JP5098957B2 - Organic photoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、有機光電変換素子に関し、さらに詳しくは、再結合層に導電性繊維を含むタンデム型の有機光電変換素子に関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element, and more particularly to a tandem organic photoelectric conversion element including a conductive fiber in a recombination layer.

有機光電変換素子は、透明電極上に有機物からなる光電変換層と電荷輸送層とを積層し、更に電極で挟みこんだ構造をしており、発生したフリーキャリアを各電極で回収して外部回路を駆動するデバイスである。更に、可撓性の高い透明樹脂基板を用いることで、フレキシブルな有機光電変換素子を実現できるだけでなく、有機層はダイコーターの様な生産設備を用いてロールツーロールで塗布製膜でき、製造コストの低い高生産性のプロセスが期待できる。   The organic photoelectric conversion element has a structure in which a photoelectric conversion layer made of an organic substance and a charge transport layer are laminated on a transparent electrode, and is further sandwiched between electrodes, and the generated free carriers are collected at each electrode and an external circuit is collected. It is a device that drives Furthermore, by using a highly flexible transparent resin substrate, not only can a flexible organic photoelectric conversion element be realized, but the organic layer can be formed by roll-to-roll coating using a production facility such as a die coater. A low-cost and highly productive process can be expected.

このような有機光電変換素子において、太陽電池セルを作製する際にタンデム化をさせることで、太陽光スペクトルを効率よく吸収することが可能になるため、変換効率の向上が期待できる(例えば、特許文献1参照)。   In such an organic photoelectric conversion element, it is possible to efficiently absorb the solar spectrum by making a tandem when producing a solar battery cell, so that an improvement in conversion efficiency can be expected (for example, patents) Reference 1).

特許文献1で紹介されているタンデム型の有機光電変換素子は、金属ナノ粒子を含む再結合層を有するタンデム素子を作製している。これは、再結合層に金属ナノ粒子を用いることによって、入射光の吸収を増強させ、さらに、電子とホールの再結合性を向上させることで、光電変換効率を向上させるものである。しかし、この方法は金属ナノ粒子層を蒸着形成しており、生産性の観点で課題を有しており、有機光電変換素子の利点が失われていた。また、再結合層に透明性の高いITOを形成させて、面電極化させることで、再結合層の上に塗布法により機能層を形成できる構成としているが(例えば、特許文献2参照)、金属ナノ粒子と同様に真空製膜法であるため、生産性が低かった。   The tandem organic photoelectric conversion element introduced in Patent Document 1 is a tandem element having a recombination layer containing metal nanoparticles. This enhances the absorption of incident light by using metal nanoparticles in the recombination layer, and further improves the photoelectric conversion efficiency by improving the recombination property of electrons and holes. However, this method forms a metal nanoparticle layer by vapor deposition and has a problem in terms of productivity, and the advantages of the organic photoelectric conversion element are lost. In addition, by forming a highly transparent ITO in the recombination layer and forming a surface electrode, the functional layer can be formed on the recombination layer by a coating method (for example, see Patent Document 2). The productivity was low because of the vacuum film-forming method as with the metal nanoparticles.

更に、上述した再結合層含む構成では、ダークスポット(発電欠陥部分)が多く発生し、素子の耐久性が著しく低下するといった挙動が見られ、実用上の課題であった。
欧州特許第1782471B1明細書 特開2006−279111号公報
Further, in the configuration including the recombination layer described above, a large number of dark spots (power generation defect portions) are generated, and the behavior that the durability of the device is remarkably deteriorated is a problem in practical use.
European Patent No. 1782471B1 specification JP 2006-279111 A

本発明の目的は、生産性がよく、エネルギー変換効率が向上し、ダークスポットの発生が抑制された有機光電変換素子を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an organic photoelectric conversion element with good productivity, improved energy conversion efficiency, and suppressed generation of dark spots.

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。   The above object of the present invention can be achieved by the following configuration.

1.光電変換層を少なくとも2層以上有し、かつ、前記2層以上の光電変換層の内、少なくとも1対の隣り合った光電変換層の間に少なくとも再結合層を含み構成されるタンデム型の有機光電変換素子であって、該再結合層の少なくとも1層は導電性繊維及び透明導電性材料を含むことを特徴とする有機光電変換素子。 1. A tandem organic material having at least two photoelectric conversion layers and including at least a recombination layer between at least one pair of adjacent photoelectric conversion layers among the two or more photoelectric conversion layers. It is a photoelectric conversion element, Comprising: At least 1 layer of this recombination layer contains a conductive fiber and a transparent conductive material , The organic photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.

.前記導電性繊維が金属ナノワイヤ又はカーボンナノチューブからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする第1項に記載の有機光電変換素子。 2 . 2. The organic photoelectric conversion element according to item 1, wherein the conductive fiber is at least one selected from the group consisting of metal nanowires or carbon nanotubes.

本発明により、生産性がよく、エネルギー変換効率が向上し、ダークスポットの発生が抑制された有機光電変換素子を提供することができた。   According to the present invention, an organic photoelectric conversion element with good productivity, improved energy conversion efficiency, and suppressed dark spots can be provided.

本発明を更に詳しく説明する。本発明では、再結合層に導電性繊維及び透明導電性材料を含むことが特徴であり、高い導電性と透過率を両立した再結合層を形成できるため、エネルギー変換効率の向上が達成できる。また、塗布プロセスで再結合層を形成させることができるため、生産性にも優れた有機光電変換素子を提供できる。 The present invention will be described in more detail. In the present invention, the recombination layer is characterized by containing conductive fibers and a transparent conductive material , and since a recombination layer having both high conductivity and transmittance can be formed, an improvement in energy conversion efficiency can be achieved. Moreover, since the recombination layer can be formed by a coating process, an organic photoelectric conversion element excellent in productivity can be provided.

電性繊維に加え、透明導電性材料を組み合わせることにより、導電性繊維上のみならず面全体にかけて均一な導電性、所謂、面電極化をさせることができ、エネルギー変換効率の向上と、ダークスポットの発生を抑制できる。これは、ナノ粒子を用いた再結合層よりも面方向に均一な再結合サイトが形成されるためであるIn addition to the conductive fibers by combining a transparent conductive material, the conductive fiber on not only uniform conductivity throughout the surface, can be called, the surface electrodes of the improvement of energy conversion efficiency, Generation of dark spots can be suppressed. This is because the uniform recombination sites are formed in the surface direction than the recombination layers using nanoparticles.

本発明の有機光電変換素子を、図1を用いて説明する。   The organic photoelectric conversion element of this invention is demonstrated using FIG.

図1において、有機光電変換素子21は、再結合層6に導電性繊維及び透明導電性材料を含み成ることを特徴とする。この再結合層6は、第一の発電ブロック22で発生した正孔または電子と、第二の発電ブロック23で発生した電子または正孔とが、再結合し、第一の発電ブロック22と第二の発電ブロック23が実質的に直列接続された二つの素子を繋ぐ役割を担う。また、再結合層6は、第一の発電ブロック22を透過してきた光を好ましく透過し、透過した光が第二の発電ブロック23の発電に用いられるといった役割も担う。よって、再結合層6に用いられる材料としては導電性と透明性を併せ持つ材料を用いた層であることが好ましい。   In FIG. 1, the organic photoelectric conversion element 21 is characterized in that the recombination layer 6 includes conductive fibers and a transparent conductive material. In the recombination layer 6, the holes or electrons generated in the first power generation block 22 and the electrons or holes generated in the second power generation block 23 are recombined to form the first power generation block 22 and the first power generation block 22. The two power generation blocks 23 play a role of connecting two elements connected in series. The recombination layer 6 also preferably plays a role such that light transmitted through the first power generation block 22 is preferably transmitted and the transmitted light is used for power generation of the second power generation block 23. Therefore, the material used for the recombination layer 6 is preferably a layer using a material having both conductivity and transparency.

図1において、少なくとも第一の光電変換層4か第二の光電変換層8のいずれかは、p型半導体層およびn型半導体の混合体である、バルクヘテロジャンクション構造の層(以下、バルクヘテロジャンクション層とも呼ぶ)であることが好ましい。太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、第二の光電変換層8は、第一の光電変換層4の吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。   In FIG. 1, at least one of the first photoelectric conversion layer 4 and the second photoelectric conversion layer 8 is a layer of a bulk heterojunction structure (hereinafter referred to as a bulk heterojunction layer) which is a mixture of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor. Also called). For the purpose of improving the sunlight utilization rate (photoelectric conversion efficiency), the second photoelectric conversion layer 8 may be a layer that absorbs the same spectrum as the absorption spectrum of the first photoelectric conversion layer 4 or absorbs a different spectrum. Although it may be a layer, it is preferably a layer that absorbs different spectra.

