JP5499193B2 - Organic thin film solar cell - Google Patents

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    • Y02E10/549Organic PV cells

Description

本発明は、有機薄膜太陽電池に関する。さらに詳しくは、一対の電極間に有機固体多層部を有する有機薄膜太陽電池に関する。   The present invention relates to an organic thin film solar cell. More specifically, the present invention relates to an organic thin film solar cell having an organic solid multilayer portion between a pair of electrodes.

有機薄膜太陽電池は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードや撮像素子、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に代表されるように、光入力に対して電気出力を示す装置であり、電気入力に対して光出力を示すエレクトロルミネッセンス(EL)素子とは逆の応答を示す装置である。中でも太陽電池は、化石燃料の枯渇問題や地球温暖化問題を背景に、クリーンエネルギー源として近年大変注目されてきており、研究開発が盛んに行なわれるようになってきた。   An organic thin film solar cell is a device that shows an electrical output with respect to an optical input, as represented by a photodiode or an imaging device that converts an optical signal into an electrical signal, or a solar cell that converts optical energy into electrical energy, It is a device that exhibits a response opposite to that of an electroluminescence (EL) element that exhibits an optical output with respect to an electrical input. In particular, solar cells have attracted a great deal of attention as a clean energy source in recent years against the background of fossil fuel depletion and global warming, and research and development have been actively conducted.

従来、実用化されてきたのは、単結晶Si、多結晶Si、アモルファスSi等に代表されるシリコン系太陽電池であるが、高価であることや原料Siの不足問題等が表面化するにつれて、次世代太陽電池への要求が高まりつつある。このような背景の中で、有機太陽電池は、安価で毒性が低く、原材料不足の懸念もないことから、シリコン系太陽電池に次ぐ次世代の太陽電池として大変注目を集めている。   Conventionally, silicon solar cells represented by single crystal Si, polycrystal Si, amorphous Si, etc. have been put into practical use. However, as the cost and raw material Si shortage problems surface, The demand for next generation solar cells is increasing. Against this background, organic solar cells are attracting much attention as next-generation solar cells next to silicon-based solar cells because they are inexpensive, have low toxicity, and do not have a fear of shortage of raw materials.

有機太陽電池は、基本的には電子を輸送するn層と正孔を輸送するp層からなっており、各層を構成する材料によって、大きく2種類に分類される。
n層としてチタニア等の無機半導体表面にルテニウム色素等の増感色素を単分子吸着させ、p層として電解質溶液を用いた太陽電池は、色素増感太陽電池(所謂グレッツエルセル)と呼ばれ、変換効率の高さから、1991年以降精力的に研究されてきたが、溶液を用いるため、長時間の使用に際して液漏れする等の欠点を有していた。そこで、このような欠点を克服するため、電解質溶液を固体化して全固体型の色素増感太陽電池を模索する研究も最近なされているが、多孔質チタニアの細孔に有機物をしみ込ませる技術は難易度が高く、再現性よく高変換効率が発現できるセルは完成していないのが現状である。
一方、n層、p層ともに有機薄膜からなる有機薄膜太陽電池は、全固体型のため液漏れ等の欠点がなく、作製が容易であり、稀少金属であるルテニウム等を用いないこと等から最近注目を集め、精力的に研究がなされている。
Organic solar cells are basically composed of an n layer for transporting electrons and a p layer for transporting holes, and is roughly classified into two types depending on the material constituting each layer.
A solar cell in which a sensitizing dye such as ruthenium dye is adsorbed on the surface of an inorganic semiconductor such as titania as the n layer and an electrolyte solution is used as the p layer is called a dye sensitized solar cell (so-called Gretzell cell), and has a conversion efficiency. However, since the solution has been used since 1991, it has a drawback such as liquid leakage when used for a long time. In order to overcome these drawbacks, research has been recently conducted to find an all-solid-state dye-sensitized solar cell by solidifying the electrolyte solution. However, a technique for soaking organic matter into the pores of porous titania is known. At present, a cell having a high degree of difficulty and high reproducibility and high conversion efficiency has not been completed.
On the other hand, organic thin-film solar cells consisting of organic thin films in both the n-layer and p-layer are all solid, so they have no drawbacks such as liquid leakage, are easy to manufacture, and do not use ruthenium, which is a rare metal. Attracted attention and researched energetically.

有機薄膜太陽電池は、最初メロシアニン色素等を用いた単層膜で研究が進められてきたが、p層/n層の多層膜にすることで変換効率が向上することが見出され、それ以降多層膜が主流になってきている。このとき用いられた材料はp層として銅フタロシアニン(CuPc)、n層としてペリレンイミド類(PTCBI)であった。   Organic thin-film solar cells have been researched with single-layer films using merocyanine dyes, etc., but it has been found that conversion efficiency can be improved by using p-layer / n-layer multilayer films. Multilayer films are becoming mainstream. The materials used at this time were copper phthalocyanine (CuPc) for the p layer and peryleneimides (PTCBI) for the n layer.

その後、p層とn層の間にi層(p材料とn材料の混合層)を挿入して積層を増やすことにより、変換効率が向上することが見出された。   Subsequently, it has been found that the conversion efficiency is improved by inserting an i layer (a mixed layer of p material and n material) between the p layer and the n layer to increase the number of layers.

また、高分子を用いた有機薄膜太陽電池では、p材料として導電性高分子を用い、n材料としてC60誘導体を用いてそれらを混合し、熱処理することによりミクロ層分離を誘起してヘテロ界面を増やし、変換効率を向上させるという、所謂バルクヘテロ構造の研究が主に行なわれてきた。ここで用いられてきた材料系は、主にp材料としてP3HTと呼ばれる可溶性ポリチオフェン誘導体、n材料としてPCBMと呼ばれる可溶性C60誘導体であった。 In organic thin-film solar cells using polymers, conductive polymers are used as the p material, C 60 derivatives are used as the n material, and they are mixed and heat-treated to induce micro-layer separation to form heterointerfaces. Research on so-called bulk heterostructures has been mainly conducted to increase the conversion efficiency and improve the conversion efficiency. Here material system that has been used primarily soluble polythiophene derivative called P3HT as p material was soluble C 60 derivatives referred to as PCBM as an n material.

一般に有機薄膜太陽電池の動作過程は、(1)光吸収及び励起子生成、(2)励起子拡散、(3)電荷分離、(4)キャリア移動、(5)起電力発生の素過程からなっている。有機物は概して太陽光スペクトルに合致する吸収特性を示すものが少ないうえ、キャリア移動度が低い場合が多いため、高い変換効率は達成できないことが多かった。   In general, the operation process of an organic thin film solar cell consists of (1) light absorption and exciton generation, (2) exciton diffusion, (3) charge separation, (4) carrier movement, and (5) electromotive force generation. ing. In general, organic substances have few absorption characteristics that match the solar spectrum, and carrier mobility is often low, so high conversion efficiency cannot often be achieved.

素子性能向上の観点から、新規な機能層を導入する多層構成の提案がされている。
具体的には、BCPに代表されるフェナントロリン誘導体を電極との界面に有機阻止層又は励起子阻止層として導入した構成が提案されている(特許文献1)。
特許文献1の太陽電池は有機多層型ではあるが、フェナントロリン誘導体に限定された技術であり、当該誘導体を用いた素子は保存特性が悪く、性能の経時変化が大きい問題があった。
From the viewpoint of improving device performance, a multilayer configuration in which a new functional layer is introduced has been proposed.
Specifically, a configuration in which a phenanthroline derivative typified by BCP is introduced as an organic blocking layer or an exciton blocking layer at the interface with an electrode has been proposed (Patent Document 1).
Although the solar cell of Patent Document 1 is an organic multilayer type, it is a technology limited to phenanthroline derivatives, and an element using the derivative has a problem that storage characteristics are poor and performance changes with time are large.

特許文献2の太陽電池は有機単層型である。また、実施例において、その性能は保存安定性であり、効率についての開示はない。また、電子供与性分子構造と電子受容性分子構造を非共役系分子構造で結合させた化合物を用い、電子供与性分子構造と電子受容性分子構造の間の光誘起電子移動反応を利用し、電荷分離を発生させている。このような単層構成の場合、同一分子が一対の電極双方に接続し、かつ、有機層内で接触し、電荷輸送パスが形成された場合、素子内部で起電圧による電流の逆向きの電流が発生しうるため、本来の素子性能の阻害因子となり、性能が向上できない場合がある。   The solar cell of Patent Document 2 is an organic single layer type. In the examples, the performance is storage stability, and there is no disclosure about efficiency. In addition, using a compound in which an electron-donating molecular structure and an electron-accepting molecular structure are combined with a non-conjugated molecular structure, using a photo-induced electron transfer reaction between the electron-donating molecular structure and the electron-accepting molecular structure, Charge separation is generated. In the case of such a single layer configuration, when the same molecule is connected to both of the pair of electrodes and is contacted in the organic layer to form a charge transport path, the current in the direction opposite to the current due to the electromotive voltage is formed inside the device. May occur, which is an impediment to the original device performance, and the performance may not be improved.

また、非特許文献1は、励起子の電荷分離層としての役割を担う層を含む太陽電池を開示しているが、電極に接していおらず、電荷取り出し効率を向上させることはできない。   Non-Patent Document 1 discloses a solar cell including a layer that serves as a charge separation layer of excitons, but does not contact the electrode and cannot improve charge extraction efficiency.

特表2008−522413号公報Special table 2008-522413 gazette 国際公開第03/077323号パンフレットInternational Publication No. 03/073323 Pamphlet

Adv.Mater.,18,2872(2006)Adv.Mater., 18, 2872 (2006)

本発明の目的は、優れた光電変換効率を有し、電池特性の経時変化が少ない有機薄膜太陽電池を提供することである。   An object of the present invention is to provide an organic thin-film solar cell having excellent photoelectric conversion efficiency and little change in battery characteristics over time.

本発明によれば、以下の有機薄膜太陽電池が提供される。
1.一対の電極と、
前記一対の電極間に挟持された1以上の有機層からなる有機固体多層部を有し、
前記一対の電極の少なくとも一方に接する有機層が、1以上の電子供与性構造D及び1以上の電子受容性構造Aを有するπ電子共役系分子骨格Lを含む化合物を含有する有機薄膜太陽電池。
2.前記1以上の電子供与性構造D及び1以上の電子受容性構造Aを有するπ電子共役系分子骨格Lからなる化合物が、下記式(1)で表される化合物である1に記載の有機薄膜太陽電池。

Figure 0005499193
(式中、Dは、電子供与性置換基である。
Aは、電子受容性置換基である。
Arは、それぞれ置換若しくは無置換のアリーレン基、又は置換若しくは無置換のヘテロアリーレン基である。
Vは、それぞれ置換若しくは無置換のビニレン基、又は置換若しくは無置換のアゾメチン基である。
p、q及びrは、それぞれ0〜3の整数である。
D及びAr並びにV及びAは、それぞれ互いに結合して環構造を形成してもよい。)
3.前記式(1)で表される化合物のArがフェニレン基、ナフタレニル基又はアントラセニレン基であり、Vがビニレン基であり、p、q及びrがそれぞれ1〜2の整数であり、電子供与性置換基Dが置換若しくは無置換の水酸基、又は置換若しくは無置換のアミノ基であり、電子受容性置換基Aがニトロ基、シアノ基又は下記式(2)で表される置換基である2に記載の有機薄膜太陽電池。
Figure 0005499193
(式中、Xは、酸素原子、又はNRであり、
は、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、又は置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基である。
Rは、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数1〜20のアリール基、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルコキシ基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリールオキシ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキルアミノ基、又は置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリールアミノ基である。)
4.前記1以上の電子供与性構造D及び1以上の電子受容性構造Aを有するπ電子共役系分子骨格Lからなる化合物が、下記式(3)で表される化合物である1〜3のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。
Figure 0005499193
(式中、R〜Rは、それぞれ水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、又は置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基であり、
及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環構造を形成してもよい。
nは、0〜2の整数である)
5.前記1以上の電子供与性構造D及び1以上の電子受容性構造Aを有するπ電子共役系分子骨格Lからなる化合物が、下記式(4)〜(7)のいずれかで表される化合物である1に記載の有機薄膜太陽電池。
Figure 0005499193
(式中、Aは、アルボニル基、又はジシアノエチレン基である。
は、水素原子、置換若しくは無置換のアミノ基、又は置換若しくは無置換の水酸基である。
は、NRであり、
は、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、又は置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基である。
Arは、それぞれ置換若しくは無置換のアリーレン基、又は置換若しくは無置換のヘテロアリーレン基である。
t及びuは、それぞれ0〜3の整数である。)
6.前記1以上の電子供与性構造D及び1以上の電子受容性構造Aを有するπ電子共役系分子骨格Lからなる化合物が、下記式(8)で表される化合物である1に記載の有機薄膜太陽電池。
Figure 0005499193
(式中、D〜D10は、それぞれ水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基、又は置換若しくは無置換のアミノ基であり、
〜D10の少なくとも1つはジアリールアミノ基である。) According to the present invention, the following organic thin film solar cell is provided.
1. A pair of electrodes;
An organic solid multilayer part composed of one or more organic layers sandwiched between the pair of electrodes;
An organic thin-film solar cell in which an organic layer in contact with at least one of the pair of electrodes contains a compound containing a π-electron conjugated molecular skeleton L having one or more electron-donating structures D and one or more electron-accepting structures A.
2. 2. The organic thin film according to 1, wherein the compound comprising the π-electron conjugated molecular skeleton L having the one or more electron-donating structures D and the one or more electron-accepting structures A is a compound represented by the following formula (1): Solar cell.
Figure 0005499193
(In formula, D is an electron-donating substituent.
A is an electron-accepting substituent.
Ar is a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, respectively.
V is a substituted or unsubstituted vinylene group or a substituted or unsubstituted azomethine group, respectively.
p, q, and r are each an integer of 0-3.
D and Ar and V and A may be bonded to each other to form a ring structure. )
3. In the compound represented by the formula (1), Ar is a phenylene group, naphthalenyl group or anthracenylene group, V is a vinylene group, p, q and r are each an integer of 1 to 2, The group D is a substituted or unsubstituted hydroxyl group or a substituted or unsubstituted amino group, and the electron-accepting substituent A is a nitro group, a cyano group, or a substituent represented by the following formula (2) Organic thin film solar cell.
Figure 0005499193
(Wherein X is an oxygen atom or NR 2 ;
R 2 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
R is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, substituted or It is an unsubstituted aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkylamino group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted arylamino group having 6 to 20 carbon atoms. )
4). Any one of 1 to 3, wherein the compound comprising the π-electron conjugated molecular skeleton L having the one or more electron-donating structures D and the one or more electron-accepting structures A is a compound represented by the following formula (3): The organic thin-film solar cell described in 1.
Figure 0005499193
(Wherein R 1 to R 7 are each a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms,
R 3 and R 4 and R 5 and R 6 may be bonded to each other to form a ring structure.
n is an integer of 0-2)
5. The compound comprising the π-electron conjugated molecular skeleton L having the one or more electron donating structures D and the one or more electron accepting structures A is a compound represented by any one of the following formulas (4) to (7). 2. The organic thin film solar cell according to 1.
Figure 0005499193
(In the formula, A represents an alkenyl group or a dicyanoethylene group.
D 1 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted amino group, or a substituted or unsubstituted hydroxyl group.
D 2 is NR 2
R 2 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
Ar is a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, respectively.
t and u are each an integer of 0 to 3. )
6). 2. The organic thin film according to 1, wherein the compound comprising the π-electron conjugated molecular skeleton L having the one or more electron donating structures D and the one or more electron accepting structures A is a compound represented by the following formula (8): Solar cell.
Figure 0005499193
(Wherein D 3 to D 10 are a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted amino group, respectively. Group,
At least one of D 3 to D 10 is a diarylamino group. )

本発明によれば、優れた光電変換効率を有し、電池特性の経時変化が少ない有機薄膜太陽電池が提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it has the outstanding photoelectric conversion efficiency and can provide the organic thin film solar cell with few changes with time of a battery characteristic.

本発明の有機薄膜太陽電池の一実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the organic thin film solar cell of this invention.

本発明の有機薄膜太陽電池は、一対の電極と、一対の電極間に挟持された1以上の有機層からなる有機固体多層部を有し、一対の電極の少なくとも一方に接する有機層が、1以上の電子供与性構造D及び1以上の電子受容性構造Aを有するπ電子共役系分子骨格Lからなる化合物を含有する。   The organic thin-film solar cell of the present invention has a pair of electrodes and an organic solid multilayer part composed of one or more organic layers sandwiched between the pair of electrodes, and the organic layer in contact with at least one of the pair of electrodes is 1 It contains a compound comprising a π-electron conjugated molecular skeleton L having the above electron donating structure D and one or more electron accepting structures A.

一対の電極の少なくとも一方に接する有機層が、1以上の電子供与性構造D及び1以上の電子受容性構造Aを有するπ電子共役系分子骨格Lを含む化合物(以下、単に本発明の化合物という場合がある)を含有することにより、電極からの電荷取出し効率を向上させることができ、有機薄膜太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。   A compound in which an organic layer in contact with at least one of a pair of electrodes includes a π-electron conjugated molecular skeleton L having one or more electron-donating structures D and one or more electron-accepting structures A (hereinafter simply referred to as a compound of the present invention) In some cases, the charge extraction efficiency from the electrode can be improved, and the photoelectric conversion efficiency of the organic thin-film solar cell can be improved.

本発明の化合物の電子供与性構造Dとしては、例えば置換若しくは無置換の水酸基、置換若しくは無置換のアミノ基、及び置換若しくは無置換のアルキル基が挙げられる。   Examples of the electron donating structure D of the compound of the present invention include a substituted or unsubstituted hydroxyl group, a substituted or unsubstituted amino group, and a substituted or unsubstituted alkyl group.

電子受容性構造Aとしては、例えばシアノ基、ホルミル基、カルボニル基、イミノ基、アリールカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、ニトロ基、オキソ基(=O)及びハロゲン原子が挙げられる。   Examples of the electron accepting structure A include a cyano group, a formyl group, a carbonyl group, an imino group, an arylcarbonyl group, an alkoxycarbonyl group, a carbamoyl group, a nitro group, an oxo group (═O), and a halogen atom.

π電子共役分子骨格Lとしては、例えばベンゼン骨格、ナフタレン骨格、アントラニル酸骨格、スチレン骨格、エチレン骨格、スチルベン骨格、ジスチリルベンゼン骨格等が挙げられる。   Examples of the π-electron conjugated molecular skeleton L include a benzene skeleton, a naphthalene skeleton, an anthranilic acid skeleton, a styrene skeleton, an ethylene skeleton, a stilbene skeleton, and a distyrylbenzene skeleton.

本発明の化合物は、好ましくは下記式(1)及び(3)〜(8)で表される化合物のいずれかである。好ましい本発明の化合物を以下説明する。   The compound of the present invention is preferably any one of compounds represented by the following formulas (1) and (3) to (8). Preferred compounds of the present invention are described below.

本発明の化合物は、好ましくは下記式(1)で表される化合物である。

Figure 0005499193
(式中、Dは、電子供与性置換基である。
Aは、電子受容性置換基である。
Arは、それぞれ置換若しくは無置換のアリーレン基、又は置換若しくは無置換のヘテロアリーレン基である。
Vは、それぞれ置換若しくは無置換のビニレン基(−C=C−)、又は置換若しくは無置換のアゾメチン基(−C=N−)である。
p、q及びrは、それぞれ0〜3の整数である。
D及びAr並びにV及びAは、それぞれ互いに結合して環構造を形成してもよい。) The compound of the present invention is preferably a compound represented by the following formula (1).
Figure 0005499193
(In formula, D is an electron-donating substituent.
A is an electron-accepting substituent.
Ar is a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, respectively.
V is a substituted or unsubstituted vinylene group (—C═C—) or a substituted or unsubstituted azomethine group (—C═N—), respectively.
p, q, and r are each an integer of 0-3.
D and Ar and V and A may be bonded to each other to form a ring structure. )

式(1)で表される化合物は、より好ましくはArがフェニレン基、ナフタレニル基又はアントラセニレン基であり、Vがビニレン基であり、p、q及びrがそれぞれ1〜2の整数であり、電子供与性置換基Dが置換若しくは無置換の水酸基、又は置換若しくは無置換のアミノ基であり、電子受容性置換基Aがニトロ基、シアノ基又は下記式(2)で表される置換基である。

Figure 0005499193
(式中、Xは、酸素原子、又はNRであり、
は、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、又は置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基である。
Rは、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数1〜20のアリール基、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルコキシ基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリールオキシ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキルアミノ基、又は置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリールアミノ基である。) More preferably, in the compound represented by the formula (1), Ar is a phenylene group, a naphthalenyl group or an anthracenylene group, V is a vinylene group, p, q and r are each an integer of 1 to 2, The donating substituent D is a substituted or unsubstituted hydroxyl group or a substituted or unsubstituted amino group, and the electron-accepting substituent A is a nitro group, a cyano group, or a substituent represented by the following formula (2). .
Figure 0005499193
(Wherein X is an oxygen atom or NR 2 ;
R 2 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
R is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, substituted or It is an unsubstituted aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkylamino group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted arylamino group having 6 to 20 carbon atoms. )

本発明の化合物は、好ましくは下記式(3)で表される化合物である。

Figure 0005499193
(式中、R〜Rは、それぞれ水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、又は置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基であり、
及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環構造を形成してもよい。
nは、0から2の整数である) The compound of the present invention is preferably a compound represented by the following formula (3).
Figure 0005499193
(Wherein R 1 to R 7 are each a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms,
R 3 and R 4 and R 5 and R 6 may be bonded to each other to form a ring structure.
n is an integer from 0 to 2)

本発明の化合物は、好ましくは下記式(4)〜(7)のいずれかで表される化合物である。

Figure 0005499193
(式中、Aは、カルボニル基(C=O)、又はジシアノエチレン基(C=C(CN))である。
は、水素原子、置換若しくは無置換のアミノ基、又は置換若しくは無置換の水酸基である。
は、NRであり、
は、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、又は置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基である。
Arは、それぞれ置換若しくは無置換のアリーレン基、又は置換若しくは無置換のヘテロアリーレン基である。
t及びuは、それぞれ0〜3の整数である。) The compound of the present invention is preferably a compound represented by any of the following formulas (4) to (7).
Figure 0005499193
(In the formula, A represents a carbonyl group (C═O) or a dicyanoethylene group (C═C (CN) 2 )).
D 1 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted amino group, or a substituted or unsubstituted hydroxyl group.
D 2 is NR 2
R 2 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
Ar is a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, respectively.
t and u are each an integer of 0 to 3. )

本発明の化合物は、好ましくは下記式(8)で表される化合物である。

Figure 0005499193
(式中、D〜D10は、それぞれ水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基、又は置換若しくは無置換のアミノ基であり、D〜D10の少なくとも1つはジアリールアミノ基である。) The compound of the present invention is preferably a compound represented by the following formula (8).
Figure 0005499193
(Wherein D 3 to D 10 are a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted amino group, respectively. And at least one of D 3 to D 10 is a diarylamino group.)

本発明の化合物の具体例を以下に示す。

Figure 0005499193
Figure 0005499193
Figure 0005499193
Figure 0005499193
Figure 0005499193
Figure 0005499193
Specific examples of the compound of the present invention are shown below.
Figure 0005499193
Figure 0005499193
Figure 0005499193
Figure 0005499193
Figure 0005499193
Figure 0005499193

本発明の化合物として、以下に示すキノン系色素(キノイド発色系)及びキノン系色素(キノイミン発色系)も用いることができる。

Figure 0005499193
(式中、Dは、それぞれ水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基、又は置換若しくは無置換のアミノ基であり、互いに隣接するD同士が環を形成してもよい。
但し、Dが全て水素原子の場合を含まない。) As the compound of the present invention, the following quinone dyes (quinoid coloring system) and quinone dyes (quinoimine coloring system) can also be used.
Figure 0005499193
(Wherein D is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted amino group, Ds adjacent to each other may form a ring.
However, the case where D is all hydrogen atoms is not included. )

本発明の化合物であるキノン系色素(キノイド発色系)及びキノン系色素(キノイミン発色系)の具体例は以下のとおりである。

Figure 0005499193
Specific examples of the quinone colorant (quinoid color development system) and the quinone colorant (quinoimine color development system) which are the compounds of the present invention are as follows.
Figure 0005499193

本発明の有機薄膜太陽電池のセル構造は、一対の電極間に1以上の有機層からなる有機固体多層部を有する構造であれば特に限定されない。具体的なセル構造としては、安定な絶縁性基板上に以下に示す(1)〜(8)のいずれかの構成を有する構造が挙げられる。
尚、下記(1)〜(8)の構成において、例えばバッファー層が、本発明の化合物を含有する有機層に相当する。
The cell structure of the organic thin-film solar battery of the present invention is not particularly limited as long as it has a structure having an organic solid multilayer part composed of one or more organic layers between a pair of electrodes. Specific examples of the cell structure include a structure having any one of the following configurations (1) to (8) on a stable insulating substrate.
In the following structures (1) to (8), for example, the buffer layer corresponds to an organic layer containing the compound of the present invention.

(1)下部電極/有機化合物層/バッファー層/上部電極
(2)下部電極/バッファー層/有機化合物層/上部電極
(3)下部電極/p層/n層/バッファー層/上部電極
(4)下部電極/バッファー層/p層/n層/上部電極
(5)下部電極/バッファー層/p層/n層/バッファー層/上部電極
(6)下部電極/p層/i層(又はp材料とn材料の混合層)/n層/バッファー層/上部電極
(7)下部電極/バッファー層/p層/i層(又はp材料とn材料の混合層)/n層/上部電極
(8)下部電極/バッファー層/p層/i層(又はp材料とn材料の混合層)/n層バッファー層/上部電極
(1) Lower electrode / organic compound layer / buffer layer / upper electrode (2) Lower electrode / buffer layer / organic compound layer / upper electrode (3) Lower electrode / p layer / n layer / buffer layer / upper electrode (4) Lower electrode / buffer layer / p layer / n layer / upper electrode (5) lower electrode / buffer layer / p layer / n layer / buffer layer / upper electrode (6) lower electrode / p layer / i layer (or p material and n material mixed layer) / n layer / buffer layer / upper electrode (7) lower electrode / buffer layer / p layer / i layer (or mixed layer of p material and n material) / n layer / upper electrode (8) lower part Electrode / buffer layer / p layer / i layer (or mixed layer of p and n materials) / n layer buffer layer / upper electrode

図1は、上記構成のうち、(1)の構成を有する本発明の有機薄膜太陽電池の一実施形態を示す概略断面図である。
図1が示すように、(1)の構成を有する有機薄膜太陽電池1は、上部電極10、バッファー層20、有機化合物層30及び下部電極40がこの順に積層した構造を有する。
有機薄膜太陽電池1において、一対の電極(上部電極10及び下部電極40)がバッファー層20及び有機化合物層30からなる有機固体層部50を挟持し、例えば上部電極10に接するバッファー層が本発明の化合物を含有する。
FIG. 1: is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the organic thin-film solar cell of this invention which has the structure of (1) among the said structures.
As shown in FIG. 1, the organic thin film solar cell 1 having the configuration (1) has a structure in which an upper electrode 10, a buffer layer 20, an organic compound layer 30, and a lower electrode 40 are stacked in this order.
In the organic thin film solar cell 1, a pair of electrodes (upper electrode 10 and lower electrode 40) sandwich an organic solid layer portion 50 composed of a buffer layer 20 and an organic compound layer 30. For example, the buffer layer in contact with the upper electrode 10 is the present invention. Containing the compound.

本発明の化合物を含む有機層は、一対の電極の少なくとも一方に接する層であればよく、好ましくはバッファー層である。   The organic layer containing the compound of the present invention may be a layer in contact with at least one of the pair of electrodes, and is preferably a buffer layer.

上記有機層は、本発明の化合物から実質的になる層でもよく、本発明の化合物と他の成分からなる混合層であってもよい。当該他の成分としては、当該有機層の公知の材料を用いることができる。例えばバッファー層が本発明の化合物を含む場合、他の成分としてはバッファー層の材料として公知の材料が挙げられる。   The organic layer may be a layer substantially composed of the compound of the present invention, or may be a mixed layer composed of the compound of the present invention and other components. As the other component, a known material of the organic layer can be used. For example, when the buffer layer contains the compound of the present invention, examples of other components include materials known as buffer layer materials.

本発明の有機薄膜太陽電池は、有機薄膜太陽電池で使用される公知の部材や材料を使用することができる。以下、各層の構成部材について説明する。   The organic thin film solar cell of this invention can use the well-known member and material used with an organic thin film solar cell. Hereinafter, the constituent members of each layer will be described.

[バッファー層]
有機薄膜太陽電池は、一般に総膜厚が薄い場合が多いため、上部電極及び下部電極が短絡して、セル作製の歩留まりが低下するおそれがある。当該短絡は、バッファー層を積層することで防止することができる。
尚、バッファー層は2層以上の積層体であってもよいが、バッファー層が本発明の化合物を含む場合、電極に接するバッファー層が本発明の化合物を含有する。
[Buffer layer]
Since organic thin film solar cells generally have a small total film thickness, the upper electrode and the lower electrode are short-circuited, which may reduce the yield of cell fabrication. The short circuit can be prevented by stacking buffer layers.
The buffer layer may be a laminate of two or more layers, but when the buffer layer contains the compound of the present invention, the buffer layer in contact with the electrode contains the compound of the present invention.

バッファー層の材料としては、膜厚を厚くしても短絡電流が低下しないようにキャリア移動度が充分に高い化合物が挙げられる。例えば、低分子化合物であれば下記に示すNTCDAに代表される芳香族環状酸無水物等が挙げられ、高分子化合物であればポリ(3,4−エチレンジオキシ)チオフェン:ポリスチレンスルホネート(PEDOT:PSS)、ポリアニリン:カンファースルホン酸(PANI:CSA)等に代表される公知の導電性高分子等が挙げられる。

Figure 0005499193
Examples of the material for the buffer layer include compounds having sufficiently high carrier mobility so that the short-circuit current does not decrease even when the film thickness is increased. For example, if it is a low molecular compound, the aromatic cyclic acid anhydride represented by NTCDA shown below etc. will be mentioned, and if it is a high molecular compound, poly (3,4-ethylenedioxy) thiophene: polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS), polyaniline: camphorsulfonic acid (PANI: CSA), and other known conductive polymers.
Figure 0005499193

また、バッファー層の材料としては、例えば有機EL素子用途で公知な正孔障壁層用材料、電子障壁層用材料等も挙げられる。正孔障壁層として好ましい材料は、イオン化ポテンシャルが充分に大きい化合物であり、電子障壁層として好ましい材料は、電子親和力が充分に小さい化合物である。
具体的には有機EL用途で公知な材料であるバソクプロイン(BCP)、バソフェナントロリン(BPhen)等が陰極側の正孔障壁層材料として挙げられる。

Figure 0005499193
Moreover, as a material of a buffer layer, the well-known material for positive hole barrier layers, the material for electron barrier layers, etc. are mentioned for an organic EL element use, for example. A preferable material for the hole blocking layer is a compound having a sufficiently large ionization potential, and a preferable material for the electron blocking layer is a compound having a sufficiently small electron affinity.
Specifically, bathocuproin (BCP), bathophenanthroline (BPhen), and the like, which are well-known materials for organic EL applications, can be used as the cathode-side hole barrier layer material.
Figure 0005499193

上記化合物のほか、バッファー層の材料として、後述するn層材料である無機半導体化合物を用いてもよく、また、p型無機半導体化合物であるCdTe、p−Si、SiC、GaAs、WO等を用いることもできる。 In addition to the above compounds, an inorganic semiconductor compound that is an n-layer material described later may be used as a material for the buffer layer, and CdTe, p-Si, SiC, GaAs, WO 3 and the like, which are p-type inorganic semiconductor compounds, may be used. It can also be used.

[有機層]
有機層は、p層、p材料とn材料の混合層(i層)及びn層を含む。
p層の材料(p材料)及びn層の材料(n材料)は、特に限定されず、有機薄膜太陽電池に用いられる公知の化合物を用いることができる。
[Organic layer]
The organic layer includes a p layer, a mixed layer (i layer) of p material and n material, and an n layer.
The material of the p layer (p material) and the material of the n layer (n material) are not particularly limited, and known compounds used for organic thin film solar cells can be used.

p材料が有機化合物である場合、p材料は好ましくは正孔受容体として機能する有機化合物である。
当該p材料の有機化合物としては、例えばN,N’−ビス(3−トリル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(mTPD)、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニルベンジジン(NPD)、4,4’,4’’−トリス(フェニル−3−トリルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)等に代表されるアミン化合物、フタロシアニン(Pc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)、チタニルフタロシアニン(TiOPc)等のフタロシアニン類、オクタエチルポルフィリン(OEP)、白金オクタエチルポルフィリン(PtOEP)、亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)等に代表されるポルフィリン類が挙げられる。
When the p material is an organic compound, the p material is preferably an organic compound that functions as a hole acceptor.
Examples of the organic compound of the p material include N, N′-bis (3-tolyl) -N, N′-diphenylbenzidine (mTPD), N, N′-dinaphthyl-N, N′-diphenylbenzidine (NPD). , 4,4 ′, 4 ″ -tris (phenyl-3-tolylamino) triphenylamine (MTDATA) and other amine compounds, phthalocyanine (Pc), copper phthalocyanine (CuPc), zinc phthalocyanine (ZnPc), titanyl Examples include phthalocyanines such as phthalocyanine (TiOPc), porphyrins represented by octaethylporphyrin (OEP), platinum octaethylporphyrin (PtOEP), zinc tetraphenylporphyrin (ZnTPP), and the like.

p材料が高分子化合物である場合、当該高分子化合物としては、ポリヘキシルチオフェン(P3HT)、メトキシエチルヘキシロキシフェニレンビニレン(MEHPPV)等の主鎖型共役高分子類、ポリビニルカルバゾール等に代表される側鎖型高分子類等が挙げられる。   When the p material is a polymer compound, examples of the polymer compound include main chain conjugated polymers such as polyhexylthiophene (P3HT) and methoxyethylhexyloxyphenylene vinylene (MEHPPV), and polyvinylcarbazole. Examples include side chain polymers.

n材料は、好ましくは電子受容性体として機能を有する有機化合物である。
当該n材料の有機化合物としては、例えばC60、C70等のフラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等、高分子系ではCN−ポリ(フェニレン−ビニレン)、MEH−CN−PPV、−CN基又はCF基含有ポリマー、ポリ(フルオレン)誘導体等を挙げることができる。
The n material is preferably an organic compound having a function as an electron acceptor.
Examples of the organic compound of the n material include, for example, fullerene derivatives such as C 60 and C 70 , carbon nanotubes, perylene derivatives, polycyclic quinones, quinacridones, and the like in the polymer system CN-poly (phenylene-vinylene), MEH-CN- PPV, —CN group or CF 3 group-containing polymer, poly (fluorene) derivative and the like can be mentioned.

電子受容体として機能する有機化合物は、好ましくは電子の移動度が高い材料又は電子親和力が小さい材料である。電子親和力が小さい材料をn層に用いることで充分な開放端電圧を実現することができる。   The organic compound that functions as an electron acceptor is preferably a material having a high electron mobility or a material having a low electron affinity. A sufficient open-circuit voltage can be realized by using a material having a low electron affinity for the n-layer.

n層にはn型特性無機半導体化合物を用いることもできる。
上記n型特性無機半導体化合物としては、n−Si、GaAs、CdS、PbS、CdSe、InP、Nb,WO,Fe等のドーピング半導体及び化合物半導体、また、二酸化チタン(TiO)、一酸化チタン(TiO)、三酸化二チタン(Ti)等の酸化チタン、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等の導電性酸化物が挙げられる。
上記n型特性無機半導体化合物は、1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよく、好ましくは酸化チタンを用い、特に好ましくは二酸化チタンを用いる。
An n-type inorganic semiconductor compound can also be used for the n layer.
Examples of the n-type inorganic semiconductor compound include doping semiconductors and compound semiconductors such as n-Si, GaAs, CdS, PbS, CdSe, InP, Nb 2 O 5 , WO 3 , Fe 2 O 3 , and titanium dioxide (TiO 2). 2 ), titanium oxide such as titanium monoxide (TiO) and dititanium trioxide (Ti 2 O 3 ), and conductive oxides such as zinc oxide (ZnO) and tin oxide (SnO 2 ).
The n-type characteristic inorganic semiconductor compound may be used alone or in combination of two or more, preferably titanium oxide, particularly preferably titanium dioxide.

i層は、上記p層の材料及びn層の材料とを混合して形成することができる。   The i layer can be formed by mixing the material of the p layer and the material of the n layer.

[電極]
本発明の有機薄膜太陽電池の一対の電極(上部電極及び下部電極)は特に制限はなく、暗視野で電気伝導性を有する薄膜であればよい。
[electrode]
The pair of electrodes (upper electrode and lower electrode) of the organic thin film solar cell of the present invention is not particularly limited as long as it is a thin film having electrical conductivity in the dark field.

上部電極及び下部電極には、公知の導電性材料からなる電極を用いることができる。
p層と接続する電極としては、例えば錫ドープ酸化インジウム(ITO)や金(Au)、オスミウム(Os),パラジウム(Pd)等の金属からなる電極が使用できる。
p層と接続する電極の対向電極としては、例えば銀(Ag)、アルミニウム(Al)、インジウム(In),カルシウム(Ca),白金(Pt)リチウム(Li)等の金属からなる電極、Mg:Ag、Mg:InやAl:Li等の二成分金属系からなる電極,及び上述のp層と接続する電極が使用できる。
An electrode made of a known conductive material can be used for the upper electrode and the lower electrode.
As an electrode connected to the p layer, for example, an electrode made of a metal such as tin-doped indium oxide (ITO), gold (Au), osmium (Os), palladium (Pd), or the like can be used.
As the counter electrode connected to the p layer, for example, an electrode made of a metal such as silver (Ag), aluminum (Al), indium (In), calcium (Ca), platinum (Pt) lithium (Li), Mg: An electrode made of a binary metal such as Ag, Mg: In or Al: Li, and an electrode connected to the p layer can be used.

高効率の光電変換特性を得るためには、有機薄膜太陽電池の少なくとも一方の電極を、太陽光スペクトルにおいて充分透明にすることが望ましい。当該透明電極の光透過率は望ましくは10%以上である。透明電極は、公知の導電性材料を使用して、蒸着やスパッタリング等の方法で所定の透光性が確保するようにすることで形成できる。
一対の電極は、電極の一方が仕事関数の大きな金属を含み、他方が仕事関数の小さな金属を含むと好ましい。
In order to obtain highly efficient photoelectric conversion characteristics, it is desirable that at least one electrode of the organic thin-film solar cell be sufficiently transparent in the sunlight spectrum. The light transmittance of the transparent electrode is desirably 10% or more. The transparent electrode can be formed by using a known conductive material so as to ensure a predetermined translucency by a method such as vapor deposition or sputtering.
In the pair of electrodes, it is preferable that one of the electrodes includes a metal having a high work function and the other includes a metal having a low work function.

[基板]
基板は、機械的、熱的強度を有し、透明性を有する基板が好ましく、例えばガラス基板及び透明性樹脂フィルムが挙げられる。
透明性樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルフォン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。
[substrate]
The substrate is preferably a substrate having mechanical and thermal strength and transparency, and examples thereof include a glass substrate and a transparent resin film.
Transparent resin films include polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polypropylene, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, nylon, polyether ether ketone. , Polysulfone, polyethersulfone, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, Polyvinylidene fluoride, polyester, polycarbonate, polyurethane, polyimide, polyetherimide and the like can be mentioned.

[形成方法]
本発明の有機薄膜太陽電池の各層の形成は、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティング等の乾式成膜法やスピンコーティング、ディップコート、キャスティング、ロールコート、フローコーティング、インクジェット等の湿式成膜法を適用することができる。
[Formation method]
The formation of each layer of the organic thin film solar cell of the present invention is performed by a dry film formation method such as vacuum deposition, sputtering, plasma, ion plating, or wet film formation such as spin coating, dip coating, casting, roll coating, flow coating, and ink jet. The law can be applied.

乾式成膜法の場合、公知の抵抗加熱法が好ましく、混合層の形成には、例えば、複数の蒸発源からの同時蒸着による成膜方法が好ましい。さらに好ましくは、成膜時に基板温度を制御する。   In the case of the dry film forming method, a known resistance heating method is preferable, and for forming the mixed layer, for example, a film forming method by simultaneous vapor deposition from a plurality of evaporation sources is preferable. More preferably, the substrate temperature is controlled during film formation.

湿式成膜法の場合、各層を形成する材料を、適切な溶媒に溶解又は分散させて発光性有機溶液を調製し、薄膜を形成するが、任意の溶媒を使用できる。
上記溶媒としては、例えばジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン等のハロゲン系炭化水素系溶媒や、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール等のエーテル系溶媒、メタノールやエタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール等のアルコール系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ヘキサン、オクタン、デカン、テトラリン等の炭化水素系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル系溶媒等が挙げられる。なかでも、炭化水素系溶媒又はエーテル系溶媒が好ましい。また、これらの溶媒は単独で使用しても複数混合して用いてもよい。
尚、使用可能な溶媒は、これらに限定されるものではない。
In the case of a wet film forming method, a material for forming each layer is dissolved or dispersed in an appropriate solvent to prepare a light-emitting organic solution to form a thin film, and any solvent can be used.
Examples of the solvent include halogen-based hydrocarbon solvents such as dichloromethane, dichloroethane, chloroform, carbon tetrachloride, tetrachloroethane, trichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, and chlorotoluene, and ether-based solvents such as dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, and anisole. Solvent, alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol, carbonization such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, hexane, octane, decane, tetralin, etc. Examples thereof include hydrogen solvents, ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, and amyl acetate. Of these, hydrocarbon solvents or ether solvents are preferable. These solvents may be used alone or in combination.
In addition, the solvent which can be used is not limited to these.

各層の膜厚は特に限定されないが、適切な膜厚に設定する。
一般に有機薄膜の励起子拡散長は短いことが知られており、膜厚が厚すぎると励起子がヘテロ界面に到達する前に失活してしまうため、光電変換効率が低くなるおそれがある。一方、膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生してしまうため、充分なダイオード特性が得られないため、変換効率が低下するおそれがある。通常の各層の膜厚は、それぞれ1nmから10μmの範囲が適しているが、5nmから0.2μmの範囲がさらに好ましい。
The thickness of each layer is not particularly limited, but is set to an appropriate thickness.
In general, it is known that the exciton diffusion length of an organic thin film is short, and if the film thickness is too thick, the exciton is deactivated before reaching the heterointerface, which may reduce the photoelectric conversion efficiency. On the other hand, if the film thickness is too thin, pinholes and the like are generated, so that sufficient diode characteristics cannot be obtained, and conversion efficiency may be reduced. The film thickness of each normal layer is suitably in the range of 1 nm to 10 μm, but more preferably in the range of 5 nm to 0.2 μm.

本発明においては、有機薄膜太陽電池の有機層に、成膜性向上、膜のピンホール防止等のため、適切な樹脂や添加剤を使用してもよい。
使用の可能な樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース等の絶縁性樹脂及びそれらの共重合体、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリシラン等の光導電性樹脂、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性樹脂を挙げられる。
また、添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等が挙げられる。
In the present invention, an appropriate resin or additive may be used for the organic layer of the organic thin film solar cell in order to improve the film formability and prevent pinholes in the film.
Usable resins include polystyrene, polycarbonate, polyarylate, polyester, polyamide, polyurethane, polysulfone, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, cellulose and other insulating resins and copolymers thereof, poly-N-vinyl. Examples thereof include photoconductive resins such as carbazole and polysilane, and conductive resins such as polythiophene and polypyrrole.
Examples of the additive include an antioxidant, an ultraviolet absorber, and a plasticizer.

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。   Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

実施例1
25mm×75mm×0.7mm厚のITO透明電極付きガラス基板をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間実施した。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、下部電極である透明電極ラインが形成されている側の面上に銅フタロシアニンを抵抗加熱蒸着し、透明電極を覆うようにして0.5Å/sで成膜して、膜厚30nmのp層を形成した。次に、フラーレン(C60)を抵抗加熱蒸着し、0.5Å/sで成膜してp層上に膜厚60nmのn層を形成した。以下に示す化合物1(同仁化学製)を抵抗加熱蒸着し、n層上に膜厚10nmのバッファー層を形成し、さらに上部電極として金属Alをバッファー層上に膜厚100nmで蒸着し、有機薄膜太陽電池を作製した。面積は0.05cmであった。

Figure 0005499193
Example 1
A glass substrate with an ITO transparent electrode having a thickness of 25 mm × 75 mm × 0.7 mm was subjected to ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 5 minutes, and then UV ozone cleaning was performed for 30 minutes. Mount the glass substrate with the transparent electrode line after cleaning on the substrate holder of the vacuum evaporation system, and heat-deposit copper phthalocyanine on the surface where the transparent electrode line, which is the lower electrode, is formed to cover the transparent electrode. Then, a film was formed at 0.5 Å / s to form a p-layer having a thickness of 30 nm. Next, fullerene (C 60 ) was deposited by resistance heating vapor deposition, and a film was formed at 0.5 Å / s to form an n layer having a film thickness of 60 nm on the p layer. The following compound 1 (manufactured by Dojin Chemical Co., Ltd.) is deposited by resistance heating, a buffer layer having a thickness of 10 nm is formed on the n layer, and metal Al is deposited on the buffer layer at a thickness of 100 nm as an upper electrode. A solar cell was produced. The area was 0.05 cm 2 .
Figure 0005499193

作製した有機薄膜太陽電池をAM1.5条件下(入射強度(Pin)100mW/cm)でI−V特性を測定した。得られた結果である開放端電圧(Voc)、短絡電流密度(Jsc)、曲線因子(FF)及び有機薄膜太陽電池の光電変換効率(η)を表1に示す。
尚、光電変換効率は下記式によって導出した。

Figure 0005499193
The IV characteristic was measured for the produced organic thin-film solar cell under AM1.5 conditions (incident intensity (Pin) 100 mW / cm 2 ). Table 1 shows the open-circuit voltage (Voc 0 ), short-circuit current density (Jsc 0 ), fill factor (FF 0 ), and photoelectric conversion efficiency (η 0 ) of the organic thin-film solar cell, which are obtained results.
The photoelectric conversion efficiency was derived from the following formula.
Figure 0005499193

作製した有機薄膜太陽電池を、25℃の窒素雰囲気・暗室下において30日間保管し、再度、有機薄膜太陽電池のI−V特性(Voc30、Jsc30、FF30及びη30)を測定した。結果を表1に示す。
併せて、経時性能(Voc30、Jsc30、FF30及びη30)及び初期性能(Voc、Jsc、FF及びη)の比率(経時性能/初期性能)も合わせて表1に示す。
The produced organic thin film solar cell was stored in a nitrogen atmosphere at 25 ° C. in a dark room for 30 days, and the IV characteristics (Voc 30 , Jsc 30 , FF 30 and η 30 ) of the organic thin film solar cell were measured again. The results are shown in Table 1.
In addition, the time performance (Voc 30 , Jsc 30 , FF 30 and η 30 ) and the initial performance (Voc 0 , Jsc 0 , FF 0 and η 0 ) ratio (time performance / initial performance) are also shown in Table 1. .

実施例2
化合物1の代わりに以下に示す化合物2を用いた他は実施例1と同様にして有機薄膜太陽電池を作製し、評価した。結果を表1に示す。

Figure 0005499193
Example 2
An organic thin film solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the following compound 2 was used instead of the compound 1. The results are shown in Table 1.
Figure 0005499193

実施例3
化合物1の代わりに以下に示す化合物3(アルドリッチ製)を用いた他は実施例1と同様にして有機薄膜太陽電池を作製し、評価した。結果を表1に示す。

Figure 0005499193
Example 3
Organic thin-film solar cells were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the following compound 3 (manufactured by Aldrich) was used instead of compound 1. The results are shown in Table 1.
Figure 0005499193

比較例1
バッファー層を形成しなかった他は実施例1と同様にして有機薄膜太陽電池を作製し、評価した。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
An organic thin film solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the buffer layer was not formed. The results are shown in Table 1.

