JP5699524B2 - Organic photoelectric conversion element and solar cell - Google Patents

Organic photoelectric conversion element and solar cell Download PDF

Info

Publication number
JP5699524B2
JP5699524B2 JP2010236242A JP2010236242A JP5699524B2 JP 5699524 B2 JP5699524 B2 JP 5699524B2 JP 2010236242 A JP2010236242 A JP 2010236242A JP 2010236242 A JP2010236242 A JP 2010236242A JP 5699524 B2 JP5699524 B2 JP 5699524B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
photoelectric conversion
layer
organic photoelectric
carbon atoms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010236242A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012089725A (en
Inventor
則子 安川
則子 安川
大久保 康
康 大久保
晃矢子 和地
晃矢子 和地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP2010236242A priority Critical patent/JP5699524B2/en
Publication of JP2012089725A publication Critical patent/JP2012089725A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5699524B2 publication Critical patent/JP5699524B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Description

本発明は、有機光電変換素子、太陽電池に関し、更に詳しくは、フラーレンを有するバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子、この有機光電変換素子を用いた太陽電池に関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element and a solar cell, and more particularly to a bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element having fullerene and a solar cell using the organic photoelectric conversion element.

近年の化石エネルギーの高騰によって、自然エネルギーから直接電力を発電できるシステムが求められており、単結晶・多結晶・アモルファスのSiを用いた太陽電池、GaAsやCIGS(銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)からなる半導体材料)などの化合物系の太陽電池、あるいは色素増感型光電変換素子(グレッツェルセル)などが提案・実用化されている。   Due to the recent rise in fossil energy, a system that can generate electric power directly from natural energy has been demanded. Solar cells using single-crystal / polycrystal / amorphous Si, GaAs, CIGS (copper (Cu), indium (In) ), Semiconductor materials such as gallium (Ga) and selenium (Se)), and dye-sensitized photoelectric conversion elements (Gretzel cells) have been proposed and put to practical use.

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

このような状況に対し、化石燃料による発電コストよりも低コストである発電コストを達成しうる太陽電池として、透明電極と対電極との間に電子供与体層(p型半導体層)と電子受容体層(n型半導体層)とが混合された光電変換層を挟んだバルクヘテロジャンクション型光電変換素子が提案され、5%を超える効率が報告されている(例えば、非特許文献1参照)。   In this situation, as a solar cell that can achieve a power generation cost that is lower than that of fossil fuel, an electron donor layer (p-type semiconductor layer) and an electron acceptor are interposed between the transparent electrode and the counter electrode. A bulk heterojunction photoelectric conversion element sandwiching a photoelectric conversion layer mixed with a body layer (n-type semiconductor layer) has been proposed, and an efficiency exceeding 5% has been reported (for example, see Non-Patent Document 1).

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

他方で太陽電池には耐久性も要求されるが、未だ有機薄膜太陽電池の耐久性は不十分なものであり、改善が期待されている。   On the other hand, although durability is also required for the solar cell, the durability of the organic thin film solar cell is still insufficient, and improvement is expected.

このような課題に対して、通常の有機薄膜太陽電池を逆の順番に積層し、透明電極側から電子をとりだし、仕事関数の深い安定な金属電極側から正孔を取りだす、いわゆる逆層構成の有機薄膜太陽電池が提案されている(特許文献1、非特許文献2参照)。   In response to such a problem, ordinary organic thin-film solar cells are stacked in the reverse order, electrons are extracted from the transparent electrode side, and holes are extracted from the stable metal electrode side having a deep work function. Organic thin-film solar cells have been proposed (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

このような構成にすることで、不安定で酸化されやすい浅い仕事関数の金属を使用する必要がなくなり、電極起因の劣化が抑制され、大幅に寿命を向上できることが開示されている。   It is disclosed that such a configuration eliminates the need to use a metal having a shallow work function that is unstable and easily oxidized, prevents deterioration due to the electrode, and can greatly improve the life.

このような逆層構成では、電子輸送層上に発電層を塗布積層する必要があるため、電子輸送層に用いられる材料としては、塗布製膜可能でかつ発電層を塗布する溶媒に不溶である材料が求められる。しかしこのような電子輸送材料の報告例は少なく、塗布プロセスで成膜できる電子輸送材料としてTiOxが開示されているが(特許文献1)、TiOx層は水分とチタニウムアルコキシドを反応させて形成するため、水分による劣化が起きる有機光電変換素子においては好ましい素材であるとはいえず、また生産規模で安定な膜が形成できないといった問題があった。   In such a reverse layer configuration, since it is necessary to coat and laminate the power generation layer on the electron transport layer, the material used for the electron transport layer can be coated and formed and is insoluble in the solvent for coating the power generation layer. Material is required. However, there are few reported examples of such an electron transport material, and TiOx is disclosed as an electron transport material that can be formed by a coating process (Patent Document 1), but the TiOx layer is formed by reacting moisture with titanium alkoxide. However, it is not a preferable material for an organic photoelectric conversion element in which deterioration due to moisture occurs, and there is a problem that a stable film cannot be formed on a production scale.

電子輸送層に縮合多環基を有するホスフィンオキシド化合物を使用する例が開示されており(特許文献2)、高いキャリア移動度を持つため開放電圧および短絡電流の性能が向上したと報告されているが、耐久性や変換効率はまだ充分なものではなかった。   An example of using a phosphine oxide compound having a condensed polycyclic group in an electron transport layer is disclosed (Patent Document 2), and it has been reported that the performance of open circuit voltage and short circuit current has been improved due to high carrier mobility. However, durability and conversion efficiency were still not sufficient.

特開2009−146981号公報JP 2009-146981 A 特開2006−73583公報JP 2006-73583 A

Nature Mat.,vol.6(2007),p497、A.Heeger etc.Nature Mat. , Vol. 6 (2007), p497, A.I. Heeger etc. APPLIED PHYSICS LETTERS 89,p143517、NREL Shaheen etc.APPLIED PHYSICS LETTERS 89, p143517, NREL Shahen etc.

本発明の目的は、光電変換効率および耐久性に優れる有機光電変換素子およびこれを用いた太陽電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an organic photoelectric conversion element excellent in photoelectric conversion efficiency and durability, and a solar cell using the same.

本発明の上記目的は、下記構成により達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following configurations.

1.基板、陰極、電子輸送層、p型半導体材料とフラーレン誘導体を含むn型半導体材料とを含有するバルクヘテロジャンクション型の光電変換層、および陽極をこの順に有する有機光電変換素子であって、該光電変換層は該陰極側からの入射光で光電変換を行う光電変換層であり、該電子輸送層は該光電変換層に隣接し、下記一般式(A)で表される化合物を含有することを特徴とする有機光電変換素子。   1. An organic photoelectric conversion element having a substrate, a cathode, an electron transport layer, a bulk heterojunction type photoelectric conversion layer containing a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material containing a fullerene derivative, and an anode in this order. The layer is a photoelectric conversion layer that performs photoelectric conversion with incident light from the cathode side, and the electron transport layer is adjacent to the photoelectric conversion layer and contains a compound represented by the following general formula (A) An organic photoelectric conversion element.

一般式(A):Q1−L1−Q2
「式中、Q1は置換または無置換の、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Q2は縮合環の数が4〜10である多環芳香族環基を表し、L1はアルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、アルケニレン基、−O−、−S−、−CO−、−SO−、−NHCO−、−CONH−、−SiR−(RおよびRは各々アルキル基又はアリール基を表す)、もしくはこれらの基の組み合わせから選ばれる2価の連結基または単なる結合手を表す。」
2.前記一般式(A)におけるQ2が、フルオランテン、ピレン、クリセン、トリフェニレン、ペリレンまたはコラヌレンの残基であることを特徴とする前記1に記載の有機光電変換素子。
Formula (A): Q1-L1-Q2
"In the formula, Q1 represents a substituted or unsubstituted aryl group or heteroaryl group, Q2 represents a polycyclic aromatic ring group having 4 to 10 condensed rings, L1 represents an alkylene group, an arylene group, Heteroarylene group, alkenylene group, —O—, —S—, —CO—, —SO 2 —, —NHCO—, —CONH—, —SiR 1 R 2 — (R 1 and R 2 are each an alkyl group or aryl. Or a divalent linking group selected from a combination of these groups or a simple bond. "
2. 2. The organic photoelectric conversion device as described in 1 above, wherein Q2 in the general formula (A) is a residue of fluoranthene, pyrene, chrysene, triphenylene, perylene or coranulene.

3.前記一般式(A)で表される化合物の、Q1−L1部分が、下記一般式(1)で表されることを特徴とする前記1または2に記載の有機光電変換素子。   3. The organic photoelectric conversion device according to 1 or 2, wherein a Q1-L1 portion of the compound represented by the general formula (A) is represented by the following general formula (1).

「式中、Y01はO、SまたはN−R01を表し、X01、X02又はR01のうちいずれか一つが一般式(A)におけるL1を表し、X01およびX02はL1でないとき、アリール基又はヘテロアリール基を表し、各々異なっていても同一でも良い。R01はL1でないとき、アリール基またはヘテロアリール基を表す。」
4.前記一般式(A)で表される化合物の、Q1−L1部分が、下記一般式(2)で表されることを特徴とする前記1または2に記載の有機光電変換素子。
“Wherein Y 01 represents O, S or N—R 01, and any one of X 01 , X 02 or R 01 represents L1 in the general formula (A), and X 01 and X 02 are not L1 Each represents an aryl group or a heteroaryl group, and may be different or the same. When R 01 is not L1, it represents an aryl group or a heteroaryl group.
4). The organic photoelectric conversion device according to 1 or 2, wherein a Q1-L1 portion of the compound represented by the general formula (A) is represented by the following general formula (2).