第一の基板1上に積層された第一の電極2と第一の光電変換層4の間、及び/又は第一の光電変換層4と再結合層6の間、再結合層6と第二の光電変換層8の間、及び/又は第二の光電変換層8と第二の電極10の間にそれぞれ中間層を有しても良い。好ましい中間層の形態としては、第一の電極2と第一の光電変換層4の間には第一の正孔輸送層3、再結合層6と第二の光電変換層8の間には第二の正孔輸送層7が積層されており、また、第一の光電変換層4と再結合層6の間には第一の電子輸送層5、第二の光電変換層8と第二の電極10の間には第二の電子輸送層9がそれぞれ中間層として積層されていることが好ましい。   Between the first electrode 2 and the first photoelectric conversion layer 4 stacked on the first substrate 1 and / or between the first photoelectric conversion layer 4 and the recombination layer 6, and between the recombination layer 6 and the first An intermediate layer may be provided between the two photoelectric conversion layers 8 and / or between the second photoelectric conversion layer 8 and the second electrode 10. As a preferable form of the intermediate layer, there is a first hole transport layer 3 between the first electrode 2 and the first photoelectric conversion layer 4, and a recombination layer 6 and the second photoelectric conversion layer 8. The second hole transport layer 7 is laminated, and the first electron transport layer 5, the second photoelectric conversion layer 8, and the second layer are interposed between the first photoelectric conversion layer 4 and the recombination layer 6. The second electron transport layers 9 are preferably laminated as intermediate layers between the electrodes 10.

〔導電性繊維〕
本発明に係る導電性繊維とは、導電性を有し、かつその長さが直径(太さ)に比べて十分に長い形状を持つものである。本発明に係る導電性繊維は、透明導電層内において導電性繊維が互いに接触し合うことにより3次元的な導電ネットワークを形成し補助電極として機能すると考えられる。従って、導電性繊維が長い方が導電ネットワーク形成に有利であるため好ましい。一方で、導電性繊維が長くなると導電性繊維が絡み合って凝集体を生じ、光学特性を劣化させる場合がある。導電ネットワーク形成や凝集体生成には、導電性繊維の剛性や直径等も影響するため、使用する導電性繊維に応じて最適な平均アスペクト比(アスペクト=長さ/直径)のものを使用することが好ましい。大凡の目安として、平均アスペクト比は、10〜10,000であるものが好ましい。
[Conductive fiber]
The conductive fiber according to the present invention is conductive and has a shape whose length is sufficiently longer than its diameter (thickness). The conductive fiber according to the present invention is considered to function as an auxiliary electrode by forming a three-dimensional conductive network when the conductive fibers contact each other in the transparent conductive layer. Accordingly, a longer conductive fiber is preferable because it is advantageous for forming a conductive network. On the other hand, when the conductive fibers are long, the conductive fibers are entangled to form aggregates, which may deteriorate the optical characteristics. Since the conductive fiber formation and aggregate formation are also affected by the stiffness and diameter of the conductive fibers, use the one with the optimum average aspect ratio (aspect = length / diameter) according to the conductive fibers used. Is preferred. As a rough guide, the average aspect ratio is preferably 10 to 10,000.

形状としては中空チューブ状、ワイヤ状、ファイバー状のもの等があり、例えば、金属でコーティングした有機繊維や無機繊維、導電性金属酸化物繊維、金属ナノワイヤ、炭素繊維、カーボンナノチューブ等がある。本発明においては、透明性の観点から太さが300nm以下の導電性繊維であることが好ましく、併せて導電性も満足するために、導電性繊維は金属ナノワイヤ及びカーボンナノチューブの群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。さらには、コスト(原材料費、製造費)と性能(導電性、透明性、可撓性)の観点から、銀ナノワイヤが特に好ましい。   Examples of the shape include a hollow tube shape, a wire shape, and a fiber shape, such as organic fibers and inorganic fibers coated with metal, conductive metal oxide fibers, metal nanowires, carbon fibers, and carbon nanotubes. In the present invention, from the viewpoint of transparency, it is preferable that the conductive fiber has a thickness of 300 nm or less, and in order to satisfy the conductivity, the conductive fiber is at least selected from the group of metal nanowires and carbon nanotubes. One type is preferable. Furthermore, silver nanowires are particularly preferable from the viewpoints of cost (raw material costs, manufacturing costs) and performance (conductivity, transparency, flexibility).

〔金属ナノワイヤ〕
一般に、金属ナノワイヤとは、金属元素を主要な構成要素とする線状構造体のことをいう。特に、本発明における金属ナノワイヤとは、原子スケールからnmスケールの直径を有する線状構造体を意味する。
[Metal nanowires]
In general, the metal nanowire refers to a linear structure having a metal element as a main component. In particular, the metal nanowire in the present invention means a linear structure having a diameter from the atomic scale to the nm scale.

本発明に係る導電性繊維に適用される金属ナノワイヤとしては、1つの金属ナノワイヤで長い導電パスを形成するために、平均長さが3μm以上であることが好ましく、さらには3〜500μmが好ましく、特に、3〜300μmであることが好ましい。併せて、長さの相対標準偏差は40%以下であることが好ましい。また、平均直径は、透明性の観点からは小さいことが好ましく、一方で、導電性の観点からは大きい方が好ましい。本発明においては、金属ナノワイヤの平均直径として10〜300nmが好ましく、30〜200nmであることがより好ましい。併せて、直径の相対標準偏差は20%以下であることが好ましい。   As the metal nanowire applied to the conductive fiber according to the present invention, in order to form a long conductive path with one metal nanowire, the average length is preferably 3 μm or more, more preferably 3 to 500 μm, In particular, the thickness is preferably 3 to 300 μm. In addition, the relative standard deviation of the length is preferably 40% or less. Moreover, it is preferable that an average diameter is small from a transparency viewpoint, On the other hand, the larger one is preferable from an electroconductive viewpoint. In this invention, 10-300 nm is preferable as an average diameter of metal nanowire, and it is more preferable that it is 30-200 nm. In addition, the relative standard deviation of the diameter is preferably 20% or less.

本発明に係る金属ナノワイヤの金属組成としては特に制限はなく、貴金属元素や卑金属元素の1種または複数の金属から構成することができるが、貴金属(例えば、金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム等)及び鉄、コバルト、銅、錫からなる群に属する少なくとも1種の金属を含むことが好ましく、導電性の観点から少なくとも銀を含むことがより好ましい。また、導電性と安定性(金属ナノワイヤの硫化や酸化耐性、及びマグレーション耐性)を両立するために、銀と、銀を除く貴金属に属する少なくとも1種の金属を含むこともできる。本発明に係る金属ナノワイヤが2種類以上の金属元素を含む場合には、例えば、金属ナノワイヤの表面と内部で金属組成が異なっていてもよく、金属ナノワイヤ全体が同一の金属組成を有していてもよい。   There is no restriction | limiting in particular as a metal composition of the metal nanowire which concerns on this invention, Although it can comprise from the 1 type or several metal of a noble metal element and a base metal element, noble metals (for example, gold, platinum, silver, palladium, rhodium, (Iridium, ruthenium, osmium, etc.) and at least one metal belonging to the group consisting of iron, cobalt, copper, and tin is preferable, and at least silver is more preferable from the viewpoint of conductivity. Further, in order to achieve both conductivity and stability (sulfurization and oxidation resistance of metal nanowires and resistance to magnation), silver and at least one metal belonging to a noble metal other than silver can be included. When the metal nanowire according to the present invention includes two or more kinds of metal elements, for example, the metal composition may be different between the surface and the inside of the metal nanowire, and the entire metal nanowire has the same metal composition. Also good.

本発明において金属ナノワイヤの製造手段には特に制限はなく、例えば、液相法や気相法等の公知の手段を用いることができる。また、具体的な製造方法にも特に制限はなく、公知の製造方法を用いることができる。特に、Adv.Mater.,2002,14,833〜837及びChem.Mater.,2002,14,4736〜4745で報告されたAgナノワイヤの製造方法は、水系で簡便にAgナノワイヤを製造することができる。銀の導電率は金属中で最大であることから、本発明に係る金属ナノワイヤとして好ましく適用することができる。   In the present invention, the means for producing the metal nanowire is not particularly limited, and for example, known means such as a liquid phase method and a gas phase method can be used. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in a specific manufacturing method, A well-known manufacturing method can be used. In particular, Adv. Mater. , 2002, 14, 833-837 and Chem. Mater. 2002, 14, 4736-4745, the method for producing Ag nanowires can easily produce Ag nanowires in an aqueous system. Since the electrical conductivity of silver is the largest among metals, it can be preferably applied as the metal nanowire according to the present invention.

〔カーボンナノチューブ〕
カーボンナノチューブは、厚さ数原子層のグラファイト状炭素原子面(グラフェンシート)が筒形に巻かれた形状からなる炭素系繊維材料であり、その周壁の構成数から単層ナノチューブ(SWCNT)と多層ナノチューブ(MWCNT)とに大別され、また、グラフェンシートの構造の違いからカイラル(らせん)型、ジグザグ型、アームチェア型に分けられ、各種のものが知られている。
〔carbon nanotube〕
A carbon nanotube is a carbon-based fiber material having a shape in which a graphite-like carbon atomic plane (graphene sheet) having a thickness of several atomic layers is wound in a cylindrical shape. Single-walled nanotubes (SWCNT) and multi-layers are formed from the number of peripheral walls. They are roughly classified into nanotubes (MWCNT), and are divided into chiral (helical), zigzag and armchair types according to the difference in the structure of the graphene sheet, and various types are known.

本発明に係る導電性繊維に適用されるカーボンナノチューブとしては、いずれのタイプのカーボンナノチューブも用いることができ、また、これらの種々のカーボンナノチューブを複数混合して用いてもよいが、導電性に優れた単層カーボンナノチューブであることが好ましく、さらには金属性のアームチェア型単層カーボンナノチューブであることがより好ましい。   As the carbon nanotube applied to the conductive fiber according to the present invention, any type of carbon nanotube can be used, and a mixture of these various carbon nanotubes may be used. An excellent single-walled carbon nanotube is preferable, and a metallic armchair-type single-walled carbon nanotube is more preferable.

