JP5243714B2 - Method for producing organic photoelectric conversion element and organic photoelectric conversion element - Google Patents

Method for producing organic photoelectric conversion element and organic photoelectric conversion element Download PDF

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Description

本発明は、有機光電変換素子の製造方法及び有機光電変換素子に関する。特に、有機薄膜太陽電池及び光センサに用いて好適な、有機光電変換素子に関する。   The present invention relates to a method for producing an organic photoelectric conversion element and an organic photoelectric conversion element. In particular, the present invention relates to an organic photoelectric conversion element suitable for use in an organic thin film solar cell and an optical sensor.

従来、有機光電変換素子のひとつである太陽電池としては、多結晶シリコンを用いたものが開発され実用化されている。その製造には高純度シリコンが必要とされ、製造工程は高温プロセスからなり、製造に要するエネルギーを考慮すると、太陽電池として必ずしも省エネルギー技術に十分貢献しているとは言えなかった。また、屋外の発電用途以外では、例えば、可搬型の太陽電池に要求されるプラスチック基板上への素子作製にも課題を残していた。   Conventionally, as a solar cell which is one of organic photoelectric conversion elements, one using polycrystalline silicon has been developed and put into practical use. High-purity silicon is required for its manufacture, and the manufacturing process consists of a high-temperature process. Considering the energy required for manufacturing, it could not be said that the solar cell has sufficiently contributed to energy-saving technology. In addition to outdoor power generation applications, for example, problems remain in the fabrication of elements on plastic substrates that are required for portable solar cells.

一方、別の有機光電変換素子である光センサとしては、ファクシミリや複写機におけるイメージセンサなどが挙げられる。このような光センサは、シリコン結晶を用いた一次元センサによるスキャナを利用した画像読み取り装置において実用化されている。しかし、これまでのところ、スキャン不要で大面積の二次元センサは実用化されていない。   On the other hand, as an optical sensor which is another organic photoelectric conversion element, an image sensor in a facsimile or a copying machine can be cited. Such an optical sensor has been put into practical use in an image reading apparatus using a scanner based on a one-dimensional sensor using a silicon crystal. However, so far, large area two-dimensional sensors that do not require scanning have not been put to practical use.

近年、上記の点を改良するため、製造に省エネルギーが期待でき、大面積化が容易な塗布プロセスを適用できる、有機材料を用いた太陽電池の開発が行われるようになってきた。例えば、有機材料を用いた湿式太陽電池として、色素増感型が検討されている。しかし、この湿式太陽電池は、電解質溶液を用いた系であるために、液漏れや液中のヨウ素抜けが生じることがあり、未だ実用化には至っていない。   In recent years, in order to improve the above-described points, solar cells using organic materials have been developed that can be expected to save energy in manufacturing and can be applied with a coating process that can easily increase the area. For example, a dye-sensitized type has been studied as a wet solar cell using an organic material. However, since this wet solar cell is a system using an electrolyte solution, liquid leakage or iodine loss in the liquid may occur, and it has not yet been put into practical use.

また、有機材料を用いた別の太陽電池としては、全固体型の有機薄膜太陽電池が挙げられる。この太陽電池には、ヘテロ接合型とバルクへテロ接合型がある。ヘテロ接合型とは、電子供与体からなる層と電子受容体からなる層とを積層して、接合界面における光誘起によって生じる電荷移動を利用するものである。例えば、非特許文献1では、電子供与体として銅フタロシアニンを用い、電子受容体としてペリレン誘導体を用いて、変換効率1%を達成した太陽電池が報告されている。この他にも、電子供与体としてはペンタセンやテトラセン等の縮合多環芳香族化合物が検討されており、電子受容体としてはC60のようなフラーレン化合物が検討されている。 Moreover, as another solar cell using an organic material, an all-solid-state organic thin film solar cell can be mentioned. This solar cell includes a heterojunction type and a bulk heterojunction type. In the heterojunction type, a layer made of an electron donor and a layer made of an electron acceptor are stacked, and charge transfer caused by light induction at the junction interface is used. For example, Non-Patent Document 1 reports a solar cell that achieves a conversion efficiency of 1% using copper phthalocyanine as an electron donor and a perylene derivative as an electron acceptor. In addition, condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene and tetracene have been studied as electron donors, and fullerene compounds such as C 60 have been studied as electron acceptors.

一方、バルクへテロ接合型とは、電子供与体と電子受容体とを適当な比率で混合して活性層を形成するもので、ヘテロ接合型が2層構造で活性層を形成するのとは異なる。電子供与体と電子受容体との接合は、混合活性層のバルク中において一様に存在し、太陽光を有効に活用できる。このバルクへテロ接合型素子を作製する方法としては、真空蒸着により電子供与体及び電子受容体を共蒸着して活性層を形成するものと、両者の混合溶液からスピンコートや印刷法により塗布して形成するものとがある。真空蒸着法では、銅フタロシアニンとC60とからなる活性層が報告されている(非特許文献2)。また、湿式塗布法では、共役系高分子であるポリチオフェンとフラーレンの可溶性誘導体である[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PCBM)とを混合した系が代表的なものとして挙げられる(非特許文献3)。 On the other hand, the bulk heterojunction type is an active layer formed by mixing an electron donor and an electron acceptor at an appropriate ratio. What is a heterojunction type that forms an active layer with a two-layer structure? Different. The junction between the electron donor and the electron acceptor exists uniformly in the bulk of the mixed active layer, and sunlight can be used effectively. The bulk heterojunction type device can be produced by vacuum depositing an electron donor and an electron acceptor to form an active layer, or by applying a mixture of the two by spin coating or printing. There is something to form. In the vacuum evaporation method, an active layer composed of copper phthalocyanine and C 60 has been reported (Non-patent Document 2). In the wet coating method, a typical example is a system in which polythiophene, which is a conjugated polymer, and [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (abbreviated as PCBM), which is a soluble derivative of fullerene, are mixed. (Non-Patent Document 3).

また、ベンゾポルフィリン化合物を用いた太陽電池に関しては、ショットキー接合型の素子(非特許文献4)やペリレン誘導体を電子受容体層とするヘテロ接合型素子(非特許文献5および特許文献1)が報告されているが、いずれも変換効率は低く、実用化には大きな課題が残されていると言える。   As for solar cells using a benzoporphyrin compound, there are Schottky junction type devices (Non-Patent Document 4) and heterojunction type devices using a perylene derivative as an electron acceptor layer (Non-Patent Documents 5 and 1). Although it has been reported, the conversion efficiency is low, and it can be said that there are still big problems in practical use.

特開2003−304014号公報JP 2003-304014 A C.W. Tang:Appl. Phys. Lett., 48巻,183−185頁,1986年C. W. Tang: Appl. Phys. Lett. 48, 183-185, 1986 S. Uchidaら:Appl. Phys. Lett., 84巻,4218−4220頁,2004年S. Uchida et al .: Appl. Phys. Lett. 84, 4218-4220, 2004. S.E. Shaheenら:Appl. Phys. Lett., 78巻,841−843頁,2001年S. E. Shahen et al .: Appl. Phys. Lett. 78, 841-843, 2001 K. Yamashitaら:Bull. Chem. Soc. Jpn., 60巻,803−805頁,1987年K. Yamashita et al .: Bull. Chem. Soc. Jpn. 60, 803-805, 1987 D. Wohrleら:J. Mater. Chem., 5巻,1819−1829頁,1995年D. Wohrle et al. Mater. Chem. 5: 1819-1829, 1995

上述した従来の有機薄膜太陽電池においては、電子供与体と電子受容体との有効な接触面積が十分ではなく、また、電荷の移動度も低かった。このため、シリコン系太陽電池と比較して、変換効率は低く、光電変換素子としての基本性能の改善が課題となっている。
本発明は上述した課題に鑑みて創案されたもので、従来よりも光電変換特性に優れる有機光電変換素子の製造方法及び有機光電変換素子を提供することを目的とする。
In the conventional organic thin film solar cell described above, the effective contact area between the electron donor and the electron acceptor is not sufficient, and the charge mobility is low. For this reason, compared with a silicon-type solar cell, conversion efficiency is low and the improvement of the basic performance as a photoelectric conversion element has been a subject.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing an organic photoelectric conversion element and an organic photoelectric conversion element that are more excellent in photoelectric conversion characteristics than conventional ones.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行なった結果、可溶性前駆体から熱変換したベンゾポルフィリン化合物を、有機光電変換素子の電子供与体として用いることにより、光電変換特性の向上が可能であることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have improved the photoelectric conversion characteristics by using a benzoporphyrin compound thermally converted from a soluble precursor as an electron donor of an organic photoelectric conversion element. Found that is possible.

即ち、本発明の要旨は、基板と、前記基板上に形成された、少なくとも一方が透明な一対の電極と、電子供与体を含んで前記電極間に形成された電子供与体層と、電子受容体を含んで前記電極間に形成された電子受容体層とを備えた有機光電変換素子の製造方法であって、ビシクロ環を有する、下記式(I)または(II)で表わされるベンゾポルフィリン化合物の可溶性前駆体を、熱変換により、前記電子供与体である前記ベンゾポルフィリン化合物に変換して、前記電子供与体層を形成する工程と、前記の熱変換により前記電子供与体層を形成する工程の後に、前記電子受容体層を塗布法で形成する工程とを有し、前記電子受容体層がフラーレン化合物を含むことを特徴とする有機光電変換素子の製造方法に存する(請求項1)。

Figure 0005243714
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(前記式(I)及び(II)中、Zia及びZib(iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。ただし、ZiaとZibとが結合して環を形成していてもよい。R1〜R4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。) That is, the gist of the present invention is that a substrate, a pair of electrodes formed on the substrate, at least one of which is transparent, an electron donor layer including an electron donor and formed between the electrodes, A benzoporphyrin compound represented by the following formula (I) or (II) having a bicyclo ring, which is a method for producing an organic photoelectric conversion element comprising an electron acceptor layer formed between the electrodes including a body The soluble precursor of is converted to the electron donor benzoporphyrin compound by thermal conversion to form the electron donor layer, and the electron donor layer is formed by thermal conversion. And the step of forming the electron acceptor layer by a coating method, wherein the electron acceptor layer contains a fullerene compound . (Claim 1)
Figure 0005243714
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(In the formulas (I) and (II), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represents a monovalent atom or atomic group, provided that Z ia and Z good .R 1 to R 4 to form a ring and ib are bonded to each independently, .M representing a monovalent atom or atomic group, a divalent metal atom, or a trivalent or higher Represents an atomic group in which other metals are bonded to other atoms.)

このとき、前記可溶性前駆体は、下記式(III)または(IV)で表される化合物であることが好ましい(請求項2)。

Figure 0005243714
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(前記式(III)及び(IV)中、Zia及びZib(iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。ただし、ZiaとZibとが結合して環を形成していてもよい。R1〜R4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Y1〜Y4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。) In this case, the soluble precursor is preferably a compound represented by the following formula (III) or (IV) (Claim 2).
Figure 0005243714
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(In the formulas (III) and (IV), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represents a monovalent atom or atomic group, provided that Z ia and Z ib may be bonded to form a ring, R 1 to R 4 each independently represents a monovalent atom or atomic group, and Y 1 to Y 4 each independently represents a monovalent atom. M represents an atomic group in which a divalent metal atom or a trivalent or higher metal is bonded to another atom.

また、本発明の別の要旨は、基板と、前記基板上に形成された、少なくとも一方が透明な一対の電極と、電子供与体を含んで前記電極間に形成された電子供与体層と、電子受容体を含んで前記電極間に形成された電子受容体層とを備えた有機光電変換素子の製造方法であって、ビシクロ環を有する、下記式(I)または(II)で表わされるベンゾポルフィリン化合物の可溶性前駆体の層を塗布法により形成する工程と、前記可溶性前駆体の層の上に前記電子受容体層を真空蒸着法により形成する工程とを行ない、その後、前記の熱変換により前記電子供与体である前記ベンゾポルフィリン化合物に変換して、前記電子供与体層を形成する工程を行なうことを特徴とする有機光電変換素子の製造方法に存する(請求項3)。

Figure 0005243714
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(前記式(I)及び(II)中、Z ia 及びZ ib (iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。ただし、Z ia とZ ib とが結合して環を形成していてもよい。R 1 〜R 4 は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。)
このとき、前記電子受容体層がフラーレン化合物を含むことが好ましい(請求項4)。
また、前記可溶性前駆体は、下記式(III)または(IV)で表される化合物である
ことが好ましい(請求項5)。
Figure 0005243714
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(前記式(III)及び(IV)中、Z ia 及びZ ib (iは1〜4の整数を表わす)は、各々独
立に、1価の原子又は原子団を表わす。ただし、Z ia とZ ib とが結合して環を形成していてもよい。R 1 〜R 4 は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Y 1 〜Y 4 は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。) Another gist of the present invention is a substrate, a pair of electrodes formed on the substrate, at least one of which is transparent, an electron donor layer including an electron donor and formed between the electrodes, An organic photoelectric conversion device comprising an electron acceptor and an electron acceptor layer formed between the electrodes, the benzoate having a bicyclo ring represented by the following formula (I) or (II) A step of forming a porphyrin compound soluble precursor layer by a coating method and a step of forming the electron acceptor layer on the soluble precursor layer by a vacuum deposition method are performed, and then by the thermal conversion. The present invention resides in a method for producing an organic photoelectric conversion element , wherein the step of forming the electron donor layer is performed by converting the benzoporphyrin compound as the electron donor .
Figure 0005243714
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(In the formulas (I) and (II), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represents a monovalent atom or atomic group, provided that Z ia and Z good .R 1 to R 4 to form a ring and ib are bonded to each independently, .M representing a monovalent atom or atomic group, a divalent metal atom, or a trivalent or higher Represents an atomic group in which other metals are bonded to other atoms.)
At this time, it is preferable that the electron acceptor layer contains a fullerene compound.
The soluble precursor is a compound represented by the following formula (III) or (IV)
(Claim 5).
Figure 0005243714
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(In the formulas (III) and (IV), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) are
Stands for a monovalent atom or atomic group. However, Zia and Zib may combine to form a ring. R 1 to R 4 each independently represents a monovalent atom or atomic group. Y 1 to Y 4 each independently represent a monovalent atom or group of atoms. M represents a divalent metal atom or an atomic group in which a trivalent or higher metal and another atom are bonded. )

本発明の別の要旨は、基板と、前記基板上に形成された、少なくとも一方が透明な一対の電極と、前記式(I)または(II)で表わされるベンゾポルフィリン化合物を含んで前記電極間に形成された電子供与体層と、フラーレン化合物を含んで前記電極間に形成された電子受容体層とを備えることを特徴とする、有機光電変換素子に存する(請求項5)。   Another aspect of the present invention includes a substrate, a pair of electrodes formed on the substrate, at least one of which is transparent, and a benzoporphyrin compound represented by the formula (I) or (II). And an electron acceptor layer formed between the electrodes and containing a fullerene compound. (Claim 5)

本発明の有機光電変換素子の製造方法及び有機光電変換素子によれば、光電変換特性が優れた有機光電変換素子を得ることができる。   According to the method for producing an organic photoelectric conversion element and the organic photoelectric conversion element of the present invention, an organic photoelectric conversion element having excellent photoelectric conversion characteristics can be obtained.

以下、本発明について実施形態や例示物などを用いて説明するが、本発明は以下の実施形態や例示物などに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施することができる。   Hereinafter, the present invention will be described using embodiments and examples, but the present invention is not limited to the following embodiments and examples, and may be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention. Can be implemented.

[1.ベンゾポルフィリン化合物]
本発明に係るベンゾポルフィリン化合物は、下記の式(I)又は(II)で表わされる。

Figure 0005243714
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(前記式(I)及び(II)中、Zia及びZib(iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、原子又は原子団を表わす。ただし、ZiaとZibとが結合して環を形成していてもよい。R1〜R4は、各々独立に、原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。) [1. Benzoporphyrin compound]
The benzoporphyrin compound according to the present invention is represented by the following formula (I) or (II).
Figure 0005243714
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(In the formulas (I) and (II), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represents an atom or an atomic group, provided that Z ia and Z ib are R 1 to R 4 each independently represents an atom or an atomic group, and M represents a divalent metal atom, or a trivalent or higher metal and another atom. Represents an atomic group in which and are bonded.)

式(I)及び式(II)において、Zia及びZib(iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。
ia及びZibの例を挙げると、原子としては、水素原子;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;などが挙げられる。
In formula (I) and formula (II), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represent a monovalent atom or atomic group.
As examples of Z ia and Z ib , examples of the atom include a hydrogen atom; a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom;

一方、原子団としては、水酸基;アミノ基;アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アシル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアラルキルアミノ基、ハロアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基等の有機基;などが挙げられる。   On the other hand, the atomic group includes: hydroxyl group; amino group; alkyl group, aralkyl group, alkenyl group, cyano group, acyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, aryloxy group, dialkylamino group, diaralkylamino group, haloalkyl group, And organic groups such as aromatic hydrocarbon ring groups and aromatic heterocyclic groups.

前記の有機基のうち、アルキル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アルキル基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このアルキル基の例としては、メチル基、エチル基等が挙げられる。   Among the organic groups, the carbon number of the alkyl group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms in the alkyl group is too large, the semiconductor characteristics may deteriorate, the solubility may increase, and redissolution may occur during lamination, or the heat resistance may decrease. Examples of the alkyl group include a methyl group and an ethyl group.

前記の有機基のうち、アラルキル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アラルキル基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このアラルキル基の例としては、ベンジル基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the aralkyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms in the aralkyl group is too large, the semiconductor characteristics may deteriorate, the solubility may increase, and redissolution may occur during lamination, or the heat resistance may decrease. Examples of the aralkyl group include a benzyl group.

