JP5299023B2 - Material for photovoltaic element and photovoltaic element - Google Patents

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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material for a photovoltaic element, which contains a rubicene compound and to provide the photovoltaic element using the material and having high photoelectric conversion efficiency. <P>SOLUTION: The photovoltaic element uses the photovoltaic element material containing the rubicene compound represented by the shown formula (2). In the formula (2), A represents a rubicene skeleton, B represents a bivalent coupling group, m is 0 or 1, and n is included in a range of 2 to 1,000. In the formula (2), X<SP>1</SP>and X<SP>2</SP>may be identical or different and are selected from hydrogen, alkyl, alkoxy, aryl, and hetero aryl groups, and halogens. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、光起電力素子用材料およびこれを用いた光起電力素子に関する。   The present invention relates to a photovoltaic element material and a photovoltaic element using the same.

太陽電池は環境に優しい電気エネルギー源として、現在深刻さを増すエネルギー問題に対して有力なエネルギー源と注目されている。現在、太陽電池の光起電力素子の半導体素材としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、化合物半導体などの無機物が使用されている。しかし、無機半導体を用いて製造される太陽電池は、火力発電や原子力発電などの発電方式と比べてコストが高いために、一般家庭に広く普及するには至っていない。コスト高の要因は主として、真空かつ高温下で半導体薄膜を製造するプロセスにある。そこで、製造プロセスの簡略化が期待される半導体素材として、共役系重合体や有機結晶などの有機半導体や有機色素を用いた有機太陽電池が検討されている。   Solar cells are attracting attention as an environmentally friendly electrical energy source and an influential energy source for increasing energy problems. Currently, inorganic materials such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and compound semiconductors are used as semiconductor materials for photovoltaic elements of solar cells. However, solar cells manufactured using inorganic semiconductors have not been widely used in ordinary households because of high costs compared with power generation methods such as thermal power generation and nuclear power generation. The high cost factor is mainly in the process of manufacturing a semiconductor thin film under vacuum and high temperature. Therefore, organic solar cells using organic semiconductors and organic dyes such as conjugated polymers and organic crystals are being studied as semiconductor materials expected to simplify the manufacturing process.

しかし、共役系重合体などを用いた有機太陽電池は、従来の無機半導体を用いた太陽電池と比べて光電変換効率が低いことが最大の課題であり、まだ実用化には至っていない。従来の共役系重合体を用いた有機太陽電池の光電変換効率が低いのは、主として、太陽光の吸収効率が低いことや、太陽光によって生成された電子と正孔が分離しにくいエキシトンという束縛状態が形成されることと、キャリア(電子、正孔)を捕獲するトラップが形成されやすいため生成したキャリアがトラップに捕獲されやすく、キャリアの移動度が遅いことなどによる。   However, an organic solar cell using a conjugated polymer or the like has the biggest problem that the photoelectric conversion efficiency is lower than that of a conventional solar cell using an inorganic semiconductor, and has not yet been put into practical use. The photoelectric conversion efficiency of organic solar cells using conventional conjugated polymers is mainly due to the low solar absorption efficiency and the excitons that are difficult to separate the electrons and holes generated by sunlight. This is because a state is formed and a trap for trapping carriers (electrons and holes) is easily formed, so that the generated carriers are easily trapped in the trap and the mobility of carriers is slow.

これまでの有機半導体による光電変換素子は、現在のところ一般的に次のような素子構成に分類することができる。電子供与性有機材料(p型有機半導体)と仕事関数の小さい金属を接合させるショットキー型、電子受容性有機材料(n型有機半導体)と電子供与性有機材料(p型有機半導体)を接合させるヘテロ接合型などである。これらの素子は、接合部の有機層(数分子層程度)のみが光電流生成に寄与するため光電変換効率が低く、その向上が課題となっている。   Conventional photoelectric conversion elements using organic semiconductors can be generally classified into the following element configurations at present. A Schottky type that joins an electron-donating organic material (p-type organic semiconductor) and a metal having a low work function, and an electron-accepting organic material (n-type organic semiconductor) and an electron-donating organic material (p-type organic semiconductor). Heterojunction type. In these elements, only the organic layer (about several molecular layers) at the junction contributes to the photocurrent generation, so that the photoelectric conversion efficiency is low, and its improvement is a problem.

光電変換効率向上の一つの方法として、電子受容性有機材料(n型有機半導体)と電子供与性有機材料(p型有機半導体)を混合し、光電変換に寄与する接合面を増加させたバルクヘテロ接合型(例えば、非特許文献1参照)がある。なかでも、電子供与性有機材料(p型有機半導体)として共役系重合体を用い、電子受容性有機材料としてn型の半導体特性をもつ導電性高分子のほかC60などのフラーレンやカーボンナノチューブを用いた光電変換材料が報告されている(例えば、非特許文献2〜3、特許文献1〜2参照)。 As a method for improving photoelectric conversion efficiency, a bulk heterojunction in which an electron-accepting organic material (n-type organic semiconductor) and an electron-donating organic material (p-type organic semiconductor) are mixed to increase the bonding surface contributing to photoelectric conversion There is a type (for example, see Non-Patent Document 1). Among them, the conjugated polymer used as the electron donating organic material (p-type organic semiconductor), a fullerene or a carbon nanotube, such as other C 60 of the conductive polymer having the semiconductor characteristics of the n-type as the electron accepting organic material The used photoelectric conversion material is reported (for example, refer nonpatent literatures 2-3 and patent documents 1-2).

電子供与性有機材料(p型有機半導体)として、共役系重合体としてはポリ(3−ヘキシルチオフェン)、低分子系材料としては銅フタロシアニンに代表される複素環系有機半導体が精力的に研究されている一方、クロモフォアの主骨格にヘテロ原子を含まない炭化水素縮合環系有機半導体も報告されている(例えば、非特許文献4〜5参照)。炭化水素系縮合環は熱的・電気化学的な安定性や耐光性に優れることが期待できる骨格である。しかしながら、これまでに高い光電変換効率を示す材料は見出されていない。   As electron donating organic materials (p-type organic semiconductors), poly (3-hexylthiophene) is used as a conjugated polymer, and heterocyclic organic semiconductors represented by copper phthalocyanine are used as low-molecular materials. On the other hand, hydrocarbon condensed ring organic semiconductors that do not contain heteroatoms in the main skeleton of the chromophore have also been reported (see, for example, Non-Patent Documents 4 to 5). The hydrocarbon-based condensed ring is a skeleton that can be expected to be excellent in thermal and electrochemical stability and light resistance. However, no material showing a high photoelectric conversion efficiency has been found so far.

特開2003−347565号公報(請求項1、3)JP 2003-347565 A (Claims 1 and 3) 特開2004−165474号公報(請求項1、3)JP 2004-165474 A (Claims 1 and 3)

J.J.M.Halls、C.A.Walsh、N.C.Greenham、E.A.Marseglla、R.H.Frirnd、S.C.Moratti、A.B.Homes著、「ネイチャー(Nature)」、1995年、376号、498頁J. et al. J. et al. M.M. Halls, C.I. A. Walsh, N .; C. Greenham, E.I. A. Marsegla, R.M. H. Frind, S.M. C. Moratti, A.M. B. Homes, "Nature", 1995, 376, 498 E.Kymakis、G.A.J.Amaratunga著、「アプライド フィジクス レターズ(Applied Physics Letters)」(米国)、2002年、80巻、112頁E. Kymakis, G .; A. J. et al. Amaruntunga, "Applied Physics Letters" (USA), 2002, 80, 112. G.Yu、J.Gao、J.C.Hummelen、F.Wudl、A.J.Heeger著、「サイエンス(Science)」、1995年、270巻、1789頁G. Yu, J. et al. Gao, J .; C. Hummelen, F.M. Wudl, A.W. J. et al. Heeger, "Science", 1995, 270, 1789 K.Hirota、K.Tajima、K.Hashimoto著、「シンセティック メタルズ(Synthetic Metals)」、2007年、157巻、290頁K. Hirota, K. et al. Tajima, K .; Hashimoto, “Synthetic Metals”, 2007, 157, 290 L.Valentini、D.Bagnis、A.Marrocchi、M.Seri、A.Taticchi、J.M.Kenny著「ケミストリー オブ マテリアルズ(Chemistry of Materials)」、2008年、20巻、32頁L. Valentini, D.C. Bagnis, A.M. Marrochi, M.M. Seri, A.M. Taticchi, J. et al. M.M. Kenny, “Chemistry of Materials”, 2008, 20, 32

上述のように、従来の有機太陽電池はいずれも光電変換効率が低いことが課題であった。本発明は光電変換効率の高い光起電力素子を提供することを目的とする。   As described above, all of the conventional organic solar cells have a problem of low photoelectric conversion efficiency. An object of this invention is to provide a photovoltaic device with high photoelectric conversion efficiency.

すなわち本発明は、後述する一般式(2)で表されるルビセン化合物であって、下記一般式(2)中Bで表される2価の連結基が、置換されていてもよいアリーレン基、ヘテロアリーレン基、ビニレン基またはフェニレンビニレン基であるルビセン化合物を含む光起電力素子用材料、および、これを用いた
光起電力素子である。
That is, the present invention is a rubicene compound represented by the following general formula (2), wherein the divalent linking group represented by B in the following general formula (2) may be substituted, A photovoltaic device material containing a rubicene compound which is a heteroarylene group, vinylene group or phenylene vinylene group , and a photovoltaic device using the same.

本発明によれば、光電変換効率の高い光起電力素子を提供することができる。   According to the present invention, a photovoltaic device with high photoelectric conversion efficiency can be provided.

本発明の光起電力素子の一態様を示した模式図。The schematic diagram which showed the one aspect | mode of the photovoltaic device of this invention. 本発明の光起電力素子の別の態様を示した模式図。The schematic diagram which showed another aspect of the photovoltaic element of this invention.

本発明の光起電力素子用材料はルビセン化合物を含むことを特徴とする。ルビセン化合物は光起電力素子用材料として重要な特性である広い光吸収波長領域や高いキャリア移動度を有しているという特徴がある。このため、本発明の光起電力素子用材料を用いた光起電力素子の光電変換効率を大きく向上させることができる。   The photovoltaic device material of the present invention is characterized by containing a rubicene compound. A rubicene compound is characterized by having a wide light absorption wavelength region and high carrier mobility, which are important characteristics as a material for a photovoltaic device. For this reason, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device using the photovoltaic device material of the present invention can be greatly improved.

上述のような特徴を有するルビセン化合物として、下記一般式(1)または(2)で表される構造を有する化合物が好ましい。本発明の光起電力素子用材料をスピンコート塗布やブレードコート塗布などのウェットプロセスに適用させるためには、均一な薄膜を形成させることができることから、2以上のルビセン骨格を含むオリゴマーまたはポリマーが好ましく、下記一般式(2)で表される構造を有することがより好ましい。また、光電変換が効率的なバルクヘテロ接合型素子は、主にウェットプロセスによって作製される。このため、高い光電変換効率を得るためには、ウェットプロセスによる素子作製により適した下記一般式(2)で表される構造を有する化合物がより好ましく用いられる。   As the rubicene compound having the above-described characteristics, a compound having a structure represented by the following general formula (1) or (2) is preferable. In order to apply the photovoltaic element material of the present invention to a wet process such as spin coating or blade coating, a uniform thin film can be formed. Therefore, an oligomer or polymer containing two or more rubicene skeletons is used. Preferably, it has a structure represented by the following general formula (2). A bulk heterojunction element with efficient photoelectric conversion is mainly manufactured by a wet process. For this reason, in order to obtain a high photoelectric conversion efficiency, a compound having a structure represented by the following general formula (2) that is more suitable for device fabrication by a wet process is more preferably used.