本発明に係るカーボンナノチューブの形状としては、1つのカーボンナノチューブで長い導電パスを形成するために、アスペクト比(=長さ/直径)が大きい、すなわち細くて長い単層カーボンナノチューブであることが好ましい。例えば、アスペクト比が102以上、好ましくは103以上のカーボンナノチューブが挙げられる。カーボンナノチューブの平均長さは、3μm以上であることが好ましく、さらには3〜500μmが好ましく、特に、3〜300μmであることが好ましい。併せて、長さの相対標準偏差は40%以下であることが好ましい。また、平均直径は100nmより小さいことが好ましく、1〜50nmが好ましく、1〜30nmであることがより好ましい。併せて、直径の相対標準偏差は20%以下であることが好ましい。   The shape of the carbon nanotube according to the present invention is preferably a single-walled carbon nanotube having a large aspect ratio (= length / diameter), that is, a thin and long carbon nanotube, in order to form a long conductive path with one carbon nanotube. . For example, carbon nanotubes having an aspect ratio of 102 or more, preferably 103 or more can be mentioned. The average length of the carbon nanotubes is preferably 3 μm or more, more preferably 3 to 500 μm, and particularly preferably 3 to 300 μm. In addition, the relative standard deviation of the length is preferably 40% or less. Moreover, it is preferable that an average diameter is smaller than 100 nm, 1-50 nm is preferable and it is more preferable that it is 1-30 nm. In addition, the relative standard deviation of the diameter is preferably 20% or less.

本発明で使用されるカーボンナノチューブの製造方法は特に限定されるものではなく、二酸化炭素の接触水素還元、アーク放電法、レーザー蒸発法、CVD法、気相成長法、一酸化炭素を高温高圧化で鉄触媒と共に反応させて気相で成長させるHiPco法等の公知の手段を用いることができる。また、副生成物や触媒金属等の残留物を除去するために、洗浄法、遠心分離法、ろ過法、酸化法、クロマトグラフ法等の種々の精製法によって、より高純度化されたカーボンナノチューブの方が、各種機能を十分に発現できることから好ましい。   The production method of the carbon nanotube used in the present invention is not particularly limited, and catalytic hydrogen reduction of carbon dioxide, arc discharge method, laser evaporation method, CVD method, vapor phase growth method, high temperature and high pressure of carbon monoxide. Well-known means such as HiPco method in which the reaction is carried out together with an iron catalyst and grown in the gas phase can be used. Moreover, in order to remove residues such as by-products and catalytic metals, carbon nanotubes that have been further purified by various purification methods such as washing methods, centrifugal separation methods, filtration methods, oxidation methods, chromatographic methods, etc. Is more preferable because various functions can be sufficiently expressed.

導電性繊維と導電性材料を含む透明導電層の好ましい形成方法としては、素子上に導電性繊維の分散液を塗布または印刷し、乾燥して導電性繊維からなる導電ネットワーク構造を形成する。次に、該導電性繊維のネットワーク構造上の隙間に透明導電性材料を含浸させ、導電性繊維と透明導電性材料を含む透明導電層を形成する方法が好ましい。   As a preferable method for forming a transparent conductive layer containing conductive fibers and a conductive material, a conductive fiber dispersion is applied or printed on the element and dried to form a conductive network structure made of conductive fibers. Next, a method is preferred in which a transparent conductive material is impregnated in the gaps on the network structure of the conductive fibers to form a transparent conductive layer containing the conductive fibers and the transparent conductive material.

〔透明導電性材料〕
本発明に係る透明導電性材料とは、製膜した状態において透明性を有し、かつ均一な導電性を有する膜を形成できる材料である。このような透明導電性材料として、例えば、導電性高分子や導電性金属酸化物微粒子、金属微粒子、金属でコーティングした有機微粒子や無機微粒子等がある。本発明においては、透明性と導電性の観点から、導電性材料は導電性高分子や導電性金属酸化物ナノ粒子の群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、導電性高分子は特に好ましい。
[Transparent conductive material]
The transparent conductive material according to the present invention is a material that can form a film having transparency and uniform conductivity in a film-formed state. Examples of such transparent conductive materials include conductive polymers, conductive metal oxide fine particles, metal fine particles, organic fine particles coated with metal, and inorganic fine particles. In the present invention, from the viewpoint of transparency and conductivity, the conductive material is preferably at least one selected from the group of conductive polymers and conductive metal oxide nanoparticles. preferable.

〔導電性高分子〕
本発明に係る透明導電性材料に適用される導電性高分子としては、例えば、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン及びポリナフタレンの各誘導体からなる群より選ばれる化合物等を挙げることができる。
[Conductive polymer]
Examples of the conductive polymer applied to the transparent conductive material according to the present invention include polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, and polyacene. And compounds selected from the group consisting of derivatives of polyphenylacetylene, polydiacetylene and polynaphthalene.

本発明に係る透明導電性材料は、1種類の導電性高分子を単独に含有してもよいし、2種類以上の導電性高分子を組み合わせて含有してもよいが、導電性及び透明性の観点から、下記一般式(I)または一般式(II)で示される繰り返し単位を有するポリアニリンまたはその誘導体や、下記一般式(III)で示される繰り返し単位を有するポリピロール誘導体、または下記一般式(IV)で示される繰り返し単位を有するポリチオフェン誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含むことがより好ましい。   The transparent conductive material according to the present invention may contain one kind of conductive polymer alone, or may contain two or more kinds of conductive polymers in combination, but the conductivity and transparency. In view of the above, polyaniline having a repeating unit represented by the following general formula (I) or general formula (II) or a derivative thereof, a polypyrrole derivative having a repeating unit represented by the following general formula (III), or the following general formula ( More preferably, it contains at least one compound selected from the group consisting of polythiophene derivatives having a repeating unit represented by IV).

Figure 0005098957
Figure 0005098957

なお、上記一般式(III)及び一般式(IV)において、Rは主として線状有機置換基であり、アルキル基、アルコキシ基、アリル基又はこれらの基の組み合わせが好ましいが、可溶性導電性高分子としての性質を失わなければよく、さらにこれらにスルホネート基、エステル基、アミド基などが結合しても、組み合わされてもよい。なお、nは整数である。   In the above general formula (III) and general formula (IV), R is mainly a linear organic substituent, preferably an alkyl group, an alkoxy group, an allyl group, or a combination of these groups. As long as it does not lose its properties, a sulfonate group, an ester group, an amide group, or the like may be bonded to or combined with these. Note that n is an integer.

本発明に係る透明導電性高分子には、導電性をより高めるためにドーピング処理を施すことができる。導電性高分子に対するドーパントとしては、例えば、炭素数が6〜30の炭化水素基を有するスルホン酸(以下、長鎖スルホン酸ともいう。)あるいはその重合体(例えば、ポリスチレンスルホン酸)、ハロゲン原子、ルイス酸、プロトン酸、遷移金属ハロゲン化物、遷移金属化合物、アルカリ金属、アルカリ土類金属、MClO(M=Li、Na)、R(R=CH、C、C)、またはR(R=CH、C、C)からなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。なかでも、上記長鎖スルホン酸が好ましい。 The transparent conductive polymer according to the present invention can be subjected to a doping treatment in order to further increase the conductivity. As a dopant for the conductive polymer, for example, a sulfonic acid having a hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms (hereinafter also referred to as a long-chain sulfonic acid) or a polymer thereof (for example, polystyrene sulfonic acid), a halogen atom , Lewis acid, proton acid, transition metal halide, transition metal compound, alkali metal, alkaline earth metal, MClO 4 (M = Li + , Na + ), R 4 N + (R═CH 3 , C 4 H 9 , C 6 H 5 ), or R 4 P + (R═CH 3 , C 4 H 9 , C 6 H 5 ). Of these, the long-chain sulfonic acid is preferable.

また、導電性高分子に対するドーパントは、水素化フラーレン、水酸化フラーレン、スルホン酸化フラーレンなどのフラーレン類に導入されていてもよい。透明導電膜において、上記ドーパントは、導電性高分子100質量部に対して、0.001質量部以上含まれていることが好ましい。さらには、0.5質量部以上含まれていることがより好ましい。   The dopant for the conductive polymer may be introduced into fullerenes such as hydrogenated fullerene, hydroxylated fullerene, and sulfonated fullerene. In the transparent conductive film, the dopant is preferably contained in an amount of 0.001 part by mass or more with respect to 100 parts by mass of the conductive polymer. Furthermore, it is more preferable that 0.5 mass part or more is contained.

尚、本発明の透明導電性材料は、長鎖スルホン酸、長鎖スルホン酸の重合体(例えば、ポリスチレンスルホン酸)、ハロゲン、ルイス酸、プロトン酸、遷移金属ハロゲン化物、遷移金属化合物、アルカリ金属、アルカリ土類金属、MClO、R、およびRからなる群から選ばれる少なくとも1種のドーパントと、フラーレン類との双方を含んでいてもよい。 The transparent conductive material of the present invention includes a long-chain sulfonic acid, a long-chain sulfonic acid polymer (for example, polystyrene sulfonic acid), a halogen, a Lewis acid, a proton acid, a transition metal halide, a transition metal compound, and an alkali metal. , Alkaline earth metal, MClO 4 , R 4 N + , and R 4 P + , and at least one dopant selected from the group consisting of R 4 P + and fullerenes may be included.

