JP5435508B2 - Photoelectric conversion element and solar cell using the element - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子およびその素子を用いた太陽電池に関する。具体的には、電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とを含む光電変換素子と、その素子を用いた太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element and a solar cell using the element. Specifically, the present invention relates to a photoelectric conversion element including a fullerene derivative of an electron acceptor and an electron donor compound, and a solar cell using the element.

現在、実用化されている太陽電池はシリコンをはじめとする無機材料を用いた光電変換素子を用いた太陽電池である。多結晶シリコンを用いた光電変換素子の製造において、高純度シリコンが不可欠であるが、そのコストは比較的高い。   Currently, solar cells in practical use are solar cells using photoelectric conversion elements using inorganic materials such as silicon. High-purity silicon is indispensable in the manufacture of photoelectric conversion elements using polycrystalline silicon, but its cost is relatively high.

これに対して、有機材料を用いた光電変換素子は、無機材料を用いた光電変換素子と比べて製造方法が容易なため、製造コストの低減することができる。
有機材料を用いた光電変換素子を含む太陽電池としては、色素増感型太陽電池や有機薄膜型太陽電池と呼ばれている有機半導体材料を用いた太陽電池などがある。しかし、代表的な色素増感型太陽電池で用いられる電解質は主に液体(電解液)なので、その電解液が作用電極と対極のすき間等から漏れ出したり、揮発してしまうという問題が生じ得る。このように、有機材料を用いた光電変換素子は無機材料を用いた光電変換素子に比べて、耐久性に問題があった。
On the other hand, a photoelectric conversion element using an organic material can be manufactured at a lower cost because a manufacturing method is easier than a photoelectric conversion element using an inorganic material.
As a solar cell including a photoelectric conversion element using an organic material, there is a solar cell using an organic semiconductor material called a dye-sensitized solar cell or an organic thin film solar cell. However, since the electrolyte used in a typical dye-sensitized solar cell is mainly a liquid (electrolytic solution), there may be a problem that the electrolytic solution leaks or volatilizes from a gap between the working electrode and the counter electrode. . Thus, the photoelectric conversion element using an organic material has a problem in durability as compared to the photoelectric conversion element using an inorganic material.

また、有機材料を用い一定の耐久性を有する光電変換素子としては、電子供与体である銅フタロシアニンと電子受容体であるペリレン誘導体を組み合わせた光電変換素子[C.W.Tang著,「Two−Layer organic photovoltaic cell」,Applied Physics Letters,1986年,48巻(非特許文献1)]、電子供与体としてポリフェニレンビニレンとフラーレン誘導体を組み合わせた光電変換素子[G.Yuら著,「Polymer Photovoltaic Cells:Enhanced Efficiencies via a Network of Internal Donor−Acceptor Heterojunctions」,Science,1995年,270巻(非特許文献2),特表平8−500701号公報(特許文献1)]がある。   In addition, as a photoelectric conversion element having a certain durability using an organic material, a photoelectric conversion element [C.C.] in which copper phthalocyanine as an electron donor and a perylene derivative as an electron acceptor are combined. W. Tang, “Two-Layer organic photovoltaic cell”, Applied Physics Letters, 1986, Vol. 48 (Non-patent Document 1)], a photoelectric conversion element combining a polyphenylene vinylene and a fullerene derivative as an electron donor [G. Yu et al., “Polymer Photovoltaic Cells: Enhanced Efficiency via a Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions, 1995, pp. 270, pp. There is.

しかしながら、これらの光電変換素子は、無機材料を用いた光電変換素子に比べて開放電圧等が余り高くないという問題があった。   However, these photoelectric conversion elements have a problem that an open circuit voltage or the like is not so high as compared with a photoelectric conversion element using an inorganic material.

特表平8−500701号公報JP-T 8-500701

C.W.Tang著,「Two−Layer organic photovoltaic cell」,Applied Physics Letters,1986年,48巻C. W. Tang, “Two-Layer organic photovoltaic cell”, Applied Physics Letters, 1986, 48 volumes. G.Yuら著,「Polymer Photovoltaic Cells:Enhanced Efficiencies via a Network of Internal Donor−Acceptor Heterojunctions」,Science,1995年,270巻G. Yu et al., “Polymer Photovoltaic Cells: Enhanced Efficiency via a Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions”, 1995, 270.

上記の状況の下、例えば、有機材料を用いるが、開放電圧が高い光電変換素子が求められている。   Under the above situation, for example, an organic material is used, but a photoelectric conversion element having a high open circuit voltage is required.

本発明者等は、下記式(1)または下記式(2)で表されるフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とを含む混合物からなる混合物層を含む光電変換素子と、その素子を用いた太陽電池を見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。本発明は以下のような光電変換素子および太陽電池を提供する。   The present inventors used a photoelectric conversion element including a mixture layer composed of a mixture including a fullerene derivative represented by the following formula (1) or the following formula (2) and an electron donor compound, and the element. A solar cell was found and the present invention was completed based on this finding. The present invention provides the following photoelectric conversion element and solar cell.

[1] 1対の電極、および
1対の電極間に、少なくとも、下記式(1)または下記式(2)
(式中、Rはそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜50の有機基であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の有機基であり、Mは金属原子であり、LはMの配位子であり、nはLの数である。)
で表される電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とが設けられた、光電変換素子。
[2] 1対の電極、および
1対の電極間に設けられた、下記式(1)または下記式(2)
(式中、Rはそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜50の有機基であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の有機基であり、Mは金属原子であり、LはMの配位子であり、nはLの数である。)
で表される電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とを含む混合物からなる混合物層を含む、光電変換素子。
[3] 式(1)または式(2)中、Rはそれぞれ独立して水素原子、置換基を有してもよいC〜C20炭化水素基、置換基を有してもよいC〜C20アルコキシ基、置換基を有してもよいC〜C20アリールオキシ基、置換基を有してもよいアミノ基、置換基を有してもよいシリル基、置換基を有してもよいアルキルチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C20アルキル基を示す。)、置換基を有してもよいアリールチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C18アリール基を示す。)、置換基を有してもよいアルキルスルホニル基(−SO、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C20アルキル基を示す。)、置換基を有してもよいアリールスルホニル基(−SO、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C18アリール基を示す。)を示し;Rは水素原子またはC〜C20炭化水素基を示す、[1]または[2]に記載の光電変換素子。
[4] 式(1)または式(2)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基または炭素数1〜20のアルキニル基または下記式(3)
(式中、Rは炭素数1〜15のアルキル、炭素数2〜15のアルケニルまたは炭素数1〜15のアルキニルである。)
で表される基である、[1]または[2]に記載の光電変換素子。
[1] At least the following formula (1) or the following formula (2) between a pair of electrodes and a pair of electrodes
(Wherein R 1 is independently a hydrogen atom or an organic group having 1 to 50 carbon atoms, R 2 is a hydrogen atom or an organic group having 1 to 20 carbon atoms, M is a metal atom, Is a ligand of M, and n is the number of L.)
A photoelectric conversion element comprising a fullerene derivative of an electron acceptor represented by formula (1) and an electron donor compound.
[2] The following formula (1) or the following formula (2) provided between a pair of electrodes and a pair of electrodes
(Wherein R 1 is independently a hydrogen atom or an organic group having 1 to 50 carbon atoms, R 2 is a hydrogen atom or an organic group having 1 to 20 carbon atoms, M is a metal atom, Is a ligand of M, and n is the number of L.)
The photoelectric conversion element containing the mixture layer which consists of a mixture containing the fullerene derivative of the electron acceptor represented by this, and the compound of an electron donor.
[3] In Formula (1) or Formula (2), each R 1 is independently a hydrogen atom, a C 1 -C 20 hydrocarbon group that may have a substituent, or a C that may have a substituent. 1 to C 20 alkoxy group, optionally substituted C 6 to C 20 aryloxy group, optionally substituted amino group, optionally substituted silyl group, substituted An alkylthio group (—SY 1 , wherein Y 1 represents a C 1 to C 20 alkyl group which may have a substituent), an arylthio group (—SY 1) 2 , wherein Y 2 represents a C 6 -C 18 aryl group which may have a substituent, and an alkylsulfonyl group which may have a substituent (—SO 2 Y 3 , wherein Y 3 represents a substituted or unsubstituted group C 1 -C 20 alkyl group.), an aryl sulfonyl which may have a substituent Le group (-SO 2 Y 4, in the formula, Y 4 is a good C 6 -C 18 aryl group which may have a substituent.) Shows a; R 2 is a hydrogen atom or a C 1 -C 20 hydrocarbon The photoelectric conversion element according to [1] or [2], which represents a group.
[4] In formula (1) or formula (2), each R 1 is independently an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 1 to 20 carbon atoms, or the following formula: (3)
(In the formula, R 3 is alkyl having 1 to 15 carbons, alkenyl having 2 to 15 carbons, or alkynyl having 1 to 15 carbons.)
The photoelectric conversion element according to [1] or [2], which is a group represented by:

[5] 式(2)中、Mが遷移金属である、[1]〜[4]のいずれかに記載の光電変換素子。
[6] 式(2)中、Mが8〜10族の遷移金属である、[1]〜[4]のいずれかに記載の光電変換素子。
[7] 式(2)中、MがFeまたはRuであり、nが0〜5の整数であり、Lが水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルキル基、アルキン基、アルケン基、アリール基、アルキリデン基、ビニリデン基、アレニリデン基、チオラート基、アミド基、ホスフィン基、カルボニル基、ニトリル基、イソニトリル基、イミノ基、アミノ基、ケトン基またはシクロペンタジエニル基である、[1]〜[4]のいずれかに記載の光電変換素子。
[5] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4], wherein in formula (2), M is a transition metal.
[6] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4], wherein M is a transition metal of group 8 to 10 in formula (2).
[7] In Formula (2), M is Fe or Ru, n is an integer of 0 to 5, L is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkoxy group, an alkyl group, an alkyne group, an alkene group, an aryl group, [1] to [4] which are alkylidene group, vinylidene group, allenylidene group, thiolate group, amide group, phosphine group, carbonyl group, nitrile group, isonitrile group, imino group, amino group, ketone group or cyclopentadienyl group. ] The photoelectric conversion element in any one of.

