JP5413055B2 - Organic photoelectric conversion element, solar cell using the same, and optical sensor array - Google Patents

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Description

本発明は、有機光電変換素子、太陽電池及び光センサアレイに関し、さらに詳しくは、バルクへテロジャンクション型の有機光電変換素子、この有機光電変換素子を用いた太陽電池及び光アレイセンサに関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element, a solar cell, and an optical sensor array. More specifically, the present invention relates to a bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element, a solar cell using the organic photoelectric conversion element, and an optical array sensor.

近年の化石エネルギーの高騰によって、自然エネルギーから直接電力を発電できるシステムが求められており、単結晶・多結晶・アモルファスのSiを用いた太陽電池、GaAsやCIGS等の化合物系の太陽電池、あるいは色素増感型光電変換素子(グレッツェルセル)等が提案・実用化されている。   Due to the recent rise in fossil energy, there is a demand for a system that can generate power directly from natural energy. Solar cells using single-crystal / polycrystalline / amorphous Si, compound-based solar cells such as GaAs and CIGS, or Dye-sensitized photoelectric conversion elements (Gretzel cells) have been proposed and put into practical use.

しかしながら、これらの太陽電池で発電するコストは未だ化石燃料を用いて発電・送電される電気の価格よりも高いものとなっており、普及の妨げとなっていた。また、基板に重いガラスを用いなければならないため、設置時に補強工事が必要であり、これらも発電コストが高くなる一因であった。   However, the cost of generating electricity with these solar cells is still higher than the price of electricity generated and transmitted using fossil fuels, which has hindered widespread use. In addition, since heavy glass must be used for the substrate, reinforcement work is required at the time of installation, which is one of the causes that increase the power generation cost.

このような状況に対し、化石燃料による発電コストよりも低コストな発電コストを達成しうる太陽電池として、陽極と陰極との間に電子供与体層(p型半導体層)と電子受容体層(n型半導体層)とが混合されたバルクへテロジャンクション層を挟んだバルクへテロジャンクション型光電変換素子が提案されている。   In this situation, as a solar cell that can achieve a power generation cost lower than that of fossil fuel, an electron donor layer (p-type semiconductor layer) and an electron acceptor layer ( There has been proposed a bulk heterojunction photoelectric conversion element sandwiching a bulk heterojunction layer mixed with an n-type semiconductor layer.

これらのバルクへテロジャンクション型太陽電池においては、陽極・陰極以外は塗布プロセスで形成されているため、高速かつ安価な製造が可能であると期待され、前述の発電コストの課題を解決できる可能性がある。さらに、上記のSi系太陽電池・化合物半導体系太陽電池・色素増感太陽電池等と異なり、160℃より高温のプロセスがないため、安価かつ軽量なプラスチック基板上への形成も可能であると期待される。   These bulk heterojunction solar cells are formed by a coating process except for the anode and cathode, and are expected to be able to be manufactured at high speed and at low cost. There is. Furthermore, unlike the above Si-based solar cells, compound semiconductor-based solar cells, dye-sensitized solar cells, etc., there is no process at a temperature higher than 160 ° C., so it is expected that it can be formed on a cheap and lightweight plastic substrate. Is done.

太陽電池の性能を表す光電変換効率は、短絡電流(Jsc)×開放電圧(Voc)×曲線因子(FF)の積で算出されるが、より高い短絡電流(Jsc)を得るために、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)において高い溶解性とキャリア移動度を有する材料を、有機光電変換素子の光電変換材料として用いることで、高い光電変換効率が得られることが報告されている(非特許文献1〜3、特許文献1、2参照)。   The photoelectric conversion efficiency representing the performance of the solar cell is calculated by the product of short circuit current (Jsc) × open circuit voltage (Voc) × fill factor (FF). In order to obtain a higher short circuit current (Jsc), for example, organic It has been reported that high photoelectric conversion efficiency can be obtained by using a material having high solubility and carrier mobility in an electroluminescence element (organic EL element) as a photoelectric conversion material of an organic photoelectric conversion element (non-patent) References 1-3 and Patent References 1, 2).

光電変換プロセスには大きく分けると、(1)入射光の吸収、(2)電荷の生成、(3)薄膜中の電荷の輸送、(4)電極での電荷収集が含まれるが、例えば(1)を満たすためにp型材料として低バンドギャップの材料を用いると、n型分子とのエネルギーレベルが一致しないことにより(2)の効率が低下したり、また電荷移動度が低いことによって(3)がスムーズに起こらなかったりすることで、変換効率の向上につながらず、高い光電変換効率の素子を得るためには、(1)から(4)のプロセスを同時に効率化する材料が必要である。また、材料単体としての電荷移動度が高くても、素子の性能はバルクヘテロジャンクション層における材料のナノレベルの構造体としての性質で決まるため、高い光電変換効率を有する素子を得るために、これらの性能を満たす材料が待望されていた。   The photoelectric conversion process can be broadly divided into (1) absorption of incident light, (2) generation of charge, (3) transport of charge in a thin film, and (4) charge collection at an electrode. If a low bandgap material is used as the p-type material to satisfy (), the energy level does not match that of the n-type molecule, so that the efficiency of (2) is reduced or the charge mobility is low (3 ) Does not occur smoothly, and does not lead to improvement in conversion efficiency, and in order to obtain a device with high photoelectric conversion efficiency, a material that simultaneously improves the processes of (1) to (4) is required. . In addition, even if the charge mobility as a single material is high, the performance of the device is determined by the property of the material in the bulk heterojunction layer as a nano-level structure. Therefore, in order to obtain a device having high photoelectric conversion efficiency, A material that satisfies the performance has been awaited.

曲線因子は光電変換素子の内部抵抗と密接に関わっており、曲線因子向上のためには有機薄膜の低抵抗化、電荷分離効率の向上(整流性の向上)が有効であることが知られている。   The curve factor is closely related to the internal resistance of the photoelectric conversion element, and it is known that lowering the resistance of the organic thin film and improving the charge separation efficiency (improving rectification) are effective for improving the curve factor. Yes.

有機EL素子と同様にバソキュプロイン(BCP)からなる正孔ブロック層を挿入することで電荷の分離効率が向上し、光電変換効率を向上できるとの開示があるが(例えば、特許文献3参照)、これらの材料は結晶性が高く溶解性が低いため、生産性の高い塗布方式に適用することは困難であり、また耐久性も十分なものとは言えなかった。   There is a disclosure that the charge separation efficiency can be improved by inserting a hole blocking layer made of bathocuproine (BCP) as in the organic EL element, and the photoelectric conversion efficiency can be improved (for example, see Patent Document 3). Since these materials have high crystallinity and low solubility, it is difficult to apply them to a highly productive coating method, and the durability is not sufficient.

本発明に用いられる化合物に類似した構造の化合物は、既に開示されている(例えば、特許文献4、非特許文献4参照)が、有機光電変換素子の材料として用いられた記載はなく、有機光電変換素子材料としての特性はほとんど知られておらず、本発明に係る化合物が有機光電変換素子材料として非常に優れていることを示唆することは不可能であった。   A compound having a structure similar to the compound used in the present invention has already been disclosed (see, for example, Patent Document 4 and Non-Patent Document 4), but there is no description used as a material for an organic photoelectric conversion element. The characteristics as a conversion element material are hardly known, and it was impossible to suggest that the compound according to the present invention is very excellent as an organic photoelectric conversion element material.

特開2008−106239号公報JP 2008-106239 A 特開2008−106240号公報JP 2008-106240 A 米国特許第65800027B2号明細書US Pat. No. 6,580,0027 B2 特開2008−056630号公報JP 2008-056630 A

Adv.Mater.;vol.15,p988(2003)Adv. Mater. Vol. 15, p988 (2003) J.Am.Chem.Soc.;vol.128,p8980(2006)J. et al. Am. Chem. Soc. Vol. 128, p8980 (2006) App.Phy.Let.;vol.92,033307,(2008)App. Phy. Let. Vol. 92,033307, (2008) Aiko Fukazawa,et al.,Org.Lett., vol.10,No.5,913−916,2008Aiko Fukazawa, et al. Org. Lett. , Vol. 10, no. 5,913-916,2008

本発明の目的は、高い曲線因子、開放電圧、及び光電変換効率を有し、かつ耐久性を有する有機光電変換素子、それを用いた太陽電池及び光センサアレイを提供することにある。   The objective of this invention is providing the organic photoelectric conversion element which has a high fill factor, an open circuit voltage, and photoelectric conversion efficiency, and has durability, a solar cell using the same, and an optical sensor array.

本発明の上記課題は、以下の構成により達成することができる。   The said subject of this invention can be achieved by the following structures.

1.陰極、陽極、及びp型半導体材料とn型半導体材料が混合されたバルクへテロジャンクション層を有する有機光電変換素子であって、前記陰極と陽極の間に、少なくとも下記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物を含有する層を有することを特徴とする有機光電変換素子。ただし、下記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物が、下記化合物(3)である場合を除く。 1. An organic photoelectric conversion element having a cathode, an anode, and a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed, and is represented by at least the following general formula (1) between the cathode and the anode. An organic photoelectric conversion device comprising a layer containing a compound having a partial structure. However, the case where the compound having the partial structure represented by the following general formula (1) is the following compound (3) is excluded.

Figure 0005413055
Figure 0005413055

(式中、n01は1を表し、Rは置換基を表す。)

Figure 0005413055
2.前記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物が、下記一般式(2)で表される部分構造を有する化合物であることを特徴とする前記1に記載の有機光電変換素子。 (In the formula, n01 represents 1 and R 1 represents a substituent.)
Figure 0005413055
2. 2. The organic photoelectric conversion device according to 1 above, wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (1) is a compound having a partial structure represented by the following general formula (2).

Figure 0005413055
Figure 0005413055

(式中、n01は1を表し、Rは置換基を表す。)
3.陰極、陽極、及びp型半導体材料とn型半導体材料が混合されたバルクへテロジャンクション層を有する有機光電変換素子であって、前記陰極と陽極の間に、少なくとも下記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物を含有する層を有し、該層が前記バルクへテロジャンクション層であることを特徴とする有機光電変換素子。

Figure 0005413055
(式中、n01は0または1を表し、R は置換基を表す。)
4.前記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物が、下記一般式(2)で表される部分構造を有する化合物であることを特徴とする前記3に記載の有機光電変換素子。
Figure 0005413055
(式中、n01は0または1を表し、R は置換基を表す。)
陰極、陽極、及びp型半導体材料とn型半導体材料が混合されたバルクへテロジャンクション層を有する有機光電変換素子であって、前記陰極と陽極の間に、少なくとも下記一般式(3)で表される部分構造を有する化合物を含有する層を有することを特徴とする有機光電変換素子。 (In the formula, n01 represents 1 and R 1 represents a substituent.)
3. An organic photoelectric conversion element having a cathode, an anode, and a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed, and is represented by at least the following general formula (1) between the cathode and the anode. An organic photoelectric conversion device comprising a layer containing a compound having a partial structure, wherein the layer is the bulk heterojunction layer.
Figure 0005413055
(In the formula, n01 represents 0 or 1, and R 1 represents a substituent.)
4). 4. The organic photoelectric conversion device as described in 3 above, wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (1) is a compound having a partial structure represented by the following general formula (2).
Figure 0005413055
(In the formula, n01 represents 0 or 1, and R 1 represents a substituent.)
5 . An organic photoelectric conversion element having a cathode, an anode, and a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed, and is represented by at least the following general formula (3) between the cathode and the anode. organic photoelectric conversion element characterized by having a layer containing a compound having a partial structure.