本発明に係る導電性高分子として、特表2001−511581号公報や特開2004−99640号公報、特開2007−165199号公報などに開示される金属によって改質された導電性高分子を用いることもできる。   As the conductive polymer according to the present invention, a conductive polymer modified with a metal disclosed in JP-T-2001-511581, JP-A-2004-99640, JP-A-2007-165199, or the like is used. You can also.

本発明に係る導電性高分子を含む透明導電性材料には、水溶性有機化合物を含有してもよい。水溶性有機化合物の中で、導電性高分子材料に添加することによって導電性を向上させる効果を有する化合物が知られており、2nd.ドーパント(或いは増感剤)と称される場合がある。本発明の透明導電性材料で用いることができる2nd.ドーパントには特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)やジエチレングリコール、その他酸素含有化合物が好適に挙げられる。   The transparent conductive material containing the conductive polymer according to the present invention may contain a water-soluble organic compound. Among water-soluble organic compounds, compounds having an effect of improving conductivity by adding to a conductive polymer material are known, and 2nd. Sometimes called a dopant (or sensitizer). 2nd. Which can be used in the transparent conductive material of the present invention. There is no restriction | limiting in particular in a dopant, It can select suitably from well-known things, For example, a dimethyl sulfoxide (DMSO), diethylene glycol, and another oxygen containing compound are mentioned suitably.

本発明に係る導電性高分子を含む透明導電性材料においては、導電性高分子100質量部に対する上記2nd.ドーパントの含有量は、0.001質量部以上が好ましく、0.01〜50質量部がより好ましく、0.01〜10質量部が特に好ましい。   In the transparent conductive material containing the conductive polymer according to the present invention, the 2nd. 0.001 mass part or more is preferable, as for content of a dopant, 0.01-50 mass parts is more preferable, and 0.01-10 mass parts is especially preferable.

本発明に係る導電性高分子を含む透明導電性材料は、成膜性や膜強度を確保するために、導電性高分子の他に透明な樹脂成分や添加剤を含んでいてもよい。透明な樹脂成分としては、導電性高分子と相溶又は混合分散可能であれば特に制限されず、熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂であってもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のポリイミド系樹脂、ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド12、ポリアミド11等のポリアミド樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル等のビニル樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、アラミド樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリウレア系樹脂、メラミン樹脂、フェノール系樹脂、ポリエーテル、アクリル系樹脂及びこれらの共重合体等が挙げられる。   The transparent conductive material containing the conductive polymer according to the present invention may contain a transparent resin component or additive in addition to the conductive polymer in order to ensure film formability and film strength. The transparent resin component is not particularly limited as long as it is compatible or mixed and dispersed with the conductive polymer, and may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin. For example, polyester resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyimide resins such as polyimide and polyamideimide, polyamide resins such as polyamide 6, polyamide 6,6, polyamide 12 and polyamide 11, polyvinylidene fluoride, Fluorine resin such as polyvinyl fluoride, polytetrafluoroethylene, ethylene tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, etc., vinyl resin such as polyvinyl alcohol, polyvinyl ether, polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, epoxy resin, xylene Resin, aramid resin, polyurethane resin, polyurea resin, melamine resin, phenol resin, polyether, acrylic resin and their co-polymer Body, and the like.

〔導電性金属酸化物〕
本発明に係る透明導電性材料に適用される導電性金属酸化物としては、公知の透明金属酸化物導電材料を用いることができる。例えば、ドーパントとして錫、テルル、カドミウム、モリブテン、タングステン、フッ素、亜鉛、ゲルマニウム、アンチモン等を添加した酸化インジウムや酸化スズ及び酸化カドミウム、ドーパントとしてアルミニウムやゲルマニウム等を添加した酸化亜鉛や酸化チタン等の金属酸化物が挙げられる。
[Conductive metal oxide]
As a conductive metal oxide applied to the transparent conductive material according to the present invention, a known transparent metal oxide conductive material can be used. For example, tin, tellurium, cadmium, molybdenum, tungsten, fluorine, zinc, germanium, antimony, etc. added indium oxide, tin oxide and cadmium oxide, aluminum, germanium, etc. added as dopants such as zinc oxide, titanium oxide, etc. A metal oxide is mentioned.

本発明に係る導電性金属酸化物としては、インジウム、亜鉛、錫から選ばれる金属の酸化物を含有することが好ましく、具体的には酸化インジウムにスズをドープしたITOや、酸化亜鉛にアルミニウムやガリウムをドープしたAZOやGZO、酸化錫にアンチモンやフッ素をドープしたATOやFTOから選ばれる金属酸化物を含有することが好ましい。   The conductive metal oxide according to the present invention preferably contains an oxide of a metal selected from indium, zinc, and tin. Specifically, ITO in which indium oxide is doped with tin, zinc oxide with aluminum or It is preferable to contain a metal oxide selected from AZO or GZO doped with gallium, ATO or FTO doped with tin oxide and antimony or fluorine.

また、本発明に係る導電性金属酸化物の形状としては、平均粒径が1〜100nmのナノ粒子であることが好ましく、3〜50nmのナノ粒子であることが特に好ましい。   Moreover, as a shape of the electroconductive metal oxide which concerns on this invention, it is preferable that it is a nanoparticle with an average particle diameter of 1-100 nm, and it is especially preferable that it is a nanoparticle with 3-50 nm.

本発明に係る導電性金属酸化物を含む透明導電性材料は、導電性金属酸化物ナノ粒子以外に、透明なバインダー材料や添加剤を含んでいてもよい。透明なバインダー材料としては、天然高分子樹脂または合成高分子樹脂から広く選択して使用することができる。例えば、透明な熱可塑性樹脂(例えば、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ニトロセルロース、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、フッ化ビニリデン)や、熱・光・電子線・放射線で硬化する透明硬化性樹脂(例えば、メラミンアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル変性シリケート等のシリコーン樹脂)を使用することができる。添加剤としては、可塑剤、酸化防止剤や硫化防止剤などの安定剤、界面活性剤、溶解促進剤、重合禁止剤、染料や顔料などの着色剤などが挙げられる。更に、塗布性などの作業性を高める観点から、溶媒(例えば、水や、アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、ケトン類、エステル類、エーテル類、アミド類、炭化水素類等の有機溶媒)を含んでいてもよい。   The transparent conductive material containing the conductive metal oxide according to the present invention may contain a transparent binder material or additive in addition to the conductive metal oxide nanoparticles. The transparent binder material can be selected from a wide range of natural polymer resins or synthetic polymer resins. For example, transparent thermoplastic resin (eg, polyvinyl chloride, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, polymethyl methacrylate, nitrocellulose, chlorinated polyethylene, chlorinated polypropylene, vinylidene fluoride), heat, light, electron beam A transparent curable resin that is cured by radiation (for example, melamine acrylate, urethane acrylate, epoxy resin, polyimide resin, silicone resin such as acrylic-modified silicate) can be used. Examples of the additive include plasticizers, stabilizers such as antioxidants and sulfurization inhibitors, surfactants, dissolution accelerators, polymerization inhibitors, and colorants such as dyes and pigments. Furthermore, from the viewpoint of improving workability such as coating properties, solvents (for example, water, organic solvents such as alcohols, glycols, cellosolves, ketones, esters, ethers, amides, hydrocarbons, etc.) are used. May be included.

本発明では、透明導電性材料は導電性高分子であることが望ましい。   In the present invention, the transparent conductive material is preferably a conductive polymer.

〔基板〕
基板は、順次積層された第一の電極、光電変換層、再結合層、第二の電極等を保持する部材である。本実施形態では、少なくとも第一の電極又は第二の電極、更には両方の電極から光電変換される光が入射することが可能なように、光電変換すべき光の波長に対して透明な基板であることが望ましい。基板は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が好適に挙げられるが、軽量性と柔軟性の観点から透明樹脂フィルムを用いることが望ましい。本発明で透明基板として好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限がなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができるが、可視域の波長(380〜780nm)における透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本発明に係る透明樹脂フィルムに好ましく適用することができる。中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度及びコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリカーボネートフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであることがより好ましい。
〔substrate〕
The substrate is a member that holds the first electrode, the photoelectric conversion layer, the recombination layer, the second electrode, and the like that are sequentially stacked. In the present embodiment, a substrate that is transparent to the wavelength of light to be photoelectrically converted so that light that is photoelectrically converted from at least the first electrode or the second electrode, or both electrodes can enter. It is desirable that As the substrate, for example, a glass substrate, a resin substrate and the like are preferably mentioned, but it is desirable to use a transparent resin film from the viewpoint of light weight and flexibility. There is no restriction | limiting in particular in the transparent resin film which can be preferably used as a transparent substrate by this invention, The material, a shape, a structure, thickness, etc. can be suitably selected from well-known things. For example, polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN) modified polyester, polyethylene (PE) resin film, polypropylene (PP) resin film, polystyrene resin film, polyolefin resins such as cyclic olefin resin Film, vinyl resin film such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyether ether ketone (PEEK) resin film, polysulfone (PSF) resin film, polyether sulfone (PES) resin film, polycarbonate (PC) resin film, A polyamide resin film, a polyimide resin film, an acrylic resin film, a triacetyl cellulose (TAC) resin film, and the like can be given. If the resin film transmittance of 80% or more at ~780nm), can be preferably applied to a transparent resin film according to the present invention. Among these, from the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost, it is preferably a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film, a polyethersulfone film, or a polycarbonate film, and biaxially stretched. More preferred are polyethylene terephthalate films and biaxially stretched polyethylene naphthalate films.