「式中、X21〜X28のいずれか1つが前記一般式(A)におけるL1を表し、X21〜X28はL1でないとき、水素原子または置換基を表し、各々異なっていても同一でも良い。」
5.前記一般式(A)で表される化合物の、Q1−L1部分が、下記一般式(3)で表されることを特徴とする前記1に記載の有機光電変換素子。
“In the formula, any one of X21 to X28 represents L1 in the general formula (A), and when X21 to X28 are not L1, they represent a hydrogen atom or a substituent, and may be different or the same.”
5. 2. The organic photoelectric conversion device according to 1 above, wherein the Q1-L1 portion of the compound represented by the general formula (A) is represented by the following general formula (3).

「式中、A〜Aは各々独立に炭素原子または窒素原子を表す(但し、炭素である場合には、A〜A、A〜Aを有する環は共役二重結合を有する。)。Y31はMR3132、O、SまたはN−R33を表し、Mは炭素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子または錫原子を表し、X31〜X38は水素原子または置換基を表し、各々異なっていても同一でも良い。R31、R32はアルキル基またはアリール基を表し、R33はアルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基を表す。Y31がMR3132の時は、R31,R32,X31〜X38のいずれか一つが一般式(A)における二価の連結基L1を表し、Y31がN−R33の時は、R33、X31〜X38のいずれか一つが一般式(A)におけるL1を表し、Y31がO又はSの時はX31〜X38のいずれか一つが一般式(A)におけるL1を表す。」
6.一般式(A)で表される化合物の、Q1−L1部分が、下記一般式(4)で表されることを特徴とする前記1に記載の有機光電変換素子。
“In the formula, A 1 to A 8 each independently represents a carbon atom or a nitrogen atom (provided that when it is carbon, the ring having A 1 to A 4 or A 5 to A 8 has a conjugated double bond). Y 31 represents MR 31 R 32 , O, S or N—R 33 , M represents a carbon atom, silicon atom, germanium atom, titanium atom or tin atom, and X 31 to X 38 represent hydrogen atoms. R 31 and R 32 each represents an alkyl group or an aryl group, R 33 represents an alkyl group, an aryl group, or a heteroaryl group, and Y 31 represents MR 31. When R 32 , any one of R 31 , R 32 , X 31 to X 38 represents the divalent linking group L 1 in the general formula (A), and when Y 31 is N—R 33 , R 33 , one of the X 31 ~X 38 One represents L1 in general formula (A), any one of Y 31 is O or X 31 to X 38 when the S represents the L1 in formula (A). "
6). 2. The organic photoelectric conversion device according to 1 above, wherein the Q1-L1 portion of the compound represented by the general formula (A) is represented by the following general formula (4).

「式中、n01は0または1を表し、X41〜X45は置換基を表し、各々異なっていても同一でも良い。X41〜X45の内いずれか一つが一般式(A)におけるL1を表す。」
7.前記1から6のいずれか1項に記載の有機光電変換素子を具備することを特徴とする太陽電池。
In "wherein, n 01 represents 0 or 1, X 41 to X 45 represents a substituent, any one of the better .X 41 to X 45 be the same or different from each other is in the general formula (A) Represents L1. "
7). A solar cell comprising the organic photoelectric conversion device according to any one of 1 to 6 above.

本発明により、光電変換効率および耐久性に優れる有機光電変換素子およびこれを用いた太陽電池が提供できる。   According to the present invention, an organic photoelectric conversion element excellent in photoelectric conversion efficiency and durability and a solar cell using the same can be provided.

順層構成の有機光電変換素子を有する太陽電池を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the solar cell which has the organic photoelectric conversion element of a normal layer structure. 本発明の有機光電変換素子有する太陽電池を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the solar cell which has the organic photoelectric conversion element of this invention. タンデム型の光電変換層を備える有機光電変換素子有する太陽電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solar cell which has an organic photoelectric conversion element provided with a tandem type photoelectric conversion layer.

本発明は、基板、陰極、電子輸送層、p型半導体材料とフラーレン誘導体からなるn型半導体材料とを含有するバルクヘテロジャンクション型の光電変換層、および陽極をこの順に有する有機光電変換素子であって、光電変換層は陰極側からの入射光で光電変換を行う光電変換層であり、電子輸送層は光電変換層に隣接し、上記一般式(A)で表される化合物を含有することを特徴とする。   The present invention is an organic photoelectric conversion element having a substrate, a cathode, an electron transport layer, a bulk heterojunction photoelectric conversion layer containing a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material composed of a fullerene derivative, and an anode in this order. The photoelectric conversion layer is a photoelectric conversion layer that performs photoelectric conversion with incident light from the cathode side, and the electron transport layer is adjacent to the photoelectric conversion layer and contains the compound represented by the general formula (A). And

本発明では、特に光電変換層は陰極側からの入射光で光電変換を行う光電変換層に対して、電子輸送層に上記一般式(A)で表される化合物を含有させることで耐久性および光電変換効率に優れる有機光電変換素子が得られる。   In the present invention, in particular, the photoelectric conversion layer has durability and durability by containing the compound represented by the general formula (A) in the electron transport layer with respect to the photoelectric conversion layer that performs photoelectric conversion with incident light from the cathode side. An organic photoelectric conversion element having excellent photoelectric conversion efficiency is obtained.

(有機光電変換素子の構成)
図1は、従来の一般的な順層型のバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子を示す断面図である。図1において、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10は、基板11の一方面上に、透明電極(一般に陽極)12、正孔輸送層17、光電変換層14、電子輸送層18および対極(一般に陰極)13が順次積層されている。
(Configuration of organic photoelectric conversion element)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional general normal layer bulk heterojunction organic photoelectric conversion element. In FIG. 1, a bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element 10 includes a transparent electrode (generally an anode) 12, a hole transport layer 17, a photoelectric conversion layer 14, an electron transport layer 18 and a counter electrode (generally) on one surface of a substrate 11. Cathode) 13 is sequentially laminated.

基板11は、順次積層された透明電極12、光電変換層14および対極13を保持する部材である。   The substrate 11 is a member that holds the transparent electrode 12, the photoelectric conversion layer 14, and the counter electrode 13 that are sequentially stacked.

基板11側から光電変換される光が入射するので、基板11は、この光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。基板11は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が用いられる。   Since the photoelectrically converted light is incident from the substrate 11 side, the substrate 11 is a member that can transmit the photoelectrically converted light, that is, is transparent to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. As the substrate 11, for example, a glass substrate or a resin substrate is used.

光電変換層14は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを一様に混合した光電変換層を有して構成される。p型半導体材料は、相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は、相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能する。   The photoelectric conversion layer 14 is a layer that converts light energy into electric energy, and includes a photoelectric conversion layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are uniformly mixed. The p-type semiconductor material functions relatively as an electron donor (donor), and the n-type semiconductor material functions relatively as an electron acceptor (acceptor).

電子供与体および電子受容体は、“光を吸収した際に、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)を形成する電子供与体および電子受容体”であり、電極のように単に電子を供与あるいは受容するものではなく、光反応によって、電子を供与あるいは受容するものである。   An electron donor and an electron acceptor are: “When the light is absorbed, the electrons move from the electron donor to the electron acceptor to form a hole-electron pair (charge separation state). It is a “body” and does not simply donate or accept electrons as in the case of an electrode, but donates or accepts electrons by photoreaction.

図1において、基板11を介して透明電極12から入射された光は、光電変換層14の光電変換層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が形成される。発生した電荷は内部電界、例えば、透明電極12と対極13の仕事関数が異なる場合では透明電極12と対極13との電位差によって、電子は電子受容体間を通り、また正孔は電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。   In FIG. 1, light incident from the transparent electrode 12 through the substrate 11 is absorbed by the electron acceptor or electron donor in the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion layer 14, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. Thus, a hole-electron pair (charge separation state) is formed. In the case where the generated electric charges have different internal electric fields, for example, when the work functions of the transparent electrode 12 and the counter electrode 13 are different, the electrons pass between the electron acceptors and the holes are between the electron donors due to the potential difference between the transparent electrode 12 and the counter electrode 13. And is carried to different electrodes, and photocurrent is detected.

ここで、通常透明電極12の仕事関数は対極13の仕事関数よりも大きいため、正孔は透明電極12へ、電子は対極13へ輸送される。つまり対極13は仕事関数が小さく酸化されやすい金属を用いる必要がある。この金属が酸化されると、導電性がなくなったり、逆に仕事関数が大きくなって層間の接触抵抗が大幅に増加して素子の電気特性が劣化してしまうことが、順層型素子において耐久性が低い大きな要因であった。   Here, since the work function of the transparent electrode 12 is usually larger than that of the counter electrode 13, holes are transported to the transparent electrode 12 and electrons are transported to the counter electrode 13. That is, the counter electrode 13 needs to use a metal having a small work function and easily oxidized. When this metal is oxidized, the conductivity is lost, or conversely, the work function is increased and the contact resistance between the layers is greatly increased to deteriorate the electrical characteristics of the device. It was a big factor with low nature.

本発明においては、透明電極12の仕事関数よりも対極13の仕事関数を大きくして、即ち、透明電極の仕事関数を対極の仕事関数よりも小さくして、電子を陰極としての透明電極12へ、正孔を陽極としての対極13へと輸送するように設計することで、対極13に、酸化されにくく安定な、仕事関数の大きい金属を使用することができる。   In the present invention, the work function of the counter electrode 13 is made larger than the work function of the transparent electrode 12, that is, the work function of the transparent electrode is made smaller than the work function of the counter electrode, and the electrons are transferred to the transparent electrode 12 as a cathode. By designing the holes so as to transport holes to the counter electrode 13 as an anode, it is possible to use a metal having a high work function that is difficult to be oxidized and stable.

すなわち、本発明の有機光電変換素子の構成は、前述のように電極の仕事関数の関係を光の入射方向に対して逆転させ、さらに図1における正孔輸送層17と電子輸送層18の位置を入れ替えた、図2に示されるような逆層構成の有機光電変換素子とした構成である。   That is, the configuration of the organic photoelectric conversion device of the present invention reverses the work function relationship of the electrodes with respect to the incident direction of light as described above, and further positions of the hole transport layer 17 and the electron transport layer 18 in FIG. Is an organic photoelectric conversion element having a reverse layer configuration as shown in FIG.