前記の有機基のうち、アルケニル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アルケニル基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このアルケニル基の例としては、ビニル基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the alkenyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms in the alkenyl group is too large, the semiconductor characteristics may be deteriorated, the solubility may be increased, and redissolution may be performed at the time of lamination, or the heat resistance may be decreased. Examples of the alkenyl group include a vinyl group.

前記の有機基のうち、アシル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アシル基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このアシル基の例としては、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the acyl group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms in the acyl group is too large, the semiconductor characteristics may deteriorate, the solubility may increase, and redissolution may occur during lamination, or the heat resistance may decrease. Examples of this acyl group include formyl group, acetyl group, benzoyl group and the like.

前記の有機基のうち、アルコキシ基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アルコキシ基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このアルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。   Among the organic groups, the number of carbon atoms of the alkoxy group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms of the alkoxy group is too large, the semiconductor characteristics may be lowered, the solubility may be increased, and redissolution may be performed at the time of lamination, or the heat resistance may be reduced. Examples of the alkoxy group include a methoxy group and an ethoxy group.

前記の有機基のうち、アルコキシカルボニル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アルコキシカルボニル基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このアルコキシカルボニル基の例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the alkoxycarbonyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms of the alkoxycarbonyl group is too large, the semiconductor characteristics may be deteriorated, the solubility may be increased and redissolved during lamination, or the heat resistance may be decreased. Examples of the alkoxycarbonyl group include a methoxycarbonyl group and an ethoxycarbonyl group.

前記の有機基のうち、アリールオキシ基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アリールオキシ基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このアリールオキシ基の例としては、フェノキシ基、ベンジルオキシ基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the aryloxy group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms of the aryloxy group is too large, the semiconductor characteristics may be deteriorated, the solubility may be increased, and redissolution may be performed at the time of lamination, or the heat resistance may be decreased. Examples of the aryloxy group include a phenoxy group and a benzyloxy group.

前記の有機基のうち、ジアルキルアミノ基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。ジアルキルアミノ基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このジアルキルアミノ基の例としては、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the dialkylamino group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms in the dialkylamino group is too large, the semiconductor characteristics may deteriorate, the solubility may increase, and redissolution may occur during lamination, or the heat resistance may decrease. Examples of the dialkylamino group include a diethylamino group and a diisopropylamino group.

前記の有機基のうち、ジアラルキルアミノ基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。ジアラルキルアミノ基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このジアラルキルアミノ基の例としては、ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the diaralkylamino group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms in the diaalkylamino group is too large, the semiconductor characteristics may be deteriorated, the solubility may be increased, and redissolution may be performed during lamination, or the heat resistance may be decreased. Examples of the diaralkylamino group include a dibenzylamino group and a diphenethylamino group.

前記の有機基のうち、ハロアルキル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。ハロアルキル基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。このハロアルキル基の例としては、トリフルオロメチル基等のα−ハロアルキル基などが挙げられる。   Among the organic groups, the carbon number of the haloalkyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. If the number of carbon atoms of the haloalkyl group is too large, the semiconductor characteristics may be reduced, the solubility may be increased, and redissolution may be performed at the time of lamination, or the heat resistance may be reduced. Examples of this haloalkyl group include α-haloalkyl groups such as a trifluoromethyl group.

前記の有機基のうち、芳香族炭化水素環基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常6以上、好ましくは10以上、また、通常30以下、好ましくは20以下である。芳香族炭化水素環基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。この芳香族炭化水素環基の例としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。   Among the organic groups, the number of carbon atoms of the aromatic hydrocarbon ring group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but usually 6 or more, preferably 10 or more, and usually 30 or less, preferably 20 It is as follows. If the number of carbon atoms in the aromatic hydrocarbon ring group is too large, the semiconductor characteristics may be deteriorated, the solubility may be increased and redissolved during lamination, or the heat resistance may be decreased. Examples of the aromatic hydrocarbon ring group include a phenyl group and a naphthyl group.

前記の有機基のうち、芳香族複素環基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常2以上、好ましくは5以上、また、通常30以下、好ましくは20以下である。芳香族複素環基の炭素数が大きすぎると、半導体特性が低下したり、溶解性が上がって積層時に再溶解をしたり、耐熱性が低下したりする可能性がある。この芳香族複素環基の例としては、チエニル基、ピリジル基等が挙げられる。   Among the organic groups, the carbon number of the aromatic heterocyclic group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 2 or more, preferably 5 or more, and usually 30 or less, preferably 20 or less. It is. If the number of carbon atoms in the aromatic heterocyclic group is too large, the semiconductor characteristics may be deteriorated, the solubility may be increased and redissolved during lamination, or the heat resistance may be decreased. Examples of the aromatic heterocyclic group include a thienyl group and a pyridyl group.

さらに、上記の原子団は、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意の置換基を有していてもよい。前記置換基としては、例えば、フッ素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等の炭素数1〜6のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基;メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;フェノキシ基、ベンジルオキシ基などのアリールオキシ基;ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基;アセチル基等のアシル基;トリフルオロメチル基等のハロアルキル基;シアノ基などが挙げられる。なお、この置換基は、1個が単独又は複数で置換していてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で置換していてもよい。   Furthermore, the above atomic group may have an arbitrary substituent as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples of the substituent include a halogen atom such as a fluorine atom; an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group and an ethyl group; an alkenyl group such as a vinyl group; and a carbon number of 1 such as a methoxycarbonyl group and an ethoxycarbonyl group. Alkoxy groups having ˜6; alkoxy groups having 1 to 6 carbon atoms such as methoxy group and ethoxy group; aryloxy groups such as phenoxy group and benzyloxy group; dialkylamino groups such as dimethylamino group and diethylamino group; acetyl group and the like An acyl group; a haloalkyl group such as a trifluoromethyl group; a cyano group, and the like. In addition, as for this substituent, 1 piece may be substituted by single or multiple, and 2 or more types may be substituted by arbitrary combinations and ratios.

また、ZiaとZibとは、結合して環を形成していてもよい。ZiaとZibとが結合して環を形成する場合、当該Zia及びZibを含む環(即ち、Zia−CH=CH−Zibで表わされる構造の環)の例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環;ピリジン環、キノリン環、フラン環、チオフェン環等の、置換基を有していてもよい芳香族複素環;シクロヘキサン環等の非芳香族環状炭化水素;などが挙げられる。 Z ia and Z ib may be bonded to form a ring. When Z ia and Z ib are combined to form a ring, examples of the ring containing Z ia and Z ib (that is, a ring having a structure represented by Z ia —CH═CH—Z ib ) include benzene An aromatic hydrocarbon ring which may have a substituent such as a ring, naphthalene ring or anthracene ring; an aromatic which may have a substituent such as a pyridine ring, a quinoline ring, a furan ring or a thiophene ring A heterocyclic ring; a non-aromatic cyclic hydrocarbon such as a cyclohexane ring; and the like.

iaとZibとが結合して形成する環が有する前記の置換基は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。その例としては、Zia及びZibを構成する原子団の置換基として例示したものと同様の置換基が挙げられる。なお、この置換基は、1個が単独又は複数で置換していてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で置換していてもよい。 The above-mentioned substituents in the ring formed by combining Z ia and Z ib are optional as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples thereof include the same substituents as those exemplified as the substituent of the atomic group constituting Z ia and Z ib . In addition, as for this substituent, 1 piece may be substituted by single or multiple, and 2 or more types may be substituted by arbitrary combinations and ratios.

上述したZia及びZibの中でも、特に水素原子が好ましい。結晶のパッキングが良好で、高い半導体特性が期待できるためである。 Among Z ia and Z ib described above, a hydrogen atom is particularly preferable. This is because the crystal packing is good and high semiconductor characteristics can be expected.

式(I)及び式(II)において、R1〜R4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。
1〜R4の例を挙げると、上述したZia及びZibと同様のものが挙げられる。また、R1〜R4が原子団である場合、当該原子団は、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意の置換基を有していてもよい。この置換基の例としては、前記Zia及びZibの置換基と同様のものが挙げられる。なお、この置換基は、1個が単独又は複数で置換していてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で置換していてもよい。
ただし、R1〜R4は、分子の平面性を高めるためには、水素原子、ハロゲン原子等の原子から選ばれることが好ましい。
In formula (I) and formula (II), R 1 to R 4 each independently represents a monovalent atom or atomic group.
Examples of R 1 to R 4, are the same as those of the Z ia and Z ib described above. Moreover, when R < 1 > -R < 4 > is an atomic group, the said atomic group may have arbitrary substituents, unless the effect of this invention is impaired remarkably. Examples of the substituent include those similar to the substituents of Z ia and Z ib . In addition, as for this substituent, 1 piece may be substituted by single or multiple, and 2 or more types may be substituted by arbitrary combinations and ratios.
However, R 1 to R 4 are preferably selected from atoms such as a hydrogen atom and a halogen atom in order to improve the planarity of the molecule.

式(I)及び式(II)において、Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。
Mが2価の金属原子である場合、その例としては、Zn、Cu、Fe、Ni、Co等が挙げられる。一方、Mが3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団である場合、その例としては、Fe−B1、Al−B2、Ti=O、Si−B34などが挙げられる。ここで、B1、B2、B3及びB4は、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基等の1価の基を表わす。
In formula (I) and formula (II), M represents a divalent metal atom or an atomic group in which a trivalent or higher metal and another atom are bonded.
When M is a divalent metal atom, examples thereof include Zn, Cu, Fe, Ni, Co and the like. On the other hand, when M is a trivalent or more metal and other atomic group and is bonded atoms, examples, Fe-B 1, Al- B 2, Ti = O, and Si-B 3 B 4 Can be mentioned. Here, B 1 , B 2 , B 3 and B 4 each represent a monovalent group such as a halogen atom, an alkyl group, or an alkoxy group.

更に、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物は、例えば、1個の原子を2つポルフィリン環が共有して配位しているもの、2個のポルフィリン環が1個以上の原子あるいは原子団を共有して結合したもの、または、それらが3個以上結合して長鎖上に繋がったものであってもよい。   Furthermore, the benzoporphyrin compound according to the present invention has, for example, one atom shared by two porphyrin rings and two porphyrin rings sharing one or more atoms or atomic groups. Or three or more of them joined together and connected on a long chain.

以下に、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物として好ましい具体例を挙げる。ただし、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物は以下の例に限定されるものではない。また、ここでは対称性の良い分子構造を主に例示しているが、部分的な構造の組み合わせによる非対称構造であっても使用できる。   Specific examples of preferable benzoporphyrin compounds according to the present invention are given below. However, the benzoporphyrin compound according to the present invention is not limited to the following examples. In addition, here, molecular structures with good symmetry are mainly exemplified, but an asymmetric structure based on a combination of partial structures can also be used.

Figure 0005243714
Figure 0005243714

Figure 0005243714
Figure 0005243714

[2.ベンゾポルフィリン化合物の可溶性前駆体]
上述した本発明に係るベンゾポルフィリン化合物は、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物の可溶性前駆体に対して熱変換を行なうことにより、得ることができる。以下、その可溶性前駆体について説明する。
[2. Soluble precursor of benzoporphyrin compound]
The benzoporphyrin compound according to the present invention described above can be obtained by performing thermal conversion on the soluble precursor of the benzoporphyrin compound according to the present invention. Hereinafter, the soluble precursor will be described.

本発明に係る可溶性前駆体は、熱変換により、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換しうるものである。その構造は、ビシクロ環を有し、熱変換により本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換できる限り、任意である。
ただし、本発明に係る可溶性前駆体は、下記式(III)または(IV)で表される化合物が好ましい。
The soluble precursor according to the present invention can be converted into the benzoporphyrin compound according to the present invention by thermal conversion. The structure is arbitrary as long as it has a bicyclo ring and can be converted into the benzoporphyrin compound according to the present invention by thermal conversion.
However, the soluble precursor according to the present invention is preferably a compound represented by the following formula (III) or (IV).

Figure 0005243714
Figure 0005243714
(前記式(III)及び(IV)中、Zia及びZib(iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。ただし、ZiaとZibとが結合して環を形成していてもよい。R1〜R4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Y1〜Y4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。)
Figure 0005243714
Figure 0005243714
(In the formulas (III) and (IV), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represents a monovalent atom or atomic group, provided that Z ia and Z ib may be bonded to form a ring, R 1 to R 4 each independently represents a monovalent atom or atomic group, and Y 1 to Y 4 each independently represents a monovalent atom. M represents an atomic group in which a divalent metal atom or a trivalent or higher metal is bonded to another atom.

前記式(III)及び(IV)において、Zia、Zib、R1〜R4及びMは、それぞれ、式(I)及び(II)と同様である。 In the formulas (III) and (IV), Z ia , Z ib , R 1 to R 4 and M are the same as those in the formulas (I) and (II), respectively.

前記式(III)及び(IV)において、Y1〜Y4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。また、前記式(III)及び(IV)においてはY1〜Y4はそれぞれ4個ずつ存在するが、Y1同士、Y2同士、Y3同士、及びY4同士は、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。 In the formulas (III) and (IV), Y 1 to Y 4 each independently represent a monovalent atom or atomic group. In the formulas (III) and (IV), there are four Y 1 to Y 4, but Y 1 , Y 2 , Y 3 , and Y 4 may be the same, May be different.

1〜Y4の例を挙げると、原子としては、水素原子などが挙げられる。
一方、原子団としては、水酸基、アルキル基などが挙げられる。ここで、アルキル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1以上、また、通常10以下、好ましくは6以下、より好ましくは3以下である。アルキル基の炭素数が大きすぎると、脱離基が大きくなるため、脱離基が揮発しにくくなり、膜内に残留する可能性がある。このアルキル基の例としては、メチル基、エチル基等が挙げられる。
Examples of Y 1 to Y 4, as the atom, such as hydrogen atom.
On the other hand, examples of the atomic group include a hydroxyl group and an alkyl group. Here, the carbon number of the alkyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but it is usually 1 or more, usually 10 or less, preferably 6 or less, more preferably 3 or less. When the carbon number of the alkyl group is too large, the leaving group becomes large, so that the leaving group is difficult to volatilize and may remain in the film. Examples of the alkyl group include a methyl group and an ethyl group.

また、Y1〜Y4が原子団である場合、当該原子団は、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意の置換基を有していてもよい。この置換基の例としては、前記Zia及びZibの置換基と同様のものが挙げられる。なお、この置換基は、1個が単独又は複数で置換していてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で置換していてもよい。 Moreover, when Y < 1 > -Y < 4 > is an atomic group, the said atomic group may have arbitrary substituents, unless the effect of this invention is impaired remarkably. Examples of the substituent include those similar to the substituents of Z ia and Z ib . In addition, as for this substituent, 1 piece may be substituted by single or multiple, and 2 or more types may be substituted by arbitrary combinations and ratios.

上述したY1〜Y4の中でも、水素原子、または、炭素数10以下のアルキル基が好ましい。さらにその中でも、Y1〜Y4の全てが水素原子であるか、または、(Y1,Y2)及び(Y3,Y4)のうち少なくとも一方の組がどちらも炭素数10以下のアルキル基であることが特に好ましい。溶解度が高くなり、成膜性が良好となるためである。 Among Y 1 to Y 4 described above, a hydrogen atom or an alkyl group having 10 or less carbon atoms is preferable. Further, among them, all of Y 1 to Y 4 are hydrogen atoms, or at least one of (Y 1 , Y 2 ) and (Y 3 , Y 4 ) is an alkyl having 10 or less carbon atoms. Particularly preferred is a group. This is because the solubility is increased and the film formability is improved.

本発明に係る可溶性前駆体は、熱変換により本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換される。変換に際してどのような反応が生じるかについて制限はないが、例えば前記の式(III)又は(IV)で表わされる可溶性前駆体の場合、熱が加えられることによって下記式(V)の化合物が脱離する。この脱離反応は定量的に進行する。そして、この脱離反応によって、本発明に係る可溶性前駆体は本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換される。

Figure 0005243714
The soluble precursor according to the present invention is converted into the benzoporphyrin compound according to the present invention by thermal conversion. There is no limitation on what kind of reaction occurs during the conversion. For example, in the case of the soluble precursor represented by the above formula (III) or (IV), the compound of the following formula (V) is removed by the application of heat. Release. This elimination reaction proceeds quantitatively. And the soluble precursor which concerns on this invention is converted into the benzoporphyrin compound which concerns on this invention by this elimination reaction.
Figure 0005243714

熱変換について、上記にて例示したベンゾポルフィリン化合物BP−1を例に挙げて、具体的に説明する。ベンゾポルフィリン化合物BP−1の可溶性前駆体としては、例えば、式(III)において、Zia、Zib、R1〜R4及びY1〜Y4が全て水素原子である化合物(以下、「BP−1前駆体」という)を用いることができる。ただし、ベンゾポルフィリン化合物BP−1の可溶性前駆体は、このBP−1前駆体に限定されるものではない。 The heat conversion will be specifically described by taking the benzoporphyrin compound BP-1 exemplified above as an example. As a soluble precursor of the benzoporphyrin compound BP-1, for example, in the formula (III), Z ia , Z ib , R 1 to R 4 and Y 1 to Y 4 are all hydrogen atoms (hereinafter referred to as “BP”). -1 precursor "). However, the soluble precursor of the benzoporphyrin compound BP-1 is not limited to this BP-1 precursor.

BP−1前駆体は加熱されると、ポルフィリン環に結合した4個の環それぞれからエチレン基が脱離する。この脱エチレン反応により、ベンゾポルフィリン化合物BP−1が得られる。この変換を反応式で表わすと、以下のようになる。

Figure 0005243714
When the BP-1 precursor is heated, the ethylene group is released from each of the four rings bonded to the porphyrin ring. A benzoporphyrin compound BP-1 is obtained by this deethyleneation reaction. This conversion is represented by the following reaction formula.
Figure 0005243714

本発明に係る可溶性前駆体を熱変換により本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換する際、温度条件は前記の反応が進行する限り制限はないが、通常100℃以上、好ましくは150℃以上である。温度が低すぎると、変換に時間がかかり、実用上好ましくなくなる可能性がある。上限は任意であるが、通常400℃以下、好ましくは300℃以下である。温度が高すぎると分解の可能性があるためである。   When the soluble precursor according to the present invention is converted into the benzoporphyrin compound according to the present invention by heat conversion, the temperature condition is not limited as long as the above reaction proceeds, but is usually 100 ° C or higher, preferably 150 ° C or higher. . If the temperature is too low, the conversion takes time, which may be undesirable in practice. Although an upper limit is arbitrary, it is 400 degrees C or less normally, Preferably it is 300 degrees C or less. This is because decomposition may occur if the temperature is too high.