本発明に用いられる透明基板には、塗布液の濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理や易接着層については従来公知の技術を使用できる。例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。透明樹脂フィルムが二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率を1.57〜1.63とすることで、フィルム基板と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾル等の比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで実施できる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるためには2層以上の構成にしてもよい。また、透明基板にはバリアコート層が予め形成されていてもよいし、透明導電層を転写する反対側にはハードコート層が予め形成されていてもよい。   The transparent substrate used in the present invention can be subjected to a surface treatment or an easy adhesion layer in order to ensure the wettability and adhesiveness of the coating solution. A conventionally well-known technique can be used about a surface treatment or an easily bonding layer. For example, the surface treatment includes surface activation treatment such as corona discharge treatment, flame treatment, ultraviolet treatment, high frequency treatment, glow discharge treatment, active plasma treatment, and laser treatment. Examples of the easy adhesion layer include polyester, polyamide, polyurethane, vinyl copolymer, butadiene copolymer, acrylic copolymer, vinylidene copolymer, and epoxy copolymer. When the transparent resin film is a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, the interface reflection between the film substrate and the easy adhesion layer is reduced by setting the refractive index of the easy adhesion layer adjacent to the film to 1.57 to 1.63. Thus, the transmittance can be improved, which is more preferable. The method for adjusting the refractive index can be carried out by appropriately adjusting the ratio of the oxide sol having a relatively high refractive index such as tin oxide sol or cerium oxide sol and the binder resin. The easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion. In addition, a barrier coat layer may be formed in advance on the transparent substrate, or a hard coat layer may be formed in advance on the opposite side to which the transparent conductive layer is transferred.

〔第一の電極〕
本発明の第一の電極は、陰極、陽極は特に限定せず、素子構成により選択することができる。例えば、陽極として用いる場合、好ましくは300〜800nmの光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、導電性高分子を用いることができる。
[First electrode]
The cathode and anode of the first electrode of the present invention are not particularly limited and can be selected depending on the element configuration. For example, when used as an anode, the electrode preferably transmits light of 300 to 800 nm. As the material, for example, transparent conductive metal oxides such as indium tin oxide (ITO), SnO 2 , ZnO, metal thin films such as gold, silver, and platinum, metal nanowires, carbon nanotubes, and conductive polymers are used. it can.

〔光電変換層〕
光電変換層4または8は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを混合したバルクヘテロジャンクション層を有して構成される。p型半導体材料は、相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は、相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能する。ここで、電子供与体及び電子受容体は、“光を吸収した際に、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)を形成する電子供与体及び電子受容体”であり、電極のように単に電子を供与あるいは受容するものではなく、光反応によって、電子を供与あるいは受容するものである。
[Photoelectric conversion layer]
The photoelectric conversion layer 4 or 8 is a layer that converts light energy into electric energy, and includes a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed. The p-type semiconductor material functions relatively as an electron donor (donor), and the n-type semiconductor material functions relatively as an electron acceptor (acceptor). Here, the electron donor and the electron acceptor are “an electron donor in which, when light is absorbed, electrons move from the electron donor to the electron acceptor to form a hole-electron pair (charge separation state)”. And an electron acceptor ”, which does not simply donate or accept electrons like an electrode, but donates or accepts electrons by a photoreaction.

本発明に用いられるp型半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族化合物や共役系化合物が挙げられる。   Examples of the p-type semiconductor material used in the present invention include various condensed polycyclic aromatic compounds and conjugated compounds.

縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。   As the condensed polycyclic aromatic compound, for example, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, sarkham anthracene, bisanthene, zestrene, heptazelene, Examples thereof include compounds such as pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, anthradithiophene, and derivatives and precursors thereof.

共役系化合物としては、例えば、ポリチオフェン及びそのオリゴマー、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、テトラチアフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタン等のシアノ化合物、フラーレン及びこれらの誘導体あるいは混合物を挙げることができる。   Examples of the conjugated compound include polythiophene and its oligomer, polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, tetrathiafulvalene compound, quinone Compounds, cyano compounds such as tetracyanoquinodimethane, fullerenes and derivatives or mixtures thereof.

また、特にポリチオフェン及びそのオリゴマーのうち、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。   In particular, among polythiophene and oligomers thereof, thiophene hexamer, α-seccithiophene α, ω-dihexyl-α-sexualthiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3- An oligomer such as butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.

その他、高分子p型半導体の例としては、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリパラフェニレンスルフィド、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリカルバゾール、ポリイソチアナフテン、ポリヘプタジイン、ポリキノリン、ポリアニリンなどが挙げられ、更には特開2006−36755号公報などの置換−無置換交互共重合ポリチオフェン、特開2007−51289号公報、特開2005−76030号公報、J.Amer.Chem.Soc.,2007,p4112、J.Amer.Chem.Soc.,2007,p7246などの縮環チオフェン構造を有するポリマー、WO2008/000664、Adv.Mater.,2007,p4160、Macromolecules,2007,Vol.40,p1981などのチオフェン共重合体などを挙げることができる。   Other examples of the polymer p-type semiconductor include polyacetylene, polyparaphenylene, polypyrrole, polyparaphenylene sulfide, polythiophene, polyphenylene vinylene, polycarbazole, polyisothianaphthene, polyheptadiyne, polyquinoline, polyaniline, and the like. Substituted-unsubstituted alternating copolymer polythiophenes such as JP-A-2006-36755, JP-A-2007-51289, JP-A-2005-76030, J. Org. Amer. Chem. Soc. , 2007, p4112, J.A. Amer. Chem. Soc. , 2007, p7246, etc., polymers having a condensed ring thiophene structure, WO2008 / 000664, Adv. Mater. , 2007, p4160, Macromolecules, 2007, Vol. Examples thereof include thiophene copolymers such as 40 and p1981.

さらに、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、等の有機分子錯体、C60、C70、C76、C78、C84等のフラーレン類、SWNT等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類等の色素等、さらにポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマーや特開2000−260999号に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。   Furthermore, porphyrin, copper phthalocyanine, tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTF-iodine complex, TCNQ-iodine complex, etc. Organic molecular complexes, fullerenes such as C60, C70, C76, C78 and C84, carbon nanotubes such as SWNT, dyes such as merocyanine dyes and hemicyanine dyes, σ-conjugated polymers such as polysilane and polygerman, and Organic / inorganic hybrid materials described in 2000-260999 can also be used.

これらのπ共役系材料のうちでも、ペンタセン等の縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニン、金属ポルフィリンよりなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。また、ペンタセン類がより好ましい。   Among these π-conjugated materials, at least one selected from the group consisting of condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene, fullerenes, condensed ring tetracarboxylic acid diimides, metal phthalocyanines, and metal porphyrins is preferable. Further, pentacenes are more preferable.

ペンタセン類の例としては、国際公開第03/16599号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,Vol.127.No.14.4986等に記載の置換アセン類及びその誘導体等が挙げられる。   Examples of pentacenes include substituents described in International Publication No. 03/16599, International Publication No. 03/28125, US Pat. No. 6,690,029, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-107216, and the like. A pentacene derivative described in U.S. Patent Application Publication No. 2003/136964 and the like; Amer. Chem. Soc. , Vol. 127. No. And substituted acenes described in 14.4986 and the like and derivatives thereof.

これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、かつ乾燥後は結晶性薄膜を形成し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。そのような化合物としては、J.Amer.Chem.Soc.,Vol.123、p9482、J.Amer.Chem.Soc.,Vol.130(2008)、No.9、2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物、及び米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、特開2007−224019号公報等に記載のポルフィリンプレカーサー等のような、プレカーサータイプの化合物(前駆体)が挙げられる。これらの中でも、後者のプリカーサータイプの方が好ましく用いることができる。これは、プリカーサータイプの方が、変換後に不溶化するため、バルクヘテロジャンクション層の上に正孔輸送層・電子輸送層・正孔ブロック層・電子ブロック層等を溶液プロセスで形成する際に、バルクヘテロジャンクション層が溶解してしまうことがなくなるため、前記の層を構成する材料とバルクヘテロジャンクション層を形成する材料とが混合することがなくなり、一層の効率向上・寿命向上を達成することができるためである。   Among these compounds, compounds that have high solubility in organic solvents to the extent that solution processing is possible, can form a crystalline thin film after drying, and can achieve high mobility are preferable. Such compounds include those described in J. Org. Amer. Chem. Soc. , Vol. 123, p9482; Amer. Chem. Soc. , Vol. 130 (2008), no. No. 9, 2706 and the like, acene-based compounds substituted with a trialkylsilylethynyl group, a pentacene precursor described in U.S. Patent Application Publication No. 2003/136964, etc., and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-224019 Examples include precursor type compounds (precursors) such as porphyrin precursors. Among these, the latter precursor type can be preferably used. This is because the precursor type is insolubilized after conversion, so when forming the hole transport layer, electron transport layer, hole block layer, electron block layer, etc. on the bulk hetero junction layer by solution process, bulk hetero junction This is because the layer does not dissolve and the material constituting the layer and the material forming the bulk heterojunction layer are not mixed, and further improvement in efficiency and life can be achieved. .