なお、図1、図2には記載していないが、正孔ブロック層、電子ブロック層、電子注入層、正孔注入層、あるいは平滑化層等の他の層を有していてもよい。   Although not shown in FIGS. 1 and 2, other layers such as a hole blocking layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, a hole injection layer, or a smoothing layer may be included.

更に、太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、このような光電変換素子を積層した、タンデム型の構成としてもよい。図3は、タンデム型の光電変換層を備える有機光電変換素子を示す断面図である。   Furthermore, it is good also as a tandem-type structure which laminated | stacked such a photoelectric conversion element for the purpose of the improvement of sunlight utilization factor (photoelectric conversion efficiency). FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an organic photoelectric conversion element including a tandem photoelectric conversion layer.

タンデム型構成の場合、基板11上に順次透明電極12、電子輸送層18、第1の光電変換層14′を積層した後、電荷再結合層15を積層した後、第2の光電変換層16、次いで対電極13を積層することで、タンデム型の構成とすることができる。第2の光電変換層16は、第1の光電変換層14′の吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。また、第1の光電変換層14′、第2の光電変換層16と各電極の間には、正孔輸送層17を有していても良い。   In the case of the tandem configuration, the transparent electrode 12, the electron transport layer 18, and the first photoelectric conversion layer 14 ′ are sequentially stacked on the substrate 11, the charge recombination layer 15 is stacked, and then the second photoelectric conversion layer 16. Then, by stacking the counter electrode 13, a tandem configuration can be obtained. The second photoelectric conversion layer 16 may be a layer that absorbs the same spectrum as the absorption spectrum of the first photoelectric conversion layer 14 'or may be a layer that absorbs a different spectrum, but is preferably a layer that absorbs a different spectrum. is there. Moreover, you may have the positive hole transport layer 17 between 1st photoelectric converting layer 14 ', 2nd photoelectric converting layer 16, and each electrode.

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

〔電子輸送層〕
本発明の有機光電変換素子は、バルクヘテロジャンクション型の光電変換層と陰極との間に電子輸送層を形成することで、バルクヘテロジャンクション型の光電変換層で発生した電荷をより効率的に取り出すことができる。
(Electron transport layer)
The organic photoelectric conversion device of the present invention can more efficiently extract charges generated in the bulk heterojunction photoelectric conversion layer by forming an electron transport layer between the bulk hetero junction photoelectric conversion layer and the cathode. it can.

本発明において、電子輸送層は光電変換層に隣接し、とは電子輸送層は光電変換層に接触していることをいう。   In the present invention, the electron transport layer is adjacent to the photoelectric conversion layer, which means that the electron transport layer is in contact with the photoelectric conversion layer.

本発明においては、電子輸送層に一般式(A)で表される化合物を含有することで、光電変換効率および耐久性が向上するという効果を得ることができた。   In this invention, the effect that a photoelectric conversion efficiency and durability improve can be acquired by containing the compound represented by general formula (A) in an electron carrying layer.

以下、一般式(A)で表される化合物について説明する。   Hereinafter, the compound represented by formula (A) will be described.

一般式(A)において、Q1は置換または無置換のアリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基等)またはヘテロアリール基(例えば、ピリジル基、ピリミジル基、トリアジル基、チエニル基、オキサジアゾリル基、トリアゾリル基、チアゾリル基、ホスホリル基、フェナントリル基、カルバゾリル基、アザフルオレニル基、ジベンゾフリル基等)を表す。   In the general formula (A), Q1 represents a substituted or unsubstituted aryl group (for example, phenyl group, naphthyl group, fluorenyl group, etc.) or heteroaryl group (for example, pyridyl group, pyrimidyl group, triazyl group, thienyl group, oxadiazolyl group) , Triazolyl group, thiazolyl group, phosphoryl group, phenanthryl group, carbazolyl group, azafluorenyl group, dibenzofuryl group and the like.

これらの基を置換しても良い置換基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルシリル基、さらにアルケニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えば、ビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニルなどが挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、特に好ましくは炭素数2〜8であり、例えば、プロパルギル、3−ペンテニルなどが挙げられる。)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜12、特に好ましくは炭素数1〜8であり、例えば、メトキシ、エトキシ、ブトキシなどが挙げられる。)、シクロアルキルオキシ基(好ましくは炭素数4〜8であり、例えば、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えば、フェニルオキシ、2−ナフチルオキシなどが挙げられる。)、アシル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えば、アセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜10であり、例えば、フェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えば、アセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜16、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えば、メトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜20、より好ましくは炭素数7〜16、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えば、フェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えば、メタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜20、より好ましくは炭素数0〜16、特に好ましくは炭素数0〜12であり、例えば、スルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えば、カルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイルなどが挙げられる。)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えば、メチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜20、より好ましくは炭素数6〜16、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えば、フェニルチオなどが挙げられる。)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えば、メシル、トシルなどが挙げられる。)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えば、メタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えば、ウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイドなどが挙げられる。)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜16、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えば、ジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミドなどが挙げられる。)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、などが挙げられる。   Examples of the substituent that may substitute these groups include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an alkylsilyl group, and an alkenyl group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 12 carbon atoms, particularly Preferably it is C2-C8, for example, vinyl, allyl, 2-butenyl, 3-pentenyl etc.), an alkynyl group (preferably C2-C20, more preferably C2-C12, Particularly preferably, it has 2 to 8 carbon atoms, and examples thereof include propargyl, 3-pentenyl, etc.), an alkoxy group (preferably 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, particularly preferably carbon numbers). 1-8, for example, methoxy, ethoxy, butoxy, etc.), cycloalkyloxy groups (preferably having 4-8 carbon atoms, examples For example, cyclopentyloxy, cyclohexyloxy, etc.), an aryloxy group (preferably having 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6 to 16 carbon atoms, and particularly preferably 6 to 12 carbon atoms. For example, phenyloxy , 2-naphthyloxy, etc.), acyl groups (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 16 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as acetyl, benzoyl, formyl And pivaloyl), alkoxycarbonyl groups (preferably having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 16 carbon atoms, particularly preferably 2 to 12 carbon atoms, such as methoxycarbonyl and ethoxycarbonyl). An aryloxycarbonyl group (preferably having 7 to 20 carbon atoms, more preferably 7 to 16 carbon atoms, particularly preferably 7 to 10 carbon atoms, such as phenyloxycarbonyl, etc.), acyloxy groups (preferably 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 16 carbon atoms, especially Preferably it has 2 to 10 carbon atoms, such as acetoxy, benzoyloxy, etc.), acylamino group (preferably 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 16 carbon atoms, particularly preferably 2 to 10 carbon atoms). For example, acetylamino, benzoylamino, etc.), an alkoxycarbonylamino group (preferably having 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 16 carbon atoms, particularly preferably 2 to 12 carbon atoms, For example, methoxycarbonylamino and the like), an aryloxycarbonylamino group (preferably having a carbon number) It has 7 to 20 carbon atoms, more preferably 7 to 16 carbon atoms, and particularly preferably 7 to 12 carbon atoms. Examples thereof include phenyloxycarbonylamino. ), A sulfonylamino group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 16 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, and examples thereof include methanesulfonylamino and benzenesulfonylamino). Sulfamoyl group (preferably having 0 to 20 carbon atoms, more preferably 0 to 16 carbon atoms, particularly preferably 0 to 12 carbon atoms, such as sulfamoyl, methylsulfamoyl, dimethylsulfamoyl, phenylsulfamoyl, etc. ), A carbamoyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 16 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as carbamoyl, methylcarbamoyl, diethylcarbamoyl, phenylcarbamoyl, etc. An alkylthio group (preferably having 1 carbon atom) 20, More preferably, it is C1-C16, Most preferably, it is C1-C12, for example, a methylthio, ethylthio, etc. are mentioned, An arylthio group (Preferably C6-C20, More preferably C 6 to 16, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, for example, phenylthio, etc.), a sulfonyl group (preferably 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 16 carbon atoms, particularly preferably carbon numbers). 1 to 12, for example, mesyl, tosyl, etc.), sulfinyl group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 16 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, , Methanesulfinyl, benzenesulfinyl, etc.), ureido group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to carbon atoms). 6, particularly preferably having 1 to 12 carbon atoms, such as ureido, methylureido, phenylureido, etc.), phosphoric acid amide group (preferably having 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 16 carbon atoms). Particularly preferably having 1 to 12 carbon atoms, such as diethyl phosphoric acid amide and phenylphosphoric acid amide), hydroxy group, mercapto group, halogen atom (for example, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, Iodine atom), cyano group, sulfo group, carboxyl group, nitro group, hydroxamic acid group, sulfino group, hydrazino group, imino group, and the like.

Q2は縮合環の数が4〜10である多環芳香族環基の残基を表し、多環芳香族環基としては、フルオランテン、アセフェナントリレン、クリセン、アセアントリレン、テトラセン、ベンゾ[a]アントラセン、ピレン、トリフェニレン、ペリレン、ベンゾ[ghi]フルオランテン、ベンゾ[c]フェナントリレン、ベンゾ[def]クリセン、コラヌレン、インデノピレン、アセナフトフルオランテン、コロネン、テリレン、デカシクレン、オバレン等が挙げられ、好ましくは、フルオランテン、ピレン、クリセン、トリフェニレン、ペリレン、コラヌレンを表す。L1は二価の連結基または単なる結合手を表す。二価の連結基としては、アルキレン基(例えば、メチレン基、エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、等)、ビニレン基、エチニル基、アリーレン基、酸素原子、硫黄原子、−SO−、−NR”−(R”は水素原子、アルキル基、アリール基、アシル基、スルホニル基、等)、およびこれらの二価の連結基を複数結合して形成した二価の基が挙げられる。L1として好ましくは、単なる結合手またはアルキレン基を表す。 Q2 represents a residue of a polycyclic aromatic ring group having 4 to 10 condensed rings. Examples of the polycyclic aromatic ring group include fluoranthene, acephenanthrylene, chrysene, acanthrylene, tetracene, benzo [ a) anthracene, pyrene, triphenylene, perylene, benzo [ghi] fluoranthene, benzo [c] phenanthrylene, benzo [def] chrysene, coranulene, indenopyrene, acenaphthofluoranthene, coronene, terylene, decacyclene, ovalen, etc. Preferably, it represents fluoranthene, pyrene, chrysene, triphenylene, perylene, coranulene. L1 represents a divalent linking group or a simple bond. Examples of the divalent linking group include an alkylene group (eg, methylene group, ethylene group, propane-1,3-diyl group, etc.), vinylene group, ethynyl group, arylene group, oxygen atom, sulfur atom, —SO 2 —. , —NR ″ — (R ″ represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, an acyl group, a sulfonyl group, etc.) and a divalent group formed by combining a plurality of these divalent linking groups. L1 preferably represents a simple bond or an alkylene group.