本発明に係る可溶性前駆体を熱変換により本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換する際、加熱時間は前記の反応が進行する限り制限はないが、通常10秒以上、好ましくは30秒以上、また、通常100時間以下、好ましくは50時間以下である。加熱時間が短すぎると変換が不十分となる可能性があり、長すぎると実用上好ましくなくなる可能性がある。   When the soluble precursor according to the present invention is converted into the benzoporphyrin compound according to the present invention by heat conversion, the heating time is not limited as long as the reaction proceeds, but usually 10 seconds or longer, preferably 30 seconds or longer, Usually, it is 100 hours or less, preferably 50 hours or less. If the heating time is too short, the conversion may be insufficient, and if it is too long, it may be unpreferable in practice.

本発明に係る可溶性前駆体を熱変換により本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換する際、その雰囲気は前記の反応が進行する限り制限はないが、不活性雰囲気であることが好ましい。この際に用いることができる不活性ガスの種類としては、例えば、窒素、希ガス等が挙げられる。なお、不活性ガスは、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   When the soluble precursor according to the present invention is converted into the benzoporphyrin compound according to the present invention by thermal conversion, the atmosphere is not limited as long as the reaction proceeds, but an inert atmosphere is preferable. Examples of the inert gas that can be used at this time include nitrogen and rare gases. In addition, an inert gas may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

本発明に係る可溶性前駆体は、有機溶媒等の溶媒に対する溶解性が高い。具体的な溶解性の程度は溶媒の種類などによるが、25℃におけるクロロホルムに対する溶解性は、通常0.1g/L以上、好ましくは0.5g/L以上、より好ましくは1g/L以上である。なお、上限に制限はないが、通常1000g/L以下である。   The soluble precursor according to the present invention has high solubility in a solvent such as an organic solvent. The specific degree of solubility depends on the type of solvent, but the solubility in chloroform at 25 ° C. is usually 0.1 g / L or more, preferably 0.5 g / L or more, more preferably 1 g / L or more. . In addition, although there is no restriction | limiting in an upper limit, it is 1000 g / L or less normally.

本発明に係る可溶性前駆体が溶媒に対して溶解性が高いのに対し、それから誘導される本発明に係るベンゾポルフィリン化合物は有機溶媒等の溶媒に対する溶解性が非常に低い。これは、本発明に係る可溶性前駆体の構造が平面構造でないために溶解性が高く且つ結晶化しにくいのに対し、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物は構造が平面的であることに起因するものと推察される。したがって、このような溶媒に対する溶解性の違いを利用すれば、当該ベンゾポルフィリン化合物を含む層を塗布法により容易に形成できる。例えば、以下の方法により製造できる。即ち、本発明に係る可溶性前駆体を溶媒に溶解させて溶液を用意し、当該溶液を塗布してアモルファス又はアモルファスに近い良好な層を形成する。そして、この層を加熱処理して熱変換により本発明に係る可溶性前駆体を変換することで、平面性の高いベンゾポルフィリン化合物の層を得ることができる。この際、上述した例のように、式(III)又は(IV)で表わされる化合物のうちY1〜Y4が全て水素原子であるものを可溶性前駆体として用いると、脱離するものがエチレン分子であるため、系内に残りにくく、毒性、安全性の面で好適である。 While the soluble precursor according to the present invention is highly soluble in a solvent, the benzoporphyrin compound according to the present invention derived therefrom has very low solubility in a solvent such as an organic solvent. This is because the structure of the soluble precursor according to the present invention is not a planar structure, so the solubility is high and it is difficult to crystallize, whereas the benzoporphyrin compound according to the present invention has a planar structure. Inferred. Therefore, if the difference in solubility in such a solvent is utilized, the layer containing the benzoporphyrin compound can be easily formed by a coating method. For example, it can be produced by the following method. That is, the soluble precursor according to the present invention is dissolved in a solvent to prepare a solution, and the solution is applied to form an amorphous layer or a good layer close to amorphous. And the layer of the benzoporphyrin compound with high planarity can be obtained by heat-processing this layer and converting the soluble precursor which concerns on this invention by heat conversion. At this time, as in the example described above, among the compounds represented by the formula (III) or (IV), those in which Y 1 to Y 4 are all hydrogen atoms are used as soluble precursors. Since it is a molecule, it is difficult to remain in the system, and it is suitable in terms of toxicity and safety.

本発明に係る可溶性前駆体の製造方法に制限はなく、公知の方法を任意に採用することができる。例えば、前記のBP−1前駆体を例に挙げると、以下の合成経路を経て製造できる。なお、ここで、Etはエチル基を表わし、t−Buはt−ブチル基を表わす。

Figure 0005243714
There is no restriction | limiting in the manufacturing method of the soluble precursor which concerns on this invention, A well-known method is employable arbitrarily. For example, taking the BP-1 precursor as an example, it can be produced through the following synthesis route. Here, Et represents an ethyl group, and t-Bu represents a t-butyl group.
Figure 0005243714

[3.有機光電変換素子]
[3−1.有機光電変換素子の概要]
本発明の有機光電変換素子は、少なくとも、基板と、一対の電極(即ち、正極及び負極)と、電子供与体を含んで前記電極間に形成された電子供与体層と、電子受容体を含んで前記電極間に形成された電子受容体層とを備える。ただし、電子供与体層及び電子受容体層は、それぞれ別の層として形成してもよいが、単一の層が電子供与体層及び電子受容体層としての機能を果たすように形成してもよい。
[3. Organic photoelectric conversion element]
[3-1. Outline of organic photoelectric conversion device]
The organic photoelectric conversion device of the present invention includes at least a substrate, a pair of electrodes (that is, a positive electrode and a negative electrode), an electron donor layer including an electron donor formed between the electrodes, and an electron acceptor. And an electron acceptor layer formed between the electrodes. However, the electron donor layer and the electron acceptor layer may be formed as separate layers, or a single layer may function as the electron donor layer and the electron acceptor layer. Good.

なお、前記の電子供与体層と電子受容体層とから、活性層が構成される。即ち、活性層とは、電子供与体層と電子受容体層とが別の層として形成されている場合には電子供与体層と電子受容体層とから構成される積層構造の層を指すこととなり(ヘテロ接合型)、電子供与体層と電子受容体層とが単一の層として形成されている場合には電子供与体層及び電子受容体層と同一の層を指すことになる(バルクヘテロ接合型)。   The active layer is composed of the electron donor layer and the electron acceptor layer. That is, the active layer refers to a layered structure composed of an electron donor layer and an electron acceptor layer when the electron donor layer and the electron acceptor layer are formed as separate layers. When the electron donor layer and the electron acceptor layer are formed as a single layer, the electron donor layer and the electron acceptor layer are the same layer (bulk hetero Bonding type).

また、本発明の有機光電変換素子は、通常は、p型半導体層及びn型半導体層を備え、このp型半導体層とn型半導体層との間に前記の活性層を備える。
さらに、電子供与体層と電子受容体層とが単一の活性層として形成されている場合には、本発明の有機光電変換素子は、前記の活性層とは別に、ベンゾポルフィリン化合物を含有する電子供与体層(ベンゾポルフィリン化合物層)を備えることが好ましい。
Moreover, the organic photoelectric conversion element of this invention is normally provided with the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, and is provided with the said active layer between this p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer.
Furthermore, when the electron donor layer and the electron acceptor layer are formed as a single active layer, the organic photoelectric conversion element of the present invention contains a benzoporphyrin compound separately from the active layer. It is preferable to provide an electron donor layer (benzoporphyrin compound layer).

また、本発明の有機光電変換素子は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した以外の構成要素を備えていてもよい。
ただし、本発明の有機光電変換素子においては、電子供与体層(活性層自体が電子供与体層である場合、及び、電子供与体が活性層を構成しない場合を含む)のうち少なくとも1層が、電子供与体として、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物が含んで形成されている。
Moreover, the organic photoelectric conversion element of this invention may be equipped with components other than the above-mentioned unless the effect of this invention is impaired remarkably.
However, in the organic photoelectric conversion element of the present invention, at least one layer of the electron donor layer (including the case where the active layer itself is an electron donor layer and the case where the electron donor does not constitute an active layer) The electron donor is formed by including the benzoporphyrin compound according to the present invention.

さらに、本発明の有機光電変換素子を製造する際には、本発明に係る可溶性前駆体を、熱変換により、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換して、電子供与体層を形成する。一般に、ベンゾポルフィリン化合物を含有する電子供与体層は、真空蒸着法または湿式塗布法により形成することができる。しかし、従来の湿式塗布法の場合、ベンゾポルフィリン化合物は有機溶媒等に対する溶解度が低いため、塗布が困難であった。これに対し、本発明に係る可溶性前駆体を用いて、塗布成膜後に熱変換を行なうようにすれば、ベンゾポルフィリン化合物からなる電子供与体層を容易に形成することが可能である。   Furthermore, when manufacturing the organic photoelectric conversion element of this invention, the soluble precursor which concerns on this invention is converted into the benzoporphyrin compound which concerns on this invention by heat conversion, and an electron donor layer is formed. Generally, the electron donor layer containing a benzoporphyrin compound can be formed by a vacuum deposition method or a wet coating method. However, in the case of the conventional wet coating method, the benzoporphyrin compound is difficult to apply because of its low solubility in organic solvents. On the other hand, if the soluble precursor according to the present invention is used to perform heat conversion after coating film formation, an electron donor layer made of a benzoporphyrin compound can be easily formed.

また、この場合、得られる層の結晶性及び形状を制御することも可能である。即ち、ベンゾポルフィリン化合物の可溶性前駆体を用いて、湿式法で成膜した後、加熱処理によりベンゾポルフィリン化合物に熱変換することにより、平面性の高いベンゾポルフィリン化合物を結晶状態で用いることができる。これにより、電子供与体としての移動度を改善するとともに、電子受容体との接触を有効にすることを通して、有機光電変換素子の光電変換特性を向上させることが可能である。また、ベンゾポルフィリン化合物を活性層と正極(p型半導体層を設ける場合は、当該p型半導体)との間に設けることでも、有機光電変換素子の特性を改善することが可能となる。   In this case, it is also possible to control the crystallinity and shape of the resulting layer. That is, after forming a film by a wet method using a soluble precursor of a benzoporphyrin compound, the benzoporphyrin compound having high planarity can be used in a crystalline state by heat conversion to a benzoporphyrin compound by heat treatment. Thereby, while improving the mobility as an electron donor, it is possible to improve the photoelectric conversion characteristic of an organic photoelectric conversion element through making a contact with an electron acceptor effective. Moreover, it becomes possible to improve the characteristics of the organic photoelectric conversion element by providing the benzoporphyrin compound between the active layer and the positive electrode (in the case where a p-type semiconductor layer is provided, the p-type semiconductor).

以下、本発明の有機光電変換素子について、実施形態を示して更に詳しく説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態に登場する構成要素は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。   Hereinafter, the organic photoelectric conversion element of the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, components appearing in the following embodiments can be implemented in any combination without departing from the gist of the present invention.

[3−2.第1実施形態]
図1に、本発明の第1実施形態としての有機光電変換素子の模式的な断面図を示す。この図1に示すように、本実施形態の有機光電変換素子1は、基板2と、正極3と、p型半導体層4と、電子供与体層5と、電子受容体層6と、n型半導体層7と、負極8とを備える。また、この有機光電変換素子1においては、前記の電子供与体層5及び電子受容体層6とから活性層9が構成されている。
[3-2. First Embodiment]
In FIG. 1, typical sectional drawing of the organic photoelectric conversion element as 1st Embodiment of this invention is shown. As shown in FIG. 1, the organic photoelectric conversion element 1 of this embodiment includes a substrate 2, a positive electrode 3, a p-type semiconductor layer 4, an electron donor layer 5, an electron acceptor layer 6, and an n-type. The semiconductor layer 7 and the negative electrode 8 are provided. In the organic photoelectric conversion element 1, an active layer 9 is constituted by the electron donor layer 5 and the electron acceptor layer 6.

〔基板〕
基板2は有機光電変換素子1の支持体となるものである。したがって、この基板2上には、正極3、p型半導体層4、活性層9(即ち、電子供与体層5及び電子受容体層6)、n型半導体層7、及び負極8が設けられる。
〔substrate〕
The substrate 2 serves as a support for the organic photoelectric conversion element 1. Accordingly, the positive electrode 3, the p-type semiconductor layer 4, the active layer 9 (that is, the electron donor layer 5 and the electron acceptor layer 6), the n-type semiconductor layer 7, and the negative electrode 8 are provided on the substrate 2.

基板2の材料(基板材料)は本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。ただし、本実施形態においては基板2を通して有機光電変換素子1内に光を取り込むので、基板材料として透明な材料を使用する。通常は光のうちでも可視光を有機光電変換素子1の内に取り込むことになるため、透明な基板材料としては、当該基板2を透過する可視光の透過率が、通常60%以上、中でも80%以上となるものを用いることが好ましい。   The material of the substrate 2 (substrate material) is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, in this embodiment, since light is taken into the organic photoelectric conversion element 1 through the substrate 2, a transparent material is used as the substrate material. Since visible light is usually taken into the organic photoelectric conversion element 1 among light, the transparent substrate material has a visible light transmittance of 60% or more, particularly 80%, which is transmitted through the substrate 2. It is preferable to use one that is at least%.

このような観点から、基板材料の好適な例を挙げると、石英、ガラス等の無機材料;プラスチック等の有機材料などが挙げられる。中でも、ガラス;ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン等の合成樹脂が好ましい。なお、基板材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   From this point of view, preferable examples of the substrate material include inorganic materials such as quartz and glass; organic materials such as plastic. Among these, glass; synthetic resins such as polyester, polymethacrylate, polycarbonate, polysulfone are preferable. In addition, only 1 type may be used for a board | substrate material and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

ただし、基板材料として合成樹脂を用いる場合には、ガスバリヤ性に留意することが好ましい。基板2のガスバリヤ性が低すぎると、基板2を通過する外気により有機光電変換素子1が劣化する可能性がある。このため、合成樹脂で基板2を形成する場合、当該合成樹脂基板のどちらか片側もしくは両側に、ガスバリヤ性を有する層(ガスバリヤ層)を形成することが好ましい。このガスバリヤ層としては、例えば、緻密なシリコン酸化膜などが挙げられる。   However, when a synthetic resin is used as the substrate material, it is preferable to pay attention to gas barrier properties. If the gas barrier property of the substrate 2 is too low, the organic photoelectric conversion element 1 may be deteriorated by outside air passing through the substrate 2. For this reason, when forming the board | substrate 2 with a synthetic resin, it is preferable to form the layer (gas barrier layer) which has a gas barrier property in the one side or both sides of the said synthetic resin board | substrate. Examples of the gas barrier layer include a dense silicon oxide film.

基板2の形状に制限はなく、例えば、板、フィルム、シートなどの形状を用いることができる。
基板2の厚みには制限はない。ただし、通常5μm以上、中でも20μm以上、また、通常20mm以下、中でも10mm以下に形成することが好ましい。基板2が薄すぎると有機光電変換素子1を保持する強度が不足する可能性があり、厚すぎるとコストが高くなったり、重量が重くなりすぎたりする可能性がある。
There is no restriction | limiting in the shape of the board | substrate 2, For example, shapes, such as a board, a film, a sheet | seat, can be used.
There is no limitation on the thickness of the substrate 2. However, it is preferably 5 μm or more, especially 20 μm or more, and usually 20 mm or less, especially 10 mm or less. If the substrate 2 is too thin, the strength for holding the organic photoelectric conversion element 1 may be insufficient, and if it is too thick, the cost may increase or the weight may become too heavy.

〔正極〕
基板2上には、正極3が形成されている。この正極3は、活性層9で電荷分離した正孔を、p型半導体層4を通して受け取る役割を果たす電極である。
正極3の材料(正極材料)は導電性を有していれば本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。ただし、本実施形態では正極3を通して有機光電変換素子1の内に光を取り込むので、正極材料として透明な材料を使用する。通常は光のうちでも可視光を有機光電変換素子1の内に取り込むことになるため、透明な正極材料としては、当該正極3を透過する可視光の透過率が、通常60%以上、中でも80%以上となるものを用いることが好ましい。
[Positive electrode]
A positive electrode 3 is formed on the substrate 2. The positive electrode 3 is an electrode that plays a role of receiving holes separated by charge in the active layer 9 through the p-type semiconductor layer 4.
The material of the positive electrode 3 (positive electrode material) is arbitrary as long as it has conductivity, as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, in this embodiment, since light is taken into the organic photoelectric conversion element 1 through the positive electrode 3, a transparent material is used as the positive electrode material. Since visible light is usually taken into the organic photoelectric conversion element 1 among light, the transparent positive electrode material has a visible light transmittance of usually 60% or more, particularly 80%. It is preferable to use one that is at least%.

このような観点から、正極材料の好適な例を挙げると、インジウム・スズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物等の金属酸化物などが挙げられる。なお、正極材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   From this point of view, preferable examples of the positive electrode material include metal oxides such as indium tin oxide and indium zinc oxide. In addition, a positive electrode material may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

正極3の厚みに制限はない。ただし、通常10nm以上、中でも50nm以上、また、通常1000nm以下、中でも300nm以下とすることが好ましい。正極3が厚すぎると透明性が低下し、高コストとなる可能性があり、薄すぎると直列抵抗が大きく、性能が低下する可能性がある。   There is no limitation on the thickness of the positive electrode 3. However, it is usually preferably 10 nm or more, especially 50 nm or more, and usually 1000 nm or less, especially 300 nm or less. If the positive electrode 3 is too thick, the transparency may be reduced and the cost may be high. If the positive electrode 3 is too thin, the series resistance may be large and the performance may be deteriorated.