[8] 電子供与体の化合物が高分子化合物である、[1]〜[7]のいずれかに記載の光電変換素子。
[9] 電子供与体の化合物が複素環高分子化合物である、[1]〜[7]のいずれかに記載の光電変換素子。
[10] 電子供与体の化合物がポルフィリン化合物またはフタロシアニン化合物である、[1]〜[7]のいずれかに記載の光電変換素子。
[11] 電子供与体の化合物がポリチオフェンまたは銅フタロシアニン錯体である、[1]〜[7]のいずれかに記載の光電変換素子。
[8] The photoelectric conversion device according to any one of [1] to [7], wherein the electron donor compound is a polymer compound.
[9] The photoelectric conversion device according to any one of [1] to [7], wherein the electron donor compound is a heterocyclic polymer compound.
[10] The photoelectric conversion device according to any one of [1] to [7], wherein the electron donor compound is a porphyrin compound or a phthalocyanine compound.
[11] The photoelectric conversion device according to any one of [1] to [7], wherein the electron donor compound is polythiophene or a copper phthalocyanine complex.

[12] 電子受容体のフラーレン誘導体と電子供与体の化合物とを含む混合物が溶解した溶液を塗布することによって混合物層が形成される、[2]〜[11]のいずれかに記載の光電変換素子。
[13] 式(1)または式(2)中、Rはそれぞれ独立して下記式(3)
(式中、Rは炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルキニルである。)
で表される基であり、
式(2)中、MがFeまたはRuであり、nが0〜5の整数であり、Lが水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルキル基、アルキン基、アルケン基、アリール基、アルキリデン基、ビニリデン基、アレニリデン基、チオラート基、アミド基、ホスフィン基、カルボニル基、ニトリル基、イソニトリル基、イミノ基、アミノ基、ケトン基またはシクロペンタジエニル基である、[12]に記載の光電変換素子。
[14] 電子受容体のフラーレン誘導体と電子供与体の化合物とを蒸着させることによって混合物層が形成される、[2]〜[11]のいずれかに記載の光電変換素子。
[15] 式(1)または式(2)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数2〜10のアルキニル基または下記式(3)
(式中、Rは炭素数1〜5のアルキル、炭素数2〜5のアルケニルまたは炭素数1〜5のアルキニルである。)
で表される基であり、
式(2)中、MがFeまたはRuであり、nが0〜5の整数であり、Lが水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルキル基、アルキン基、アルケン基、アリール基、アルキリデン基、ビニリデン基、アレニリデン基、チオラート基、アミド基、ホスフィン基、カルボニル基、ニトリル基、イソニトリル基、イミノ基、アミノ基、ケトン基またはシクロペンタジエニル基である、[14]に記載の光電変換素子。
[16] [1]〜[15]のいずれかに記載の光電変換素子を含む太陽電池。
[12] The photoelectric conversion according to any one of [2] to [11], wherein a mixture layer is formed by applying a solution in which a mixture containing a fullerene derivative of an electron acceptor and an electron donor compound is dissolved. element.
[13] In Formula (1) or Formula (2), each R 1 is independently the following Formula (3)
(In the formula, R 3 is alkyl having 1 to 10 carbons, alkenyl having 2 to 10 carbons, or alkynyl having 2 to 10 carbons.)
A group represented by
In formula (2), M is Fe or Ru, n is an integer of 0 to 5, L is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkoxy group, an alkyl group, an alkyne group, an alkene group, an aryl group, an alkylidene group, The photoelectric conversion device according to [12], which is a vinylidene group, an allenylidene group, a thiolate group, an amide group, a phosphine group, a carbonyl group, a nitrile group, an isonitrile group, an imino group, an amino group, a ketone group, or a cyclopentadienyl group. .
[14] The photoelectric conversion element according to any one of [2] to [11], wherein a mixture layer is formed by vapor-depositing a fullerene derivative of an electron acceptor and an electron donor compound.
[15] In formula (1) or formula (2), each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, or the following formula (3)
(In the formula, R 3 is alkyl having 1 to 5 carbons, alkenyl having 2 to 5 carbons, or alkynyl having 1 to 5 carbons.)
A group represented by
In formula (2), M is Fe or Ru, n is an integer of 0 to 5, L is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkoxy group, an alkyl group, an alkyne group, an alkene group, an aryl group, an alkylidene group, The photoelectric conversion device according to [14], which is a vinylidene group, an allenylidene group, a thiolate group, an amide group, a phosphine group, a carbonyl group, a nitrile group, an isonitrile group, an imino group, an amino group, a ketone group, or a cyclopentadienyl group. .
[16] A solar cell including the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [15].

本発明の好ましい態様によれば、有機材料を用いながら、開放電圧が高い光電変換素子を提供できる。
本発明の好ましい態様によれば、簡単で安価に製造できる光電変換素子を提供できる。
According to the preferable aspect of this invention, a photoelectric conversion element with a high open circuit voltage can be provided, using an organic material.
According to a preferred embodiment of the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element that can be easily manufactured at low cost.

実施例1の太陽電池の模式図である。1 is a schematic diagram of a solar cell of Example 1. FIG. 実施例4の太陽電池の模式図である。6 is a schematic diagram of a solar cell of Example 4. FIG.

1 ガラス基板
2 ITO
3 正孔取り出し層
4 混合物層
5 電極
6 電子取り出し層
1 Glass substrate 2 ITO
3 hole extraction layer 4 mixture layer 5 electrode 6 electron extraction layer

1 本発明の光電変換素子に含まれる電子供与体と電子受容体
本発明の光電変換素子を構成する1対の電極の間には、電子供与体と電子受容体が設けられる。本発明の光電変換素子は、たとえば、電子供与体と電子受容体のそれぞれを層状にして重ね合わした積層構造を有してもよいし、両者を含む混合物からなる混合物層を有してもよい。
1.1 光電変換素子に用いられる電子受容体
本発明の光電変換素子に電子受容体として用いられる化合物は、上記式(1)または(2)で表されるフラーレン誘導体である。
なお、フラーレン誘導体は一種のフラーレン誘導体でも複数種のフラーレン誘導体の混合物でもよい。
1 Electron Donor and Electron Acceptor Included in Photoelectric Conversion Element of the Present Invention An electron donor and an electron acceptor are provided between a pair of electrodes constituting the photoelectric conversion element of the present invention. The photoelectric conversion element of the present invention may have, for example, a laminated structure in which an electron donor and an electron acceptor are layered and laminated, or may have a mixture layer made of a mixture containing both.
1.1 Electron acceptor used for photoelectric conversion element The compound used as an electron acceptor for the photoelectric conversion element of the present invention is a fullerene derivative represented by the above formula (1) or (2).
The fullerene derivative may be a kind of fullerene derivative or a mixture of plural kinds of fullerene derivatives.

1.1.1 式(1)で表されるフラーレン誘導体
式(1)中、Rはそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜50の有機基であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の有機基である。
また、式(1)中、Rはそれぞれ独立して水素原子、置換基を有してもよいC〜C20炭化水素基、置換基を有してもよいC〜C20アルコキシ基、置換基を有してもよいC〜C20アリールオキシ基、置換基を有してもよいアミノ基、置換基を有してもよいシリル基、置換基を有してもよいアルキルチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C20アルキル基を示す。)、置換基を有してもよいアリールチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C18アリール基を示す。)、置換基を有してもよいアルキルスルホニル基(−SO、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C20アルキル基を示す。)、置換基を有してもよいアリールスルホニル基(−SO、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C18アリール基を示す。)を示すことが好ましく、Rは水素原子またはC〜C20炭化水素基を示すことが好ましい。
1.1.1 In the fullerene derivative represented by the formula (1) (1), each R 1 is independently a hydrogen atom or an organic group having 1 to 50 carbon atoms, and R 2 is a hydrogen atom or carbon number. 1 to 20 organic groups.
Further, in formula (1), R 1 each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted C 1 -C 20 hydrocarbon group, C 1 may have a substituent -C 20 alkoxy group A C 6 -C 20 aryloxy group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, a silyl group which may have a substituent, and an alkylthio group which may have a substituent (-SY 1, in the formula, Y 1 represents an optionally substituted C 1 -C 20 alkyl group.), which may have a substituent arylthio group (-SY 2, in the formula, Y 2 represents an optionally substituted C 6 -C 18 aryl group), and an optionally substituted alkylsulfonyl group (—SO 2 Y 3 , wherein Y 3 has a substituent. and shows a good C 1 -C 20 alkyl group.), an optionally substituted arylsulfonyl group (-SO 2 Y 4, shown: in the formula, Y 4 is preferably exhibit.) Showing a good C 6 -C 18 aryl group which may have a substituent, R 2 is a hydrogen atom or a C 1 -C 20 hydrocarbon radical It is preferable.

本明細書において、「C〜C20炭化水素基」の炭化水素基は、飽和若しくは不飽和の非環式であってもよいし、飽和若しくは不飽和の環式であってもよい。C〜C20炭化水素基が非環式の場合には、線状でもよいし、枝分かれでもよい。「C〜C20炭化水素基」には、C〜C20アルキル基、C〜C20アルケニル基、C〜C20アルキニル基、C〜C20アルキルジエニル基、C〜C18アリール基、C〜C20アルキルアリール基、C〜C20アリールアルキル基、C〜C20シクロアルキル基、C〜C20シクロアルケニル基、(C〜C10シクロアルキル)C〜C10アルキル基などが含まれる。 In the present specification, the hydrocarbon group of the “C 1 -C 20 hydrocarbon group” may be a saturated or unsaturated acyclic group or a saturated or unsaturated cyclic group. When the C 1 to C 20 hydrocarbon group is acyclic, it may be linear or branched. The “C 1 -C 20 hydrocarbon group” includes a C 1 -C 20 alkyl group, a C 2 -C 20 alkenyl group, a C 2 -C 20 alkynyl group, a C 4 -C 20 alkyl dienyl group, a C 6- C 18 aryl group, C 7 -C 20 alkylaryl group, C 7 -C 20 arylalkyl group, C 4 -C 20 cycloalkyl group, C 4 -C 20 cycloalkenyl group, (C 3 ~C 10 cycloalkyl) C 1 -C 10 alkyl groups and the like are included.

本明細書において、「C〜C20アルキル基」は、C〜C10アルキル基であることが好ましく、C〜Cアルキル基であることが更に好ましい。アルキル基の例としては、制限するわけではないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ドデカニル等を挙げることができる。 In the present specification, "C 1 -C 20 alkyl group" is preferably C 1 -C 10 alkyl group, more preferably a C 1 -C 6 alkyl group. Examples of alkyl groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, dodecanyl and the like.