本発明の有機光電変換素子のp型半導体材料としては、p型半導体材料前駆体に熱・光・放射線・化学反応を引き起こす化合物の蒸気に晒す、等の方法によって化学構造変化を起こし、p型半導体材料に変換された化合物であることが好ましい。中でも熱によって科学構造変化を起こす化合物が好ましい。   As a p-type semiconductor material of the organic photoelectric conversion element of the present invention, a chemical structure change is caused by a method such as exposing a precursor of a p-type semiconductor material to a vapor of a compound that causes heat, light, radiation, or a chemical reaction. A compound converted into a semiconductor material is preferred. Among them, compounds that cause a scientific structural change by heat are preferred.

n型半導体材料の例としては、フラーレン、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む、高分子化合物が挙げられる。   Examples of n-type semiconductor materials include fullerene, octaazaporphyrin, p-type semiconductor perfluoro compounds (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, etc.), naphthalenetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic diimide, perylenetetracarboxylic acid Examples thereof include polymer compounds containing an anhydride, an aromatic carboxylic acid anhydride such as perylenetetracarboxylic acid diimide, or an imidized product thereof as a skeleton.

中でも、フラーレン含有高分子化合物が好ましい。フラーレン含有高分子化合物としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等を骨格に持つ高分子化合物が挙げられる。フラーレン含有高分子化合物では、フラーレンC60を骨格に持つ高分子化合物(誘導体)が好ましい。   Among these, fullerene-containing polymer compounds are preferable. Fullerene-containing polymer compounds include fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotubes, multi-walled nanotubes, single-walled nanotubes, nanohorns (conical), etc. Examples thereof include a polymer compound having a skeleton. As the fullerene-containing polymer compound, a polymer compound (derivative) having fullerene C60 as a skeleton is preferable.

フラーレン含有ポリマーとしては、大別してフラーレンが高分子主鎖からペンダントされたポリマーと、フラーレンが高分子主鎖に含有されるポリマーとに大別されるが、フラーレンがポリマーの主鎖に含有されている化合物が好ましい。これは、フラーレンが主鎖に含有されているポリマーは、ポリマーが分岐構造を有さないため、固体化した際に高密度なパッキングができ、結果として高い移動度を得ることができるためではないかと推定される。   The fullerene-containing polymers are roughly classified into polymers in which fullerene is pendant from a polymer main chain and polymers in which fullerene is contained in the polymer main chain. Fullerene is contained in the polymer main chain. Are preferred. This is not because fullerene is contained in the main chain because the polymer does not have a branched structure, so that it can be packed with high density when solidified, resulting in high mobility. It is estimated that.

電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロジャンクション層の形成方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。この中で、特に塗布法が好ましい。   Examples of a method for forming a bulk heterojunction layer in which an electron acceptor and an electron donor are mixed include a vapor deposition method and a coating method (including a casting method and a spin coating method). Among these, a coating method is particularly preferable.

そして、光電変換部のバルクヘテロジャンクション層は、光電変換率を向上すべく、製造工程中において所定の温度でアニール処理され、微視的に一部結晶化されている。   Then, the bulk heterojunction layer of the photoelectric conversion part is annealed at a predetermined temperature during the manufacturing process in order to improve the photoelectric conversion rate, and is partially crystallized microscopically.

光電変換素子では、基板を介して透明電極から入射された光は、光電変換部のバルクヘテロジャンクション層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が形成される。発生した電荷は、内部電界、例えば、透明電極と対電極の仕事関数が異なる場合では透明電極と対電極との電位差によって、電子は、電子受容体間を通り、また正孔は、電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。例えば、透明電極の仕事関数が対電極の仕事関数よりも大きい場合では、電子は、透明電極へ、正孔は、対電極へ輸送される。なお、仕事関数の大小が逆転すれば電子と正孔は、これとは逆方向に輸送される。また、透明電極と対電極との間に電位をかけることにより、電子と正孔の輸送方向を制御することもできる。   In the photoelectric conversion element, light incident from the transparent electrode through the substrate is absorbed by the electron acceptor or electron donor in the bulk heterojunction layer of the photoelectric conversion unit, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. A pair of holes and electrons (charge separation state) is formed. The generated charge is caused by an internal electric field, for example, when the work function of the transparent electrode and the counter electrode is different, due to the potential difference between the transparent electrode and the counter electrode, electrons pass between the electron acceptors and holes are electron donors. The photocurrent is detected by passing through different electrodes to different electrodes. For example, when the work function of the transparent electrode is larger than that of the counter electrode, electrons are transported to the transparent electrode and holes are transported to the counter electrode. If the magnitude of the work function is reversed, electrons and holes are transported in the opposite direction. In addition, the transport direction of electrons and holes can be controlled by applying a potential between the transparent electrode and the counter electrode.

光電変換部は、電子受容体と電子供与体とが均一に混在された単一層で構成してもよいが、電子受容体と電子供与体との混合比を変えた複数層で構成してもよい。   The photoelectric conversion unit may be composed of a single layer in which an electron acceptor and an electron donor are uniformly mixed, or may be composed of a plurality of layers in which the mixing ratio of the electron acceptor and the electron donor is changed. Good.

電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロジャンクション層の形成方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。このうち、前述の正孔と電子が電荷分離する界面の面積を増大させ、高い光電変換効率を有する素子を作製するためには、塗布法が好ましい。塗布後は残留溶媒及び水分、ガスの除去、及び前述のような半導体材料の化学反応を引き起こすために加熱を行うことが好ましい。   Examples of a method for forming a bulk heterojunction layer in which an electron acceptor and an electron donor are mixed include a vapor deposition method and a coating method (including a casting method and a spin coating method). Among these, the coating method is preferable in order to increase the area of the interface where charges and electrons are separated from each other as described above and to produce a device having high photoelectric conversion efficiency. After application, it is preferable to perform heating in order to cause removal of residual solvent, moisture and gas, and chemical reaction of the semiconductor material as described above.

〔中間層〕
また、上述のバルクヘテロ接合型の有機光電変換素子は、順次に基板上に積層された透明電極、バルクヘテロジャンクション層の光電変換部及び対電極で構成されたが、これに限られず、例えば透明電極や対電極と光電変換部との間に正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層、あるいは平滑化層等の他の層を有してバルクヘテロ接合型の有機光電変換素子が構成されてもよい。これらの中でも、バルクヘテロジャンクション層と陽極(通常、透明電極側)との中間には正孔輸送層または電子ブロック層を、陰極(通常、対電極側)との中間には電子輸送層または正孔ブロック層を形成することで、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
[Middle layer]
Further, the above-described bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element is composed of a transparent electrode, a photoelectric conversion part of a bulk heterojunction layer, and a counter electrode that are sequentially stacked on a substrate. A bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element having another layer such as a hole transport layer, an electron transport layer, a hole block layer, an electron block layer, or a smoothing layer between the counter electrode and the photoelectric conversion unit It may be configured. Among these, a hole transport layer or an electron blocking layer is placed between the bulk heterojunction layer and the anode (usually the transparent electrode side), and an electron transport layer or hole is placed between the cathode (usually the counter electrode side). By forming the block layer, charges generated in the bulk heterojunction layer can be taken out more efficiently. Therefore, these layers are preferably included.

〔正孔輸送層〕
正孔輸送層(電子ブロック層)として好ましく用いられる材料としては、スタルクヴイテック社製、商品名BaytronP等のPEDOT、ポリアニリン及びそのドープ材料、特開平5−271166号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、WO2006019270号パンフレット等に記載のシアン化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。また、バルクヘテロジャンクション層に用いたp型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を形成する手段としては、溶液塗布法で形成することが好ましい。
(Hole transport layer)
Examples of the material preferably used as the hole transport layer (electron block layer) include PEDOT such as trade name BaytronP, polyaniline and its doped material, triarylamine described in JP-A-5-271166, etc. Further, a cyanide compound described in WO2006019270 pamphlet, or a metal oxide such as molybdenum oxide, nickel oxide, or tungsten oxide can be used. A layer made of a single p-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used. The means for forming these layers is preferably formed by a solution coating method.

〔電子輸送層〕
また電子輸送層(正孔ブロック層)としては、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。また、バルクヘテロジャンクション層に用いたn型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。
(Electron transport layer)
As the electron transport layer (hole blocking layer), octaazaporphyrin, p-type semiconductor perfluoro (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, etc.), naphthalenetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic diimide, perylenetetra N-type semiconductor materials such as carboxylic acid anhydrides and perylenetetracarboxylic acid diimides, and n-type inorganic oxides such as titanium oxide, zinc oxide and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride and cesium fluoride Etc. can be used. A layer made of a single n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used. The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method.