〔p型半導体層〕
正極3の上には、通常、p型半導体層4が設けられる。
p型半導体層4の材料(p型半導体材料)としては、活性層9(本実施形態では、特に電子供与体層5)で生成した正孔を効率よく正極3へ輸送できるものが好ましい。そのためには、p型半導体材料は、正孔移動度が高いこと、導電率が高いこと、正極3との間の正孔注入障壁が小さいこと、活性層9(特に、本実施形態では電子供与体層5)からp型半導体層4への正孔注入障壁が小さいこと、などの性質を有することが好ましい。
[P-type semiconductor layer]
A p-type semiconductor layer 4 is usually provided on the positive electrode 3.
As a material of the p-type semiconductor layer 4 (p-type semiconductor material), a material that can efficiently transport holes generated in the active layer 9 (in particular, the electron donor layer 5 in the present embodiment) to the positive electrode 3 is preferable. For this purpose, the p-type semiconductor material has high hole mobility, high conductivity, a small hole injection barrier between the positive electrode 3 and the active layer 9 (particularly, in this embodiment, electron donation). It is preferable that the hole injection barrier from the body layer 5) to the p-type semiconductor layer 4 has a small property.

さらに、本実施形態ではp型半導体層4を通じて有機光電変換素子1の内に光を取り込むので、p型半導体材料として透明な材料を用いる。通常は光のうちでも可視光を有機光電変換素子1の内に取り込むことになるため、透明なp型半導体材料としては、当該p型半導体層4を透過する可視光の透過率が、通常60%以上、中でも80%以上となるものを用いることが好ましい。   Furthermore, in this embodiment, since light is taken into the organic photoelectric conversion element 1 through the p-type semiconductor layer 4, a transparent material is used as the p-type semiconductor material. Since visible light is usually taken into the organic photoelectric conversion element 1 among the light, the transparent p-type semiconductor material has a visible light transmittance of normally 60 through the p-type semiconductor layer 4. %, More preferably 80% or more.

さらに、有機光電変換素子1の製造コストの抑制、大面積化などを実現するためには、p型半導体材料として、有機半導体材料を用い、p型半導体層をp型有機半導体層として形成することが好ましい。   Furthermore, in order to reduce the manufacturing cost and increase the area of the organic photoelectric conversion element 1, an organic semiconductor material is used as the p-type semiconductor material, and the p-type semiconductor layer is formed as a p-type organic semiconductor layer. Is preferred.

このような観点から、p型半導体材料の好適な例を挙げると、ポルフィリン化合物又はフタロシアニン化合物が挙げられる。これらの化合物は、中心金属を有していてもよいし、無金属のものでもよい。その具体例を挙げると、29H,31H−フタロシアニン、銅(II)フタロシアニン、亜鉛(II)フタロシアニン、チタンフタロシアニンオキシド、銅(II)4,4’,4’’,4’’’−テトラアザ−29H,31H−フタロシアニン等のフタロシアニン化合物;テトラベンゾポルフィリン、テトラベンゾ銅ポルフィリン、テトラベンゾ亜鉛ポルフィリン等のポルフィリン化合物;などが挙げられる。   From this point of view, a suitable example of the p-type semiconductor material includes a porphyrin compound or a phthalocyanine compound. These compounds may have a central metal or may be metal-free. Specific examples thereof include 29H, 31H-phthalocyanine, copper (II) phthalocyanine, zinc (II) phthalocyanine, titanium phthalocyanine oxide, copper (II) 4,4 ′, 4 ″, 4 ′ ″-tetraaza-29H. , 31H-phthalocyanine and the like; and porphyrin compounds such as tetrabenzoporphyrin, tetrabenzocopper porphyrin, and tetrabenzozinc porphyrin;

また、ポルフィリン化合物及びフタロシアニン化合物以外の好ましいp型半導体材料の例としては、正孔輸送性高分子にドーパントを混合した系が挙げられる。この場合、正孔輸送性高分子の例としては、ポリ(エチレンジオキシチオフェン)、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなどが挙げられる。一方、ドーパントの例としては、ヨウ素;ポリ(スチレンスルホン酸)、カンファースルホン酸等の酸;PF5、AsF5、FeCl3等のルイス酸;などが挙げられる。
なお、p型半導体材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
Examples of preferable p-type semiconductor materials other than porphyrin compounds and phthalocyanine compounds include a system in which a dopant is mixed with a hole transporting polymer. In this case, examples of the hole transporting polymer include poly (ethylenedioxythiophene), polythiophene, polyaniline, polypyrrole, and the like. On the other hand, examples of the dopant include iodine; acids such as poly (styrene sulfonic acid) and camphor sulfonic acid; Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 and FeCl 3 ;
In addition, a p-type semiconductor material may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

p型半導体層4の厚みに制限はない。ただし、通常3nm以上、中でも10nm以上、また、通常200nm以下、中でも100nm以下とすることが好ましい。p型半導体層4が厚すぎると透過率が低下したり、直列抵抗が増大したりする可能性があり、薄すぎると不均一な膜となる可能性がある。   There is no limitation on the thickness of the p-type semiconductor layer 4. However, it is usually preferably 3 nm or more, especially 10 nm or more, and usually 200 nm or less, especially 100 nm or less. If the p-type semiconductor layer 4 is too thick, the transmittance may decrease or the series resistance may increase. If the p-type semiconductor layer 4 is too thin, a non-uniform film may be formed.

〔電子供与体層〕
活性層9を構成する層のうち、電子供与体層5は、電子供与体を含んで形成された層であり、p型半導体層4の上に設けられている。電子供与体層5に含有される電子供与体は、可視光の光を効率よく吸収すること、光で誘起された正孔を効率よく輸送するために高い移動度を有すること等の性質を有することが好ましい。更に、前記の一般的要求以外に、屋外用の応用を考えた場合、電子供与体は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは150℃以上の耐熱性を有することが好ましい。
(Electron donor layer)
Of the layers constituting the active layer 9, the electron donor layer 5 is a layer formed including an electron donor, and is provided on the p-type semiconductor layer 4. The electron donor contained in the electron donor layer 5 has properties such as efficiently absorbing visible light and having high mobility to efficiently transport light-induced holes. It is preferable. Furthermore, in addition to the general requirements described above, when considering outdoor applications, the electron donor preferably has a heat resistance of usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher.

このような電子供与体としては、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物が挙げられる。そして、本実施形態の有機光電変換素子1においては、この本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を、電子供与体として電子供与体層5に含有させるようにする。なお、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   Examples of such electron donors include benzoporphyrin compounds according to the present invention. And in the organic photoelectric conversion element 1 of this embodiment, the benzoporphyrin compound according to the present invention is contained in the electron donor layer 5 as an electron donor. In addition, the benzoporphyrin compound concerning this invention may use only 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

さらに、電子供与体層5においては、本発明の効果を著しく損なわない限り、その他の電子供与体を含有していてもかまわない。その例を挙げると、ナフタセン、ペンタセン、ピレン、フラーレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のオリゴマー類;フタロシアニン、ポルフィリン等の大環状化合物;α−セキシチオフェン、ジアルキルセキシチオフェン、に代表される、チオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾチアゾール環を合計4個以上連結したもの;アントラジチオフェン、ジベンゾチエノビスチオフェン、α,α’−ビス(ジチエノ[3,2−b’:2’,3’−d]チオフェン)等の縮合チオフェン及びその誘導体;ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリチエニレンビニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリンなどが挙げられる。中でも、レジオレギュラーポリチオフェンのような自己組織化を示すものや、ポリフルオレンやその共重合体に代表される液晶性を示す高分子が好ましい。なお、その他の電子供与体も、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   Furthermore, the electron donor layer 5 may contain other electron donors as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. For example, condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene, pyrene and fullerene; oligomers such as α-sexithiophene; macrocyclic compounds such as phthalocyanine and porphyrin; α-sexithiophene and dialkylsexithiophene And oligothiophenes containing four or more thiophene rings represented by the above; those having a total of four or more thiophene rings, benzene rings, fluorene rings, naphthalene rings, anthracene rings, thiazole rings, thiadiazole rings, and benzothiazole rings; Condensed thiophene such as anthradithiophene, dibenzothienobisthiophene, α, α′-bis (dithieno [3,2-b ′: 2 ′, 3′-d] thiophene) and derivatives thereof; polythiophene, polyfluorene, polythieni Lembinylene, polyphenylenevinylene, polyphe Ren, polyacetylene, polypyrrole, polyaniline, and the like. Among these, polymers exhibiting self-organization such as regioregular polythiophene, and polymers exhibiting liquid crystallinity represented by polyfluorene and copolymers thereof are preferable. In addition, only 1 type may be used also for another electron donor, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

ただし、電子供与体層5に本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を含有させる場合には、電子供与体として、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を多く使用することが好ましい。具体的には、電子供与体のうち、通常50重量%以上、中でも70重量%以上、更には90重量%以上が本発明に係るベンゾポルフィリン化合物であることが好ましく、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物のみを用いることが特に好ましい。本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を用いた利点を有効に発揮させるためである。   However, when the electron donor layer 5 contains the benzoporphyrin compound according to the present invention, it is preferable to use a large amount of the benzoporphyrin compound according to the present invention as the electron donor. Specifically, it is preferable that 50% by weight or more, particularly 70% by weight or more, more preferably 90% by weight or more of the electron donor is the benzoporphyrin compound according to the present invention, and the benzoporphyrin compound according to the present invention. It is particularly preferable to use only. This is because the advantage of using the benzoporphyrin compound according to the present invention is effectively exhibited.

電子供与体層5の厚みに制限はない。ただし、通常5nm以上、中でも10nm以上、また、通常500nm以下、中でも200nm以下とすることが好ましい。電子供与体層5が厚すぎると直列抵抗が大きくなる可能性があり、薄すぎると光電変換に必要な光吸収が十分得られない可能性がある。   The thickness of the electron donor layer 5 is not limited. However, it is usually preferably 5 nm or more, especially 10 nm or more, and usually 500 nm or less, especially 200 nm or less. If the electron donor layer 5 is too thick, the series resistance may increase, and if it is too thin, the light absorption necessary for photoelectric conversion may not be sufficiently obtained.

〔電子受容体層〕
一方、活性層9を構成する層のうち、電子受容体層6は、電子受容体を含んで形成された層であり、電子供与体層5の上に設けられている。電子受容体層6に含有される電子受容体は、電子供与体との接合界面で生成した電子を、効率よく電荷分離させてn型半導体層7へと輸送する働きを担うものである。
(Electron acceptor layer)
On the other hand, among the layers constituting the active layer 9, the electron acceptor layer 6 is a layer formed including an electron acceptor, and is provided on the electron donor layer 5. The electron acceptor contained in the electron acceptor layer 6 has a function of efficiently separating the electrons generated at the bonding interface with the electron donor and transporting them to the n-type semiconductor layer 7.

電子供与体層5から効率良く電子受容体層6へと電子を移動させるためには、各電子供与体層5及び電子受容体層6に用いられる材料の最低空軌道(LUMO)の相対関係が重要である。具体的には、電子供与体層5の材料である電子供与体のLUMOが、電子受容体層6の材料である電子受容体のLUMOより所定のエネルギーだけ上にあること、言い換えると、電子受容体の電子親和力が電子供与体の電子親和力より所定のエネルギーだけ大きいことが好ましい。前記の所定のエネルギーの値は用途により様々であるが、通常0.1eV以上、好ましくは0.2eV以上、より好ましくは0.3eV以上、また、通常0.6eV以下、好ましくは0.4eV以下である。   In order to efficiently transfer electrons from the electron donor layer 5 to the electron acceptor layer 6, the relative relationship between the minimum empty orbit (LUMO) of the materials used for each electron donor layer 5 and the electron acceptor layer 6 is is important. Specifically, the LUMO of the electron donor that is the material of the electron donor layer 5 is higher than the LUMO of the electron acceptor that is the material of the electron acceptor layer 6 by a predetermined energy, in other words, the electron acceptor. It is preferable that the electron affinity of the body is larger than the electron affinity of the electron donor by a predetermined energy. The value of the predetermined energy varies depending on the application, but is usually 0.1 eV or more, preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.3 eV or more, and usually 0.6 eV or less, preferably 0.4 eV or less. It is.

このような条件を満たす電子受容体としては、例えば、フラーレン化合物が挙げられる。中でも好ましいフラーレン化合物の具体例としては、以下のものが挙げられる。

Figure 0005243714
Examples of the electron acceptor that satisfies such conditions include a fullerene compound. Among these, specific examples of preferable fullerene compounds include the following.
Figure 0005243714

前記のようなフラーレン化合物を電子受容体として用いると、有機光電変換素子1が、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を含む電子供与体層5と、フラーレン化合物を含む電子受容体層6とを備えることになる。この場合、光電変換特性が改善されるため、特に好ましい。   When the fullerene compound as described above is used as an electron acceptor, the organic photoelectric conversion element 1 includes the electron donor layer 5 containing the benzoporphyrin compound according to the present invention and the electron acceptor layer 6 containing the fullerene compound. become. In this case, the photoelectric conversion characteristics are improved, which is particularly preferable.

また、電子受容体としては、フラーレン化合物以外のものを、フラーレン化合物とともに併用したり、フラーレン化合物に代えて使用したりしてもよい。ただし、電子受容体層6にフラーレン化合物を含有させる場合には、電子受容体として、フラーレン化合物を多く使用することが好ましい。具体的には、電子受容体のうち、通常50重量%以上、中でも70重量%以上、更には90重量%以上がフラーレン化合物であることが好ましく、フラーレン化合物のみを用いることが特に好ましい。フラーレン化合物を用いた利点を有効に発揮させるためである。   Moreover, as an electron acceptor, things other than a fullerene compound may be used together with a fullerene compound, or may be used in place of a fullerene compound. However, when the electron acceptor layer 6 contains a fullerene compound, it is preferable to use a lot of fullerene compounds as the electron acceptor. Specifically, among the electron acceptors, usually 50% by weight or more, particularly 70% by weight or more, more preferably 90% by weight or more is preferably a fullerene compound, and it is particularly preferable to use only a fullerene compound. This is because the advantage of using the fullerene compound is effectively exhibited.

なお、電子受容体は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
電子受容体層6の厚みに制限はない。ただし、通常5nm以上、中でも10nm以上、また、通常500nm以下、中でも200nm以下とすることが好ましい。電子受容体層6が厚すぎると直列抵抗が大きくなる可能性があり、薄すぎると被覆率が悪くなる可能性がある。
In addition, an electron acceptor may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
There is no limitation on the thickness of the electron acceptor layer 6. However, it is usually preferably 5 nm or more, especially 10 nm or more, and usually 500 nm or less, especially 200 nm or less. If the electron acceptor layer 6 is too thick, the series resistance may be increased, and if it is too thin, the coverage may be deteriorated.

〔n型半導体層〕
電子受容体層6の上には、通常、n型半導体層7が設けられる。このn型半導体層7に求められる役割は、活性層9(即ち、電子供与体層5及び電子受容体層6)で光を吸収して生成する励起子(エキシトン)が負極8により消光されるのを防ぐことにある。そのためには、電子供与体及び電子受容体が有する光学的ギャップより大きい光学的ギャップを、n型半導体層7の材料(n型半導体材料)が有することが好ましい。
[N-type semiconductor layer]
An n-type semiconductor layer 7 is usually provided on the electron acceptor layer 6. The role required for the n-type semiconductor layer 7 is that the exciton (exciton) generated by absorbing light in the active layer 9 (that is, the electron donor layer 5 and the electron acceptor layer 6) is quenched by the negative electrode 8. It is to prevent. For that purpose, it is preferable that the material of the n-type semiconductor layer 7 (n-type semiconductor material) has an optical gap larger than that of the electron donor and the electron acceptor.

このような観点から、n型半導体材料の好適な例を挙げると、フェナントロリン誘導体、シロール誘導体等の電子輸送性を示す有機化合物;TiO2等の無機半導体などが挙げられる。なお、n型半導体材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 From this point of view, preferable examples of n-type semiconductor materials include organic compounds exhibiting electron transport properties such as phenanthroline derivatives and silole derivatives; inorganic semiconductors such as TiO 2 . In addition, n type semiconductor material may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

n型半導体層7の厚みに制限はない。ただし、通常2nm以上、中でも5nm以上、また、通常200nm以下、中でも100nm以下とすることが好ましい。n型半導体層7をこのような範囲の厚みに形成することにより、正極3より入射した光が活性層9で吸収されずに透過した場合、負極8で反射されて再び活性層9に戻ることによる光干渉効果を活用することが可能である。   There is no limitation on the thickness of the n-type semiconductor layer 7. However, it is preferably 2 nm or more, particularly 5 nm or more, and usually 200 nm or less, particularly 100 nm or less. By forming the n-type semiconductor layer 7 in such a thickness range, when light incident from the positive electrode 3 is transmitted without being absorbed by the active layer 9, it is reflected by the negative electrode 8 and returns to the active layer 9 again. It is possible to utilize the optical interference effect by

〔負極〕
n型半導体層7上には、負極8が形成されている。この負極8は、活性層9で電荷分離した電子を、n型半導体層7を通して受け取る役割を果たす電極である。
負極8の材料(負極材料)は導電性を有していれば本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。ただし、効率よく電子収集を行なうには、n型半導体層7とコンタクトのよい金属を用いることが好ましい。
[Negative electrode]
A negative electrode 8 is formed on the n-type semiconductor layer 7. The negative electrode 8 is an electrode that plays a role of receiving electrons separated in the active layer 9 through the n-type semiconductor layer 7.
The material of the negative electrode 8 (negative electrode material) is arbitrary as long as it has conductivity, as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, in order to collect electrons efficiently, it is preferable to use a metal having good contact with the n-type semiconductor layer 7.