一般式(A)で表される化合物のQ1−L1の部分としては、上記一般式(1)〜一般式(4)で表される構造が好ましい。   As the Q1-L1 portion of the compound represented by the general formula (A), structures represented by the above general formula (1) to general formula (4) are preferable.

一般式(1)において、Y01はO、SまたはN−R01を表し、X01、X02又はR01のうちいずれか一つが一般式(A)におけるL1を表し、X01およびX02はL1でないとき、アリール基又はヘテロアリール基を表し、各々異なっていても同一でも良い。R01はL1でないとき、アリール基またはヘテロアリール基を表す。 In General Formula (1), Y 01 represents O, S, or N—R 01, and any one of X 01 , X 02, or R 01 represents L1 in General Formula (A), and X 01 and X 02 When is not L1, it represents an aryl group or a heteroaryl group, which may be different or the same. When R 01 is not L1, it represents an aryl group or a heteroaryl group.

一般式(1)で表される化合物の好ましい化合物としては、下記一般式(5)で表される化合物が挙げられる。   As a preferable compound of the compound represented by General formula (1), the compound represented by following General formula (5) is mentioned.

一般式(5)において、Qはアルキル基(たとえば、メチル基、エチル基、ブチル基、ヘキシル基等)、アリール基またはヘテロアリール基(例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル基、1,2,3−トリアゾール−1−イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、ベンゾチアジアゾリル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったもの)を表し、アリール基またはヘテロアリール基がより好ましい。   In the general formula (5), Q is an alkyl group (for example, methyl group, ethyl group, butyl group, hexyl group, etc.), aryl group or heteroaryl group (for example, phenyl group, p-chlorophenyl group, mesityl group, tolyl group) , Xylyl, naphthyl, anthryl, azulenyl, acenaphthenyl, fluorenyl, phenanthryl, indenyl, pyrenyl, biphenylyl, pyridyl, pyrimidinyl, furyl, pyrrolyl, imidazolyl, benzimidazolyl, pyrazolyl Group, pyrazinyl group, triazolyl group (for example, 1,2,4-triazol-1-yl group, 1,2,3-triazol-1-yl group, etc.), oxazolyl group, benzoxazolyl group, thiazolyl group, Isoxazolyl, isothiazolyl, furazanyl, thie Group, quinolyl group, benzofuryl group, dibenzofuryl group, benzothienyl group, dibenzothienyl group, benzothiadiazolyl group, indolyl group, carbazolyl group, carbolinyl group, diazacarbazolyl group (the carboline ring of the carbolinyl group is One in which one of the constituent carbon atoms is replaced with a nitrogen atom), and an aryl group or a heteroaryl group is more preferable.

Xは酸素原子、硫黄原子またはN−Rxから選ばれ、Rxは置換、または無置換のアリールまたはヘテロアリール基(例えば、Qのアリール基またはヘテロアリール基の例と同様のものが挙げられる)を表す。R〜Rは水素原子、フッ素原子、シアノ基、アルキル基、置換または無置換のアリールまたはヘテロアリール基から選ばれる置換基を表し、隣接するRとRは連結して環を形成していても良い。 X is selected from an oxygen atom, a sulfur atom or N-Rx, and Rx is a substituted or unsubstituted aryl or heteroaryl group (for example, the same as the examples of the aryl group or heteroaryl group of Q) Represent. R 1 to R 7 represent a substituent selected from a hydrogen atom, a fluorine atom, a cyano group, an alkyl group, a substituted or unsubstituted aryl or heteroaryl group, and adjacent R 3 and R 4 are linked to form a ring. You may do it.

一般式(2)において、X21〜X28のいずれか1つは前記一般式(A)におけるL1を表し、X21〜X28はL1でないとき、水素原子または置換基を表し、各々異なっていても同一でも良い。置換基としては、一般式(A)においてQ1に置換しても良い置換基と同様のものが挙げられる。   In the general formula (2), any one of X21 to X28 represents L1 in the general formula (A), and when X21 to X28 are not L1, each represents a hydrogen atom or a substituent, good. Examples of the substituent include the same substituents that may be substituted with Q1 in the general formula (A).

一般式(3)において、A〜Aは各々独立に炭素原子または窒素原子を表す(但し、炭素である場合には、A〜A、A〜Aを有する環は共役二重結合を有する。)。Y31はMR3132、O、SまたはN−R33を表し、Mは炭素原子、ケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子または錫原子を表し、X31〜X38は水素原子または置換基を表し、各々異なっていても同一でも良い。置換基としては、一般式(A)においてQ1に置換しても良い置換基と同様のものが挙げられる。 In General Formula (3), A 1 to A 8 each independently represent a carbon atom or a nitrogen atom (provided that when it is carbon, the ring having A 1 to A 4 and A 5 to A 8 is conjugated Having a double bond). Y 31 represents MR 31 R 32 , O, S or N—R 33 , M represents a carbon atom, silicon atom, germanium atom, titanium atom or tin atom, and X 31 to X 38 represent a hydrogen atom or a substituent. Each may be different or the same. Examples of the substituent include the same substituents that may be substituted with Q1 in the general formula (A).

31、R32はアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、オクチル基等)またはアリール基(フェニル基等)を表し、R33はアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、オクチル基等)、アリール基(フェニル基等)、またはヘテロアリール基(ピリジル基等)を表す。Y31がMR3132の時は、R31,R32,X31〜X38のいずれか一つが一般式(A)における二価の連結基L1を表し、Y31がN−R33の時は、R33、X31〜X38のいずれか一つが一般式(A)におけるL1を表し、Y31がO又はSの時はX31〜X38のいずれか一つが一般式(A)におけるL1を表す。 R 31 and R 32 represent an alkyl group (methyl group, ethyl group, propyl group, octyl group, etc.) or an aryl group (phenyl group etc.), and R 33 represents an alkyl group (methyl group, ethyl group, propyl group, octyl group). Etc.), an aryl group (such as a phenyl group), or a heteroaryl group (such as a pyridyl group). When Y 31 is MR 31 R 32 , any one of R 31 , R 32 , X 31 to X 38 represents the divalent linking group L1 in the general formula (A), and Y 31 is N—R 33 . When, R 33 , any one of X 31 to X 38 represents L1 in the general formula (A), and when Y 31 is O or S, any one of X 31 to X 38 is the general formula (A). L1 in

一般式(4)において、n01は0または1を表し、X41〜X45は置換基を表し、各々異なっていても同一でも良い。X45〜X44の内いずれか一つが一般式(A)におけるL1を表す。置換基としては、一般式(A)においてQ1に置換しても良い置換基と同様のものが挙げられる。隣接するX41〜X45は結合して環を形成してもよい。 In the general formula (4), n 01 represents 0 or 1, and X 41 to X 45 represent substituents, which may be different or the same. Any one of X 45 to X 44 represents L1 in the general formula (A). Examples of the substituent include the same substituents that may be substituted with Q1 in the general formula (A). Adjacent X 41 to X 45 may combine to form a ring.

以下に一般式(A)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。   Specific examples of the compound represented by formula (A) are shown below, but the present invention is not limited thereto.

本発明に用いられる化合物は、当業者であれば公知の製造方法を参考に容易に合成することが可能であるが、例えば以下の様な方法で合成できる。   The compound used in the present invention can be easily synthesized by those skilled in the art with reference to a known production method. For example, the compound can be synthesized by the following method.

(合成例1:化合物例06の合成方法)   (Synthesis Example 1: Synthesis Method of Compound Example 06)

(合成例2:化合物例35の合成方法)   (Synthesis Example 2: Synthesis Method of Compound Example 35)

(合成例3:化合物例60の合成方法)   (Synthesis Example 3: Synthesis Method of Compound Example 60)

(合成例4:化合物例113の合成方法)   (Synthesis Example 4: Synthesis Method of Compound Example 113)

本発明の電子輸送層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。   The means for forming the electron transport layer of the present invention may be either a vacuum vapor deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method.

即ち、本発明において、本発明の有機光電変換素子を製造する方法としては、上記の電子輸送層に含まれる成分を含有する電子輸送層用塗布液を用いて電子輸送層を形成する電子輸送層形成工程を有する製造方法が好ましく適用できる。   That is, in the present invention, as a method for producing the organic photoelectric conversion element of the present invention, an electron transport layer is formed by using an electron transport layer coating liquid containing the components contained in the electron transport layer. A production method having a forming step is preferably applicable.

この際に使用する塗布方法に制限はないが、例えば、スピンコート法、溶液からのキャスト法、ディップコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、スプレーコート法等が挙げられる。さらには、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法でパターニングすることもできる。   Although there is no restriction | limiting in the application | coating method used in this case, For example, a spin coat method, the cast method from a solution, a dip coat method, a wire bar coat method, a gravure coat method, a spray coat method etc. are mentioned. Furthermore, patterning can also be performed by a printing method such as an ink jet method, a screen printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, or a flexographic printing method.

形成される電子輸送層の膜厚としては5nm〜5μm、好ましくは5〜200nmである。   The film thickness of the formed electron transport layer is 5 nm to 5 μm, preferably 5 to 200 nm.

本発明においては、一般式(1)で表される化合物を電子輸送層に含有することで、フィルファクター(曲線因子)および光電変換効率を向上することができる。   In this invention, a fill factor (curve factor) and photoelectric conversion efficiency can be improved by containing the compound represented by General formula (1) in an electron carrying layer.