Figure 0005413055
Figure 0005413055

(式中、n01及びn02は各々0または1を表し、R及びRは各々置換基を表す。)
.前記一般式(3)で表される部分構造を有する化合物が、下記一般式(4)で表される部分構造を有する化合物であることを特徴とする前記に記載の有機光電変換素子。
(In the formula, n01 and n02 each represent 0 or 1, and R 1 and R 2 each represent a substituent.)
6 . 6. The organic photoelectric conversion device as described in 5 above, wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (3) is a compound having a partial structure represented by the following general formula (4).

Figure 0005413055
Figure 0005413055

(式中、n01及びn02は各々0または1を表し、R及びRは各々置換基を表す。)
.前記一般式(4)で表される部分構造を有する化合物が、下記一般式(5)で表される部分構造を有する化合物であることを特徴とする前記に記載の有機光電変換素子。
(In the formula, n01 and n02 each represent 0 or 1, and R 1 and R 2 each represent a substituent.)
7 . 7. The organic photoelectric conversion device as described in 6 above, wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (4) is a compound having a partial structure represented by the following general formula (5).

Figure 0005413055
Figure 0005413055

(式中、n01及びn02は各々0または1を表し、R及びRは各々置換基を表す。)
.前記一般式(1)〜一般式(5)において、n01及びn02が1であることを特徴とする前記のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。
(In the formula, n01 and n02 each represent 0 or 1, and R 1 and R 2 each represent a substituent.)
8 . In the above formulas (1) to (5), n01 and n02 is an organic photoelectric conversion element of any one of the 3-7, which is a 1.

.前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物が、低分子化合物であることを特徴とする前記1〜のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 9 . 9. The organic photoelectric conversion device according to any one of 1 to 8 , wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (1) to the general formula (5) is a low molecular compound.

10.前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物を含有する層が、前記バルクへテロジャンクション層と前記陰極の間に存在することを特徴とする前記1、2、5のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 10 . Wherein 1, 2, wherein the general formula (1) a layer containing a compound having a partial structure represented by - formula (5), characterized in that present between the bulk and the heterojunction layer and the cathode the organic photoelectric conversion element according to any one of 5-9.

11.前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物を含有する層が、前記バルクへテロジャンクション層であることを特徴とする前記1、2、5のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 11 . Any of the above-mentioned 1 , 2, 5 to 9 , wherein the layer containing the compound having the partial structure represented by the general formula (1) to the general formula (5) is the bulk heterojunction layer The organic photoelectric conversion element of Claim 1.

12.前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物を含有する層が、溶液塗布法によって作製されたことを特徴とする前記1〜11のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 12 . 12. The layer according to any one of 1 to 11 above, wherein the layer containing a compound having a partial structure represented by the general formula (1) to the general formula (5) is produced by a solution coating method. Organic photoelectric conversion element.

13.前記1〜12のいずれか1項に記載の有機光電変換素子からなることを特徴とする太陽電池。 13 . Solar cell characterized by comprising the organic photoelectric conversion element of any one of the 1 to 12.

14.前記1〜12のいずれか1項に記載の有機光電変換素子が、アレイ状に配置されてなることを特徴とする光センサアレイ。 14 . Photosensor array organic photoelectric conversion element of any one of the 1 to 12, characterized in that are arranged in a array.

本発明により、高い曲線因子、開放電圧及び光電変換効率を有し、かつ耐久性を有する有機光電変換素子、それを用いた太陽電池及び光センサアレイを提供することができた。   According to the present invention, an organic photoelectric conversion element having high fill factor, open-circuit voltage, photoelectric conversion efficiency, and durability, a solar cell using the same, and an optical sensor array can be provided.

バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solar cell which consists of a bulk hetero junction type organic photoelectric conversion element. p−i−nの三層構成の光電変換層を備える有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solar cell which consists of an organic photoelectric conversion element provided with the photoelectric converting layer of the three-layer structure of p-i-n. タンデム型のバルクヘテロジャンクション層を備える有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solar cell which consists of an organic photoelectric conversion element provided with a tandem-type bulk heterojunction layer. 光センサアレイの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an optical sensor array.

本発明者らは、上記課題に対して鋭意検討したところ、バルクへテロジャンクション層と陰極の間に前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物を含有する層を存在させることで上記課題を達成できることを見出した。さらに、前記一般式(1)〜(5)で表される部分構造を有する化合物を含有する層が、前記バルクへテロジャンクション層と前記陰極の間に存在すること、または前記バルクへテロジャンクション層であることが好ましいことを見出した。   When the present inventors diligently examined the above problem, they contain a compound having a partial structure represented by the general formula (1) to the general formula (5) between the bulk heterojunction layer and the cathode. It has been found that the above problem can be achieved by the presence of a layer. Furthermore, a layer containing a compound having a partial structure represented by the general formulas (1) to (5) exists between the bulk heterojunction layer and the cathode, or the bulk heterojunction layer It was found that it is preferable.

以下、本発明に係る各構成要素の詳細について、順次説明する。   Hereinafter, details of each component according to the present invention will be sequentially described.

〔一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物〕
まず、本発明における一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物について説明する。
[Compound having a partial structure represented by general formula (1) to general formula (5)]
First, the compound which has the partial structure represented by General formula (1)-General formula (5) in this invention is demonstrated.

一般式(1)〜一般式(5)において、n01及びn02は各々0または1を表し、R及びRは各々置換基を表す。一般式(1)〜一般式(5)の部分構造を有する化合物に置換することが可能な置換基、及び一般式(1)〜一般式(5)のR及びRで表される置換基に制限はないが、その好ましい例としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルキニル基、芳香族炭化水素環基(芳香族炭素環基、アリール基等ともいい、例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等)、芳香族複素環基(例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル基、1,2,3−トリアゾール−1−イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、スルファモイル基、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、カルバモイル基、ウレイド基、スルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基またはヘテロアリールスルホニル基、アミノ基、ハロゲン原子、フッ化炭化水素基、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基等が挙げられる。特に好ましい例としては、アルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基が挙げられる。 In General Formula (1) to General Formula (5), n01 and n02 each represent 0 or 1, and R 1 and R 2 each represent a substituent. Substituents that can be substituted with compounds having a partial structure of general formula (1) to general formula (5), and substitution represented by R 1 and R 2 in general formula (1) to general formula (5) The group is not limited, but preferred examples thereof include an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkynyl group, an aromatic hydrocarbon ring group (also referred to as an aromatic carbocyclic group, an aryl group, etc., for example, a phenyl group, p-chlorophenyl Group, mesityl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, biphenylyl group, etc.), aromatic heterocyclic group (for example, pyridyl group) , Pyrimidinyl group, furyl group, pyrrolyl group, imidazolyl group, benzimidazolyl group, pyrazolyl group, pyrazinyl group, triazolyl group (for example, 1, , 4-triazol-1-yl group, 1,2,3-triazol-1-yl group, etc.), oxazolyl group, benzoxazolyl group, thiazolyl group, isoxazolyl group, isothiazolyl group, furazanyl group, thienyl group, quinolyl Group, benzofuryl group, dibenzofuryl group, benzothienyl group, dibenzothienyl group, indolyl group, carbazolyl group, carbolinyl group, diazacarbazolyl group (one of the carbon atoms constituting the carboline ring of the carbolinyl group is a nitrogen atom) Quinoxalinyl group, pyridazinyl group, triazinyl group, quinazolinyl group, phthalazinyl group, etc.), heterocyclic group (for example, pyrrolidyl group, imidazolidyl group, morpholyl group, oxazolidyl group, etc.), alkoxy group, cycloalkoxy group , Aryloxy group, alkyl Ruthio, cycloalkylthio, arylthio, alkoxycarbonyl, aryloxycarbonyl, sulfamoyl, acyl, acyloxy, amide, carbamoyl, ureido, sulfinyl, alkylsulfonyl, arylsulfonyl or heteroaryl Examples include a sulfonyl group, an amino group, a halogen atom, a fluorinated hydrocarbon group, a cyano group, a nitro group, a hydroxy group, a mercapto group, and a silyl group. Particularly preferred examples include an alkyl group, an aromatic hydrocarbon ring group, and an aromatic heterocyclic group.

また本発明においては、高純度の精製が可能な点と、高い移動度の薄膜が得られるといった観点から、一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物は低分子化合物であることが好ましい。なお、本発明において低分子化合物とは、化合物の分子量に分布のない、単一分子であることを意味する。他方、高分子化合物とは、所定のモノマーを反応させることによって一定の分子量分布を有する化合物の集合体であることを意味する。しかし、実用上分子量によって定義をする際には、好ましくは分子量が3000以下の化合物を低分子化合物と区分する。より好ましくは2500以下、さらに好ましくは2000以下である。他方、分子量が3000以上、より好ましくは5000以上、さらに好ましくは10000以上の化合物を高分子化合物と区分する。なお、分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定することができる。   In the present invention, from the viewpoint that high-purity purification is possible and a thin film having high mobility can be obtained, the compounds having the partial structures represented by the general formulas (1) to (5) are low. It is preferably a molecular compound. In the present invention, the low molecular weight compound means a single molecule having no distribution in the molecular weight of the compound. On the other hand, the polymer compound means an aggregate of compounds having a certain molecular weight distribution by reacting a predetermined monomer. However, in practical terms, when defining by molecular weight, a compound having a molecular weight of 3000 or less is preferably classified as a low molecular compound. More preferably, it is 2500 or less, More preferably, it is 2000 or less. On the other hand, a compound having a molecular weight of 3000 or more, more preferably 5000 or more, and further preferably 10,000 or more is classified as a polymer compound. The molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC).