Figure 0005299023
Figure 0005299023

上記一般式(1)中、R〜R14は同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、隣接置換基との間で形成される環状構造の中から選ばれる。 In the general formula (1), R 1 to R 14 may be the same or different, and represent hydrogen, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, aryl group, heteroaryl group, halogen, and adjacent substituent. It is selected from cyclic structures formed between them.

Figure 0005299023
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上記一般式(2)中、Aはルビセン骨格を表し、Bは2価の連結基を表す。mは0または1である。nは2以上1000以下の範囲である。XおよびXは同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲンの中から選ばれる。 In the general formula (2), A represents a rubicene skeleton, and B represents a divalent linking group. m is 0 or 1. n is in the range of 2 to 1000. X 1 and X 2 may be the same or different and are selected from hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, a heteroaryl group, and a halogen.

ここでアルキル基とは、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基のような飽和脂肪族炭化水素基であり、直鎖状であっても分岐状であっても環状であってもよく、無置換でも置換されていてもかまわない。置換される場合の置換基の例としては、下記アルケニル基やアルキニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲンが挙げられる。アルキル基の炭素数は、真空蒸着などのドライプロセスに適用する場合には10個以下であることが好ましく、スピンコートなどのウェットプロセスに適用する場合には4個以上であることが好ましい。   Here, the alkyl group is, for example, a saturated aliphatic group such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group. The hydrocarbon group may be linear, branched, or cyclic, and may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent when substituted include the following alkenyl groups, alkynyl groups, alkoxy groups, aryl groups, heteroaryl groups, and halogens. The number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 10 or less when applied to a dry process such as vacuum deposition, and is preferably 4 or more when applied to a wet process such as spin coating.

また、アルケニル基とは、C=C二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基であり、直鎖状であっても分岐状であっても環状であってもよく、無置換でも置換されていてもかまわない。置換される場合の置換基の例としては、下記アルキニル基やアルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲンが挙げられる。アルケニル基の好ましい炭素数の範囲は、上述のアルキル基の場合と同じである。   Further, the alkenyl group is an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a C═C double bond, which may be linear, branched or cyclic, and may be substituted even if unsubstituted. It does not matter. Examples of the substituent in the case of substitution include the following alkynyl group, alkoxy group, aryl group, heteroaryl group, and halogen. The preferable carbon number range of the alkenyl group is the same as that of the alkyl group described above.

また、アルキニル基とは、C≡C三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基であり、無置換でも置換されていてもかまわない。置換される場合の置換基の例としては、上記アルケニル基や下記アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲンが挙げられる。アルキニル基の好ましい炭素数の範囲は、上述のアルキル基の場合と同じである。   An alkynyl group is an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a C≡C triple bond, which may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent in the case of substitution include the above alkenyl group, the following alkoxy group, aryl group, heteroaryl group, and halogen. The preferred carbon number range of the alkynyl group is the same as that of the alkyl group described above.

また、アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などのエーテル結合を介した脂肪族炭化水素基を示し、脂肪族炭化水素基は無置換でも置換されていてもかまわない。置換される場合の置換基の例としては、上記アルケニル基やアルキニル基、下記アリール基やヘテロアリール基、ハロゲンが挙げられる。上記アルコキシ基の好ましい炭素数の範囲は、上述のアルキル基の場合と同じである。   The alkoxy group refers to, for example, an aliphatic hydrocarbon group via an ether bond such as a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, or a butoxy group, and the aliphatic hydrocarbon group may be unsubstituted or substituted. Absent. Examples of the substituent in the case of substitution include the above alkenyl group, alkynyl group, the following aryl group, heteroaryl group, and halogen. The range of the preferable carbon number of the said alkoxy group is the same as the case of the above-mentioned alkyl group.

また、アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、アントリル基、ターフェニル基、ピレニル基、フルオレニル基、ペリレニル基などの芳香族炭化水素基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。置換される場合の置換基の例としては、上記アルキル基や、下記ヘテロアリール基、ハロゲンが挙げられる。   The aryl group represents, for example, an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a phenanthryl group, an anthryl group, a terphenyl group, a pyrenyl group, a fluorenyl group, and a perylenyl group, which is unsubstituted. But it can be replaced. Examples of the substituent in the case of substitution include the above alkyl group, the following heteroaryl group, and halogen.

また、ヘテロアリール基とは、例えば、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、オキサゾリル基、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、キノリニル基、イソキノリル基、キノキサリル基、アクリジニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾフラン基、ジベンゾフラン基、ベンゾチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンゾジチオフェン基、シロール基、ベンゾシロール基、ジベンゾシロール基などの炭素以外の原子を有する複素芳香環基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。置換される場合の置換基の例としては、上記アルキル基、アリール基や、下記ハロゲンが挙げられる。   The heteroaryl group includes, for example, thienyl group, furyl group, pyrrolyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, oxazolyl group, pyridyl group, pyrazyl group, pyrimidyl group, quinolinyl group, isoquinolyl group, quinoxalyl group, acridinyl group, indolyl group. Group, carbazolyl group, benzofuran group, dibenzofuran group, benzothiophene group, dibenzothiophene group, benzodithiophene group, silole group, benzosilole group, dibenzosilole group and other heteroaromatic ring groups having atoms other than carbon, It can be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent in the case of substitution include the above alkyl group, aryl group, and the following halogen.

また、ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素のいずれかである。   The halogen is any one of fluorine, chlorine, bromine and iodine.

また、隣接置換基との間で形成される環状構造は、脂肪族環でも芳香族環でもよく、これは無置換でも置換されていてもかまわない。置換される場合の置換基の例としては、上記アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲンが挙げられる。   Further, the cyclic structure formed between adjacent substituents may be an aliphatic ring or an aromatic ring, which may be unsubstituted or substituted. Examples of the substituent when substituted include the above alkyl group, alkoxy group, aryl group, heteroaryl group, and halogen.

光起電力素子において高い光起電流を得るためには、光吸収波長領域をより拡大させることが望ましい。このような観点から、上記一般式(1)中のR〜R14は、アリール基、ヘテロアリール基、隣接置換基との間で形成される環状構造が好ましく、ルビセンの共役拡張に寄与する。また、特に真空蒸着などのドライプロセスに適用する場合には、熱による変性(分解、多量化、異性化など)を抑制するために、上記のアリール基、ヘテロアリール基、隣接置換基との間で形成される環状構造といった比較的分子量の大きい置換基の数は最小限に留めることが望ましく、このような観点からは、R〜R14は水素が好ましい。 In order to obtain a high photovoltaic current in the photovoltaic device, it is desirable to further expand the light absorption wavelength region. From such a viewpoint, R 1 to R 14 in the general formula (1) are preferably a cyclic structure formed between an aryl group, a heteroaryl group, and an adjacent substituent, and contribute to the conjugated expansion of rubicene. . In particular, when applied to dry processes such as vacuum deposition, in order to suppress thermal modification (decomposition, multimerization, isomerization, etc.), the above-mentioned aryl group, heteroaryl group, and adjacent substituents It is desirable to keep the number of substituents having a relatively large molecular weight such as the cyclic structure formed in (1) to a minimum. From this viewpoint, R 1 to R 14 are preferably hydrogen.

上記の一般式(1)で表される構造を有するルビセン化合物として、下記のような構造が挙げられる。   The following structure is mentioned as a rubicene compound which has a structure represented by said General formula (1).

Figure 0005299023
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上記一般式(2)中、Aはルビセン骨格を表し、置換されていてもかまわない。Aのルビセン骨格としては、上記一般式(1)で表される構造を有するルビセン化合物として例示された化合物から導かれる2価の基を挙げることができる。Bは2価の連結基を表す。光起電力素子の光電変換効率をより向上させるために、ルビセンの共役構造を拡張させる構造が好ましい。このような連結基としては、アリーレン、ヘテロアリーレン、ビニレン、フェニレンビニレンなどが挙げられる。これらの基は置換されていてもよく、置換基の例としては、アルキル基やアルコキシ基などが挙げられる。mは0または1であり、1がより好ましい。nは2以上1000以下の範囲である。合成の容易性の観点から、2以上50以下の範囲が好ましい。XおよびXは同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲンの中から選ばれる。共役構造の拡張に寄与し、光起電力素子の光電変換効率をより向上させる観点から、アリール、ヘテロアリール基がより好ましい。 In the above general formula (2), A represents a rubicene skeleton and may be substituted. Examples of the rubicene skeleton of A include divalent groups derived from compounds exemplified as the rubicene compound having the structure represented by the general formula (1). B represents a divalent linking group. In order to further improve the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device, a structure in which the conjugated structure of rubicene is expanded is preferable. Examples of such a linking group include arylene, heteroarylene, vinylene, and phenylene vinylene. These groups may be substituted, and examples of the substituent include an alkyl group and an alkoxy group. m is 0 or 1, and 1 is more preferable. n is in the range of 2 to 1000. From the viewpoint of ease of synthesis, a range of 2 to 50 is preferred. X 1 and X 2 may be the same or different and are selected from hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, a heteroaryl group, and a halogen. From the viewpoint of contributing to the expansion of the conjugated structure and further improving the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device, aryl and heteroaryl groups are more preferable.

上記の一般式(2)で表される構造を有するルビセン化合物として、具体的には下記のような構造が挙げられる。ただし、mは0〜1、nは2以上1000以下の範囲を示す。   Specific examples of the rubicene compound having the structure represented by the general formula (2) include the following structures. However, m shows the range of 0-1, and n shows 2 or more and 1000 or less.

Figure 0005299023
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なお、ルビセン化合物は、例えば、ヨーロピアンジャーナル オブ オーガニック ケミストリー(European Journal of Organic Chemistry)1998年、12巻、2769−2773頁に記載されている方法により合成することができる。例えば、1,5−ジクロロ−9,10−ジフェニルアントラセン誘導体に塩酸を作用させて環化させる方法が挙げられる。一般式(2)で表される構造を有するルビセン化合物は、鈴木―宮浦反応やStille反応などのヘテロカップリング反応によって得ることができる。例えば、ルビセンの5,12位をボロン酸誘導体またはスズ化合物で置換した二置換ルビセン誘導体と、二置換ハロゲン化アリールとのカップリング反応が挙げられる。   The rubicene compound can be synthesized, for example, by the method described in European Journal of Organic Chemistry 1998, Vol. 12, pages 2769-2773. For example, a method in which hydrochloric acid is allowed to act on a 1,5-dichloro-9,10-diphenylanthracene derivative to cyclize is exemplified. The rubicene compound having the structure represented by the general formula (2) can be obtained by a hetero-coupling reaction such as a Suzuki-Miyaura reaction or a Stille reaction. For example, a coupling reaction between a disubstituted rubicene derivative in which the 5,12-position of rubicene is substituted with a boronic acid derivative or a tin compound and a disubstituted aryl halide can be mentioned.

ルビセン化合物は、光吸収特性に優れると同時に正孔移動度が高いという特徴を有しているため、電子供与性有機材料として好適に用いることができる。   A rubicene compound is excellent in light absorption characteristics and has a feature of high hole mobility and can be suitably used as an electron donating organic material.