本明細書において、「C〜C20アルケニル基」は、C〜C10アルケニル基であることが好ましく、C〜Cアルケニル基であることが更に好ましい。アルケニル基の例としては、制限するわけではないが、ビニル、アリル、プロペニル、イソプロペニル、2−メチル−1−プロペニル、2−メチルアリル、2−ブテニル等を挙げることができる。 In the present specification, "C 2 -C 20 alkenyl group" is preferably C 2 -C 10 alkenyl group, more preferably a C 2 -C 6 alkenyl group. Examples of alkenyl groups include, but are not limited to, vinyl, allyl, propenyl, isopropenyl, 2-methyl-1-propenyl, 2-methylallyl, 2-butenyl and the like.

本明細書において、「C2〜C20アルキニル基」は、C〜C10アルキニル基であることが好ましく、C〜Cアルキニル基であることが更に好ましい。アルキニル基の例としては、制限するわけではないが、エチニル、プロピニル、ブチニル等を挙げることができる。 In the present specification, "C 2 -C 20 alkynyl group" is preferably C 2 -C 10 alkynyl group, more preferably a C 2 -C 6 alkynyl group. Examples of alkynyl groups include, but are not limited to, ethynyl, propynyl, butynyl, and the like.

本明細書において、「C〜C20アルキルジエニル基」は、C〜C10アルキルジエニル基であることが好ましく、C〜Cアルキルジエニル基であることが更に好ましい。アルキルジエニル基の例としては、制限するわけではないが、1,3−ブタジエニル等を挙げることができる。 In the present specification, "C 4 -C 20 alkyldienyl group" is preferably C 4 -C 10 alkadienyl group, more preferably a C 4 -C 6 alkadienyl group. Examples of alkyldienyl groups include, but are not limited to, 1,3-butadienyl and the like.

本明細書において、「C〜C18アリール基」は、C〜C10アリール基であることが好ましい。アリール基の例としては、制限するわけではないが、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、インデニル、ビフェニル、アントリル、フェナントリル等を挙げることができる。 In the present specification, the “C 6 -C 18 aryl group” is preferably a C 6 -C 10 aryl group. Examples of aryl groups include, but are not limited to, phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, indenyl, biphenyl, anthryl, phenanthryl and the like.

本明細書において、「C〜C20アルキルアリール基」は、C〜C12アルキルアリール基であることが好ましい。アルキルアリール基の例としては、制限するわけではないが、o−トリル、m−トリル、p−トリル、2,3−キシリル、2,4−キシリル、2,5−キシリル、o−クメニル、m−クメニル、p−クメニル、メシチル等を挙げることができる。 In the present specification, the “C 7 -C 20 alkylaryl group” is preferably a C 7 -C 12 alkylaryl group. Examples of alkylaryl groups include, but are not limited to, o-tolyl, m-tolyl, p-tolyl, 2,3-xylyl, 2,4-xylyl, 2,5-xylyl, o-cumenyl, m -Cumenyl, p-cumenyl, mesityl and the like can be mentioned.

本明細書において、「C〜C20アリールアルキル基」は、C〜C12アリールアルキル基であることが好ましい。アリールアルキル基の例としては、制限するわけではないが、ベンジル、フェネチル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル、1−ナフチルメチル、2−ナフチルメチル、2,2−ジフェニルエチル、3−フェニルプロピル、4−フェニルブチル、5−フェニルペンチル等を挙げることができる。 In the present specification, the “C 7 -C 20 arylalkyl group” is preferably a C 7 -C 12 arylalkyl group. Examples of arylalkyl groups include, but are not limited to, benzyl, phenethyl, diphenylmethyl, triphenylmethyl, 1-naphthylmethyl, 2-naphthylmethyl, 2,2-diphenylethyl, 3-phenylpropyl, 4-phenyl Examples include phenylbutyl and 5-phenylpentyl.

本明細書において、「C〜C20シクロアルキル基」は、C〜C10シクロアルキル基であることが好ましい。シクロアルキル基の例としては、制限するわけではないが、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル等を挙げることができる。 In the present specification, the “C 4 -C 20 cycloalkyl group” is preferably a C 4 -C 10 cycloalkyl group. Examples of cycloalkyl groups include, but are not limited to, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl and the like.

本明細書において、「C〜C20シクロアルケニル基」は、C〜C10シクロアルケニル基であることが好ましい。シクロアルケニル基の例としては、制限するわけではないが、シクロプロペニル、シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル等を挙げることができる。 In the present specification, the “C 4 -C 20 cycloalkenyl group” is preferably a C 4 -C 10 cycloalkenyl group. Examples of cycloalkenyl groups include, but are not limited to, cyclopropenyl, cyclobutenyl, cyclopentenyl, cyclohexenyl and the like.

本明細書において、「C〜C20アルコキシ基」は、C〜C10アルコキシ基であることが好ましく、C〜Cアルコキシ基であることが更に好ましい。アルコキシ基の例としては、制限するわけではないが、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ等がある。 In the present specification, the “C 1 -C 20 alkoxy group” is preferably a C 1 -C 10 alkoxy group, and more preferably a C 1 -C 6 alkoxy group. Examples of alkoxy groups include, but are not limited to, methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, pentyloxy and the like.

本明細書において、「C〜C20アリールオキシ基」は、C〜C10アリールオキシ基であることが好ましい。アリールオキシ基の例としては、制限するわけではないが、フェニルオキシ、ナフチルオキシ、ビフェニルオキシ等を挙げることができる。 In the present specification, the “C 6 -C 20 aryloxy group” is preferably a C 6 -C 10 aryloxy group. Examples of aryloxy groups include, but are not limited to, phenyloxy, naphthyloxy, biphenyloxy, and the like.

本明細書において、「アルキルチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C20アルキル基を示す。)」及び「アルキルスルホニル基(−SO、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C20アルキル基を示す。)」において、Y及びYは、C〜C10アルキル基であることが好ましく、C〜Cアルキル基であることが更に好ましい。アルキル基の例としては、制限するわけではないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ドデカニル等を挙げることができる。 In the present specification, “an alkylthio group (—SY 1 , wherein Y 1 represents an optionally substituted C 1 -C 20 alkyl group)” and “an alkylsulfonyl group (—SO 2 Y 3 In the formula, Y 3 represents an optionally substituted C 1 to C 20 alkyl group.) ”, Y 1 and Y 3 are preferably C 1 to C 10 alkyl groups. it is more preferably 1 -C 6 alkyl group. Examples of alkyl groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, dodecanyl and the like.

本明細書において、「アリールチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C18アリール基を示す。)」及び「アリールスルホニル基(−SO、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C18アリール基を示す。)」において、Y及びYは、C〜C10アリール基であることが好ましい。アリール基の例としては、制限するわけではないが、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、インデニル、ビフェニリル、アントリル、フェナントリル等を挙げることができる。 In the present specification, “arylthio group (—SY 2 , wherein Y 2 represents an optionally substituted C 6 -C 18 aryl group)” and “arylsulfonyl group (—SO 2 Y 4 In the formula, Y 4 represents a C 6 -C 18 aryl group which may have a substituent.) In the formula, Y 2 and Y 4 are preferably C 6 -C 10 aryl groups. Examples of the aryl group include, but are not limited to, phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, indenyl, biphenylyl, anthryl, phenanthryl and the like.

「C〜C20炭化水素基」、「C〜C20アルコキシ基」、「C〜C20アリールオキシ基」、「アミノ基」、「シリル基」、「アルキルチオ基」、「アリールチオ基」、「アルキルスルホニル基」、「アリールスルホニル基」には、置換基が導入されていてもよい。この置換基としては、例えば、エステル基、カルボキシル基、アミド基、アルキン基、トリメチルシリル基、アミノ基、ホスホニル基、チオ基、カルボニル基、ニトロ基、スルホ基、イミノ基、ハロゲノ基、アルコキシ基などを挙げることができる。この場合、置換基は、置換可能な位置に1個以上、置換可能な最大数まで導入されていてもよく、好ましくは1個〜4個導入されていてもよい。置換基数が2個以上である場合、各置換基は同一であっても異なっていてもよい。 “C 1 -C 20 hydrocarbon group”, “C 1 -C 20 alkoxy group”, “C 6 -C 20 aryloxy group”, “amino group”, “silyl group”, “alkylthio group”, “arylthio group” ”,“ Alkylsulfonyl group ”, and“ arylsulfonyl group ”may have a substituent introduced therein. Examples of the substituent include an ester group, a carboxyl group, an amide group, an alkyne group, a trimethylsilyl group, an amino group, a phosphonyl group, a thio group, a carbonyl group, a nitro group, a sulfo group, an imino group, a halogeno group, and an alkoxy group. Can be mentioned. In this case, one or more substituents may be introduced at the substitutable position up to the maximum number that can be substituted, and preferably 1 to 4 substituents may be introduced. When the number of substituents is 2 or more, each substituent may be the same or different.

本明細書において、「置換基を有してもよいアミノ基」の例としては、制限するわけではないが、アミノ、ジメチルアミノ、メチルアミノ、メチルフェニルアミノ、フェニルアミノ等がある。   In the present specification, examples of the “amino group which may have a substituent” include, but are not limited to, amino, dimethylamino, methylamino, methylphenylamino, phenylamino and the like.

本明細書において、「置換基を有していてもよいシリル基」の例としては、制限するわけではないが、ジメチルシリル、ジエチルシリル、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリメトキシシリル、トリエトキシシリル、ジフェニルメチルシリル、トリフェニルシリル、トリフェノキシシリル、ジメチルメトキシシリル、ジメチルフェノキシシリル、メチルメトキシフェニル等がある。   In this specification, examples of “optionally substituted silyl group” include, but are not limited to, dimethylsilyl, diethylsilyl, trimethylsilyl, triethylsilyl, trimethoxysilyl, triethoxysilyl, diphenyl Examples include methylsilyl, triphenylsilyl, triphenoxysilyl, dimethylmethoxysilyl, dimethylphenoxysilyl, and methylmethoxyphenyl.

本明細書において、「芳香族基」の例としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基等がある。
本明細書において、「複素環基」の例としては、チエニル基、ピロリル基、ピリジル基、ビピリジル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、ターチエニル基等がある。
本明細書において、「縮合多環芳香族基」の例としては、フルオレニル基、ナフチル基、フルオランテニル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、トリフェニレニル基、ペリレニル基等がある。
本明細書において、「縮合多環複素環基」の例としては、カルバゾリル基、アクリジニル基、フェナントロリル基等がある。
In the present specification, examples of the “aromatic group” include a phenyl group, a biphenyl group, and a terphenyl group.
In the present specification, examples of the “heterocyclic group” include a thienyl group, a pyrrolyl group, a pyridyl group, a bipyridyl group, an oxazolyl group, an oxadiazolyl group, a thiazolyl group, a thiadiazolyl group, and a tertienyl group.
In the present specification, examples of the “condensed polycyclic aromatic group” include a fluorenyl group, a naphthyl group, a fluoranthenyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a pyrenyl group, a tetracenyl group, a pentacenyl group, a triphenylenyl group, a perylenyl group, and the like. There is.
In the present specification, examples of the “fused polycyclic heterocyclic group” include a carbazolyl group, an acridinyl group, a phenanthroyl group, and the like.