本発明においては、前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物を、有機光電変換素子の陰極と陽極の間に含有することで効果を発現できるが、中でも一般式(1)〜(5)で表される部分構造を有する化合物のうち、n01及びn02が1である化合物が電子輸送層(兼正孔ブロック層)の材料またはバルクヘテロジャンクション層のp型半導体材料としてより好適に用いられ、曲線因子、光電変換効率及び素子の耐久性の向上といった効果を得ることができる。   In the present invention, the effect can be exhibited by containing the compound having the partial structure represented by the general formula (1) to the general formula (5) between the cathode and the anode of the organic photoelectric conversion element. Of the compounds having the partial structure represented by the general formulas (1) to (5), a compound in which n01 and n02 are 1 is a material for an electron transport layer (also serves as a hole blocking layer) or a p-type semiconductor material for a bulk heterojunction layer It can be used more suitably, and effects such as improvement of the fill factor, photoelectric conversion efficiency, and device durability can be obtained.

以下、本発明に係る一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物の例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本発明に係る化合物は、特開2008−056630号公報、特許4211920号の合成法を参考に容易に得ることができる。   Hereinafter, although the example of the compound which has the partial structure represented by General formula (1)-General formula (5) based on this invention is given, this invention is not limited to these. In addition, the compound which concerns on this invention can be easily obtained with reference to the synthesis method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-056630 and patent 4211920.

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上記化合物において、nは2〜100を表す。   In the said compound, n represents 2-100.

合成例(化合物例101の合成)
下記スキームにより、化合物例101を合成した。
Synthesis Example (Synthesis of Compound Example 101)
Compound Example 101 was synthesized according to the following scheme.

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特開2008−056630号公報に従って、化合物Aを合成した。得られた化合物A4.3g、2−チオフェンボロン酸1.7g、パラジウム(0)テトラキス(トリフェニルホスフィン)500mgをテトラヒドロフランに溶解させ、20質量%炭酸ナトリウム溶液を数滴添加し、還流下で12時間反応させた。反応終了後、酢酸エチルと水を加えて分液操作を行い、有機層を抽出した。溶媒を減圧留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、化合物Bを3.2g得た。   Compound A was synthesized according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-056630. 4.3 g of the compound A obtained, 1.7 g of 2-thiopheneboronic acid, 500 mg of palladium (0) tetrakis (triphenylphosphine) were dissolved in tetrahydrofuran, and several drops of a 20% by mass sodium carbonate solution were added thereto. Reacted for hours. After completion of the reaction, ethyl acetate and water were added for liquid separation, and the organic layer was extracted. After evaporating the solvent under reduced pressure, the residue was purified by silica gel column chromatography to obtain 3.2 g of Compound B.

次いで、N−ブロモスクシンイミド1.7g、アゾイソブチロニトリル(AIBN)触媒量を添加した四塩化炭素に化合物B3.2gを溶解させ、50℃で5時間反応を行い、臭素化を行った後、酢酸エチルと水を加えて分液操作を行い、有機層を抽出した。溶媒を減圧留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、化合物Cを3.8g得た。   Next, after 3.2 g of compound B was dissolved in carbon tetrachloride to which 1.7 g of N-bromosuccinimide and a catalyst amount of azoisobutyronitrile (AIBN) were added, the reaction was carried out at 50 ° C. for 5 hours, followed by bromination. Then, ethyl acetate and water were added to carry out a liquid separation operation, and the organic layer was extracted. After evaporating the solvent under reduced pressure, the residue was purified by silica gel column chromatography to obtain 3.8 g of Compound C.

以降はAdv.Mater.2007,19,p2295を参考として、化合物Cから化合物Dを経て、化合物例101を3.5g合成した。   Thereafter, Adv. Mater. With reference to 2007, 19, p2295, 3.5 g of Compound Example 101 was synthesized from Compound C via Compound D.

〔有機光電変換素子及び太陽電池〕
図1は、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子からなる太陽電池の一例を示す断面図である。図1において、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10は、基板11の一方面上に、陽極12、正孔輸送層17、バルクヘテロジャンクション層の光電変換部14、電子輸送層18及び陰極13が順次積層されている。
[Organic photoelectric conversion element and solar cell]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a solar cell composed of a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element. In FIG. 1, a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element 10 has an anode 12, a hole transport layer 17, a bulk heterojunction layer photoelectric conversion section 14, an electron transport layer 18, and a cathode 13 in this order on one surface of a substrate 11. Are stacked.

基板11は、順次積層された陽極12、光電変換部14及び陰極13を保持する部材である。本実施形態では、基板11側から光電変換される光が入射するので、基板11は、この光電変換される光を透過させることが可能な、すなわち、この光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。基板11は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が用いられる。この基板11は、必須ではなく、例えば、光電変換部14の両面に陽極12及び陰極13を形成することでバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10が構成されてもよい。   The substrate 11 is a member that holds the anode 12, the photoelectric conversion unit 14, and the cathode 13 that are sequentially stacked. In the present embodiment, since light that is photoelectrically converted enters from the substrate 11 side, the substrate 11 can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, with respect to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. It is a transparent member. As the substrate 11, for example, a glass substrate or a resin substrate is used. The substrate 11 is not essential. For example, the bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element 10 may be configured by forming the anode 12 and the cathode 13 on both surfaces of the photoelectric conversion unit 14.

光電変換部14は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロジャンクション層を有して構成される。p型半導体材料は、相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は、相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能する。ここで、電子供与体及び電子受容体は、“光を吸収した際に、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)を形成する電子供与体及び電子受容体”であり、電極のように単に電子を供与あるいは受容するものではなく、光反応によって、電子を供与あるいは受容するものである。   The photoelectric conversion unit 14 is a layer that converts light energy into electric energy, and includes a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are uniformly mixed. The p-type semiconductor material functions relatively as an electron donor (donor), and the n-type semiconductor material functions relatively as an electron acceptor (acceptor). Here, the electron donor and the electron acceptor are “an electron donor in which, when light is absorbed, electrons move from the electron donor to the electron acceptor to form a hole-electron pair (charge separation state)”. And an electron acceptor ”, which does not simply donate or accept electrons like an electrode, but donates or accepts electrons by a photoreaction.

図1において、基板11を介して陽極12から入射された光は、光電変換部14のバルクヘテロジャンクション層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が形成される。発生した電荷は、内部電界、例えば、陽極12と陰極13の仕事関数が異なる場合では陽極12と陰極13との電位差によって、電子は、電子受容体間を通り、また正孔は、電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。例えば、陽極12の仕事関数が陰極13の仕事関数よりも大きい場合では、電子は、陽極12へ、正孔は、陰極13へ輸送される。なお、仕事関数の大小が逆転すれば電子と正孔は、これとは逆方向に輸送される。また、陽極12と陰極13との間に電位をかけることにより、電子と正孔の輸送方向を制御することもできる。   In FIG. 1, light incident from the anode 12 through the substrate 11 is absorbed by the electron acceptor or electron donor in the bulk heterojunction layer of the photoelectric conversion unit 14, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. A hole-electron pair (charge separation state) is formed. The generated electric charge is caused by an internal electric field, for example, when the work function of the anode 12 and the cathode 13 is different, the electrons pass between the electron acceptors and the holes are electron donors due to the potential difference between the anode 12 and the cathode 13. The photocurrent is detected by passing through different electrodes to different electrodes. For example, when the work function of the anode 12 is larger than that of the cathode 13, electrons are transported to the anode 12 and holes are transported to the cathode 13. If the magnitude of the work function is reversed, electrons and holes are transported in the opposite direction. In addition, the transport direction of electrons and holes can be controlled by applying a potential between the anode 12 and the cathode 13.

なお、図1には記載していないが、正孔ブロック層、電子ブロック層、電子注入層、正孔注入層、あるいは平滑化層等の他の層を有していてもよい。   Although not shown in FIG. 1, other layers such as a hole blocking layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, a hole injection layer, or a smoothing layer may be included.

さらに好ましい構成としては、前記光電変換部14が、いわゆるp−i−nの三層構成となっている構成(図2)である。通常のバルクヘテロジャンクション層は、p型半導体材料とn型半導体層が混合した、14i層単体であるが、p型半導体材料単体からなる14p層、及びn型半導体材料単体からなる14n層で挟むことにより、正孔及び電子の整流性がより高くなり、電荷分離した正孔・電子の再結合等によるロスが低減され、一層高い光電変換効率を得ることができる。   As a more preferable configuration, the photoelectric conversion unit 14 has a so-called p-i-n three-layer configuration (FIG. 2). A normal bulk heterojunction layer is a 14i layer composed of a mixture of a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor layer, but is sandwiched between a 14p layer composed of a single p-type semiconductor material and a 14n layer composed of a single n-type semiconductor material. As a result, the rectification of holes and electrons becomes higher, loss due to recombination of charge-separated holes and electrons is reduced, and higher photoelectric conversion efficiency can be obtained.

さらに、太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、このような光電変換素子を積層した、タンデム型の構成としてもよい。図3は、タンデム型のバルクヘテロジャンクション層を備える有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図である。タンデム型構成の場合、基板11上に、順次陽極12、第1の光電変換部14′を積層した後、電荷再結合層15を積層した後、第2の光電変換部16、次いで陰極13を積層することで、タンデム型の構成とすることができる。第2の光電変換部16は、第1の光電変換部14′の吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。また第1の光電変換部14′、第2の光電変換部16がともに前述のp−i−nの三層構成であってもよい。   Furthermore, it is good also as a tandem-type structure which laminated | stacked such a photoelectric conversion element for the purpose of the improvement of sunlight utilization factor (photoelectric conversion efficiency). FIG. 3 is a cross-sectional view showing a solar cell composed of an organic photoelectric conversion element including a tandem bulk heterojunction layer. In the case of the tandem configuration, the anode 12 and the first photoelectric conversion unit 14 ′ are sequentially stacked on the substrate 11, the charge recombination layer 15 is stacked, the second photoelectric conversion unit 16, and then the cathode 13 are stacked. By stacking, a tandem structure can be obtained. The second photoelectric conversion unit 16 may be a layer that absorbs the same spectrum as the absorption spectrum of the first photoelectric conversion unit 14 'or may be a layer that absorbs a different spectrum, but is preferably a layer that absorbs a different spectrum. is there. Further, the first photoelectric conversion unit 14 ′ and the second photoelectric conversion unit 16 may both have the above-described three-layer configuration of pin.

以下に、これらの層を構成する材料について述べる。   Below, the material which comprises these layers is described.

(p型半導体材料)
本発明において、p型半導体材料としては、前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物が、好適に用いられ、中でも、n01及びn02が1である化合物がより好適に用いられる。上記の化合物以外にも、他の公知のp型半導体材料(縮合多環芳香族低分子化合物や共役系ポリマー等)を併用してもよい。
(P-type semiconductor material)
In the present invention, as the p-type semiconductor material, a compound having a partial structure represented by the general formula (1) to the general formula (5) is preferably used. Among them, a compound in which n01 and n02 are 1 is used. More preferably used. In addition to the above compounds, other known p-type semiconductor materials (such as condensed polycyclic aromatic low molecular weight compounds and conjugated polymers) may be used in combination.