本発明の光起電力素子用材料は、前記ルビセン化合物のみからなるものでもよいし、他の電子供与性有機材料を含んでもよい。他の電子供与性有機材料としては、例えばポリチオフェン系重合体、ベンゾチアジアゾール−チオフェン系誘導体、ベンゾチアジアゾール−チオフェン系共重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリ−p−フェニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリチエニレンビニレン系重合体などの共役系重合体や、Hフタロシアニン(HPc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)などのフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン(TPD)、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン(NPD)などのトリアリールアミン誘導体、4,4’−ジ(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(CBP)などのカルバゾール誘導体、オリゴチオフェン誘導体(ターチオフェン、クウォーターチオフェン、セキシチオフェン、オクチチオフェンなど)などの低分子有機化合物が挙げられる。 The photovoltaic element material of the present invention may be composed of only the rubicene compound or may contain other electron donating organic materials. Examples of other electron donating organic materials include polythiophene polymers, benzothiadiazole-thiophene derivatives, benzothiadiazole-thiophene copolymers, poly-p-phenylene vinylene polymers, poly-p-phenylene polymers. Conjugated polymers such as polyfluorene polymer, polypyrrole polymer, polyaniline polymer, polyacetylene polymer, polythienylene vinylene polymer, H 2 phthalocyanine (H 2 Pc), copper phthalocyanine (CuPc) ), Phthalocyanine derivatives such as zinc phthalocyanine (ZnPc), porphyrin derivatives, N, N′-diphenyl-N, N′-di (3-methylphenyl) -4,4′-diphenyl-1,1′-diamine (TPD) ), N, N′-dinaphthyl-N, N′-diphenyl-4,4′-diphenyl Triarylamine derivatives such as -1,1′-diamine (NPD), carbazole derivatives such as 4,4′-di (carbazol-9-yl) biphenyl (CBP), oligothiophene derivatives (terthiophene, quarterthiophene, Cithiophene, octithiophene, etc.).

上記ルビセン化合物は電子供与性(p型半導体特性)を示すため、本発明の光起電力素子用材料は、さらに電子受容性有機材料(n型有機半導体)を含有することが好ましい。ルビセン化合物と電子受容性有機材料を組み合わせることにより、光起電力素子の光電変換効率をより向上させることができる。   Since the rubicene compound exhibits an electron donating property (p-type semiconductor characteristics), the photovoltaic device material of the present invention preferably further contains an electron-accepting organic material (n-type organic semiconductor). By combining the rubicene compound and the electron-accepting organic material, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element can be further improved.

本発明で用いる電子受容性有機材料とは、n型半導体特性を示す有機材料であり、例えば1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(NTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド(PTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックビスベンズイミダゾール(PTCBI)、N,N'−ジオクチル−3,4,9,10−ナフチルテトラカルボキシジイミド(PTCDI−C8H)、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)、2,5−ジ(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール(BND)などのオキサゾール誘導体、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(TAZ)などのトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、フラーレン化合物(C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94を始めとする無置換のものと、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドメチルエステル([6,6]−PCBM)、[5,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドメチルエステル([5,6]−PCBM)、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドヘキシルエステル([6,6]−PCBH)、[6,6]−フェニル C61 ブチリックアシッドドデシルエステル([6,6]−PCBD)、フェニル C71 ブチリックアシッドメチルエステル(PC70BM)、フェニル C85 ブチリックアシッドメチルエステル(PC84BM)など)、カーボンナノチューブ(CNT)、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体にシアノ基を導入した誘導体(CN−PPV)などが挙げられる。中でも、フラーレン化合物は電荷分離速度と電子移動速度が速いため、好ましく用いられる。 The electron-accepting organic material used in the present invention is an organic material exhibiting n-type semiconductor characteristics. For example, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTCDA), 3,4,9,10- Perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic bisbenzimidazole (PTCBI), N, N′-dioctyl-3,4,9,10-naphthyltetracarboxydiimide (PTCDI) -C8H), 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (PBD), 2,5-di (1-naphthyl) -1,3 , 4-oxadiazole (BND) and other oxazole derivatives, 3- (4-biphenylyl) -4-phenyl-5- (4-t - butylphenyl) -1,2,4-triazole (triazole derivatives such as TAZ), phenanthroline derivatives, phosphine oxide derivatives, fullerene compounds (C 60, C 70, C 76, C 78, C 82, C 84, C 90 , C 94 and the like, [6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester ([6,6] -PCBM), [5,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester ( [5,6] -PCBM), [6,6] -phenyl C61 butyric acid hexyl ester ([6,6] -PCBH), [6,6] -phenyl C61 butyric acid dodecyl ester ([6,6 ] -PCBD), phenyl C71 butyric acid methyl ester (PC 70 BM), Fe Le C85 butyric acid methyl ester (PC 84 BM), etc.), carbon nanotubes (CNT), poly -p- phenylene vinylene-based polymer derivatives obtained by introducing cyano group into (CN-PPV) and the like. Among these, fullerene compounds are preferably used because of their high charge separation speed and electron transfer speed.

本発明の光起電力素子用材料において、ルビセン化合物を含む電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率(重量分率)は特に限定されないが、電子供与性有機材料:電子受容性有機材料の重量分率が、1〜99:99〜1の範囲であることが好ましく、より好ましくは10〜90:90〜10の範囲であり、さらに好ましくは20〜60:80〜40の範囲である。電子供与性有機材料と電子受容性有機材料は混合して用いても積層して用いてもよい。混合方法としては特に限定されるものではないが、所望の比率で溶媒に添加した後、加熱、撹拌、超音波照射などの方法を1種または複数種組み合わせて溶媒中に溶解させる方法が挙げられる。なお、後述するように、光起電力素子用材料が一層の有機半導体層を形成する場合は、上述の含有比率はその一層に含まれる本発明の電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率となり、有機半導体層が二層以上の積層構造である場合は、有機半導体層全体における本発明の電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の含有比率を意味する。   In the photovoltaic device material of the present invention, the content ratio (weight fraction) of the electron-donating organic material containing the rubicene compound and the electron-accepting organic material is not particularly limited, but the electron-donating organic material: electron-accepting organic material The material weight fraction is preferably in the range of 1 to 99:99 to 1, more preferably in the range of 10 to 90:90 to 10, still more preferably in the range of 20 to 60:80 to 40. is there. The electron-donating organic material and the electron-accepting organic material may be used as a mixture or laminated. Although it does not specifically limit as a mixing method, After adding to a solvent in a desired ratio, the method of making it melt | dissolve in a solvent combining 1 type or multiple types of methods, such as a heating, stirring, and ultrasonic irradiation, is mentioned. . As will be described later, when the photovoltaic element material forms a single organic semiconductor layer, the above-described content ratios of the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material of the present invention contained in the single layer are included. When the organic semiconductor layer has a laminated structure of two or more layers, it means the content ratio of the electron donating organic material and the electron accepting organic material of the present invention in the whole organic semiconductor layer.

光電変換効率をより向上させるためには、キャリアのトラップとなるような不純物は極力除去することが好ましい。本発明では、前述のルビセン化合物やこれを含む電子供与性有機材料、および電子受容性有機材料の不純物を除去する方法は特に限定されないが、カラムクロマトグラフィー法、再結晶法、昇華法、再沈殿法、ソクスレー抽出法、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による分子量分画法、濾過法、イオン交換法、キレート法などを用いることができる。一般的に低分子有機材料の精製にはカラムクロマトグラフィー法、再結晶法、昇華法が好ましく用いられる。他方、高分子量体の精製には、低分子量成分を除去する場合には再沈殿法やソクスレー抽出法、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による分子量分画法が好ましく用いられ、金属成分を除去する場合には再沈殿法やキレート法、イオン交換法が好ましく用いられる。これらの方法のうち、複数を組み合わせてもよい。   In order to further improve the photoelectric conversion efficiency, it is preferable to remove impurities that can trap carriers as much as possible. In the present invention, the above-mentioned rubicene compound, an electron-donating organic material containing the compound, and a method for removing impurities from the electron-accepting organic material are not particularly limited, but column chromatography, recrystallization, sublimation, reprecipitation Method, Soxhlet extraction method, molecular weight fractionation method by GPC (gel permeation chromatography), filtration method, ion exchange method, chelate method and the like can be used. In general, a column chromatography method, a recrystallization method, and a sublimation method are preferably used for purification of a low molecular weight organic material. On the other hand, for the purification of high molecular weight compounds, when removing low molecular weight components, reprecipitation, Soxhlet extraction, or molecular weight fractionation by GPC (gel permeation chromatography) is preferably used to remove metal components. In such a case, a reprecipitation method, a chelate method, or an ion exchange method is preferably used. A plurality of these methods may be combined.

次に、本発明の光起電力素子について説明する。本発明の光起電力素子は、少なくとも正極と負極を有し、これらの間に本発明の光起電力素子用材料を含む。図1は本発明の光起電力素子の一例を示す模式図である。図1において符号1は基板、符号2は正極、符号3は本発明の光起電力素子用材料を含む有機半導体層、符号4は負極である。   Next, the photovoltaic element of the present invention will be described. The photovoltaic device of the present invention has at least a positive electrode and a negative electrode, and includes the photovoltaic device material of the present invention between them. FIG. 1 is a schematic view showing an example of the photovoltaic element of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a substrate, reference numeral 2 is a positive electrode, reference numeral 3 is an organic semiconductor layer containing the photovoltaic element material of the present invention, and reference numeral 4 is a negative electrode.

有機半導体層3は本発明の光起電力素子用材料を含む。すなわち、ルビセン化合物を含む電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を含む。これらの材料は混合されていることが好ましく、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料が分子レベルで相溶しているか、相分離していることが好ましい。この相分離構造のドメインサイズは特に限定されるものではないが通常1nm以上50nm以下のサイズである。また、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料が積層されている場合は、p型半導体特性を示す電子供与性有機材料を有する層が正極側、n型半導体特性を示す電子受容性有機材料を有する層が負極側であることが好ましい。有機半導体層3が積層されている場合の光起電力素子の一例を図2に示す。符号5はルビセン化合物を有する層、符号6は電子受容性有機材料を有する層である。有機半導体層は5nm〜500nmの厚さが好ましく、より好ましくは30nm〜300nmである。積層されている場合は、本発明の電子供与性有機材料を有する層は上記厚さのうち1nm〜400nmの厚さを有していることが好ましく、より好ましくは15nm〜150nmである。   The organic semiconductor layer 3 contains the photovoltaic element material of the present invention. That is, it includes an electron-donating organic material containing an rubicene compound and an electron-accepting organic material. These materials are preferably mixed, and the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material are preferably compatible or phase-separated at the molecular level. The domain size of this phase separation structure is not particularly limited, but is usually 1 nm or more and 50 nm or less. When the electron donating organic material and the electron accepting organic material are laminated, the layer having the electron donating organic material exhibiting p-type semiconductor characteristics is on the positive electrode side, and the electron accepting organic material exhibiting n-type semiconductor characteristics It is preferable that the layer having a negative electrode side. An example of the photovoltaic element in the case where the organic semiconductor layer 3 is laminated is shown in FIG. Reference numeral 5 is a layer having a rubicene compound, and reference numeral 6 is a layer having an electron-accepting organic material. The organic semiconductor layer preferably has a thickness of 5 nm to 500 nm, more preferably 30 nm to 300 nm. When laminated, the layer having the electron-donating organic material of the present invention preferably has a thickness of 1 nm to 400 nm, more preferably 15 nm to 150 nm.

また、有機半導体層3には本発明のルビセン化合物、および電子受容性有機材料以外の電子供与性有機材料(p型有機半導体)を含んでいてもよい。ここで用いる電子供与性有機材料(p型有機半導体)としては、先に電子供与性有機材料の他の化合物として例示したものが挙げられる。   Further, the organic semiconductor layer 3 may contain the rubicene compound of the present invention and an electron donating organic material (p-type organic semiconductor) other than the electron accepting organic material. Examples of the electron donating organic material (p-type organic semiconductor) used here include those exemplified above as other compounds of the electron donating organic material.

本発明の光起電力素子においては、正極2もしくは負極4のいずれかに光透過性を有することが好ましい。電極の光透過性は、有機半導体層3に入射光が到達して起電力が発生する程度であれば、特に限定されるものではない。ここで、本発明における光透過性は、[透過光強度(W/m)/入射光強度(W/m)]×100(%)で求められる値である。電極の厚さは光透過性と導電性とを有する範囲であればよく、電極素材によって異なるが20nm〜300nmが好ましい。なお、もう一方の電極は導電性があれば必ずしも光透過性は必要ではなく、厚さも特に限定されない。 In the photovoltaic device of the present invention, it is preferable that either the positive electrode 2 or the negative electrode 4 has light transmittance. The light transmittance of the electrode is not particularly limited as long as incident light reaches the organic semiconductor layer 3 and an electromotive force is generated. Here, the light transmittance in the present invention is a value obtained by [transmitted light intensity (W / m 2 ) / incident light intensity (W / m 2 )] × 100 (%). The thickness of the electrode may be in a range having light transparency and conductivity, and is preferably 20 nm to 300 nm, although it varies depending on the electrode material. The other electrode is not necessarily light-transmitting as long as it has conductivity, and the thickness is not particularly limited.

電極材料としては、一方の電極には仕事関数の大きな導電性素材、もう一方の電極には仕事関数の小さな導電性素材を使用することが好ましい。仕事関数の大きな導電性素材を用いた電極は正極となる。この仕事関数の大きな導電性素材としては金、白金、クロム、ニッケルなどの金属のほか、透明性を有するインジウム、スズなどの金属酸化物、複合金属酸化物(インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)など)が好ましく用いられる。ここで、正極2に用いられる導電性素材は、有機半導体層3とオーミック接合するものであることが好ましい。さらに、後述する正孔輸送層を用いた場合においては、正極2に用いられる導電性素材は正孔輸送層とオーミック接合するものであることが好ましい。   As an electrode material, it is preferable to use a conductive material having a high work function for one electrode and a conductive material having a low work function for the other electrode. An electrode using a conductive material having a large work function is a positive electrode. Conductive materials with a large work function include metals such as gold, platinum, chromium and nickel, transparent metal oxides such as indium and tin, composite metal oxides (indium tin oxide (ITO), indium Zinc oxide (IZO) or the like is preferably used. Here, the conductive material used for the positive electrode 2 is preferably one that is in ohmic contact with the organic semiconductor layer 3. Furthermore, when a hole transport layer described later is used, it is preferable that the conductive material used for the positive electrode 2 is in ohmic contact with the hole transport layer.

仕事関数の小さな導電性素材を用いた電極は負極となるが、この仕事関数の小さな導電性素材としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属、具体的にはリチウム、マグネシウム、カルシウムが使用される。また、錫や銀、アルミニウムも好ましく用いられる。さらに、上記の金属からなる合金や上記の金属の積層体からなる電極も好ましく用いられる。また、負極4と電子輸送層の界面にフッ化リチウムやフッ化セシウムなどの金属フッ化物を導入することで、取り出し電流を向上させることも可能である。ここで、負極4に用いられる導電性素材は、有機半導体層3とオーミック接合するものであることが好ましい。さらに、後述する電子輸送層を用いた場合においては、負極4に用いられる導電性素材は電子輸送層とオーミック接合するものであることが好ましい。   An electrode using a conductive material having a low work function serves as a negative electrode. As the conductive material having a low work function, alkali metal or alkaline earth metal, specifically, lithium, magnesium, or calcium is used. Tin, silver, and aluminum are also preferably used. Furthermore, an electrode made of an alloy made of the above metal or a laminate of the above metal is also preferably used. Further, it is possible to improve the extraction current by introducing a metal fluoride such as lithium fluoride or cesium fluoride into the interface between the negative electrode 4 and the electron transport layer. Here, the conductive material used for the negative electrode 4 is preferably one that is in ohmic contact with the organic semiconductor layer 3. Furthermore, when an electron transport layer described later is used, it is preferable that the conductive material used for the negative electrode 4 is in ohmic contact with the electron transport layer.

基板1は、光電変換材料の種類や用途に応じて、電極材料や有機半導体層が積層できる基板、例えば、無アルカリガラス、石英ガラスなどの無機材料、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、エポキシ樹脂やフッ素系樹脂などの有機材料から任意の方法によって作製されたフィルムや板が使用可能である。また基板側から光を入射して用いる場合は、上記に示した各基板に80%程度の光透過性を持たせておくことが好ましい。   The substrate 1 is a substrate on which an electrode material or an organic semiconductor layer can be laminated according to the type and application of the photoelectric conversion material, for example, an inorganic material such as alkali-free glass or quartz glass, polyester, polycarbonate, polyolefin, polyamide, polyimide, polyphenylene A film or plate produced by an arbitrary method from an organic material such as sulfide, polyparaxylene, epoxy resin or fluorine resin can be used. When light is incident from the substrate side and used, it is preferable that each substrate described above has a light transmittance of about 80%.

本発明では、正極2と有機半導体層3の間に正孔輸送層を設けてもよい。正孔輸送層を形成する材料としては、ポリチオフェン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体などの導電性高分子や、フタロシアニン誘導体(H2Pc、CuPc、ZnPcなど)、ポルフィリン誘導体などのp型半導体特性を示す低分子有機化合物が好ましく用いられる。特に、ポリチオフェン系重合体であるポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)やPEDOTにポリスチレンスルホネート(PSS)が添加されたものが好ましく用いられる。正孔輸送層は5nm〜600nmの厚さが好ましく、より好ましくは30nm〜200nmである。   In the present invention, a hole transport layer may be provided between the positive electrode 2 and the organic semiconductor layer 3. As a material for forming the hole transport layer, conductive polymers such as polythiophene polymers, poly-p-phenylene vinylene polymers, polyfluorene polymers, phthalocyanine derivatives (H2Pc, CuPc, ZnPc, etc.), Low molecular organic compounds exhibiting p-type semiconductor properties such as porphyrin derivatives are preferably used. In particular, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), which is a polythiophene polymer, or PEDOT to which polystyrene sulfonate (PSS) is added is preferably used. The hole transport layer preferably has a thickness of 5 nm to 600 nm, more preferably 30 nm to 200 nm.

また、本発明の光起電力素子は、有機半導体層3と負極4の間に電子輸送層を設けてもよい。電子輸送層を形成する材料として、特に限定されるものではないが、上述の電子受容性有機材料(NTCDA、PTCDA、PTCDI−C8H、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、フラーレン化合物、CNT、CN−PPVなど)のようにn型半導体特性を示す有機材料が好ましく用いられる。電子輸送層は5nm〜600nmの厚さが好ましく、より好ましくは30nm〜200nmである。   In the photovoltaic device of the present invention, an electron transport layer may be provided between the organic semiconductor layer 3 and the negative electrode 4. The material for forming the electron transport layer is not particularly limited, but the above-described electron-accepting organic materials (NTCDA, PTCDA, PTCDI-C8H, oxazole derivatives, triazole derivatives, phenanthroline derivatives, phosphine oxide derivatives, fullerene compounds, An organic material exhibiting n-type semiconductor characteristics such as CNT and CN-PPV is preferably used. The thickness of the electron transport layer is preferably 5 nm to 600 nm, more preferably 30 nm to 200 nm.

また、本発明の光起電力素子は、1つ以上の中間電極を介して2層以上の有機半導体層を積層(タンデム化)して直列接合を形成してもよい。例えば、基板/正極/第1の有機半導体層/中間電極/第2の有機半導体層/負極という積層構成を挙げることができる。このように積層することにより、開放電圧を向上させることができる。なお、正極と第1の有機半導体層の間、および、中間電極と第2の有機半導体層の間に上述の正孔輸送層を設けてもよく、第1の有機半導体層と中間電極の間、および、第2の有機半導体層と負極の間に上述の正孔輸送層を設けてもよい。   In the photovoltaic device of the present invention, two or more organic semiconductor layers may be stacked (tandemized) via one or more intermediate electrodes to form a series junction. For example, a laminated structure of substrate / positive electrode / first organic semiconductor layer / intermediate electrode / second organic semiconductor layer / negative electrode can be given. By laminating in this way, the open circuit voltage can be improved. Note that the hole transport layer described above may be provided between the positive electrode and the first organic semiconductor layer and between the intermediate electrode and the second organic semiconductor layer, and between the first organic semiconductor layer and the intermediate electrode. The hole transport layer described above may be provided between the second organic semiconductor layer and the negative electrode.

このような積層構成の場合、有機半導体層の少なくとも1層が本発明の光起電力素子用材料を含み、他の層には、短絡電流を低下させないために、本発明の電子供与性有機材料とはバンドギャップの異なる電子供与性有機材料を含むことが好ましい。このような電子供与性有機材料としては、例えば上述のポリチオフェン系重合体、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体、ポリ−p−フェニレン系重合体、ポリフルオレン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリチエニレンビニレン系重合体などの共役系重合体や、Hフタロシアニン(HPc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)などのフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン(TPD)、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン(NPD)などのトリアリールアミン誘導体、4,4’−ジ(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(CBP)などのカルバゾール誘導体、オリゴチオフェン誘導体(ターチオフェン、クウォーターチオフェン、セキシチオフェン、オクチチオフェンなど)などの低分子有機化合物が挙げられる。 In the case of such a laminated structure, at least one layer of the organic semiconductor layer contains the photovoltaic device material of the present invention, and the other layer does not reduce the short-circuit current. It preferably contains an electron donating organic material having a different band gap. Examples of such an electron-donating organic material include the polythiophene polymer, poly-p-phenylene vinylene polymer, poly-p-phenylene polymer, polyfluorene polymer, polypyrrole polymer, polyaniline described above. Conjugated polymers such as polymer, polyacetylene polymer, polythienylene vinylene polymer, phthalocyanine derivatives such as H 2 phthalocyanine (H 2 Pc), copper phthalocyanine (CuPc), zinc phthalocyanine (ZnPc), porphyrin Derivatives, N, N′-diphenyl-N, N′-di (3-methylphenyl) -4,4′-diphenyl-1,1′-diamine (TPD), N, N′-dinaphthyl-N, N ′ -Triarylamine derivatives such as diphenyl-4,4'-diphenyl-1,1'-diamine (NPD), 4,4'-di ( Carbazole-9-yl) carbazole derivatives, such as biphenyl (CBP), oligothiophene derivatives (terthiophene, quarter thiophene, sexithiophene, etc. oct thiophene) include low molecular weight organic compounds, such as.

また、ここで用いられる中間電極用の素材としては高い導電性を有するものが好ましく、例えば上述の金、白金、クロム、ニッケル、リチウム、マグネシウム、カルシウム、錫、銀、アルミニウムなどの金属や、透明性を有するインジウム、スズなどの金属酸化物、複合金属酸化物(インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)など)、上記の金属からなる合金や上記の金属の積層体、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)やPEDOTにポリスチレンスルホネート(PSS)が添加されたもの、などが挙げられる。中間電極は光透過性を有することが好ましいが、光透過性が低い金属のような素材でも膜厚を薄くすることで充分な光透過性を確保できる場合が多い。   In addition, the material for the intermediate electrode used here is preferably a material having high conductivity, for example, the above-mentioned metals such as gold, platinum, chromium, nickel, lithium, magnesium, calcium, tin, silver, aluminum, and transparent Metal oxides such as indium and tin, composite metal oxides (indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), etc.), alloys composed of the above metals and laminates of the above metals, polyethylene Examples include dioxythiophene (PEDOT) and those obtained by adding polystyrene sulfonate (PSS) to PEDOT. The intermediate electrode preferably has a light transmission property, but even a material such as a metal having a low light transmission property can often ensure a sufficient light transmission property by reducing the film thickness.

次に、本発明の光起電力素子の製造方法の例について説明する。基板上にITOなどの透明電極(この場合正極に相当)をスパッタリング法などにより形成する。次に、本発明のルビセン化合物、および電子受容性有機材料を含む光電変換素子用材料を溶媒に溶解させて溶液を作り、透明電極上に塗布し有機半導体層を形成する。このとき用いられる溶媒は有機溶媒が好ましく、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、トルエン、キシレン、o−クロロフェノール、アセトン、酢酸エチル、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、クロロナフタレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。また、フルオラス溶媒(分子中にフッ素原子を1個以上有する有機溶媒)を含有することで光電変換効率をより向上させることができる。このようなフルオラス溶媒として、例えばベンゾトリフルオリド、ヘキサフルオロベンゼン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、ペルフルオロトルエン、ペルフルオロデカリンなどが挙げられる。より好ましくはベンゾトリフルオリドが用いられる。フルオラス溶媒の含有量は全溶媒量に対して0.01〜20体積%であることが好ましく、より好ましくは0.1〜5体積%である。   Next, the example of the manufacturing method of the photovoltaic element of this invention is demonstrated. A transparent electrode such as ITO (corresponding to a positive electrode in this case) is formed on the substrate by sputtering or the like. Next, the photoelectric conversion element material containing the rubicene compound of the present invention and the electron-accepting organic material is dissolved in a solvent to form a solution, which is applied on the transparent electrode to form an organic semiconductor layer. The solvent used at this time is preferably an organic solvent. For example, methanol, ethanol, butanol, toluene, xylene, o-chlorophenol, acetone, ethyl acetate, ethylene glycol, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, Examples include chlorobenzene, chloronaphthalene, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, and γ-butyrolactone. Two or more of these may be used. Moreover, the photoelectric conversion efficiency can be further improved by containing a fluorous solvent (an organic solvent having one or more fluorine atoms in the molecule). Examples of such a fluorous solvent include benzotrifluoride, hexafluorobenzene, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, perfluorotoluene, perfluorodecalin and the like. More preferably, benzotrifluoride is used. The content of the fluorous solvent is preferably 0.01 to 20% by volume, more preferably 0.1 to 5% by volume with respect to the total amount of solvent.

本発明のルビセン化合物を含む電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を混合して有機半導体層を形成する場合は、例えば電子供与性有機材料と電子受容性有機材料を所望の比率で溶媒に添加し、加熱、撹拌、超音波照射などの方法を用いて溶解させ溶液を作り、透明電極上に塗布する。また、電子供与性有機材料および電子受容性有機材料を積層して有機半導体層を形成する場合は、例えば電子供与性有機材料の溶液を塗布して電子供与性有機材料を有する層を形成した後に、電子受容性有機材料の溶液を塗布して層を形成する。ここで、電子供与性有機材料および電子受容性有機材料は、分子量が1000以下程度の低分子量体である場合には、蒸着法を用いて層を形成することも可能である。   When an organic semiconductor layer is formed by mixing an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material containing the rubicene compound of the present invention, for example, the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material are used in a solvent in a desired ratio. The solution is added and dissolved using a method such as heating, stirring and ultrasonic irradiation to form a solution, which is applied on the transparent electrode. In the case of forming an organic semiconductor layer by laminating an electron-donating organic material and an electron-accepting organic material, for example, after applying a solution of the electron-donating organic material to form a layer having the electron-donating organic material Then, a layer of the electron-accepting organic material is applied to form a layer. Here, when the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material are low molecular weight substances having a molecular weight of about 1000 or less, it is possible to form a layer using a vapor deposition method.

有機半導体層の形成には、スピンコート塗布、ブレードコート塗布、スリットダイコート塗布、スクリーン印刷塗布、バーコーター塗布、鋳型塗布、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法、スプレー法、真空蒸着法など何れの方法を用いてもよく、膜厚制御や配向制御など、得ようとする有機半導体層特性に応じて形成方法を選択すればよい。例えばスピンコート塗布を行う場合には、電子供与性有機材料、および電子受容性有機材料が1〜20g/lの濃度(電子供与性有機材料と電子受容性有機材料と溶媒を含む溶液の体積に対する、電子供与性有機材料と電子受容性有機材料の重量)であることが好ましく、この濃度にすることで厚さ5〜500nm、より好ましくは30〜300nmの均質な有機半導体層を得ることができる。形成した有機半導体層に対して、溶媒を除去するために、減圧下または不活性雰囲気下(窒素やアルゴン雰囲気下)などでアニーリング処理を行ってもよい。アニーリング処理の好ましい温度は40℃〜300℃、より好ましくは50℃〜200℃である。また、アニーリング処理を行うことで、積層した層が界面で互いに浸透して接触する実行面積が増加し、短絡電流を増大させることができる。このアニーリング処理は、負極の形成後に行ってもよい。   For organic semiconductor layer formation, spin coating, blade coating, slit die coating, screen printing coating, bar coater coating, mold coating, printing transfer method, dip pulling method, ink jet method, spray method, vacuum deposition method, etc. This method may be used, and the formation method may be selected according to the characteristics of the organic semiconductor layer to be obtained, such as film thickness control and orientation control. For example, when spin coating is performed, the electron donating organic material and the electron accepting organic material have a concentration of 1 to 20 g / l (relative to the volume of the solution containing the electron donating organic material, the electron accepting organic material, and the solvent). The weight of the electron-donating organic material and the electron-accepting organic material) is preferable, and by setting this concentration, a homogeneous organic semiconductor layer having a thickness of 5 to 500 nm, more preferably 30 to 300 nm can be obtained. . In order to remove the solvent, the formed organic semiconductor layer may be subjected to an annealing treatment under reduced pressure or in an inert atmosphere (in a nitrogen or argon atmosphere). A preferable temperature for the annealing treatment is 40 ° C to 300 ° C, more preferably 50 ° C to 200 ° C. Further, by performing the annealing process, the effective area where the stacked layers permeate and contact each other at the interface increases, and the short-circuit current can be increased. This annealing treatment may be performed after the formation of the negative electrode.

次に、有機半導体層上にAlなどの金属電極(この場合負極に相当)を真空蒸着法やスパッタ法により形成する。金属電極は、電子輸送層に低分子有機材料を用いて真空蒸着した場合は、引き続き、真空を保持したまま続けて形成することが好ましい。   Next, a metal electrode such as Al (corresponding to a negative electrode in this case) is formed on the organic semiconductor layer by vacuum deposition or sputtering. When the metal electrode is vacuum-deposited using a low molecular organic material for the electron transport layer, it is preferable that the metal electrode is continuously formed while maintaining the vacuum.

正極と有機半導体層の間に正孔輸送層を設ける場合には、所望のp型有機半導体材料(PEDOTなど)を正極上にスピンコート法、バーコーティング法、ブレードによるキャスト法などで塗布した後、真空恒温槽やホットプレートなどを用いて溶媒を除去し、正孔輸送層を形成する。フタロシアニン誘導体やポルフィリン誘導体などの低分子有機材料を使用する場合には、真空蒸着機を用いた真空蒸着法を適用することも可能である。   When a hole transport layer is provided between the positive electrode and the organic semiconductor layer, a desired p-type organic semiconductor material (such as PEDOT) is applied on the positive electrode by spin coating, bar coating, blade casting, or the like. Then, the solvent is removed using a vacuum thermostat or a hot plate to form a hole transport layer. In the case of using a low molecular organic material such as a phthalocyanine derivative or a porphyrin derivative, it is also possible to apply a vacuum vapor deposition method using a vacuum vapor deposition machine.

有機半導体層と負極の間に電子輸送層を設ける場合には、所望のn型有機半導体材料(フラーレン誘導体など)を有機半導体層上にスピンコート法、バーコーティング法、ブレードによるキャスト法、スプレー法などで塗布した後、真空恒温槽やホットプレートなどを用いて溶媒を除去し、電子輸送層を形成する。フェナントロリン誘導体やC60などの低分子有機材料を使用する場合には、真空蒸着機を用いた真空蒸着法を適用することも可能である。 When an electron transport layer is provided between the organic semiconductor layer and the negative electrode, a desired n-type organic semiconductor material (fullerene derivative, etc.) is applied onto the organic semiconductor layer by spin coating, bar coating, blade casting, or spraying. Then, the solvent is removed using a vacuum thermostat or a hot plate to form an electron transport layer. When using a low molecular organic material such as a phenanthroline derivative or C 60, it is also possible to apply a vacuum deposition method using a vacuum deposition machine.

本発明の光起電力素子は、光電変換機能、光整流機能などを利用した種々の光電変換デバイスへの応用が可能である。例えば光電池(太陽電池など)、電子素子(光センサ、光スイッチ、フォトトランジスタなど)、光記録材(光メモリなど)などに有用である。   The photovoltaic element of the present invention can be applied to various photoelectric conversion devices using a photoelectric conversion function, an optical rectification function, and the like. For example, it is useful for photovoltaic cells (such as solar cells), electronic elements (such as optical sensors, optical switches, and phototransistors), optical recording materials (such as optical memories), and the like.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。ここで、実施例1は、特許請求の範囲の補正により削除した請求項に係る実施例である。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。また実施例等で用いた化合物のうち、略語を使用しているものについて、以下に示す。
ITO:インジウム錫酸化物
PEDOT:ポリエチレンジオキシチオフェン
PSS:ポリスチレンスルホネート
なお、合成例記載中の2,6−ジブロモ−4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−4H−シクロペンタジチオフェン(1−f)、および4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−4H−シクロペンタジチオフェン(2−a)は、マクロモレキュルズ(Macromolecules)2007年、41巻、1981−1986頁に記載されている方法により合成した。二置換ルビセン誘導体(1−d)はヨーロピアンジャーナル オブ オーガニック ケミストリー(European Journal of Organic Chemistry)1998年、12巻、2769−2773頁に記載されている方法を参考にして合成した。また、化合物(2−c)はヘルベチカ キミカ アクタ(Helvetica Chimica Acta)2002年、85巻、2195−2212頁に記載されている方法により合成した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. Here, the first embodiment is an embodiment according to the claims deleted by the correction of the claims. In addition, this invention is not limited to the following Example. Of the compounds used in the examples and the like, those using abbreviations are shown below.
ITO: indium tin oxide PEDOT: polyethylene dioxythiophene PSS: polystyrene sulfonate 2,6-dibromo-4,4-bis (2-ethylhexyl) -4H-cyclopentadithiophene (1-f ), And 4,4-bis (2-ethylhexyl) -4H-cyclopentadithiophene (2-a) are the methods described in Macromolecules 2007, 41, 1981-1986. Was synthesized. The disubstituted rubicene derivative (1-d) was synthesized with reference to the method described in European Journal of Organic Chemistry 1998, Vol. 12, pages 2769-2773. Compound (2-c) was synthesized by the method described in Helvetica Chimica Acta 2002, 85, 2195-2212.

また、H−NMR測定には日本電子(株)製JEOLJNM−EX270FT−NMR装置を用いた。サンプル10mgを0.05%(v/v)テトラメチルシラン入りのクロロホルム−d(0.6ml)に溶解させ、NMR測定用チューブに入れて、上記装置を用いて室温で測定した。 Further, using JEOLJNM-EX270FT-NMR apparatus manufactured by JEOL, Ltd. in the 1 H-NMR measurement. A 10 mg sample was dissolved in chloroform-d 1 (0.6 ml) containing 0.05% (v / v) tetramethylsilane, placed in an NMR measurement tube, and measured at room temperature using the above apparatus.

合成例1
化合物A−1を式1に示す方法で合成した。
Synthesis example 1
Compound A-1 was synthesized by the method shown in Formula 1.

Figure 0005299023
Figure 0005299023

4−ブロモベンゼン(14.4g、75.0mmol、(株)東京化成工業製)のエーテル溶液(200ml、(株)和光純薬工業製)にノルマルブチルリチウムヘキサン溶液(1.6M、45.0ml、70mmol(株)東京化成工業製)を0℃で滴下した。滴下終了後、室温で15分間撹拌した。得られた4−クロロフェニルリチウム溶液に1,5−ジクロロアントラキノン(1−a)(6.9g、25mmol、(株)東京化成工業製)を0℃で加え、室温で2時間撹拌した。撹拌終了後、水(100ml)を加え、水層をエーテル(100ml)で二回抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。残渣にトルエン(100ml)を加え、析出した固体をろ取し、ヘキサンで洗浄することで化合物(1−b)を白色固体(4.8g、収率38%)として得た。   A normal butyl lithium hexane solution (1.6 M, 45.0 ml) was added to an ether solution (200 ml, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) of 4-bromobenzene (14.4 g, 75.0 mmol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.). 70 mmol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added dropwise at 0 ° C. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 15 minutes. 1,5-Dichloroanthraquinone (1-a) (6.9 g, 25 mmol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the obtained 4-chlorophenyllithium solution at 0 ° C., and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. After completion of stirring, water (100 ml) was added, and the aqueous layer was extracted twice with ether (100 ml). The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. Toluene (100 ml) was added to the residue, and the precipitated solid was collected by filtration and washed with hexane to obtain compound (1-b) as a white solid (4.8 g, yield 38%).

上記の化合物(1−b)(3.0g、6.0mmol)の酢酸溶液(60ml、(株)和光純薬工業製)にヨウ化カリウム(9.0g、54mmol、(株)和光純薬工業製)および次亜リン酸ナトリウム一水和物(9.0g、75mol、(株)和光純薬工業製)を室温で加え、1時間加熱還流した。室温まで反応混合物を冷却した後、生じた沈殿物をろ取した。得られた黄色固体を水、メタノールついでアセトンし、乾燥することで化合物(1−c)を黄色固体(2.1g、収率75%)として得た。   Potassium iodide (9.0 g, 54 mmol, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to an acetic acid solution (60 ml, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) of the above compound (1-b) (3.0 g, 6.0 mmol). Product) and sodium hypophosphite monohydrate (9.0 g, 75 mol, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added at room temperature, and the mixture was heated to reflux for 1 hour. After cooling the reaction mixture to room temperature, the resulting precipitate was collected by filtration. The obtained yellow solid was dried with water, methanol and acetone, and dried to obtain compound (1-c) as a yellow solid (2.1 g, yield 75%).

上記の化合物(1−c)(2.0g、4.27mmol)のキノリン懸濁溶液(40ml、(株)和光純薬工業製)に水酸化カリウム(6.0g)を加え、シリコンバス温度200℃で30分間加熱撹拌した。反応混合物を室温まで冷却した後、1M硫酸(600ml)に少しずつ注ぎ、生じた赤色固体をろ取した。得られた粗生成物をソクスレー抽出器を用いてトルエンで抽出し、溶媒を減圧留去することで化合物(1−d)を黄色固体(1.22g、収率73%)として得た。   Potassium hydroxide (6.0 g) was added to a quinoline suspension solution (40 ml, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) of the above compound (1-c) (2.0 g, 4.27 mmol), and a silicon bath temperature of 200. The mixture was stirred at 30 ° C. for 30 minutes. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into 1M sulfuric acid (600 ml) little by little, and the resulting red solid was collected by filtration. The obtained crude product was extracted with toluene using a Soxhlet extractor, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain compound (1-d) as a yellow solid (1.22 g, yield 73%).

100mlの2口フラスコに上記の化合物(1−d)(600mg、1.5mmol)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム錯体(80mg、0.14mol、アルドリッチ社製)、S−phos配位子(100mg、0.24mol、アルドリッチ社製)、酢酸カリウム(730mg、7.5mmol、(株)和光純薬工業製)およびビス(ピナコレート)ジボロン(1.93g、7.5mmol、BASF社製)を加え、フラスコを窒素置換した後に、ジオキサン(80ml、(株)和光純薬工業製)を加え、反応混合物を90℃で10時間撹拌した。撹拌終了後、溶媒を減圧留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)で精製することで化合物(1−e)を薄赤固体(310mg、収率36%)として得た。得られた化合物(1−e)のH―NMRの測定結果を以下に示す。
H―NMR(270MHz,CDCl):8.58(d,J=8.6Hz,2H),8.32(d,J=7.0Hz,2H),8.04(d,J=6.6Hz,2H),7.93(d,J=8.6Hz,2H),7.78(d,J=6.6Hz,2H),7.75(d,J=7.0Hz,2H),1.44(s,24H)ppm。
In a 100 ml two-necked flask, the above compound (1-d) (600 mg, 1.5 mmol), bis (dibenzylideneacetone) palladium complex (80 mg, 0.14 mol, manufactured by Aldrich), S-phos ligand (100 mg) 0.24 mol, manufactured by Aldrich), potassium acetate (730 mg, 7.5 mmol, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and bis (pinacolato) diboron (1.93 g, 7.5 mmol, manufactured by BASF) were added, After the flask was purged with nitrogen, dioxane (80 ml, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and the reaction mixture was stirred at 90 ° C. for 10 hours. After completion of the stirring, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (eluent: toluene) to obtain compound (1-e) as a light red solid (310 mg, yield 36%). The measurement result of 1 H-NMR of the obtained compound (1-e) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 8.58 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 8.32 (d, J = 7.0 Hz, 2H), 8.04 (d, J = 6) .6 Hz, 2H), 7.93 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 7.78 (d, J = 6.6 Hz, 2H), 7.75 (d, J = 7.0 Hz, 2H) , 1.44 (s, 24H) ppm.

上記の化合物(1−e)(108mg、0.19mmol)、化合物(1−f)(105mg、0.19mmol)のトルエン(25ml)溶液に、1M炭酸カリウム水溶液(4ml)、Alquat336(1滴、アルドリッチ社製)、およびテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム錯体(10mg、(株)東京化成工業製)を加え、90℃で10時間撹拌した。次いで、ブロモベンゼン((株)東京化成工業製)40mgを加え、90℃にて1時間撹拌した。次いで、フェニルボロン酸((株)東京化成工業製)60mgを加え、90℃にて1時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷却した後、メタノール(200ml)に注ぎ、生じた沈殿物をろ取した。粗生成物をろ紙上で水、メタノール、ついてアセトンで洗浄し、黒色固体を得た。この粗生成物にクロロホルム(200ml)を加え、1時間加熱還流し、クロロホルムに不溶のポリマーを濾別した。溶媒を減圧留去した後、メタノールで再沈殿することによって化合物(A−1)を黒色固体として得た。重量平均分子量は4000、数平均分子量は3000、重合度nは6であった。また、光吸収端波長は760nm、バンドギャップ(Eg)は1.63eV、最高被占分子軌道(HOMO)準位は−4.96eVであった。   To a toluene (25 ml) solution of the above compound (1-e) (108 mg, 0.19 mmol) and compound (1-f) (105 mg, 0.19 mmol), 1M aqueous potassium carbonate solution (4 ml), Alquat 336 (1 drop, Aldrich) and tetrakis (triphenylphosphine) palladium complex (10 mg, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added and stirred at 90 ° C. for 10 hours. Subsequently, 40 mg of bromobenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 90 ° C. for 1 hour. Subsequently, 60 mg of phenylboronic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 90 ° C. for 1 hour. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into methanol (200 ml), and the resulting precipitate was collected by filtration. The crude product was washed on the filter paper with water, methanol, and then acetone to obtain a black solid. Chloroform (200 ml) was added to the crude product, and the mixture was heated to reflux for 1 hour, and a polymer insoluble in chloroform was filtered off. After the solvent was distilled off under reduced pressure, the compound (A-1) was obtained as a black solid by reprecipitation with methanol. The weight average molecular weight was 4000, the number average molecular weight was 3000, and the degree of polymerization n was 6. The light absorption edge wavelength was 760 nm, the band gap (Eg) was 1.63 eV, and the highest occupied molecular orbital (HOMO) level was -4.96 eV.

合成例2
化合物A−2を式2に示す方法で合成した。
Synthesis example 2
Compound A-2 was synthesized by the method shown in Formula 2.

Figure 0005299023
Figure 0005299023

化合物(2−a)(2.4g、6.0mmol)の乾燥テトラヒドロフラン溶液(40ml)を−78℃に冷却し、n−ブチルリチウムヘキサン溶液(濃度1.6M、(株)東京化成工業製、6.0ml、9.6mmol)を滴下した。反応溶液をそのまま−78℃に保ち、30分間撹拌した。ついで2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(2.2g、12mmol、(株)東京化成工業製)を−78℃で加え、室温で2時間撹拌した。撹拌終了後、ジエチルエーテル(50m)を加え、水で3回、飽和食塩水で1回洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(充填材:シリカゲル、溶離液:クロロホルム:ヘキサン:トリエチルアミン=200:300:1)で精製することで、化合物(2−b)(2.0g、収率63%)を無色オイルとして得た。   A dry tetrahydrofuran solution (40 ml) of compound (2-a) (2.4 g, 6.0 mmol) was cooled to −78 ° C., and an n-butyllithium hexane solution (concentration: 1.6 M, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 6.0 ml, 9.6 mmol) was added dropwise. The reaction solution was kept at −78 ° C. and stirred for 30 minutes. Subsequently, 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (2.2 g, 12 mmol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added at −78 ° C., and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. Stir. After completion of stirring, diethyl ether (50 m) was added, and the mixture was washed 3 times with water and once with saturated brine. After drying over anhydrous magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was purified by column chromatography (filler: silica gel, eluent: chloroform: hexane: triethylamine = 200: 300: 1), whereby compound (2-b) (2.0 g, yield 63%) was colorless. Obtained as an oil.

上記化合物(2−b)(2.0g、3.8mmol)、化合物(2−c)(440mg、1.0mmol)およびKPO(1.2g、6.0mol、(株)和光純薬工業製)にジメチルホルムアミド(20ml)を加え、撹拌しながら[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(Pd(dppf)Cl、アルドリッチ社製、200mg、0.25mol)を室温で加え、90℃で5時間加熱撹拌した。撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、ジエチルエーテル(50ml)および水(50ml)を加え、有機層を水で数回洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:クロロホルム:ヘキサン=1:2)で精製することで化合物(2−d)(490mg、収率45%)を黒色固体として得た。化合物(2−d)のH―NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):8.08(s,2H)、7.84(s,2H)、7.75(m,4H)、7.41(m,6H)、7.15(d,J=4.9Hz,2H)、6.95(d,J=4.9Hz,2H)、1.95(m,8H)、1.02−0.95(m,60H)ppm。
Compound (2-b) (2.0 g, 3.8 mmol), Compound (2-c) (440 mg, 1.0 mmol) and K 3 PO 4 (1.2 g, 6.0 mol, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Dimethylformamide (20 ml) is added to (Industry) and [1,1′-bis (diphenylphosphino) ferrocene] dichloropalladium (Pd (dppf) Cl 2 , Aldrich, 200 mg, 0.25 mol) is added with stirring. The mixture was added at room temperature and stirred at 90 ° C. for 5 hours. After completion of stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature, diethyl ether (50 ml) and water (50 ml) were added, and the organic layer was washed several times with water. After drying over anhydrous magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography (eluent: chloroform: hexane = 1: 2) to give compound (2-d) (490 mg, yield 45%) Was obtained as a black solid. The measurement result of 1 H-NMR of the compound (2-d) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 8.08 (s, 2H), 7.84 (s, 2H), 7.75 (m, 4H), 7.41 (m, 6H), 7.15 (D, J = 4.9 Hz, 2H), 6.95 (d, J = 4.9 Hz, 2H), 1.95 (m, 8H), 1.02-0.95 (m, 60H) ppm.

