極101上に、バッファ層102を形成し、中間層103を形成せず、バッファ層102の表面に活性層104を形成する。次に、活性層104の表面に導電体界面修飾用材料である塗料を塗布し、乾燥させる。この時点で、その乾燥面は、少なくとも前記チオール化合物によって化学的に修飾された活性層104の表面であるか、好ましくはチオール化合物が集積してなる中間層(不図示)の表面である。続いて、その乾燥した表面に、必要に応じてバッファ層105、上部電極106の順に積層する。ここで、バッファ層102が電子輸送層であり、バッファ層105が正孔輸送層であってもよいし、バッファ層102が正孔輸送層であり、バッファ層105が電子輸送層であってもよい。 Specifically, for example, referring to FIG. 1, a buffer layer 102 is formed on a lower electrode 101 formed on a surface of a base material 107, an intermediate layer 103 is not formed, and an active layer is formed on the surface of the buffer layer 102. Form layer 104. Next, a paint, which is a material for modifying the conductor interface, is applied to the surface of the active layer 104 and dried. At this point, the drying surface is at least the surface of the active layer 104 chemically modified with the thiol compound, or preferably the surface of the intermediate layer (not shown) in which the thiol compound is accumulated. Subsequently, a buffer layer 105 and an upper electrode 106 are laminated in this order on the dried surface as necessary. Here, the buffer layer 102 may be an electron transport layer and the buffer layer 105 may be a hole transport layer, or the buffer layer 102 may be a hole transport layer and the buffer layer 105 may be an electron transport layer. good.

第二実施形態によれば、活性層104とバッファ層105の界面が前記チオール化合物によって修飾され、好ましくは前記界面における欠陥が前記チオール化合物によって補修されるので、光電変換素子100の耐湿熱性が向上する。また、バッファ層105を設けない場合には、活性層104と上部電極106の界面が前記チオール化合物によって修飾され、好ましくは前記界面における欠陥が前記チオール化合物によって補修されるので、光電変換素子100の耐湿熱性が向上する。 According to the second embodiment, the interface between the active layer 104 and the buffer layer 105 is modified by the thiol compound, and preferably defects at the interface are repaired by the thiol compound, so that the moist heat resistance of the photoelectric conversion element 100 is improved. do. Furthermore, when the buffer layer 105 is not provided, the interface between the active layer 104 and the upper electrode 106 is modified by the thiol compound, and preferably defects at the interface are repaired by the thiol compound, so that the photoelectric conversion element 100 Moisture and heat resistance is improved.

第三実施形態は、前記一対の電極のうち一方の電極の表面に、溶媒と前記チオール化合物を含む液状の導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法である。 In the third embodiment, a liquid conductor interface modification material containing a solvent and the thiol compound is applied to the surface of one of the pair of electrodes, and after drying, the active material is applied to the dried surface. A method for manufacturing a photoelectric conversion element, including forming a layer.

具体的には、例えば図1を参照して、基材107の表面に形成された下部電極101の表面に導電体界面修飾用材料である塗料を塗布し、乾燥させる。この時点で、その乾燥面は、少なくとも前記チオール化合物によって化学的に修飾された下部電極101の表面であるか、好ましくはチオール化合物が集積してなる中間層(不図示)の表面である。続いて、その乾燥した表面に、活性層104、必要に応じてバッファ層105、上部電極106の順に積層する。ここで、バッファ層105は正孔輸送層であってもよいし、電子輸送層であってもよい。また、活性層104とバッファ層105の間に別の中間層を、先に形成した中間層と同様にして形成してもよい。 Specifically, referring to FIG. 1, for example, a paint, which is a material for modifying the conductor interface, is applied to the surface of the lower electrode 101 formed on the surface of the base material 107, and then dried. At this point, the drying surface is at least the surface of the lower electrode 101 chemically modified with the thiol compound, or preferably the surface of the intermediate layer (not shown) in which the thiol compound is accumulated. Subsequently, an active layer 104, a buffer layer 105 if necessary, and an upper electrode 106 are laminated in this order on the dried surface. Here, the buffer layer 105 may be a hole transport layer or an electron transport layer. Further, another intermediate layer may be formed between the active layer 104 and the buffer layer 105 in the same manner as the previously formed intermediate layer.