縮合多環芳香族低分子化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。   Examples of the condensed polycyclic aromatic low-molecular compound include anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, circumanthracene, bisanthene, zesulene, Compounds such as heptazeslen, pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, anthradithiophene, porphyrin, copper phthalocyanine, tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF ) -Perchloric acid complexes, and derivatives and precursors thereof.

また上記の縮合多環を有する誘導体の例としては、国際公開第03/16599号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基を持ったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol.127,No.14,4986,J.Amer.Chem.Soc.,vol.123,p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008),No.9,2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物、特開2008−16834号等に記載のポルフィリン系化合物等が挙げられる。   Examples of the derivative having the above-mentioned condensed polycycle include WO 03/16599 pamphlet, WO 03/28125 pamphlet, US Pat. No. 6,690,029, JP 2004-107216 A. A pentacene derivative having a substituent described in JP-A-2003-136964, a pentacene precursor described in US Patent Application Publication No. 2003/136964, and the like; Amer. Chem. Soc. , Vol. 127, no. 14, 4986, J.A. Amer. Chem. Soc. , Vol. 123, p9482; Amer. Chem. Soc. , Vol. 130 (2008), no. Examples include acene compounds substituted with a trialkylsilylethynyl group described in 9,2706, and porphyrin compounds described in JP-A-2008-16834.

共役系ポリマーとしては、例えば、ポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)等のポリチオフェン及びそのオリゴマー、またはTechnical Digest of the International PVSEC−17,Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Nature Material,(2006)vol.5,p328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、国際公開第08/000664号パンフレットに記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv.Mater.,2007,p4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体,Nature Mat.vol.6(2007),p497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー、等のポリマー材料が挙げられる。   As the conjugated polymer, for example, a polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and an oligomer thereof, or a technical group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Polythiophene, Nature Material, (2006) vol. 5, p328, polythiophene-thienothiophene copolymer, polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO08 / 000664, Adv. Mater. , 2007, p4160, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer, Nature Mat. vol. 6 (2007), p497 described in PCPDTBT, etc., polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, Examples thereof include polymer materials such as σ-conjugated polymers such as polysilane and polygermane.

また、ポリマー材料ではなくオリゴマー材料としては、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。   In addition, oligomeric materials instead of polymer materials include thiophene hexamer α-sexual thiophene α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3 Oligomers such as -butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.

(n型半導体材料)
本発明のバルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料としては、特に限定されないが、例えば、フラーレン、オクタアザポルフィリン等、p型半導体の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む高分子化合物等を挙げることができる。
(N-type semiconductor material)
The n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer of the present invention is not particularly limited. Perfluorophthalocyanine), naphthalenetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide and other aromatic carboxylic acid anhydrides and imidized compounds thereof as a skeleton Etc.

しかし、各種のp型半導体材料と高速(〜50fs)かつ効率的に電荷分離を行うことができる、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等、及びこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基、シリル基等によって置換されたフラーレン誘導体を挙げることができる。   However, fullerene derivatives that can perform charge separation with various p-type semiconductor materials at high speed (˜50 fs) and efficiently are preferable. Fullerene derivatives include fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotubes, multi-walled nanotubes, single-walled nanotubes, nanohorns (conical), and the like. Partially by hydrogen atom, halogen atom, substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, cycloalkyl group, silyl group, ether group, thioether group, amino group, silyl group, etc. Examples thereof include substituted fullerene derivatives.

中でも[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)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nブチルエステル(PCBnB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−イソブチルエステル(PCBiB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nヘキシルエステル(PCBH)、Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116等に記載のbis−PCBM、特開2006−199674号公報等のアミノ化フラーレン、特開2008−130889号公報等のメタロセン化フラーレン、米国特許第7329709号明細書等の環状エーテル基を有するフラーレン等のような、置換基を有してより溶解性が向上したフラーレン誘導体を用いることが好ましい。   Among them, [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (abbreviation PCBM), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-nbutyl ester (PCBnB), [6,6] -phenyl C61-buty Rick acid-isobutyl ester (PCBiB), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-n hexyl ester (PCBH), Adv. Mater. , Vol. 20 (2008), p2116, etc., aminated fullerenes such as JP-A 2006-199674, metallocene fullerenes such as JP-A 2008-130889, and cyclics such as US Pat. No. 7,329,709. It is preferable to use a fullerene derivative having a substituent and having improved solubility, such as fullerene having an ether group.

(バルクヘテロジャンクション層の形成方法)
電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロジャンクション層の形成方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。このうち、前述の正孔と電子が電荷分離する界面の面積を増大させ、高い光電変換効率を有する素子を作製するためには、塗布法が好ましい。また塗布法は、製造速度にも優れている。
(Bulk heterojunction layer formation method)
Examples of a method for forming a bulk heterojunction layer in which an electron acceptor and an electron donor are mixed include a vapor deposition method and a coating method (including a casting method and a spin coating method). Among these, the coating method is preferable in order to increase the area of the interface where charges and electrons are separated from each other as described above and to produce a device having high photoelectric conversion efficiency. The coating method is also excellent in production speed.

塗布後は残留溶媒及び水分、ガスの除去、及び半導体材料の結晶化による移動度向上・吸収長波化を引き起こすために加熱を行うことが好ましい。製造工程中において所定の温度でアニール処理されると、微視的に一部が凝集または結晶化が促進され、バルクヘテロジャンクション層を適切な相分離構造とすることができる。その結果、バルクヘテロジャンクション層のキャリア移動度が向上し、高い効率を得ることができるようになる。   After coating, it is preferable to perform heating in order to cause removal of residual solvent, moisture and gas, and improvement of mobility and absorption longwave due to crystallization of the semiconductor material. When annealing is performed at a predetermined temperature during the manufacturing process, a part of the particles is microscopically aggregated or crystallized, and the bulk heterojunction layer can have an appropriate phase separation structure. As a result, the carrier mobility of the bulk heterojunction layer is improved and high efficiency can be obtained.

光電変換部(バルクヘテロジャンクション層)14は、電子受容体と電子供与体とが均一に混在された単一層で構成してもよいが、電子受容体と電子供与体との混合比を変えた複数層で構成してもよい。この場合、前述したような塗布後に不溶化できるような材料を用いることで形成することが可能となる。   The photoelectric conversion part (bulk heterojunction layer) 14 may be composed of a single layer in which the electron acceptor and the electron donor are uniformly mixed, but a plurality of the mixture ratios of the electron acceptor and the electron donor are changed. It may consist of layers. In this case, it can be formed by using a material that can be insolubilized after coating as described above.

(電子輸送層・正孔ブロック層)
本発明の有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陰極との中間に電子輸送層18を形成することで、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
(Electron transport layer / hole blocking layer)
Since the organic photoelectric conversion element 10 of the present invention can take out charges generated in the bulk heterojunction layer more efficiently by forming the electron transport layer 18 between the bulk heterojunction layer and the cathode. It is preferable to have this layer.

電子輸送層18としては、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)を用いることができるが、同様に、バルクヘテロジャンクション層に用いられるp型半導体材料のHOMO準位よりも深いHOMO準位を有する電子輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した正孔を陰極側には流さないような整流効果を有する、正孔ブロック機能が付与される。より好ましくは、n型半導体のHOMO準位よりも深い材料を電子輸送層として用いることである。また、電子を輸送する特性から、電子移動度の高い化合物を用いることが好ましい。   As the electron transport layer 18, octaazaporphyrin and a p-type semiconductor perfluoro (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, etc.) can be used. Similarly, a HOMO of a p-type semiconductor material used for a bulk heterojunction layer. The electron transport layer having a HOMO level deeper than the level is given a hole blocking function having a rectifying effect so that holes generated in the bulk heterojunction layer do not flow to the cathode side. More preferably, a material deeper than the HOMO level of the n-type semiconductor is used as the electron transport layer. Moreover, it is preferable to use a compound with high electron mobility from the characteristic of transporting electrons.

このような電子輸送層は、正孔ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する電子輸送層を使用する方が好ましい。このような材料としては、本発明における一般式(1)〜(5)で表される化合物が好適に用いられ、中でもn01及びn02が1である化合物がより好適に用いられ。上記の化合物の他に、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。また、バルクヘテロジャンクション層に用いたn型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。   Such an electron transport layer is also called a hole blocking layer, and it is preferable to use an electron transport layer having such a function. As such a material, compounds represented by the general formulas (1) to (5) in the present invention are preferably used, and among them, compounds in which n01 and n02 are 1 are more preferably used. In addition to the above compounds, phenanthrene compounds such as bathocuproine, n-type semiconductor materials such as naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide, and titanium oxide, N-type inorganic oxides such as zinc oxide and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride, and cesium fluoride can be used. A layer made of a single n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used.

これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。   The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method.

(正孔輸送層・電子ブロック層)
本発明の有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陽極との中間には正孔輸送層17を、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
(Hole transport layer / electron block layer)
In the organic photoelectric conversion element 10 of the present invention, the hole transport layer 17 can be taken out between the bulk heterojunction layer and the anode, and charges generated in the bulk heterojunction layer can be taken out more efficiently. It is preferable to have.

これらの層を構成する材料としては、例えば、正孔輸送層17としては、スタルクヴイテック社製、商品名BaytronP等のPEDOT、ポリアニリン及びそのドープ材料、WO2006/019270号等に記載のシアン化合物、等を用いることができる。なお、バルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料のLUMO準位よりも浅いLUMO準位を有する正孔輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した電子を陽極側には流さないような整流効果を有する、電子ブロック機能が付与される。このような正孔輸送層は、電子ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する正孔輸送層を使用する方が好ましい。このような材料としては、特開平5−271166号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。また、バルクヘテロジャンクション層に用いたp型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。   As a material constituting these layers, for example, as the hole transport layer 17, PEDOT such as trade name BaytronP, polyaniline and its doping material, a cyanide compound described in WO2006 / 019270, etc. Etc. can be used. Note that the hole transport layer having a LUMO level shallower than the LUMO level of the n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer has a rectifying effect that prevents electrons generated in the bulk heterojunction layer from flowing to the anode side. It has an electronic block function. Such a hole transport layer is also called an electron block layer, and it is preferable to use a hole transport layer having such a function. As such a material, a triarylamine compound described in JP-A-5-271166 or a metal oxide such as molybdenum oxide, nickel oxide, or tungsten oxide can be used. A layer made of a single p-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used.