また、これらの、「芳香族基」、「複素環基」、「縮合多環芳香族基」および「縮合多環複素環基」が有してもよい置換基の例としては、制限するわけではないが、C〜C10炭化水素基(例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、フェニル、ナフチル、インデニル、トリル、キシリル、ベンジル等)、C〜C10アルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ等)、C〜C10アリールオキシ基(例えば、フェニルオキシ、ナフチルオキシ、ビフェニルオキシ等)、アミノ基、水酸基、ハロゲン原子(例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)又はシリル基などを挙げることができる。この場合、置換基は、置換可能な位置に1個以上導入されていてもよく、好ましくは1個〜4個導入されていてもよい。置換基数が2個以上である場合、各置換基は同一であっても異なっていてもよい。 In addition, examples of the substituent that these “aromatic group”, “heterocyclic group”, “fused polycyclic aromatic group” and “fused polycyclic heterocyclic group” may have are limited. but not, C 1 -C 10 hydrocarbon group (e.g., methyl, ethyl, propyl, butyl, phenyl, naphthyl, indenyl, tolyl, xylyl, benzyl, etc.), C 1 -C 10 alkoxy group (e.g., methoxy, ethoxy , Propoxy, butoxy, etc.), C 6 -C 10 aryloxy groups (eg, phenyloxy, naphthyloxy, biphenyloxy, etc.), amino groups, hydroxyl groups, halogen atoms (eg, fluorine, chlorine, bromine, iodine) or silyl groups And so on. In this case, one or more substituents may be introduced at substitutable positions, and preferably 1 to 4 substituents may be introduced. When the number of substituents is 2 or more, each substituent may be the same or different.

1.1.2 式(2)で表されるフラーレン誘導体
式(2)中のRは、式(1)中のRと同様である。
また、式(2)中のMは金属原子であり、LはMの配位子であり、nはLの数である。MがFeまたはRuであり、nが0〜5の整数であり、Lが、水素原子、アルコキシ基、アルキル基、アルキン基、アルケン基、アリール基、アルキリデン基、ビニリデン基、アレニリデン基、チオラート基、アミド基、ホスフィン基、カルボニル基、ニトリル基、イソニトリル基、イミノ基、アミノ基、ケトン基またはシクロペンタジエニル基(Cp)であることが好ましい。
R 1 fullerene derivative formula (2) represented by the 1.1.2 formula (2) is the same as R 1 in formula (1).
In the formula (2), M is a metal atom, L is a ligand of M, and n is the number of L. M is Fe or Ru, n is an integer of 0 to 5, and L is a hydrogen atom, alkoxy group, alkyl group, alkyne group, alkene group, aryl group, alkylidene group, vinylidene group, allenylidene group, thiolate group Amide group, phosphine group, carbonyl group, nitrile group, isonitrile group, imino group, amino group, ketone group or cyclopentadienyl group (Cp).

1.2 光電変換素子に用いられる電子供与体の化合物
本発明の光電変換素子に用いられる電子供与体の化合物は、電子供与体として機能すれば特に限定されない。
なお、光電変換素子に用いられる電子供与体の化合物は一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
1.2 Compound of electron donor used in photoelectric conversion device The compound of the electron donor used in the photoelectric conversion device of the present invention is not particularly limited as long as it functions as an electron donor.
In addition, the compound of the electron donor used for a photoelectric conversion element may be a single compound or a mixture of multiple compounds.

本発明で用いられる好ましい電子供与体の化合物は、高分子化合物、ポルフィリン化合物またはフタロシアニン化合物である。
電子供与体として用いられる高分子化合物としては、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフラン、ポリピリジン、ポリカルバゾールなどの複素環高分子を用いることができる。これらの中でも、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリフランは、種々の置換基が結合しているものが存在し、種々の構造が存在するために、多種多様なポリマーを合成できることで好ましい。
A preferred electron donor compound used in the present invention is a polymer compound, a porphyrin compound or a phthalocyanine compound.
As the polymer compound used as the electron donor, for example, a heterocyclic polymer such as polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyfuran, polypyridine, polycarbazole and the like can be used. Among these, polythiophene, polypyrrole, and polyfuran are preferable in that various substituents are bonded and various structures exist, so that a wide variety of polymers can be synthesized.

電子供与体として用いられるポルフィリン化合物としては、例えば、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンコバルト(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン銅(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン亜鉛(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンバナジウム(IV)オキシド、5,10,15,20−テトラ(4−ピリジル)−21H,23H−ポルフィンが挙げられる。   Examples of the porphyrin compound used as the electron donor include 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine cobalt (II). 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine copper (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine zinc (II), 5,10,15,20 -Tetraphenyl-21H, 23H-porphine vanadium (IV) oxide, 5,10,15,20-tetra (4-pyridyl) -21H, 23H-porphine.

また、電子供与体として用いられるフタロシアニン化合物としては、例えば、29H,31H−フタロシアニン、銅フタロシアニン錯体、亜鉛フタロシアニン錯体、チタンフタロシアニンオキシド錯体、マグネシウムフタロシアニン錯体、鉛フタロシアニン錯体、銅4,4’,4’’,4’’’−テトラアザ−29H,31H−フタロシアニン錯体が挙げられる。
これらの中でも、銅フタロシアニン錯体が好ましい。
Examples of the phthalocyanine compound used as an electron donor include 29H, 31H-phthalocyanine, copper phthalocyanine complex, zinc phthalocyanine complex, titanium phthalocyanine oxide complex, magnesium phthalocyanine complex, lead phthalocyanine complex, copper 4, 4 ′, 4 ′. Examples include ', 4'''-tetraaza-29H, 31H-phthalocyanine complex.
Among these, a copper phthalocyanine complex is preferable.

1.3 混合物層の製造方法
混合物層の製造方法は特に限定されないが、例えば、フラーレン誘導体と電子供与体の化合物とを共に溶解した溶液を、基板や基板上に設けられた層にスピンコート等を用いて塗布することによって製造できる(塗布型の混合物層)。また、フラーレン誘導体と電子供与体の化合物とを、基板や基板上に設けられた層に蒸着させることによっても製造できる(蒸着型の混合物層)。
1.3 Method for Producing Mixture Layer The method for producing the mixture layer is not particularly limited. For example, a solution in which a fullerene derivative and an electron donor compound are dissolved together is spin-coated on a substrate or a layer provided on the substrate. (Coating-type mixture layer). It can also be produced by vapor-depositing a fullerene derivative and an electron donor compound on a substrate or a layer provided on the substrate (evaporation-type mixture layer).

塗布型の混合物層で用いられる上記式(1)または式(2)で表されるフラーレン誘導体は上述のとおりであるが、式(1)または式(2)中、Rはそれぞれ独立して下記式(3)
(式中、Rは炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニルまたは炭素数2〜10のアルキニルである。)
で表される基であれば、塗布するときの溶媒に対する溶解性が向上し、さらに得られる光電変換素子の開放電圧も向上するため好ましい。
The fullerene derivative represented by the above formula (1) or formula (2) used in the coating-type mixture layer is as described above. In formula (1) or formula (2), R 1 is independently selected. Following formula (3)
(In the formula, R 3 is alkyl having 1 to 10 carbons, alkenyl having 2 to 10 carbons, or alkynyl having 2 to 10 carbons.)
Is preferable because the solubility in a solvent during coating is improved and the open-circuit voltage of the obtained photoelectric conversion element is also improved.

塗布型の混合物層で用いられる電子供与体の化合物は上述のとおりであるが、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフラン、ポリピリジン、ポリカルバゾールを用いると、塗布するときの溶媒に対する溶解性が向上し、さらに得られる光電変換素子の開放電圧も向上するため好ましい。   The compound of the electron donor used in the coating type mixture layer is as described above. However, when polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyfuran, polypyridine, polycarbazole is used, the solubility in a solvent during coating is improved. Since the open circuit voltage of the obtained photoelectric conversion element is also improved, it is preferable.

蒸着型の混合物層で用いられる上記式(1)または式(2)で表されるフラーレン誘導体は上述のとおりであるが、式(1)または式(2)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜10のアルキル、炭素数2〜10のアルケニル、炭素数2〜10のアルキニルまたは下記式(3)
(式中、Rは炭素数1〜5のアルキル、炭素数2〜5のアルケニルまたは炭素数1〜5のアルキニルである。)
で表される基であれば、フラーレン誘導体を蒸着させやすく、さらに得られる光電変換素子の開放電圧も向上するため好ましい。
The fullerene derivative represented by the above formula (1) or formula (2) used in the vapor deposition type mixture layer is as described above. In formula (1) or formula (2), each R 1 is independently selected. C1-C10 alkyl, C2-C10 alkenyl, C2-C10 alkynyl, or following formula (3)
(In the formula, R 3 is alkyl having 1 to 5 carbons, alkenyl having 2 to 5 carbons, or alkynyl having 1 to 5 carbons.)
Is preferable because the fullerene derivative is easily deposited and the open-circuit voltage of the obtained photoelectric conversion element is improved.

蒸着型の混合物層で用いられる電子供与体の化合物は上述のとおりであるが、ポルフィリン化合物およびフタロシアニン化合物を用いると、フラーレン誘導体との均一な層を設けることが容易にでき、さらに得られる光電変換素子の開放電圧も向上するため好ましい。   The compound of the electron donor used in the vapor deposition type mixture layer is as described above. However, when a porphyrin compound and a phthalocyanine compound are used, a uniform layer with a fullerene derivative can be easily provided, and the obtained photoelectric conversion It is preferable because the open circuit voltage of the element is improved.

なお、混合物層は、フラーレン誘導体と電子供与体の化合物とを含めば特に限定されず、他の化合物等を含んでもよい。   The mixture layer is not particularly limited as long as it includes a fullerene derivative and an electron donor compound, and may include other compounds.