第三実施形態によれば、下部電極101と活性層104の界面が前記チオール化合物によって修飾され、好ましくは前記界面における欠陥が前記チオール化合物によって補修されるので、光電変換素子100の耐湿熱性が向上する。 According to the third embodiment, the interface between the lower electrode 101 and the active layer 104 is modified by the thiol compound, and preferably defects at the interface are repaired by the thiol compound, so that the moist heat resistance of the photoelectric conversion element 100 is improved. do.

[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、前記チオール化合物によって導電層間の界面を修飾し、好ましくは前記チオール化合物を含有する中間層を前記界面に設けることにより、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 modifying the interface between the conductive layers with the thiol compound and preferably providing an intermediate layer containing the thiol compound at the interface.

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にあっては、前記チオール化合物によって導電層間の界面を修飾し、好ましくは前記チオール化合物を含有する中間層を前記界面に設けられることにより、耐湿熱性に優れ、光照射経時後の光電変換効率の低下が抑制される。 Further, in the photoelectric conversion element of the present invention, the interface between the conductive layers is modified with the thiol compound, and an intermediate layer preferably containing the thiol compound is provided at the interface, so that it has excellent moist heat resistance and Decrease in photoelectric conversion efficiency after irradiation is suppressed.

〔光電変換モジュール〕
本発明の光電変換素子は、封止によってさらに耐湿熱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 further improve moisture and heat 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において下方)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4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 with 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 four photoelectric conversion elements in each example and comparative example.

[耐湿熱性の評価]
光電変換素子の連続光照射に対する耐湿熱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4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、水分吸収性シートであるゲッター材(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、光電変換素子をゲッター材とともに摺ガラスの凹部内に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、耐湿熱性試験を行った。
光電変換モジュールを開放回路とし、60℃、湿度90%の恒温槽に静置し、連続光照射を行い、50~200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86時間経過後、249時間経過後における光電変換効率を測定した。
[Evaluation of heat and humidity resistance]
The moisture and heat 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 four photoelectric conversion elements in each example and comparative example.
First, a getter material (manufactured by Dynic Co., Ltd., HD-S050914W-40SS), which is a moisture-absorbing sheet, was attached to a ground glass with a concave inner surface. By using a sealing material (UV curing resin) on the top surface of the photoelectric conversion element and adhering the aforementioned ground glass, the photoelectric conversion element is sealed in the recess of the ground glass together with the getter material to create a photoelectric conversion module. did. A heat and humidity resistance test was conducted on this photoelectric conversion module as follows.
The photoelectric conversion module was placed in an open circuit, kept in a constant temperature bath at 60° C. and 90% humidity, and continuously irradiated with light, and the current-voltage characteristics were measured every 50 to 200 hours.
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, 86 hours after irradiation, and 249 hours after irradiation.

[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7.25:1.0:1.5の質量比となるよう量りとり、グローブボックス内に導入した。これに溶媒としてイソプロピルアルコールを加えることにより、FABr、MABr及びMAClの合計濃度が0.49mol/Lである活性層用塗布液2を調製した。
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3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.
In a separate vial, formamidine hydrobromide (FABr), methylamine hydrobromide (MABr) and methylamine hydrochloride (MACl) were mixed at a mass of 7.25:1.0:1.5. I weighed it out so that it was the same as the ratio and put it in the glove box. By adding isopropyl alcohol as a solvent to this, active layer coating liquid 2 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 3 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、Glutathione reduced form)を量りとり、濃度が1mg/mL(中間層用塗布液1)となるように中間層用塗布液を調製した。溶媒は超純水を用いた。
<Preparation of coating liquid for intermediate layer>
Weigh the compound represented by the following formula (II) (manufactured by TCI, Glutathione reduced form) into a vial bottle, and add it to the intermediate layer coating liquid so that the concentration is 1 mg/mL (intermediate layer coating liquid 1). was prepared. Ultrapure water was used as the solvent.