本発明の効果の原因は定かではないが、本発明の光電変換素子を作成する際に、縮合環の数が4〜10である多環芳香族官能基を有する化合物を電子輸送層として成膜した上にフラーレンを含有する光電変換層を溶液塗布で成膜するため、縮合環の数が4〜10である多環芳香族官能基とフラーレンが相互作用し、電子輸送側にフラーレンが偏析し、結果として電荷の再結合が抑制され、前述の効果が得られたと推定している。   Although the cause of the effect of the present invention is not certain, when forming the photoelectric conversion device of the present invention, a film having a polycyclic aromatic functional group having 4 to 10 condensed rings is formed as an electron transport layer. In addition, since a photoelectric conversion layer containing fullerene is formed by solution coating, a polycyclic aromatic functional group having 4 to 10 condensed rings interacts with fullerene, and fullerene segregates on the electron transport side. As a result, it is presumed that the recombination of charges is suppressed and the above-mentioned effect is obtained.

本発明の電子輸送層は、本発明の一般式(A)で表される化合物以外に、公知の電子輸送材料を複数含有しても良い。公知の電子輸送材料としては特に限定されないが、電子注入効率が高く、電子を効率良く輸送することが望ましく、具体的にはキノリノール誘導体金属錯体(8−ヒドロキシキノリンアルミニウム等)、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類(ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸ジイミド等)、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、フラーレン類(C60,C70等)などがあげられる。   The electron transport layer of the present invention may contain a plurality of known electron transport materials in addition to the compound represented by the general formula (A) of the present invention. Although it does not specifically limit as a well-known electron transport material, It is desirable for electron injection efficiency to be high and to transport an electron efficiently, Specifically, a quinolinol derivative metal complex (8-hydroxyquinoline aluminum etc.), condensed ring tetracarboxylic acid Diimides (naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid diimide, etc.), oxadiazole derivatives, triazole derivatives, phenanthroline derivatives, fullerenes (C60) , C70, etc.).

本発明に係る電子輸送層は、アルカリ金属(リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム等)またはその塩、アルカリ土類金属(カルシウム、ストロンチウム等)またはその塩などを添加して層を形成してもよい。これらの添加方法としては、あらかじめ有機層を形成しておき、気相ドーピングや液層ドーピング法によって後から形成する方法、有機層の形成時に共蒸着法、二元ターゲットを用いたスパッタリングや混合溶液の塗布法により同時に形成する方法が挙げられるが、特に限定されるものではない。   The electron transport layer according to the present invention may be formed by adding an alkali metal (lithium, sodium, potassium, cesium, etc.) or a salt thereof, an alkaline earth metal (calcium, strontium, etc.) or a salt thereof. . As these addition methods, a method of forming an organic layer in advance and forming it later by vapor phase doping or liquid layer doping, a co-evaporation method at the time of forming the organic layer, sputtering or a mixed solution using a binary target Although the method of forming simultaneously by these apply | coating methods is mentioned, It does not specifically limit.

〔p型半導体材料〕
本発明の光電変換層(バルクヘテロジャンクション層)に用いられるp型半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族低分子化合物や共役ポリマーが挙げられる。
[P-type semiconductor materials]
Examples of the p-type semiconductor material used for the photoelectric conversion layer (bulk heterojunction layer) of the present invention include various condensed polycyclic aromatic low molecular compounds and conjugated polymers.

縮合多環芳香族化合物としては、例えば、オリゴチオフェン、オリゴパラフェニレン、フルオレン、カルバゾール、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、チエノチオフェン、ベンゾジチオフェン、シクロペンタジチオフェン、ジチエノピロール、ジチエノシロール、ジチエノナフタレン、ベンゾチオフェノベンゾチオフェン、アントラジチオフェン、チエノピラジン、ベンゾチアジアゾール、ジケトピロロピロール、ピラゾロトリアゾール等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、ビスエチレンジチアテトラチアフルバレン(BEDTTTF)、およびこれらの誘導体等を挙げることができる。   Examples of the condensed polycyclic aromatic compound include oligothiophene, oligoparaphenylene, fluorene, carbazole, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, Ovalene, circumcamanthracene, bisanthene, zestrene, heptazethrene, pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, thienothiophene, benzodithiophene, cyclopentadithiophene, dithienopyrrole, dithienosilole, dithienonaphthalene, benzothiophenobenzothiophene Compounds such as tradithiophene, thienopyrazine, benzothiadiazole, diketopyrrolopyrrole, pyrazolotriazole, Firin, copper phthalocyanine, tetrathiafulvalene (TTF) - tetracyanoquinodimethane (TCNQ), bis-ethylenedioxy-thia tetrathiafulvalene (BEDTTTF), and may be derivatives thereof.

なお、低分子化合物とは、化合物の分子量に分布のない、単一分子であることを意味する。他方、高分子化合物とは、所定のモノマーを反応させることによって一定の分子量分布を有する化合物の集合体であることを意味する。しかし、実用上分子量によって定義をする際には、好ましくは分子量が5000以上の化合物を高分子化合物と区分する。より好ましくは10000以上、さらに好ましくは30000以上である。他方、高分子量になるほど溶解性が低下するため、分子量は100万以下、より好ましくは10万以下であることが好ましい。なお、分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定することができる。また、分子量に応じた精製も分取用のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で精製することができる。   The low molecular compound means a single molecule having no distribution in the molecular weight of the compound. On the other hand, the polymer compound means an aggregate of compounds having a certain molecular weight distribution by reacting a predetermined monomer. However, in practical terms, when defining by molecular weight, a compound having a molecular weight of 5000 or more is preferably classified as a polymer compound. More preferably, it is 10,000 or more, More preferably, it is 30000 or more. On the other hand, since the solubility decreases as the molecular weight increases, the molecular weight is preferably 1,000,000 or less, more preferably 100,000 or less. The molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC). Purification according to molecular weight can also be performed by preparative gel permeation chromatography (GPC).

より好ましいp型半導体材料としては、ドナーユニットとアクセプターユニットが共重合された、ドナー・アクセプター型の共役ポリマーである。このようなポリマーは、吸収波長が長波長まで伸び、広い範囲の太陽光を吸収できるため、高い電流密度の発生が期待できる。   A more preferable p-type semiconductor material is a donor-acceptor type conjugated polymer in which a donor unit and an acceptor unit are copolymerized. Since such a polymer has an absorption wavelength that extends to a long wavelength and can absorb a wide range of sunlight, generation of a high current density can be expected.

このようなポリマーの例としては、例えば、下記構造式で表されるポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)等のポリチオフェン、Nature Mat.,(2006),vol.5,p328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、国際公開第08/664号パンフレットに記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv Mater.,2007,p4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体、Nature Mat.,vol.6(2007),p497に記載のポリ(シクロペンタジチオフェン−ベンゾチアジアゾール)共重合体(PCPDTBT)等、US2008087324号公報に記載のポリ(シラシクロペンタジチオフェン−ベンゾチアジアゾール)共重合体、Adv.Mater.2010,p22に記載のポリ(ベンゾジチオフェン−チエノチオフェン)共重合体、Adv.Mater.2007,19,p2295に記載のポリカルバゾール誘導体、等を挙げることができる。   Examples of such polymers include, for example, polythiophenes such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) represented by the following structural formula, Nature Mat. , (2006), vol. 5, p328, polythiophene-thienothiophene copolymer, polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO08 / 664, Adv Mater. , 2007, p4160, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer, Nature Mat. , Vol. 6 (2007), p497, poly (cyclopentadithiophene-benzothiadiazole) copolymer (PCPDTBT), and the like, poly (silacyclopentadithiophene-benzothiadiazole) copolymer described in US20080873324, Adv. Mater. 2010, p22, poly (benzodithiophene-thienothiophene) copolymer, Adv. Mater. And polycarbazole derivatives described in 2007, 19, p2295, and the like.

これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、かつ乾燥後は結晶性薄膜を形成し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。   Among these compounds, compounds that have high solubility in organic solvents to the extent that solution processing is possible, can form a crystalline thin film after drying, and can achieve high mobility are preferable.

また、光電変換層上に正孔輸送層を塗布で製膜する場合、正孔輸送層溶液が光電変換層を溶かしてしまうという課題があるため、溶液プロセスで塗布した後に不溶化できるような材料を用いても良い。   In addition, when a hole transport layer is formed on a photoelectric conversion layer by coating, there is a problem that the hole transport layer solution dissolves the photoelectric conversion layer. Therefore, a material that can be insolubilized after coating by a solution process is used. It may be used.

このような材料としては、Technical Digest of the International PVSEC−17,Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェンのような、塗布後に塗布膜を重合架橋して不溶化できる材料、または米国特許出願公開第2003/136964号、および特開2008−16834等に記載されているような、熱等のエネルギーを加えることによって可溶性置換基が反応して不溶化する(顔料化する)材料などを挙げることができる。   Examples of such materials include materials that can be insolubilized by polymerizing the coating film after coating, such as polythiophene having a polymerizable group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Or a material in which soluble substituents react and become insoluble (pigmented) by applying energy such as heat, as described in US Patent Application Publication No. 2003/136964, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-16834 And so on.

[n型半導体材料]
本発明に係る光電変換層に用いられるn型半導体材料は、フラーレン誘導体を含むn型半導体材料である。
[N-type semiconductor materials]
The n-type semiconductor material used for the photoelectric conversion layer according to the present invention is an n-type semiconductor material containing a fullerene derivative.

フラーレン誘導体としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等、およびこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基、シリル基等によって置換されたフラーレン誘導体を挙げることができる。   Fullerene derivatives include fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotubes, multi-walled nanotubes, single-walled nanotubes, nanohorns (conical), and the like. Partially by hydrogen atom, halogen atom, substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, cycloalkyl group, silyl group, ether group, thioether group, amino group, silyl group, etc. Examples thereof include substituted fullerene derivatives.