2 本発明の光電変換素子および太陽電池
本発明の光電変換素子は、1対の電極と、1対の電極間に配設された電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とを有する。
2 Photoelectric Conversion Device and Solar Cell of the Present Invention The photoelectric conversion device of the present invention has a pair of electrodes, an electron acceptor fullerene derivative disposed between the pair of electrodes, and an electron donor compound. .

本発明の光電変換素子において、電極に用いられる材料は、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ITO、酸化スズ、酸化亜鉛、Au、Co、Ni、Ptなどの仕事関数が高い材料と、Al、Ag,Li、In、Ca、Mg、LiFなどを組み合わせて用いることが好ましい。なかでも、光が透過する位置にある電極は、ITO、酸化スズ、酸化亜鉛などの透明電極を用いることが好ましい。これら電極の製造方法及び膜厚などは適宜選択することができる。   In the photoelectric conversion element of the present invention, the material used for the electrode is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, ITO, tin oxide, zinc oxide, Au, Co, Ni, Pt, etc. It is preferable to use a material having a high work function in combination with Al, Ag, Li, In, Ca, Mg, LiF, or the like. Especially, it is preferable to use transparent electrodes, such as ITO, a tin oxide, and a zinc oxide, for the electrode in the position which permeate | transmits light. The manufacturing method and film thickness of these electrodes can be selected as appropriate.

本発明の光電変換素子において、電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物との混合物層が設けられている場合、その混合物層の厚さは特に限定されないが、0.1nm未満では均一性が十分ではなく、短絡を起こしやすいという問題が生じる。他方、混合物層の厚さが5000nmを超えると内部抵抗が大きくなり、また素子1個当たりの固体層の占める体積割合が高くなるため、容量が低下し好ましくない。また、電極間の距離が離れるので、電荷の拡散が悪くなる問題が生じる。そこで、混合物層の厚さは0.1〜5000nmが好ましく、1〜1000nmがさらに好ましい。より好ましくは20〜500nmがさらに好ましい。   In the photoelectric conversion device of the present invention, when a mixture layer of an electron acceptor fullerene derivative and an electron donor compound is provided, the thickness of the mixture layer is not particularly limited. The problem is that the property is not sufficient and a short circuit is likely to occur. On the other hand, when the thickness of the mixture layer exceeds 5000 nm, the internal resistance increases, and the volume ratio of the solid layer per element increases, which is not preferable because the capacity decreases. Further, since the distance between the electrodes is increased, there arises a problem that charge diffusion is deteriorated. Therefore, the thickness of the mixture layer is preferably 0.1 to 5000 nm, and more preferably 1 to 1000 nm. More preferably, 20-500 nm is further more preferable.

本発明の光電変換素子は、1対の電極、およびその間に配置された電子受容体のフラーレン誘導体と電子供与体の化合物の他に、さらに正孔取り出し層と電子取り出し層とからなる群から選ばれる1以上を有することができる。   The photoelectric conversion device of the present invention is selected from the group consisting of a pair of electrodes and a fullerene derivative of an electron acceptor and an electron donor compound disposed therebetween, and a hole extraction layer and an electron extraction layer. Can have one or more.

正孔取り出し層の材料は、電子受容体と電子供与体を含む層から電極へ正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミンなどの導電性有機化合物などが挙げられる。また、Au、In、Ag、Pdなどの金属などの薄膜も使用することができる。さらに、金属などの薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
電子取り出し層の材料は、電子受容体と電子供与体を含む層から電極へ電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、バソキュプロイン(BCP)または、バソフェナントレン(Bphen)、及びこれらにアルカリ金属あるいはアルカリ金属土類をドープした層が挙げられる。また、電子取り出し層の材料にフラーレン類やシロール類などを用いることも可能であり、たとえば、上記のバソキュプロイン(BCP)、バソフェナントレン(Bphen)、または、バソキュプロイン(BCP)とバソフェナントレン(Bphen)にアルカリ金属もしくはアルカリ金属土類をドープした層を組み合わせたものも用いることができる。
The material of the hole extraction layer is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of extracting holes from the layer containing the electron acceptor and the electron donor to the electrode. Specific examples thereof include conductive organic compounds such as polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, and triphenylenediamine. A thin film made of a metal such as Au, In, Ag, or Pd can also be used. Furthermore, a thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.
The material of the electron extraction layer is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of extracting electrons from the layer containing the electron acceptor and the electron donor to the electrode. Specifically, bathocuproine (BCP) or bathophenanthrene (Bphen) and a layer doped with an alkali metal or an alkali metal earth can be given. In addition, fullerenes, siloles, and the like can be used as the material for the electron extraction layer. For example, in the above-described bathocuproin (BCP), bathophenanthrene (Bphen), or bathocuproin (BCP) and bathophenanthrene (Bphen). A combination of layers doped with alkali metal or alkali metal earth can also be used.

正孔取り出し層と電子取り出し層は1対の電極間に、電子受容体と電子供与体(たとえば、混合物層)を挟むように配置される。すなわち、本発明の光電変換素子が正孔取り出し層と電子取り出し層の両者を含む場合、電極、正孔取り出し層、電子受容体と電子供与体(たとえば、混合物層)、電子取り出し層、電極の順に配置される構成を有する。また、本発明の光電変換素子が正孔取り出し層を含み電子取り出し層を含まない場合、電極、正孔取り出し層、電子受容体と電子供与体(たとえば、混合物層)、電極の順に配置される構成を有する。本発明の光電変換素子が電子取り出し層を含み正孔取り出し層を含まない場合、電極、電子受容体と電子供与体(たとえば、混合物層)、電子取り出し層、電極の順に配置される構成を有する。   The hole extraction layer and the electron extraction layer are disposed so as to sandwich an electron acceptor and an electron donor (for example, a mixture layer) between a pair of electrodes. That is, when the photoelectric conversion element of the present invention includes both a hole extraction layer and an electron extraction layer, an electrode, a hole extraction layer, an electron acceptor and an electron donor (for example, a mixture layer), an electron extraction layer, an electrode It has the structure arranged in order. When the photoelectric conversion element of the present invention includes a hole extraction layer and does not include an electron extraction layer, the electrode, the hole extraction layer, an electron acceptor and an electron donor (for example, a mixture layer), and an electrode are arranged in this order. It has a configuration. When the photoelectric conversion element of the present invention includes an electron extraction layer and does not include a hole extraction layer, it has a configuration in which an electrode, an electron acceptor and an electron donor (for example, a mixture layer), an electron extraction layer, and an electrode are arranged in this order. .

フラーレン誘導体は電子受容体として、電子供与体の化合物は電子供与体として機能する。具体的には、電子供与体と電子受容体を含む層(たとえば、混合物層)に光が照射されると、照射による励起によって発生した電子は当該層中のフラーレン誘導体を通って対極に移動する。また、フラーレン誘導体に電子が移動すると電子供与体の化合物は酸化された状態になり、正孔が作用電極に移動する。このようにして、電流が流れることになる。   The fullerene derivative functions as an electron acceptor, and the electron donor compound functions as an electron donor. Specifically, when light is applied to a layer (for example, a mixture layer) containing an electron donor and an electron acceptor, electrons generated by excitation due to irradiation move to the counter electrode through the fullerene derivative in the layer. . Further, when electrons move to the fullerene derivative, the electron donor compound becomes oxidized, and holes move to the working electrode. In this way, a current flows.

本発明の光電変換素子は、太陽電池に限らず、光スイッチング装置、センサなどの各種の光電変換装置に好適に使用することができる。   The photoelectric conversion element of this invention can be used conveniently for various photoelectric conversion apparatuses, such as not only a solar cell but an optical switching apparatus and a sensor.

以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[合成例1]C60(nBuCHの合成
窒素雰囲気下室温にてフラーレンC60(4.00 g, 5.55 mmol)を1,2-ジクロロベンゼン(180 mL)に溶かし、1時間脱気を行った。 窒素雰囲気下0℃にて、CuBr・SMe2(17.1 g, 83.3 mmol)をテトラヒドロフラン(94 mL)に懸濁させ、n-BuC6H4MgBrのテトラヒドロフラン溶液(80.8 mL, 1.03 M, 83.4 mmol)をゆっくりと滴下し、室温にてしばらく攪拌した後、C60の1,2-ジクロロベンゼン溶液を移送して反応を開始し、2時間後、飽和塩化アンモニウム水溶液(10 mL)を加え反応を停止させた。なお、本明細書中、Meはメチルを表す。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention, this invention is not limited to these Examples.
Synthesis Example 1 Synthesis of C 60 (nBuC 6 H 4 ) 5 H
Fullerene C 60 (4.00 g, 5.55 mmol) was dissolved in 1,2-dichlorobenzene (180 mL) at room temperature under a nitrogen atmosphere, and degassed for 1 hour. CuBr ・ SMe 2 (17.1 g, 83.3 mmol) was suspended in tetrahydrofuran (94 mL) at 0 ° C. under a nitrogen atmosphere, and tetrahydrofuran solution (80.8 mL, 1.03 M, 83.4 mmol) of n-BuC 6 H 4 MgBr was suspended. Was slowly added dropwise and stirred at room temperature for a while, and then the reaction was started by transferring a 1,2-dichlorobenzene solution of C 60. After 2 hours, saturated ammonium chloride aqueous solution (10 mL) was added to stop the reaction. I let you. In the present specification, Me represents methyl.

減圧下でテトラヒドロフランを留去し、展開溶媒をトルエンとしたシリカゲルショートパスカラムに得られた混合物を通して、副生する銅等を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:二硫化炭素)によって精製した。C60(nBuCH(フラーレン誘導体1)のフラクションを集めて濃縮した後、エタノールを加えて目的物を析出させ、濾過、乾燥によりフラーレン誘導体1を得た(単離収率 96%)。 Tetrahydrofuran was distilled off under reduced pressure, and by-product copper was removed through a mixture obtained on a silica gel short path column with toluene as the developing solvent, and then purified by silica gel column chromatography (eluent: carbon disulfide). did. After collecting and concentrating fractions of C 60 (nBuC 6 H 4 ) 5 H (fullerene derivative 1), ethanol was added to precipitate the target product, and fullerene derivative 1 was obtained by filtration and drying (isolation yield 96 %).

[合成例2]C60(nBuCMeの合成
次に、スキーム2に示すように、窒素雰囲気下室温で製造されたフラーレン誘導体1(1.00 g, 0.718 mmol)をテトラヒドロフラン(150 mL)に溶解し、カリウムtert-ブトキシドのテトラヒドロフラン溶液(0.790 mL, 0.790 mmol)を滴下し、15分攪拌した。得られた黒色の溶液にヨウ化メチル(0.400 mL, 2.82 mmol)を加え、1時間攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、 シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:二硫化炭素/ヘキサン = 1/2)によって精製した。C60(nBuCMe(フラーレン誘導体2)のフラクションを集めて濃縮した後, エタノールを加えて目的物を析出させ、濾過、 乾燥によりフラーレン誘導体2を得た(単離収率 77%)。
Synthesis Example 2 Synthesis of C 60 (nBuC 6 H 4 ) 5 Me
Next, as shown in Scheme 2, fullerene derivative 1 (1.00 g, 0.718 mmol) prepared at room temperature under a nitrogen atmosphere was dissolved in tetrahydrofuran (150 mL), and a solution of potassium tert-butoxide in tetrahydrofuran (0.790 mL, 0.790). mmol) was added dropwise and stirred for 15 minutes. Methyl iodide (0.400 mL, 2.82 mmol) was added to the resulting black solution and stirred for 1 hour. After the solvent was distilled off under reduced pressure, the residue was purified by silica gel column chromatography (eluent: carbon disulfide / hexane = 1/2). After collecting and concentrating the fraction of C 60 (nBuC 6 H 4 ) 5 Me (fullerene derivative 2), ethanol was added to precipitate the target product, and the fullerene derivative 2 was obtained by filtration and drying (isolation yield 77). %).

[合成例3]Fe(C60(nBuC)Cpの合成
次にスキーム3に示すように、 窒素雰囲気下室温にて製造されたフラーレン誘導体1(1.00 g, 0.718 mmol)をベンゾニトリル(150 mL)に溶かし、 [FeCp(CO)2]2(0.508 g, 1.44 mmol)を加え180℃に加熱し、8時間攪拌した。減圧下で溶媒を留去し、展開溶媒をトルエンとしたシリカゲルショートパスカラムに得られた混合物を通して、不溶分を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:二硫化炭素/ヘキサン = 1/2)によって精製した。Fe(C60(nBuC)Cp(フラーレン誘導体3)のフラクションを集めて濃縮した後、エタノールを加えて目的物を析出させ、濾過、 乾燥によりフラーレン誘導体3を得た(単離収率 59%)。
なお、本明細書中、Phはフェニルを表す。
Synthesis Example 3 Synthesis of Fe (C 60 (nBuC 6 H 4 ) 5 ) Cp
Next, as shown in Scheme 3, fullerene derivative 1 (1.00 g, 0.718 mmol) produced at room temperature under a nitrogen atmosphere was dissolved in benzonitrile (150 mL), and [FeCp (CO) 2 ] 2 (0.508 g, 1.44 mmol) was added and the mixture was heated to 180 ° C. and stirred for 8 hours. After removing the solvent under reduced pressure and passing through the mixture obtained on a silica gel short pass column with toluene as the developing solvent, the insoluble matter was removed, and then silica gel column chromatography (eluent: carbon disulfide / hexane = 1/2) ). After collecting and concentrating the fraction of Fe (C 60 (nBuC 6 H 4 ) 5 ) Cp (fullerene derivative 3), ethanol was added to precipitate the target compound, and fullerene derivative 3 was obtained by filtration and drying (isolation) Yield 59%).
In the present specification, Ph represents phenyl.

[合成例4]Ru(C60(nBuC)Cpの合成
次にスキーム4に示すように、 窒素雰囲気下室温にて製造されたフラーレン誘導体1(500 mg, 0.359 mmol)をテトラヒドロフラン(75 mL)に溶かし、カリウムtert-ブトキシドのテトラヒドロフラン溶液(0.395 mL, 0.395 mmol)を滴下し、15分攪拌した。得られた黒色の溶液に、[RuCp(CH3CN)3]PF6(187 mg, 0.431 mmol)を加え、15分攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、展開溶媒をトルエンとしたシリカゲルショートパスカラムに得られた混合物を濾通して、不溶分を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:二硫化炭素/ヘキサン = 1/2)によって精製した。Ru(C60(nBuC)Cp(フラーレン誘導体4)のフラクションを集めて濃縮した後、エタノールを加えて目的物を析出させ、 濾過、乾燥によりフラーレン誘導体4を得た(単離収率 47%)。
Synthesis Example 4 Synthesis of Ru (C 60 (nBuC 6 H 4 ) 5 ) Cp
Next, as shown in Scheme 4, fullerene derivative 1 (500 mg, 0.359 mmol) produced at room temperature under a nitrogen atmosphere was dissolved in tetrahydrofuran (75 mL), and a solution of potassium tert-butoxide in tetrahydrofuran (0.395 mL, 0.395 mmol). ) Was added dropwise and stirred for 15 minutes. [RuCp (CH 3 CN) 3 ] PF 6 (187 mg, 0.431 mmol) was added to the resulting black solution and stirred for 15 minutes. After evaporating the solvent under reduced pressure, the mixture obtained was passed through a silica gel short path column with toluene as the developing solvent to remove insolubles, and then silica gel column chromatography (eluent: carbon disulfide / hexane). = 1/2). The fractions of Ru (C 60 (nBuC 6 H 4 ) 5 ) Cp (fullerene derivative 4) were collected and concentrated, ethanol was added to precipitate the target product, and the fullerene derivative 4 was obtained by filtration and drying (isolation) Yield 47%).

[合成例5]C60MeHの合成
窒素雰囲気下室温にてC60(4.00 g, 5.55 mmol)を1,2-ジクロロベンゼン(180 mL)に溶かし、 1時間脱気を行った。 窒素雰囲気下0℃にてCuBr・SMe2(13.7 g, 66.6 mmol)をテトラヒドロフラン(94 mL)に懸濁させ、MeMgBrのテトラヒドロフラン溶液(66.6 mL, 1.00 M, 66.6 mmol)をゆっくりと滴下し、室温まで昇温して1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(7.60 mL, 66.6 mmol)を加えた。35℃に昇温した後、C60の1,2-ジクロロベンゼン溶液を移送して反応を開始し、1時間後、飽和塩化アンモニウム水溶液(6 mL)を加え反応を停止させた。減圧下でテトラヒドロフランを留去し、窒素で復圧した後、展開溶媒を脱気したトルエンとしたシリカゲルショートパスカラムに得られた混合物を通して、副生する銅等を除去した。トルエンを留去し、窒素で復圧した後、脱気したメタノールを加えて目的物を析出させ、濾過、乾燥によりC60MeH(フラーレン誘導体5)を得た(単離収率 96%)。
[Synthesis Example 5] Synthesis of C 60 Me 5 H
C 60 (4.00 g, 5.55 mmol) was dissolved in 1,2-dichlorobenzene (180 mL) at room temperature under a nitrogen atmosphere, and degassed for 1 hour. Suspend CuBr ・ SMe 2 (13.7 g, 66.6 mmol) in tetrahydrofuran (94 mL) at 0 ° C under a nitrogen atmosphere, slowly add dropwise a solution of MeMgBr in tetrahydrofuran (66.6 mL, 1.00 M, 66.6 mmol) at room temperature. The temperature was raised to 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (7.60 mL, 66.6 mmol) was added. After raising the temperature to 35 ° C., the reaction was started by transferring a 1,2-dichlorobenzene solution of C 60 , and after 1 hour, a saturated aqueous ammonium chloride solution (6 mL) was added to stop the reaction. Tetrahydrofuran was distilled off under reduced pressure, and the pressure was restored with nitrogen, and then by-product copper and the like were removed through a mixture obtained through a silica gel short pass column using toluene degassed as a developing solvent. After toluene was distilled off and the pressure was restored with nitrogen, degassed methanol was added to precipitate the target product, and filtration and drying gave C 60 Me 5 H (fullerene derivative 5) (isolation yield 96%). ).

[合成例6]Fe(C60Me)Cpの合成
次にスキーム6に示すように、窒素雰囲気下室温にて製造されたフラーレン誘導体5(1.00 g, 1.25 mmol)をベンゾニトリル(200 mL)に溶かし、[FeCp(CO)2]2(0.888 g, 2.51 mmol)を加え180℃に加熱し、8時間攪拌した。減圧下で溶媒を留去し、展開溶媒をトルエンとしたシリカゲルショートパスカラムに得られた混合物を通して、不溶分を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:二硫化炭素)によって精製した。Fe(C60Me)Cp(フラーレン誘導体6)のフラクションを集めて濃縮した後、エタノールを加えて目的物を析出させ、濾過、乾燥によりフラーレン誘導体6を得た(単離収率 35%)。
[Synthesis Example 6] Fe (C 60 Me 5 ) Cp Synthesis of
Next, as shown in Scheme 6, fullerene derivative 5 (1.00 g, 1.25 mmol) produced at room temperature under a nitrogen atmosphere was dissolved in benzonitrile (200 mL), and [FeCp (CO) 2 ] 2 (0.888 g, 2.51 mmol) was added, and the mixture was heated to 180 ° C. and stirred for 8 hours. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the insoluble matter was removed through a mixture obtained through a silica gel short pass column using toluene as a developing solvent, and then purified by silica gel column chromatography (eluent: carbon disulfide). After collecting and concentrating the fraction of Fe (C 60 Me 5 ) Cp (fullerene derivative 6), ethanol was added to precipitate the desired product, and the fullerene derivative 6 was obtained by filtration and drying (isolation yield 35%). .

[合成例7]Ru(C60Me)Cpの合成
次にスキーム7に示すように、窒素雰囲気下室温にて製造されたフラーレン誘導体5(500 mg, 0.627 mmol)をテトラヒドロフラン(75 mL)に懸濁させ、カリウムtert-ブトキシドのテトラヒドロフラン溶液(0.690 mL, 0.690 mmol)を滴下し、15分攪拌した。得られた黒色の溶液に、[RuCp(CH3CN)3]PF6(327 mg, 0.753 mmol)を加え、15分攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、展開溶媒をトルエンとしたシリカゲルショートパスカラムに得られた混合物を濾通して、不溶分を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:二硫化炭素)によって精製した。Ru(C60Me)Cp(フラーレン誘導体7)のフラクションを集めて濃縮した後、エタノールを加えて目的物を析出させ、濾過、乾燥によりフラーレン誘導体7を得た(単離収率 34%)。
Synthesis Example 7 Synthesis of Ru (C 60 Me 5 ) Cp
Next, as shown in Scheme 7, fullerene derivative 5 (500 mg, 0.627 mmol) produced at room temperature under a nitrogen atmosphere was suspended in tetrahydrofuran (75 mL), and a solution of potassium tert-butoxide in tetrahydrofuran (0.690 mL, 0.690 mmol) was added dropwise and stirred for 15 minutes. [RuCp (CH 3 CN) 3 ] PF 6 (327 mg, 0.753 mmol) was added to the resulting black solution, and the mixture was stirred for 15 minutes. After distilling off the solvent under reduced pressure, the mixture obtained was passed through a silica gel short path column with toluene as the developing solvent, and after removing insolubles, silica gel column chromatography (eluent: carbon disulfide) was used. Purified. After collecting and concentrating fractions of Ru (C 60 Me 5 ) Cp (fullerene derivative 7), ethanol was added to precipitate the target product, and fullerene derivative 7 was obtained by filtration and drying (isolation yield 34%). .