このような観点から、負極材料の好適な例を挙げると、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属又はそれらの合金が用いられる。
さらに、負極8とn型半導体層7の界面に、例えばLiF、MgF2、Li2O等の極薄絶縁膜(0.1〜5nm)を挿入することも、有機光電変換素子1の効率を向上させる有効な方法である。
From this point of view, a suitable example of the negative electrode material is an appropriate metal such as magnesium, indium, calcium, aluminum, silver, or an alloy thereof.
Furthermore, inserting an ultra-thin insulating film (0.1-5 nm) such as LiF, MgF 2 , Li 2 O, for example, at the interface between the negative electrode 8 and the n-type semiconductor layer 7 also increases the efficiency of the organic photoelectric conversion element 1. It is an effective way to improve.

負極8の厚みに制限はない。ただし、通常10nm以上、中でも50nm以上、また、通常1000nm以下、中でも500nm以下とすることが好ましい。負極8が厚すぎるとプロセスに時間がかかったりコストが高くなったりするため実用上好ましくなくなる可能性があり、薄すぎると直列抵抗が大きくなり効率が低下する可能性がある。   There is no limitation on the thickness of the negative electrode 8. However, it is usually preferably 10 nm or more, especially 50 nm or more, and usually 1000 nm or less, especially 500 nm or less. If the negative electrode 8 is too thick, the process takes time and costs may increase, which may be undesirable in practice, and if it is too thin, the series resistance may increase and efficiency may decrease.

〔製造方法〕
本実施形態の有機光電変換素子1は、電子供与体層5を形成する工程において、本発明に係る可溶性前駆体を、熱変換により、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換する工程を経て製造することができる。具体的な製造方法は、例えば、以下のとおりである。
〔Production method〕
The organic photoelectric conversion element 1 of this embodiment is manufactured through a step of converting the soluble precursor according to the present invention into the benzoporphyrin compound according to the present invention by thermal conversion in the step of forming the electron donor layer 5. be able to. A specific manufacturing method is as follows, for example.

まず、基板2を用意し、その上に正極3を形成する(正極形成工程)。正極3の形成方法に制限はないが、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法などにより形成することができる。   First, the substrate 2 is prepared, and the positive electrode 3 is formed thereon (positive electrode forming step). Although there is no restriction | limiting in the formation method of the positive electrode 3, For example, it can form by sputtering method, a vacuum evaporation method, etc.

次いで、正極3上に、p型半導体層4を形成する(p型半導体層形成工程)。p型半導体層4の形成方法に制限はないが、例えば、昇華性を有するp型半導体材料を用いる場合は真空蒸着法などにより形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶なp型半導体材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法などにより形成することができる。   Next, the p-type semiconductor layer 4 is formed on the positive electrode 3 (p-type semiconductor layer forming step). Although there is no restriction | limiting in the formation method of the p-type semiconductor layer 4, For example, when using the p-type semiconductor material which has sublimation property, it can form by a vacuum evaporation method etc. In addition, for example, when a p-type semiconductor material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or ink jet.

そして、p型半導体層4の上に、電子供与体層5を形成する(電子供与体層形成工程)。電子供与体層5を形成する際には、まず、本発明に係る可溶性前駆体を溶媒に溶解させて前駆体溶液を用意する。この際、可溶性前駆体は、電子供与体層5に含有させるベンゾポルフィリン化合物に対応したものを用いる。なお、可溶性前駆体は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   Then, the electron donor layer 5 is formed on the p-type semiconductor layer 4 (electron donor layer forming step). When forming the electron donor layer 5, first, the soluble precursor according to the present invention is dissolved in a solvent to prepare a precursor solution. At this time, a soluble precursor corresponding to the benzoporphyrin compound contained in the electron donor layer 5 is used. In addition, only 1 type may be used for a soluble precursor and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

また、前駆体溶液に用いる溶媒の種類は、電子供与体層5が得られる限り任意であるが、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、クロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル等のエステル類;ピリジン、キノリン等の含窒素有機溶媒類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン等のハロゲン化炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;などを用いることができる。なお、溶媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   The type of the solvent used in the precursor solution is arbitrary as long as the electron donor layer 5 is obtained. For example, aromatic hydrocarbons such as toluene, benzene, xylene, chlorobenzene; methanol, ethanol, propanol, butanol Lower alcohols such as acetone; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone and cyclohexanone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate and methyl lactate; nitrogen-containing organic solvents such as pyridine and quinoline; chloroform, methylene chloride and dichloroethane , Halogenated hydrocarbons such as trichloroethane and trichloroethylene; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran and dioxane; amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; In addition, only 1 type may be used for a solvent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

前駆体溶液中の可溶性前駆体の濃度は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.1g/L以上、好ましくは0.5g/L以上、より好ましくは1g/L以上、また、通常1000g/L以下、好ましくは500g/L以下、より好ましくは200g/L以下である。   The concentration of the soluble precursor in the precursor solution is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 0.1 g / L or more, preferably 0.5 g / L or more, more preferably 1 g / L or more, Moreover, it is 1000 g / L or less normally, Preferably it is 500 g / L or less, More preferably, it is 200 g / L or less.

その後、用意した前駆体溶液をp型半導体層4に塗布し、塗膜(塗布層、前駆体層)を形成させる。塗布する際の方法に制限はなく、例えば、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、インクジェット法等を用いることができる。   Then, the prepared precursor solution is apply | coated to the p-type semiconductor layer 4, and a coating film (application layer, precursor layer) is formed. There is no restriction | limiting in the method at the time of application | coating, For example, a spin coat method, a dip coat method, a spray coat method, an inkjet method etc. can be used.

そして、この塗布層を加熱処理する。これにより、本発明に係る可溶性前駆体は、熱変換により、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換されるので、前記塗布層を電子供与体層5に変換できる。熱変換の際の温度、圧力、時間、雰囲気等の条件は、[2.ベンゾポルフィリン化合物の可溶性前駆体]の項で上述したとおりである。なお、熱変換を行なう前に、塗布層から溶媒を乾燥・除去してもよい。その場合、塗布層はアモルファス又はアモルファスに近い良好な層となる。
なお、電子供与体として本発明に係るベンゾポルフィリン化合物以外のものを併用する場合には、前記の溶液に、併用する電子供与体を溶解又は分散させておけばよい。
And this application layer is heat-processed. Thereby, since the soluble precursor which concerns on this invention is converted into the benzoporphyrin compound which concerns on this invention by heat conversion, the said coating layer can be converted into the electron donor layer 5. FIG. Conditions such as temperature, pressure, time, and atmosphere during heat conversion are described in [2. As described above in the section of soluble precursor of benzoporphyrin compound]. In addition, before performing heat conversion, you may dry and remove a solvent from an application layer. In that case, the coating layer is amorphous or a good layer close to amorphous.
In addition, when using things other than the benzoporphyrin compound concerning this invention as an electron donor together, what is necessary is just to dissolve or disperse | distribute the electron donor used together in the said solution.

このように、本発明に係る可溶性前駆体を熱変換して、平面性が高い分子構造を有するベンゾポルフィリン化合物の層を形成することで、結晶化と薄膜形状を制御することが可能となる。このため、電子供与体層5における正孔移動度を高めること、及び、電子供与体層5と電子受容体層6との接触を極大化することができる。そして、これにより、製造される有機光電変換素子1の光電変換特性を従来よりも向上させることが可能になっていると推察される。   As described above, the soluble precursor according to the present invention is thermally converted to form a layer of a benzoporphyrin compound having a highly planar molecular structure, whereby crystallization and a thin film shape can be controlled. For this reason, the hole mobility in the electron donor layer 5 can be increased, and the contact between the electron donor layer 5 and the electron acceptor layer 6 can be maximized. And it is guessed by this that the photoelectric conversion characteristic of the manufactured organic photoelectric conversion element 1 can be improved compared with the past.

電子供与体層5の形成後、電子受容体層6を形成する(電子受容体層形成工程)。電子受容体層6の形成方法に制限はないが、例えば、電子受容体を湿式塗布方法又は真空蒸着法により電子供与体層5の上に積層して形成することが好ましい。   After the formation of the electron donor layer 5, the electron acceptor layer 6 is formed (electron acceptor layer forming step). Although there is no restriction | limiting in the formation method of the electron acceptor layer 6, For example, it is preferable to form an electron acceptor by laminating | stacking on the electron donor layer 5 with a wet coating method or a vacuum evaporation method.

湿式塗布方法は、電子受容体が可溶性である場合に採用できる方法である。この方法を用いる場合、次のようにして液相から塗布法で電子受容体層6を形成することが好ましい。即ち、まず、電子受容体を含む電子受容体溶液を用意する。電子受容体溶液に用いる溶媒の種類は、電子受容体層6が得られる限り任意であるが、例えば、前記前駆体溶液に用いる溶媒と同様の溶媒などを用いることができる。なお、溶媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   The wet coating method is a method that can be adopted when the electron acceptor is soluble. When this method is used, it is preferable to form the electron acceptor layer 6 from the liquid phase by a coating method as follows. That is, first, an electron acceptor solution containing an electron acceptor is prepared. The type of the solvent used for the electron acceptor solution is arbitrary as long as the electron acceptor layer 6 is obtained. For example, the same solvent as the solvent used for the precursor solution can be used. In addition, only 1 type may be used for a solvent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

電子受容体溶液中の電子受容体の濃度は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.1g/L以上、好ましくは1g/L以上、より好ましくは5g/L以上、また、通常1000g/L以下、好ましくは500g/L以下、より好ましくは200g/L以下である。   The concentration of the electron acceptor in the electron acceptor solution is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 0.1 g / L or more, preferably 1 g / L or more, more preferably 5 g / L or more, Usually, it is 1000 g / L or less, preferably 500 g / L or less, more preferably 200 g / L or less.

その後、用意した電子受容体溶液を、可溶性前駆体から熱変換したベンゾポルフィリン化合物からなる電子供与体層5に塗布し、塗布層を形成させる。そして、この塗布層から溶媒を乾燥・除去することにより、電子受容体層6が形成される。   Thereafter, the prepared electron acceptor solution is applied to the electron donor layer 5 made of a benzoporphyrin compound thermally converted from a soluble precursor to form a coating layer. Then, the electron acceptor layer 6 is formed by drying and removing the solvent from the coating layer.

熱変換により結晶化したベンゾポルフィリン化合物の薄膜形状は非常に小さい結晶子からなるため、前記の塗布方法により電子受容体層6を形成することにより、電子受容体が電子供与体層5の各結晶子間に浸入することが考えられる。したがって、結果として、電子供与体及び電子受容体の接触面積が大きくなり、変換効率及び光電流の増大が実現でき、良好な光電変換特性を発現させることが可能となる。   Since the thin-film shape of the benzoporphyrin compound crystallized by heat conversion is composed of very small crystallites, the electron acceptor is formed into each crystal of the electron donor layer 5 by forming the electron acceptor layer 6 by the above coating method. It is possible to intrude between the children. Accordingly, as a result, the contact area between the electron donor and the electron acceptor is increased, conversion efficiency and photocurrent can be increased, and good photoelectric conversion characteristics can be exhibited.

一方、真空蒸着法を用いる場合には、電子供与体層5の形成後に電子受容体を真空蒸着により積層してもよいが、以下に説明する方法により、電子供与体層5とともに電子受容体層6を一連の工程で形成することが好ましい。即ち、電子供与体層形成工程において説明したのと同様にして、塗布法により、本発明に係る可溶性前駆体の層を形成する工程を行なう。なお、この層は、溶媒を除去したものでもよく、溶媒を含んでいてもよい。次いで、真空蒸着により、前記の可溶性前駆体の層の上に電子受容体を積層し、電子受容体層6を形成する工程を行なう。その後、加熱処理を行なって熱変換により可溶性前駆体をベンゾポルフィリン化合物に変換して、電子供与体層5を形成する。   On the other hand, when the vacuum deposition method is used, the electron acceptor may be stacked by vacuum deposition after the formation of the electron donor layer 5, but the electron acceptor layer 5 and the electron acceptor layer 5 are formed by the method described below. 6 is preferably formed in a series of steps. That is, in the same manner as described in the electron donor layer forming step, a step of forming a layer of the soluble precursor according to the present invention is performed by a coating method. In addition, this layer may remove the solvent, and may contain the solvent. Next, a step of forming an electron acceptor layer 6 is performed by depositing an electron acceptor on the soluble precursor layer by vacuum deposition. Thereafter, a heat treatment is performed to convert the soluble precursor into a benzoporphyrin compound by heat conversion, and the electron donor layer 5 is formed.

この方法によれば、可溶性前駆体がベンゾポルフィリン化合物に変換することにより結晶化が進行するが、この結晶化の際に電子受容体層6も含めて分子の再配列が生じる。このため、最終的に、電子供与体層5と電子受容体層6との境界は両方の層が相互に拡散侵入した構造となり、電子供与体と電子受容体との接触面積は大きくなり、光電変換特性が向上することになる。   According to this method, crystallization proceeds by converting the soluble precursor into a benzoporphyrin compound, and molecular rearrangement including the electron acceptor layer 6 occurs during the crystallization. Therefore, finally, the boundary between the electron donor layer 5 and the electron acceptor layer 6 has a structure in which both layers diffuse and penetrate each other, the contact area between the electron donor and the electron acceptor increases, Conversion characteristics will be improved.

電子受容体層6の形成後、n型半導体層7を形成する(n型半導体層形成工程)。n型半導体層7の形成方法に制限はないが、例えば、p型半導体層4と同様に、真空蒸着法または湿式塗布方法により形成することができる。   After the electron acceptor layer 6 is formed, an n-type semiconductor layer 7 is formed (n-type semiconductor layer forming step). Although there is no restriction | limiting in the formation method of the n-type semiconductor layer 7, For example, similarly to the p-type semiconductor layer 4, it can form by the vacuum evaporation method or the wet apply | coating method.

その後、n型半導体層7上に負極8を形成する(負極形成工程)。負極8の形成方法に制限はないが、例えば、正極3と同様に、スパッタリング法、真空蒸着法などにより形成することができる。
以上の工程により、本実施形態の有機光電変換素子1を製造することができる。
Thereafter, the negative electrode 8 is formed on the n-type semiconductor layer 7 (negative electrode forming step). Although there is no restriction | limiting in the formation method of the negative electrode 8, For example, similarly to the positive electrode 3, it can form by sputtering method, a vacuum evaporation method, etc.
The organic photoelectric conversion element 1 of this embodiment can be manufactured by the above process.

〔本実施形態の有機光電変換素子の主な利点〕
本実施形態の有機光電変換素子1は以上のように構成されているので、光を取り込み、活性層9で正孔及び電子を生成し、これらを正極3及び負極8に取り出すことができるようになっている。この場合において、本実施形態の有機光電変換素子1は、従来の有機光電変換素子と比較して、電子供与体と電子受容体との接触面積を増大させ、移動度を向上させているため、光電変換特性に優れている。
[Main advantages of the organic photoelectric conversion element of this embodiment]
Since the organic photoelectric conversion element 1 of the present embodiment is configured as described above, it can take in light, generate holes and electrons in the active layer 9, and extract them to the positive electrode 3 and the negative electrode 8. It has become. In this case, the organic photoelectric conversion element 1 of the present embodiment increases the contact area between the electron donor and the electron acceptor and improves the mobility as compared with the conventional organic photoelectric conversion element. Excellent photoelectric conversion characteristics.

本実施形態の有機光電変換素子1が発揮する光電変換特性の具体的な値は任意である。ただし、具体的な指標としては、以下の指標のうち少なくとも1つ、中でも全てを満たすことが好ましい。   The specific value of the photoelectric conversion characteristic exhibited by the organic photoelectric conversion element 1 of the present embodiment is arbitrary. However, as specific indexes, it is preferable to satisfy at least one of the following indexes, and all of them.

即ち、本実施形態の有機光電変換素子1において、開放電圧(Voc)は、通常0.3V以上、好ましくは0.4V以上、より好ましくは0.5V以上である。なお、上限に制限はない。   That is, in the organic photoelectric conversion element 1 of the present embodiment, the open circuit voltage (Voc) is usually 0.3 V or higher, preferably 0.4 V or higher, more preferably 0.5 V or higher. There is no limit on the upper limit.

本実施形態の有機光電変換素子1において、短絡電流(Jsc)は、通常1mA/cm2以上、好ましくは3mA/cm2以上、より好ましくは5mA/cm2以上である。なお、上限に制限はない。 In the organic photoelectric conversion element 1 of the present embodiment, the short circuit current (Jsc) is usually 1 mA / cm 2 or more, preferably 3 mA / cm 2 or more, more preferably 5 mA / cm 2 or more. There is no limit on the upper limit.

本実施形態の有機光電変換素子1において、エネルギー変換効率(ηp)は、通常0.5%以上、好ましくは1.0%以上、より好ましくは1.5%以上である。なお、上限に制限はない。   In the organic photoelectric conversion element 1 of the present embodiment, the energy conversion efficiency (ηp) is usually 0.5% or more, preferably 1.0% or more, and more preferably 1.5% or more. There is no limit on the upper limit.

本実施形態の有機光電変換素子1において、形状因子(FF)は、通常0.3以上、好ましくは0.4以上、より好ましくは0.5以上である。なお、上限に制限はない。   In the organic photoelectric conversion element 1 of the present embodiment, the form factor (FF) is usually 0.3 or more, preferably 0.4 or more, more preferably 0.5 or more. There is no limit on the upper limit.