Figure 2024017714000008
Figure 2024017714000008

<正孔輸送層用塗布液の調製>
(高分子化合物の合成)
以下の化合物1(349.4mg、1mmol)と以下の化合物2(783.7mg、0.98mmol)を用いて、反応条件として、特開2019-175970号公報に記載の方法を参考にして、以下の高分子化合物Aを570mg得た。得られた高分子化合物Aの重量平均分子量は37,500であり、PDI(重量平均分子量/数平均分子量)は1.4であった。
<Preparation of coating solution for hole transport layer>
(Synthesis of polymer compounds)
Using the following Compound 1 (349.4 mg, 1 mmol) and the following Compound 2 (783.7 mg, 0.98 mmol), the following reaction conditions were made with reference to the method described in JP-A-2019-175970: 570 mg of polymer compound A was obtained. The weight average molecular weight of the obtained polymer compound A was 37,500, and the PDI (weight average molecular weight/number average molecular weight) was 1.4.

Figure 2024017714000009
Figure 2024017714000009

(正孔輸送層用塗布液の調製)
40mg/mLの高分子化合物(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。前記の溶液を、以降ホスト溶液と呼ぶ。別に32mg/mLの4-イソプロピル-4’-メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(TCI社製、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。前記の溶液を、以降ドーパント溶液と呼ぶ。高分子化合物Aに対して前記の電子受容性ドーパントが外割で8重量パーセントとなるように、ホスト溶液へドーパント溶液を添加した。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 liquid for hole transport layer)
An o-dichlorobenzene solution of 40 mg/mL of a polymer compound (hole transporting compound) was prepared. Said solution is hereinafter referred to as host solution. Separately, an o-dichlorobenzene solution of 32 mg/mL of 4-isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate (manufactured by TCI, electron-accepting dopant) was prepared. Said solution is hereinafter referred to as dopant solution. A dopant solution was added to the host solution so that the amount of the electron-accepting dopant was 8% by weight relative to the polymer compound A. The resulting mixed solution was heated and stirred at 150° C. for 1 hour to prepare a coating solution for a hole transport layer.

<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上に前述の中間層用塗布液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(推定で厚み10nm以下)を形成した。
この中間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、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、活性層用塗布液3(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、正孔輸送層用塗布液(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、90℃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200nm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50nmのアルミニウムを蒸着し、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 electron transport layer coating solution described above was spin-coated at room temperature (25°C) at a rotational speed of 2000 rpm, and then heated on a hot plate at 150°C for 10 minutes. 50 nm) was formed.
After spin-coating the aforementioned intermediate layer coating liquid 1 at a rotational speed of 4000 rpm on the glass substrate on which this electron transport layer is formed, the intermediate layer (estimated (with a thickness of 10 nm or less).
The glass substrate on which this intermediate layer was formed was introduced into a glove box, and active layer coating liquid 1 (150 μL) heated to 100°C was dropped onto this intermediate layer, and spin coating was performed at a rotation speed of 2000 rpm. A lead iodide layer was formed by heating on a hot plate at 100° C. for 10 minutes.
Coating solution 2 for active layer (120 μL) was spin-coated on the lead iodide layer at a rotation speed of 2000 rpm, heated at 150°C for 20 minutes on a hot plate, cooled to room temperature (25°C), and then activated. An active layer (thickness: 650 nm) of an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound was formed by spin coating layer coating solution 3 (150 μL) at a rotation speed of 2000 rpm and heating at 100° C. for 10 minutes on a hot plate. .
After spin-coating a hole transport layer coating solution (150 μL) on this active layer at a rotation speed of 1000 rpm, heating it at 90°C for 5 minutes on a hot plate 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 200 nm by a vacuum sputtering method, and further by a resistance heating vacuum evaporation method. Aluminum was deposited to a thickness of 50 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4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、同様に製造した4個の光電変換素子について、上述の[耐湿熱性の評価]で説明した通り、光電変換モジュールを製造し、その耐湿熱性を評価した。光電変換効率(平均値)の推移を表1に、直列抵抗値(平均値)の推移を表2に示す。
The four 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, regarding four similarly manufactured photoelectric conversion elements, a photoelectric conversion module was manufactured as described in the above [Evaluation of heat and humidity resistance], and its resistance to humidity and heat was evaluated. Table 1 shows changes in photoelectric conversion efficiency (average value), and Table 2 shows changes in series resistance value (average value).