[合成例8]C60PhHの合成
窒素雰囲気下室温にてC60(4.00 g, 5.55 mmol)を1,2-ジクロロベンゼン(180 mL)に溶かし、1時間脱気を行った。窒素雰囲気下0℃にてCuBr・SMe2(17.1 g, 83.3 mmol)をテトラヒドロフラン(94 mL)に懸濁させ、PhMgBrのテトラヒドロフラン溶液(83.3 mL, 1.00 M, 83.3 mmol)をゆっくりと滴下し、室温にてしばらく攪拌した後、C60の1,2-ジクロロベンゼン溶液を移送して反応を開始し、2時間後、飽和塩化アンモニウム水溶液(10 mL)を加え反応を停止させた。減圧下でテトラヒドロフランを留去し、展開溶媒をトルエンとしたシリカゲルショートパスカラムに得られた混合物を通して、副生する銅等を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:二硫化炭素)によって精製した。C60PhH(フラーレン誘導体8)のフラクションを集めて濃縮した後、エタノールを加えて目的物を析出させ、濾過、乾燥によりフラーレン誘導体8を得た(単離収率 89%)。
[Synthesis Example 8] Synthesis of C 60 Ph 5 H
C 60 (4.00 g, 5.55 mmol) was dissolved in 1,2-dichlorobenzene (180 mL) at room temperature under a nitrogen atmosphere, and degassed for 1 hour. CuBr · SMe 2 in a nitrogen atmosphere 0 ℃ (17.1 g, 83.3 mmol ) was suspended in tetrahydrofuran (94 mL), tetrahydrofuran PhMgBr (83.3 mL, 1.00 M, 83.3 mmol) was slowly added dropwise, at room temperature After stirring for a while, a 1,2-dichlorobenzene solution of C 60 was transferred to start the reaction. After 2 hours, a saturated aqueous ammonium chloride solution (10 mL) was added to stop the reaction. Tetrahydrofuran was distilled off under reduced pressure, and by-product copper was removed through a mixture obtained on a silica gel short path column with toluene as the developing solvent, and then purified by silica gel column chromatography (eluent: carbon disulfide). did. After collecting and concentrating the fraction of C 60 Ph 5 H (fullerene derivative 8), ethanol was added to precipitate the target product, and filtration and drying gave fullerene derivative 8 (isolation yield 89%).

[合成例9]Fe(C60Ph)Cpの合成
次にスキーム9に示すように、窒素雰囲気下室温にて製造されたフラーレン誘導体8(1.00 g, 0.903 mmol)をベンゾニトリル(200 mL)に溶かし、[FeCp(CO)2]2(0.639 g, 1.81 mmol)を加え180℃に加熱し、20時間攪拌した。減圧下で溶媒を留去し、展開溶媒をトルエンとしたシリカゲルショートパスカラムに得られた混合物を通して、不溶分を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:二硫化炭素)によって精製した。Fe(C60Ph)Cp(フラーレン誘導体9)のフラクションを集めて濃縮した後、エタノールを加えて目的物を析出させ、濾過、乾燥によりフラーレン誘導体9を得た(単離収率 65%)。
Synthesis Example 9 Synthesis of Fe (C 60 Ph 5 ) Cp
Next, as shown in Scheme 9, fullerene derivative 8 (1.00 g, 0.903 mmol) produced at room temperature under nitrogen atmosphere was dissolved in benzonitrile (200 mL), and [FeCp (CO) 2 ] 2 (0.639 g, 1.81 mmol) was added, and the mixture was heated to 180 ° C. and stirred for 20 hours. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the insoluble matter was removed through a mixture obtained through a silica gel short pass column using toluene as a developing solvent, and then purified by silica gel column chromatography (eluent: carbon disulfide). After collecting and concentrating the fraction of Fe (C 60 Ph 5 ) Cp (fullerene derivative 9), ethanol was added to precipitate the target product, and the fullerene derivative 9 was obtained by filtration and drying (isolation yield 65%). .

[実施例1] 塗布によって形成された混合物層を有する太陽電池
実施例1の太陽電池の模式図である図1に基づいて、実施例1の太陽電池の構成を示す。
ポリ(3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル)(アルドリッチ社製 商品名「レジオレギュラー」)(以下、「P3HT」という)とフラーレン誘導体2とのモル比が1:0.15の比率となり、かつ、固形分濃度が1.6wt% になるようにモノクロロベンゼンに溶解させることにより、P3HTとフラーレン誘導体2とが溶解したモノクロロベンゼン溶液を調整した。
Example 1 Solar Cell Having a Mixture Layer Formed by Application Based on FIG. 1, which is a schematic diagram of the solar cell of Example 1, the configuration of the solar cell of Example 1 is shown.
The molar ratio of poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl) (trade name “Resiregular” manufactured by Aldrich) (hereinafter referred to as “P3HT”) and fullerene derivative 2 is a ratio of 1: 0.15, and A monochlorobenzene solution in which P3HT and fullerene derivative 2 were dissolved was prepared by dissolving in monochlorobenzene so that the solid content concentration was 1.6 wt%.

ガラス基板1上にITO2が設けられたITOガラス基板上に、正孔取り出し層3としてポリ(3,4)-エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォネート水分散液)(スタルクヴィテック社製 商品名「Baytron AI 4083」)をスピンコートにより塗布した後、ホットプレート上でその基板に加熱処理を施した。その膜厚は28nmであった。加熱処理を施した基板上に、前記モノクロロベンゼン溶液をスピンコートにより塗布することにより、膜厚75nmの混合物層4を得た。この混合物層4上に真空蒸着により厚さが80nmのアルミニウム膜を電極5として設け、窒素雰囲気下でITOガラス基板に透明ガラス基板(非図示)を封止剤によって貼り付けてシールした。このシールされた素子をホットプレート上で150℃、10分間加熱処理を施すことにより、図1に示すようなバルクヘテロ接合の太陽電池を作成した。   Poly (3,4) -ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonate aqueous dispersion as a hole extraction layer 3 on an ITO glass substrate provided with ITO 2 on a glass substrate 1 “Baytron AI 4083”) was applied by spin coating, and then the substrate was heated on a hot plate. The film thickness was 28 nm. The monochlorobenzene solution was applied onto the heat-treated substrate by spin coating to obtain a mixture layer 4 having a thickness of 75 nm. An aluminum film having a thickness of 80 nm was provided as an electrode 5 on the mixture layer 4 by vacuum deposition, and a transparent glass substrate (not shown) was attached to an ITO glass substrate with a sealant in a nitrogen atmosphere and sealed. The sealed device was subjected to a heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes on a hot plate to produce a bulk heterojunction solar cell as shown in FIG.

作成した太陽電池にITOガラス基板側からソーラシミュレーター(AM1.5G)で100mW/cm2の強度の光を照射し、ソースメーター(ケイスレー社製,2400型)にて、ITO2と電極5と間における電流−電圧特性を測定し、開放電圧および光電変換効率を算出した。結果は、表1のとおりであった。   The solar cell was irradiated with 100mW / cm2 of light from the ITO glass substrate side with a solar simulator (AM1.5G), and the current between ITO2 and electrode 5 was measured with a source meter (Caysley, Model 2400). -Voltage characteristics were measured and open circuit voltage and photoelectric conversion efficiency were calculated. The results are shown in Table 1.

[実施例2] 塗布型の混合物層を有する太陽電池
フラーレン誘導体2の代わりにフラーレン誘導体3を用いた以外は、実施例1と同様の条件で太陽電池を作成した。
作成した電池について、実施例1と同様に電流−電圧特性を測定し、開放電圧および光電変換効率を算出した。結果は、表1のとおりであった。
[Example 2] Solar cell having a coating-type mixture layer A solar cell was produced under the same conditions as in Example 1 except that fullerene derivative 3 was used instead of fullerene derivative 2.
About the created battery, the current-voltage characteristic was measured similarly to Example 1, and the open circuit voltage and the photoelectric conversion efficiency were computed. The results are shown in Table 1.

[実施例3] 塗布型の混合物層を有する太陽電池
フラーレン誘導体2の代わりにフラーレン誘導体4を用いた以外は、実施例1と同様の条件で太陽電池を作成した。
作成した電池について、実施例1と同様に電流−電圧特性を測定し、開放電圧および光電変換効率を算出した。結果は、表1のとおりであった。
[Example 3] Solar cell having a coating-type mixture layer A solar cell was produced under the same conditions as in Example 1 except that fullerene derivative 4 was used instead of fullerene derivative 2.
About the created battery, the current-voltage characteristic was measured similarly to Example 1, and the open circuit voltage and the photoelectric conversion efficiency were computed. The results are shown in Table 1.

[比較例1] 塗布型の混合物層を有する太陽電池
フラーレン誘導体2の代わりに下記式(4)
で表されるフラーレン誘導体 [6,6]-フェニル C61-ブチリックアシッドメチルエステルを用いた以外は、実施例1と同様の条件で太陽電池を作成した。
作成した電池について、実施例1と同様に電流−電圧特性を測定し、開放電圧および光電変換効率を算出した。結果は、表1のとおりであった。
[Comparative Example 1] Solar cell having coating-type mixture layer In place of fullerene derivative 2, the following formula (4)
A solar cell was produced under the same conditions as in Example 1 except that [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester represented by:
About the created battery, the current-voltage characteristic was measured similarly to Example 1, and the open circuit voltage and the photoelectric conversion efficiency were computed. The results are shown in Table 1.