正孔輸送層の材料として、本発明における一般式(1)〜(5)で表される部分構造を有する化合物を用いることができ、n01及びn02が0である化合物が好ましい。   As the material for the hole transport layer, a compound having a partial structure represented by the general formulas (1) to (5) in the present invention can be used, and a compound in which n01 and n02 are 0 is preferable.

これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。バルクヘテロジャンクション層を形成する前に、下層に塗布膜を形成すると塗布面をレベリングする効果があり、リーク等の影響が低減するため好ましい。   The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method. Forming the coating film in the lower layer before forming the bulk heterojunction layer is preferable because it has the effect of leveling the coating surface and reduces the influence of leakage and the like.

(その他の層)
エネルギー変換効率の向上や、素子寿命の向上を目的に、各種中間層を素子内に有する構成としてもよい。中間層の例としては、正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層、UV吸収層、光反射層、波長変換層等を挙げることができる。
(Other layers)
For the purpose of improving energy conversion efficiency and improving the lifetime of the element, a structure having various intermediate layers in the element may be employed. Examples of the intermediate layer include a hole block layer, an electron block layer, a hole injection layer, an electron injection layer, an exciton block layer, a UV absorption layer, a light reflection layer, and a wavelength conversion layer.

〔電極〕
本発明の有機光電変換素子においては、少なくとも陽極と陰極とを有する。また、タンデム構成をとる場合には中間電極を用いることでタンデム構成を達成することができる。なお、本発明においては主に正孔が流れる電極を陽極と呼び、主に電子が流れる電極を陰極と呼ぶ。
〔electrode〕
The organic photoelectric conversion element of the present invention has at least an anode and a cathode. Further, when a tandem configuration is adopted, the tandem configuration can be achieved by using an intermediate electrode. In the present invention, an electrode through which holes mainly flow is called an anode, and an electrode through which electrons mainly flow is called a cathode.

また透光性があるかどうかといった機能から、透光性のある電極を透明電極と呼び、透光性のない電極を対電極と呼び分ける場合がある。通常、陽極は透光性のある透明電極であり、陰極は透光性のない対電極である。   Further, because of the function of whether or not there is a light-transmitting property, a light-transmitting electrode may be called a transparent electrode, and a non-light-transmitting electrode may be called a counter electrode. Usually, the anode is a translucent transparent electrode, and the cathode is a non-translucent counter electrode.

(陽極)
本発明の陽極は、好ましくは380〜800nmの光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤー、カーボンナノチューブ用いることができる。
(anode)
The anode of the present invention is preferably an electrode that transmits light of 380 to 800 nm. As the material, for example, transparent conductive metal oxides such as indium tin oxide (ITO), SnO 2 and ZnO, metal thin films such as gold, silver and platinum, metal nanowires and carbon nanotubes can be used.

またポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン及びポリナフタレンの各誘導体からなる群より選ばれる導電性高分子等も用いることができる。また、これらの導電性化合物を複数組み合わせて陽極とすることもできる。   Also, a conductive material selected from the group consisting of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, polyphenylacetylene, polydiacetylene, and polynaphthalene. A functional polymer can also be used. Further, a plurality of these conductive compounds can be combined to form an anode.

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

陰極の導電材として金属材料を用いれば陰極側に来た光は反射されて第1電極側に反射され、この光が再利用可能となり、光電変換層で再度吸収され、より光電変換効率が向上し好ましい。   If a metal material is used as the conductive material of the cathode, the light coming to the cathode side is reflected and reflected to the first electrode side, and this light can be reused and absorbed again by the photoelectric conversion layer, further improving the photoelectric conversion efficiency. It is preferable.

また、陰極13は、金属(例えば金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素からなるナノ粒子、ナノワイヤー、ナノ構造体であってもよく、ナノワイヤーの分散物であれば、透明で導電性の高い陰極を塗布法により形成でき好ましい。   Further, the cathode 13 may be a metal (for example, gold, silver, copper, platinum, rhodium, ruthenium, aluminum, magnesium, indium, etc.), a nanoparticle made of carbon, a nanowire, or a nanostructure. A dispersion is preferable because a transparent and highly conductive cathode can be formed by a coating method.

また、陰極側を光透過性とする場合は、例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金、銀及び銀化合物等の陰極に適した導電性材料を薄く1〜20nm程度の膜厚で作製した後、上記陽極の説明で挙げた導電性光透過性材料の膜を設けることで、光透過性陰極とすることができる。   When the cathode side is made light transmissive, for example, a conductive material suitable for the cathode, such as aluminum and aluminum alloy, silver and silver compound, is formed with a thin film thickness of about 1 to 20 nm, and By providing a film of the conductive light-transmitting material mentioned in the description, a light-transmitting cathode can be obtained.

(中間電極)
また、前記図3のようなタンデム構成の場合に必要となる中間電極の材料としては、透明性と導電性を併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、前記陽極で用いたような材料(ITO、AZO、FTO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au等の非常に薄い金属層またはナノ粒子・ナノワイヤーを含有する層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等)を用いることができる。
(Intermediate electrode)
The intermediate electrode material required in the case of the tandem structure as shown in FIG. 3 is preferably a layer using a compound having both transparency and conductivity. Transparent metal oxides such as ITO, AZO, FTO and titanium oxide, very thin metal layers such as Ag, Al and Au, or layers containing nanoparticles / nanowires, conductive polymer materials such as PEDOT: PSS and polyaniline Etc.) can be used.

なお前述した正孔輸送層と電子輸送層の中には、適切に組み合わせて積層することで中間電極(電荷再結合層)として働く組み合わせもあり、このような構成とすると1層形成する工程を省くことができ好ましい。   In addition, in the hole transport layer and the electron transport layer described above, there is also a combination that works as an intermediate electrode (charge recombination layer) by appropriately combining and laminating, and with such a configuration, the process of forming one layer This is preferable because it can be omitted.

(基板)
基板側から光電変換される光が入射する場合、基板はこの光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材であることが好ましい。基板は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が好適に挙げられるが、軽量性と柔軟性の観点から透明樹脂フィルムを用いることが望ましい。本発明で透明基板として好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限がなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができるが、可視域の波長(380〜800nm)における透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本発明に係る透明樹脂フィルムに好ましく適用することができる。中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度及びコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリカーボネートフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであることがより好ましい。
(substrate)
When light that is photoelectrically converted enters from the substrate side, the substrate is preferably a member that can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, a member that is transparent to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. As the substrate, for example, a glass substrate, a resin substrate and the like are preferably mentioned, but it is desirable to use a transparent resin film from the viewpoint of light weight and flexibility. There is no restriction | limiting in particular in the transparent resin film which can be preferably used as a transparent substrate by this invention, The material, a shape, a structure, thickness, etc. can be suitably selected from well-known things. For example, polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN) modified polyester, polyethylene (PE) resin film, polypropylene (PP) resin film, polystyrene resin film, polyolefin resins such as cyclic olefin resin Film, vinyl resin film such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyether ether ketone (PEEK) resin film, polysulfone (PSF) resin film, polyether sulfone (PES) resin film, polycarbonate (PC) resin film, A polyamide resin film, a polyimide resin film, an acrylic resin film, a triacetyl cellulose (TAC) resin film, and the like can be given. If the resin film transmittance of 80% or more at ~800nm), can be preferably applied to a transparent resin film according to the present invention. Among these, from the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost, it is preferably a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film, a polyethersulfone film, or a polycarbonate film, and biaxially stretched. More preferred are polyethylene terephthalate films and biaxially stretched polyethylene naphthalate films.

本発明に用いられる透明基板には、塗布液の濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理や易接着層については従来公知の技術を使用できる。例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。   The transparent substrate used in the present invention can be subjected to a surface treatment or an easy adhesion layer in order to ensure the wettability and adhesiveness of the coating solution. A conventionally well-known technique can be used about a surface treatment or an easily bonding layer. For example, the surface treatment includes surface activation treatment such as corona discharge treatment, flame treatment, ultraviolet treatment, high frequency treatment, glow discharge treatment, active plasma treatment, and laser treatment. Examples of the easy adhesion layer include polyester, polyamide, polyurethane, vinyl copolymer, butadiene copolymer, acrylic copolymer, vinylidene copolymer, and epoxy copolymer.

また、酸素及び水蒸気の透過を抑制する目的で、透明基板にはバリアコート層が予め形成されていてもよいし、透明導電層を転写する反対側にはハードコート層が予め形成されていてもよい。   Further, for the purpose of suppressing the permeation of oxygen and water vapor, a barrier coat layer may be formed in advance on the transparent substrate, or a hard coat layer may be formed in advance on the opposite side to which the transparent conductive layer is transferred. Good.

(光学機能層)
本発明の有機光電変換素子は、太陽光のより効率的な受光を目的として、各種の光学機能層を有していてよい。光学機能層としては、例えば、反射防止膜、マイクロレンズアレイ等の集光層、陰極で反射した光を散乱させて再度発電層に入射させることができるような光拡散層等を設けてもよい。
(Optical function layer)
The organic photoelectric conversion element of the present invention may have various optical functional layers for the purpose of more efficient reception of sunlight. As the optical functional layer, for example, a light condensing layer such as an antireflection film or a microlens array, a light diffusion layer that can scatter the light reflected by the cathode and enter the power generation layer again may be provided. .

反射防止層としては、各種公知の反射防止層を設けることができるが、例えば、透明樹脂フィルムが二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率を1.57〜1.63とすることで、フィルム基板と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾル等の比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで実施できる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるためには2層以上の構成にしてもよい。   Various known antireflection layers can be provided as the antireflection layer. For example, when the transparent resin film is a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, the refractive index of the easy adhesion layer adjacent to the film is 1.57. It is more preferable to set it to ˜1.63 because the interface reflection between the film substrate and the easy adhesion layer can be reduced and the transmittance can be improved. The method for adjusting the refractive index can be carried out by appropriately adjusting the ratio of the oxide sol having a relatively high refractive index such as tin oxide sol or cerium oxide sol and the binder resin. The easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion.

集光層としては、例えば、支持基板の太陽光受光側にマイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせたりすることにより特定方向からの受光量を高めたり、逆に太陽光の入射角度依存性を低減することができる。   As the condensing layer, for example, it is processed so as to provide a structure on the microlens array on the sunlight receiving side of the support substrate, or the amount of light received from a specific direction is increased by combining with a so-called condensing sheet. Conversely, the incident angle dependency of sunlight can be reduced.

マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付き、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。   As an example of the microlens array, quadrangular pyramids having a side of 30 μm and an apex angle of 90 degrees are two-dimensionally arranged on the light extraction side of the substrate. One side is preferably 10 to 100 μm. If it becomes smaller than this, the effect of diffraction will generate | occur | produce and color, and if too large, thickness will become thick and is not preferable.