[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、その耐湿熱性を測定した。それらの結果を表1,2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 an intermediate layer was not formed, and their moisture and heat resistance was measured. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2024017714000010
Figure 2024017714000010

Figure 2024017714000011
Figure 2024017714000011

表1及び表2の結果より、本発明に係る実施例の光電変換素子は、活性層と下部電極の間に前記チオール化合物を含有する中間層を設けることにより、高温高湿環境下における直列抵抗の増加が低減され、耐湿熱性が向上することが裏付けられた。ここで、本発明に係る実施例の光電変換素子は、活性層と下部電極の間に前記チオール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ことで耐湿熱性が向上したと考えられる。 From the results in Tables 1 and 2, it is clear that the photoelectric conversion element of the example according to the present invention has a series resistance in a high temperature and high humidity environment by providing an intermediate layer containing the thiol compound between the active layer and the lower electrode. It was confirmed that the increase in heat and humidity was reduced and the heat-and-moisture resistance was improved. Here, in the photoelectric conversion element of the embodiment of the present invention, defects at the interface between the electron transport layer and the active layer are suppressed by providing an intermediate layer containing the thiol compound between the active layer and the lower electrode. This is thought to have improved the heat and humidity resistance.

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 (15)

第一導電層と第二導電層の界面を化学的に修飾する用途で使用され、式(I)で表される分子量150以上のチオール化合物を含有する、導電体界面修飾用材料。
Figure 2024017714000012
[式(I)中、Qはカルボキシル基又はスルホ基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~50の2価の有機基である。]
A material for modifying the interface of a conductor, which is used for chemically modifying the interface between a first conductive layer and a second conductive layer, and contains a thiol compound represented by formula (I) and having a molecular weight of 150 or more.
Figure 2024017714000012
[In formula (I), Q 1 is a carboxyl group or a sulfo group, and M 1 is a divalent organic group having 3 to 50 carbon atoms which may have a substituent. ]
前記チオール化合物が、式(II)で表されるチオール化合物である、請求項1に記載の導電体界面修飾用材料。
Figure 2024017714000013
[式(II)中、Qはカルボキシル基又はスルホ基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~20の2価の有機基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~20の1価の有機基であり、MもしくはMのいずれかに、少なくとも1つのチオール基を有する。]
The material for modifying a conductor interface according to claim 1, wherein the thiol compound is a thiol compound represented by formula (II).
Figure 2024017714000013
[In formula (II), Q 2 is a carboxyl group or a sulfo group, M 2 is a divalent organic group having 3 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and M 3 is a divalent organic group having a substituent. It is a monovalent organic group having 3 to 20 carbon atoms, which may have at least one thiol group in either M 2 or M 3 . ]
前記チオール化合物が、式(III)で表されるチオール化合物である、請求項1に記載の導電体界面修飾用材料。
Figure 2024017714000014
[式(III)中、QおよびQはカルボキシル基もしくはスルホ基であり、M及びMは置換基を有してもよい炭素数3~20の2価の有機基であり、M又はMのいずれかに、少なくとも1つのチオール基を有する。]
The material for modifying a conductor interface according to claim 1, wherein the thiol compound is a thiol compound represented by formula (III).
Figure 2024017714000014
[In formula (III), Q 3 and Q 4 are carboxyl groups or sulfo groups, M 4 and M 5 are divalent organic groups having 3 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and M 4 or M5 has at least one thiol group. ]
式(II)におけるM又はMが、少なくとも1つの電子吸引性基を有する、請求項2に記載の導電体界面修飾用材料。 The material for modifying a conductor interface according to claim 2, wherein M 2 or M 3 in formula (II) has at least one electron-withdrawing group. 式(III)におけるM又はMが、少なくとも1つの電子吸引性基を有する、請求項3に記載の導電体界面修飾用材料。 The material for modifying a conductor interface according to claim 3, wherein M 4 or M 5 in formula (III) has at least one electron-withdrawing group. さらに溶媒を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の導電体界面修飾用材料。 The material for modifying a conductor interface according to any one of claims 1 to 5, further comprising a solvent. さらに極性溶媒を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の導電体界面修飾用材料。 The material for modifying a conductor interface according to any one of claims 1 to 5, further comprising a polar solvent. 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む半導体層であって、