なお、前記の開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、エネルギー変換効率(ηp)及び形状因子(FF)は、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cm2の照射強度で有機光電変換素子1に照射して、電圧−電流特性を測定することにより測定した値である。 The open-circuit voltage (Voc), short-circuit current (Jsc), energy conversion efficiency (ηp), and form factor (FF) were measured using organic simulators with a solar simulator (AM1.5G) light intensity of 100 mW / cm 2. It is a value measured by irradiating the conversion element 1 and measuring voltage-current characteristics.

〔その他〕
本実施形態の有機光電変換素子1は、上述した構成を、更に変更して実施することもできる。
例えば、基板2は、負極8の側に形成してもよく、正極3及び負極8の両方の側に形成してもよい。
また、例えば、p型又はn型半導体層4,7は設けなくてもよい。その場合、正極3及び負極8は、前記のp型又はn型半導体層4,7を介さずに、活性層9から生成した正孔及び電子を受け取る役割を果たすことになる。
[Others]
The organic photoelectric conversion element 1 of the present embodiment can be implemented by further changing the configuration described above.
For example, the substrate 2 may be formed on the negative electrode 8 side, or may be formed on both the positive electrode 3 and the negative electrode 8 sides.
For example, the p-type or n-type semiconductor layers 4 and 7 may not be provided. In that case, the positive electrode 3 and the negative electrode 8 play a role of receiving holes and electrons generated from the active layer 9 without passing through the p-type or n-type semiconductor layers 4 and 7.

さらに、例えば、第1実施形態では正極3の側から光を取り込むようにしたが、負極8の側からであってもよい。その場合、正極3及び負極8の少なくとも一方、並びに、p型半導体4及びn型半導体層7の少なくとも一方を透明にするため、n型半導体7及び負極8は透明に形成する。
また、例えば、有機光電変換素子1を構成する各層においては、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した構成材料以外の成分を、1種又は2種以上含有していてもかまわない。
Furthermore, for example, in the first embodiment, light is taken in from the positive electrode 3 side, but may be from the negative electrode 8 side. In that case, in order to make at least one of the positive electrode 3 and the negative electrode 8 and at least one of the p-type semiconductor 4 and the n-type semiconductor layer 7 transparent, the n-type semiconductor 7 and the negative electrode 8 are formed transparently.
For example, each layer constituting the organic photoelectric conversion element 1 may contain one or more components other than the above-described constituent materials as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.

さらに、例えば、有機光電変換素子1は、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述した基板2、正極3、p型半導体層4、電子供与体層5、電子受容体層6、n型半導体層7及び負極8以外の層や構成要素を備えていてもよい。具体例としては、負極8を覆うように、保護層(図示せず)を形成してもよい。   Further, for example, the organic photoelectric conversion element 1 has the above-described substrate 2, positive electrode 3, p-type semiconductor layer 4, electron donor layer 5, electron acceptor layer 6, and n-type semiconductor unless the effects of the present invention are significantly impaired. Layers and components other than the layer 7 and the negative electrode 8 may be provided. As a specific example, a protective layer (not shown) may be formed so as to cover the negative electrode 8.

また、例えば、有機光電変換素子1の製造方法において、可溶性前駆体に熱変換を生じさせる加熱処理は、可溶性前駆体の層の形成後であればいつ行なってもよい。具体例を挙げると、p型半導体層4の上に可溶性前駆体の層を形成し、その後、熱変換を行なわずにその上に電子受容体層6、n型半導体層7及び負極8を形成し、最後に、加熱処理を行なうようにしてもよい。   Further, for example, in the method for producing the organic photoelectric conversion element 1, the heat treatment for causing the soluble precursor to undergo thermal conversion may be performed any time after the formation of the soluble precursor layer. As a specific example, a soluble precursor layer is formed on the p-type semiconductor layer 4, and then the electron acceptor layer 6, the n-type semiconductor layer 7 and the negative electrode 8 are formed thereon without performing thermal conversion. And finally, you may make it heat-process.

[3−3.第2実施形態]
図2に、本発明の第2実施形態としての有機光電変換素子の模式的な断面図を示す。この図2に示すように、本実施形態の有機光電変換素子10は、基板2と、正極3と、p型半導体層4と、電子供与体層5と、活性層11と、n型半導体層7と、負極8とを備える。即ち、電子受容体層6に代えて活性層11が設けられているほかは、第1実施形態の有機光電変換素子1と同様の構成になっている。
[3-3. Second Embodiment]
In FIG. 2, typical sectional drawing of the organic photoelectric conversion element as 2nd Embodiment of this invention is shown. As shown in FIG. 2, the organic photoelectric conversion element 10 of this embodiment includes a substrate 2, a positive electrode 3, a p-type semiconductor layer 4, an electron donor layer 5, an active layer 11, and an n-type semiconductor layer. 7 and a negative electrode 8. That is, the configuration is the same as that of the organic photoelectric conversion element 1 of the first embodiment except that the active layer 11 is provided instead of the electron acceptor layer 6.

〔基板、正極及びp型半導体層〕
基板2、正極3及びp型半導体層4については、第1実施形態と同様である。
[Substrate, positive electrode and p-type semiconductor layer]
The substrate 2, the positive electrode 3, and the p-type semiconductor layer 4 are the same as in the first embodiment.

〔電子供与体層〕
電子供与体層5については、その構成は第1実施形態と同様である。ただし、この電子供与体層5は、活性層11とは別の層として形成されたものである。
(Electron donor layer)
The configuration of the electron donor layer 5 is the same as that of the first embodiment. However, the electron donor layer 5 is formed as a layer different from the active layer 11.

このような活性層11とは別に形成された電子供与体層5では、第1実施形態と同様に、電子供与体として本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を用いる。これにより、電子供与体層5は、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を含むベンゾポルフィリン化合物層として機能する。即ち、有機光電変換素子10は、活性層11、及び、当該活性層11と正極3(p型半導体層4を有する場合は、p型半導体層4)との間に形成されたベンゾポルフィリン化合物層を備えることになる。   In the electron donor layer 5 formed separately from the active layer 11 as described above, the benzoporphyrin compound according to the present invention is used as the electron donor, as in the first embodiment. Thereby, the electron donor layer 5 functions as a benzoporphyrin compound layer containing the benzoporphyrin compound according to the present invention. That is, the organic photoelectric conversion element 10 includes an active layer 11 and a benzoporphyrin compound layer formed between the active layer 11 and the positive electrode 3 (or the p-type semiconductor layer 4 when the p-type semiconductor layer 4 is provided). Will be provided.

〔活性層〕
本実施形態の活性層11は、電子供与体及び電子受容体を同じ層内に含有する混合活性層である。したがって、この活性層11は、電子供与体層として機能するとともに、電子受容体層としても機能している。
活性層11に用いる電子受容体は、第1実施形態の電子受容体層6に用いた電子受容体と同様である。
[Active layer]
The active layer 11 of this embodiment is a mixed active layer containing an electron donor and an electron acceptor in the same layer. Accordingly, the active layer 11 functions as an electron donor layer and also functions as an electron acceptor layer.
The electron acceptor used for the active layer 11 is the same as the electron acceptor used for the electron acceptor layer 6 of the first embodiment.

一方、活性層11に用いる電子供与体に制限はなく任意の電子供与体を用いることが可能である。この際、電子供与体は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。したがって、活性層11の電子供与体として、第1実施形態と同様に本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を用いることも可能である。   On the other hand, the electron donor used for the active layer 11 is not limited and any electron donor can be used. At this time, the electron donor may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio. Therefore, the benzoporphyrin compound according to the present invention can be used as the electron donor of the active layer 11 as in the first embodiment.

しかし、本実施形態では、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物以外の電子供与体を用いることが好ましい。本実施形態では活性層11は電子供与体と電子受容体の混合層として形成されているが、電子供与体層5を形成することにより、活性層11を形成する際、活性層11を構成する電子受容体が、活性層11内の電子供与体だけでなく、部分的に電子供与体層5中のベンゾポリフィリン化合物とも有効に接触できる。このため、電子供与体層5と活性層11とで異なる種類の電子供与体を用いれば、吸収波長領域の異なる2種類の電子供与体が電子受容体と接触することになり、光電流の増加を生じさせて、光電変換特性を向上させることが可能となるためである。   However, in this embodiment, it is preferable to use an electron donor other than the benzoporphyrin compound according to the present invention. In this embodiment, the active layer 11 is formed as a mixed layer of an electron donor and an electron acceptor. However, when the active layer 11 is formed by forming the electron donor layer 5, the active layer 11 is formed. The electron acceptor can effectively contact not only the electron donor in the active layer 11 but also partly the benzoporphyrin compound in the electron donor layer 5. For this reason, if different types of electron donors are used in the electron donor layer 5 and the active layer 11, two types of electron donors having different absorption wavelength regions come into contact with the electron acceptor, thereby increasing the photocurrent. This is because it is possible to improve the photoelectric conversion characteristics.

なお、活性層11が電子供与体として本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を含有していなくても、本実施形態では前記の電子供与体層5がベンゾポルフィリン化合物を含有していることから、本実施形態の有機光電変換素子11は少なくとも1層において本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を含有するようになっている。
そこで、本実施形態では、活性層11には電子供与体としてベンゾポルフィリン化合物以外のもの(例えば、銅フタロシアニン)を用いているものとして説明を行なう。
Even if the active layer 11 does not contain the benzoporphyrin compound according to the present invention as an electron donor, in the present embodiment, the electron donor layer 5 contains a benzoporphyrin compound. The organic photoelectric conversion element 11 of the form contains the benzoporphyrin compound according to the present invention in at least one layer.
Therefore, in the present embodiment, the active layer 11 will be described on the assumption that an electron donor other than a benzoporphyrin compound (for example, copper phthalocyanine) is used.

活性層11において、混在する電子供与体と電子受容体との割合は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、電子供与体及び電子受容体の合計重量に対する電子供与体の割合で、通常5%以上、中でも10%以上、特には15%以上、また、通常95%以下、中でも90%以下、特には85%以下とすることが好ましい。電子供与体が少なすぎたり多すぎたりすると、光電変換特性が低下する可能性がある。   In the active layer 11, the ratio of the mixed electron donor and electron acceptor is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but the ratio of the electron donor to the total weight of the electron donor and the electron acceptor, Usually, it is preferably 5% or more, particularly 10% or more, particularly 15% or more, and usually 95% or less, especially 90% or less, particularly 85% or less. When there are too few or too many electron donors, there exists a possibility that a photoelectric conversion characteristic may fall.

活性層11の厚みに制限はない。ただし、通常5nm以上、中でも10nm以上、また、通常1000nm以下、中でも500nm以下とすることが好ましい。活性層11が厚すぎると直列抵抗が大きくなる可能性があり、薄すぎると光の吸収が不十分となる可能性がある。   There is no limitation on the thickness of the active layer 11. However, it is usually preferably 5 nm or more, especially 10 nm or more, and usually 1000 nm or less, especially 500 nm or less. If the active layer 11 is too thick, the series resistance may increase, and if it is too thin, light absorption may be insufficient.

〔n型半導体層及び負極〕
有機光電変換素子10において、活性層11の上には、n型半導体層7及び負極8が形成されている。これらのn型半導体層7及び負極8については、第1実施形態と同様である。
[N-type semiconductor layer and negative electrode]
In the organic photoelectric conversion element 10, the n-type semiconductor layer 7 and the negative electrode 8 are formed on the active layer 11. The n-type semiconductor layer 7 and the negative electrode 8 are the same as in the first embodiment.

〔製造方法〕
本実施形態の有機光電変換素子10は、ベンゾポルフィリン化合物層である電子供与体層5を形成する工程において、本発明に係る可溶性前駆体を、熱変換により、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換する工程を経て製造することができる。具体的な製造方法は、例えば、以下のとおりである。
〔Production method〕
In the step of forming the electron donor layer 5 which is a benzoporphyrin compound layer, the organic photoelectric conversion element 10 of the present embodiment converts the soluble precursor according to the present invention into the benzoporphyrin compound according to the present invention by thermal conversion. It can manufacture through the process to do. A specific manufacturing method is as follows, for example.

まず、基板2を用意し、その上に、第1実施形態で説明したのと同様にして、正極3及びp型半導体層4を形成する。
次に、p型半導体層4の上に、ベンゾポルフィリン化合物層である電子供与体層5を形成する。本実施形態においても、第1実施形態と同様に、本発明に係る可溶性前駆体を溶媒に溶解させて前駆体溶液を用意し、用意した前駆体溶液をp型半導体層4に塗布し、得られた塗布層を加熱処理して熱変換により可溶性前駆体をベンゾポルフィリン化合物に変換して電子供与体層5を形成すればよい。
First, the substrate 2 is prepared, and the positive electrode 3 and the p-type semiconductor layer 4 are formed thereon in the same manner as described in the first embodiment.
Next, an electron donor layer 5 that is a benzoporphyrin compound layer is formed on the p-type semiconductor layer 4. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a soluble precursor according to the present invention is dissolved in a solvent to prepare a precursor solution, and the prepared precursor solution is applied to the p-type semiconductor layer 4 to obtain What is necessary is just to form the electron donor layer 5 by heat-processing the obtained coating layer, converting a soluble precursor into a benzoporphyrin compound by heat conversion.

そして、電子供与体層5の上に、活性層11を形成する。活性層11の形成方法は任意であるが、例えば、電子供与体及び電子受容体を湿式塗布方法又は真空蒸着法により電子供与体層5の上に積層して形成すればよい。具体的には、電子受容体に加えて活性層11に含有させる電子供与体を併用する以外は、第1実施形態における電子受容体層形成工程と同様にすればよい。このような方法を採用すれば、活性層11と電子供与体層5との境界において、当該電子受容体層形成工程と同様の利点を得ることができる。即ち、湿式塗布方法によれば、電子供与体及び電子受容体の接触面積が大きくなり、変換効率及び光電流の増大が実現でき、良好な光電変換特性を発現させることが可能となる。また、真空蒸着法により、電子供与体層5と活性層11とを一連の工程で形成すれば、電子供与体層5と活性層11との境界を両方の層が相互に拡散侵入した構造とし、電子供与体と電子受容体との接触面積を大きくして、光電変換特性を向上させることが可能となる。   Then, the active layer 11 is formed on the electron donor layer 5. The active layer 11 may be formed by any method. For example, an electron donor and an electron acceptor may be laminated on the electron donor layer 5 by a wet coating method or a vacuum deposition method. Specifically, the electron acceptor layer forming step in the first embodiment may be performed except that an electron donor contained in the active layer 11 is used in addition to the electron acceptor. By adopting such a method, the same advantage as the electron acceptor layer forming step can be obtained at the boundary between the active layer 11 and the electron donor layer 5. That is, according to the wet coating method, the contact area between the electron donor and the electron acceptor is increased, conversion efficiency and photocurrent can be increased, and good photoelectric conversion characteristics can be exhibited. Moreover, if the electron donor layer 5 and the active layer 11 are formed in a series of steps by a vacuum deposition method, the boundary between the electron donor layer 5 and the active layer 11 has a structure in which both layers diffuse and penetrate each other. The contact area between the electron donor and the electron acceptor can be increased to improve the photoelectric conversion characteristics.

その後、第1実施形態で説明したのと同様にして、n型半導体層7及び負極8を形成する。
以上の工程により、本実施形態の有機光電変換素子10を製造することができる。
Thereafter, the n-type semiconductor layer 7 and the negative electrode 8 are formed in the same manner as described in the first embodiment.
The organic photoelectric conversion element 10 of this embodiment can be manufactured by the above process.

〔本実施形態の有機光電変換素子の主な利点〕
本実施形態の有機光電変換素子10は以上のように構成されているので、光を取り込み、活性層11で正孔及び電子を生成し、これらを正極3及び負極8に取り出すことができるようになっている。この場合において、本実施形態の有機光電変換素子10は、活性層11の内部だけでなく、活性層11と電子供与体層5との間でも電子受容体とベンゾポリフィリン化合物とが有効に接触できるために、光電流の増加を生じるので、光電変換特性に優れている。
[Main advantages of the organic photoelectric conversion element of this embodiment]
Since the organic photoelectric conversion element 10 of the present embodiment is configured as described above, it can take in light, generate holes and electrons in the active layer 11, and extract them to the positive electrode 3 and the negative electrode 8. It has become. In this case, in the organic photoelectric conversion element 10 of the present embodiment, the electron acceptor and the benzoporphyrin compound can effectively contact not only inside the active layer 11 but also between the active layer 11 and the electron donor layer 5. For this reason, an increase in photocurrent is caused, so that the photoelectric conversion characteristics are excellent.

本実施形態の有機光電変換素子10が発揮する光電変換特性の具体的な値は任意である。ただし、本実施形態の有機光電変換素子10も、第1実施形態の有機光電変換素子1と同様の開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、エネルギー変換効率(ηp)、形状因子(FF)及び外部量子効率の最大値を実現することが可能である。   The specific value of the photoelectric conversion characteristic exhibited by the organic photoelectric conversion element 10 of the present embodiment is arbitrary. However, the organic photoelectric conversion element 10 of the present embodiment also has the same open circuit voltage (Voc), short-circuit current (Jsc), energy conversion efficiency (ηp), and form factor (FF) as the organic photoelectric conversion element 1 of the first embodiment. And the maximum value of the external quantum efficiency can be realized.

〔その他〕
本実施形態の有機光電変換素子10は、上述した構成を、更に変更して実施することもできる。例えば、第1実施形態で説明したのと同様の変更を行なってもよい。
[Others]
The organic photoelectric conversion element 10 of the present embodiment can be implemented by further changing the configuration described above. For example, the same change as described in the first embodiment may be performed.