また光散乱層としては、各種のアンチグレア層、金属または各種無機酸化物等のナノ粒子・ナノワイヤー等を無色透明なポリマーに分散した層等を挙げることができる。   Examples of the light scattering layer include various antiglare layers, layers in which nanoparticles or nanowires such as metals or various inorganic oxides are dispersed in a colorless and transparent polymer, and the like.

(パターニング)
本発明に係る電極、発電層、正孔輸送層、電子輸送層等をパターニングする方法やプロセスには特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。
(Patterning)
The method and process for patterning the electrode, the power generation layer, the hole transport layer, the electron transport layer, and the like according to the present invention are not particularly limited, and known methods can be appropriately applied.

バルクヘテロジャンクション層、輸送層等の可溶性の材料であれば、ダイコート、ディップコート等の全面塗布後に不要部だけ拭き取ってもよいし、インクジェット法やスクリーン印刷等の方法を使用して塗布時に直接パターニングしてもよい。   If it is a soluble material such as a bulk heterojunction layer or a transport layer, only unnecessary portions may be wiped after the entire surface of die coating, dip coating, etc., or direct patterning at the time of coating using a method such as an ink jet method or screen printing. May be.

電極材料等の不溶性の材料の場合は、電極を真空堆積時にマスク蒸着を行ったり、エッチングまたはリフトオフ等の公知の方法によってパターニングすることができる。また、別の基板上に形成したパターンを転写することによってパターンを形成してもよい。   In the case of an insoluble material such as an electrode material, the electrode can be patterned by a known method such as mask vapor deposition during vacuum deposition or etching or lift-off. Alternatively, the pattern may be formed by transferring a pattern formed on another substrate.

(封止)
また、作製した有機光電変換素子が環境中の酸素、水分等で劣化しないために、有機光電変換素子だけでなく有機エレクトロルミネッセンス素子等で公知の手法によって封止することが好ましい。例えば、アルミまたはガラスでできたキャップを接着剤によって接着することによって封止する手法、アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等のガスバリア層が形成されたプラスチックフィルムと有機光電変換素子上を接着剤で貼合する手法、ガスバリア性の高い有機高分子材料(ポリビニルアルコール等)をスピンコートする方法、ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化ケイ素、酸化アルミニウム等)または有機膜(パリレン等)を真空下で堆積する方法、及びこれらを複合的に積層する方法等を挙げることができる。
(Sealing)
Moreover, since the produced organic photoelectric conversion element is not deteriorated by oxygen, moisture, or the like in the environment, it is preferable to seal not only the organic photoelectric conversion element but also an organic electroluminescence element by a known method. For example, a method of sealing a cap made of aluminum or glass by bonding with an adhesive, a plastic film on which a gas barrier layer such as aluminum, silicon oxide, or aluminum oxide is formed and an organic photoelectric conversion element are pasted with an adhesive. Method, spin coating of organic polymer material (polyvinyl alcohol, etc.) with high gas barrier property, inorganic thin film (silicon oxide, aluminum oxide, etc.) or organic film (parylene etc.) with high gas barrier property are deposited under vacuum Examples thereof include a method and a method of laminating these in a composite manner.

〔光センサアレイ〕
次に、以上説明したバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子を応用した光センサアレイについて詳細に説明する。光センサアレイは、前記のバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子が受光によって電流を発生することを利用して、前記の光電変換素子を細かく画素状に並べて作製し、光センサアレイ上に投影された画像を電気的な信号に変換する効果を有するセンサである。
[Optical sensor array]
Next, an optical sensor array to which the bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element described above is applied will be described in detail. The optical sensor array is produced by arranging the photoelectric conversion elements in a fine pixel form by utilizing the fact that the bulk heterojunction type organic photoelectric conversion elements generate a current upon receiving light, and projected onto the optical sensor array. A sensor having an effect of converting an image into an electrical signal.

図4は、光センサアレイの構成を示す図である。図4(A)は、上面図であり、図4(B)は、図4(A)のA−A’線断面図である。   FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the photosensor array. 4A is a top view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.

図4において、光センサアレイ20は、保持部材としての基板21上に、下部電極としての陽極22、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換部24及び陽極22と対をなし、上部電極としての陰極23が順次積層されたものである。光電変換部24は、p型半導体材料とn型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロジャンクション層を有してなる光電変換層24bと、バッファ層24aとの2層で構成される。図4に示す例では、6個のバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子が形成されている。   In FIG. 4, an optical sensor array 20 is paired with an anode 22 as a lower electrode, a photoelectric conversion unit 24 that converts light energy into electric energy, and an anode 22 on a substrate 21 as a holding member. The cathode 23 is sequentially laminated. The photoelectric conversion unit 24 includes two layers, a photoelectric conversion layer 24b having a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are uniformly mixed, and a buffer layer 24a. In the example shown in FIG. 4, six bulk heterojunction type organic photoelectric conversion elements are formed.

これら基板21、陽極22、光電変換層24b及び陰極23は、前述したバルクヘテロジャンクション型の光電変換素子10における陽極12、光電変換部14及び陰極13と同等の構成及び役割を示すものである。   The substrate 21, the anode 22, the photoelectric conversion layer 24b, and the cathode 23 have the same configuration and role as the anode 12, the photoelectric conversion unit 14, and the cathode 13 in the bulk heterojunction photoelectric conversion element 10 described above.

基板21には、例えば、ガラスが用いられ、陽極22には、例えば、ITOが用いられ、陰極23には、例えば、アルミニウムが用いられる。そして、光電変換層24bのp型半導体材料には、例えば、前記BP−1前駆体が用いられ、n型半導体材料には、例えば、前記例示化合物13が用いられる。また、バッファ層24aには、PEDOT(ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン)−PSS(ポリスチレンスルホン酸)導電性高分子(スタルクヴイテック社製、商品名BaytronP)が用いられる。このような光センサアレイ20は、次のようにして製作された。   For example, glass is used for the substrate 21, ITO is used for the anode 22, and aluminum is used for the cathode 23, for example. For example, the BP-1 precursor is used for the p-type semiconductor material of the photoelectric conversion layer 24b, and for example, the exemplified compound 13 is used for the n-type semiconductor material. The buffer layer 24a is made of PEDOT (poly-3,4-ethylenedioxythiophene) -PSS (polystyrene sulfonic acid) conductive polymer (trade name BaytronP, manufactured by Stark Vitec). Such an optical sensor array 20 was manufactured as follows.

ガラス基板上にスパッタリングによりITO膜を形成し、フォトリソグラフィにより所定のパターン形状に加工した。ガラス基板の厚さは、0.7mm、ITO膜の厚さは、200nm、フォトリソグラフィ後のITO膜における測定部面積(受光面積)は、0.5mm×0.5mmであった。次に、このガラス基板21上に、スピンコート法(条件;回転数=1000rpm、フィルター径=1.2μm)によりPEDOT−PSS膜を形成した。その後、該基板を、オーブンで140℃、10分加熱し、乾燥させた。乾燥後のPEDOT−PSS膜の厚さは30nmであった。   An ITO film was formed on the glass substrate by sputtering and processed into a predetermined pattern shape by photolithography. The thickness of the glass substrate was 0.7 mm, the thickness of the ITO film was 200 nm, and the measurement area (light receiving area) of the ITO film after photolithography was 0.5 mm × 0.5 mm. Next, a PEDOT-PSS film was formed on the glass substrate 21 by spin coating (conditions: rotational speed = 1000 rpm, filter diameter = 1.2 μm). Thereafter, the substrate was heated in an oven at 140 ° C. for 10 minutes and dried. The thickness of the PEDOT-PSS film after drying was 30 nm.

次に、上記PEDOT−PSS膜の上に、本発明の化合物5とPCBMの1:4混合膜を、スピンコート法(条件;回転数=3300rpm、フィルター径=0.8μm)により形成した。このスピンコートに際しては、本発明の化合物5及びPCBMをクロロベンゼン溶媒に=1:4で混合し、これを攪拌(5分)して得た混合液を用いた。P3HTとPCBMの混合膜の形成後、窒素ガス雰囲気下においてオーブンで180℃、30分加熱しアニール処理を施した。アニール処理後の本発明の化合物5とPCBMの混合膜の厚さは70nmであった。   Next, a 1: 4 mixed film of the compound 5 of the present invention and PCBM was formed on the PEDOT-PSS film by a spin coating method (conditions: rotational speed = 3300 rpm, filter diameter = 0.8 μm). In this spin coating, the compound 5 and PCBM of the present invention were mixed in a chlorobenzene solvent at 1: 4, and a mixture obtained by stirring (5 minutes) was used. After forming the mixed film of P3HT and PCBM, annealing was performed by heating in an oven at 180 ° C. for 30 minutes in a nitrogen gas atmosphere. The thickness of the mixed film of Compound 5 and PCBM of the present invention after the annealing treatment was 70 nm.

その後、所定のパターン開口を備えたメタルマスクを用い、本発明の化合物5とPCBMの混合膜の上に、電子輸送層として本発明の化合物16を5nm蒸着し、ついで陰極としてのアルミニウム層を蒸着法により形成(厚さ=10nm)した。その後、PVA(polyvinyl alcohol)をスピンコートで1μm形成し、150℃で焼成することで図略のパッシベーション層を作製した。以上により、光センサアレイ20が作製された。   Then, using a metal mask having a predetermined pattern opening, 5 nm of the compound 16 of the present invention is deposited as an electron transport layer on the mixed film of the compound 5 and PCBM of the present invention, and then an aluminum layer as a cathode is deposited. It was formed by the method (thickness = 10 nm). Thereafter, 1 μm of PVA (polyvinyl alcohol) was formed by spin coating and baked at 150 ° C. to prepare a passivation layer (not shown). The optical sensor array 20 was produced as described above.

この光センサアレイ20上に、所定のパターンを有する光を照射したところ、光の当たったセルのみから光電流が検出され、光センサとして機能することが確認された。   When this photosensor array 20 was irradiated with light having a predetermined pattern, it was confirmed that the photocurrent was detected only from the cells that were exposed to light and functioned as a photosensor.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1(正孔ブロック層としての利用)
〔有機光電変換素子の作製〕
(有機光電変換素子1の作製)
ガラス基板上にパターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行なった。
Example 1 (use as a hole blocking layer)
[Production of organic photoelectric conversion element]
(Preparation of organic photoelectric conversion element 1)
The transparent electrode patterned on the glass substrate was cleaned in the order of ultrasonic cleaning with surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally UV ozone cleaning. .