〔第二の電極〕
第二の電極は導電材単独層で合っても良いが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用しても良い。第二電極部の導電材としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。
[Second electrode]
The second electrode may be a single conductive material layer, or in addition to a conductive material, a resin that holds these may be used in combination. As the conductive material of the second electrode portion, a material having a work function (4 eV or less) metal (referred to as an electron injecting metal), an alloy, an electrically conductive compound, and a mixture thereof as an electrode material is used. Specific examples of such electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Mixtures, indium, lithium / aluminum mixtures, rare earth metals and the like. Among these, from the point of durability against electron injection and oxidation, etc., a mixture of an electron injecting metal and a second metal which is a stable metal having a larger work function than this, for example, a magnesium / silver mixture, Magnesium / aluminum mixtures, magnesium / indium mixtures, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixtures, lithium / aluminum mixtures, aluminum and the like are preferred. The cathode can be produced by forming a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The sheet resistance as the cathode is preferably several hundred Ω / □ or less, and the film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 μm, preferably 50 to 200 nm.

第二の電極の導電材として金属材料を用いれば第二の電極側に来た光は反射されて第一の電極側にもどる。第一の電極の金属ナノワイヤは光の一部を後方に散乱、あるいは反射するが第二の電極の導電材として金属材料を用いることで、この光が再利用可能となり、より光電変換効率が向上する。   If a metal material is used as the conductive material of the second electrode, the light coming to the second electrode side is reflected and returns to the first electrode side. The metal nanowire of the first electrode scatters or reflects a part of the light backward, but by using a metal material as the conductive material of the second electrode, this light can be reused and the photoelectric conversion efficiency is further improved. To do.

〔封止〕
また、作製した有機光電変換素子が環境中の酸素、水分等で劣化しないために、公知の手法によって封止することが好ましい。例えば、アルミまたはガラスでできたキャップを接着剤によって接着することによって封止する手法、アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等のガスバリア層が形成されたプラスチックフィルムと有機光電変換素子上10を接着剤で貼合する手法、ガスバリア性の高い有機高分子材料(ポリビニルアルコール等)をスピンコートする方法、ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化ケイ素、酸化アルミニウム等)を直接堆積する方法、及びこれらを複合的に積層する方法等を挙げることができる。
[Sealing]
Moreover, it is preferable to seal by the well-known method so that the produced organic photoelectric conversion element may not deteriorate with oxygen, moisture, etc. in the environment. For example, a method of sealing a cap made of aluminum or glass by bonding with an adhesive, a plastic film on which a gas barrier layer such as aluminum, silicon oxide, or aluminum oxide is formed and the organic photoelectric conversion element top 10 with an adhesive A method of bonding, a method of spin-coating an organic polymer material with high gas barrier properties (polyvinyl alcohol, etc.), a method of directly depositing an inorganic thin film with high gas barrier properties (silicon oxide, aluminum oxide, etc.), and a combination of these The method of laminating can be mentioned.

実施例1
〔有機光電変換素子SC−101の作製〕
バリア層付きPENフィルム基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を110nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて1cm幅にパターニングして、フレキシブル透明電極を形成した。
Example 1
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-101]
An indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited to a thickness of 110 nm on a PEN film substrate with a barrier layer (sheet resistance 13 Ω / □) is patterned to a width of 1 cm using ordinary photolithography and hydrochloric acid etching. Thus, a flexible transparent electrode was formed.

パターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素による乾燥を行い、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。   The patterned transparent electrode was cleaned in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen, and finally with ultraviolet ozone cleaning.

この透明基板上に、導電性高分子であるBaytron PH4083(スタルクヴィテック社製)を膜厚が50nmになるように塗布した後、140℃で10分間乾燥させ、正孔輸送層を成膜した。   On this transparent substrate, Baytron PH4083 (made by Starck Vitec), which is a conductive polymer, was applied to a film thickness of 50 nm and then dried at 140 ° C. for 10 minutes to form a hole transport layer. .

これ以降は、基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。   After this, the substrate was brought into the glove box and worked under a nitrogen atmosphere.

次に、クロロベンゼンにP3HT(プレクトロニクス社製:レジオレギュラーポリ−3−ヘキシルチオフェン)(Mw=52000、高分子p型半導体材料)とPCBM(フロンティアカーボン:6,6−フェニル−C61−ブチリックアシッドメチルエステル)(Mw=911、低分子n型半導体材料)を3.0質量%になるように1:1で混合した液を調製し、フィルタでろ過しながら膜厚が100nmになるように塗布を行い、室温で放置して光電変換層を成膜した。 Next, P3HT (manufactured by Prectronics: regioregular poly-3-hexylthiophene) (Mw = 52000, high molecular p-type semiconductor material) and PCBM (frontier carbon: 6,6-phenyl-C 61 -butylic) were added to chlorobenzene. (Acid methyl ester) (Mw = 911, low molecular weight n-type semiconductor material) prepared at a ratio of 1: 1 so as to be 3.0% by mass, and filtered through a filter so that the film thickness becomes 100 nm. Coating was performed, and the film was allowed to stand at room temperature to form a photoelectric conversion layer.

次に、エタノールにTi−イソプロポキシドを0.05mol/Lになるように溶解した液を調製し、マスキングした後、膜厚が20nmになるようにスピンコートを行い、水蒸気量を調節した窒素中放置して電子輸送層を成膜した。   Next, a solution in which Ti-isopropoxide is dissolved in ethanol so as to have a concentration of 0.05 mol / L is prepared, masked, and spin-coated so as to have a film thickness of 20 nm. An electron transport layer was formed by standing in the middle.

続けて、分散液として調製した銀ナノワイヤを目付け量80mg/mし塗布し、乾燥させることで銀ナノワイヤ層(再結合層)を形成した。 Subsequently, the silver nanowires prepared as a dispersion were applied at a basis weight of 80 mg / m 2 and dried to form a silver nanowire layer (recombination layer).

銀ナノワイヤはAdv.Mater.,2002,14,833〜837に記載の方法を参考に、平均直径75nm、平均長さ35μmの銀ナノワイヤを作成し、限外濾過膜を用いて銀ナノワイヤを濾別かつ水洗処理した後、エタノール中に再分散して銀ナノワイヤ分散液(銀ナノワイヤ含有量5質量%)調整した。   Silver nanowires are described in Adv. Mater. , 2002, 14, 833 to 837, silver nanowires having an average diameter of 75 nm and an average length of 35 μm are prepared, and the silver nanowires are filtered and washed with an ultrafiltration membrane, followed by ethanol. The resulting solution was redispersed into a silver nanowire dispersion (silver nanowire content: 5% by mass).

さらに、導電性紫外線硬化型樹脂(信越ポリマー:OC−X109)を塗布し、所定のサイズにパターニングし、溶媒成分を気化させ、カレンダー処理を施すことにより表面を平滑化させ、紫外線を照射させることにより硬化させた。   Furthermore, a conductive ultraviolet curable resin (Shin-Etsu polymer: OC-X109) is applied, patterned to a predetermined size, the solvent component is vaporized, and the surface is smoothed by applying a calendar treatment, and then irradiated with ultraviolet rays. Cured.

さらに、TBP前駆体をクロロホルム:クロロベンゼンの1:1混合溶媒0.25質量%になるように溶解した溶液を乾燥膜厚25nmになるように塗布し、150℃20分間加熱処理を行って正孔輸送層を形成した。   Further, a solution obtained by dissolving the TBP precursor so as to be 0.25% by mass of a 1: 1 mixed solvent of chloroform: chlorobenzene was applied to a dry film thickness of 25 nm, followed by heat treatment at 150 ° C. for 20 minutes to form holes. A transport layer was formed.

TBP前駆体とPCBNBをクロロホルム:クロロベンゼンの1:1混合溶媒に1.2:0.8に質量比になるように溶解した溶液を70nmになるように塗布し、150℃20分間加熱処理を行うことにより、光電変換層を成膜した。   A solution obtained by dissolving TBP precursor and PCBNB in a 1: 1 mixed solvent of chloroform: chlorobenzene so as to have a mass ratio of 1.2: 0.8 is applied to 70 nm, and heat treatment is performed at 150 ° C. for 20 minutes. Thus, a photoelectric conversion layer was formed.

次に、エタノールにTi−イソプロポキシドを0.05mol/Lになるように溶解した液を調製し、マスキングした後、膜厚が20nmになるようにスピンコートを行い、水蒸気量を調節した窒素中放置して電子輸送層を成膜した。   Next, a solution in which Ti-isopropoxide is dissolved in ethanol so as to have a concentration of 0.05 mol / L is prepared, masked, and spin-coated so as to have a film thickness of 20 nm. An electron transport layer was formed by standing in the middle.

さらに、作製した素子を真空蒸着装置内に設置し、1cm幅のシャドウマスクをセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着機内を減圧した後、Alを膜厚が80nmになるように積層した電極を形成した。得られた有機光電変換素子SC−101は、窒素雰囲気下でバリア付きPENフィルムとUV硬化樹脂を用いて封止を行った。 Furthermore, the fabricated element is placed in a vacuum deposition apparatus, a 1 cm wide shadow mask is set, the inside of the vacuum deposition apparatus is depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then the Al film thickness is 80 nm. A laminated electrode was formed. The obtained organic photoelectric conversion element SC-101 was sealed using a PEN film with a barrier and a UV curable resin in a nitrogen atmosphere.