また、例えば、活性層11の電子供与体として、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を使用することも可能である。ただし、この場合でも、電子供与体層5のベンゾポルフィリン化合物と活性層11のベンゾポルフィリン化合物とでは、異なる種類のものを含有させることが好ましい。光電流の増加を生じさせ、光電変換特性を向上させるためである。なお、この場合の活性層11の製造方法は、前駆体溶液中に電子受容体を共存させるようにする以外は、第1実施形態における電子供与体層形成工程と同様にして行なうことができる。
さらに、例えば、後述する第3実施形態と同様に、活性層11とn型半導体層7との間に電子受容体層6を設けてもよい。
For example, the benzoporphyrin compound according to the present invention can be used as the electron donor of the active layer 11. However, even in this case, it is preferable that the benzoporphyrin compound of the electron donor layer 5 and the benzoporphyrin compound of the active layer 11 contain different types. This is to increase the photocurrent and improve the photoelectric conversion characteristics. In addition, the manufacturing method of the active layer 11 in this case can be performed similarly to the electron donor layer formation process in 1st Embodiment except making an electron acceptor coexist in a precursor solution.
Furthermore, for example, an electron acceptor layer 6 may be provided between the active layer 11 and the n-type semiconductor layer 7 as in the third embodiment described later.

[3−4.第3実施形態]
図3に、本発明の第3実施形態としての有機光電変換素子の模式的な断面図を示す。この図3に示すように、本実施形態の有機光電変換素子12は、基板2と、正極3と、p型半導体層4と、活性層13と、電子受容体層6と、n型半導体層7と、負極8とを備える。即ち、電子供与体層5に代えて活性層13を備えているほかは、第1実施形態の有機光電変換素子1と同様の構成になっている。
[3-4. Third Embodiment]
In FIG. 3, typical sectional drawing of the organic photoelectric conversion element as 3rd Embodiment of this invention is shown. As shown in FIG. 3, the organic photoelectric conversion element 12 of this embodiment includes a substrate 2, a positive electrode 3, a p-type semiconductor layer 4, an active layer 13, an electron acceptor layer 6, and an n-type semiconductor layer. 7 and a negative electrode 8. That is, the configuration is the same as that of the organic photoelectric conversion element 1 of the first embodiment except that the active layer 13 is provided instead of the electron donor layer 5.

〔基板、正極及びp型半導体層〕
基板2、正極3及びp型半導体層4については、第1実施形態と同様である。
[Substrate, positive electrode and p-type semiconductor layer]
The substrate 2, the positive electrode 3, and the p-type semiconductor layer 4 are the same as in the first embodiment.

〔活性層〕
本実施形態の活性層13は、電子供与体として本発明係るベンゾポルフィリン化合物を含有しなくてはならない以外は、第2実施形態で説明した活性層11と同様である。この際、ベンゾポルフィリン化合物は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。この場合、活性層13は、電子供与体層として機能するとともに、電子受容体層としても機能している。
[Active layer]
The active layer 13 of this embodiment is the same as the active layer 11 described in the second embodiment, except that it must contain the benzoporphyrin compound of the present invention as an electron donor. Under the present circumstances, only 1 type may be used for a benzoporphyrin compound and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. In this case, the active layer 13 functions as an electron donor layer and also functions as an electron acceptor layer.

活性層13の電子供与体として本発明係るベンゾポルフィリン化合物を用いたことにより、高い光電変換効率を実現できるという利点を得ることができる。   By using the benzoporphyrin compound according to the present invention as the electron donor of the active layer 13, an advantage that high photoelectric conversion efficiency can be realized can be obtained.

〔電子受容体層〕
電子受容体層6については、その構成は第1実施形態と同様である。ただし、この電子受容体層6は、活性層13とは別の層として形成されたものである。
(Electron acceptor layer)
The configuration of the electron acceptor layer 6 is the same as that of the first embodiment. However, the electron acceptor layer 6 is formed as a layer different from the active layer 13.

このような活性層13とは別に形成された電子受容体層6では、第1実施形態で説明したものと同様に形成することができる。ただし、その場合でも、電子受容体層6の電子受容体は、活性層13の電子受容体とは異なる種類のものを含有さえることが好ましい。本実施形態では活性層13は電子供与体と電子受容体の混合層として形成されているが、n型半導体層7との間に電子受容体層6を形成することにより、活性層13中のベンゾポルフィリン化合物が、活性層13中の電子受容体だけでなく、部分的に電子受容体層6を構成する電子受容体とも有効に接触できる。このため、活性層13と電子受容体層6とで異なる種類の電子受容体を用いれば、吸収波長領域の異なる2種類の電子受容体がベンゾポルフィリン化合物と接触することになり、光電流の増加を生じさせて、光電変換特性を向上させることが可能となるためである。
そこで、本実施形態では、電子受容体層6には電子受容体として活性層13の電子受容体とは異なる種類のものを用いているものとして説明を行なう。
The electron acceptor layer 6 formed separately from the active layer 13 can be formed in the same manner as described in the first embodiment. However, even in that case, it is preferable that the electron acceptor of the electron acceptor layer 6 contains a different type from the electron acceptor of the active layer 13. In this embodiment, the active layer 13 is formed as a mixed layer of an electron donor and an electron acceptor. However, by forming the electron acceptor layer 6 between the n-type semiconductor layer 7, the active layer 13 in the active layer 13 is formed. The benzoporphyrin compound can effectively contact not only the electron acceptor in the active layer 13 but also partly the electron acceptor constituting the electron acceptor layer 6. For this reason, if different types of electron acceptors are used in the active layer 13 and the electron acceptor layer 6, two types of electron acceptors having different absorption wavelength regions come into contact with the benzoporphyrin compound, thereby increasing the photocurrent. This is because it is possible to improve the photoelectric conversion characteristics.
Therefore, in the present embodiment, the electron acceptor layer 6 will be described on the assumption that a different type of electron acceptor from that of the active layer 13 is used as the electron acceptor.

〔n型半導体層及び負極〕
有機光電変換素子12において、電子受容体層6の上には、n型半導体層7及び負極8が形成されている。これらのn型半導体層7及び負極8については、第1実施形態と同様である。
[N-type semiconductor layer and negative electrode]
In the organic photoelectric conversion element 12, an n-type semiconductor layer 7 and a negative electrode 8 are formed on the electron acceptor layer 6. The n-type semiconductor layer 7 and the negative electrode 8 are the same as in the first embodiment.

〔製造方法〕
本実施形態の有機光電変換素子12は、電子供与体層である活性層13を形成する工程において、本発明に係る可溶性前駆体を、熱変換により、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物に変換する工程を経て製造することができる。具体的な製造方法は、例えば、以下のとおりである。
〔Production method〕
In the step of forming the active layer 13 that is an electron donor layer, the organic photoelectric conversion element 12 of the present embodiment is a step of converting the soluble precursor according to the present invention into the benzoporphyrin compound according to the present invention by thermal conversion. Can be manufactured. A specific manufacturing method is as follows, for example.

まず、基板2を用意し、その上に、第1実施形態で説明したのと同様にして、正極3及びp型半導体層4を形成する。   First, the substrate 2 is prepared, and the positive electrode 3 and the p-type semiconductor layer 4 are formed thereon in the same manner as described in the first embodiment.

次に、p型半導体層4の上に、活性層13を形成する。活性層13を形成する場合、前駆体溶液中に電子受容体を共存させるようにする以外は、第1実施形態における電子供与体層形成工程と同様にして行なうことができる。   Next, the active layer 13 is formed on the p-type semiconductor layer 4. The active layer 13 can be formed in the same manner as the electron donor layer forming step in the first embodiment except that an electron acceptor is allowed to coexist in the precursor solution.

その後、第1実施形態で説明したのと同様にして、電子受容体層6、n型半導体層7及び負極8を形成する。
以上の工程により、本実施形態の有機光電変換素子10を製造することができる。
Thereafter, the electron acceptor layer 6, the n-type semiconductor layer 7, and the negative electrode 8 are formed in the same manner as described in the first embodiment.
The organic photoelectric conversion element 10 of this embodiment can be manufactured by the above process.

〔本実施形態の有機光電変換素子の主な利点〕
本実施形態の有機光電変換素子12は以上のように構成されているので、光を取り込み、活性層13で正孔及び電子を生成し、これらを正極3及び負極8に取り出すことができるようになっている。この場合において、本実施形態の有機光電変換素子12は、活性層13の内部だけでなく、活性層13と電子受容体層6との間でも電子受容体とベンゾポリフィリン化合物とが有効に接触できるために、光電流の増加を生じるので、光電変換特性に優れている。
[Main advantages of the organic photoelectric conversion element of this embodiment]
Since the organic photoelectric conversion element 12 of the present embodiment is configured as described above, it can take in light, generate holes and electrons in the active layer 13, and extract them to the positive electrode 3 and the negative electrode 8. It has become. In this case, the organic photoelectric conversion element 12 of the present embodiment can effectively contact the electron acceptor and the benzoporphyrin compound not only inside the active layer 13 but also between the active layer 13 and the electron acceptor layer 6. For this reason, an increase in photocurrent is caused, so that the photoelectric conversion characteristics are excellent.

本実施形態の有機光電変換素子12が発揮する光電変換特性の具体的な値は任意である。ただし、本実施形態の有機光電変換素子12も、第1実施形態の有機光電変換素子1と同様の開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、エネルギー変換効率(ηp)、形状因子(FF)及び外部量子効率の最大値を実現することが可能である。   The specific value of the photoelectric conversion characteristic exhibited by the organic photoelectric conversion element 12 of the present embodiment is arbitrary. However, the organic photoelectric conversion element 12 of this embodiment also has the same open circuit voltage (Voc), short circuit current (Jsc), energy conversion efficiency (ηp), and form factor (FF) as those of the organic photoelectric conversion element 1 of the first embodiment. And the maximum value of the external quantum efficiency can be realized.

〔その他〕
本実施形態の有機光電変換素子12は、上述した構成を、更に変更して実施することもできる。例えば、第1実施形態で説明したのと同様の変更を行なってもよい。
[Others]
The organic photoelectric conversion element 12 of the present embodiment can be implemented by further changing the configuration described above. For example, the same change as described in the first embodiment may be performed.

また、例えば、活性層13とp型半導体層4との間に電子供与体層(図示せず)を設けてもよい。この電子供与体層は、本発明に係るベンゾポルフィリン化合物を含有していてもよいし、含有していなくてもよい。この際、電子供与体としてベンゾポルフィリン化合物を含有していない、又は、活性層13に用いたのとは別種のベンゾポルフィリン化合物を用いた場合には、第2実施形態と同様にして、光電流の増大をもたらし、好ましい。   For example, an electron donor layer (not shown) may be provided between the active layer 13 and the p-type semiconductor layer 4. This electron donor layer may contain the benzoporphyrin compound based on this invention, and does not need to contain it. At this time, when the benzoporphyrin compound is not contained as the electron donor or when a benzoporphyrin compound different from that used in the active layer 13 is used, the photocurrent is obtained in the same manner as in the second embodiment. This is preferable.

次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。なお、以下の実施例の説明において、カッコ〔〕内に示す符号は、参照する図面に表示された符号に対応している。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and can be implemented with arbitrary modifications within the scope not departing from the gist of the present invention. In the following description of the embodiments, reference numerals shown in parentheses [] correspond to reference numerals displayed in the referenced drawings.

[実施例1]
図1に示す構造を有する有機光電発光素子を以下の方法で作製した。
即ち、ガラス基板〔2〕上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を145nm堆積したもの(シート抵抗8.4Ω)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2mm幅のストライプにパターニングして、透明電極〔3〕を形成した。パターン形成した透明電極〔3〕を、界面活性剤による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行なった。
[Example 1]
An organic photoelectric light emitting device having the structure shown in FIG. 1 was produced by the following method.
That is, an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited at 145 nm (sheet resistance: 8.4Ω) on a glass substrate [2] is 2 mm wide using ordinary photolithography technology and hydrochloric acid etching. A transparent electrode [3] was formed by patterning into a stripe. The patterned transparent electrode [3] is cleaned in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant, water cleaning with ultra pure water, and ultrasonic cleaning with ultra pure water, followed by drying with nitrogen blow, and finally UV ozone cleaning. It was.

この透明基板〔3〕上に、導電性高分子であるポリ(エチレンジオキシチオフェン):ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS、スタルクヴィテック社製、品名Baytron PH)を40nmの膜厚でスピンコートした後、120℃で大気中10分間加熱乾燥し、その後、窒素中180℃で3分間加熱処理して、p型有機半導体層〔4〕を形成した。   On this transparent substrate [3], poly (ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS, manufactured by Starck Vitec Co., Ltd., product name Baytron PH), which is a conductive polymer, has a thickness of 40 nm. After spin coating, the substrate was heat-dried at 120 ° C. for 10 minutes in the air, and then heat-treated at 180 ° C. for 3 minutes in nitrogen to form a p-type organic semiconductor layer [4].

次に、ベンゾポルフィリン化合物BP−1の前駆体である前記のBP−1前駆体を、クロロホルムに0.25重量%で溶かした溶液を用いて、p型有機半導体層〔4〕上にスピンコートした。塗布後、ホットプレート上において、210℃で30分間加熱処理を行なった。この加熱処理により、褐色の前駆体膜は緑色のBP−1膜と熱変換され、結晶性の45nmの平均膜厚を有する電子供与体層〔5〕が得られた。   Next, the BP-1 precursor, which is a precursor of the benzoporphyrin compound BP-1, is spin-coated on the p-type organic semiconductor layer [4] using a solution obtained by dissolving 0.25 wt% in chloroform. did. After the application, heat treatment was performed at 210 ° C. for 30 minutes on a hot plate. By this heat treatment, the brown precursor film was thermally converted to a green BP-1 film, and a crystalline electron donor layer [5] having an average film thickness of 45 nm was obtained.

引き続き、フラーレン化合物F−4(通称PCBM)をクロロベンゼンに1.2重量%溶かした溶液を用いて、上記ベンゾポリフィリンからなる電子供与体層〔5〕の上に、スピンコートした。塗布後、150℃で10分間加熱処理を行ない、平均膜厚40nmの電子受容体層〔6〕を積層した。   Subsequently, spin coating was performed on the electron donor layer [5] made of benzoporphyrin using a solution of fullerene compound F-4 (commonly known as PCBM) dissolved in 1.2% by weight of chlorobenzene. After coating, heat treatment was performed at 150 ° C. for 10 minutes, and an electron acceptor layer [6] having an average film thickness of 40 nm was laminated.

次に、上記一連の有機層〔4〕〔5〕〔6〕を成膜した基板〔2〕を真空蒸着装置内に設置した。上記真空蒸着装置の粗排気を油回転ポンプにより行なった後、真空蒸着装置内の真空度が1.9×10-4Paになるまでクライオポンプを用いて排気した。そして、真空蒸着装置内に配置されたメタルボートに以下に示すフェナントロリン誘導体(通称BCP)を入れ、加熱して、フェナントロリン誘導体を蒸着した。なお、蒸着時の真空度は1.7×10-4Pa、蒸着速度は1.0nm/秒とした。これにより、膜厚6nmの膜を電子受容体層〔6〕の上に積層して、n型半導体層〔7〕を完成させた。

Figure 0005243714
Next, the substrate [2] on which the series of organic layers [4], [5] and [6] were formed was placed in a vacuum deposition apparatus. After roughly exhausting the vacuum deposition apparatus using an oil rotary pump, the vacuum deposition apparatus was evacuated using a cryopump until the degree of vacuum in the vacuum deposition apparatus reached 1.9 × 10 −4 Pa. And the phenanthroline derivative (common name BCP) shown below was put into the metal boat arrange | positioned in a vacuum evaporation system, it heated, and the phenanthroline derivative was vapor-deposited. The degree of vacuum at the time of vapor deposition was 1.7 × 10 −4 Pa, and the vapor deposition rate was 1.0 nm / second. As a result, a film having a thickness of 6 nm was laminated on the electron acceptor layer [6] to complete the n-type semiconductor layer [7].
Figure 0005243714

引続き、上部電極形成用のマスクとして2mm幅のストライプ状シャドーマスクを、透明電極〔3〕のITOストライプとは直交するように素子に密着させて、別の真空蒸着装置内に設置した。そして、n型半導体層〔7〕を形成した際と同様にして、真空蒸着装置内の真空度が7.6×10-5Paとなるまで排気した。その後、アルミニウムを蒸着速度3nm/秒でn型半導体層〔7〕上に膜厚80nmで蒸着し、上部電極〔8〕を形成した。蒸着時の真空度は1.2×10-4Paであった。
以上のようにして、2mm×2mmのサイズの受光面積部分を有する有機光電変換素子〔1〕からなる有機薄膜太陽電池が得られた。
Subsequently, a 2 mm wide stripe-shaped shadow mask as a mask for forming the upper electrode was placed in close contact with the element so as to be orthogonal to the ITO stripe of the transparent electrode [3] and placed in another vacuum deposition apparatus. Then, in the same manner as when the n-type semiconductor layer [7] was formed, evacuation was performed until the degree of vacuum in the vacuum deposition apparatus reached 7.6 × 10 −5 Pa. Then, aluminum was vapor-deposited with a film thickness of 80 nm on the n-type semiconductor layer [7] at a vapor deposition rate of 3 nm / second to form the upper electrode [8]. The degree of vacuum during vapor deposition was 1.2 × 10 −4 Pa.
As described above, an organic thin-film solar cell composed of the organic photoelectric conversion element [1] having a light receiving area portion having a size of 2 mm × 2 mm was obtained.

この有機光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cm2の照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定したところ、開放電圧(Voc)0.55V、短絡電流(Jsc)5.5mA/cm2、エネルギー変換効率(ηp)1.45%、形状因子(FF)0.48、という光電変換特性が得られた。
また、この有機光電変換素子の分光感度の測定から、波長460nmにおいて、外部量子効率の最大値52%を示した。なお、前記の分光感度は、単色光を照射し、光電変換された電流強度を測定して、当該電流量を光子1個当たりに対する割合で表わした。また、吸収補正は無しとした。以下の実施例及び比較例でも同様である。
The organic photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 and measured for voltage-current characteristics. As a result, an open circuit voltage (Voc) of 0.55 V, a short-circuit current ( Jsc) 5.5 mA / cm 2 , energy conversion efficiency (ηp) 1.45%, and form factor (FF) 0.48 were obtained.
Moreover, from the measurement of the spectral sensitivity of this organic photoelectric conversion element, the maximum value of the external quantum efficiency was 52% at a wavelength of 460 nm. In addition, the said spectral sensitivity irradiated the monochromatic light, measured the electric current intensity | strength photoelectrically converted, and represented the said electric current amount in the ratio with respect to per photon. Absorption correction was not performed. The same applies to the following examples and comparative examples.