この透明基板上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック社製)を30nmの膜厚でスピンコートした後、140℃で大気中10分間加熱乾燥した。   On this transparent substrate, Baytron P4083 (manufactured by Starck Vitec), which is a conductive polymer, was spin-coated with a film thickness of 30 nm, and then dried by heating at 140 ° C. in the air for 10 minutes.

これ以降は、基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。まず、窒素雰囲気下で上記基板を140℃で3分間加熱処理した。クロロベンゼンにp型半導体材料として、プレクストロニクス社製プレックスコアOS2100を1.5質量%、n型半導体材料としてフロンティアカーボン社製E100(PCBM)を1.5質量%溶解した液を調製し、0.45μmのフィルターでろ過をかけながら500rpmで60秒、次いで2200rpmで1秒間のスピンコートを行い、室温で30分放置した。   After this, the substrate was brought into the glove box and worked under a nitrogen atmosphere. First, the substrate was heat-treated at 140 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere. A solution is prepared by dissolving 1.5% by mass of Plexcore OS2100 Plexcore OS2100 as a p-type semiconductor material and 1.5% by mass of Frontier Carbon E100 (PCBM) as an n-type semiconductor material in chlorobenzene. While being filtered through a 45 μm filter, spin coating was performed at 500 rpm for 60 seconds, then at 2200 rpm for 1 second, and left at room temperature for 30 minutes.

次にアルドリッチ社製バトクプロイン(BCP)を0.5質量%の比率で2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノールと混合した溶液を1500rpmでスピンコートし、膜厚10nmの正孔ブロック層を形成した。   Next, a solution in which batocuproine (BCP) manufactured by Aldrich was mixed with 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol at a ratio of 0.5 mass% was spin-coated at 1500 rpm, and a hole block having a thickness of 10 nm was formed. A layer was formed.

次に、上記一連の有機層を成膜した基板を大気に晒すことなく真空蒸着装置内に設置した。2mm幅のシャドウマスクが透明電極と直交するように素子をセットし、10−3Pa以下にまでに真空蒸着機内を減圧した後、Alを100nm蒸着した。最後に120℃で30分間の加熱を行い、比較の有機光電変換素子1を得た。なお蒸着速度は2nm/秒で蒸着し、2mm角のサイズとした。 Next, the substrate on which the series of organic layers was formed was placed in a vacuum deposition apparatus without being exposed to the atmosphere. The element was set so that the shadow mask with a width of 2 mm was orthogonal to the transparent electrode, and the inside of the vacuum deposition apparatus was depressurized to 10 −3 Pa or less, and then 100 nm of Al was deposited. Finally, the heating for 30 minutes was performed at 120 degreeC, and the comparative organic photoelectric conversion element 1 was obtained. The vapor deposition rate was 2 nm / second, and the size was 2 mm square.

得られた有機光電変換素子1は、窒素雰囲気下でアルミニウムキャップとUV硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、UV RESIN XNR5570−B1)を用いて封止を行った後に大気下に取り出した。   The obtained organic photoelectric conversion element 1 was taken out into the atmosphere after sealing using an aluminum cap and a UV curable resin (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, UV RESIN XNR5570-B1) in a nitrogen atmosphere.

(有機光電変換素子2の作製)
有機光電変換素子1の作製において、正孔ブロック層としてバトクプロインの0.5%2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール溶液に代えて、エタノールにTi−イソプロポキシドを25mmol/lになるように溶解した液を調製し、取り出し電極部をマスキングした後に2000rpmでスピンコートした後、大気中に取り出して60分間放置してTi−イソプロポキシドを加水分解することによって、膜厚10nmのTiOx層を形成し、正孔ブロック層とした以外は同様にして、比較の有機光電変換素子2を作製した。
(Preparation of organic photoelectric conversion element 2)
In preparation of the organic photoelectric conversion element 1, instead of a 0.5% 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol solution of batocuproine as the hole blocking layer, Ti-isopropoxide was added to ethanol at 25 mmol / l. After the electrode portion was masked and spin-coated at 2000 rpm, it was taken out into the atmosphere and left for 60 minutes to hydrolyze Ti-isopropoxide to obtain a film thickness of 10 nm. A comparative organic photoelectric conversion element 2 was produced in the same manner except that a TiOx layer was formed and a hole blocking layer was formed.

(有機光電変換素子3〜12の作製)
有機光電変換素子1の作製において、正孔ブロック層のバトクプロインを下記表1記載の本発明の化合物に変更した以外は同様にして、本発明の有機光電変換素子3〜12を作製した。
(Preparation of organic photoelectric conversion elements 3 to 12)
In the production of the organic photoelectric conversion device 1, the organic photoelectric conversion devices 3 to 12 of the present invention were produced in the same manner except that the batocuproine of the hole blocking layer was changed to the compound of the present invention shown in Table 1 below.

〔有機光電変換素子の評価〕
得られた、有機光電変換素子について、下記の変換効率と曲線因子、及び耐久性の評価を行った。
[Evaluation of organic photoelectric conversion elements]
About the obtained organic photoelectric conversion element, the following conversion efficiency, a fill factor, and durability were evaluated.

(変換効率と曲線因子)
上記作製した光電変換素子に、ソーラーシミュレーター(AM1.5Gフィルタ)の100mW/cmの強度の光を照射し、有効面積を4.0mmにしたマスクを受光部に重ね、短絡電流密度Jsc(mA/cm)及び開放電圧Voc(V)、曲線因子(フィルファクター)FFを、同素子上に形成した4箇所の受光部をそれぞれ測定し、平均値を求めた。またJsc、Voc、FFから式1に従ってエネルギー変換効率η(%)を求めた。
(Conversion efficiency and fill factor)
Photoelectric conversion elements prepared above, was irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 solar simulator (AM1.5G filter), a superposed mask in which the effective area 4.0 mm 2 on the light receiving portion, the short circuit current density Jsc ( The four light-receiving portions formed on the same element were measured for mA / cm 2 ), open-circuit voltage Voc (V), and fill factor (fill factor) FF, and the average value was obtained. Further, energy conversion efficiency η (%) was obtained from Jsc, Voc, and FF according to Equation 1.

式1 Jsc(mA/cm)×Voc(V)×FF=η(%)
(耐久性)
ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cmの照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定し、初期の変換効率を測定した。さらに、この時の初期変換効率を100とし、陽極と陰極の間に抵抗を接続したまま100mW/cmの照射強度で100h照射し続けた後の変換効率を評価し、式2に従って相対低下効率を算出した。
Formula 1 Jsc (mA / cm 2 ) × Voc (V) × FF = η (%)
(durability)
A solar simulator (AM1.5G) was irradiated at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 , voltage-current characteristics were measured, and initial conversion efficiency was measured. Furthermore, assuming that the initial conversion efficiency at this time is 100, the conversion efficiency after 100 hours of irradiation with an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 with the resistance connected between the anode and the cathode is evaluated, and the relative reduction efficiency according to Equation 2 Was calculated.

式2 相対低下効率(%)=(1−暴露後の変換効率/暴露前の変換効率)×100
評価の結果を表1に示す。
Formula 2 Relative reduction efficiency (%) = (1−conversion efficiency after exposure / conversion efficiency before exposure) × 100
The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 0005413055
Figure 0005413055

表1から、正孔ブロック層に本発明の化合物を用いた本発明の有機光電変換素子は、曲線因子が向上し、変換効率も高いものが得られることが分かる。また、相対低下効率が低く、耐久性が高いことが分かる。   From Table 1, it can be seen that the organic photoelectric conversion element of the present invention using the compound of the present invention for the hole blocking layer has improved curve factor and high conversion efficiency. Moreover, it turns out that relative fall efficiency is low and durability is high.

実施例2(p型半導体層としての利用)
〔有機光電変換素子の作製〕
(有機光電変換素子21の作製)
比較のp型半導体材料として、比較化合物1を、前記非特許文献3を参考として合成した。合成後、メタノール:純水=10:1溶液で再沈殿を行い、次いで、アセトン・ヘキサン・ジクロロメタン・クロロホルムの順でソックスレー抽出を行い、再びクロロホルム溶解成分をメタノール:純水=10:1溶液に再沈殿を行うことで精製した。比較化合物1の数平均分子量は37000であった。
Example 2 (Use as p-type semiconductor layer)
[Production of organic photoelectric conversion element]
(Preparation of organic photoelectric conversion element 21)
As a comparative p-type semiconductor material, Comparative Compound 1 was synthesized with reference to Non-Patent Document 3. After the synthesis, reprecipitation was performed with a methanol: pure water = 10: 1 solution, followed by Soxhlet extraction in the order of acetone, hexane, dichloromethane, and chloroform, and the chloroform-dissolved component was again made into a methanol: pure water = 10: 1 solution. Purification was performed by reprecipitation. The number average molecular weight of Comparative Compound 1 was 37000.

次いで、実施例1の有機光電変換素子1と同様にしてPEDOT:PSS層まで設けた後、同様に基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。まず、窒素雰囲気下で上記基板を140℃で3分間加熱処理した。クロロベンゼンにp型半導体材料として、前記比較のp型半導体材料1を0.5質量%、n型半導体材料としてフロンティアカーボン社製E100(PCBM)を2.0質量%溶解した液を調製し、0.45μmのフィルターでろ過をかけながら2000rpmで60秒間のスピンコートを行い、50℃で10分間加熱した後、室温で12時間放置した。   Subsequently, after providing the PEDOT: PSS layer in the same manner as in the organic photoelectric conversion element 1 of Example 1, the substrate was similarly brought into a glove box and operated in a nitrogen atmosphere. First, the substrate was heat-treated at 140 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere. A liquid in which 0.5% by mass of the comparative p-type semiconductor material 1 as a p-type semiconductor material and 2.0% by mass of Frontier Carbon E100 (PCBM) as an n-type semiconductor material was dissolved in chlorobenzene was prepared. The solution was spin-coated at 2000 rpm for 60 seconds while being filtered through a 45 μm filter, heated at 50 ° C. for 10 minutes, and then allowed to stand at room temperature for 12 hours.

Figure 0005413055
Figure 0005413055

次に、上記一連の有機層を成膜した基板を大気に晒すことなく真空蒸着装置内に設置した。2mm幅のシャドウマスクが透明電極と直交するように素子をセットし、10−3Pa以下に真空蒸着機内を減圧した後、フッ化リチウムを0.6nm、及びAlを100nm蒸着した。最後に120℃で30分間の加熱を行い、比較の有機光電変換素子11を得た。なお蒸着速度は2nm/秒で蒸着し、2mm角のサイズとした。 Next, the substrate on which the series of organic layers was formed was placed in a vacuum deposition apparatus without being exposed to the atmosphere. The element was set so that the shadow mask with a width of 2 mm was orthogonal to the transparent electrode, and the inside of the vacuum deposition apparatus was depressurized to 10 −3 Pa or less, and then 0.6 nm of lithium fluoride and 100 nm of Al were deposited. Finally, the heating for 30 minutes was performed at 120 degreeC, and the comparative organic photoelectric conversion element 11 was obtained. The vapor deposition rate was 2 nm / second, and the size was 2 mm square.