中でもN−Methylfulleropyrrolidine、下記構造式で表される[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PCBM)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nブチルエステル(PCBnB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−イソブチルエステル(PCBiB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−n−ヘキシルエステル(PCBH)、Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116等に記載のbis−PCBM、特開2006−199674号公報等のアミノ化フラーレン、特開2008−130889号公報等のメタロセン化フラーレン、米国特許第7,329,709号明細書等の環状エーテル基を有するフラーレン、J.Amer.Chem.Soc.,(2009)voL130,p15429に記載のSIMEF、Appl.Phys.Lett.,Vol.87(2005)、p203504に記載のC60MC12等のような、置換基を有してより溶解性が向上したフラーレン誘導体を用いることが好ましい。   Among them, N-methylfullropyrrolidine, [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (abbreviated as PCBM), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-n-butyl ester (PCBnB) represented by the following structural formula [6,6] -phenyl C61-butyric acid-isobutyl ester (PCBiB), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-n-hexyl ester (PCBH), Adv. Mater. , Vol. 20 (2008), p2116, etc., aminated fullerenes such as JP-A 2006-199674, metallocene fullerenes such as JP-A 2008-130889, US Pat. No. 7,329,709, etc. Fullerene having a cyclic ether group such as Amer. Chem. Soc. (2009) voL130, p15429, SIMEF, Appl. Phys. Lett. , Vol. 87 (2005), C60MC12 described in p203504, and the like. It is preferable to use a fullerene derivative having a substituent and having improved solubility.

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

この際に使用する塗布方法に制限はないが、例えば、スピンコート法、溶液からのキャスト法、ディップコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、スプレーコート法等が挙げられる。さらには、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法でパターニングすることもできる。   Although there is no restriction | limiting in the application | coating method used in this case, For example, a spin coat method, the cast method from a solution, a dip coat method, a wire bar coat method, a gravure coat method, a spray coat method etc. are mentioned. Furthermore, patterning can also be performed by a printing method such as an ink jet method, a screen printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, or a flexographic printing method.

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

光電変換層は、電子受容体と電子供与体とが均一に混在された単一層で構成してもよいが、電子受容体と電子供与体との混合比を変えた複数層で構成してもよい。この場合、前述したような塗布後に不溶化できるような材料を用いることで形成することが可能となる。   The photoelectric conversion layer may be composed of a single layer in which an electron acceptor and an electron donor are uniformly mixed, or may be composed of a plurality of layers in which the mixing ratio of the electron acceptor and the electron donor is changed. Good. In this case, it can be formed by using a material that can be insolubilized after coating as described above.

光電変換層の膜厚としては2nm〜5μm、好ましくは2〜200nm、更に好ましくは5〜20nmである。   The film thickness of the photoelectric conversion layer is 2 nm to 5 μm, preferably 2 to 200 nm, more preferably 5 to 20 nm.

〔正孔輸送層〕
本発明の有機光電変換素子は、光電変換層と陽極との間には正孔輸送層を有することが好ましい。
(Hole transport layer)
The organic photoelectric conversion element of the present invention preferably has a hole transport layer between the photoelectric conversion layer and the anode.

正孔輸送層には、スタルクヴイテック製、商品名BaytronP等のPEDOT(ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン)−PSS(ポリスチレンスルホン酸)、ポリアニリンおよびそのドープ材料、国際公開第06/019270号パンフレット等に記載のシアン化合物、などを用いることができる。   For the hole transport layer, PEDOT (poly-3,4-ethylenedioxythiophene) -PSS (polystyrene sulfonic acid), such as trade name BaytronP, manufactured by Stark Vitec, polyaniline and its doping material, International Publication No. 06/019270 Cyanide compounds described in No. pamphlets and the like can be used.

なお、光電変換層に用いられるn型半導体材料のLUMO準位よりも浅いLUMO準位を有する正孔輸送層には、光電変換層で生成した電子を陽極側には流さないような整流効果を有する、電子ブロック機能が付与される。このような正孔輸送層は電子ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する正孔輸送層を使用する方が好ましい。   Note that the hole transport layer having a LUMO level shallower than the LUMO level of the n-type semiconductor material used for the photoelectric conversion layer has a rectifying effect that prevents electrons generated in the photoelectric conversion layer from flowing to the anode side. It has an electronic block function. Such a hole transport layer is also called an electron block layer, and it is preferable to use a hole transport layer having such a function.

このような材料としては、特開平5−271166号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。また、光電変換層に用いたp型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。光電変換層を形成する前に、下層に塗布膜を形成すると塗布面をレベリングする効果があり、リーク等の影響が低減するため好ましい。   As such a material, a triarylamine compound described in JP-A-5-271166 or a metal oxide such as molybdenum oxide, nickel oxide, or tungsten oxide can be used. Moreover, the layer which consists of a p-type semiconductor material single-piece | unit used for the photoelectric converting layer can also be used. The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method. Forming a coating film in the lower layer before forming the photoelectric conversion layer is preferable because it has the effect of leveling the coating surface and reduces the influence of leakage and the like.

また、同様に正孔を輸送する特性から10−4よりも高い正孔移動度を有していることが好ましく、また電子を阻止する特性から、電子移動度が10−6よりも低い化合物を用いることが好ましい。 Similarly, it preferably has a hole mobility higher than 10 −4 due to the property of transporting holes, and a compound with electron mobility lower than 10 −6 due to the property of blocking electrons. It is preferable to use it.

正孔輸送層の膜厚については5nm〜5μm、好ましくは5〜200nmの範囲が好ましい。   About the film thickness of a positive hole transport layer, 5 nm-5 micrometers, Preferably the range of 5-200 nm is preferable.

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

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

また、透光性があるかどうかといった機能から、透光性のある電極を透明電極と呼び、透光性のない電極を対電極と呼ぶ。本発明においては、逆層構成であるため、陰極は透明電極であり、陽極は透明性を必要とはしない。   In addition, the translucent electrode is called a transparent electrode and the non-translucent electrode is called a counter electrode because of the function of whether or not it has translucency. In this invention, since it is a reverse layer structure, a cathode is a transparent electrode and an anode does not require transparency.

〔陰極(透明電極)〕
本発明の陰極(透明電極)は、380〜800nmの光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、AZO、FTO、SnO、ZnO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au、Pt等の非常に薄い金属層または金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ等のナノワイヤやナノ粒子を含有する層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等を用いることができる。
[Cathode (transparent electrode)]
The cathode (transparent electrode) of the present invention is an electrode that transmits light of 380 to 800 nm. Examples of the material include transparent metal oxides such as indium tin oxide (ITO), AZO, FTO, SnO 2 , ZnO, and titanium oxide, very thin metal layers such as Ag, Al, Au, and Pt, metal nanowires, and carbon Nanowires such as nanotubes, layers containing nanoparticles, conductive polymer materials such as PEDOT: PSS, polyaniline, and the like can be used.

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

陰極は導電材単独層であってもよいが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用してもよい。   The cathode may be a single layer of a conductive material, but in addition to a conductive material, a resin that holds these may be used in combination.

〔陽極〕
陰極である透明電極の仕事関数がおよそ−5.0〜−4.0eVであるため、バルクヘテロジャンクション層で生成したキャリアが拡散してそれぞれの電極に到達するためには、ビルトインポテンシャル、すなわちアノードとカソード間の仕事関数の差がなるべく大きいことが好ましい。
〔anode〕
Since the work function of the transparent electrode as the cathode is about −5.0 to −4.0 eV, the carriers generated in the bulk heterojunction layer diffuse and reach each electrode. It is preferable that the work function difference between the cathodes is as large as possible.

したがって、陽極の導電材としては、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、金、銀、銅、白金、ロジウム、インジウム、ニッケル、パラジウム等が挙げられる。   Therefore, as the conductive material for the anode, a material having a work function of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof is used. Specific examples of such an electrode material include gold, silver, copper, platinum, rhodium, indium, nickel, palladium, and the like.

これらの中で、正孔の取り出し性能、光の反射率、および酸化等に対する耐久性の点から、銀が最も好ましい。   Among these, silver is most preferable from the viewpoint of hole extraction performance, light reflectivity, and durability against oxidation and the like.

陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。   The anode can be produced by forming a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 μm, preferably 50 to 200 nm.

〔中間電極〕
また、前記図3のようなタンデム構成の場合に必要となる中間電極の材料としては、透明性と導電性を併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、前記陽極で用いたような材料(ITO、AZO、FTO、SnO、ZnO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au、Pt等の非常に薄い金属層または金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ等のナノワイヤやナノ粒子を含有する層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等)を用いることができる。
[Intermediate electrode]
The intermediate electrode material required in the case of the tandem structure as shown in FIG. 3 is preferably a layer using a compound having both transparency and conductivity. Transparent metal oxides such as ITO, AZO, FTO, SnO 2 , ZnO and titanium oxide, very thin metal layers such as Ag, Al, Au and Pt, or layers containing nanowires and nanoparticles such as metal nanowires and carbon nanotubes PEDOT: PSS, conductive polymer materials such as polyaniline, etc.) can be used.

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

〔基板〕
基板側から光電変換される光が入射するため、基板はこの光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。
〔substrate〕
Since light that is photoelectrically converted enters from the substrate side, the substrate is a member that can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, is transparent to the wavelength of the light to be photoelectrically converted.

基板は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が好適に挙げられるが、軽量性と柔軟性の観点から透明樹脂フィルムを用いることが望ましい。基板として好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限がなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。   As the substrate, for example, a glass substrate, a resin substrate and the like are preferably mentioned, but it is desirable to use a transparent resin film from the viewpoint of light weight and flexibility. There is no restriction | limiting in particular in the transparent resin film which can be preferably used as a board | substrate, About the material, a shape, a structure, thickness, etc., it can select suitably from well-known things.