上記化合物(2−d)(490mg、0.45mmol)をジメチルホルムアミド(20ml)に溶解させ、0℃で撹拌しながらN−ブロモスクシンイミド(176mg、0.99mmol、(株)和光純薬工業製)を加え、0℃で4時間撹拌した。撹拌終了後、5%NaSO水溶液(20ml)およびジエチルエーテル(60ml)を加え、有機層を水で数回、飽和食塩水で1回洗浄した。溶媒を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。残渣をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥させることで化合物(2−e)(470mg、収率84%)を黒色固体として得た。化合物(2−e)のH―NMRの測定結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,CDCl):8.10(s,2H)、7.77(s,2H)、7.73−7.54(m,4H)、7.44−7.42(m,6H)、6.98(s,2H)、2.0−1.8(m,8H)、1.02−0.59(m,60H)ppm。
The above compound (2-d) (490 mg, 0.45 mmol) was dissolved in dimethylformamide (20 ml) and stirred at 0 ° C., and N-bromosuccinimide (176 mg, 0.99 mmol, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) And stirred at 0 ° C. for 4 hours. After completion of the stirring, 5% Na 2 SO 3 aqueous solution (20 ml) and diethyl ether (60 ml) were added, and the organic layer was washed several times with water and once with saturated brine. After the solvent was dried over anhydrous magnesium sulfate, the solvent was distilled off under reduced pressure. The residue was washed with methanol and then dried under reduced pressure to obtain compound (2-e) (470 mg, 84% yield) as a black solid. The measurement result of 1 H-NMR of the compound (2-e) is shown below.
1 H-NMR (270 MHz, CDCl 3 ): 8.10 (s, 2H), 7.77 (s, 2H), 7.73-7.54 (m, 4H), 7.44-7.42 ( m, 6H), 6.98 (s, 2H), 2.0-1.8 (m, 8H), 1.02-0.59 (m, 60H) ppm.

化合物(1−e)(58mg、0.10mmol)および化合物(2−e)(124mg、0.10mmol)をトルエン(5ml)に溶解させ、ついで濃度1M炭酸カリウム水溶液(1ml)、Alquat336(1滴、アルドリッチ社製)およびテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム触媒(6mg、(株)東京化成工業製)室温で加え、窒素雰囲気下、90℃で6時間撹拌した。次いで、ブロモベンゼン((株)東京化成工業製)40mgを加え、90℃にて1時間撹拌した。次いで、フェニルボロン酸((株)東京化成工業製)60mgを加え、90℃にて1時間撹拌した。撹拌終了後、反応混合物を室温まで冷却し、メタノール200mlに注いだ。析出した固体をろ取し、メタノール、水、アセトンの順に洗浄した。得られた固体をクロロホルム100mlに溶解させ、シリカゲルショートカラム(溶離液:クロロホルム)を通した後に濃縮し、メタノールに再沈澱させることでA−2(90mg)を得た。重量平均分子量は10,000、数平均分子量は7,300、重合度nは7であった。また、光吸収端波長は775nm、バンドギャップ(Eg)は1.60eV、最高被占分子軌道(HOMO)準位は−5.16であった。   Compound (1-e) (58 mg, 0.10 mmol) and compound (2-e) (124 mg, 0.10 mmol) were dissolved in toluene (5 ml), and then concentrated 1M aqueous potassium carbonate (1 ml), Alquat 336 (1 drop) And Aldrich) and tetrakis (triphenylphosphine) palladium catalyst (6 mg, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) at room temperature, and stirred at 90 ° C. for 6 hours in a nitrogen atmosphere. Subsequently, 40 mg of bromobenzene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 90 ° C. for 1 hour. Subsequently, 60 mg of phenylboronic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and stirred at 90 ° C. for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction mixture was cooled to room temperature and poured into 200 ml of methanol. The precipitated solid was collected by filtration and washed with methanol, water, and acetone in this order. The obtained solid was dissolved in 100 ml of chloroform, passed through a silica gel short column (eluent: chloroform), concentrated, and reprecipitated in methanol to obtain A-2 (90 mg). The weight average molecular weight was 10,000, the number average molecular weight was 7,300, and the degree of polymerization n was 7. The light absorption edge wavelength was 775 nm, the band gap (Eg) was 1.60 eV, and the highest occupied molecular orbital (HOMO) level was −5.16.

実施例1
ドライプロセス法によって、以下に示すように光起電力素子を作製した。スパッタリング法により正極となるITO透明導電層を120nm堆積させたガラス基板を38mm×46mmに切断した後、ITOをフォトリソグラフィー法により38mm×13mmの長方形状にパターニングした。得られた基板をアルカリ洗浄液(フルウチ化学(株)製、“セミコクリーン”EL56(商品名))で10分間超音波洗浄した後、超純水で洗浄した。この基板を30分間UV/オゾン処理した後に、基板上に正孔輸送層となるPEDOT:PSS水溶液(PEDOT0.8重量%、PPS0.5重量%)をスピンコート法により60nmの厚さに成膜した。ホットプレートにより200℃で5分間加熱乾燥した後、上記基板を真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が1×10−3Pa以下になるまで排気し、抵抗加熱法によって、下記式に示すルビセン(ACROS ORGANICS社製)を30nmの厚さに蒸着し、p型有機半導体層を形成した。
Example 1
A photovoltaic device was produced by a dry process method as shown below. A glass substrate on which an ITO transparent conductive layer serving as a positive electrode having a thickness of 120 nm was deposited by sputtering was cut into 38 mm × 46 mm, and then ITO was patterned into a 38 mm × 13 mm rectangular shape by photolithography. The obtained substrate was subjected to ultrasonic cleaning for 10 minutes with an alkali cleaning solution (“Semico Clean” EL56 (trade name), manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.), and then washed with ultrapure water. After this substrate was UV / ozone treated for 30 minutes, a PEDOT: PSS aqueous solution (0.8% by weight of PEDOT, 0.5% by weight of PPS) serving as a hole transport layer was formed on the substrate to a thickness of 60 nm by spin coating. did. After heating and drying at 200 ° C. for 5 minutes with a hot plate, the substrate was placed in a vacuum deposition apparatus and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus was 1 × 10 −3 Pa or less. Rubicene (manufactured by ACROS ORGANICS) represented by the formula was deposited to a thickness of 30 nm to form a p-type organic semiconductor layer.

Figure 0005299023
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次いで、真空を破らずにn型有機半導体であるフラーレンC60((株)東京化成工業製)を抵抗加熱法によって40nmの厚さに蒸着し、n型有機半導体層を形成した。 Next, fullerene C 60 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), which is an n-type organic semiconductor, was deposited to a thickness of 40 nm by a resistance heating method without breaking the vacuum, thereby forming an n-type organic semiconductor layer.

陰極用マスクを真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が1×10−3Pa以下になるまで再び排気し、抵抗加熱法によって、負極となるアルミニウム層を80nmの厚さに蒸着した。上下の電極から引き出し電極を取り出し、ストライプ状のITO層とアルミニウム層が交差する部分の面積が5mm×5mmである光起電力素子を作製した。 A cathode mask is placed in a vacuum deposition apparatus, and the vacuum inside the apparatus is exhausted again until the vacuum level becomes 1 × 10 −3 Pa or less, and an aluminum layer serving as a negative electrode is deposited to a thickness of 80 nm by resistance heating. did. The extraction electrode was taken out from the upper and lower electrodes, and a photovoltaic device having an area where the stripe-like ITO layer and the aluminum layer intersect each other was 5 mm × 5 mm was produced.

このようにして作製された光起電力素子の正極と負極をヒューレット・パッカード社製ピコアンメーター/ボルテージソース4140Bに接続して、大気中でITO層側から擬似太陽光(山下電装株式会社製 簡易型ソーラシミュレータ YSS−E40、スペクトル形状:AM1.5、強度:100mW/cm)を照射し、印加電圧を−1Vから+2Vまで変化させたときの電流値を測定した。この時の短絡電流密度(印加電圧が0Vのときの電流密度の値)は1.84mA/cm、開放電圧(電流密度が0になるときの印加電圧の値)は0.71V、フィルファクター(FF)は0.435であり、これらの値から算出した光電変換効率は0.57%であった。なお、フィルファクターと光電変換効率は次式により算出した。
フィルファクター=JVmax/(短絡電流密度×開放電圧)
(ここで、JVmaxは、印加電圧が0Vから開放電圧値の間で電流密度と印加電圧の積が最大となる点における電流密度と印加電圧の積の値である。)
光電変換効率=[(短絡電流密度×開放電圧×フィルファクター)/擬似太陽光強度(100mW/cm)]×100(%)
以下の実施例と比較例におけるフィルファクターと光電変換効率も全て上式により算出した。
The positive and negative electrodes of the photovoltaic device thus fabricated were connected to a picoammeter / voltage source 4140B manufactured by Hewlett-Packard Co., and simulated sunlight (from Yamashita Denso Co., Ltd., simplified) from the ITO layer side in the atmosphere. Type solar simulator YSS-E40, spectrum shape: AM1.5, intensity: 100 mW / cm 2 ), and the current value was measured when the applied voltage was changed from −1V to + 2V. At this time, the short-circuit current density (value of the current density when the applied voltage is 0 V) is 1.84 mA / cm 2 , the open circuit voltage (value of the applied voltage when the current density is 0) is 0.71 V, and the fill factor (FF) was 0.435, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 0.57%. The fill factor and photoelectric conversion efficiency were calculated by the following equations.
Fill factor = JVmax / (Short-circuit current density × Open-circuit voltage)
(Here, JVmax is the product of the current density and the applied voltage at the point where the product of the current density and the applied voltage is maximum when the applied voltage is between 0 V and the open circuit voltage value.)
Photoelectric conversion efficiency = [(short circuit current density × open circuit voltage × fill factor) / pseudo sunlight intensity (100 mW / cm 2 )] × 100 (%)
The fill factor and photoelectric conversion efficiency in the following examples and comparative examples were all calculated by the above formula.

比較例1
ルビセンの代わりに下記式に示す銅フタロシアニンを用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。この時の短絡電流密度は2.72mA/cm、開放電圧は0.38V、フィルファクター(FF)は0.275であり、これらの値から算出した光電変換効率は0.29%であった。
Comparative Example 1
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that copper phthalocyanine represented by the following formula was used instead of rubicene, and current-voltage characteristics were measured. The short-circuit current density at this time was 2.72 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.38 V, the fill factor (FF) was 0.275, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 0.29%. .

Figure 0005299023
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比較例2
ルビセンの代わりに下記式に示すコロネンを用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。この時の短絡電流密度は0.67mA/cm、開放電圧は0.77V、フィルファクター(FF)は0.163であり、これらの値から算出した光電変換効率は0.08%であった。
Comparative Example 2
A photovoltaic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that coronene represented by the following formula was used instead of rubicene, and current-voltage characteristics were measured. The short-circuit current density at this time was 0.67 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.77 V, the fill factor (FF) was 0.163, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 0.08%. .

Figure 0005299023
Figure 0005299023

比較例3
ルビセンの代わりに下記式に示すデカシクレンを用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。この時の短絡電流密度は0.81mA/cm、開放電圧は0.65V、フィルファクター(FF)は0.245であり、これらの値から算出した光電変換効率は0.13%であった。
Comparative Example 3
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that decacyclene represented by the following formula was used instead of rubicene, and current-voltage characteristics were measured. The short-circuit current density at this time was 0.81 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.65 V, the fill factor (FF) was 0.245, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 0.13%. .

Figure 0005299023
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比較例4
ルビセンの代わりに下記式に示す9,10−ビス(フェニルエチニル)アントラセンを用いた他は実施例1と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。この時の短絡電流密度は1.05mA/cm、開放電圧は0.72V、フィルファクター(FF)は0.315であり、これらの値から算出した光電変換効率は0.24%であった。
Comparative Example 4
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 1 except that 9,10-bis (phenylethynyl) anthracene represented by the following formula was used instead of rubicene, and current-voltage characteristics were measured. The short-circuit current density at this time was 1.05 mA / cm 2 , the open circuit voltage was 0.72 V, the fill factor (FF) was 0.315, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 0.24%. .

Figure 0005299023
Figure 0005299023

ドライプロセスによって光起電力素子を作製した上記実施例1および比較例1〜4の評価結果を表1に示す。   Table 1 shows the evaluation results of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 in which photovoltaic elements were produced by a dry process.

Figure 0005299023
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表1から明らかなように、ルビセン化合物を用いてドライプロセスによって作製した光起電力素子(実施例1)は、ルビセン構造を含まない類似の骨格をもつ化合物を用いて同様の条件で作製した他の光起電力素子(比較例1〜4)に比べ、顕著に高い光電変換効率を示した。   As is clear from Table 1, the photovoltaic device (Example 1) produced by a dry process using a rubicene compound was produced under the same conditions using a compound having a similar skeleton not containing a rubicene structure. Compared with the photovoltaic elements (Comparative Examples 1 to 4), the photoelectric conversion efficiency was remarkably high.

実施例2
ウェットプロセス法によって、以下に示すように光起電力素子を作製した。上記化合物(A−1)1mgとPC70BM(Solenn社製)4mgをクロロベンゼン0.25mlの入ったサンプル瓶の中に加え、超音波洗浄機((株)井内盛栄堂製US−2(商品名)、出力120W)中で30分間超音波照射することにより溶液Aを得た。
Example 2
A photovoltaic device was produced by the wet process method as shown below. 1 mg of the above compound (A-1) and 4 mg of PC 70 BM (manufactured by Solen) are added to a sample bottle containing 0.25 ml of chlorobenzene, and an ultrasonic washer (US-2 manufactured by Inoue Seieido Co., Ltd.) Name), and output 120W) for 30 minutes to obtain a solution A.

実施例1と同様にしてガラス基板上にITO透明導電層および正孔輸送層(PEDOT:PSS層)を形成した。上記の溶液AをPEDOT:PSS層上に滴下し、スピンコート法により膜厚100nmの有機半導体層を形成した。その後、有機半導体層が形成された基板と陰極用マスクを真空蒸着装置内に設置して、実施例1と同様にして負極を形成し、ストライプ状のITO層とアルミニウム層が交差する部分の面積が5mm×5mmである光起電力素子を作製した。   In the same manner as in Example 1, an ITO transparent conductive layer and a hole transport layer (PEDOT: PSS layer) were formed on a glass substrate. The solution A was dropped on the PEDOT: PSS layer, and an organic semiconductor layer having a thickness of 100 nm was formed by a spin coating method. Thereafter, the substrate on which the organic semiconductor layer is formed and the cathode mask are placed in a vacuum deposition apparatus to form a negative electrode in the same manner as in Example 1, and the area of the portion where the stripe-like ITO layer and the aluminum layer intersect A photovoltaic device having a size of 5 mm × 5 mm was produced.

このようにして作製された光起電力素子を実施例1と全く同様にして電流−電圧特性を測定した。この時の短絡電流密度は5.89mA/cm、開放電圧は0.66V、フィルファクター(FF)は0.490であり、これらの値から算出した光電変換効率は1.90%であった。 The photovoltaic device thus produced was measured for current-voltage characteristics in the same manner as in Example 1. At this time, the short-circuit current density was 5.89 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.66 V, and the fill factor (FF) was 0.490, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 1.90%. .

実施例3
A−1の代わりに上記A−2を用いた他は実施例2と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。この時の短絡電流密度は7.95mA/cm、開放電圧は0.69V、フィルファクター(FF)は0.445であり、これらの値から算出した光電変換効率は2.44%であった。
Example 3
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 2 except that A-2 was used in place of A-1, and current-voltage characteristics were measured. At this time, the short-circuit current density was 7.95 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.69 V, the fill factor (FF) was 0.445, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 2.44%. .

比較例5
A−1の代わりに下記B−1重量平均分子量:2500、数平均分子量:2000、重合度n:4)を用いた他は実施例2と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。B−1はA−1の合成法において、(1−e)のかわりに(2−c)のブロモ基をボロン酸ピナコールエステルに変換した化合物を用いた他は、A−1と同様の手法によって合成した。この時の短絡電流密度は3.10mA/cm、開放電圧は0.59V、フィルファクター(FF)は0.279であり、これらの値から算出した光電変換効率は0.51%であった。
Comparative Example 5
A photovoltaic device was prepared in exactly the same manner as in Example 2 except that B-1 weight average molecular weight: 2500, number average molecular weight: 2000, polymerization degree n: 4) was used instead of A-1. -Voltage characteristics were measured. B-1 is the same as A-1, except that a compound obtained by converting the bromo group of (2-c) into a boronic acid pinacol ester is used instead of (1-e) in the synthesis method of A-1. Was synthesized. At this time, the short-circuit current density was 3.10 mA / cm 2 , the open circuit voltage was 0.59 V, and the fill factor (FF) was 0.279, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 0.51%. .

Figure 0005299023
Figure 0005299023

比較例6
A−1の代わりに下記B−2(重量平均分子量:25000、数平均分子量:16000、重合度n:18)を用いた他は実施例2と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。B−2はA−2の合成法において、(1−e)のかわりに9、9−Dioctylfluorene−2,7−bis(trimethyleneborate)(Aldrich社製)を用いた他は、A−2と同様の手法によって合成した。この時の短絡電流密度は3.55mA/cm、開放電圧は0.72V、フィルファクター(FF)は0.558であり、これらの値から算出した光電変換効率は1.43%であった。
Comparative Example 6
A photovoltaic device was prepared in exactly the same manner as in Example 2 except that the following B-2 (weight average molecular weight: 25000, number average molecular weight: 16000, polymerization degree n: 18) was used instead of A-1. Current-voltage characteristics were measured. B-2 is the same as A-2 except that 9,9-Dioctylfluorene-2,7-bis (trimethyleneborate) (Aldrich) was used instead of (1-e) in the synthesis method of A-2. The method was synthesized. The short-circuit current density at this time was 3.55 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.72 V, the fill factor (FF) was 0.558, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 1.43%. .

Figure 0005299023
Figure 0005299023

比較例7
A−1の代わりに下記B−3(重量平均分子量:16000、数平均分子量:11000、重合度n:12)を用いた他は実施例2と全く同様にして光起電力素子を作製し、電流−電圧特性を測定した。B−3はA−2の合成法において、(1−e)のかわりに3,6−bis(4,4,5,5−tetramethyl−1,3,2−dioxaborolan−2−yl)−9−octylcarbazoleを用いた他は、A−2と同様の手法によって合成した。この時の短絡電流密度は3.46mA/cm、開放電圧は0.64V、フィルファクター(FF)は0.458であり、これらの値から算出した光電変換効率は1.01%であった。
Comparative Example 7
A photovoltaic device was produced in the same manner as in Example 2 except that the following B-3 (weight average molecular weight: 16000, number average molecular weight: 11000, polymerization degree n: 12) was used instead of A-1. Current-voltage characteristics were measured. B-3 is 3,6-bis (4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxabolan-2-yl) -9 instead of (1-e) in the synthesis method of A-2. The synthesis was performed in the same manner as in A-2 except that -octylcarbazole was used. At this time, the short-circuit current density was 3.46 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 0.64 V, the fill factor (FF) was 0.458, and the photoelectric conversion efficiency calculated from these values was 1.01%. .

Figure 0005299023
Figure 0005299023

ウェットプロセスによって光起電力素子を作製した上記実施例2〜3および比較例5〜7の評価結果を表2に示す。   Table 2 shows the evaluation results of Examples 2 to 3 and Comparative Examples 5 to 7 in which photovoltaic elements were produced by a wet process.

Figure 0005299023
Figure 0005299023

表2から明らかなように、ルビセン化合物を用いてウェットプロセスによって作製した光起電力素子(実施例2〜3)は、ルビセン構造を含まない類似の骨格をもつポリマーを用いて同様の条件で作製した他の光起電力素子(比較例5〜7)に比べて高い光電変換効率を示した。   As is clear from Table 2, photovoltaic devices (Examples 2 to 3) produced by a wet process using a rubicene compound were produced under the same conditions using a polymer having a similar skeleton that does not contain a rubicene structure. As compared with the other photovoltaic elements (Comparative Examples 5 to 7), high photoelectric conversion efficiency was exhibited.

1 基板
2 正極
3 有機半導体層
4 負極
5 ルビセン化合物を有する層
6 電子受容性有機材料を有する層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Positive electrode 3 Organic semiconductor layer 4 Negative electrode 5 Layer having a rubicene compound 6 Layer having an electron-accepting organic material

Claims (5)

記一般式(2)で表されるルビセン化合物であって、下記一般式(2)中Bで表される2価の連結基は、置換されていてもよいアリーレン基、ヘテロアリーレン基、ビニレン基またはフェニレンビニレン基であるルビセン化合物を含む光起電力素子用材料。
Figure 0005299023
(上記一般式(2)中、Aはルビセン骨格を表し、Bは2価の連結基を表す。mは0または1である。nは2以上1000以下の範囲である。XおよびXは同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲンの中から選ばれる。)
A rubicene compound represented by the following general formula (2), divalent linking group, optionally substituted arylene group, heteroarylene group represented by Medium B following general formula (2), vinylene A photovoltaic device material comprising a rubicene compound which is a phenylene vinylene group .
Figure 0005299023
(In the general formula (2), A represents a rubicene skeleton, B represents a divalent linking group, m is 0 or 1. n is in the range of 2 to 1000. X 1 and X 2. May be the same or different and are selected from hydrogen, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, a heteroaryl group, and a halogen.)
前記ルビセン化合物が電子供与性有機材料である請求項1記載の光起電力素子用材料。 The photovoltaic device material according to claim 1, wherein the rubicene compound is an electron-donating organic material. さらに電子受容性有機材料を含む請求項記載の光起電力素子用材料。 The material for a photovoltaic device according to claim 2, further comprising an electron-accepting organic material. 電子受容性有機材料がフラーレン化合物である請求項記載の光起電力素子用材料。 The material for a photovoltaic device according to claim 3 , wherein the electron-accepting organic material is a fullerene compound. 少なくとも正極と負極を有する光起電力素子であって、負極と正極の間に請求項1〜のいずれかに記載の光起電力素子用材料を含む光起電力素子。 A photovoltaic element having at least positive and negative, a photovoltaic element comprising a photovoltaic device material according to any one of claims 1 to 4 between the anode and cathode.
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