得られた有機光電変換素子1は、窒素雰囲気下でアルミニウムキャップとUV硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、UV RESIN XNR5570−B1)を用いて封止を行った後に大気下に取り出した。   The obtained organic photoelectric conversion element 1 was taken out into the atmosphere after sealing using an aluminum cap and a UV curable resin (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, UV RESIN XNR5570-B1) in a nitrogen atmosphere.

(有機光電変換素子22〜34の作製)
有機光電変換素子21の作製において、p型半導体材料を前記比較のp型半導体材料1に代えて、下記表2記載の本発明の化合物に変更した以外は同様にして、本発明の有機光電変換素子22〜34を作製した。なおp型半導体材料がポリマーの場合は、前記比較のp型半導体材料1と同様の精製を行い、低分子材料の場合にはシリカゲルカラムクロマトグラフィー及びゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて精製を行った。有機光電変換素子22〜34に用いた化合物の数平均分子量は7000〜8000であった。
(Preparation of organic photoelectric conversion elements 22 to 34)
In the production of the organic photoelectric conversion element 21, the organic photoelectric conversion of the present invention was similarly performed except that the p-type semiconductor material was changed to the compound of the present invention described in Table 2 below instead of the comparative p-type semiconductor material 1. Elements 22 to 34 were produced. When the p-type semiconductor material is a polymer, the same purification as that of the comparative p-type semiconductor material 1 is performed. When the p-type semiconductor material is a low-molecular material, purification is performed using silica gel column chromatography and gel permeation chromatography. . The number average molecular weight of the compound used for the organic photoelectric conversion elements 22 to 34 was 7000 to 8000.

(有機光電変換素子35の作製)
さらに本発明の有機光電変換素子35として、バルクへテロジャンクション層を有機光電変換素子29と同様に形成した後、前記例示化合物12を0.5質量%の比率で2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノールと混合した溶液を1500rpmでスピンコートし、膜厚10nmの正孔ブロック層を形成した。それ以降は有機光電変換素子29と同様にして有機光電変換素子35を作製した。
(Preparation of organic photoelectric conversion element 35)
Furthermore, after forming a bulk heterojunction layer similarly to the organic photoelectric conversion element 29 as the organic photoelectric conversion element 35 of this invention, the said exemplary compound 12 is 2,2,3,3- in the ratio of 0.5 mass%. A solution mixed with tetrafluoro-1-propanol was spin-coated at 1500 rpm to form a 10 nm-thick hole blocking layer. Thereafter, the organic photoelectric conversion element 35 was produced in the same manner as the organic photoelectric conversion element 29.

〔有機光電変換素子の評価〕
得られた、有機光電変換素子について、実施例1と同様にして開放電圧、変換効率及び相対低下効率の評価を行った。
[Evaluation of organic photoelectric conversion elements]
About the obtained organic photoelectric conversion element, it carried out similarly to Example 1, and evaluated open circuit voltage, conversion efficiency, and relative fall efficiency.

評価の結果を表2に示す。   The evaluation results are shown in Table 2.

Figure 0005413055
Figure 0005413055

表2から、p型半導体層に本発明の化合物を用いた本発明の有機光電変換素子は、高い開放電圧と光電変換効率が得られることが明らかである。また、本発明の化合物からなる正孔ブロック層を設けることで、より高い光電変換効率が得られることも分かる。   From Table 2, it is clear that the organic photoelectric conversion element of the present invention using the compound of the present invention for the p-type semiconductor layer can obtain a high open-circuit voltage and photoelectric conversion efficiency. Moreover, it turns out that higher photoelectric conversion efficiency is obtained by providing the hole block layer which consists of a compound of this invention.

10 バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子
11 基板
12 陽極
13 陰極
14 光電変換部(バルクヘテロジャンクション層)
14p p層
14i i層
14n n層
14′ 第1の光電変換部
15 電荷再結合層
16 第2の光電変換部
17 正孔輸送層
18 電子輸送層
20 光センサアレイ
21 基板
22 陽極
23 陰極
24 光電変換部
24a バッファ層
24b 光電変換層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element 11 Substrate 12 Anode 13 Cathode 14 Photoelectric conversion part (bulk heterojunction layer)
14p p layer 14i i layer 14n n layer 14 'first photoelectric conversion part 15 charge recombination layer 16 second photoelectric conversion part 17 hole transport layer 18 electron transport layer 20 photosensor array 21 substrate 22 anode 23 cathode 24 photoelectric Conversion unit 24a Buffer layer 24b Photoelectric conversion layer

Claims (14)

陰極、陽極、及びp型半導体材料とn型半導体材料が混合されたバルクへテロジャンクション層を有する有機光電変換素子であって、前記陰極と陽極の間に、少なくとも下記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物を含有する層を有することを特徴とする有機光電変換素子。ただし、下記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物が、下記化合物(3)である場合を除く。
Figure 0005413055
(式中、n01は1を表し、Rは置換基を表す。)
Figure 0005413055
An organic photoelectric conversion element having a cathode, an anode, and a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed, and is represented by at least the following general formula (1) between the cathode and the anode. An organic photoelectric conversion device comprising a layer containing a compound having a partial structure. However, the case where the compound having the partial structure represented by the following general formula (1) is the following compound (3) is excluded.
Figure 0005413055
(In the formula, n01 represents 1 and R 1 represents a substituent.)
Figure 0005413055
前記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物が、下記一般式(2)で表される部分構造を有する化合物であることを特徴とする請求項1に記載の有機光電変換素子。
Figure 0005413055
(式中、n01は1を表し、Rは置換基を表す。)
The organic photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (1) is a compound having a partial structure represented by the following general formula (2).
Figure 0005413055
(In the formula, n01 represents 1 and R 1 represents a substituent.)
陰極、陽極、及びp型半導体材料とn型半導体材料が混合されたバルクへテロジャンクション層を有する有機光電変換素子であって、前記陰極と陽極の間に、少なくとも下記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物を含有する層を有し、該層が前記バルクへテロジャンクション層であることを特徴とする有機光電変換素子。An organic photoelectric conversion element having a cathode, an anode, and a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed, and is represented by at least the following general formula (1) between the cathode and the anode. An organic photoelectric conversion device comprising a layer containing a compound having a partial structure, wherein the layer is the bulk heterojunction layer.
Figure 0005413055
Figure 0005413055
(式中、n01は0または1を表し、R(In the formula, n01 represents 0 or 1, R 1 は置換基を表す。)Represents a substituent. )
前記一般式(1)で表される部分構造を有する化合物が、下記一般式(2)で表される部分構造を有する化合物であることを特徴とする請求項3に記載の有機光電変換素子。The organic photoelectric conversion device according to claim 3, wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (1) is a compound having a partial structure represented by the following general formula (2).
Figure 0005413055
Figure 0005413055
(式中、n01は0または1を表し、R(In the formula, n01 represents 0 or 1, R 1 は置換基を表す。)Represents a substituent. )
陰極、陽極、及びp型半導体材料とn型半導体材料が混合されたバルクへテロジャンクション層を有する有機光電変換素子であって、前記陰極と陽極の間に、少なくとも下記一般式(3)で表される部分構造を有する化合物を含有する層を有することを特徴とする有機光電変換素子。
Figure 0005413055
(式中、n01及びn02は各々0または1を表し、R及びRは各々置換基を表す。)
An organic photoelectric conversion element having a cathode, an anode, and a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed, and is represented by at least the following general formula (3) between the cathode and the anode. organic photoelectric conversion element characterized by having a layer containing a compound having a partial structure.
Figure 0005413055
(In the formula, n01 and n02 each represent 0 or 1, and R 1 and R 2 each represent a substituent.)
前記一般式(3)で表される部分構造を有する化合物が、下記一般式(4)で表される部分構造を有する化合物であることを特徴とする請求項に記載の有機光電変換素子。
Figure 0005413055
(式中、n01及びn02は各々0または1を表し、R及びRは各々置換基を表す。)
The organic photoelectric conversion device according to claim 5 , wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (3) is a compound having a partial structure represented by the following general formula (4).
Figure 0005413055
(In the formula, n01 and n02 each represent 0 or 1, and R 1 and R 2 each represent a substituent.)
前記一般式(4)で表される部分構造を有する化合物が、下記一般式(5)で表される部分構造を有する化合物であることを特徴とする請求項に記載の有機光電変換素子。
Figure 0005413055
(式中、n01及びn02は各々0または1を表し、R及びRは各々置換基を表す。)
The organic photoelectric conversion device according to claim 6 , wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (4) is a compound having a partial structure represented by the following general formula (5).
Figure 0005413055
(In the formula, n01 and n02 each represent 0 or 1, and R 1 and R 2 each represent a substituent.)
前記一般式(1)〜一般式(5)において、n01及びn02が1であることを特徴とする請求項のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 The formulas (1) to (5), an organic photoelectric conversion device according to any one of claims 3-7, characterized in that n01 and n02 are 1. 前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物が、低分子化合物であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 The organic photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the compound having a partial structure represented by the general formula (1) to the general formula (5) is a low molecular compound. . 前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物を含有する層が、前記バルクへテロジャンクション層と前記陰極の間に存在することを特徴とする請求項1、2、5のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 The layer containing a compound having a partial structure represented by the general formula (1) to the general formula (5) exists between the bulk heterojunction layer and the cathode . The organic photoelectric conversion element according to any one of 2, 5 to 9 . 前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物を含有する層が、前記バルクへテロジャンクション層であることを特徴とする請求項1、2、5のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 Layer containing a compound having a partial structure represented by formulas (1) to (5) of claim 1, 2,5 to 9, characterized in that the heterojunction layer to the bulk The organic photoelectric conversion element of any one of Claims 1. 前記一般式(1)〜一般式(5)で表される部分構造を有する化合物を含有する層が、溶液塗布法によって作製されたことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 Layer containing a compound having a partial structure represented by formulas (1) to (5), in any one of claims 1 to 11, characterized in that it is produced by a solution coating method The organic photoelectric conversion element as described. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の有機光電変換素子からなることを特徴とする太陽電池。 Solar cell characterized by comprising the organic photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 12. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の有機光電変換素子が、アレイ状に配置されてなることを特徴とする光センサアレイ。 Photosensor array organic photoelectric conversion device according, characterized in that are arranged in a array form in any one of claims 1 to 12.
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