[比較例1]
電子供与体層〔5〕として、銅フタロシアニンを膜厚25nmで真空蒸着法により形成した他は、実施例1と同様にして有機光電変換素子を作製した。
この有機光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cm2の照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定したところ、開放電圧(Voc)0.57V、短絡電流(Jsc)3.3mA/cm2、エネルギー変換効率(ηp)0.72%、形状因子(FF)0.38、という光電変換特性が得られた。
また、この有機光電変換素子の分光感度の測定から、波長620nmにおいて、外部量子効率の最大値は19%であった。
[Comparative Example 1]
As the electron donor layer [5], an organic photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that copper phthalocyanine was formed by a vacuum deposition method with a film thickness of 25 nm.
The organic photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 and measured for voltage-current characteristics. As a result, an open circuit voltage (Voc) of 0.57 V, a short circuit current ( The photoelectric conversion characteristics of Jsc) 3.3 mA / cm 2 , energy conversion efficiency (ηp) 0.72%, and form factor (FF) 0.38 were obtained.
Moreover, from the measurement of the spectral sensitivity of this organic photoelectric conversion element, the maximum value of the external quantum efficiency was 19% at a wavelength of 620 nm.

[実施例2]
ベンゾポルフィリン化合物BP−1の塗布液として、前駆体をクロロホルム−クロロベンゼンの混合溶媒(重量比1:1で混合)に1.0重量%で溶かした溶液を用いて、p型有機半導体層上にスピンコート後、210℃で30分間加熱して、膜厚85nmの電子供与体層〔5〕を得た他は、実施例1と同様にして有機光電変換素子を作製した。
[Example 2]
As a coating solution for the benzoporphyrin compound BP-1, a solution obtained by dissolving the precursor in a mixed solvent of chloroform-chlorobenzene (mixed at a weight ratio of 1: 1) at 1.0% by weight is used on the p-type organic semiconductor layer. After spin coating, an organic photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 1 except that the electron donor layer [5] having a film thickness of 85 nm was obtained by heating at 210 ° C. for 30 minutes.

この有機光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cm2の照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定したところ、開放電圧(Voc)0.52V、短絡電流(Jsc)6.3mA/cm2、エネルギー変換効率(ηp)1.64%、形状因子(FF)0.50、という光電変換特性が得られた。
また、この有機光電変換素子の分光感度の測定から、波長620nmにおいて、外部量子効率の最大値は54%であった。
The organic photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 and measured for voltage-current characteristics. As a result, an open circuit voltage (Voc) of 0.52 V, a short-circuit current ( The photoelectric conversion characteristics of Jsc) 6.3 mA / cm 2 , energy conversion efficiency (ηp) 1.64%, and form factor (FF) 0.50 were obtained.
Moreover, from the measurement of the spectral sensitivity of this organic photoelectric conversion element, the maximum value of the external quantum efficiency was 54% at a wavelength of 620 nm.

[実施例3]
PCBMの塗布液として、トルエンに1.2重量%で溶かした溶液を用いて、スピンコート後、65℃で10分間加熱して、膜厚40nmの電子受容体層〔6〕を形成した以外は、実施例2と同様にして有機光電変換素子を作製した。
[Example 3]
As a PCBM coating solution, a solution dissolved in toluene at 1.2% by weight was used, except for spin coating and heating at 65 ° C. for 10 minutes to form an electron acceptor layer [6] having a thickness of 40 nm. In the same manner as in Example 2, an organic photoelectric conversion element was produced.

この有機光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cm2の照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定したところ、開放電圧(Voc)0.55V、短絡電流(Jsc)5.6mA/cm2、エネルギー変換効率(ηp)1.74%、形状因子(FF)0.56、という光電変換特性が得られた。
また、この有機光電変換素子の分光感度の測定から、波長460nmにおいて、外部量子効率の最大値は50%であった。
The organic photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 and measured for voltage-current characteristics. As a result, an open circuit voltage (Voc) of 0.55 V, a short-circuit current ( The photoelectric conversion characteristics of Jsc) 5.6 mA / cm 2 , energy conversion efficiency (ηp) 1.74%, and form factor (FF) 0.56 were obtained.
Moreover, from the measurement of the spectral sensitivity of this organic photoelectric conversion element, the maximum value of the external quantum efficiency was 50% at a wavelength of 460 nm.

[実施例4]
電子受容体層〔6〕を形成する際に行なう、スピンコード後の加熱処理を90℃で10分間とした他は、実施例3と同様にして有機光電変換素子を作製した。
この有機光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cm2の照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定したところ、開放電圧(Voc)0.56V、短絡電流(Jsc)6.5mA/cm2、エネルギー変換効率(ηp)1.85%、形状因子(FF)0.51、という光電変換特性が得られた。
この有機光電変換素子の分光感度の測定から、波長460nmにおいて、外部量子効率の最大値は46%であった。
[Example 4]
An organic photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment after spin cording performed at the time of forming the electron acceptor layer [6] was set at 90 ° C. for 10 minutes.
When this organic photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 and measured for voltage-current characteristics, an open circuit voltage (Voc) of 0.56 V, a short circuit current ( The photoelectric conversion characteristics of Jsc) 6.5 mA / cm 2 , energy conversion efficiency (ηp) 1.85%, and form factor (FF) 0.51 were obtained.
From the measurement of the spectral sensitivity of this organic photoelectric conversion element, the maximum value of the external quantum efficiency was 46% at a wavelength of 460 nm.

[実施例5]
PCBMに代えてフラーレン化合物F−5を用いた他は実施例3と同様にして、有機光電変換素子を作製した。
この有機光電変換素子に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cm2の照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定したところ、開放電圧(Voc)0.54V、短絡電流(Jsc)6.2mA/cm2、エネルギー変換効率(ηp)1.20%、形状因子(FF)0.36、という光電変換特性が得られた。
この有機光電変換素子の分光感度の測定から、波長460nmにおいて、外部量子効率の最大値は54%であった。
[Example 5]
An organic photoelectric conversion device was produced in the same manner as in Example 3 except that the fullerene compound F-5 was used in place of PCBM.
When this organic photoelectric conversion element was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 and the voltage-current characteristics were measured, the open circuit voltage (Voc) was 0.54 V, the short-circuit current ( The photoelectric conversion characteristics of Jsc) 6.2 mA / cm 2 , energy conversion efficiency (ηp) 1.20%, and form factor (FF) 0.36 were obtained.
From the measurement of the spectral sensitivity of the organic photoelectric conversion element, the maximum value of the external quantum efficiency was 54% at a wavelength of 460 nm.

[実施例6]
ベンゾポルフィリン化合物BP−1をp型有機半導体層〔4〕と活性層〔11〕との間に設けた、図2に示す構造の有機光電変換素子〔10〕を、以下の方法で作製した。
即ち、ITOにより透明電極〔3〕を形成したガラス基板〔2〕上に、実施例1と同様にして、p型有機半導体層〔4〕を形成した。その後、ベンゾポルフィリン化合物BP−1の前駆体である前記BP−1前駆体を、クロロホルムとクロロベンゼンとの混合溶媒(重量比1:1)に0.25重量%で溶かした溶液を用いて、p型有機半導体層〔4〕上にスピンコートした。塗布後、ホットプレート上、210℃で30分間加熱処理を行い、結晶性の20nmの平均膜厚を有するベンゾポルフィリン化合物層〔5〕を形成した。
[Example 6]
An organic photoelectric conversion element [10] having a structure shown in FIG. 2 in which the benzoporphyrin compound BP-1 was provided between the p-type organic semiconductor layer [4] and the active layer [11] was produced by the following method.
That is, a p-type organic semiconductor layer [4] was formed in the same manner as in Example 1 on a glass substrate [2] on which a transparent electrode [3] was formed by ITO. Then, using the solution which melt | dissolved the said BP-1 precursor which is a precursor of the benzoporphyrin compound BP-1 in the mixed solvent (weight ratio 1: 1) of chloroform and chlorobenzene at 0.25 weight%, p The organic semiconductor layer [4] was spin coated. After the application, heat treatment was performed at 210 ° C. for 30 minutes on a hot plate to form a crystalline benzoporphyrin compound layer [5] having an average film thickness of 20 nm.

次に、銅フタロシアニンとC60とを重量比1:1で混合した膜を真空蒸着法により膜厚15nmで成膜し、混合活性層〔11〕を形成した。さらに、C60を30nm、及び、BCPを6nm、真空蒸着法により積層して、混合活性層〔11〕上にn型半導体層〔7〕を形成した。そして、最後に、実施例1と同様にアルミニウムを上部電極〔8〕として形成して有機光電変換素子〔10〕を完成させた。 Next, a film in which copper phthalocyanine and C 60 were mixed at a weight ratio of 1: 1 was formed to a film thickness of 15 nm by a vacuum deposition method, thereby forming a mixed active layer [11]. Furthermore, C 60 was deposited to 30 nm and BCP was deposited to 6 nm by a vacuum deposition method to form an n-type semiconductor layer [7] on the mixed active layer [11]. Finally, aluminum was formed as the upper electrode [8] in the same manner as in Example 1 to complete the organic photoelectric conversion element [10].

この有機光電変換素子〔10〕に、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cm2の照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定したところ、開放電圧(Voc)0.40V、短絡電流(Jsc)8.9mA/cm2、エネルギー変換効率(ηp)1.74%、形状因子(FF)0.49、という光電変換特性が得られた。
また、この有機光電変換素子の分光感度の測定から、波長440nmと690nmにおいて、外部量子効率の最大値50%を得た。
When this organic photoelectric conversion element [10] was irradiated with light from a solar simulator (AM1.5G) at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 and measured for voltage-current characteristics, the open circuit voltage (Voc) was 0.40 V, The photoelectric conversion characteristics of a short-circuit current (Jsc) of 8.9 mA / cm 2 , an energy conversion efficiency (ηp) of 1.74%, and a form factor (FF) of 0.49 were obtained.
Further, from the measurement of the spectral sensitivity of the organic photoelectric conversion element, a maximum value of 50% of the external quantum efficiency was obtained at wavelengths of 440 nm and 690 nm.

[まとめ]
実施例1〜6及び比較例1から、ベンゾポルフィリン化合物を用いることで、高効率の太陽電池を作製できることが分かる。
[Summary]
It can be seen from Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 that a highly efficient solar cell can be produced by using a benzoporphyrin compound.

本発明の有機光電変換素子の製造方法及び有機光電変換素子は、産業上の任意の分野において用いることが可能であるが、特に、太陽光発電素子、イメージセンサなどへ用いて好適である。   The method for producing an organic photoelectric conversion element and the organic photoelectric conversion element of the present invention can be used in any industrial field, and are particularly suitable for use in a photovoltaic power generation element, an image sensor, and the like.

本発明の第1実施形態としての有機光電変換素子の模式的な断面図である。It is a typical sectional view of the organic photoelectric conversion element as a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態としての有機光電変換素子の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the organic photoelectric conversion element as 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態としての有機光電変換素子の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the organic photoelectric conversion element as 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,10,12 有機光電変換素子
2 基板
3 正極
4 p型半導体層
5 電子供与体層
6 電子受容体層
7 n型半導体層
8 負極
9,11,13 活性層
1, 10, 12 Organic photoelectric conversion element 2 Substrate 3 Positive electrode 4 P-type semiconductor layer 5 Electron donor layer 6 Electron acceptor layer 7 N-type semiconductor layer 8 Negative electrode 9, 11, 13 Active layer

Claims (5)

基板と、前記基板上に形成された、少なくとも一方が透明な一対の電極と、電子供与体を含んで前記電極間に形成された電子供与体層と、電子受容体を含んで前記電極間に形成された電子受容体層とを備えた有機光電変換素子の製造方法であって、
ビシクロ環を有する、下記式(I)または(II)で表わされるベンゾポルフィリン化合物の可溶性前駆体を、熱変換により、前記電子供与体である前記ベンゾポルフィリン化合物に変換して、前記電子供与体層を形成する工程と、
前記の熱変換により前記電子供与体層を形成する工程の後に、前記電子受容体層を塗布法で形成する工程とを有し、
前記電子受容体層がフラーレン化合物を含む
ことを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。
Figure 0005243714
Figure 0005243714
(前記式(I)及び(II)中、Zia及びZib(iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。ただし、ZiaとZibとが結合して環を形成していてもよい。R1〜R4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。)
A substrate, a pair of electrodes formed on the substrate, at least one of which is transparent; an electron donor layer including an electron donor formed between the electrodes; and an electrode including an electron acceptor. A method for producing an organic photoelectric conversion device comprising an electron acceptor layer formed,
Converting the soluble precursor of a benzoporphyrin compound represented by the following formula (I) or (II) having a bicyclo ring into the benzoporphyrin compound as the electron donor by thermal conversion, and the electron donor layer Forming a step ;
After the step of forming the electron donor layer by the thermal conversion, the step of forming the electron acceptor layer by a coating method,
The method for producing an organic photoelectric conversion element, wherein the electron acceptor layer contains a fullerene compound .
Figure 0005243714
Figure 0005243714
(In the formulas (I) and (II), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represents a monovalent atom or atomic group, provided that Z ia and Z good .R 1 to R 4 to form a ring and ib are bonded to each independently, .M representing a monovalent atom or atomic group, a divalent metal atom, or a trivalent or higher Represents an atomic group in which other metals are bonded to other atoms.)
前記可溶性前駆体が、下記式(III)または(IV)で表される化合物である
ことを特徴とする請求項1記載の有機光電変換素子の製造方法。
Figure 0005243714
Figure 0005243714
(前記式(III)及び(IV)中、Zia及びZib(iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。ただし、ZiaとZibとが結合して環を形成していてもよい。R1〜R4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Y1〜Y4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。)
The method for producing an organic photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the soluble precursor is a compound represented by the following formula (III) or (IV).
Figure 0005243714
Figure 0005243714
(In the formulas (III) and (IV), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represents a monovalent atom or atomic group, provided that Z ia and Z ib may be bonded to form a ring, R 1 to R 4 each independently represents a monovalent atom or atomic group, and Y 1 to Y 4 each independently represents a monovalent atom. M represents an atomic group in which a divalent metal atom or a trivalent or higher metal is bonded to another atom.
基板と、前記基板上に形成された、少なくとも一方が透明な一対の電極と、電子供与体を含んで前記電極間に形成された電子供与体層と、電子受容体を含んで前記電極間に形成された電子受容体層とを備えた有機光電変換素子の製造方法であって、
ビシクロ環を有する、下記式(I)または(II)で表わされるベンゾポルフィリン化合物の可溶性前駆体の層を塗布法により形成する工程と、
前記可溶性前駆体の層の上に前記電子受容体層を真空蒸着法により形成する工程とを行ない、
その後、前記可溶性前駆体を、熱変換により、前記電子供与体である前記ベンゾポルフィリン化合物に変換して、前記電子供与体層を形成する工程を行なう
ことを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。
Figure 0005243714
Figure 0005243714
(前記式(I)及び(II)中、Zia及びZib(iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。ただし、ZiaとZibとが結合して環を形成していてもよい。R1〜R4は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。)
A substrate, a pair of electrodes formed on the substrate, at least one of which is transparent; an electron donor layer including an electron donor formed between the electrodes; and an electrode including an electron acceptor. A method for producing an organic photoelectric conversion device comprising an electron acceptor layer formed,
Forming a layer of a soluble precursor of a benzoporphyrin compound represented by the following formula (I) or (II) having a bicyclo ring by a coating method;
Performing the step of forming the electron acceptor layer on the soluble precursor layer by vacuum deposition,
Thereafter, the soluble precursor by thermal transformation, the converted into the benzoporphyrin compound is an electron donor, an organic photoelectric characterized <br/> performing the step of forming the electron donor layer conversion Device manufacturing method.
Figure 0005243714
Figure 0005243714
(In the formulas (I) and (II), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represents a monovalent atom or atomic group, provided that Z ia and Z good .R 1 to R 4 to form a ring and ib are bonded to each independently, .M representing a monovalent atom or atomic group, a divalent metal atom, or a trivalent or higher Represents an atomic group in which other metals are bonded to other atoms.)
前記電子受容体層がフラーレン化合物を含む  The electron acceptor layer contains a fullerene compound
ことを特徴とする請求項3に記載の有機光電変換素子の製造方法。The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
前記可溶性前駆体が、下記式(III)または(IV)で表される化合物である  The soluble precursor is a compound represented by the following formula (III) or (IV)
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の有機光電変換素子の製造方法。The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of Claim 3 or Claim 4 characterized by the above-mentioned.
Figure 0005243714
Figure 0005243714
Figure 0005243714
Figure 0005243714
(前記式(III)及び(IV)中、Z(In the above formulas (III) and (IV), Z iaia 及びZAnd Z ibib (iは1〜4の整数を表わす)は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。ただし、Z(I represents an integer of 1 to 4) each independently represents a monovalent atom or atomic group. However, Z iaia とZAnd Z ibib とが結合して環を形成していてもよい。RMay combine with each other to form a ring. R 11 〜R~ R 4Four は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。YEach independently represents a monovalent atom or atomic group. Y 11 〜Y~ Y 4Four は、各々独立に、1価の原子又は原子団を表わす。Mは、2価の金属原子、又は、3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。)Each independently represents a monovalent atom or atomic group. M represents a divalent metal atom or an atomic group in which a trivalent or higher metal and another atom are bonded. )
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