前記半導体層の少なくとも一方の表面に、下記式(I)で表される分子量150以上のチオール化合物が接触している、半導体層。
Figure 2024017714000015
[式(I)中、Qはカルボキシル基又はスルホ基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~50の2価の有機基である。]
A semiconductor layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound,
A semiconductor layer, wherein a thiol compound represented by the following formula (I) and having a molecular weight of 150 or more is in contact with at least one surface of the semiconductor layer.
Figure 2024017714000015
[In formula (I), Q 1 is a carboxyl group or a sulfo group, and M 1 is a divalent organic group having 3 to 50 carbon atoms which may have a substituent. ]
一対の電極の間に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層が設けられた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、
下記式(I)で表される分子量150以上のチオール化合物が前記活性層の少なくとも一方の表面に接触している、光電変換素子。
Figure 2024017714000016
[式(I)中、Qはカルボキシル基又はスルホ基であり、Mは置換基を有してもよい炭素数3~50の2価の有機基である。]
A photoelectric conversion element in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes,
The active layer contains an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound,
A photoelectric conversion element, wherein a thiol compound represented by the following formula (I) and having a molecular weight of 150 or more is in contact with at least one surface of the active layer.
Figure 2024017714000016
[In formula (I), Q 1 is a carboxyl group or a sulfo group, and M 1 is a divalent organic group having 3 to 50 carbon atoms which may have a substituent. ]
前記活性層の前記チオール化合物が接触した一方の表面に、電子輸送層が接して積層されている、請求項9に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 9, wherein an electron transport layer is laminated in contact with one surface of the active layer that is in contact with the thiol compound. 前記電子輸送層が金属酸化物を含む、請求項10に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 10, wherein the electron transport layer contains a metal oxide. 前記電子輸送層が酸化スズを含む、請求項10に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 10, wherein the electron transport layer contains tin oxide. 一対の電極の間に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層が設けられた光電変換素子を製造する方法であって、
前記一対の電極のうち一方の電極上に前記活性層以外の導電層を形成し、前記導電層の表面に請求項6に記載の導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法。
A method for manufacturing a photoelectric conversion element in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes, the method comprising:
A conductive layer other than the active layer is formed on one of the pair of electrodes, and the conductor interface modification material according to claim 6 is applied to the surface of the conductive layer and dried, and then A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising forming the active layer on a dry surface.
一対の電極の間に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層が設けられた光電変換素子を製造する方法であって、
前記一対の電極のうち一方の電極上に前記活性層を形成し、前記活性層の表面に請求項6に記載の導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層以外の導電層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法。
A method for manufacturing a photoelectric conversion element in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes, the method comprising:
The active layer is formed on one of the pair of electrodes, the conductor interface modification material according to claim 6 is applied to the surface of the active layer, and after drying, the dried surface is coated with the active layer. A method for manufacturing a photoelectric conversion element, including forming a conductive layer other than the active layer.
一対の電極の間に、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層が設けられた光電変換素子を製造する方法であって、
前記一対の電極のうち一方の電極の表面に請求項6に記載の導電体界面修飾用材料を塗布し、乾燥させた後、その乾燥した表面に前記活性層を形成することを含む、光電変換素子の製造方法。
A method for manufacturing a photoelectric conversion element in which an active layer containing an organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor compound is provided between a pair of electrodes, the method comprising:
Photoelectric conversion comprising applying the conductor interface modification material according to claim 6 on the surface of one of the pair of electrodes, drying it, and then forming the active layer on the dried surface. Method of manufacturing elements.
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