例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができるが、可視域の波長(380〜800nm)における透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本発明に係る透明樹脂フィルムに好ましく適用することができる。   For example, polyolefins such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyester resin film such as modified polyester, polyethylene (PE) resin film, polypropylene (PP) resin film, polystyrene resin film, cyclic olefin resin, etc. Resin films, vinyl resin films such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, polyether ether ketone (PEEK) resin films, polysulfone (PSF) resin films, polyether sulfone (PES) resin films, polycarbonate (PC) resin films , Polyamide resin film, polyimide resin film, acrylic resin film, triacetyl cellulose (TAC) resin film, and the like. If the resin film transmittance of 80% or more in from zero to eight hundred nanomolar), can be preferably applied to a transparent resin film according to the present invention.

中でも、透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度およびコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリカーボネートフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであることがより好ましい。   Among these, from the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost, it is preferably a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film, a polyethersulfone film, or a polycarbonate film. More preferred are a stretched polyethylene terephthalate film and a biaxially stretched polyethylene naphthalate film.

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

また、酸素および水蒸気の透過を抑制する目的で、透明基板にはバリアコート層が予め形成されていてもよいし、基板の反対側にはハードコート層が予め形成されていてもよい。   In addition, for the purpose of suppressing permeation of oxygen and water vapor, a barrier coat layer may be formed in advance on the transparent substrate, or a hard coat layer may be formed in advance on the opposite side of the substrate.

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

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

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

マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付き、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。   As an example of the microlens array, quadrangular pyramids having a side of 30 μm and an apex angle of 90 degrees are two-dimensionally arranged on the light extraction side of the substrate. One side is preferably 10 to 100 μm. If it is smaller than this, the effect of diffraction is generated and colored.

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

〔パターニング〕
本発明に係る陰極、陽極、光電変換層、正孔輸送層、電子輸送層等をパターニングする方法やプロセスには特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。
[Patterning]
There is no particular limitation on the method and process for patterning the cathode, anode, photoelectric conversion layer, hole transport layer, electron transport layer and the like according to the present invention, and known methods can be appropriately applied.

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

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

〔封止〕
また、作製した有機光電変換素子が環境中の酸素、水分等で劣化しないために、ガスバリア性の材料で封止することが好ましい。
[Sealing]
Moreover, it is preferable to seal with the gas barrier material so that the produced organic photoelectric conversion element does not deteriorate with oxygen, moisture, etc. in the environment.

例えば、アルミまたはガラスでできたキャップを接着剤によって接着することによって封止する手法、アルミニウム、酸化珪素、酸化アルミニウム等のガスバリア層が形成されたプラスチックフィルムと有機光電変換素子上を接着剤で貼合する手法、ガスバリア性の高い有機高分子材料(ポリビニルアルコール等)をスピンコートする方法、ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化珪素、酸化アルミニウム等)または有機膜(パリレン等)を真空下で堆積する方法、およびこれらを複合的に積層する方法等を挙げることができる。   For example, a method of sealing a cap made of aluminum or glass by bonding with an adhesive, a plastic film on which a gas barrier layer such as aluminum, silicon oxide, or aluminum oxide is formed and an organic photoelectric conversion element are pasted with an adhesive. Method, spin coating of organic polymer material with high gas barrier property (polyvinyl alcohol, etc.), inorganic thin film with high gas barrier property (silicon oxide, aluminum oxide, etc.) or organic film (parylene etc.) are deposited under vacuum. Examples thereof include a method and a method of laminating these in a composite manner.

(太陽電池)
上記本発明の有機光電変換素子は、必要に応じ筐体、電流取り出し回路などを付加することで、太陽電池として用いられる。
(Solar cell)
The organic photoelectric conversion element of the present invention is used as a solar cell by adding a case, a current extraction circuit, and the like as necessary.

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

実施例1
〔有機光電変換素子SC−101の作製:比較例〕
特許文献1(特開2009−146981号公報)を参考として、逆層型の有機光電変換素子を作製した。
Example 1
[Production of Organic Photoelectric Conversion Device SC-101: Comparative Example]
With reference to Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-146981), an inverted layer type organic photoelectric conversion element was produced.

ガラス基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を110nm堆積したもの(表面抵抗率13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて2mm幅にパターニングして、透明電極を形成した。   On a glass substrate, an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited with a thickness of 110 nm (surface resistivity 13 Ω / □) is patterned to a width of 2 mm using a normal photolithography technique and hydrochloric acid etching, A transparent electrode was formed.

パターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。   The patterned transparent electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning.

次いで基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下でこの透明基板上に、以下の手順で作製した150mM/LのTiOx前駆体溶液をスピンコート(回転速度2000rpm,回転時間60s)し、所定のパターンに拭き取りを行った。   Next, the substrate is brought into a glove box, and a 150 mM / L TiOx precursor solution prepared by the following procedure is spin-coated (rotation speed 2000 rpm, rotation time 60 s) on the transparent substrate in a nitrogen atmosphere, and a predetermined pattern is obtained. Wipe off.

次に、空気中で放置してTiOx前駆体を加水分解させた。次に、TiOx前駆体を150℃で1時間加熱処理して30nmのTiOx層を得た。   Next, the TiOx precursor was hydrolyzed by being left in the air. Next, the TiOx precursor was heat-treated at 150 ° C. for 1 hour to obtain a 30 nm TiOx layer.

《TiOx前駆体の調製:ゾルゲル法》
先ず、100ml三口フラスコに2−メトキシエタノール12.5mlと、6.25mmolのチタニウムテトライソプロポキシドとを入れ、氷浴中で10分間冷却した。次に、12.5mmolのアセチルアセトンをゆっくり加えて、氷浴中で10分間撹拌した。次に、混合溶液を80℃で2時間加熱後、1時間還流した。最後に、室温まで冷却し、メトキシエタノールを用いて所定の濃度(150mM/L)に調整した。TiOx前駆体を得た。なお、上記工程は全て窒素雰囲気で行った。
<< Preparation of TiOx precursor: Sol-gel method >>
First, 12.5 ml of 2-methoxyethanol and 6.25 mmol of titanium tetraisopropoxide were placed in a 100 ml three-necked flask and cooled in an ice bath for 10 minutes. Next, 12.5 mmol of acetylacetone was slowly added and stirred in an ice bath for 10 minutes. Next, the mixed solution was heated at 80 ° C. for 2 hours and then refluxed for 1 hour. Finally, it was cooled to room temperature and adjusted to a predetermined concentration (150 mM / L) using methoxyethanol. A TiOx precursor was obtained. The above steps were all performed in a nitrogen atmosphere.

次いで、TiOx層の上に、クロルベンゼンにp型半導体材料として、P3HT(プレクトストロニクス製、プレックスコアOS2100)を1.0質量%、n型半導体材料としてPCBM(フロンティアカーボン製、Nanon Spectra E100H)を0.8質量%、溶解した液を作製し、押し出しコーターで、乾燥膜厚が100nmになるように塗布し、乾燥することで光電変換層を得た。   Next, on the TiOx layer, 1.0% by mass of P3HT (Plextronics, Plexcore OS2100) is used as a p-type semiconductor material on chlorobenzene, and PCBM (Nonon Spectra E100H, manufactured by Frontier Carbon) is used as an n-type semiconductor material. A 0.8 wt% dissolved solution was prepared, applied with an extrusion coater so that the dry film thickness was 100 nm, and dried to obtain a photoelectric conversion layer.

次に、有機半導体層の上に有機溶剤系PEDOT:PSSの分散液(化研産業製、エノコートHC200)をスピンコート(2000rpm,60s)し風乾して正孔輸送層を成膜した。   Next, an organic solvent-based PEDOT: PSS dispersion (Enocoat HC200, manufactured by Kaken Sangyo Co., Ltd.) was spin-coated (2000 rpm, 60 s) on the organic semiconductor layer and air-dried to form a hole transport layer.

次に、導電性ポリマー層の上に銀電極層を膜厚約100nmになるように真空蒸着を行ったのち、150℃で10分間加熱処理を行うことで、逆層型の有機光電変換素子を作製した。   Next, after vacuum-depositing a silver electrode layer on the conductive polymer layer so as to have a film thickness of about 100 nm, a heat treatment is performed at 150 ° C. for 10 minutes, so that the reverse layer type organic photoelectric conversion element is obtained. Produced.

〔有機光電変換素子SC−102の作製:比較例〕
ガラス基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を110nm堆積したもの(表面抵抗率13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて2mm幅にパターニングして、透明電極を形成した。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-102: Comparative Example]
On a glass substrate, an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited with a thickness of 110 nm (surface resistivity 13 Ω / □) is patterned to a width of 2 mm using a normal photolithography technique and hydrochloric acid etching, A transparent electrode was formed.

パターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。   The patterned transparent electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning.

次にこの透明電極を成膜した基材を真空蒸着機中に持ち込み、透明電極の上に比較化合物1を20nmの膜厚になるように蒸着することで、電子輸送層(正孔ブロック層)を製膜した。   Next, the substrate on which the transparent electrode is formed is brought into a vacuum vapor deposition machine, and the comparative compound 1 is deposited on the transparent electrode so as to have a film thickness of 20 nm, thereby forming an electron transport layer (hole blocking layer). Was formed.

次いで、正孔ブロック層上に、クロルベンゼンにp型半導体材料として、P3HT(プレクトストロニクス製、プレックスコアOS2100)を1.0質量%、n型半導体材料としてPCBM(フロンティアカーボン製、Nanon Spectra E100H)を0.8質量%、溶解した液を押し出しコーターで乾燥膜厚が100nmになるように成膜し、光電変換層を得た。   Next, on the hole blocking layer, 1.0% by mass of P3HT (Plextronics, Plexcore OS2100) is used as a p-type semiconductor material on chlorobenzene, and PCBM (Frontier Carbon, Nano Spectra E100H is used as an n-type semiconductor material. ) Was dissolved in 0.8 mass%, and a film was formed by an extrusion coater so that the dry film thickness was 100 nm, to obtain a photoelectric conversion layer.

次に、有機半導体層の上に有機溶剤系PEDOT:PSSの分散液(化研産業製、エノコートHC200)をスピンコート(2000rpm,60s)し風乾して正孔輸送層を成膜した。   Next, an organic solvent-based PEDOT: PSS dispersion (Enocoat HC200, manufactured by Kaken Sangyo Co., Ltd.) was spin-coated (2000 rpm, 60 s) on the organic semiconductor layer and air-dried to form a hole transport layer.