比較例2
化合物1の代わりに以下に示す化合物4(東京化成製)を用いた他は実施例1と同様にして有機薄膜太陽電池を作製し、評価した。結果を表1に示す。

Figure 0005499193
Comparative Example 2
An organic thin film solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the following compound 4 (manufactured by Tokyo Chemical Industry) was used instead of compound 1. The results are shown in Table 1.
Figure 0005499193

比較例3
化合物1の代わりに以下に示す化合物5を用いた他は実施例1と同様にして有機薄膜太陽電池を作製し、評価した。結果を表1に示す。

Figure 0005499193
Comparative Example 3
An organic thin film solar cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the following compound 5 was used instead of compound 1. The results are shown in Table 1.
Figure 0005499193

Figure 0005499193
Figure 0005499193

表1から、本発明の有機薄膜太陽電池は、光電変換効率に優れ、電池特性の経時変化が少ないことが分かる。   From Table 1, it can be seen that the organic thin film solar cell of the present invention is excellent in photoelectric conversion efficiency and has little change with time in battery characteristics.

本発明の有機薄膜太陽電池は、時計、携帯電話、モバイルパソコン等の電源として使用することができる。   The organic thin film solar cell of the present invention can be used as a power source for watches, mobile phones, mobile personal computers and the like.

1 有機薄膜太陽電池
10 上部電極
20 バッファー層
30 有機化合物層
40 下部電極
50 有機固体多層部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic thin film solar cell 10 Upper electrode 20 Buffer layer 30 Organic compound layer 40 Lower electrode 50 Organic solid multilayer part

Claims (5)

一対の電極と、
前記一対の電極間に挟持された有機固体多層部を有し、
前記有機固体多層部は、バッファー層と有機化合物層を含み、
前記バッファー層は、前記一対の電極の少なくとも一方に接し、
前記バッファー層は、置換若しくは無置換のアミノ基から選択される1以上の電子供与性置換基及びシアノ基、カルボニル基及びジシアノエチレン基から選択される1以上の電子受容性置換基Aを有するπ電子共役系分子骨格Lを含む化合物を含有する有機薄膜太陽電池。
A pair of electrodes;
Having an organic solid multilayer part sandwiched between the pair of electrodes,
The organic solid multilayer part includes a buffer layer and an organic compound layer,
The buffer layer is in contact with at least one of the pair of electrodes ;
The buffer layer includes one or more electron-donating substituents D 1 selected from a substituted or unsubstituted amino group , and one or more electron-accepting substituents A selected from a cyano group, a carbonyl group, and a dicyanoethylene group. An organic thin-film solar cell containing a compound containing a π-electron conjugated molecular skeleton L.
前記1以上の電子供与性置換基D及び1以上の電子受容性置換基Aを有するπ電子共役系分子骨格Lからなる化合物が、下記式(1)で表される化合物である請求項1に記載の有機薄膜太陽電池。
Figure 0005499193
(式中、Dは、前記電子供与性置換基である。
Aは、前記電子受容性置換基である。
Arは、それぞれ置換若しくは無置換のアリーレン基、又は置換若しくは無置換のヘテロアリーレン基である。
Vは、それぞれ置換若しくは無置換のビニレン基、又は置換若しくは無置換のアゾメチン基である。
rは、1〜3の整数である。
p及びqは、それぞれ0〜3の整数であるが、同時に0になることはない
D及びAr並びにV及びAは、それぞれ互いに結合して環構造を形成してもよい。)
The compound comprising the π-electron conjugated molecular skeleton L having the one or more electron-donating substituents D and one or more electron-accepting substituents A is a compound represented by the following formula (1): The organic thin film solar cell described.
Figure 0005499193
(Wherein, D is a said electron-donating substituent D.
A is the electron-accepting substituent A.
Ar is a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, respectively.
V is a substituted or unsubstituted vinylene group or a substituted or unsubstituted azomethine group, respectively.
r is an integer of 1 to 3.
p and q are each an integer of 0 to 3, but are not 0 at the same time .
D and Ar and V and A may be bonded to each other to form a ring structure. )
前記1以上の電子供与性置換基D及び1以上の電子受容性置換基Aを有するπ電子共役系分子骨格Lからなる化合物が、下記式(4)〜(7)のいずれかで表される化合物である請求項1に記載の有機薄膜太陽電池。
Figure 0005499193
(式中、Aは、カルボニル基、又はジシアノエチレン基である。
は、水素原子、置換若しくは無置換のアミノ基、又は置換若しくは無置換の水酸基であり、D の少なくとも1つは置換若しくは無置換のアミノ基である。
は、NRであり、
は、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、又は置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基である。
Arは、それぞれ置換若しくは無置換のアリーレン基、又は置換若しくは無置換のヘテロアリーレン基である。
t及びuは、それぞれ0〜3の整数である。)
A compound comprising a π-electron conjugated molecular skeleton L having one or more electron-donating substituents D and one or more electron-accepting substituents A is represented by any of the following formulas (4) to (7). The organic thin-film solar cell according to claim 1, which is a compound.
Figure 0005499193
(In the formula, A represents a carbonyl group or a dicyanoethylene group.
D 1 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted amino group, or Ri hydroxyl der substituted or unsubstituted, at least one of D 1 is a substituted or unsubstituted amino group.
D 2 is NR 2
R 2 is a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
Ar is a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, respectively.
t and u are each an integer of 0 to 3. )
前記1以上の電子供与性置換基D及び1以上の電子受容性置換基Aを有するπ電子共役系分子骨格Lからなる化合物が、下記式(8)で表される化合物である請求項1に記載の有機薄膜太陽電池。
Figure 0005499193
(式中、D〜D10は、それぞれ水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基、又は置換若しくは無置換のアミノ基であり、
〜D10の少なくとも1つはジアリールアミノ基である。)
The compound comprising the π-electron conjugated molecular skeleton L having the one or more electron-donating substituents D and one or more electron-accepting substituents A is a compound represented by the following formula (8): The organic thin film solar cell described.
Figure 0005499193
(Wherein D 3 to D 10 are a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted amino group, respectively. Group,
At least one of D 3 to D 10 is a diarylamino group. )
前記有機化合物層は、p層とn層を含む請求項1〜のいずれか記載の有機薄膜太陽電池。 The organic compound layer, an organic thin film solar cell according to any one of claims 1-4 comprising a p-layer and the n layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4474865A (en) * 1983-08-08 1984-10-02 Xerox Corporation Layered photoresponsive devices
JP2006124333A (en) * 2004-10-29 2006-05-18 Sony Corp Styrylamine derivative and method for sythesizing styrylamine derivative
JP5251043B2 (en) * 2006-09-13 2013-07-31 住友化学株式会社 Polymer compound and polymer light emitting device
CN101689606B (en) * 2007-07-10 2012-02-08 巴斯夫欧洲公司 Mixtures for producing photoactive layers for organic solar cells and organic photodetectors
JP2009049278A (en) * 2007-08-22 2009-03-05 Fujifilm Corp Photoelectric conversion element, manufacturing method of photoelectric conversion element, and solid-state imaging element
JP5376963B2 (en) * 2008-01-25 2013-12-25 富士フイルム株式会社 Photoelectric conversion element and imaging element
JP5453758B2 (en) * 2008-10-09 2014-03-26 コニカミノルタ株式会社 Organic photoelectric conversion element, solar cell, and optical sensor array
JP5454848B2 (en) * 2008-11-27 2014-03-26 富士フイルム株式会社 Method for manufacturing photoelectric conversion element
JP5260379B2 (en) * 2009-03-27 2013-08-14 出光興産株式会社 Organic thin film solar cell

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