[実施例4] 蒸着型の混合物層を有する太陽電池
実施例4の太陽電池の模式図である図2に基づいて、実施例4の太陽電池の構成を示す。
ガラス基板1上にITO2が設けられたITOガラス基板上に、正孔取り出し層3としてポリ(3,4)-エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォネート水分散液 (スタルクヴィテック社製 商品名「Baytron PH」)をスピンコートによって塗布した後、ホットプレート上でその基板に加熱処理を施した。その膜厚は40nmであった。次に真空蒸着機の中において、この基板上に電子受容体としてのフラーレン誘導体6と、電子供与体としての銅フタロシアニンとが同じ蒸着速度になるように調整し、両者の混合物層4である共蒸着膜を成膜した。当該膜の上に、フラーレンC60を、蒸着によって厚さが30nmとなるように成膜し(C60蒸着膜)、さらにバソキュプロインを蒸着によって厚さが6nmとなるように成膜し、電子取り出し層6を設けた。その後、厚さが80nmとなるように銀を蒸着させて成膜し、電極5を設けた。
Example 4 Solar Cell Having Vapor Deposition Type Mixture Layer The configuration of the solar cell of Example 4 is shown based on FIG. 2, which is a schematic diagram of the solar cell of Example 4.
Poly (3,4) -ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonate aqueous dispersion as a hole extraction layer 3 on an ITO glass substrate provided with ITO 2 on a glass substrate 1 Baytron PH ") was applied by spin coating, and then the substrate was heated on a hot plate. The film thickness was 40 nm. Next, the fullerene derivative 6 as the electron acceptor and the copper phthalocyanine as the electron donor are adjusted on the substrate so as to have the same vapor deposition rate in the vacuum vapor deposition machine. A vapor deposition film was formed. On the film, fullerene C 60 is deposited to a thickness of 30 nm by vapor deposition (C 60 vapor deposition film), and bathocuproine is deposited to a thickness of 6 nm by vapor deposition to extract electrons. Layer 6 was provided. Thereafter, silver was deposited to a thickness of 80 nm to form a film, and an electrode 5 was provided.

このようにして成膜された基板を真空蒸着機から取り出し、窒素雰囲気下でITOガラス基板に透明ガラス基板を封止剤によって貼り付けてシールすることにより、図2に示すようなバルクヘテロ接合の太陽電池を作成した。   The substrate thus formed is taken out from the vacuum vapor deposition machine, and a transparent glass substrate is attached to an ITO glass substrate with a sealant and sealed in a nitrogen atmosphere to seal the bulk heterojunction solar as shown in FIG. A battery was created.

作成した太陽電池にITOガラス基板側からソーラシミュレーター(AM1.5G)で100mW/cm2の強度の光を照射し、ソースメーター(ケイスレー社製,2400型)にて、ITO2と電極5と間における電流−電圧特性を測定し、開放電圧および光電変換効率を算出した。結果は、表2のとおりであった。   The solar cell was irradiated with 100mW / cm2 of light from the ITO glass substrate side with a solar simulator (AM1.5G), and the current between ITO2 and electrode 5 was measured with a source meter (Caysley, Model 2400). -Voltage characteristics were measured and open circuit voltage and photoelectric conversion efficiency were calculated. The results are shown in Table 2.

[実施例5] 蒸着によって形成された混合物層を有する太陽電池
フラーレン誘導体6の代わりにフラーレン誘導体7を用いた以外は、実施例4と同様の条件で太陽電池を作成した。
作成した電池について、実施例4と同様に電流−電圧特性を測定し、開放電圧および光電変換効率を算出した。結果は、表2のとおりであった。
[Example 5] Solar cell having a mixture layer formed by vapor deposition A solar cell was produced under the same conditions as in Example 4 except that fullerene derivative 7 was used instead of fullerene derivative 6.
About the created battery, the current-voltage characteristic was measured similarly to Example 4, and the open circuit voltage and the photoelectric conversion efficiency were computed. The results are shown in Table 2.

[実施例6] 蒸着型の混合物層を有する太陽電池
フラーレン誘導体6の代わりにフラーレン誘導体9を用いた以外は、実施例4と同様の条件で太陽電池を作成した。
作成した電池について、実施例4と同様に電流−電圧特性を測定し、開放電圧および光電変換効率を算出した。結果は、表2のとおりであった。
[Example 6] Solar cell having a vapor-deposited mixture layer A solar cell was produced under the same conditions as in Example 4 except that fullerene derivative 9 was used instead of fullerene derivative 6.
About the created battery, the current-voltage characteristic was measured similarly to Example 4, and the open circuit voltage and the photoelectric conversion efficiency were computed. The results are shown in Table 2.

[比較例2] 蒸着型の混合物層を有する太陽電池
フラーレン誘導体6の代わりにフラーレンC60を用いた以外は、実施例4と同様の条件で太陽電池を作成した。
作成した電池について、実施例4と同様に電流−電圧特性を測定し、開放電圧および光電変換効率を算出した。結果は、表2のとおりであった。
Comparative Example 2 Solar Cell Having Vapor Deposition Type Mixture Layer A solar cell was produced under the same conditions as in Example 4 except that fullerene C 60 was used instead of fullerene derivative 6.
About the created battery, the current-voltage characteristic was measured similarly to Example 4, and the open circuit voltage and the photoelectric conversion efficiency were computed. The results are shown in Table 2.

本発明の活用法として、例えば、太陽電池、光スイッチング装置、センサなどの各種の光電変換装置を挙げることができる。   Examples of the utilization method of the present invention include various photoelectric conversion devices such as a solar cell, an optical switching device, and a sensor.

Claims (12)

1対の電極、および
1対の電極間に、少なくとも、下記式(1)または下記式(2)

(式中、Rはそれぞれ独立して水素原子置換基を有してもよいC〜C20アルコキシ基、置換基を有してもよいC〜C20アリールオキシ基、置換基を有してもよいアミノ基置換基を有してもよいアルキルチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C20アルキル基を示す。)、または、置換基を有してもよいアリールチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C18アリール基を示す。)であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の有機基であり、Mは金属原子であり、LはMの配位子であり、nはLの数である。)
で表される電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とが設けられた、光電変換素子。
At least the following formula (1) or the following formula (2) between the pair of electrodes and the pair of electrodes

(In the formula, each R 1 independently represents a hydrogen atom , an optionally substituted C 1 -C 20 alkoxy group, an optionally substituted C 6 -C 20 aryloxy group, or a substituent. An optionally substituted amino group , an optionally substituted alkylthio group (-SY 1 , wherein Y 1 represents an optionally substituted C 1 -C 20 alkyl group), or (in, -SY 2 wherein, Y 2 is. showing a good C 6 -C 18 aryl group which may have a substituent) may arylthio group which may have a substituent is, R 2 is a hydrogen atom or An organic group having 1 to 20 carbon atoms, M is a metal atom, L is a ligand of M, and n is the number of L.)
A photoelectric conversion element comprising a fullerene derivative of an electron acceptor represented by formula (1) and an electron donor compound.
1対の電極、および
1対の電極間に設けられた、下記式(1)または下記式(2)

(式中、Rはそれぞれ独立して水素原子置換基を有してもよいC〜C20アルコキシ基、置換基を有してもよいC〜C20アリールオキシ基、置換基を有してもよいアミノ基置換基を有してもよいアルキルチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C20アルキル基を示す。)、または、置換基を有してもよいアリールチオ基(−SY、式中、Yは置換基を有してもよいC〜C18アリール基を示す。)であり、Rは水素原子または炭素数1〜20の有機基であり、Mは金属原子であり、LはMの配位子であり、nはLの数である。)
で表される電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とを含む混合物からなる混合物層を含む、光電変換素子。
The following formula (1) or the following formula (2) provided between a pair of electrodes and a pair of electrodes

(In the formula, each R 1 independently represents a hydrogen atom , an optionally substituted C 1 -C 20 alkoxy group, an optionally substituted C 6 -C 20 aryloxy group, or a substituent. An optionally substituted amino group , an optionally substituted alkylthio group (-SY 1 , wherein Y 1 represents an optionally substituted C 1 -C 20 alkyl group), or (in, -SY 2 wherein, Y 2 is. showing a good C 6 -C 18 aryl group which may have a substituent) may arylthio group which may have a substituent is, R 2 is a hydrogen atom or An organic group having 1 to 20 carbon atoms, M is a metal atom, L is a ligand of M, and n is the number of L.)
The photoelectric conversion element containing the mixture layer which consists of a mixture containing the fullerene derivative of the electron acceptor represented by this, and the compound of an electron donor.
式(2)中、Mが遷移金属である、請求項1または2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element of Claim 1 or 2 whose M is a transition metal in Formula (2). 式(2)中、Mが8〜10族の遷移金属である、請求項1または2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element of Claim 1 or 2 whose M is a transition metal of 8-10 groups in Formula (2). 式(2)中、MがFeまたはRuであり、nが0〜5の整数であり、Lが水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルキル基、アルキン基、アルケン基、アリール基、アルキリデン基、ビニリデン基、アレニリデン基、チオラート基、アミド基、ホスフィン基、カルボニル基、ニトリル基、イソニトリル基、イミノ基、アミノ基、ケトン基またはシクロペンタジエニル基である、請求項1または2に記載の光電変換素子。   In formula (2), M is Fe or Ru, n is an integer of 0 to 5, L is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkoxy group, an alkyl group, an alkyne group, an alkene group, an aryl group, an alkylidene group, The photoelectric according to claim 1 or 2, which is a vinylidene group, an allenylidene group, a thiolate group, an amide group, a phosphine group, a carbonyl group, a nitrile group, an isonitrile group, an imino group, an amino group, a ketone group or a cyclopentadienyl group. Conversion element. 電子供与体の化合物が高分子化合物である、請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron donor compound is a polymer compound. 電子供与体の化合物が複素環高分子化合物である、請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron donor compound is a heterocyclic polymer compound. 電子供与体の化合物がポルフィリン化合物またはフタロシアニン化合物である、請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron donor compound is a porphyrin compound or a phthalocyanine compound. 電子供与体の化合物がポリチオフェンまたは銅フタロシアニン錯体である、請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron donor compound is polythiophene or a copper phthalocyanine complex. 電子受容体のフラーレン誘導体と電子供与体の化合物とを含む混合物が溶解した溶液を塗布することによって混合物層が形成される、請求項2〜9のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to any one of claims 2 to 9, wherein a mixture layer is formed by applying a solution in which a mixture containing a fullerene derivative of an electron acceptor and a compound of an electron donor is dissolved. 電子受容体のフラーレン誘導体と電子供与体の化合物とを蒸着させることによって混合物層が形成される、請求項2〜9のいずれかに記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the mixture layer is formed by vapor-depositing a fullerene derivative of an electron acceptor and a compound of an electron donor. 請求項1〜11のいずれかに記載の光電変換素子を含む太陽電池   The solar cell containing the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-11
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