Figure 0005098957
Figure 0005098957

〔有機光電変換素子SC−102の作製〕
有機光電変換素子SC−101の作製において、導電性繊維をSWCNT(Unidym社製、HiPcoR単層カーボンナノチューブ)の分散液に変更し、SWCNTの目付け量が10mg/mになるように塗布した後、導電性紫外線硬化型樹脂(信越ポリマー:OC−X109)を塗布した以外は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−102を得た。得られた有機光電変換素子SC−102は同様に、窒素雰囲気下でバリア付きPENフィルムとUV硬化樹脂を用いて封止を行った。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-102]
In the production of the organic photoelectric conversion element SC-101, after the conductive fiber was changed to a dispersion of SWCNT (manufactured by Unidym, HiPcoR single-walled carbon nanotube) and applied so that the basis weight of SWCNT was 10 mg / m 2. Organic photoelectric conversion element SC-102 was obtained in the same manner as organic photoelectric conversion element SC-101, except that conductive ultraviolet curable resin (Shin-Etsu polymer: OC-X109) was applied. Similarly, obtained organic photoelectric conversion element SC-102 was sealed using a PEN film with a barrier and a UV curable resin in a nitrogen atmosphere.

〔有機光電変換素子SC−103の作製〕
有機光電変換素子SC−101の作製において、銀ナノワイヤ層を形成した後、導電性紫外線硬化型樹脂に替えて、エポキシ系の接着剤(ノガワケミカル:No.2410)を塗布して再結合層を形成させた以外は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−103を得た。得られた有機光電変換素子SC−103は同様に、窒素雰囲気下でバリア付きPENフィルムとUV硬化樹脂を用いて封止を行った。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-103]
In the production of the organic photoelectric conversion element SC-101, after forming the silver nanowire layer, an epoxy adhesive (Nogawa Chemical: No. 2410) was applied instead of the conductive ultraviolet curable resin to form a recombination layer. Organic photoelectric conversion element SC-103 was obtained in the same manner as organic photoelectric conversion element SC-101 except that it was formed. Similarly, the obtained organic photoelectric conversion element SC-103 was sealed using a PEN film with a barrier and a UV curable resin in a nitrogen atmosphere.

〔有機光電変換素子SC−104の作製〕
有機光電変換素子SC−101の作製において、銀ナノワイヤ層の形成に換えて、DCスパッタリング装置(アネルバ(株)製)を用い、ITOのセラミックターゲット(東ソー(株))を用いて、ITO薄膜を膜厚が20nmになるように真空中成膜して再結合層とした以外は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−104を得た。得られた有機光電変換素子SC−104は同様に、窒素雰囲気下でバリア付きPENフィルムとUV硬化樹脂を用いて封止を行った。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-104]
In production of the organic photoelectric conversion element SC-101, instead of forming the silver nanowire layer, a DC sputtering apparatus (manufactured by Anelva Co., Ltd.) is used, and an ITO ceramic target (Tosoh Corporation) is used to form an ITO thin film. Organic photoelectric conversion element SC-104 was obtained in the same manner as organic photoelectric conversion element SC-101 except that the film was formed in a vacuum so that the film thickness was 20 nm to form a recombination layer. Similarly, the obtained organic photoelectric conversion element SC-104 was sealed using a PEN film with a barrier and a UV curable resin in a nitrogen atmosphere.

〔有機光電変換素子SC−105の作製〕
有機光電変換素子SC−101の作製において、銀ナノワイヤ層の形成に換えて、真空蒸着装置(アルバック(株)製)を用い、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着機内を減圧した後、Agを膜厚が0.5nmになるように再結合層を形成させた以外は有機光電変換素子SC−101と同様にして、有機光電変換素子SC−105を得た。得られた有機光電変換素子SC−105は同様に、窒素雰囲気下でバリア付きPENフィルムとUV硬化樹脂を用いて封止を行った。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-105]
In the production of the organic photoelectric conversion element SC-101, instead of forming the silver nanowire layer, using a vacuum vapor deposition apparatus (manufactured by ULVAC, Inc.), the inside of the vacuum vapor deposition machine was depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, Organic photoelectric conversion element SC-105 was obtained in the same manner as organic photoelectric conversion element SC-101 except that a recombination layer was formed so that the film thickness of Ag was 0.5 nm. Similarly, the obtained organic photoelectric conversion element SC-105 was sealed using a PEN film with a barrier and a UV curable resin in a nitrogen atmosphere.

〔光電変換素子のエネルギー変換特性評価〕
上記作製した有機光電変換素子について、ソーラーシミュレーターを用いたAM1.5Gフィルタ、100mW/cmの強度の光を照射し、有効面積を1cm×10cmにしたマスクを受光部に重ね、短絡電流密度Jsc(mA/cm)及び開放電圧Voc(V)、フィルファクターffから式1を用いてエネルギー変換効率η(%)を得て、SC−105のエネルギー変換効率を100としたとき相対値を表1に示した。
[Evaluation of energy conversion characteristics of photoelectric conversion elements]
About the produced organic photoelectric conversion element, an AM1.5G filter using a solar simulator, light having an intensity of 100 mW / cm 2 is irradiated, a mask having an effective area of 1 cm × 10 cm is overlaid on the light receiving portion, and a short circuit current density Jsc The energy conversion efficiency η (%) was obtained from (mA / cm 2 ), the open circuit voltage Voc (V), and the fill factor ff using Formula 1, and the relative value is shown when the energy conversion efficiency of SC-105 is 100. It was shown in 1.

(式1) Jsc(mA/cm)×Voc(V)×ff=η(%)
〔ダークスポット評価〕
上記作製した素子を、100Wハロゲンランプの光に1000時間暴露した。続いて、暴露後の素子について、LBIC(レーザービーム起電流)測定法により、素子面内で発電していない領域を計測し、式2に従ってダークスポットの出現率を求め、表1に示した。
(Formula 1) Jsc (mA / cm 2 ) × Voc (V) × ff = η (%)
[Dark spot evaluation]
The fabricated device was exposed to light from a 100 W halogen lamp for 1000 hours. Subsequently, with respect to the exposed element, a region where power was not generated in the element surface was measured by an LBIC (laser beam electromotive current) measurement method, and the appearance rate of dark spots was determined according to Equation 2, and is shown in Table 1.

(式2) 出現率=発電していない領域の面積/素子の有効面積×100(%)   (Expression 2) Appearance rate = area of a region not generating power / effective area of an element × 100 (%)

Figure 0005098957
Figure 0005098957

表1から明らかなように、本発明の有機光電変換素子は、タンデム構造の再結合層に導電性繊維及び透明導電性材料を含み構成されることで、エネルギー変換効率が向上することが分かった。また、タンデム型の有機光電変換素子の製造において、第一の電極から第二の電極までを一貫した塗布工程で行うことができ、高い生産性が両立できていることも本発明において特筆すべき効果である。例えば、導電性繊維と透明導電性材料とを併用することで、SC−101やSC−102から分かるように、より高いエネルギー変換効率が得られるだけでなく、従来の技術と比較して高い生産性と発電欠陥(ダークスポット)の出現が抑制され、耐久性に優れた有機光電変換素子であることが分かった。 As is clear from Table 1, the organic photoelectric conversion element of the present invention was found to improve energy conversion efficiency by including conductive fibers and a transparent conductive material in the tandem recombination layer. . In addition, in the production of a tandem organic photoelectric conversion element, it should be noted in the present invention that the first electrode to the second electrode can be performed in a consistent coating process, and high productivity is compatible. It is an effect. For example , by using a conductive fiber and a transparent conductive material in combination, as can be seen from SC-101 and SC-102, not only higher energy conversion efficiency can be obtained, but also higher than conventional techniques. It was found that the organic photoelectric conversion element was excellent in durability, with the appearance of productivity and power generation defects (dark spots) suppressed.

本発明の有機光電変換素子の基本構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the basic structure of the organic photoelectric conversion element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 第一の基板
2 第一の電極
3 第一の正孔輸送層
4 第一の光電変換層
5 第一の電子輸送層
6 再結合層
7 第二の正孔輸送層
8 第二の光電変換層
9 第二の電子輸送層
10 第二の電極
11 第二の基板
21 有機光電変換素子
22 第一の発電ブロック
23 第二の発電ブロック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st board | substrate 2 1st electrode 3 1st positive hole transport layer 4 1st photoelectric conversion layer 5 1st electron transport layer 6 Recombination layer 7 2nd positive hole transport layer 8 2nd photoelectric conversion Layer 9 Second electron transport layer 10 Second electrode 11 Second substrate 21 Organic photoelectric conversion element 22 First power generation block 23 Second power generation block

Claims (2)

光電変換層を少なくとも2層以上有し、かつ、前記2層以上の光電変換層の内、少なくとも1対の隣り合った光電変換層の間に少なくとも再結合層を含み構成されるタンデム型の有機光電変換素子であって、該再結合層の少なくとも1層は導電性繊維及び透明導電性材料を含むことを特徴とする有機光電変換素子。 A tandem organic material having at least two photoelectric conversion layers and including at least a recombination layer between at least one pair of adjacent photoelectric conversion layers among the two or more photoelectric conversion layers. It is a photoelectric conversion element, Comprising: At least 1 layer of this recombination layer contains a conductive fiber and a transparent conductive material , The organic photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned. 前記導電性繊維が金属ナノワイヤ又はカーボンナノチューブからなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1記載の有機光電変換素子。 2. The organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the conductive fiber is at least one selected from the group consisting of metal nanowires or carbon nanotubes .
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