次に、導電性ポリマー層の上に銀電極層を膜厚約100nmになるように真空蒸着を行ったのち、150℃で10分間加熱処理を行うことで、逆層型の有機光電変換素子SC−102を作製した。   Next, after vacuum-depositing a silver electrode layer on the conductive polymer layer so as to have a film thickness of about 100 nm, a heat treatment is performed at 150 ° C. for 10 minutes, whereby a reverse layer type organic photoelectric conversion element SC is obtained. -102 was produced.

〔有機光電変換素子SC−103(比較例)、及びSC−104〜111(本発明)の作製〕
有機光電変換素子SC−102の作製において、比較化合物1を表1に示す化合物に変更した以外は有機光電変換素子SC−102と同様にして、有機光電変換素子SC−103〜118までそれぞれ作製した。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Device SC-103 (Comparative Example) and SC-104 to 111 (Invention)]
In the production of the organic photoelectric conversion element SC-102, organic photoelectric conversion elements SC-103 to 118 were produced in the same manner as the organic photoelectric conversion element SC-102 except that the comparative compound 1 was changed to the compounds shown in Table 1. .

〔有機光電変換素子SC−101〜SC−118の評価〕
得られた有機光電変換素子SC−101〜SC−118は、エポキシ樹脂とガラスキャップで封止を行い、下記の変換効率、および耐久性の評価を行った。
[Evaluation of Organic Photoelectric Conversion Elements SC-101 to SC-118]
The obtained organic photoelectric conversion elements SC-101 to SC-118 were sealed with an epoxy resin and a glass cap, and the following conversion efficiency and durability were evaluated.

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

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

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

表1から、本発明の有機光電変換素子は、曲線因子およびVocが良好で、光電変換効率が優れ、耐久性も良好であることが分かる。   From Table 1, it can be seen that the organic photoelectric conversion element of the present invention has good fill factor and Voc, excellent photoelectric conversion efficiency, and good durability.

10 有機光電変換素子
11 基板
12 透明電極
13 対極
14、14′ 光電変換層
15 電荷再結合層
16 第2の光電変換層
17 正孔輸送層
18 電子輸送層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Organic photoelectric conversion element 11 Board | substrate 12 Transparent electrode 13 Counter electrode 14, 14 'Photoelectric conversion layer 15 Charge recombination layer 16 2nd photoelectric conversion layer 17 Hole transport layer 18 Electron transport layer

Claims (2)

基板、陰極、電子輸送層、p型半導体材料とフラーレン誘導体を含むn型半導体材料とを含有するバルクヘテロジャンクション型の光電変換層、および陽極をこの順に有する有機光電変換素子であって、該光電変換層は該陰極側からの入射光で光電変換を行う光電変換層であり、該電子輸送層は該光電変換層に隣接し、下記一般式(A)で表される化合物を含有することを特徴とする有機光電変換素子。
一般式(A):Q1−L1−Q2
「式中、下記(2)の要件を満足するものである。
(2)Q1−L1部分が、下記一般式(4)で表され、Q2はフルオランテン、ピレン、クリセン、トリフェニレン、ペリレンまたはコラヌレンの残基を表す。」
「式中、n01は0または1を表し、X41〜X45は置換基(但し、X41〜X45は結合して環を形成しない)を表し、各々異なっていても同一でも良い。X41〜X45の内いずれか一つがアルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、アルケニレン基、−O−、−S−、−CO−、−SO −、−NHCO−、−CONH−、−SiR −(R およびR は各々アルキル基又はアリール基を表す。)、もしくはこれらの基の組み合わせから選ばれる2価の連結基または単なる結合手を表す。」
An organic photoelectric conversion element having a substrate, a cathode, an electron transport layer, a bulk heterojunction type photoelectric conversion layer containing a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material containing a fullerene derivative, and an anode in this order. The layer is a photoelectric conversion layer that performs photoelectric conversion with incident light from the cathode side, and the electron transport layer is adjacent to the photoelectric conversion layer and contains a compound represented by the following general formula (A) An organic photoelectric conversion element.
Formula (A): Q1-L1-Q2
During the "formula, it is intended to satisfy the requirements of the lower SL (2).
(2) The Q1-L1 moiety is represented by the following general formula (4), and Q2 represents a residue of fluoranthene, pyrene, chrysene, triphenylene, perylene, or coranulene . "
“Wherein n 01 represents 0 or 1, and X 41 to X 45 represent substituents (provided that X 41 to X 45 do not form a ring by bonding), and may be different or the same. Any one of X 41 to X 45 is an alkylene group, an arylene group, a heteroarylene group, an alkenylene group, —O—, —S—, —CO—, —SO 2 —, —NHCO—, —CONH—, — SiR 1 R 2 — (R 1 and R 2 each represents an alkyl group or an aryl group), or a divalent linking group selected from a combination of these groups or a simple bond
請求項1に記載の有機光電変換素子を具備することを特徴とする太陽電池。

A solar cell comprising the organic photoelectric conversion device according to claim 1 .

JP2010236242A 2010-10-21 2010-10-21 Organic photoelectric conversion element and solar cell Expired - Fee Related JP5699524B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010236242A JP5699524B2 (en) 2010-10-21 2010-10-21 Organic photoelectric conversion element and solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010236242A JP5699524B2 (en) 2010-10-21 2010-10-21 Organic photoelectric conversion element and solar cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012089725A JP2012089725A (en) 2012-05-10
JP5699524B2 true JP5699524B2 (en) 2015-04-15

Family

ID=46261010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010236242A Expired - Fee Related JP5699524B2 (en) 2010-10-21 2010-10-21 Organic photoelectric conversion element and solar cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5699524B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5961094B2 (en) * 2012-10-31 2016-08-02 富士フイルム株式会社 Organic thin film solar cell
JP6846258B2 (en) * 2017-03-29 2021-03-24 日鉄ケミカル&マテリアル株式会社 Materials for organic electroluminescent devices and organic electroluminescent devices using them
JP6846256B2 (en) * 2017-03-29 2021-03-24 日鉄ケミカル&マテリアル株式会社 Materials for organic electroluminescent devices and organic electroluminescent devices using them
JP2019175919A (en) * 2018-03-27 2019-10-10 三菱ケミカル株式会社 Photoelectric conversion element and solar cell module
CN108947926A (en) * 2018-08-03 2018-12-07 瑞声科技(南京)有限公司 It is a kind of based on pyrene-oxadiazole derivatives bipolarity compound and its application
EP3739641A1 (en) 2019-05-15 2020-11-18 Samsung Electronics Co., Ltd. N-type semiconductor composition, and thin film, organic photoelectric device, image sensor, and electronic device including the same
EP3739643A1 (en) 2019-05-17 2020-11-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic photoelectric device, image sensor, and electronic device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006143845A (en) * 2004-11-18 2006-06-08 Konica Minolta Holdings Inc Material for organic electroluminescent element, organic electroluminescent element, lighting equipment and display device
WO2006114377A1 (en) * 2005-04-28 2006-11-02 Ciba Specialty Chemicals Holding Inc. Electroluminescent device
ATE455162T1 (en) * 2005-05-30 2010-01-15 Basf Se ELECTROLUMINENCE DEVICE
JP2007077185A (en) * 2005-09-12 2007-03-29 Toray Ind Inc Light-emitting device material using pyrene compound and light-emitting device
JP5362999B2 (en) * 2008-01-30 2013-12-11 九州電力株式会社 Organic EL device and dibenzophosphole oxide derivative
KR101003851B1 (en) * 2008-06-18 2010-12-23 (주)씨에스엘쏠라 Organic light emitting compound and organic light emitting device comprising the same
KR101551207B1 (en) * 2008-09-04 2015-09-08 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 Novel organic electroluminescent compounds and organic electroluminescent device using the same
KR20100048210A (en) * 2008-10-30 2010-05-11 다우어드밴스드디스플레이머티리얼 유한회사 Novel organic electroluminescent compounds and organic electroluminescent device using the same
TWI393283B (en) * 2008-12-04 2013-04-11 Univ Nat Chiao Tung Organic optoelectronic component
KR20100109293A (en) * 2009-03-31 2010-10-08 다우어드밴스드디스플레이머티리얼 유한회사 Novel organic electroluminescent compounds and organic electroluminescent device using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012089725A (en) 2012-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5447521B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell using the same, and optical sensor array
JP5648641B2 (en) Organic photoelectric conversion element
JP6024776B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell, and optical sensor array
JP5699524B2 (en) Organic photoelectric conversion element and solar cell
JP5310838B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell, and optical sensor array
JP5493465B2 (en) Organic thin film solar cell
JP5476969B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell, and optical sensor array
JP2013089685A (en) Organic photoelectric conversion element and solar cell using the same
WO2010090123A1 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell using same, and optical sensor array
JP5447513B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell using the same, and optical sensor array
JP5712769B2 (en) Organic photoelectric conversion element and solar cell
JP2014053383A (en) Tandem organic photoelectric conversion element and solar cell using the same
JP2012124297A (en) Organic photoelectric conversion element and solar cell
JP2012049352A (en) Organic photoelectric conversion element, and solar cell and optical sensor array utilizing the same
JP5568972B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell using the same, and optical sensor array
JP5413055B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell using the same, and optical sensor array
JP2012109365A (en) Organic photoelectric conversion element and solar cell
JP5691449B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell using the same, and optical sensor array
JP5691810B2 (en) Conjugated polymer and organic photoelectric conversion device using the same
JP5440208B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell, and optical sensor array
JP2011124469A (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell and optical sensor array using the same
JP2012015390A (en) Organic photoelectric conversion element, solar battery and optical sensor array
JP5445086B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell using the same, and optical sensor array
JP5447089B2 (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell, and optical sensor array
JP5737377B2 (en) Organic thin film solar cell

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20121101

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20130415

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130417

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20130725

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140311

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140512

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150120

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150202

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5699524

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees