JP5742705B2 - Organic photoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、有機光電変換素子に関する。より詳しくは、本発明は、有機光電変換素子の光電変換効率等を向上させるための技術に関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element. More specifically, the present invention relates to a technique for improving the photoelectric conversion efficiency and the like of an organic photoelectric conversion element.

近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の削減が切に望まれている。また、近い将来、石油、石炭、および天然ガスなどの化石燃料が枯渇することが予想されており、これらに替わる地球に優しいエネルギー資源の確保が急務となっている。そこで、太陽光、風力、地熱、原子力など利用した発電技術の開発が盛んに行われているが、なかでも太陽光発電は、安全性の高さから特に注目されている。   In recent years, in order to cope with global warming, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired. In addition, fossil fuels such as oil, coal, and natural gas are expected to be depleted in the near future, and there is an urgent need to secure alternative earth-friendly energy resources. Therefore, development of power generation technology using sunlight, wind power, geothermal energy, nuclear power, and the like has been actively carried out. Among them, solar power generation is particularly attracting attention because of its high safety.

太陽光発電では、光起電力効果を利用した光電変換素子を用いて、光エネルギーを直接電力に変換する。光電変換素子は、一般的に、一対の電極の間に光電変換層(光吸収層)が挟持されてなる構造を有し、当該光電変換層において光エネルギーが電気エネルギーに変換される。光電変換素子は、光電変換層に用いられる材料や、素子の形態により、単結晶・多結晶・アモルファスのSiを用いたシリコン系光電変換素子、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)等の化合物半導体を用いた化合物系光電変換素子、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。   In solar power generation, light energy is directly converted into electric power using a photoelectric conversion element utilizing the photovoltaic effect. Generally, a photoelectric conversion element has a structure in which a photoelectric conversion layer (light absorption layer) is sandwiched between a pair of electrodes, and light energy is converted into electric energy in the photoelectric conversion layer. The photoelectric conversion element is a silicon-based photoelectric conversion element using single-crystal / polycrystalline / amorphous Si, GaAs, CIGS (copper (Cu), indium (In), depending on the material used for the photoelectric conversion layer and the form of the element. Compound-based photoelectric conversion elements using a compound semiconductor such as gallium (Ga) and selenium (Se)), dye-sensitized photoelectric conversion elements (Gretzel cells), and the like have been proposed and put to practical use.

しかしながら、これらの太陽電池を用いた場合の発電コストは、依然として化石燃料を用いて発電・送電する場合のコストと比較して高く、これが太陽光発電の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、屋根などに設置する場合に補強工事が必要であり、これらも発電コストを高騰させる一因であった。   However, the power generation cost when these solar cells are used is still higher than the cost when generating and transmitting power using fossil fuels, which hinders the spread of solar power generation. In addition, since heavy glass must be used for the substrate, reinforcement work is required when it is installed on a roof or the like, which has also contributed to the increase in power generation costs.

太陽光発電における発電コストを低減させるための技術として、透明電極と対電極との間に、電子供与性有機化合物(p型有機半導体)と電子受容性有機化合物(n型有機半導体)との混合物を光電変換層として含むバルクへテロジャンクション(BHJ)型の光電変換素子が提案されている。2007年には5%を超える光電変換効率が報告され(非特許文献1)、さらに、理論的には光電変換効率10%の達成も可能であるとの見通しがなされている(非特許文献2)。   As a technique for reducing power generation costs in solar power generation, a mixture of an electron-donating organic compound (p-type organic semiconductor) and an electron-accepting organic compound (n-type organic semiconductor) between a transparent electrode and a counter electrode A bulk heterojunction (BHJ) type photoelectric conversion element is proposed that includes a photoelectric conversion layer. In 2007, a photoelectric conversion efficiency exceeding 5% was reported (Non-Patent Document 1), and further, it is theoretically expected that a photoelectric conversion efficiency of 10% can be achieved (Non-Patent Document 2). ).

バルクへテロジャンクション型有機光電変換素子は、軽量で柔軟性に富むことから、様々な製品への応用が期待されている。また、構造が比較的単純であり、p型有機半導体およびn型有機半導体を塗布することによって光電変換層を形成できることから、ロール・トゥ・ロールでの大量生産によってコストダウンが期待でき、太陽電池の早期普及にも寄与するものと考えられる。より具体的には、バルクへテロジャンクション型有機光電変換素子において、電極(陽極および陰極)や、正孔輸送層等を構成する金属酸化物層は、塗布プロセス以外の手法(例えば、真空蒸着法など)により形成されうる。その一方で、これら以外の層は塗布プロセスを用いて形成することができる。したがって、バルクへテロジャンクション型光電変換素子の製造は高速でかつ安価に行うことが可能であると期待され、上述した発電コストの課題を解決できる可能性があると考えられるのである。さらに、従来のシリコン系光電変換素子、化合物系光電変換素子、色素増感型光電変換素子などの製造とは異なり、160℃よりも高温の製造プロセスを必須に伴うものではないため、安価でかつ軽量なプラスチック基板上への形成も可能であると期待される。   Bulk heterojunction organic photoelectric conversion elements are lightweight and flexible, and are expected to be applied to various products. In addition, since the structure is relatively simple and a photoelectric conversion layer can be formed by applying a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor, cost reduction can be expected by mass production on a roll-to-roll basis. It is thought to contribute to the early dissemination of More specifically, in the bulk heterojunction organic photoelectric conversion element, the electrodes (anode and cathode), the metal oxide layer constituting the hole transport layer, and the like can be formed by a method other than the coating process (for example, vacuum deposition method). Etc.). On the other hand, other layers can be formed using a coating process. Therefore, it is expected that the production of the bulk heterojunction photoelectric conversion element can be performed at high speed and at low cost, and it is considered that there is a possibility that the above-described problem of power generation cost can be solved. Further, unlike the production of conventional silicon-based photoelectric conversion elements, compound-based photoelectric conversion elements, dye-sensitized photoelectric conversion elements, etc., it does not necessarily involve a manufacturing process at a temperature higher than 160 ° C. It is expected that it can be formed on a lightweight plastic substrate.

しかしながら、有機光電変換素子は、他のタイプの光電変換素子と比較して、未だ光電変換効率や、熱や光に対する耐久性が十分とはいえない。そこで、光電変換効率や耐久性を向上させるために、各種改良が進められている。特に、耐久性を向上させることを目的として、例えば、通常の有機光電変換素子とは逆順に各層を積層し、透明電極側から電子を取り出し、仕事関数の深い安定な金属電極側から正孔を取り出す、いわゆる逆層型の有機光電変換素子が提案されている(特許文献1)。このような逆層型の有機光電変換素子は、光透過性に劣る導電性ポリマーから構成される正孔輸送層が、対電極(陽極)と光電変換層との間に存在する構成を有する。一般に、対電極(陽極)は金属材料から構成されるが、光透過性の低い正孔輸送層の存在により、対電極で反射される光を効率的に光電変換層に再利用することができないため、逆層型は光の利用の観点からいえば不利な構成である(非特許文献3)。よって、逆層型において十分な光電変換効率を得るためには、一般的に順層型よりも光電変換層の膜厚を大きくするなどの対応が必要となる。   However, the organic photoelectric conversion element is still not sufficient in photoelectric conversion efficiency and durability against heat and light as compared with other types of photoelectric conversion elements. Accordingly, various improvements have been made in order to improve photoelectric conversion efficiency and durability. In particular, for the purpose of improving durability, for example, each layer is laminated in the reverse order of a normal organic photoelectric conversion element, electrons are taken out from the transparent electrode side, and holes are taken from the stable metal electrode side having a deep work function. A so-called reverse layer type organic photoelectric conversion element to be taken out has been proposed (Patent Document 1). Such a reverse layer type organic photoelectric conversion element has a configuration in which a hole transport layer composed of a conductive polymer having inferior optical transparency exists between a counter electrode (anode) and a photoelectric conversion layer. In general, the counter electrode (anode) is made of a metal material, but the light reflected by the counter electrode cannot be efficiently reused in the photoelectric conversion layer due to the presence of the hole transport layer having low light transmittance. Therefore, the reverse layer type is a disadvantageous configuration from the viewpoint of utilization of light (Non-Patent Document 3). Therefore, in order to obtain sufficient photoelectric conversion efficiency in the reverse layer type, it is generally necessary to take measures such as increasing the film thickness of the photoelectric conversion layer compared to the normal layer type.

一方、最近、ナフトビスベンゾチアジアゾール環構造を有する共役系高分子化合物を光電変換材料として用いた、順層型の有機光電変換素子を備える有機薄膜太陽電池において、6%を超える光電変換効率が達成されたことが報告されている(非特許文献4および5)。   On the other hand, recently, in an organic thin film solar cell including a normal layer type organic photoelectric conversion element using a conjugated polymer compound having a naphthobisbenzothiadiazole ring structure as a photoelectric conversion material, a photoelectric conversion efficiency exceeding 6% has been achieved. It has been reported (Non-Patent Documents 4 and 5).

特開2009−146981号公報JP 2009-146981 A 特開2010−111649号公報JP 2010-111649 A

A.Heeger et al.,Nature Mat.,vol.6(2007),p497A. Heeger et al. , Nature Mat. , Vol. 6 (2007), p497 Christoph J.Brabec et al.,Adv.Mater.2006,18,p789Christoph J. et al. Brabec et al. , Adv. Mater. 2006, 18, p789 Appl.Phys.Lett.,98,043301(2011)Appl. Phys. Lett. , 98, 043301 (2011) Macromolecules,2011,44(18),pp7184Macromolecules, 2011, 44 (18), pp7184. Polymer Preprints,Japan Vol.60,No.2(2011)p4231Polymer Preprints, Japan Vol. 60, no. 2 (2011) p4231

しかしながら、上記非特許文献4または5に記載された、ナフトビスベンゾチアジアゾール環構造を有する共役系高分子化合物を耐久性の面で有利な逆層型の素子の光電変換層に用いた場合、所望の光電変換効率が得られないことが判明した。   However, when the conjugated polymer compound having a naphthobisbenzothiadiazole ring structure described in Non-Patent Document 4 or 5 is used for the photoelectric conversion layer of the reverse layer type element advantageous in terms of durability, it is desirable. It has been found that the photoelectric conversion efficiency of 1 can not be obtained.

さらに、光電変換層の表面に正孔輸送層を形成することが困難となるといった新たな問題が発生することが判明した。すなわち、逆層型の素子の製造工程では、通常、水系溶媒に溶解させたPEDOT:PSSなどの正孔輸送材料を光電変換層の表面に塗布し、塗膜を乾燥させることにより正孔輸送層を形成するが、上述の非特許文献4または5に記載の光電変換材料は、当該塗膜をはじきやすいという性質を有しているため、正孔輸送層を均一に形成することが困難であった。   Furthermore, it has been found that a new problem occurs that it is difficult to form a hole transport layer on the surface of the photoelectric conversion layer. That is, in the manufacturing process of the reverse layer type element, a hole transport material such as PEDOT: PSS dissolved in an aqueous solvent is usually applied to the surface of the photoelectric conversion layer, and the coating film is dried to thereby form a hole transport layer. However, since the photoelectric conversion material described in Non-Patent Document 4 or 5 has a property of easily repelling the coating film, it is difficult to form the hole transport layer uniformly. It was.

そこで本発明は、有機光電変換素子において、光電変換層に隣接する層の製膜性を向上させること、および十分な光電変換効率を発揮できる有機光電変換素子(特に、耐久性の面で有利な逆層構成においても優れた光電変換効率を発揮できる有機光電変換素子)を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides an organic photoelectric conversion element that can improve the film forming property of a layer adjacent to the photoelectric conversion layer and can exhibit sufficient photoelectric conversion efficiency (particularly advantageous in terms of durability). An object of the present invention is to provide an organic photoelectric conversion element that can exhibit excellent photoelectric conversion efficiency even in a reverse layer configuration.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を行った。そして、ナフトビスベンゾチアジアゾール環構造と、チアゾロチアゾール環構造又はチエノチオフェン環構造とを共に有する共役系高分子化合物を用いることにより、光電変換層に隣接する層の製膜性を向上させること、および十分な光電変換効率を発揮できる有機光電変換素子(特に、耐久性の面で有利な逆層構成においても優れた光電変換効率を発揮できる有機光電変換素子)を提供することが可能となることを見出し、本発明を完成させた。   In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research. And, by using a conjugated polymer compound having both a naphthobisbenzothiadiazole ring structure and a thiazolothiazole ring structure or a thienothiophene ring structure, improving the film forming property of a layer adjacent to the photoelectric conversion layer, And an organic photoelectric conversion element that can exhibit sufficient photoelectric conversion efficiency (particularly, an organic photoelectric conversion element that can exhibit excellent photoelectric conversion efficiency even in a reverse layer structure advantageous in terms of durability). The present invention was completed.

すなわち、本発明の有機光電変換素子は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極および前記第二の電極の間に存在する、n型有機半導体およびp型有機半導体を含む光電変換層とを有し、前記p型有機半導体は、下記一般式1で表される部分構造および一般式2で表される部分構造をそれぞれ少なくとも1種有する共役系高分子化合物を含み、前記共役系高分子化合物は、下記一般式3Aで表される部分構造または下記一般式3Bで表される部分構造を含む。 That is, the organic photoelectric conversion element of the present invention includes an n-type organic semiconductor and a p-type organic semiconductor that exist between the first electrode, the second electrode, and the first electrode and the second electrode. and a photoelectric conversion layer containing the p-type organic semiconductor is observed containing a conjugated polymer compound containing at least one partial structure represented by the partial structural and formula 2 represented by the following general formula 1 respectively the conjugated polymer compound including a partial structure represented by the partial structure or the following general formula 3B is represented by the following general formula 3A.

式中、−X=は、それぞれ独立して、−C(R)=または−N=を表し、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子(H)、ハロゲン原子(F、Cl、Br、もしくはI)、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のフッ化アリール基、炭素原子数1〜20のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基を表す。
式中、−X =は、それぞれ独立して、−C(R )=または−N=を表し、
〜R は、それぞれ独立して、水素原子(H)、ハロゲン原子(F、Cl、Br、もしくはI)、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のフッ化アリール基、炭素原子数1〜20のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基を表し、
Dは、それぞれ独立して、硫黄原子(S)を含む、ドナー性複素芳香族環基またはドナー性複素縮合芳香族環基を表す。
In the formula, -X 1 = independently represents -C (R 3 ) = or -N =, and R 1 to R 3 each independently represents a hydrogen atom (H) or a halogen atom (F , Cl, Br, or I), a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, Fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, fluorinated alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, fluorinated alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms, carbon atom number An aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a fluorinated aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluorinated heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms is represented.
In the formula, -X 1 = independently represents -C (R 3 ) = or -N =,
R 1 to R 5 are each independently a hydrogen atom (H), a halogen atom (F, Cl, Br, or I), a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, carbon Fluoroalkyl group having 1 to 20 atoms, cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 1 carbon atom 20 fluorinated alkoxy groups, fluorinated alkylthio groups having 1 to 20 carbon atoms, aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, fluorinated aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, heteroaryls having 1 to 20 carbon atoms A group or a fluorinated heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms,
D independently represents a donor-type heteroaromatic ring group or a donor-type heterofused aromatic ring group containing a sulfur atom (S).

本発明によれば、有機光電変換素子において、光電変換層に隣接する層の製膜性を向上させること、および十分な光電変換効率を発揮できる有機光電変換素子(特に、耐久性の面で有利な逆層構成においても優れた光電変換効率を発揮できる有機光電変換素子)を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in an organic photoelectric conversion element, the organic photoelectric conversion element which can improve the film forming property of the layer adjacent to a photoelectric converting layer, and can exhibit sufficient photoelectric conversion efficiency (especially advantageous in terms of durability). It is possible to provide an organic photoelectric conversion element that can exhibit excellent photoelectric conversion efficiency even in a reverse layer configuration.

本発明の一実施形態に係る、順層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the normal layer type organic photoelectric conversion element based on one Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施形態に係る、逆層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the reverse layer type organic photoelectric conversion element based on other one Embodiment of this invention. 本発明の他の一実施形態に係る、タンデム型の光電変換層を備えた有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which represented typically the organic photoelectric conversion element provided with the tandem-type photoelectric conversion layer based on other one Embodiment of this invention.

以下、本発明の好ましい形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

<有機光電変換素子>
本発明の一形態は、ナフトビスベンゾチアジアゾール環構造と、チアゾロチアゾール環構造又はチエノチオフェン環構造とを共に有する共役系高分子化合物を光電変換層に含む有機光電変換素子に関する。すなわち、本形態の共役系高分子化合物は、下記一般式1で表される部分構造および一般式2で表される部分構造をそれぞれ少なくとも1種有する点に特徴を有する。
<Organic photoelectric conversion element>
One embodiment of the present invention relates to an organic photoelectric conversion element including a conjugated polymer compound having both a naphthobisbenzothiadiazole ring structure and a thiazolothiazole ring structure or a thienothiophene ring structure in a photoelectric conversion layer. That is, the conjugated polymer compound of this embodiment is characterized by having at least one partial structure represented by the following general formula 1 and at least one partial structure represented by the general formula 2.

一般式2中、−X=は、それぞれ独立して、−C(R)=または−N=を表す。すなわち、−X=が−C(R)=である場合、一般式2はチエノチオフェン環構造を表し、−X=が−N=である場合、一般式2はチアゾロチアゾール環構造を表す。このうち、−X=は、−N=であることが好ましい。これは、−X=が−N=である場合の方が、−C(R)=である場合よりも、平面性が高いため、高い移動度が得られやすく、光電変換効率および耐久性をより向上させることが可能となるためである。また、HOMO準位もより深いものとすることができ、好ましい。 In General Formula 2, -X 1 = independently represents -C (R 3 ) = or -N =. That is, when -X 1 = is -C (R 3 ) =, General Formula 2 represents a thienothiophene ring structure, and when -X 1 = is -N =, General Formula 2 is a thiazolothiazole ring structure. Represents. Of these, -X 1 = is preferably -N =. This is because the planarity is higher in the case where -X 1 = is -N = than in the case where -C (R 3 ) =, and thus high mobility is easily obtained, and the photoelectric conversion efficiency and durability are high. This is because it is possible to further improve the performance. Further, the HOMO level can be made deeper, which is preferable.

一般式1および2中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子(H)、ハロゲン原子(F、Cl、Br、もしくはI)、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のフッ化アリール基、炭素原子数1〜20のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基を表す。 In the general formulas 1 and 2, R 1 to R 3 each independently represent a hydrogen atom (H), a halogen atom (F, Cl, Br, or I), a substituted or unsubstituted, 1 carbon atom -20 alkyl group, fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, alkoxy having 1 to 20 carbon atoms Group, fluorinated alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, fluorinated alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms, aryl group having 6 to 30 carbon atoms, fluorinated aryl group having 6 to 30 carbon atoms, carbon atom This represents a heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms or a fluorinated heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms.

上記ハロゲン原子としては、特に制限はなく、フッ素原子(F)、塩素原子(Cl)、臭素原子(Br)、ヨウ素原子(I)のいずれであってもよい。このうち、重合時に副反応を起こしにくい(Br,Iはスズと反応する可能性がある)という観点からフッ素原子(F)または塩素原子であることが好ましく、フッ素原子(F)であることがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as said halogen atom, Any of a fluorine atom (F), a chlorine atom (Cl), a bromine atom (Br), and an iodine atom (I) may be sufficient. Among these, a fluorine atom (F) or a chlorine atom is preferable and a fluorine atom (F) is preferable from the viewpoint that side reactions hardly occur during polymerization (Br and I may react with tin). More preferred.

上記炭素原子数1〜20のアルキル基としては、特に制限はないが、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ヘキサデシル基、2−エチルヘキシル基、2−ヘキシルデシル基などの、直鎖状または分岐状アルキル基が挙げられる。このうち、溶解性を向上させるという観点から、炭素原子数1〜12のアルキル基であることが好ましく、炭素原子数1〜8のアルキル基であることがより好ましい。   The alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is not particularly limited. For example, a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, a tert-butyl group, an n-octyl group, an n-decyl group, an n-hexadecyl group, Examples thereof include linear or branched alkyl groups such as 2-ethylhexyl group and 2-hexyldecyl group. Among these, from the viewpoint of improving solubility, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is preferable, and an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is more preferable.

上記炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基としては、特に制限はないが、例えば、上記で例示したアルキル基に含まれる水素原子の少なくとも1つがフッ素原子で置換された基が挙げられる。このうち、より高いVoc(深いHOMO準位)を達成する観点から、環(ナフトビスベンゾチアジアゾール環、チアゾロチアゾール環、チエノチオフェン環)との結合部位に最も近い炭素原子(すなわちアルキル基中の1位の炭素原子)のみがフッ素原子で置換された基であることが好ましい。具体的には、フルオロメチル基、1−フルオロエチル基、1−フルオロプロピル基、1−フルオロブチル基、1−フルオロオクチル基、1−フルオロデシル基、1−フルオロヘキサデシル基、1−フルオロ−2−エチルヘキシル基、1−フルオロ−2−ヘキシルデシル基などのモノフルオロアルキル基;ジフルオロメチル基、1,1−ジフルオロエチル基、1,1−ジフルオロプロピル基、1,1−ジフルオロブチル基、1,1−ジフルオロオクチル基、1,1−ジフルオロデシル基、1,1−ジフルオロヘキサデシル基、1,1−ジフルオロ−2−エチルヘキシル基、1,1−ジフルオロ−2−ヘキシルデシル基などのジフルオロアルキル基;トリフルオロメチル基等のトリフルオロアルキル基などが挙げられる。また、上層の塗布性を維持するという観点から、炭素原子数1〜3のフッ化アルキル基であることが好ましい。このような炭素原子数であれば、他の溶解性基に比して十分短く(溶解性を付与するための置換基は、一般にC6以上を用いている)、上層塗布性に対する影響が少ないためである。なかでも、炭素原子数が1であるトリフルオロメチル基であることがより好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular as said C1-C20 fluorinated alkyl group, For example, the group by which at least 1 of the hydrogen atom contained in the alkyl group illustrated above was substituted by the fluorine atom is mentioned. Among these, from the viewpoint of achieving a higher V oc (deep HOMO level), the carbon atom closest to the bonding site with the ring (naphthobisbenzothiadiazole ring, thiazolothiazole ring, thienothiophene ring) (that is, in the alkyl group) It is preferable that only the 1st-position carbon atom is a group substituted with a fluorine atom. Specifically, fluoromethyl group, 1-fluoroethyl group, 1-fluoropropyl group, 1-fluorobutyl group, 1-fluorooctyl group, 1-fluorodecyl group, 1-fluorohexadecyl group, 1-fluoro- Monofluoroalkyl groups such as 2-ethylhexyl group and 1-fluoro-2-hexyldecyl group; difluoromethyl group, 1,1-difluoroethyl group, 1,1-difluoropropyl group, 1,1-difluorobutyl group, 1 , 1-difluorooctyl group, 1,1-difluorodecyl group, 1,1-difluorohexadecyl group, 1,1-difluoro-2-ethylhexyl group, 1,1-difluoro-2-hexyldecyl group, etc. Group; a trifluoroalkyl group such as a trifluoromethyl group, and the like. Moreover, it is preferable that it is a C1-C3 fluorinated alkyl group from a viewpoint of maintaining the applicability | paintability of an upper layer. Such a number of carbon atoms is sufficiently shorter than other soluble groups (substituents for imparting solubility generally use C6 or more) and have little influence on the upper layer coating property. It is. Of these, a trifluoromethyl group having 1 carbon atom is more preferable.

上記炭素原子数3〜20のシクロアルキル基としては、特に制限はないが、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などが挙げられる。このうち、溶解性を向上させるという観点から、炭素原子数4〜8のシクロアルキル基であることが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular as said C3-C20 cycloalkyl group, For example, a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group, an adamantyl group etc. are mentioned. Among these, a cycloalkyl group having 4 to 8 carbon atoms is preferable from the viewpoint of improving solubility.

上記炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基としては、特に制限はないが、例えば、上記で例示したシクロアルキル基に含まれる水素原子の少なくとも1つがフッ素原子で置換された基が挙げられる。このうち、より高いVoc(深いHOMO準位)を達成する観点から、上記で例示したシクロアルキル基に含まれる全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であることが好ましいが、塗布性との兼ね合いからフッ素原子の個数・位置は適切に調節されることが好ましい。また、溶解性を向上させるという観点から、炭素原子数4〜8のフッ化シクロアルキル基であることが好ましい。 The fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms is not particularly limited, and examples thereof include a group in which at least one hydrogen atom contained in the cycloalkyl group exemplified above is substituted with a fluorine atom. . Among these, from the viewpoint of achieving higher V oc (deep HOMO level), it is preferable that all the hydrogen atoms contained in the cycloalkyl group exemplified above are groups substituted with fluorine atoms. In view of this, the number and position of fluorine atoms are preferably adjusted appropriately. Moreover, it is preferable that it is a C4-C8 fluorinated cycloalkyl group from a viewpoint of improving solubility.

上記炭素原子数1〜20のアルコキシ基としては、特に制限はないが、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基、n−オクチルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、2−ヘキシルデシルオキシ基などが挙げられる。   The alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms is not particularly limited, and examples thereof include methoxy group, ethoxy group, isopropoxy group, tert-butoxy group, n-octyloxy group, n-decyloxy group, and n-hexa. A decyloxy group, 2-ethylhexyloxy group, 2-hexyldecyloxy group, etc. are mentioned.

上記炭素原子数6〜30のアリール基としては、特に制限はないが、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などの非縮合炭化水素基;ペンタレニル基、インデニル基、ナフチル基、アズレニル基、ヘプタレニル基、ビフェニレニル基、フルオレニル基、アセナフチレニル基、プレイアデニル基、アセナフテニル基、フェナレニル基、フェナントリル基、アントリル基、フルオランテニル基、アセフェナントリレニル基、アセアントリレニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基などの縮合多環炭化水素基が挙げられる。   The aryl group having 6 to 30 carbon atoms is not particularly limited, and examples thereof include non-condensed hydrocarbon groups such as a phenyl group, a biphenyl group, and a terphenyl group; a pentarenyl group, an indenyl group, a naphthyl group, an azulenyl group, Heptalenyl group, biphenylenyl group, fluorenyl group, acenaphthylenyl group, preadenyl group, acenaphthenyl group, phenalenyl group, phenanthryl group, anthryl group, fluoranthenyl group, acephenanthrenyl group, aceanthrylenyl group, triphenylenyl group, pyrenyl group , Condensed polycyclic hydrocarbon groups such as a chrycenyl group and a naphthacenyl group.

上記炭素原子数6〜30のフッ化アリール基としては、特に制限はないが、例えば、上記で例示したアリール基に含まれる水素原子の少なくとも1つがフッ素原子で置換された基が挙げられる。このうち、より高いVoc(深いHOMO準位)を達成する観点から、上記で例示したアリール基に含まれる全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であることが好ましいが、塗布性との兼ね合いからフッ素原子の個数・位置は適切調節されることが好ましい。 The fluorinated aryl group having 6 to 30 carbon atoms is not particularly limited, and examples thereof include a group in which at least one hydrogen atom contained in the aryl group exemplified above is substituted with a fluorine atom. Among these, from the viewpoint of achieving higher V oc (deep HOMO level), it is preferable that all the hydrogen atoms contained in the aryl group exemplified above are groups substituted with fluorine atoms. In view of the above, the number and position of fluorine atoms are preferably adjusted appropriately.

上記炭素原子数1〜20のヘテロアリール基としては、特に制限はないが、例えば、ピリジル基、ピリミジル基、ピラジニル基、トリアジニル基、フラニル基、ピロリル基、チオフェニル基(チエニル基)、キノリル基、フリル基、ピペリジル基、クマリニル基、シラフルオレニル基、ベンゾフラニル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズオキサゾリル基、ベンズチアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、オキサゾリル基、イソオキサゾリル基、チアゾリル基、インダゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ピリダジニル基、シンノリル基、キナゾリル基、キノキサリル基、フタラジニル基、フタラジンジオニル基、フタルアミジル基、クロモニル基、ナフトラクタミル基、キノロニル基、ナフタリジニル基、ベンズイミダゾロニル基、ベンズオキサゾロニル基、ベンゾチアゾロニル基、ベンゾチアゾチオニル基、キナゾロニル基、キノキサロニル基、フタラゾニル基、ジオキソピリミジニル基、ピリドニル基、イソキノロニル基、イソキノリニル基、イソチアゾリル基、ベンズイソキサゾリル基、ベンズイソチアゾリル基、インダジロニル基、アクリジニル基、アクリドニル基、キナゾリンジオニル基、キノキサリンジオニル基、ベンゾオキサジンジオニル基、ベンゾキサジノニル基、ナフタルイミジル基、ジチエノシクロペンタジエニル基、ジチエノシラシクロペンタジエニル基、ジチエノピロリル基、ベンゾジチオフェニル基などが挙げられる。   The heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms is not particularly limited. For example, pyridyl group, pyrimidyl group, pyrazinyl group, triazinyl group, furanyl group, pyrrolyl group, thiophenyl group (thienyl group), quinolyl group, Furyl group, piperidyl group, coumarinyl group, silafluorenyl group, benzofuranyl group, benzimidazolyl group, benzoxazolyl group, benzthiazolyl group, dibenzofuranyl group, benzothiophenyl group, dibenzothiophenyl group, indolyl group, carbazolyl group, pyrazolyl Group, imidazolyl group, oxazolyl group, isoxazolyl group, thiazolyl group, indazolyl group, benzothiazolyl group, pyridazinyl group, cinnolyl group, quinazolyl group, quinoxalyl group, phthalazinyl group, phthalazine dionyl group, phthalamidyl group, Romonyl, naphtholactamyl, quinolonyl, naphthalidinyl, benzimidazolonyl, benzoxazolonyl, benzothiazolonyl, benzothiazothionyl, quinazolonyl, quinoxalonyl, phthalazonyl, dioxopyrimidinyl Group, pyridonyl group, isoquinolonyl group, isoquinolinyl group, isothiazolyl group, benzisoxazolyl group, benzisothiazolyl group, indazironyl group, acridinyl group, acridonyl group, quinazoline dionyl group, quinoxaline dionyl group, benzoxazine dionyl Group, benzoxazinonyl group, naphthalimidyl group, dithienocyclopentadienyl group, dithienosylcyclopentadienyl group, dithienopyrrolyl group, benzodithiophenyl group and the like.

上記炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基としては、特に制限はないが、例えば、上記で例示したヘテロアリール基に含まれる水素原子の少なくとも1つがフッ素原子で置換された基が挙げられる。このうち、より高いVoc(深いHOMO準位)を達成する観点から、上記で例示したヘテロアリール基に含まれる全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であることが好ましいが、塗布性との兼ね合いからフッ素原子の個数・位置は適切に調節されることが好ましい。 The fluorinated heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms is not particularly limited, and examples thereof include a group in which at least one hydrogen atom contained in the heteroaryl group exemplified above is substituted with a fluorine atom. . Among these, from the viewpoint of achieving higher V oc (deep HOMO level), it is preferable that all of the hydrogen atoms contained in the heteroaryl group exemplified above are groups substituted with fluorine atoms. In view of this, the number and position of fluorine atoms are preferably adjusted appropriately.

また、上記RおよびRに場合によって存在する置換基は、特に制限はないが、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、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、アシル基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シリル基、スルホニル基、スルフィニル基、ウレイド基、リン酸アミド基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、メルカプト基、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、イミノ基などを挙げることができる。 The substituent optionally present in R 1 and R 2 is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group, an acyl group, and an alkoxycarbonyl group. Group, amino group, alkoxy group, cycloalkyloxy group, aryloxy group, aryloxycarbonyl group, acyloxy group, acylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfonylamino group, sulfamoyl group, carbamoyl group, alkylthio Group, arylthio group, silyl group, sulfonyl group, sulfinyl group, ureido group, phosphoric acid amide group, halogen atom, hydroxyl group, mercapto group, cyano group, sulfo group, carboxyl group, nitro group, hydroxamic acid group, sulfi group It can be exemplified group, a hydrazino group, and an imino group.

本発明では、上記2種の部分構造を共に有する共役系高分子化合物を有機光電変換素子の光電変換層に有することで、光電変換層に隣接する層(例えば、逆層型の素子においては正孔輸送層)の製膜性を向上させることが可能となる。また、当該共役系高分子化合物により優れた光電変換効率を達成することができるため、耐久性の面で有利な逆層型の素子への適用も可能となる。なお、本形態の共役系高分子化合物は、順層型の素子においても、従来よりも高い光電変換効率及び耐久性を達成することが可能である。   In the present invention, a conjugated polymer compound having both of the above two types of partial structures is included in the photoelectric conversion layer of the organic photoelectric conversion element, so that a layer adjacent to the photoelectric conversion layer (for example, in the case of a reverse layer type element, the normal layer is a normal layer). It becomes possible to improve the film forming property of the (hole transport layer). Moreover, since the photoelectric conversion efficiency excellent with the said conjugated polymer compound can be achieved, the application to the reverse layer type element advantageous in terms of durability is also possible. Note that the conjugated polymer compound of this embodiment can achieve higher photoelectric conversion efficiency and durability than conventional ones even in a normal layer type device.

このように、本形態の共役系高分子化合物を用いることにより、従来のナフトビスベンゾチアジアゾール環構造を有する共役系高分子化合物を用いた場合よりも製膜性、光電変換効率、耐久性が向上する理由は定かではないが、本発明者らは以下のように推測している。すなわち、上述の非特許文献4または5の共役系高分子化合物を用いて逆層構成の素子を作製した場合、光電変換層内で当該共役系高分子化合物(p型有機半導体)とフラーレン類(n型有機半導体)とが、好ましくない分布をとっている(具体的には、後述の図2において光電変換層の相対的に上側部分(正孔を取り出す側面付近)にフラーレンが偏析している)のではないかと推定された。このような分布は、後述の図1の順層構成ように、光電変換層の上側部分から電子を取り出す場合においては好ましいが、逆層構成では正孔を取り出しにくくなり、十分な光電変換効率が得られないおそれがあった。このような分布となる原因は不明であるが、ナフトビスベンゾチアジアゾール環構造のような大きなπ共役系を有する化合物と、光電変換層の下の層(光電変換層の直前に製膜される層)とが強い相互作用を示すためであると想定される。特に逆層構成においては、光電変換層の下の層として(光電変換層の直前に形成される層として)正孔ブロック層が形成されることが好ましいが、当該正孔ブロック層は、一般に、アミノ基等の電子供与性基を含む化合物から構成されているため、ナフトビスベンゾチアジアゾール環構造を有する共役系高分子化合物との相互作用が強いものと想定される。   Thus, by using the conjugated polymer compound of this embodiment, the film forming property, photoelectric conversion efficiency, and durability are improved as compared with the case of using a conjugated polymer compound having a conventional naphthobisbenzothiadiazole ring structure. The reason for doing this is not clear, but the present inventors presume as follows. That is, when an element having a reverse layer structure is produced using the conjugated polymer compound described in Non-Patent Document 4 or 5, the conjugated polymer compound (p-type organic semiconductor) and fullerenes ( n-type organic semiconductor) has an unfavorable distribution (specifically, in FIG. 2 described later, fullerene is segregated in a relatively upper part of the photoelectric conversion layer (near the side surface where holes are extracted). ). Such a distribution is preferable in the case where electrons are extracted from the upper portion of the photoelectric conversion layer as in the normal layer configuration of FIG. 1 described later. However, in the reverse layer configuration, it is difficult to extract holes, and sufficient photoelectric conversion efficiency is obtained. There was a possibility that it could not be obtained. The reason for this distribution is unknown, but a compound having a large π-conjugated system such as a naphthobisbenzothiadiazole ring structure and a layer below the photoelectric conversion layer (a layer formed immediately before the photoelectric conversion layer) ) Is assumed to show a strong interaction. Particularly in the reverse layer configuration, the hole blocking layer is preferably formed as a layer below the photoelectric conversion layer (as a layer formed immediately before the photoelectric conversion layer). Since it is composed of a compound containing an electron donating group such as an amino group, it is assumed that the interaction with a conjugated polymer compound having a naphthobisbenzothiadiazole ring structure is strong.

これに対し、本発明者らは、共役系高分子化合物に、ナフトビスベンゾチアジアゾール環構造と共にさらにチエノチオフェン環構造やチアゾロチアゾール環構造を導入することにより、上記相互作用を低減することに成功した。チエノチオフェン環構造やチアゾロチアゾール環構造は、低分子では液晶性を示すユニットであるため、一定の温度以上では等方的であるが、冷却されると自己凝集力により各種液晶構造が発生する。このようなユニットをポリマーに組み込んだ場合、高温の溶液中では互いに分子分散して溶解しているが、温度の低下と共に凝集を起こし、溶解性が低下するといった特性が発揮されうる。   In contrast, the present inventors succeeded in reducing the above-mentioned interaction by introducing a thienothiophene ring structure and a thiazolothiazole ring structure in addition to the naphthobisbenzothiadiazole ring structure into the conjugated polymer compound. did. The thienothiophene ring structure and thiazolothiazole ring structure are units that exhibit liquid crystallinity in small molecules, so they are isotropic above a certain temperature, but when cooled, various liquid crystal structures are generated by self-aggregation. . When such a unit is incorporated into a polymer, the molecules are dissolved by molecular dispersion in a high-temperature solution, but a characteristic that aggregation occurs with a decrease in temperature and solubility decreases can be exhibited.

このような特性を上記塗布プロセスに応用すると、共役系高分子化合物を高温で溶解した溶液を、高温に保持した基板上に塗布した場合、最も低温で、かつ蒸発により濃度が上昇して析出が始まるのは塗布膜の上層部分であり、塗布膜の上層部分に上記共役系高分子化合物(p型有機半導体)をリッチに存在させることができる。このような手法により、光電変換層内のp型有機半導体・n型有機半導体の分布を逆層構成に好ましい状態とすることができる。なおこのような特性を利用すれば、塗布時の基板温度を低く保つ等の温度制御により、塗布膜の下層部分に上記共役系高分子化合物(p型有機半導体)をリッチに存在させることができ、順層構成に好ましい層内分布とすることも可能である。なお、凝集力を補助するために、共役系高分子化合物の側鎖に極性基を導入することも有効である。   When such characteristics are applied to the above coating process, when a solution in which a conjugated polymer compound is dissolved at a high temperature is applied onto a substrate held at a high temperature, the concentration is increased at the lowest temperature by evaporation and precipitation occurs. It starts from the upper layer portion of the coating film, and the conjugated polymer compound (p-type organic semiconductor) can be present in a rich manner in the upper layer portion of the coating film. By such a technique, the distribution of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer can be made preferable for the reverse layer configuration. By utilizing such characteristics, the conjugated polymer compound (p-type organic semiconductor) can be present in a rich state in the lower layer portion of the coating film by temperature control such as keeping the substrate temperature during coating low. It is also possible to obtain a distribution within a layer preferable for a normal layer structure. In order to assist the cohesive force, it is also effective to introduce a polar group into the side chain of the conjugated polymer compound.

さらなる効果としては、一般に有機薄膜太陽電池において使用される正孔輸送層は水系溶媒を用いた塗布法により形成されるが、逆層構成においては極性の低いポリマー、フラーレンからなる光電変換層上に形成する必要があり、正孔輸送層の塗布性が課題となるが、本発明の手法によれば、正孔輸送層の塗布時のはじきも低減されることが挙げられる。このような効果が発現する原理は不明であるが、チアゾロチアゾール基においては正孔輸送層材料中のPSS等との酸・塩基相互作用等による効果とも想定される。   As a further effect, a hole transport layer generally used in an organic thin film solar cell is formed by a coating method using an aqueous solvent, but in a reverse layer configuration, a low polarity polymer, a photoelectric conversion layer made of fullerene is formed. Although it is necessary to form the hole transport layer, the coating property of the hole transport layer is a problem. However, according to the method of the present invention, the repelling at the time of coating the hole transport layer is also reduced. Although the principle that such an effect appears is unknown, the thiazolothiazole group is also assumed to be an effect due to acid / base interaction with PSS or the like in the hole transport layer material.

本形態の共役系高分子化合物は、上記一般式1で表される部分構造および一般式2で表される部分構造をそれぞれ少なくとも1種有する限りにおいて、(1)上記一般式1で表される部分構造および一般式2で表される部分構造のみからなる共重合体であってもよいし、(2)上記一般式1で表される部分構造および一般式2で表される部分構造と、他の部分構造1つ以上とを含む共重合体であってもよい。   The conjugated polymer compound of this embodiment is represented by (1) the above general formula 1 as long as it has at least one partial structure represented by the general formula 1 and at least one partial structure represented by the general formula 2. It may be a copolymer consisting of only a partial structure and a partial structure represented by General Formula 2, or (2) a partial structure represented by General Formula 1 and a partial structure represented by General Formula 2, It may be a copolymer containing one or more other partial structures.

また、本形態の共役系高分子化合物は、ドナー性ユニット(群)と、アクセプター性ユニット(群)とが交互に配列した構造を有する共重合体(以下、「D−Aポリマー」とも称する)であることが好ましい。このように、D−Aポリマーとすることにより、吸収域を長波長域に拡大することができる。したがって、このような共役系高分子化合物は、従来のp型有機半導体の吸収域(例えば、400〜700nm)に加え、長波長域(例えば、700〜1000nm)の光も吸収することが可能となる。   In addition, the conjugated polymer compound of the present embodiment is a copolymer having a structure in which donor unit (group) and acceptor unit (group) are alternately arranged (hereinafter also referred to as “DA polymer”). It is preferable that Thus, by using a DA polymer, the absorption region can be expanded to a long wavelength region. Therefore, such a conjugated polymer compound can absorb light in a long wavelength region (for example, 700 to 1000 nm) in addition to the absorption region (for example, 400 to 700 nm) of a conventional p-type organic semiconductor. Become.

本明細書において、「ドナー性ユニット」とは、同じπ電子数を有する炭化水素芳香環(ベンゼン、ナフタレン、アントラセンなど)よりもLUMO準位またはHOMO準位が浅くなるような部分構造(ユニット)をいう。一方、本明細書において、「アクセプター性ユニット」とは、一般に、同じπ電子数を有する炭化水素芳香環(ベンゼン、ナフタレン、アントラセンなど)よりもLUMO準位またはHOMO準位が深くなるような部分構造(ユニット)をいう。また、「ユニット群」とは、それぞれ、2以上のユニットが連結されてなる部分構造を意味する。   In this specification, the “donor unit” means a partial structure (unit) in which the LUMO level or the HOMO level is shallower than a hydrocarbon aromatic ring (benzene, naphthalene, anthracene, etc.) having the same number of π electrons. Say. On the other hand, in this specification, an “acceptor unit” generally means a portion having a LUMO level or a HOMO level deeper than a hydrocarbon aromatic ring (benzene, naphthalene, anthracene, etc.) having the same number of π electrons. Structure (unit). The “unit group” means a partial structure in which two or more units are connected.

上記ドナー性ユニットとしては、例えば、チオフェン環、フラン環、ピロール環、シクロペンタジエン、シラシクロペンタジエンなどの複素5員環、およびこれらの縮合環を含むユニットなどが挙げられる。具体的には、チオフェン、チエノチオフェン、ビチオフェン、フルオレン、シラフルオレン、カルバゾール、ジチエノシクロペンタジエン、ジチエノシラシクロペンタジエン、ジチエノピロール、ベンゾジチオフェンを含むユニットなどが挙げられるが、これらに制限されるものではない。中でも、硫黄原子を含むドナー性ユニットであることが好ましい。   Examples of the donor unit include a unit containing a 5-membered ring such as a thiophene ring, a furan ring, a pyrrole ring, a cyclopentadiene, and a silacyclopentadiene, and a condensed ring thereof. Specific examples include units containing thiophene, thienothiophene, bithiophene, fluorene, silafluorene, carbazole, dithienocyclopentadiene, dithienosilacyclopentadiene, dithienopyrrole, benzodithiophene, and the like. is not. Among them, a donor unit containing a sulfur atom is preferable.

上述の(2)上記一般式1で表される部分構造および一般式2で表される部分構造と、他の部分構造1つ以上とを含むD−Aポリマーの好ましい形態としては、下記一般式3Aで表わされる部分構造または下記一般式3Bで表される部分構造を少なくとも1種有する共役系高分子が挙げられる。   As a preferable form of the DA polymer including the partial structure represented by the above-mentioned (2) partial structure and the partial structure represented by the general formula 2 and one or more other partial structures, the following general formula Examples thereof include conjugated polymers having at least one partial structure represented by 3A or a partial structure represented by the following general formula 3B.

一般式3Aまたは一般式3B中、−X=は、それぞれ独立して、−C(R)=または−N=を表す。−X=の好ましい形態に関しては、上記一般式2で説明したのと同様である。 In the formula 3A or formula 3B, -X 1 = each independently, -C (R 3) = or an -N =. The preferred form of -X 1 = is the same as described in the general formula 2.

一般式3Aまたは一般式3B中、R〜Rは、それぞれ独立して、水素原子(H)、ハロゲン原子(F、Cl、Br、もしくはI)、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のフッ化アリール基、炭素原子数1〜20のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基を表す。 In General Formula 3A or General Formula 3B, R 1 to R 5 each independently represent a hydrogen atom (H), a halogen atom (F, Cl, Br, or I), a substituted or unsubstituted carbon atom An alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, a fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, and 1 to 20 carbon atoms An alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a fluorinated alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a fluorinated aryl group having 6 to 30 carbon atoms, A heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms or a fluorinated heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms is represented.

このうち、R〜Rについての好ましい形態は、上記一般式1および2で説明したのと同様である。一方、Rおよび/またはRは、それぞれ独立して、極性基で置換された炭素原子数1〜10のアルキル基であることが好ましく、より詳しくは、Rおよび/またはRは、下記一般式4で表わされる基であることが好ましい。 Among them, preferred embodiments of R 1 to R 3 are the same as described for Formula 1 and 2. On the other hand, each of R 4 and / or R 5 is preferably independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms substituted with a polar group. More specifically, R 4 and / or R 5 are: A group represented by the following general formula 4 is preferable.

一般式4中、Lは、それぞれ独立して、炭素原子数1〜10のアルキレン基を表す。具体的には、メチレン基(−CH−)、エチレン基(−CHCH−)、トリメチレン基(−CHCHCH−)、プロピレン基(−CH(CH)CH−)、2−エチルヘキサメチレン基(−CHCH(CHCH)CHCHCHCH−)などの直鎖状及び分岐状アルキレン基が挙げられる。このうち、当該アルキレン基中の水素原子と、主鎖のチオフェン環との立体障害を考慮すると、アルキレン基が結合しているチオフェン環の3位または4位の炭素原子と、Y(a=1のとき)またはZ(a=0のとき)とが距離的に十分離れている(具体的には、チオフェン環の3位または4位の炭素原子と、YまたはZとが、エチレン基(−CHCH−)以上の距離を介している)ことが好ましい。したがって、Lの主鎖の炭素原子数は2以上であることが好ましい。また、合成上の容易性という観点から、またはエチレン基であることが好ましい。 In General Formula 4, each L independently represents an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. Specifically, a methylene group (—CH 2 —), an ethylene group (—CH 2 CH 2 —), a trimethylene group (—CH 2 CH 2 CH 2 —), a propylene group (—CH (CH 3 ) CH 2 — ) And 2-ethylhexamethylene group (—CH 2 CH (CH 2 CH 3 ) CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 —) and the like, and linear and branched alkylene groups. Among them, a hydrogen atom in the alkylene group, in view of the steric hindrance of the thiophene ring of the main chain, and the carbon atoms of the 3 or 4 position of the thiophene ring of the alkylene group is attached, Y 1 (a = 1) or Z (when a = 0) is sufficiently distant from each other (specifically, the carbon atom at the 3-position or 4-position of the thiophene ring and Y 1 or Z are an ethylene group) (-CH 2 CH 2 -) and through at least distance) it is preferred. Accordingly, the number of carbon atoms in the main chain of L is preferably 2 or more. From the viewpoint of ease of synthesis, it is preferably an ethylene group.

一般式4中、YおよびYは、それぞれ独立して、酸素原子(O)、またはNRを表す。Zは、それぞれ独立して、炭素原子(C)、硫黄原子(S)、またはリン原子(P)を表す。a、b、およびcは、2≦a+b+c≦4かつ0≦a、b、c≦2の関係式を満たす整数を表す。すなわち、一般式4で表される基のうち、Lを除いた部分は、極性基を表す。当該極性基としては、具体的には、エステル基(−C(O)OR)、アミド基(−C(O)NR)、スルホンアミド基(−SONR)、カルバメート基(−OCONRまたは−NRC(O)OR)、カルボネート基(−OCOOR)、リン酸エステル基(−PO(OR)、ウレア基(−NRCONR)、リン酸アミド基(−PO(NR)、スルホンエステル基(−SOOR)などが挙げられる。このように、Rおよび/またはRが極性基を有するアルキル基であると、共役系高分子化合物において分子間の相互作用が強くなり、素子の耐久性をより向上させることができる。 In General Formula 4, Y 1 and Y 2 each independently represent an oxygen atom (O) or NR 7 . Z represents each independently a carbon atom (C), a sulfur atom (S), or a phosphorus atom (P). a, b, and c represent integers satisfying the relational expressions 2 ≦ a + b + c ≦ 4 and 0 ≦ a, b, c ≦ 2. That is, in the group represented by the general formula 4, the portion excluding L represents a polar group. Specific examples of the polar group include an ester group (—C (O) OR 6 ), an amide group (—C (O) NR 6 R 7 ), a sulfonamide group (—SO 2 NR 6 R 7 ), Carbamate group (—OCONR 6 R 7 or —NR 7 C (O) OR 6 ), carbonate group (—OCOOR 6 ), phosphate group (—PO (OR 6 ) 2 ), urea group (—NR 7 CONR 6) R 7 ), phosphoric acid amide group (—PO (NR 6 R 7 ) 2 ), sulfone ester group (—SO 2 OR 6 ) and the like. Thus, when R 4 and / or R 5 is an alkyl group having a polar group, the intermolecular interaction in the conjugated polymer compound becomes strong, and the durability of the device can be further improved.

さらに、Rおよび/またはRは、それぞれ独立して、強い極性基を有するアルキル基であることが好ましく、具体的には、一般式4において、a、b、およびcはa+b+c=3かつ0≦a、b、c≦2の関係式を満たす整数であることが好ましい。この場合の極性基としては、具体的には、スルホンアミド基(−SONR)、カルバメート基(−OCONRまたは−NRC(O)OR)、カルボネート基(−OCOOR)、リン酸エステル基(−PO(OR)、ウレア基(−NRCONR)、リン酸アミド基(−PO(NR)、スルホンエステル基(−SOOR)などが挙げられる。なかでも、カルバメート基(−OCONRまたは−NRC(O)OR)、カルボネート基(−OCOOR)であることが好ましい。このように、Rおよび/またはRが強い極性基を有するアルキル基であると、分子間相互作用がより強くなり、さらなる耐久性の向上が期待できる。また、極性基により親水性が高まるため、光電変換層上に水系溶媒を用いて正孔輸送層等を製膜する際に、塗布液が弾かれにくくなり、均一な層を形成することが可能となる。 Further, R 4 and / or R 5 are preferably each independently an alkyl group having a strong polar group. Specifically, in the general formula 4, a, b, and c are a + b + c = 3 and An integer satisfying the relational expression of 0 ≦ a, b, c ≦ 2 is preferable. Specific examples of the polar group in this case include a sulfonamide group (—SO 2 NR 6 R 7 ), a carbamate group (—OCONR 6 R 7 or —NR 7 C (O) OR 6 ), a carbonate group (— OCOOR 6 ), phosphoric acid ester group (—PO (OR 6 ) 2 ), urea group (—NR 7 CONR 6 R 7 ), phosphoric acid amide group (—PO (NR 6 R 7 ) 2 ), sulfone ester group ( -SO 2 OR 6), and the like. Among these, a carbamate group (—OCONR 6 R 7 or —NR 7 C (O) OR 6 ) or a carbonate group (—OCOOR 6 ) is preferable. Thus, when R 4 and / or R 5 is an alkyl group having a strong polar group, intermolecular interaction becomes stronger, and further improvement in durability can be expected. In addition, since the hydrophilicity is enhanced by the polar group, the coating liquid is less likely to be repelled when forming a hole transport layer or the like on the photoelectric conversion layer using an aqueous solvent, and a uniform layer can be formed. It becomes.

一般式4中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子(H)、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数2〜20のアルケニル基、炭素原子数6〜30のアリール基、または炭素原子数1〜20のヘテロアリール基を表す。ここで、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基の好ましい形態に関しては、上記一般式1および2で説明したのと同様である。 In General Formula 4, R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom (H), an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. An alkenyl group, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, or a heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms. Here, preferred forms of the alkyl group, cycloalkyl group, aryl group, and heteroaryl group are the same as those described in the above general formulas 1 and 2.

上記炭素原子数2〜20のアルケニル基としては、特に制限はないが、例えば、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、オクチニル基、ノニニル基、デシニル基などが挙げられる。このうち、溶解性を向上させるという観点から、炭素原子数6以上、特に炭素原子数6〜10のアルケニル基であることが好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular as said C2-C20 alkenyl group, For example, an ethynyl group, a propynyl group, a butynyl group, an octynyl group, a nonynyl group, a decynyl group etc. are mentioned. Among these, from the viewpoint of improving solubility, an alkenyl group having 6 or more carbon atoms, particularly 6 to 10 carbon atoms is preferable.

上述の一般式3Aまたは一般式3B中、Dは、それぞれ独立して、硫黄原子(S)を含むドナー性ユニット(群)(より詳しくは、ドナー性複素芳香族環基および/またはドナー性複素縮合芳香族環基)を表す。以下に、ドナー性ユニットの好ましい具体例を示す。   In General Formula 3A or General Formula 3B described above, each D independently represents a donor unit (group) containing a sulfur atom (S) (more specifically, a donor heteroaromatic ring group and / or donor complex). A condensed aromatic ring group). The preferable specific example of a donor property unit is shown below.

上記D1〜17のドナー性ユニット(群)において、Rは、それぞれ独立して、水素原子(H)、または、それぞれ独立して、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のフッ化アリール基、炭素原子数1〜20のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基を表す。これの基の好ましい形態は、上記一般式1および2中で説明したのと同様である。   In the donor unit (group) of D1 to D17, each R is independently a hydrogen atom (H), or each independently a substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 20 carbon atoms. Group, fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, carbon atom A fluorinated alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a fluorinated alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a fluorinated aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and 1 to 20 carbon atoms Or a fluorinated heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms. Preferred forms of these groups are the same as described in the above general formulas 1 and 2.

これらのドナー性ユニット(D)うち、下記一般式5で表されるドナー性ユニットであることが好ましい。   Of these donor units (D), a donor unit represented by the following general formula 5 is preferable.

一般式5中、Aは、炭素原子(C)、ケイ素原子(Si)、またはゲルマニウム原子(Ge)を表す。すなわち、D5、D8、D18で表わされるユニットであることが好ましい。このうち、Aは、ケイ素原子(Si)であることが好ましい。これらのユニットは高い溶解性と長波長までの吸収を有するユニットであるため、より高い光電変換効率を与えることができる。   In General Formula 5, A represents a carbon atom (C), a silicon atom (Si), or a germanium atom (Ge). That is, units represented by D5, D8, and D18 are preferable. Among these, A is preferably a silicon atom (Si). Since these units are units having high solubility and absorption up to a long wavelength, higher photoelectric conversion efficiency can be provided.

一般式5中、Rは、それぞれ独立して、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のフッ化アリール基、炭素原子数1〜20のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基を表す。これの基の好ましい形態は、上記一般式1および2中で説明したのと同様である。 In General Formula 5, each R 8 independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or 3 to 20 carbon atoms. Cycloalkyl group, fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, fluorinated alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, fluorinated alkylthio having 1 to 20 carbon atoms Group, an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a fluorinated aryl group having 6 to 30 carbon atoms, a heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluorinated heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms . Preferred forms of these groups are the same as described in the above general formulas 1 and 2.

以下、本形態の共役系高分子化合物の好ましい形態(例示化合物1〜35)を例示するが、本発明が以下の形態のみに限定されるわけではない。   Hereinafter, although the preferable form (Exemplary compounds 1-35) of the conjugated polymer compound of this form is illustrated, this invention is not necessarily limited only to the following forms.

本形態の共役系高分子化合物の分子量は特に制限はないが、共役系高分子化合物に良好なモルフォロジーを与えるためには、適度な分子量を有することが好ましい。他方で分子量が高すぎると溶解性が低くなることがある。具体的には、共役系高分子化合物の数平均分子量が10000〜100000であることが好ましく、15000〜70000であることがより好ましく、25000〜50000であることがさらに好ましい。特に、本形態の共役系高分子化合物をp型有機半導体として用いてバルクヘテロジャンクション型の光電変換層を構成する場合、n型有機半導体として低分子化合物(例えば、フラーレン誘導体)が広く用いられているが、p型有機半導体として用いられる共役系高分子化合物の分子量が上記範囲内であると、ミクロ相分離構造が良好に形成されるため、pn接合界面で発生した正孔と電子とを運ぶキャリアパスが形成されやすくなるためである。本明細書における数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC;標準物質ポリスチレン)で測定することができる。   The molecular weight of the conjugated polymer compound of this embodiment is not particularly limited, but preferably has an appropriate molecular weight in order to give a good morphology to the conjugated polymer compound. On the other hand, if the molecular weight is too high, the solubility may be lowered. Specifically, the number average molecular weight of the conjugated polymer compound is preferably 10,000 to 100,000, more preferably 15,000 to 70,000, and even more preferably 25,000 to 50,000. In particular, when a bulk heterojunction photoelectric conversion layer is formed using the conjugated polymer compound of this embodiment as a p-type organic semiconductor, a low-molecular compound (for example, a fullerene derivative) is widely used as an n-type organic semiconductor. However, when the molecular weight of the conjugated polymer compound used as the p-type organic semiconductor is within the above range, a microphase separation structure is formed well, and thus carriers that carry holes and electrons generated at the pn junction interface. This is because a pass is easily formed. The number average molecular weight in this specification can be measured by gel permeation chromatography (GPC; standard material polystyrene).

上述の本形態の共役系高分子化合物を光電変換層のp型有機半導体として用いることにより、優れた耐久性を有するとともに、十分な光電変換効率を発揮する素子とすることができる。すなわち、本発明の一形態に係る有機光電変換素子は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極および前記第二の電極の間に存在する、n型有機半導体およびp型有機半導体を含む光電変換層とを有し、前記p型有機半導体は、上述の共役系高分子化合物を含む。   By using the conjugated polymer compound of the present embodiment as a p-type organic semiconductor of the photoelectric conversion layer, it is possible to obtain an element having excellent durability and sufficient photoelectric conversion efficiency. That is, an organic photoelectric conversion element according to one embodiment of the present invention includes a first electrode, a second electrode, an n-type organic semiconductor that exists between the first electrode and the second electrode, and p. The p-type organic semiconductor contains the conjugated polymer compound described above.

以下、添付した図面を参照しながら本形態を説明するが、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載により定められるべきものであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. However, the technical scope of the present invention should be determined by the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios.

図1は、本発明の一実施形態に係る、順層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。具体的には、図1の有機光電変換素子10は、基板25上に、陽極(透明電極)11、正孔輸送層26、光電変換層14、電子輸送層27、および陰極(対電極)12がこの順に積層されてなる構成を有する。なお、基板25は、主に、その上の陽極(透明電極)11を塗布方式で形成するのを容易にするために任意に設けられる部材である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a normal layer type organic photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention. Specifically, the organic photoelectric conversion element 10 of FIG. 1 includes an anode (transparent electrode) 11, a hole transport layer 26, a photoelectric conversion layer 14, an electron transport layer 27, and a cathode (counter electrode) 12 on a substrate 25. Are stacked in this order. The substrate 25 is a member that is arbitrarily provided mainly for facilitating the formation of the anode (transparent electrode) 11 thereon by a coating method.

図1に示す有機光電変換素子10の作動時において、光は基板25側から照射される。本実施形態において、陽極(透明電極)11は、照射された光が光電変換層14へと届くようにするため、透明な電極材料(例えば、ITO)で構成される。基板25側から照射された光は、透明な陽極(透明電極)11および正孔輸送層26を経て光電変換層14へと届く。   When the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 is operated, light is irradiated from the substrate 25 side. In the present embodiment, the anode (transparent electrode) 11 is made of a transparent electrode material (for example, ITO) so that the irradiated light reaches the photoelectric conversion layer 14. The light irradiated from the substrate 25 side reaches the photoelectric conversion layer 14 through the transparent anode (transparent electrode) 11 and the hole transport layer 26.

なお、正孔輸送層26は、正孔の移動度が高い材料で形成されており、光電変換層14のpn接合界面で生成した正孔を効率よく陽極(透明電極)11へと輸送する機能を担っている。一方、電子輸送層27は、電子の移動度が高い材料で形成されており、光電変換層14のpn接合界面で生成した電子を効率よく陰極(対電極)12へと輸送する機能を担っている。   The hole transport layer 26 is made of a material having a high hole mobility, and functions to efficiently transport holes generated at the pn junction interface of the photoelectric conversion layer 14 to the anode (transparent electrode) 11. Is responsible. On the other hand, the electron transport layer 27 is formed of a material having high electron mobility, and has a function of efficiently transporting electrons generated at the pn junction interface of the photoelectric conversion layer 14 to the cathode (counter electrode) 12. Yes.

図2は、本発明の他の一実施形態に係る、逆層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。図2の有機光電変換素子20は、図1の有機光電変換素子10と比較して、陽極11と陰極12とが逆の位置に配置され、また、正孔輸送層26と電子輸送層27とが逆の位置に配置されている点が異なる。すなわち、逆層型の有機光電変換素子は、第一の電極が陰極(透明電極)12であり、第二の電極が陽極(対電極)11であり、第二の電極および光電変換層14の間に正孔輸送層26が含まれる点に特徴を有する。図2の有機光電変換素子20は、基板25上に、陰極(透明電極)12、電子輸送層27、光電変換層14、正孔輸送層26、および陽極(対電極)11がこの順に積層されてなる構成を有している。このような構成を有することにより、光電変換層14のpn接合界面で生成される電子は電子輸送層27を経て陰極(透明電極)12へと輸送され、正孔は正孔輸送層26を経て陽極(対電極)11へと輸送される。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a reverse layer type organic photoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention. The organic photoelectric conversion element 20 in FIG. 2 has the anode 11 and the cathode 12 disposed at opposite positions as compared with the organic photoelectric conversion element 10 in FIG. 1, and the hole transport layer 26, the electron transport layer 27, and the like. Are different in that they are arranged at the opposite positions. That is, in the reverse layer type organic photoelectric conversion element, the first electrode is the cathode (transparent electrode) 12, the second electrode is the anode (counter electrode) 11, and the second electrode and the photoelectric conversion layer 14 It is characterized in that the hole transport layer 26 is included therebetween. In the organic photoelectric conversion element 20 of FIG. 2, a cathode (transparent electrode) 12, an electron transport layer 27, a photoelectric conversion layer 14, a hole transport layer 26, and an anode (counter electrode) 11 are stacked in this order on a substrate 25. It has the composition which becomes. By having such a configuration, electrons generated at the pn junction interface of the photoelectric conversion layer 14 are transported to the cathode (transparent electrode) 12 through the electron transport layer 27, and holes are transported through the hole transport layer 26. It is transported to the anode (counter electrode) 11.

図3は、本発明の他の一実施形態に係る、タンデム型(多接合型)の光電変換層を備えた有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。図3の有機光電変換素子30は、図1の有機光電変換素子10と比較して、光電変換層14に代えて、第1の光電変換層14aと、第2の光電変換層14bと、これら2つの光電変換層の間に介在する電荷再結合層38との積層体が配置されている点が異なる。図3に示すタンデム型の有機光電変換素子30では、第1の光電変換層14aおよび第2の光電変換層14bに、それぞれ吸収波長の異なる光電変換材料(p型有機半導体およびn型有機半導体)を用いることにより、より広い波長域の光を効率よく電気に変換することが可能となる。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating an organic photoelectric conversion element including a tandem (multi-junction type) photoelectric conversion layer according to another embodiment of the present invention. Compared with the organic photoelectric conversion element 10 in FIG. 1, the organic photoelectric conversion element 30 in FIG. 3 replaces the photoelectric conversion layer 14 with a first photoelectric conversion layer 14 a, a second photoelectric conversion layer 14 b, and these The difference is that a stacked body with a charge recombination layer 38 interposed between two photoelectric conversion layers is disposed. In the tandem organic photoelectric conversion element 30 shown in FIG. 3, photoelectric conversion materials (p-type organic semiconductor and n-type organic semiconductor) having different absorption wavelengths are used for the first photoelectric conversion layer 14a and the second photoelectric conversion layer 14b, respectively. By using this, light in a wider wavelength range can be efficiently converted into electricity.

以下、本発明に係る有機光電変換素子の各構成について詳細に説明する。   Hereinafter, each structure of the organic photoelectric conversion element which concerns on this invention is demonstrated in detail.

[電極]
本形態の有機光電変換素子は、第一の電極および第二の電極を必須に含む。第一の電極および第二の電極は、各々、陽極または陰極として機能する。本明細書において、「第一の」および「第二の」とは、陽極または陰極としての機能を区別するための用語である。したがって、第一の電極が陽極として機能し、第二の電極が陰極として機能する場合もあるし、逆に、第一の電極が陰極として機能し、第二の電極が陽極として機能する場合もある。上述したように、光電変換層14で生成されるキャリア(正孔・電子)は、電極間を移動し、正孔は陽極12へ、電子は陰極16へと到達する。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。また、タンデム構成をとる場合には電荷再結合層(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。さらに、電極が透光性を有するものであるか否かという機能面から、透光性を有する電極を透明電極と呼び、透光性のない電極を対電極と呼び分ける場合もある。順層構成の場合、通常、陽極は透光性のある透明電極であり、陰極は透光性のない対電極である。
[electrode]
The organic photoelectric conversion element of this embodiment essentially includes a first electrode and a second electrode. The first electrode and the second electrode each function as an anode or a cathode. In the present specification, “first” and “second” are terms for distinguishing functions as an anode or a cathode. Therefore, the first electrode may function as an anode and the second electrode may function as a cathode. Conversely, the first electrode may function as a cathode and the second electrode may function as an anode. is there. As described above, the carriers (holes / electrons) generated in the photoelectric conversion layer 14 move between the electrodes, and the holes reach the anode 12 and the electrons reach the cathode 16. 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. Moreover, when taking a tandem structure, a tandem structure can be achieved by using a charge recombination layer (intermediate electrode). Furthermore, from the functional aspect of whether or not the electrode has translucency, the translucent electrode is sometimes referred to as a transparent electrode, and the non-translucent electrode is sometimes referred to as a counter electrode. In the case of a normal layer configuration, the anode is usually a transparent electrode having a light transmitting property, and the cathode is a counter electrode having no light transmitting property.

本形態の電極に使用される材料は、光電変換素子として駆動する限りにおいては特に制限はなく、本技術分野で使用されうる電極材料を適宜採用することができる。なかでも、陽極は陰極と比較して相対的に仕事関数が大きい材料から構成されることが好ましく、逆に陰極は陽極と比較して相対的に仕事関数が小さい材料から構成から構成されることが好ましい。   The material used for the electrode of this embodiment is not particularly limited as long as it is driven as a photoelectric conversion element, and an electrode material that can be used in this technical field can be appropriately employed. In particular, the anode is preferably composed of a material having a relatively large work function compared to the cathode, and conversely, the cathode is composed of a material having a relatively small work function compared to the anode. Is preferred.

上述の図1に示す順層型の有機光電変換素子10における陽極11は、相対的に仕事関数が大きく、透明な(380〜800nmの光を透過可能な)電極材料から構成されることが好ましい。一方、陰極12は、相対的に仕事関数が小さく(例えば、4eV以下)、通常、透光性の低い電極材料から構成されうる。   The anode 11 in the normal layer type organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 is preferably composed of a transparent electrode material having a relatively large work function and capable of transmitting light of 380 to 800 nm. . On the other hand, the cathode 12 has a relatively small work function (for example, 4 eV or less), and can usually be composed of an electrode material having low translucency.

このような、順層型の有機光電変換素子10において、陽極(透明電極)に使用される電極材料としては、例えば、金、銀、白金などの金属;インジウムスズ酸化物(ITO)、SnO、ZnOなどの透明な導電性金属酸化物;金属ナノワイヤー、カーボンナノチューブなどの炭素材料などが挙げられる。また、陽極の電極材料として導電性高分子を用いることも可能である。陽極に使用されうる導電性高分子としては、例えば、PEDOT:PSS、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、ポリナフタレンおよびこれらの誘導体などが挙げられる。これらの電極材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上の材料を混合して使用してもよい。また、各材料からなる層を2種以上積層させて電極を構成することも可能である。 In such a normal layer type organic photoelectric conversion element 10, examples of electrode materials used for the anode (transparent electrode) include metals such as gold, silver, and platinum; indium tin oxide (ITO), SnO 2. And transparent conductive metal oxides such as ZnO; carbon materials such as metal nanowires and carbon nanotubes. It is also possible to use a conductive polymer as the anode electrode material. Examples of the conductive polymer that can be used for the anode include PEDOT: PSS, polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, and polyphenyl. Examples include acetylene, polydiacetylene, polynaphthalene, and derivatives thereof. These electrode materials may be used alone or as a mixture of two or more materials. It is also possible to form an electrode by laminating two or more layers made of each material.

一方、順層型の有機光電変換素子において、陰極(対電極)に使用される電極材料としては、金属、合金、電子電導性化合物、およびこれらの混合物が使用されうる。具体的には、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属などが挙げられる。このうち、電子の取り出し性能や、酸化などに対する耐久性の観点から、仕事関数が低い第一の金属と、第一の金属よりも仕事関数が大きく安定な金属である第二の金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、リチウム/アルミニウム混合物や、安定な金属であるアルミニウムなどを用いることが好ましい。また、これらの材料のうち金属を用いることも好ましく、これにより、第一の電極側から入射し光電変換層で吸収されずに透過した光を、第二の電極で反射させて光電変換に再利用することができ、光電変換効率を向上させることが可能である。これらの電極材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上の材料を混合して使用してもよい。また、各材料からなる層を2種以上積層させて電極を構成することも可能である。なお、陰極(対電極)の厚さは特に制限はないが、通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmである。 On the other hand, in the normal layer type organic photoelectric conversion element, as an electrode material used for the cathode (counter electrode), a metal, an alloy, an electron conductive compound, and a mixture thereof can be used. Specifically, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixture, indium, Examples include lithium / aluminum mixtures and rare earth metals. Of these, a mixture of a first metal having a low work function and a second metal, which is a metal having a larger work function and more stable than the first metal, from the viewpoint of electron extraction performance and durability against oxidation, etc. For example, it is preferable to use a magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, a magnesium / indium mixture, an aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixture, a lithium / aluminum mixture, aluminum which is a stable metal, or the like. In addition, it is also preferable to use a metal among these materials, so that light that is incident from the first electrode side and transmitted without being absorbed by the photoelectric conversion layer is reflected by the second electrode and is regenerated for photoelectric conversion. The photoelectric conversion efficiency can be improved. These electrode materials may be used alone or as a mixture of two or more materials. It is also possible to form an electrode by laminating two or more layers made of each material. The thickness of the cathode (counter electrode) is not particularly limited, but is usually 10 nm to 5 μm, preferably 50 to 200 nm.

また、図2に示す逆層型の有機光電変換素子では、光が入射する基板25側に陰極12が位置し、反対側に陽極11が位置する。したがって、図2に示す逆層型の形態における陽極11は、相対的に仕事関数が大きく、通常、透光性の低い電極材料から構成されることが好ましい。一方、陰極12は、相対的に仕事関数が小さく、透明な電極材料から構成される。   In the reverse layer type organic photoelectric conversion element shown in FIG. 2, the cathode 12 is located on the substrate 25 side on which light is incident, and the anode 11 is located on the opposite side. Therefore, the anode 11 in the reverse layer type shown in FIG. 2 is preferably composed of an electrode material having a relatively large work function and usually low translucency. On the other hand, the cathode 12 has a relatively small work function and is made of a transparent electrode material.

逆層型の有機光電変換素子において、陰極(透明電極)に使用される電極材料としては、例えば、金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウムなどの金属、金属化合物、および合金;カーボンナノ粒子、カーボンナノワイヤー、カーボンナノ構造体などの炭素材料;が挙げられる。このうち、インジウム・スズ酸化物(ITO)などの透明な導電性金属酸化物を用いることが好ましい。これらの電極材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上の材料を混合して使用してもよい。また、各材料からなる層を2種以上積層させて電極を構成することも可能である。このうち、カーボンナノワイヤーを用いることにより、透明で導電性の高い陰極を塗布法により形成できるため好ましい。また、金属系の材料を使用する場合、陽極(対電極)と対向する側に、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀化合物などを用いて、1〜20nm程度の厚さの補助電極を作製した後、上述の順層型の有機光電変換素子の陽極(透明電極)材料として例示した導電性高分子の膜を設けることで、陰極(透明電極)とすることができる。   In the reverse layer type organic photoelectric conversion element, examples of the electrode material used for the cathode (transparent electrode) include metals such as gold, silver, copper, platinum, rhodium, ruthenium, aluminum, magnesium, and indium, metal compounds, And carbon materials such as carbon nanoparticles, carbon nanowires, and carbon nanostructures. Among these, it is preferable to use a transparent conductive metal oxide such as indium tin oxide (ITO). These electrode materials may be used alone or as a mixture of two or more materials. It is also possible to form an electrode by laminating two or more layers made of each material. Among these, it is preferable to use carbon nanowires because a transparent and highly conductive cathode can be formed by a coating method. In addition, when a metal material is used, an auxiliary electrode having a thickness of about 1 to 20 nm is formed on the side facing the anode (counter electrode) using, for example, aluminum, an aluminum alloy, silver, a silver compound, or the like. Then, a cathode (transparent electrode) can be obtained by providing a conductive polymer film exemplified as the anode (transparent electrode) material of the above-mentioned normal layer type organic photoelectric conversion element.

一方、逆層型の有機光電変換素子において、陽極(対電極)に使用される電極材料は、上記陰極(透明電極)よりも相対的に仕事関数が大きい電極材料であることが好ましい。一例を挙げると、銀、ニッケル、モリブデン、金、白金、タングステン、および銅などの金属材料を用いて陽極(対電極)が形成されうる。   On the other hand, in the reverse layer type organic photoelectric conversion element, the electrode material used for the anode (counter electrode) is preferably an electrode material having a relatively higher work function than the cathode (transparent electrode). For example, the anode (counter electrode) may be formed using a metal material such as silver, nickel, molybdenum, gold, platinum, tungsten, and copper.

前述のとおり、本発明においては、酸素や水分等で劣化しにくい材料を陽極・陰極の双方に用いることができる、図2の逆層構成の有機光電変換素子であることが好ましい。逆層構成において好ましい陽極・陰極の組合せの例としては、たとえば
1) 第一の電極(陰極)ITO, 第二の電極(陽極)銀
2) 第一の電極(陰極)PEDOT:PSS, 第二の電極(陽極)銀
3) 第一の電極(陰極)ITO, 第二の電極(陽極)銅
4) 第一の電極(陰極)PEDOT:PSS, 第二の電極(陽極)金
5) 第一の電極(陰極)ITO, 第二の電極(陽極)PEDOT:PSS
等を挙げることができる。
As described above, in the present invention, the organic photoelectric conversion element having the reverse layer structure of FIG. 2 in which a material that hardly deteriorates due to oxygen, moisture, or the like can be used for both the anode and the cathode is preferable. Examples of preferable anode / cathode combinations in the reverse layer structure include, for example, 1) first electrode (cathode) ITO, second electrode (anode) silver 2) first electrode (cathode) PEDOT: PSS, second Electrode (anode) silver 3) first electrode (cathode) ITO, second electrode (anode) copper 4) first electrode (cathode) PEDOT: PSS, second electrode (anode) gold 5) first Electrode (cathode) ITO, second electrode (anode) PEDOT: PSS
Etc.

[光電変換層]
光電変換層は、光起電力効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有する。本形態の有機光電変換素子は、光電変換層に、n型有機半導体および上述の本発明の共役系高分子化合物をp型有機半導体として必須に含む点に特徴を有する。これらの光電変換材料に光が吸収されると、励起子が発生し、これがpn接合界面において、正孔と電子とに電荷分離される。
[Photoelectric conversion layer]
The photoelectric conversion layer has a function of converting light energy into electric energy using the photovoltaic effect. The organic photoelectric conversion element of this embodiment is characterized in that the photoelectric conversion layer essentially includes the n-type organic semiconductor and the conjugated polymer compound of the present invention as a p-type organic semiconductor. When light is absorbed by these photoelectric conversion materials, excitons are generated, which are separated into holes and electrons at the pn junction interface.

本形態の光電変換層は、上述の本発明の共役系高分子化合物を必須に含み、必要に応じて、他のp型有機半導体材料を含みうる。他のp型有機半導体材料の一例を以下に示す。   The photoelectric conversion layer of this embodiment essentially contains the above-described conjugated polymer compound of the present invention, and may contain other p-type organic semiconductor materials as necessary. An example of another p-type organic semiconductor material is shown below.

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

また上記の縮合多環を有する誘導体の例としては、国際公開第03/16599号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol127.No14.4986、J.Amer.Chem.Soc.,vol.123、p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008)、No.9、2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物等が挙げられる。   Examples of the derivative having the above-mentioned condensed polycycle include WO 03/16599 pamphlet, WO 03/28125 pamphlet, US Pat. No. 6,690,029, JP 2004-107216 A. A pentacene derivative having a substituent described in JP-A No. 2003-136964, a pentacene precursor described in US Patent Application Publication No. 2003/136964, and the like; Amer. Chem. Soc. , Vol127. No. 14.4986, J. MoI. Amer. Chem. Soc. , Vol. 123, p9482; Amer. Chem. Soc. , Vol. 130 (2008), no. 9, acene-based compounds substituted with a trialkylsilylethynyl group described in 2706 and the like.

共役系ポリマーとしては、例えば、ポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)等のポリチオフェンおよびそのオリゴマー、またはTechnical Digest of the International PVSEC−17,Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Nature Material,(2006)vol.5,p328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、国際公開第2008/000664号パンフレットに記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv Mater,2007p4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体、Nature Mat.vol.6(2007),p497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、ポリピロールおよびそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレンおよびそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレンおよびそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレンおよびそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー、等のポリマー材料が挙げられる。   As the conjugated polymer, for example, a polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and an oligomer thereof, or a technical group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Polythiophene, Nature Material, (2006) vol. 5, p328, a polythiophene-thienothiophene copolymer, a polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO2008 / 000664, and a polythiophene-thiazolothiazole copolymer described in Adv Mater, 2007p4160 Nature Mat. vol. 6 (2007), p497 described in PCPDTBT, etc., polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, Examples thereof include polymer materials such as σ-conjugated polymers such as polysilane and polygermane.

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

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。より好ましくは、本発明のn型有機半導体材料であるフラーレン誘導体と適度な相溶性を有するような化合物(適度な相分離構造形成し得る化合物)であることが好ましい。   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. More preferably, it is a compound (a compound capable of forming an appropriate phase separation structure) having appropriate compatibility with the fullerene derivative which is the n-type organic semiconductor material of the present invention.

またバルクへテロジャンクション層上にさらに溶液プロセスで電子輸送層や正孔ブロック層を形成する際には、一度塗布した層の上にさらに塗布することができれば、容易に積層することができるが、通常溶解性のよい材料からなる層の上にさらに層を溶液プロセスによって積層使用とすると、下地の層を溶かしてしまうために積層することができないという課題を有していた。したがって、溶液プロセスで塗布した後に不溶化できるような材料が好ましい。   In addition, when forming an electron transport layer or a hole blocking layer by a solution process on the bulk heterojunction layer, if it can be further applied on the layer once applied, it can be easily laminated, When a layer is further laminated by a solution process on a layer made of a material that usually has good solubility, there is a problem that the layer cannot be laminated because the underlying layer is dissolved. Therefore, a material that can be insolubilized after application by a solution process is preferable.

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.

なお、本形態の光電変換層に含まれるp型有機半導体は、上述の共役系高分子化合物を含む限りにおいては、上記他のp型有機半導体材料の含有量は特に制限はない。ただし、より高い光電変換効率を達成するためには、光電変換層に含まれるp型有機半導体の総量(光電変換層が2層以上含まれる場合には、全ての層における総量)に対して、上述の共役系高分子化合物の割合が多いほど好ましい。具体的には、p型有機半導体の総量に対する共役系高分子化合物の割合が、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、95質量%以上であることが特に好ましく、100質量%であることが最も好ましい。   In addition, as long as the p-type organic semiconductor contained in the photoelectric converting layer of this form contains the above-mentioned conjugated polymer compound, the content of the other p-type organic semiconductor material is not particularly limited. However, in order to achieve higher photoelectric conversion efficiency, with respect to the total amount of the p-type organic semiconductor included in the photoelectric conversion layer (when two or more photoelectric conversion layers are included, the total amount in all layers), The larger the proportion of the conjugated polymer compound described above, the better. Specifically, the ratio of the conjugated polymer compound to the total amount of the p-type organic semiconductor is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and 90% by mass or more. More preferably, it is particularly preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass.

一方、本形態の光電変換層に使用されるn型有機半導体も、前記p型有機半導体に対してアクセプター性(電子受容性)である有機化合物であれば特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。このような化合物としては、前記p型有機半導体のLUMO準位に対して0.2〜0.5eV以上深い化合物であればよく、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、オクタアザポルフィリンなど、上記p型有機半導体の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体(例えば、パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニンなど)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミドなどの芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む高分子化合物などが挙げられる。   On the other hand, the n-type organic semiconductor used in the photoelectric conversion layer of the present embodiment is not particularly limited as long as it is an organic compound that is acceptor (electron-accepting) with respect to the p-type organic semiconductor, and is used in this technical field. The material which can be used can be employ | adopted suitably. Such a compound may be a compound deeper by 0.2 to 0.5 eV or more than the LUMO level of the p-type organic semiconductor. For example, the p-type organic such as fullerene, carbon nanotube, octaazaporphyrin, etc. Perfluoro compounds (for example, perfluoropentacene and perfluorophthalocyanine) in which hydrogen atoms of a semiconductor are substituted with fluorine atoms, naphthalene tetracarboxylic acid anhydride, naphthalene tetracarboxylic acid diimide, perylene tetracarboxylic acid anhydride, perylene tetracarboxylic acid Examples thereof include aromatic carboxylic acid anhydrides such as diimide and polymer compounds containing the imidized product thereof as a skeleton.

このうち、p型有機半導体と高速(〜50fs)かつ効率的に電荷分離を行うことができるという観点から、フラーレンもしくはカーボンナノチューブまたはこれらの誘導体を用いることが好ましい。より具体的には、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、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン(円錐型)など、およびこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、置換されたまたは非置換の、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、アミノ基などによって置換されたフラーレン誘導体が挙げられる。   Of these, fullerenes, carbon nanotubes, or derivatives thereof are preferably used from the viewpoint that charge separation can be efficiently performed with a p-type organic semiconductor at high speed (up to 50 fs). More specifically, fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotube, multi-walled carbon nanotube, single-walled carbon nanotube, carbon nanohorn (conical type), etc. , And some of these are hydrogen atoms, halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, iodine atoms), substituted or unsubstituted alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, aryl groups, heteroaryl groups, And a fullerene derivative substituted with a cycloalkyl group, a silyl group, an ether group, a thioether group, an amino group, or the like.

特に、[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)、[6,6]−フェニルC71−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PC71BM)、Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116に記載のbis−PCBM、特開2006−199674号公報に記載のアミノ化フラーレン、特開2008−130889号公報に記載のメタロセン化フラーレン、米国特許第7,329,709号明細書に記載の環状エーテル基を有するフラーレンなどのような、置換基により溶解性が向上されてなるフラーレン誘導体を用いることが好ましい。なお、本形態において、n型有機半導体は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用しても構わない。   In particular, [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (abbreviation PCBM), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-nbutyl ester (PCBnB), [6,6] -phenyl C61- Butyric acid-isobutyl ester (PCBiB), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-n hexyl ester (PCBH), [6,6] -phenyl C71-butyric acid methyl ester (abbreviation PC71BM), Adv . Mater. , Vol. 20 (2008), p2116, aminated fullerene described in JP-A 2006-199674, metallocene fullerene described in JP-A 2008-130889, US Pat. No. 7,329,709 It is preferable to use a fullerene derivative whose solubility is improved by a substituent, such as fullerene having a cyclic ether group described in the specification. In this embodiment, the n-type organic semiconductor may be used alone or in combination of two or more.

本形態の光電変換層における、p型有機半導体およびn型有機半導体の接合形態は、特に制限はなく、平面へテロ接合であってもよいし、バルクへテロ接合(バルクヘテロジャンクション)であってもよい。平面ヘテロ接合とは、p型有機半導体を含むp型有機半導体層と、n型有機半導体を含むn型有機半導体層とが積層され、これら2つの層が接触する面がpn接合界面となる接合形態である。一方、バルクヘテロジャンクションとは、p型有機半導体とn型有機半導体との混合物を塗布することにより形成され、この単一の層中において、p型有機半導体のドメインとn型有機半導体のドメインとがミクロ相分離構造をとっている。したがって、バルクヘテロジャンクションでは、平面へテロ接合と比較して、pn接合界面が層全体にわたって数多く存在することになる。よって、光吸収により生成した励起子の多くがpn接合界面に到達できることになり、電荷分離に至る効率を高めることができる。このような理由から、本形態の光電変換層における、p型有機半導体とn型有機半導体との接合は、バルクヘテロジャンクションであることが好ましい。   There is no particular limitation on the junction form of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer of this embodiment, and it may be a planar heterojunction or a bulk heterojunction (bulk heterojunction). Good. A planar heterojunction is a junction in which a p-type organic semiconductor layer containing a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor layer containing an n-type organic semiconductor are stacked, and the surface where these two layers contact is the pn junction interface. It is a form. On the other hand, a bulk heterojunction is formed by applying a mixture of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor. In this single layer, a domain of the p-type organic semiconductor and a domain of the n-type organic semiconductor are formed. It has a microphase separation structure. Therefore, in a bulk heterojunction, many pn junction interfaces exist throughout the layer as compared to a planar heterojunction. Therefore, most of the excitons generated by light absorption can reach the pn junction interface, and the efficiency leading to charge separation can be increased. For these reasons, the junction between the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer of this embodiment is preferably a bulk heterojunction.

また、バルクヘテロジャンクション層は、通常の、p型有機半導体材料とn型有機半導体層が混合されてなる単一の層(i層)からなる場合の他に、当該i層がp型有機半導体からなるp層およびn型有機半導体からなるn層により挟持されてなる3層構造(p−i−n構造)を有する場合がある。このようなp−i−n構造は、正孔および電子の整流性がより高くなり、電荷分離した正孔・電子の再結合等によるロスが低減され、一層高い光電変換効率を得ることができる。   The bulk heterojunction layer is formed of a single layer (i layer) in which a normal p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor layer are mixed, and the i layer is made of a p-type organic semiconductor. In some cases, it has a three-layer structure (p-i-n structure) sandwiched between a p layer and an n layer made of an n-type organic semiconductor. Such a pin structure has higher rectification of holes and electrons, reduces loss due to recombination of charge-separated holes and electrons, and can achieve higher photoelectric conversion efficiency. .

本発明において、光電変換層に含まれるp型有機半導体とn型有機半導体との混合比は、質量比で2:8〜8:2の範囲が好ましく、より好ましくは3.3:6.7〜5:5の範囲である。また、光電変換層1層の膜厚は、好ましくは50〜400nmであり、より好ましくは80〜300nmであり、特に好ましくは100〜200nmである。一般に、より多くの光を吸収させる観点から、光電変換層の膜厚は大きい方が好ましいが、膜厚が大きくなるとキャリア(正孔・電子)の取り出し効率が低下するために光電変換効率が低下する傾向がある。しかしながら、上述の本形態の共役系高分子化合物をp型有機半導体材料として用いて光電変換層を形成すると、従来のp型有機半導体材料を用いた光電変換層と比較して、100nm以上の膜厚とした場合であってもキャリア(正孔・電子)の取り出し効率が低下しにくいため、高い光電変換効率を維持することができる。よって、逆層型の光電変換素子において、光電変換層の膜厚を大きくした場合であっても十分な光電変換効率を達成することが可能となる。   In the present invention, the mixing ratio of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor contained in the photoelectric conversion layer is preferably in the range of 2: 8 to 8: 2, more preferably 3.3: 6.7. It is the range of -5: 5. Moreover, the film thickness of one photoelectric conversion layer is preferably 50 to 400 nm, more preferably 80 to 300 nm, and particularly preferably 100 to 200 nm. In general, from the viewpoint of absorbing more light, it is preferable that the thickness of the photoelectric conversion layer is larger. However, as the film thickness increases, the extraction efficiency of carriers (holes / electrons) decreases, so the photoelectric conversion efficiency decreases. Tend to. However, when a photoelectric conversion layer is formed using the conjugated polymer compound of the present embodiment described above as a p-type organic semiconductor material, a film having a thickness of 100 nm or more is formed as compared with a photoelectric conversion layer using a conventional p-type organic semiconductor material. Even when the thickness is increased, the extraction efficiency of carriers (holes / electrons) is unlikely to decrease, so that high photoelectric conversion efficiency can be maintained. Therefore, in the reverse layer type photoelectric conversion element, sufficient photoelectric conversion efficiency can be achieved even when the film thickness of the photoelectric conversion layer is increased.

(基板)
本発明の有機光電変換素子は、必要に応じて基板を含みうる。基板は、電極を塗布方式で形成する場合における、塗布液の被塗布部材としての役割を有する。
(substrate)
The organic photoelectric conversion element of the present invention may include a substrate as necessary. The substrate has a role as a member to be coated with a coating solution when the electrode is formed by a coating method.

基板側から光電変換される光が入射する場合、基板はこの光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材であることが好ましい。基板は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が好適に挙げられるが、軽量性と柔軟性の観点から透明樹脂フィルムを用いることが望ましい。   When light that is photoelectrically converted enters from the substrate side, the substrate is preferably a member that can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, a member that is transparent to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. As the substrate, for example, a glass substrate, a resin substrate and the like are preferably mentioned, but it is desirable to use a transparent resin film from the viewpoint of light weight and flexibility.

本発明で透明基板として好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限がなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができるが、可視域の波長(380〜800nm)における透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本発明に係る透明樹脂フィルムに好ましく適用することができる。なかでも透明性、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。   There is no restriction | limiting in particular in the transparent resin film which can be preferably used as a transparent substrate by this invention, The material, a shape, a structure, thickness, etc. can be suitably selected from well-known things. For example, 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. 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、透明導電層を転写する反対側にはハードコート層が予め形成されていてもよい。   For the purpose of suppressing the permeation of oxygen and water vapor, a barrier coat layer may be formed in advance on the transparent substrate, or a hard coat layer may be formed in advance on the opposite side to which the transparent conductive layer is transferred. Good.

(正孔輸送層)
本形態の有機光電変換素子は、必要に応じて正孔輸送層を含みうる。正孔輸送層は、正孔を輸送する機能を有し、かつ電子を輸送する能力が著しく小さい(例えば、正孔の移動度の10分の1以下)という性質を有する。正孔輸送層は、光電変換層と陽極との間に設けられ、正孔を陽極へと輸送しつつ、電子の移動を阻止することで、電子と正孔とが再結合するのを防ぐことができる。
(Hole transport layer)
The organic photoelectric conversion element of this form can contain a positive hole transport layer as needed. The hole transport layer has a function of transporting holes and a property of extremely small ability to transport electrons (for example, 1/10 or less of the mobility of holes). The hole transport layer is provided between the photoelectric conversion layer and the anode and prevents recombination of electrons and holes by blocking the movement of electrons while transporting holes to the anode. Can do.

正孔輸送層に用いられる正孔輸送材料は、特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。一例を挙げると、例えば、Clevios社製、商品名BaytronP等のPEDOT:PSS、欧州特許第1647566号等に記載のポリチエノチオフェン類、特開2010−206146号に記載のスルホン化ポリチオフェン類、ポリアニリンおよびそのドープ材料、国際公開第2006/019270号パンフレット等に記載のシアン化合物などが挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular in the hole transport material used for a hole transport layer, The material which can be used in this technical field can be employ | adopted suitably. As an example, for example, PEDOT: PSS such as product name BaytronP manufactured by Clevios, polythienothiophenes described in European Patent No. 1647566, sulfonated polythiophenes described in JP 2010-206146, polyaniline, and the like The dope material, cyan compounds described in International Publication No. 2006/019270 pamphlet and the like can be mentioned.

また、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、およびピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマーなどもまた、用いられうる。   Also, triazole derivatives, oxadiazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, and pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives , Stilbene derivatives, silazane derivatives, aniline copolymers, and conductive polymer oligomers, particularly thiophene oligomers, may also be used.

また、これら以外にも、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物、およびスチリルアミン化合物などが使用可能であり、これらのうちでは、芳香族第3級アミン化合物を用いることが好ましい。なお、場合によっては、モリブデン、バナジウム、タングステンなどの金属酸化物やその混合物などの無機化合物を用いて正孔輸送層を形成してもよい。   Besides these, a porphyrin compound, an aromatic tertiary amine compound, a styrylamine compound, and the like can be used, and among these, it is preferable to use an aromatic tertiary amine compound. In some cases, the hole transport layer may be formed using an inorganic compound such as a metal oxide such as molybdenum, vanadium, or tungsten, or a mixture thereof.

さらに上記化合物に含まれる構造単位を高分子鎖に導入した、あるいは、上記化合物を高分子の主鎖とした高分子材料を正孔輸送材料として用いることもできる。また、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.,Applied Physics Letters,80(2002),p.139に記載されているような、p型正孔輸送材料を用いることもできる。さらに、不純物をドープしたp性の高い正孔輸送材料を用いることもできる。一例を挙げると、特開平4−297076号公報、特開2000−196140号公報、特開2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)などに記載された材料が挙げられる。なお、これらの正孔輸送材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、各材料からなる層を2種以上積層させて正孔輸送層を構成することも可能である。   Furthermore, a polymer material in which a structural unit contained in the above compound is introduced into a polymer chain, or a polymer material having the above compound as the main chain of the polymer can also be used as a hole transport material. JP-A-11-251067, J. Org. Huang et. al. , Applied Physics Letters, 80 (2002), p. A p-type hole transport material as described in 139 can also be used. Furthermore, a hole transport material with high p property doped with impurities can be used. For example, JP-A-4-297076, JP-A-2000-196140, JP-A-2001-102175, J. Pat. Appl. Phys. 95, 5773 (2004), and the like. In addition, these hole transport materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. It is also possible to form a hole transport layer by laminating two or more layers made of each material.

正孔輸送層の厚さは、特に制限はないが、通常1〜2000nmである。リーク防止効果をより高める観点からは、厚さは5nm以上であることが好ましい。また、高い透過率と低い抵抗を維持する観点からは、厚さは1000nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがより好ましい。   The thickness of the hole transport layer is not particularly limited, but is usually 1 to 2000 nm. From the viewpoint of further improving the leak prevention effect, the thickness is preferably 5 nm or more. Further, from the viewpoint of maintaining high transmittance and low resistance, the thickness is preferably 1000 nm or less, and more preferably 200 nm or less.

正孔輸送層の導電率は、一般的に高い方が好ましいが、高くなりすぎると電子が移動するのを阻止する能力が低下し、整流性が低くなりうる。したがって、正孔輸送層の導電率は、10−5〜1S/cmであることが好ましく、10−4〜10−2S/cmであることがより好ましい。 In general, the conductivity of the hole transport layer is preferably as high as possible. However, if the conductivity is too high, the ability to prevent electrons from moving may be reduced, and rectification may be reduced. Therefore, the conductivity of the hole transport layer is preferably 10 −5 to 1 S / cm, and more preferably 10 −4 to 10 −2 S / cm.

(電子輸送層)
本形態の有機光電変換素子は、必要に応じて電子輸送層を含みうる。電子輸送層は、電子を輸送する機能を有し、かつ正孔を輸送する能力が著しく小さいという性質を有する。電子輸送層は、光電変換層と陰極との間に設けられ、電子を陰極へと輸送しつつ、正孔の移動を阻止することで、電子と正孔とが再結合するのを防ぐことができる。
(Electron transport layer)
The organic photoelectric conversion element of this form can contain an electron carrying layer as needed. The electron transport layer has a property of transporting electrons and having a remarkably small ability to transport holes. The electron transport layer is provided between the photoelectric conversion layer and the cathode, and prevents the recombination of electrons and holes by blocking the movement of holes while transporting electrons to the cathode. it can.

電子輸送層に用いられる電子輸送材料は、特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。例えば、オクタアザポルフィリン、p型有機半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)を用いることができるが、同様に、光電変換層に用いられるp型有機半導体のHOMO準位よりも深いHOMO準位を有する電子輸送層には、光電変換層で生成した正孔を陰極側には流さないような整流効果を有する、正孔ブロック機能が付与される。よって、より好ましくは、n型有機半導体のHOMO準位よりも深い材料が電子輸送材料として用いられる。このような電子輸送材料としては、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型有機半導体、および酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物およびフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等が用いられうる。また、光電変換層に用いたn型有機半導体単体からなる層を用いることもできる。なお、これらの電子輸送材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、各材料からなる層を2種以上積層させて電子輸送層を構成することも可能である。   There is no restriction | limiting in particular in the electron transport material used for an electron carrying layer, The material which can be used in this technical field is employable suitably. For example, octaazaporphyrin, a perfluoro body of a p-type organic semiconductor (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, etc.) can be used. Similarly, it is more than the HOMO level of a p-type organic semiconductor used in a photoelectric conversion layer. The electron transport layer having a deep HOMO level is provided with a hole blocking function having a rectifying effect so that holes generated in the photoelectric conversion layer do not flow to the cathode side. Therefore, more preferably, a material deeper than the HOMO level of the n-type organic semiconductor is used as the electron transport material. Examples of such electron transport materials include phenanthrene compounds such as bathocuproine, n-type organic semiconductors such as naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide, and oxidation. N-type inorganic oxides such as titanium, zinc oxide, and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride, and cesium fluoride can be used. Moreover, the layer which consists of a n-type organic semiconductor single-piece | unit used for the photoelectric converting layer can also be used. In addition, these electron transport materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. It is also possible to form an electron transport layer by stacking two or more layers made of each material.

なお、前述のように耐久性の観点で有利な逆層型の素子とする場合には、第一の電極上に電子輸送層を形成した後に光電変換層が形成されるため、光電変換材料を含む塗布液に対して不溶である化合物が電子輸送材料として好ましい。そのような観点から、電子輸送材料は、酸化チタンや酸化亜鉛といった無機物、および国際公開2008−134492号パンフレットに記載のポリエチレンイミンやアミノシランカップリング剤のような架橋可能な有機物であることが好ましい。中でもアミノシランカップリング剤(一例を挙げると、3−(2−アミノエチル)−アミノプロピルトリメトキシシラン)を用いることが好ましい。   As described above, in the case of an inverted layer type element that is advantageous from the viewpoint of durability, the photoelectric conversion layer is formed after the electron transport layer is formed on the first electrode. A compound that is insoluble in the coating liquid to be contained is preferred as the electron transport material. From such a viewpoint, the electron transport material is preferably an inorganic substance such as titanium oxide or zinc oxide, and a crosslinkable organic substance such as polyethyleneimine or an aminosilane coupling agent described in International Publication No. 2008-134492. Of these, aminosilane coupling agents (3- (2-aminoethyl) -aminopropyltrimethoxysilane, for example) are preferably used.

また、光電変換層を塗布する際に使用する溶剤に対して不溶な材料としては、アルコール類に可溶なπ共役高分子等を挙げることができ、APPLIED PHYSICS LETTERS 95(2009),p043301、Adv.Funct.Mat.,2010,p.1977、Adv.Mater.,2011,23,3086、J.Am.Chem.Soc.,2011,p.8416、Advanced Materials,2011(Vol 23,no.40),p4636−4643等に記載のポリフルオレン類、ポリチオフェン類等、および下記のポリフルオレン類を用いてもよい。これらのポリマーの場合、上記のシランカップリング剤等と異なり、順層構成、すなわち光電変換層上にも形成することができるために好ましい。また、ITO等の金属酸化物だけでなく、金、銀、銅などの金属電極に対しても電子輸送層・正孔ブロック層として機能させることができるため、順層構成においても酸化に安定な金属を陰極に用いることが可能となり、好ましい。   Moreover, as a material insoluble with respect to the solvent used when apply | coating a photoelectric converting layer, (pi) conjugated polymer etc. soluble in alcohol can be mentioned, APPLIED PHYSICS LETTERS 95 (2009), p043301, Adv. . Funct. Mat. 2010, p. 1977, Adv. Mater. , 2011, 23, 3086, J.A. Am. Chem. Soc. , 2011, p. 8416, Advanced Materials, 2011 (Vol 23, no. 40), p4636-4463, and the like, and the following polyfluorenes may be used. These polymers are preferable because they can be formed on a normal layer structure, that is, a photoelectric conversion layer, unlike the silane coupling agent and the like described above. In addition, it can function as an electron transport layer / hole blocking layer not only for metal oxides such as ITO but also for metal electrodes such as gold, silver, copper, etc. A metal can be used for the cathode, which is preferable.

電子輸送層の厚さは、特に制限はないが、通常1〜2000nmである。リーク防止効果をより高める観点からは、厚さは2nm以上であることが好ましく、より好ましくは5nm以上である。また、高い透過率と低い抵抗を維持する観点からは、厚さは100nm以下であることが好ましく、20nm以下であることがより好ましい。   The thickness of the electron transport layer is not particularly limited, but is usually 1 to 2000 nm. From the viewpoint of further enhancing the leak prevention effect, the thickness is preferably 2 nm or more, and more preferably 5 nm or more. Further, from the viewpoint of maintaining high transmittance and low resistance, the thickness is preferably 100 nm or less, and more preferably 20 nm or less.

(電荷再結合層;中間電極)
図3で示すような、2以上の光電変換層を有するタンデム型(多接合型)の有機光電変換素子において、光電変換層間には、電荷再結合層(中間電極)が配置される。
(Charge recombination layer; intermediate electrode)
In a tandem (multi-junction type) organic photoelectric conversion element having two or more photoelectric conversion layers as shown in FIG. 3, a charge recombination layer (intermediate electrode) is disposed between the photoelectric conversion layers.

電荷再結合層(中間電極)に用いられる材料は、導電性および透光性を併せ持つ材料であれば、特に制限はなく、上述の電極材料として例示した、ITO、AZO、FTO、酸化チタンなどの透明金属酸化物、Ag、Al、Auなどの金属、およびカーボンナノ粒子、カーボンナノワイヤーなどの炭素材料、PEDOT:PSS、ポリアニリンなどの導電性高分子などが用いられうる。これらの材料は、1種のみを単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、各材料からなる層を2種以上積層させて電荷再結合層を構成することも可能である。   The material used for the charge recombination layer (intermediate electrode) is not particularly limited as long as it is a material having both conductivity and translucency, and examples thereof include ITO, AZO, FTO, and titanium oxide exemplified above. Transparent metal oxides, metals such as Ag, Al, and Au, carbon materials such as carbon nanoparticles and carbon nanowires, and conductive polymers such as PEDOT: PSS and polyaniline can be used. These materials may be used alone or in combination of two or more. It is also possible to form a charge recombination layer by laminating two or more layers made of each material.

電荷再結合層の導電率は、高い変換効率を得る観点から、高いことが好ましく、具体的には、5〜50000S/cmであることが好ましく、100〜10,000S/cmであることがより好ましい。また、電荷再結合層の厚さは、特に制限はないが、1〜1000nmであることが好ましく、5〜50nmであることが好ましい。厚さが1nm以上とすることにより、膜面を平滑化することができる。一方、厚さが1000nm以下とすることにより、短絡電流密度Jsc(mA/cm)の低下を軽減することができる。 The electric conductivity of the charge recombination layer is preferably high from the viewpoint of obtaining high conversion efficiency. Specifically, it is preferably 5 to 50000 S / cm, more preferably 100 to 10,000 S / cm. preferable. The thickness of the charge recombination layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 1000 nm, and preferably 5 to 50 nm. By setting the thickness to 1 nm or more, the film surface can be smoothed. On the other hand, by setting the thickness to 1000 nm or less, it is possible to reduce the decrease in the short-circuit current density J sc (mA / cm 2 ).

(その他の層)
本形態の有機光電変換素子は、上記の各部材(各層)の他に、光電変換効率の向上や、素子の寿命の向上のために、他の部材(他の層)をさらに設けてもよい。その他の部材としては、例えば、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、波長変換層などが挙げられる。また、上層に偏在した金属酸化物微粒子をより安定にするため等にシランカップリング剤等の層を設けてもよい。さらに本発明の光電変換層に隣接して金属酸化物の層を積層してもよい。
(Other layers)
The organic photoelectric conversion device of this embodiment may further include other members (other layers) in addition to the above-described members (each layer) in order to improve photoelectric conversion efficiency and improve the lifetime of the device. . Examples of other members include 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. Further, a layer such as a silane coupling agent may be provided in order to make the metal oxide fine particles unevenly distributed in the upper layer more stable. Further, a metal oxide layer may be laminated adjacent to the photoelectric conversion layer of the present invention.

また、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もよい。光学機能層としては、例えば、反射防止膜、マイクロレンズアレイ等の集光層、陰極で反射した光を散乱させて再度光電変換層に入射させることができるような光拡散層等が挙げられる。   Moreover, the organic photoelectric conversion element of this invention may have various optical function layers for the purpose of more efficient light reception of sunlight. Examples of the optical functional layer include a condensing layer such as an antireflection film and a microlens array, and a light diffusion layer that can scatter the light reflected by the cathode and make it incident on the photoelectric conversion layer again.

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等のナノ粒子・ナノワイヤー等を無色透明なポリマーに分散した層等を挙げることができる。   Examples of the light scattering layer include various antiglare layers, layers in which nanoparticles or nanowires such as metals or various inorganic oxides are dispersed in a colorless and transparent polymer, and the like.

<有機光電変換素子の製造方法>
上述の本形態の有機光電変換素子の製造方法は特に制限はなく、従来公知の手法を適宜参照することにより製造することができる。以下、図2に示すような逆層型の有機光電変換素子の製造方法を例に挙げて、本形態の有機光電変換素子の好ましい製造方法を説明する。ただし、当該製造方法における各工程は、逆層型の有機光電変換素子のみならず、図1に示すような順層型の有機光電変換素子や、図3に示すようなタンデム型の製造に適用可能である。
<Method for producing organic photoelectric conversion element>
There is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of above-mentioned this form, It can manufacture by referring a conventionally well-known method suitably. Hereinafter, the manufacturing method of the reverse layer type organic photoelectric conversion element as shown in FIG. 2 will be described as an example, and a preferable manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of this embodiment will be described. However, each process in the manufacturing method is applied not only to the reverse layer type organic photoelectric conversion element but also to the normal layer type organic photoelectric conversion element as shown in FIG. 1 and the tandem type manufacturing as shown in FIG. Is possible.

本形態の有機光電変換素子の製造方法は、陰極を形成する工程と、前記陰極の上に、p型有機半導体材料およびn型有機半導体材料を含む光電変換層を形成する工程と、前記光電変換層の上に、陽極を形成する工程とを含む。以下、本形態の有機光電変換素子の製造方法の各工程について、詳細に説明する。   The method for producing an organic photoelectric conversion element of the present embodiment includes a step of forming a cathode, a step of forming a photoelectric conversion layer including a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material on the cathode, and the photoelectric conversion. Forming an anode on the layer. Hereinafter, each process of the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of this form is demonstrated in detail.

本形態の製造方法では、まず、陰極を形成する。陰極を形成する方法は、特に制限はないが、操作の容易性や、ダイコータなどの装置を用いてロール・ツー・ロールで生産可能なことから、基板の上に、陰極の構成材料を含む液体を塗布し、乾燥させる方法であることが好ましい。またこれ以外にも、市販の薄膜状の電極材料をそのまま使用しても構わない。   In the manufacturing method of this embodiment, first, a cathode is formed. The method of forming the cathode is not particularly limited, but is easy to operate and can be produced on a roll-to-roll basis using a device such as a die coater. Preferably, the method is a method of applying and drying. Besides this, a commercially available thin film electrode material may be used as it is.

上記で陰極を形成した後、必要に応じて、この陰極上に、電子輸送層を形成してもよい。電子輸送層を形成する手段としては、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。溶液塗布法を用いて電子輸送層を形成する場合には、上述した電子輸送材料を適当な溶剤に溶解・分散させた溶液を、適当な塗布法を用いて陰極上に塗布し、乾燥させればよい。溶液塗布法に用いられる塗布法としては、キャスト法、スピンコート法、ブレードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、グラビアコート法、スプレーコーティング法、ディッピング(浸漬)コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法、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、Langmuir−Blodgett(LB)法等の通常の方法を用いることができる。なかでも、ブレードコーティング法を用いることが特に好ましい。なお、塗布法に使用する溶液の固形分濃度は、塗布方法や膜厚によっても変動しうるが、1〜15質量%が好ましく、より好ましくは1.5〜10質量%である。また、なお、塗布の際の塗布液および/または塗布面の温度は、特に制限はないが、塗布・乾燥時の温度変動による析出、ムラを防ぐといった観点から、好ましくは30〜120℃であり、より好ましくは50〜110℃である。さらに、乾燥の具体的な形態についても特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。乾燥条件の一例を挙げると80〜140℃程度の温度で、数十秒間〜数十分間程度といった条件が例示される。乾燥に使用する装置としては、ホットプレート、温風乾燥、赤外線ヒーター、マイクロウエーブ、真空乾燥機などが挙げられるが、これ以外の乾燥装置を用いることも勿論可能である。   After forming the cathode as described above, an electron transport layer may be formed on the cathode as necessary. The means for forming the electron transport layer may be either vapor deposition or solution coating, but is preferably solution coating. In the case of forming an electron transport layer using a solution coating method, a solution obtained by dissolving and dispersing the above-described electron transport material in a suitable solvent is coated on the cathode using a suitable coating method and dried. That's fine. The coating methods used for the solution coating method include cast method, spin coating method, blade coating method, wire bar coating method, gravure coating method, spray coating method, dipping (dipping) coating method, bead coating method, air knife coating method. Ordinary methods such as a curtain coating method, an ink jet method, a screen printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a flexographic printing method, and a Langmuir-Blodgett (LB) method can be used. Among these, it is particularly preferable to use a blade coating method. In addition, although the solid content concentration of the solution used for the coating method may vary depending on the coating method and the film thickness, it is preferably 1 to 15% by mass, more preferably 1.5 to 10% by mass. In addition, the temperature of the coating liquid and / or the coating surface during coating is not particularly limited, but is preferably 30 to 120 ° C. from the viewpoint of preventing precipitation and unevenness due to temperature fluctuations during coating and drying. More preferably, it is 50-110 degreeC. Furthermore, there is no restriction | limiting in particular also about the specific form of drying, A conventionally well-known knowledge can be referred suitably. An example of the drying conditions is exemplified by conditions such as a temperature of about 80 to 140 ° C. and about several tens of seconds to several tens of minutes. Examples of the apparatus used for drying include a hot plate, hot air drying, an infrared heater, a microwave, and a vacuum dryer. Of course, other drying apparatuses can be used.

続いて、上記で形成した陰極または電子輸送層上に、p型有機半導体およびn型有機半導体を含む光電変換層を形成する。ここで、本形態の製造方法は、p型有機半導体として、上述の本発明の共役系高分子化合物を必須に含む。光電変換層を形成するための具体的な手法について特に制限はないが、好ましくは、p型有機半導体およびn型有機半導体をそれぞれ、または一括して、適当な溶剤に溶解・分散させた溶液を、適当な塗布法(具体的な形態については、上述した通りである)を用いて陰極または電子輸送層上に塗布し、乾燥させればよい。なお、p型有機半導体およびn型有機半導体を一括して溶剤に溶解・分散させた溶液を、塗布法により塗布する。その後、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。このようにして、p型有機半導体およびn型有機半導体が一様に混合され、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子とすることができる。   Subsequently, a photoelectric conversion layer including a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor is formed on the cathode or the electron transport layer formed as described above. Here, the manufacturing method of this embodiment essentially includes the above-described conjugated polymer compound of the present invention as a p-type organic semiconductor. A specific method for forming the photoelectric conversion layer is not particularly limited, but preferably, a solution in which a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor are dissolved or dispersed in an appropriate solvent, respectively or collectively. Then, it may be applied on the cathode or the electron transport layer by using a suitable application method (the specific form is as described above) and dried. A solution in which a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor are collectively dissolved and dispersed in a solvent is applied by a coating method. After that, it is preferable to perform heating in order to cause removal of residual solvent, moisture, gas, and improvement of mobility and absorption absorption by 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. In this way, the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor are uniformly mixed, and a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element can be obtained.

一方、p型有機半導体とn型有機半導体の混合比の異なる複数層からなる光電変換層(例えば、p−i−n構造)を形成する場合には、一の層を塗布後に、当該層を不溶化(顔料化)し、その後、他の層を塗布することにより形成することが可能である。   On the other hand, in the case of forming a photoelectric conversion layer (for example, a p-i-n structure) composed of a plurality of layers having different mixing ratios of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor, the layer is applied after applying one layer. It can be formed by insolubilizing (pigmenting) and then applying another layer.

なお、当該光電変換層を形成する工程以降は、酸素や水分に曝さないようにするために窒素雰囲気下のグローブボックス内で行うことが好ましい。このように、窒素雰囲気下で行うことにより、大気中の酸素または水分によりp型有機半導体が劣化するのを防ぎ、素子の耐久性を高めることができる。具体的には、前記グローブボックスの酸素および水分の濃度が1000ppm以下であることが好ましく、より好ましくは100ppm以下であることが好ましい。最も好ましくは10ppm以下である。   Note that the steps after the step of forming the photoelectric conversion layer are preferably performed in a glove box under a nitrogen atmosphere so as not to be exposed to oxygen or moisture. Thus, by performing in a nitrogen atmosphere, it is possible to prevent the p-type organic semiconductor from being deteriorated by oxygen or moisture in the air, and to increase the durability of the element. Specifically, the concentration of oxygen and moisture in the glove box is preferably 1000 ppm or less, and more preferably 100 ppm or less. Most preferably, it is 10 ppm or less.

次に、上記で形成した光電変換層上に、陽極を形成する。陽極を形成するための手段についても特に制限はなく、蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは蒸着法(例えば、真空蒸着法)が用いられる。なお、光電変換層と陽極との間に正孔輸送層を設ける場合には、蒸着法または溶液塗布法、好ましくは溶液塗布法を用いて、正孔輸送層が形成される。なお、当該正孔輸送層を形成する工程は、上記光電変換層を形成する工程と同様、窒素雰囲気下のグローブボックス内で行うことが好ましい。このように、窒素雰囲気下で行うことにより、大気中の酸素または水分により光電変換層が劣化するのを防ぎ、素子の耐久性を高めることができる。また、本発明に係る共役系高分子化合物は、高い溶媒親和性を有する。よって、溶液塗布法を用いて正孔輸送層を形成する場合、光電変換層の表面において正孔輸送材料を含む塗布溶液がはじかれるのを効果的に防ぐことができ、正孔輸送層の製膜性が向上しうる。   Next, an anode is formed on the photoelectric conversion layer formed above. The means for forming the anode is not particularly limited and may be either a vapor deposition method or a solution coating method, but a vapor deposition method (for example, a vacuum vapor deposition method) is preferably used. In addition, when providing a positive hole transport layer between a photoelectric converting layer and an anode, a positive hole transport layer is formed using a vapor deposition method or a solution coating method, Preferably a solution coating method. In addition, it is preferable to perform the process of forming the said positive hole transport layer within the glove box of nitrogen atmosphere similarly to the process of forming the said photoelectric converting layer. Thus, by performing in a nitrogen atmosphere, deterioration of the photoelectric conversion layer due to oxygen or moisture in the air can be prevented, and the durability of the element can be improved. Moreover, the conjugated polymer compound according to the present invention has high solvent affinity. Therefore, when the hole transport layer is formed using the solution coating method, it is possible to effectively prevent the coating solution containing the hole transport material from being repelled on the surface of the photoelectric conversion layer. The film property can be improved.

さらに、上述した各種の層以外の層が含まれる場合には、これらの層を形成するための工程を、溶液塗布法や蒸着法などを用いることで適宜追加して行うことができる。   Furthermore, when layers other than the various layers described above are included, a step for forming these layers can be appropriately added by using a solution coating method, a vapor deposition method, or the like.

上記電極(陰極・陽極)、光電変換層、正孔輸送層、電子輸送層等は、必要に応じてパターニングされうる。パターニングの方法は特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。例えば、バルクへテロジャンクション型の光電変換層や正孔輸送層・電子輸送層などで使用される可溶性の材料をパターニングする場合には、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。一方、電極などで使用される不溶性の材料の場合は、真空蒸着法による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など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。   The electrodes (cathode / anode), photoelectric conversion layer, hole transport layer, electron transport layer, and the like can be patterned as necessary. The patterning method is not particularly limited, and a known method can be appropriately applied. For example, when patterning soluble materials used in bulk heterojunction type photoelectric conversion layers, hole transport layers, electron transport layers, etc., even if only unnecessary portions are wiped off after the entire surface of die coating, dip coating, etc. Alternatively, direct patterning may be performed at the time of application using a method such as an inkjet method or screen printing. On the other hand, in the case of an insoluble material used for an electrode or the like, mask deposition can be performed at the time of deposition by vacuum deposition, or patterning can be performed by a known method such as etching or lift-off. Alternatively, the pattern may be formed by transferring a pattern formed on another substrate.

また、本形態の有機光電変換素子は、環境中の酸素、水分などによる劣化を防止するために、必要に応じて封止されうる。封止の方法は特に制限はなく、有機光電変換素子や有機エレクトロルミネッセンス素子などで用いられる公知の手法によって行われうる。例えば、(1)アルミニウムまたはガラスなど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;(2)アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムなど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;(3)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など)をスピンコートする方法;(4)ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化ケイ素、酸化アルミニウムなど)または有機膜(パリレン等)を真空下で堆積する方法;ならびに(5)これらを複合的用いて積層する方法などが挙げられる。   Moreover, the organic photoelectric conversion element of this embodiment can be sealed as necessary in order to prevent deterioration due to oxygen, moisture, and the like in the environment. There is no restriction | limiting in particular in the sealing method, It can carry out by the well-known method used with an organic photoelectric conversion element, an organic electroluminescent element, etc. For example, (1) a method of sealing by bonding a cap made of aluminum or glass with an adhesive; (2) a plastic film on which a gas barrier layer such as aluminum, silicon oxide, or aluminum oxide is formed, and organic photoelectric conversion (3) A method of spin-coating an organic polymer material (polyvinyl alcohol, etc.) having a high gas barrier property; (4) An inorganic thin film (silicon oxide, aluminum oxide, etc.) having a high gas barrier property Alternatively, a method of depositing an organic film (parylene or the like) under vacuum; and (5) a method of laminating these in a composite manner may be mentioned.

<有機光電変換素子の用途>
本発明の他の形態によれば、上述の有機光電変換素子を有する太陽電池が提供される。本形態の有機光電変換素子は、優れた耐久性を有し、十分な光電変換効率を達成することができるため、これを発電素子とする太陽電池に好適に使用されうる。
<Uses of organic photoelectric conversion elements>
According to the other form of this invention, the solar cell which has the above-mentioned organic photoelectric conversion element is provided. Since the organic photoelectric conversion element of this embodiment has excellent durability and can achieve sufficient photoelectric conversion efficiency, it can be suitably used for a solar cell using this as a power generation element.

また、本発明のさらに他の形態によれば、上述した有機光電変換素子がアレイ状に配列されてなる光センサアレイが提供される。すなわち、本形態の有機光電変換素子は、その光電変換機能を利用して、光センサアレイ上に投影された画像を電気的な信号に変換する光センサアレイとして利用することもできる。   Moreover, according to the further another form of this invention, the optical sensor array by which the organic photoelectric conversion element mentioned above is arranged in the array form is provided. That is, the organic photoelectric conversion element of this embodiment can also be used as an optical sensor array that converts an image projected on the optical sensor array into an electrical signal using the photoelectric conversion function.

本発明の作用効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effect of this invention is demonstrated using a following example and a comparative example. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

<共役系高分子化合物の合成>
[例示化合物1の合成]
<Synthesis of conjugated polymer compound>
[Synthesis of Exemplified Compound 1]

化合物Aは、前記非特許文献4(Macromolecules,2011,44(18),pp7184)を参考として合成した。HNMR(CDCl)=9.01ppm(2H),s;7.95ppm(2H),s;2.62ppm(4H),d;1.84ppm(2H),m;1.35−1.25ppm(48H),br;0.85ppm(12H),m。 Compound A was synthesized with reference to Non-Patent Document 4 (Macromolecules, 2011, 44 (18), pp7184). HNMR (CDCl 3 ) = 9.01 ppm (2H), s; 7.95 ppm (2H), s; 2.62 ppm (4H), d; 1.84 ppm (2H), m; 1.35 to 1.25 ppm ( 48H), br; 0.85 ppm (12H), m.

また、化合物Bは国際公開第2005/111045号パンフレットを参考として合成した。   Compound B was synthesized with reference to WO 2005/111405 pamphlet.

上記化合物Aを254mg(0.25mmol)と、化合物Bを194mg(0.25mmol)を20mlの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、6.3mg(0.007mmol)のトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)と、16.7mg(0.055mmol)のトリス(o−トリル)ホスフィンとを加えた。この溶液をさらに15分間、アルゴンでパージした。その後、110〜120℃まで溶液を加熱し、72時間反応させた。さらにエンドキャップを行うため、2−トリブチル錫チオフェン(11mg、0.03mmol)を添加し、10時間還流した。さらに2−ブロモチオフェン(10mg、0.06mmol)を添加し、10時間還流した。反応完了後、メタノール(500ml)に再沈殿し、ろ取したポリマー生成物を、メタノール、アセトン、ヘプタン、クロロホルム、次いでオルトジクロロベンゼンを用いてソックスレー抽出により可溶成分を抽出し、メタノールに再沈殿を行うことで200mgの純粋なポリマー(Mn=15000)(例示化合物1)を得て、本発明の有機光電変換素子3に使用した。   254 mg (0.25 mmol) of Compound A and 194 mg (0.25 mmol) of Compound B were dissolved in 20 ml of anhydrous toluene. After purging the solution with nitrogen, 6.3 mg (0.007 mmol) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) and 16.7 mg (0.055 mmol) of tris (o-tolyl) phosphine were added. It was. This solution was purged with argon for an additional 15 minutes. Thereafter, the solution was heated to 110 to 120 ° C. and reacted for 72 hours. Furthermore, in order to perform an end cap, 2-tributyltin thiophene (11 mg, 0.03 mmol) was added and refluxed for 10 hours. Further 2-bromothiophene (10 mg, 0.06 mmol) was added and refluxed for 10 hours. After completion of the reaction, reprecipitation in methanol (500 ml), and the polymer product collected by filtration was extracted with Soxhlet extraction using methanol, acetone, heptane, chloroform, and then orthodichlorobenzene, and reprecipitated in methanol. To obtain 200 mg of a pure polymer (Mn = 15000) (Exemplary Compound 1), which was used in the organic photoelectric conversion device 3 of the present invention.

[例示化合物3の合成]   [Synthesis of Exemplary Compound 3]

化合物Cは、J.Mater.Chem.,2009,vol.19,p3449を参考として合成した。   Compound C is disclosed in J. Org. Mater. Chem. , 2009, vol. 19, p3449 was synthesized as a reference.

化合物C 855mg(1mmol)を脱水THF100mlに溶解し、−78℃まで冷却した後、2.6Mのn−ブチルリチウム、ヘキサン溶液を1.53ml(4mmol)加え、−78℃で2時間撹拌した後、塩化トリメチルスズの1.0Mヘキサン溶液を6.0ml(6mmol)を加え、−78℃でさらに30分間撹拌後、さらに室温(25℃、以下同様)で1時間撹拌した。純水と酢酸エチルを加えて分液を行い、有機層を塩化マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去し、さらにアセトンで再結晶を行うことにより、化合物Dを920mg得た(収率90%)。   After 855 mg (1 mmol) of Compound C was dissolved in 100 ml of dehydrated THF and cooled to −78 ° C., 1.53 ml (4 mmol) of 2.6M n-butyllithium / hexane solution was added and stirred at −78 ° C. for 2 hours. Then, 6.0 ml (6 mmol) of a 1.0 M hexane solution of trimethyltin chloride was added, and the mixture was further stirred at −78 ° C. for 30 minutes, and further stirred at room temperature (25 ° C., the same applies hereinafter) for 1 hour. Pure water and ethyl acetate were added for liquid separation, the organic layer was dried over magnesium chloride, the solvent was distilled off, and recrystallization was performed with acetone to obtain 920 mg of Compound D (yield 90%). .

上記化合物Aを254mg(0.25mmol)と、化合物Bを256mg(0.25mmol)を20mlの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、6.3mg(0.007mmol)のトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)と、16.7mg(0.055mmol)のトリス(o−トリル)ホスフィンとを加えた。この溶液をさらに15分間、アルゴンでパージした。その後、110〜120℃まで溶液を加熱し、72時間反応させた。さらにエンドキャップを行うため、2−トリブチル錫チオフェン(11mg、0.03mmol)を添加し、10時間還流した。さらに2−ブロモチオフェン(10mg、0.06mmol)を添加し、10時間還流した。反応完了後、メタノール(500ml)に再沈殿し、ろ取したポリマー生成物を、メタノール、アセトン、ヘプタン、クロロホルム、次いでオルトジクロロベンゼンを用いてソックスレー抽出により可溶成分を抽出し、メタノールに再沈殿を行うことで220mgの純粋なポリマー(Mn=21000)(例示化合物3)を得て、本発明の有機光電変換素子4に使用した。   254 mg (0.25 mmol) of Compound A and 256 mg (0.25 mmol) of Compound B were dissolved in 20 ml of anhydrous toluene. After purging the solution with nitrogen, 6.3 mg (0.007 mmol) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) and 16.7 mg (0.055 mmol) of tris (o-tolyl) phosphine were added. It was. This solution was purged with argon for an additional 15 minutes. Thereafter, the solution was heated to 110 to 120 ° C. and reacted for 72 hours. Furthermore, in order to perform an end cap, 2-tributyltin thiophene (11 mg, 0.03 mmol) was added and refluxed for 10 hours. Further 2-bromothiophene (10 mg, 0.06 mmol) was added and refluxed for 10 hours. After completion of the reaction, reprecipitation in methanol (500 ml), and the polymer product collected by filtration was extracted with Soxhlet extraction using methanol, acetone, heptane, chloroform, and then orthodichlorobenzene, and reprecipitated in methanol. To obtain 220 mg of a pure polymer (Mn = 21000) (Exemplary Compound 3), which was used for the organic photoelectric conversion device 4 of the present invention.

[例示化合物4の合成]   [Synthesis of Exemplified Compound 4]

国際公開第2011/085004号パンフレットを参考として、化合物Eを合成した。   Compound E was synthesized with reference to WO 2011/085004 pamphlet.

上記化合物Aを254mg(0.25mmol)と、化合物Eを256mg(0.25mmol)を20mlの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、6.3mg(0.007mmol)のトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)と、16.7mg(0.055mmol)のトリス(o−トリル)ホスフィンとを加えた。この溶液をさらに15分間、アルゴンでパージした。その後、110〜120℃まで溶液を加熱し、72時間反応させた。さらにエンドキャップを行うため、2−トリブチル錫チオフェン(11mg、0.03mmol)を添加し、10時間還流した。さらに2−ブロモチオフェン(10mg、0.06mmol)を添加し、10時間還流した。反応完了後、メタノール(500ml)に再沈殿し、ろ取したポリマー生成物を、メタノール、アセトン、ヘプタン、クロロホルム、次いでオルトジクロロベンゼンを用いてソックスレー抽出により可溶成分を抽出し、メタノールに再沈殿を行うことで220mgの純粋なポリマー(Mn=29000)(例示化合物4)を得て、本発明の有機光電変換素子5に使用した。   254 mg (0.25 mmol) of Compound A and 256 mg (0.25 mmol) of Compound E were dissolved in 20 ml of anhydrous toluene. After purging the solution with nitrogen, 6.3 mg (0.007 mmol) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) and 16.7 mg (0.055 mmol) of tris (o-tolyl) phosphine were added. It was. This solution was purged with argon for an additional 15 minutes. Thereafter, the solution was heated to 110 to 120 ° C. and reacted for 72 hours. Furthermore, in order to perform an end cap, 2-tributyltin thiophene (11 mg, 0.03 mmol) was added and refluxed for 10 hours. Further 2-bromothiophene (10 mg, 0.06 mmol) was added and refluxed for 10 hours. After completion of the reaction, reprecipitation in methanol (500 ml), and the polymer product collected by filtration was extracted with Soxhlet extraction using methanol, acetone, heptane, chloroform, and then orthodichlorobenzene, and reprecipitated in methanol. To obtain 220 mg of a pure polymer (Mn = 29000) (Exemplary Compound 4), which was used for the organic photoelectric conversion device 5 of the present invention.

[例示化合物12の合成]   [Synthesis of Exemplary Compound 12]

J.AM.CHEM.SOC.2009,131,7514を参考として、化合物Fを合成した。また、Bull.Chem.Soc.Jpn.,1991,p68を参考として化合物Gを合成した。   J. et al. AM. CHEM. SOC. Compound F was synthesized with reference to 2009, 131, 7514. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1991, p68, compound G was synthesized.

化合物Fを1.40g(2.4mmol)、化合物G434mg(1.1mmol)をトルエン50mlに溶解し、95mgのトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)と、126mgのトリス(o−トリル)ホスフィンとを加えた。この溶液をさらに15分間、窒素でパージした。その後、110〜120℃まで溶液を加熱し、4時間反応させた。放冷後、トルエンを留去し、トルエン:ヘプタン=100:0〜100:10(体積比)の溶離液でシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製を行うことにより、化合物Hを400mg(収率34%)得た。HNMR(CDCl)=9.09ppm,2H,s;8.35ppm,2H,d;7.30ppm,2H,d;7.11ppm,2H,d;1.49ppm,2H,m;1.2−1.4ppm,32H,br;1.0−1.1ppm,8H,m;0.84ppm,12H,t。 1.40 g (2.4 mmol) of compound F and 434 mg (1.1 mmol) of compound G were dissolved in 50 ml of toluene, 95 mg of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) and 126 mg of tris (o-tolyl) phosphine And added. The solution was purged with nitrogen for an additional 15 minutes. Thereafter, the solution was heated to 110 to 120 ° C. and reacted for 4 hours. After allowing to cool, toluene was distilled off, and purification was performed by silica gel column chromatography using an eluent of toluene: heptane = 100: 0 to 100: 10 (volume ratio) to obtain 400 mg of Compound H (yield 34%). Obtained. HNMR (CDCl 3 ) = 9.09 ppm, 2H, s; 8.35 ppm, 2H, d; 7.30 ppm, 2H, d; 7.11 ppm, 2H, d; 1.49 ppm, 2H, m; 1.2− 1.4 ppm, 32 H, br; 1.0-1.1 ppm, 8 H, m; 0.84 ppm, 12 H, t.

400mg(0.37mmol)の化合物HをTHF20mlに溶解し、N−ブロモスクシンイミド(NBS)145mg(0.82mmol)を加え、50℃で3時間半撹拌を行った。反応終了後、溶媒を留去し、トルエン:ヘプタン=100:0〜100:10(体積比)の溶離液でシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製を行うことにより、化合物Iを370mg(収率81%)得た。HNMR(CDCl)=9.09ppm,2H,s;8.34ppm,2H,d;7.09ppm,2H,d;1.49ppm,2H,m;1.2−1.4ppm,32H,br;1.0−1.1ppm,8H,m;0.84ppm,12H,t。 400 mg (0.37 mmol) of Compound H was dissolved in 20 ml of THF, 145 mg (0.82 mmol) of N-bromosuccinimide (NBS) was added, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 3.5 hours. After completion of the reaction, the solvent was distilled off, and purification by silica gel column chromatography with an eluent of toluene: heptane = 100: 0 to 100: 10 (volume ratio) gave 370 mg of Compound I (yield 81%). Obtained. HNMR (CDCl 3 ) = 9.09 ppm, 2H, s; 8.34 ppm, 2H, d; 7.09 ppm, 2H, d; 1.49 ppm, 2H, m; 1.2-1.4 ppm, 32H, br; 1.0-1.1 ppm, 8H, m; 0.84 ppm, 12H, t.

上記化合物Iを185mg(0.15mmol)と、化合物Eを153mg(0.15mmol)とを20mlの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、3.9mg(0.0042mmol)のトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)と、10mg(0.033mmol)のトリス(o−トリル)ホスフィンとを加えた。この溶液をさらに15分間、アルゴンでパージした。その後、110〜120℃まで溶液を加熱し、72時間反応させた。さらにエンドキャップを行うため、2−トリブチル錫チオフェン(11mg、0.03mmol)を添加し、10時間還流した。さらに2−ブロモチオフェン(10mg、0.06mmol)を添加し、10時間還流した。反応完了後、メタノール(500ml)に再沈殿し、ろ取したポリマー生成物を、メタノール、アセトン、ヘプタン、クロロホルム、次いでオルトジクロロベンゼンを用いてソックスレー抽出により可溶成分を抽出し、メタノールに再沈殿を行うことで290mgの純粋なポリマー(Mn=50000)(例示化合物12)を得て、本発明の有機光電変換素子7に使用した。   185 mg (0.15 mmol) of Compound I and 153 mg (0.15 mmol) of Compound E were dissolved in 20 ml of anhydrous toluene. After purging this solution with nitrogen, 3.9 mg (0.0042 mmol) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) and 10 mg (0.033 mmol) of tris (o-tolyl) phosphine were added. This solution was purged with argon for an additional 15 minutes. Thereafter, the solution was heated to 110 to 120 ° C. and reacted for 72 hours. Furthermore, in order to perform an end cap, 2-tributyltin thiophene (11 mg, 0.03 mmol) was added and refluxed for 10 hours. Further 2-bromothiophene (10 mg, 0.06 mmol) was added and refluxed for 10 hours. After completion of the reaction, reprecipitation in methanol (500 ml), and the polymer product collected by filtration was extracted with Soxhlet extraction using methanol, acetone, heptane, chloroform, and then orthodichlorobenzene, and reprecipitated in methanol. To obtain 290 mg of a pure polymer (Mn = 50000) (Exemplary Compound 12), which was used for the organic photoelectric conversion device 7 of the present invention.

[例示化合物10の合成]
上記例示化合物12の合成において、化合物Fの合成原料として4,4’−ビス−(2−エチルヘキシル)−4H−シロロ−[3,2−b:4,5−b’]−ジチオフェンの代わりに4,4’−ビス−(2−エチルヘキシル)−4H−シクロペンタ−[1,2−b:5,4−b’]−ジチオフェン(Macromolecules 2007,40,p1981を参考として合成)を用いた以外は同様にして、例示化合物10を合成した。収量は230mg、Mn=44000であり、本発明の有機光電変換素子6に使用した。
[Synthesis of Exemplified Compound 10]
In the synthesis of the exemplified compound 12, instead of 4,4′-bis- (2-ethylhexyl) -4H-silolo- [3,2-b: 4,5-b ′]-dithiophene as a synthesis raw material of the compound F Except for using 4,4′-bis- (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta- [1,2-b: 5,4-b ′]-dithiophene (synthesized with reference to Macromolecules 2007, 40, p1981) Similarly, Exemplified Compound 10 was synthesized. The yield was 230 mg and Mn = 44000, and it was used for the organic photoelectric conversion device 6 of the present invention.

[例示化合物16の合成]
上記例示化合物12の合成において、化合物Fの合成原料として4,4’−ビス−(2−エチルヘキシル)−4H−シロロ−[3,2−b:4,5−b’]−ジチオフェンの代わりに4,8−ビス−(2−ヘキシルデシルオキシ)−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]−ジチオフェン(J.AM.CHEM.SOC.2009,131,p56を参考として合成)を用いた以外は同様にして、例示化合物16を合成した。収量は180mg、Mn=25000であり、本発明の有機光電変換素子8に使用した。
[Synthesis of Exemplified Compound 16]
In the synthesis of the exemplified compound 12, instead of 4,4′-bis- (2-ethylhexyl) -4H-silolo- [3,2-b: 4,5-b ′]-dithiophene as a synthesis raw material of the compound F 4,8-bis- (2-hexyldecyloxy) -benzo [1,2-b: 4,5-b ′]-dithiophene (synthesized with reference to J. AM. CHEM. SOC. 2009, 131, p56) Exemplified Compound 16 was synthesized in the same manner except that was used. The yield was 180 mg and Mn = 25000, and it was used for the organic photoelectric conversion element 8 of the present invention.

[例示化合物21の合成]   [Synthesis of Exemplary Compound 21]

化合物Jは、米国特許出願公開第2010/137611号明細書を参考に合成した。   Compound J was synthesized with reference to US 2010/137611.

3−ブロモチオフェン−2−カルボキシアルデヒドを5.1g(27mmol)、ルベアン酸を0.73g(6.8mmol)取り、100mlのN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に溶解して150℃で5時間撹拌した。反応を停止して室温まで戻した後、純水を加えて30分間撹拌した。析出した固体をろ過して回収し、メタノールで洗浄した後60℃で10時間真空乾燥した。テトラヒドロフラン(THF)に溶解させてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製して化合物1を1.2g(収率38%)得た。   Take 5.1 g (27 mmol) of 3-bromothiophene-2-carboxaldehyde and 0.73 g (6.8 mmol) of rubeanic acid and dissolve in 100 ml of N, N-dimethylformamide (DMF) at 150 ° C. for 5 hours. Stir. After stopping the reaction and returning to room temperature, pure water was added and stirred for 30 minutes. The precipitated solid was collected by filtration, washed with methanol, and then vacuum dried at 60 ° C. for 10 hours. It was dissolved in tetrahydrofuran (THF) and purified by silica gel column chromatography to obtain 1.2 g (yield 38%) of Compound 1.

化合物Kは、J.Org.Chem.,1997,62,1376−1387を参考に合成した。化合物Jを1.0g(2.2mmol)脱水THF300mlに溶解し、−78℃に冷却した後にt−ブチルリチウム1.6Mヘキサン溶液を6.1ml(9.7mmol)滴下し、1時間撹拌した後にエチレンオキシド5.0Mエーテル溶液を1.5ml(2.4mmol)滴下し、徐々に室温まで戻しながら12時間撹拌した。反応終了後、食塩水と酢酸エチルを加えて分液操作を行い、有機層を抽出して硫酸マグネシウムで乾燥後に溶媒を留去した。その後シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製して化合物Kを0.72g(収率83%)得た。   Compound K is described in J.I. Org. Chem. 1997, 62, 1376-1387. Compound J was dissolved in 1.0 g (2.2 mmol) of dehydrated THF 300 ml, cooled to −78 ° C., and then 6.1 ml (9.7 mmol) of 1.6M hexane solution of t-butyllithium was added dropwise and stirred for 1 hour. Ethylene oxide 5.0 M ether solution (1.5 ml, 2.4 mmol) was added dropwise, and the mixture was stirred for 12 hours while gradually returning to room temperature. After completion of the reaction, brine and ethyl acetate were added to carry out a liquid separation operation, the organic layer was extracted and dried over magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off. Thereafter, the residue was purified by silica gel column chromatography to obtain 0.72 g (yield 83%) of Compound K.

化合物K0.72g(1.8mmol)、デカン酸無水物1.53g(4.7mmol)をピリジン10mlに溶解し、5時間撹拌した。反応終了後、食塩水と酢酸エチルを加えて分液操作を行い、有機層を抽出して硫酸マグネシウムで乾燥後に溶媒を留去して、化合物Lを1.23g(収率97%)得た。   0.72 g (1.8 mmol) of Compound K and 1.53 g (4.7 mmol) of decanoic anhydride were dissolved in 10 ml of pyridine and stirred for 5 hours. After completion of the reaction, brine and ethyl acetate were added to carry out a liquid separation operation, the organic layer was extracted and dried over magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off to obtain 1.23 g of Compound L (yield 97%). .

化合物L700mg(1.0mmol)を脱水THF100mlに溶解し、−78℃まで冷却した後、2.0Mのリチウムジイソプロピルアミド溶液を2.0ml(4mmol)加え、−78℃で2時間撹拌した後、塩化トリメチルスズの1.0Mヘキサン溶液を6.0ml(6mmol)を加え、−78℃でさらに30分間撹拌後、さらに室温で1時間撹拌した。純水と酢酸エチルを加えて分液を行い、有機層を塩化マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去し、さらにメタノールで再結晶を行うことにより、化合物Mを833mg得た(収率81%)。   After dissolving 700 mg (1.0 mmol) of Compound L in 100 ml of dehydrated THF and cooling to −78 ° C., 2.0 ml (4 mmol) of 2.0 M lithium diisopropylamide solution was added, and the mixture was stirred at −78 ° C. for 2 hours. 6.0 ml (6 mmol) of a 1.0 M hexane solution of trimethyltin was added, stirred at −78 ° C. for another 30 minutes, and further stirred at room temperature for 1 hour. Pure water and ethyl acetate were added for liquid separation, the organic layer was dried over magnesium chloride, the solvent was distilled off, and recrystallization was performed with methanol to obtain 833 mg of Compound M (yield 81%). .

上記化合物Iを185mg(0.15mmol)と、化合物Mを154mg(0.15mmol)を20mlの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、3.9mg(0.0042mmol)のトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)と、10mg(0.033mmol)のトリス(o−トリル)ホスフィンとを加えた。この溶液をさらに15分間、アルゴンでパージした。その後、110〜120℃まで溶液を加熱し、72時間反応させた。さらにエンドキャップを行うため、2−トリブチル錫チオフェン(11mg、0.03mmol)を添加し、10時間還流した。さらに2−ブロモチオフェン(10mg、0.06mmol)を添加し、10時間還流した。反応完了後、メタノール(500ml)に再沈殿し、ろ取したポリマー生成物を、メタノール、アセトン、ヘプタン、クロロホルム、次いでオルトジクロロベンゼンを用いてソックスレー抽出により可溶成分を抽出し、メタノールに再沈殿を行うことで210mgの純粋なポリマー(Mn=28000)(例示化合物21)を得て、本発明の有機光電変換素子9に使用した。   185 mg (0.15 mmol) of Compound I and 154 mg (0.15 mmol) of Compound M were dissolved in 20 ml of anhydrous toluene. After purging this solution with nitrogen, 3.9 mg (0.0042 mmol) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) and 10 mg (0.033 mmol) of tris (o-tolyl) phosphine were added. This solution was purged with argon for an additional 15 minutes. Thereafter, the solution was heated to 110 to 120 ° C. and reacted for 72 hours. Furthermore, in order to perform an end cap, 2-tributyltin thiophene (11 mg, 0.03 mmol) was added and refluxed for 10 hours. Further 2-bromothiophene (10 mg, 0.06 mmol) was added and refluxed for 10 hours. After completion of the reaction, reprecipitation in methanol (500 ml), and the polymer product collected by filtration was extracted with Soxhlet extraction using methanol, acetone, heptane, chloroform, and then orthodichlorobenzene, and reprecipitated in methanol. To obtain 210 mg of a pure polymer (Mn = 28000) (Exemplary Compound 21), which was used for the organic photoelectric conversion device 9 of the present invention.

[例示化合物22の合成]   [Synthesis of Exemplified Compound 22]

化合物K 0.72g(1.8mmol)、クロロギ酸デシル1.04g(4.7mmol)をテトラヒドロフラン10mlおよびトリエチルアミン1mlに溶解し、5時間撹拌した。反応終了後、食塩水と酢酸エチルを加えて分液操作を行い、有機層を抽出して硫酸マグネシウムで乾燥後に溶媒を留去して、化合物Nを1.23g(収率97%)得た。   Compound K (0.72 g, 1.8 mmol) and decyl chloroformate (1.04 g, 4.7 mmol) were dissolved in tetrahydrofuran (10 ml) and triethylamine (1 ml), and the mixture was stirred for 5 hours. After completion of the reaction, brine and ethyl acetate were added to carry out a liquid separation operation, the organic layer was extracted and dried over magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off to obtain 1.23 g of Compound N (yield 97%). .

化合物N760mg(1.0mmol)を脱水THF100mlに溶解し、−78℃まで冷却した後、2.0Mのリチウムジイソプロピルアミド溶液を2.0ml(4mmol)加え、−78℃で2時間撹拌した後、塩化トリメチルスズの1.0Mヘキサン溶液を6.0ml(6mmol)を加え、−78℃でさらに30分間撹拌後、さらに室温で1時間撹拌した。純水と酢酸エチルを加えて分液を行い、有機層を塩化マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去し、さらにメタノールで再結晶を行うことにより、化合物Oを816mg得た(収率75%)。   760 mg (1.0 mmol) of Compound N was dissolved in 100 ml of dehydrated THF, cooled to −78 ° C., 2.0 ml (4 mmol) of 2.0 M lithium diisopropylamide solution was added, and the mixture was stirred at −78 ° C. for 2 hours. 6.0 ml (6 mmol) of 1.0 M hexane solution of trimethyltin was added, and the mixture was further stirred at -78 ° C for 30 minutes, and further stirred at room temperature for 1 hour. Pure water and ethyl acetate were added for liquid separation, the organic layer was dried over magnesium chloride, the solvent was distilled off, and recrystallization was performed with methanol to obtain 816 mg of Compound O (yield 75%). .

上記化合物Iを185mg(0.15mmol)と、化合物Oを163mg(0.15mmol)を20mlの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、3.9mg(0.0042mmol)のトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)と、10mg(0.033mmol)のトリス(o−トリル)ホスフィンとを加えた。この溶液をさらに15分間、アルゴンでパージした。その後、110〜120℃まで溶液を加熱し、72時間反応させた。さらにエンドキャップを行うため、2−トリブチル錫チオフェン(11mg、0.03mmol)を添加し、10時間還流した。さらに2−ブロモチオフェン(10mg、0.06mmol)を添加し、10時間還流した。反応完了後、メタノール(500ml)に再沈殿し、ろ取したポリマー生成物を、メタノール、アセトン、ヘプタン、クロロホルム、次いでオルトジクロロベンゼンを用いてソックスレー抽出により可溶成分を抽出し、メタノールに再沈殿を行うことで210mgの純粋なポリマー(Mn=22000)(例示化合物22)を得て、本発明の有機光電変換素子10に使用した。   185 mg (0.15 mmol) of Compound I and 163 mg (0.15 mmol) of Compound O were dissolved in 20 ml of anhydrous toluene. After purging this solution with nitrogen, 3.9 mg (0.0042 mmol) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) and 10 mg (0.033 mmol) of tris (o-tolyl) phosphine were added. This solution was purged with argon for an additional 15 minutes. Thereafter, the solution was heated to 110 to 120 ° C. and reacted for 72 hours. Furthermore, in order to perform an end cap, 2-tributyltin thiophene (11 mg, 0.03 mmol) was added and refluxed for 10 hours. Further 2-bromothiophene (10 mg, 0.06 mmol) was added and refluxed for 10 hours. After completion of the reaction, reprecipitation in methanol (500 ml), and the polymer product collected by filtration was extracted with Soxhlet extraction using methanol, acetone, heptane, chloroform, and then orthodichlorobenzene, and reprecipitated in methanol. To obtain 210 mg of a pure polymer (Mn = 22000) (Exemplary Compound 22), which was used in the organic photoelectric conversion device 10 of the present invention.

<逆層型の有機光電変換素子の作製>
国際公開2008−134492号パンフットの記載を参考に、以下のようにして逆層型の有機光電変換素子を作製した。
<Preparation of reverse layer type organic photoelectric conversion element>
With reference to the description of International Publication No. 2008-134492 Panfoot, a reverse layer type organic photoelectric conversion device was produced as follows.

[比較例1]
PET基板上に、第一の電極(陰極)としてインジウムスズ酸化物(ITO)透明導電膜150nm堆積したもの(シート抵抗12Ω/square cm)を、通常のフォトリソグラフィ技術と湿式エッチングとを用いて10mm幅にパターニングし、第一の電極を形成した。パターン形成した第一の電極を、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。これ以降は基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。
[Comparative Example 1]
An indium tin oxide (ITO) transparent conductive film 150 nm deposited (sheet resistance 12 Ω / square cm 2 ) as a first electrode (cathode) on a PET substrate using a normal photolithography technique and wet etching. The first electrode was formed by patterning to a width of 10 mm. The patterned first electrode was cleaned 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. After this, the substrate was brought into the glove box and operated under a nitrogen atmosphere.

この第一の電極上に、Aldrich社製3−(2−アミノエチル)−アミノプロピルトリメトキシシランの0.05質量%メトキシエタノール溶液を、乾燥膜厚が約5nmになるようにブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、ホットプレート上で120℃1分間の加熱処理をして、電子輸送層を製膜した。   On this first electrode, a 0.05 mass% methoxyethanol solution of 3- (2-aminoethyl) -aminopropyltrimethoxysilane manufactured by Aldrich was used with a blade coater so that the dry film thickness was about 5 nm. And dried. Thereafter, heat treatment was performed at 120 ° C. for 1 minute on a hot plate to form an electron transport layer.

次いで、o−ジクロロベンゼンに、p型有機半導体材料である比較化合物1(非特許文献4に基づいて合成)を0.8質量%、n型有機半導体材料であるPC61BM(フロンティアカーボン製nanom spectra E100H)を1.6質量%で混合した溶液を調製し(p型有機半導体材料:n型有機半導体材料=33:67(質量比))、オーブンで110℃に加熱しながら一昼夜撹拌して溶解した後、乾燥膜厚が約200nmになるように基板温度を80℃に保持したブレードコーターを用いて塗布し、そのまま80℃で2分間乾燥して、光電変換層を製膜した。   Next, 0.8% by mass of Comparative Compound 1 (synthesized based on Non-Patent Document 4), which is a p-type organic semiconductor material, and PC61BM (nanospectra E100H manufactured by Frontier Carbon), which is an n-type organic semiconductor material, are added to o-dichlorobenzene. ) Was mixed at 1.6% by mass (p-type organic semiconductor material: n-type organic semiconductor material = 33: 67 (mass ratio)), and dissolved by stirring all day and night while heating to 110 ° C. in an oven. Then, it apply | coated using the blade coater which hold | maintained the substrate temperature at 80 degreeC so that the dry film thickness might be set to about 200 nm, and it dried at 80 degreeC as it was for 2 minutes, and formed the photoelectric converting layer into a film.

光電変換層の乾燥完了後、再び大気(air)下に取り出し、次いで正孔輸送層として、導電性高分子及びポリアニオンからなるPEDOT−PSS(CLEVIOS(登録商標) P VP AI 4083、ヘレオス株式会社製、導電率1×10−3S/cm)を等量のイソプロパノールで希釈した液を調製し、乾燥膜厚が約30nmになるようにブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、90℃の温風で20秒間加熱処理して、有機物からなる正孔輸送層(有機材料層)を形成した。なお塗布時の大気の温度・湿度は23℃65%であった。 After the drying of the photoelectric conversion layer is completed, the photoelectric conversion layer is taken out again under the air, and then, as a hole transport layer, PEDOT-PSS (CLEVIOS (registered trademark) PVP AI 4083, manufactured by Helios Co., Ltd.) composed of a conductive polymer and polyanion. , Conductivity 1 × 10 −3 S / cm) was prepared by diluting with an equal amount of isopropanol, and applied and dried using a blade coater so that the dry film thickness was about 30 nm. Then, it heat-processed for 20 second with 90 degreeC warm air, and formed the positive hole transport layer (organic material layer) which consists of organic substance. The temperature and humidity of the atmosphere at the time of application were 23 ° C. and 65%.

次に、10mm幅のシャドウマスクが透明電極と直交するように素子をセットし、1×10−3Pa以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.5nm/秒でAgメタルを200nm積層して、第二の電極(陽極)を形成した。 Next, the element was set so that the shadow mask with a width of 10 mm was orthogonal to the transparent electrode, the inside of the vacuum deposition apparatus was depressurized to 1 × 10 −3 Pa or less, and then Ag metal was deposited at a deposition rate of 0.5 nm / second. A second electrode (anode) was formed by laminating 200 nm.

得られた積層体を窒素チャンバーに移動し、住友3M社製のUBF−9L(水蒸気透過率5.0×10−4g/m/d)の間に挟みこみ、UV硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、UV RESIN XNR5570−B1)を用いて封止を行った後に大気下に取り出し、受光部が約10×10mmサイズの有機光電変換素子1を得た。 The obtained laminate was moved to a nitrogen chamber and sandwiched between UBF-9L (water vapor transmission rate 5.0 × 10 −4 g / m 2 / d) manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd., and UV curable resin (Nagase Chem) Sealing was performed using UV RESIN XNR5570-B1) manufactured by Tex Co., Ltd., and then taken out into the atmosphere to obtain an organic photoelectric conversion element 1 having a light receiving portion with a size of about 10 × 10 mm.

また、光電変換層を作成後、窒素雰囲気下のグローブボックス(N)(酸素濃度10ppm、露点温度−80℃)から取り出すことなく、そのままグローブボックス内で正孔輸送層の形成を形成したことを除いては、同様の方法で逆層型の有機光電変換素子の作製を行った。 In addition, after forming the photoelectric conversion layer, the hole transport layer was formed in the glove box as it was without taking it out from the glove box (N 2 ) (oxygen concentration 10 ppm, dew point temperature −80 ° C.) in a nitrogen atmosphere. Except for, a reverse layer type organic photoelectric conversion element was produced in the same manner.

[比較例2]
光電変換層の形成において、p型有機半導体として比較化合物2(非特許文献5に基づいて合成)をそれぞれ用いたことを除いては、上記比較例1と同様の方法で、逆層型の有機光電変換素子を作製した。
[Comparative Example 2]
In the formation of the photoelectric conversion layer, a reverse layer type organic material was formed in the same manner as in Comparative Example 1 except that Comparative Compound 2 (synthesized based on Non-Patent Document 5) was used as the p-type organic semiconductor. A photoelectric conversion element was produced.

参考例1、実施例〜8]
光電変換層の形成において、p型有機半導体として下記表1に記載の化合物をそれぞれ用いたことを除いては、上記比較例1と同様の方法で、逆層型の有機光電変換素子を作製した。
[ Reference Example 1, Examples 2 to 8]
In the formation of the photoelectric conversion layer, a reverse layer type organic photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that each of the compounds shown in Table 1 below was used as the p-type organic semiconductor. .

[化合物P(電子輸送材料)の合成]
下記反応により、化合物Pを合成した。
[Synthesis of Compound P (Electron Transport Material)]
Compound P was synthesized by the following reaction.

Adv.Mater.2007,19,2010を参考として、ポリ(9,9−ビス(6−ブロモヘキシル)−4,7−フルオレン)を合成した。この化合物の重量平均分子量は4400であった。この化合物1.0gおよび3,3’−イミノビス(N,N−ジメチルプロピルアミン)(アルドリッチ社製)9.0gを、テトラヒドロフラン100mlおよびN,N−ジメチルホルムアミド100mlの混合溶媒に溶解し、室温(25℃)で48時間撹拌して、反応を行った。反応終了後、溶媒を減圧留去し、さらに水に再沈殿を行うことで、化合物Pを1.3g得た(収率90%)。得られた化合物について、H−NMRによって構造を特定した。結果を下記に示す。7.6〜8.0ppm(br),2.88ppm(br),2.18ppm(m),2.08ppm(s),1.50ppm(m),1.05ppm(br)。
<順層型の有機光電変換素子の作製>
[実施例9]
PET基板上に、第一の電極(陰極)としてインジウムスズ酸化物(ITO)透明導電膜150nm堆積したもの(シート抵抗12Ω/square cm)を、通常のフォトリソグラフィ技術と湿式エッチングとを用いて10mm幅にパターニングし、第一の電極を形成した。パターン形成した第一の電極を、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。次いで、正孔輸送層として、導電性高分子及びポリアニオンからなるPEDOT−PSS(CLEVIOS(登録商標) P VP AI 4083、ヘレオス株式会社製、導電率1×10−3S/cm)を2.0質量%で含むイソプロパノール溶液を調製し、乾燥膜厚が約30nmになるように、基板を65℃に調温したブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、120℃の温風で20秒間加熱処理して、正孔輸送層を上記第一の電極上に製膜した。これ以降は基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。まず、窒素雰囲気下で上記基板を120℃で3分間加熱処理した。
Adv. Mater. Poly (9,9-bis (6-bromohexyl) -4,7-fluorene) was synthesized with reference to 2007, 19, 2010. The weight average molecular weight of this compound was 4400. 1.0 g of this compound and 9.0 g of 3,3′-iminobis (N, N-dimethylpropylamine) (manufactured by Aldrich) were dissolved in a mixed solvent of 100 ml of tetrahydrofuran and 100 ml of N, N-dimethylformamide, and room temperature ( The reaction was carried out at 48 ° C. for 48 hours. After completion of the reaction, the solvent was distilled off under reduced pressure, and reprecipitation was further performed in water to obtain 1.3 g of Compound P (yield 90%). About the obtained compound, the structure was specified by H-NMR. The results are shown below. 7.6-8.0 ppm (br), 2.88 ppm (br), 2.18 ppm (m), 2.08 ppm (s), 1.50 ppm (m), 1.05 ppm (br).
<Preparation of normal layer type organic photoelectric conversion element>
[Example 9]
An indium tin oxide (ITO) transparent conductive film 150 nm deposited (sheet resistance 12 Ω / square cm 2 ) as a first electrode (cathode) on a PET substrate using a normal photolithography technique and wet etching. The first electrode was formed by patterning to a width of 10 mm. The patterned first electrode was cleaned 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. Next, PEDOT-PSS (CLEVIOS (registered trademark) PVP AI 4083, manufactured by Helios Co., Ltd., conductivity 1 × 10 −3 S / cm) made of a conductive polymer and a polyanion is 2.0 as a hole transport layer. An isopropanol solution containing by mass% was prepared, and the substrate was applied and dried using a blade coater whose temperature was adjusted to 65 ° C. so that the dry film thickness was about 30 nm. Then, it heat-processed with the warm air of 120 degreeC for 20 second, and formed the positive hole transport layer on said 1st electrode. After this, the substrate was brought into the glove box and operated under a nitrogen atmosphere. First, the substrate was heat-treated at 120 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere.

次いで、o−ジクロロベンゼンに、p型有機半導体材料として前記例示化合物12を0.8質量%、n型有機半導体材料であるPC61BM(フロンティアカーボン製nanom spectra E100H)を1.6質量%を混合した有機光電変換材料組成物溶液を調製し、ホットプレートで100℃に加熱しながら撹拌(60分間)して完全に溶解した後、乾燥膜厚が約170nmになるように、基板を40℃に調温したブレードコーターを用いて塗布し、2分間乾燥して、光電変換層を上記正孔輸送層上に製膜した。   Next, 0.8% by mass of Exemplified Compound 12 as a p-type organic semiconductor material and 1.6% by mass of PC61BM (nanospectra E100H manufactured by Frontier Carbon) as an n-type organic semiconductor material were mixed with o-dichlorobenzene. After preparing an organic photoelectric conversion material composition solution and stirring (60 minutes) while heating to 100 ° C. on a hot plate to completely dissolve it, the substrate is adjusted to 40 ° C. so that the dry film thickness is about 170 nm. It apply | coated using the warm blade coater, and it dried for 2 minutes, and formed the photoelectric converting layer on the said positive hole transport layer.

続いて、前記化合物Pを、それぞれ、0.02質量%になるようにヘキサフルオロイソプロパノールに溶解して溶液を調製した。この溶液を、乾燥膜厚が約5nmになるように、基板を65℃に調温したブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、100℃の温風で2分間加熱処理して、電子輸送層を上記光電変換層上に製膜した。   Subsequently, the compound P was dissolved in hexafluoroisopropanol so as to be 0.02% by mass, to prepare solutions. This solution was applied and dried using a blade coater whose temperature was adjusted to 65 ° C. so that the dry film thickness was about 5 nm. Thereafter, heat treatment was performed for 2 minutes with warm air at 100 ° C. to form an electron transport layer on the photoelectric conversion layer.

次に、上記電子輸送層を製膜した基板を真空蒸着装置内に設置した。そして、10mm幅のシャドウマスクが透明電極と直交するように素子をセットし、10−3Pa以下にまでに真空蒸着機内を減圧した後、蒸着速度で2nm/秒で銀を、それぞれ、100nm蒸着して、第二の電極を上記電子輸送層上に形成した。 Next, the substrate on which the electron transport layer was formed was placed in a vacuum deposition apparatus. Then, the element was set so that the shadow mask with a width of 10 mm was orthogonal to the transparent electrode, and the inside of the vacuum deposition apparatus was depressurized to 10 −3 Pa or less, and then silver was deposited at a deposition rate of 2 nm / second, and 100 nm was deposited. Then, a second electrode was formed on the electron transport layer.

得られた有機光電変換素子を窒素チャンバーに移動し、2枚の3M製Ultra Barrier Solar Film UBL−9L(水蒸気透過率<5×10−4g/m/d)の間に挟みこみ、UV硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、UV RESIN XNR5570−B1)を用いて封止を行った後、大気下に取り出し、受光部が約10×10mmサイズの有機光電変換素子11を作製した。 The obtained organic photoelectric conversion element was moved to a nitrogen chamber, and sandwiched between two 3M Ultra Barrier Solar Film UBL-9L (water vapor transmission rate <5 × 10 −4 g / m 2 / d), UV After sealing using a curable resin (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, UV RESIN XNR5570-B1), it was taken out into the atmosphere, and an organic photoelectric conversion element 11 having a light receiving portion of about 10 × 10 mm size was produced.

<有機光電変換素子の評価>
(開放電圧、曲線因子、および光電変換効率の評価)
上記参考例1、実施例〜9および比較例1〜2で得た有機光電変換素子を、それぞれエポキシ樹脂とガラスキャップとで封止した。これにソーラーシミュレーター(AM1.5Gフィルタ)を用いて100mW/cmの強度の光を照射し、有効面積を1cmにしたマスクを受光部に重ね、IV特性を評価することで、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、開放電圧Voc(V)、および曲線因子FF測定した。得られたJsc、Voc、およびFFの値から、下記式1に従って光電変換効率η[%]を算出した。結果を表1に示す。
<Evaluation of organic photoelectric conversion element>
(Evaluation of open circuit voltage, fill factor, and photoelectric conversion efficiency)
The organic photoelectric conversion elements obtained in Reference Example 1, Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 and 2 were each sealed with an epoxy resin and a glass cap. A solar simulator (AM1.5G filter) is used to irradiate light with an intensity of 100 mW / cm 2 , a mask with an effective area of 1 cm 2 is overlaid on the light receiving part, and IV characteristics are evaluated, thereby short-circuit current density J sc (mA / cm 2 ), open circuit voltage V oc (V), and fill factor FF were measured. From the obtained values of J sc , V oc and FF, photoelectric conversion efficiency η [%] was calculated according to the following formula 1. The results are shown in Table 1.

(光電変換層上への正孔輸送層の製膜性評価)
上記参考例1、実施例〜8および比較例1〜2について、逆層型の有機光電変換素子の作製をそれぞれ5回ずつ試みた。そして、光電変換層上に正孔輸送層を塗布する際に、光電変換層上で有機溶剤系PEDOT:PSSの分散液に含まれる親水系溶媒が光電変換層上で弾かれることなく、良好に正孔輸送層が形成された回数により製膜性を評価した。結果を表1に示す。
(Evaluation of film forming property of hole transport layer on photoelectric conversion layer)
Reference Example 1, Example 2-8 and Comparative Example 1-2, Preparation of reverse phase type organic photoelectric conversion device was tried five times, respectively. And when apply | coating a positive hole transport layer on a photoelectric converting layer, the hydrophilic solvent contained in the dispersion liquid of organic solvent type | system | group PEDOT: PSS on a photoelectric converting layer is favorable, and is not repelled on a photoelectric converting layer. The film forming property was evaluated by the number of times the hole transport layer was formed. The results are shown in Table 1.

(耐久性評価)
上記参考例1、実施例〜9および比較例1〜2で得た各有機光電変換素子を、温度80℃、湿度80%に保持した容器内に保存し、定期的に取りだしてIV特性を測定し、初期の光電変換効率を100として、初期の効率の80%まで低下した時間をLT80[時間]として評価した。LT80の値が大きいほど、耐久性が良好であることを意味する。結果を表1に示す。
(Durability evaluation)
Each organic photoelectric conversion element obtained in Reference Example 1, Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 and 2 was stored in a container maintained at a temperature of 80 ° C. and a humidity of 80%, and taken out periodically to obtain IV characteristics. The initial photoelectric conversion efficiency was set as 100, and the time when the initial efficiency was reduced to 80% of the initial efficiency was evaluated as LT80 [time]. It means that durability is so favorable that the value of LT80 is large. The results are shown in Table 1.

表1の結果より、本発明の共役系高分子化合物を用いた実施例は、比較例と比べて正孔輸送層の塗布性が良好で、かつ高い光電変換効率が得られることが示された。   From the results in Table 1, it was shown that the examples using the conjugated polymer compound of the present invention have better coating properties of the hole transport layer and higher photoelectric conversion efficiency than the comparative examples. .

また、素子の耐久性評価については、正孔輸送層を大気下で形成した場合およびグローブボックス内で形成した場合のいずれの実施例も、比較例よりも著しく耐久性が向上した。   As for the durability evaluation of the device, the durability was remarkably improved as compared with the comparative example in each of the examples in which the hole transport layer was formed in the atmosphere and in the glove box.

さらに、酸素および水分が少ないグローブボックス内で正孔輸送層を形成した例は、大気下で正孔輸送層を形成した例と比較して、光電変換効率、素子の耐久性がより一層向上することが示された。一方、比較例1および2は、グローブボックス内で正孔輸送層を塗布する際に、親水性溶媒が弾かれて製膜が著しく困難であった。   Furthermore, the example in which the hole transport layer is formed in a glove box with less oxygen and moisture improves the photoelectric conversion efficiency and the durability of the device further than the example in which the hole transport layer is formed in the atmosphere. It was shown that. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, when the hole transport layer was applied in the glove box, the hydrophilic solvent was repelled and film formation was extremely difficult.

なお実施例9で示されるように、本発明の共役系高分子化合物は順層構成においても高い光電変換効率を発揮できることが示された。   In addition, as shown in Example 9, it was shown that the conjugated polymer compound of the present invention can exhibit high photoelectric conversion efficiency even in a normal layer configuration.

10、20、30 有機光電変換素子、
11 陽極、
12 陰極、
14 光電変換層、
14a 第1の光電変換層、
14b 第2の光電変換層、
25 基板、
26 正孔輸送層、
27 電子輸送層、
38 電荷再結合層。
10, 20, 30 organic photoelectric conversion element,
11 Anode,
12 cathode,
14 photoelectric conversion layer,
14a 1st photoelectric conversion layer,
14b second photoelectric conversion layer,
25 substrates,
26 hole transport layer,
27 electron transport layer,
38 Charge recombination layer.

Claims (9)

第一の電極と、
第二の電極と、
前記第一の電極および前記第二の電極の間に存在する、n型有機半導体およびp型有機半導体を含む光電変換層と、
を有し、
前記p型有機半導体は、下記一般式1および一般式2
式中、−X=は、それぞれ独立して、−C(R)=または−N=を表し、
〜Rは、それぞれ独立して、水素原子(H)、ハロゲン原子(F、Cl、Br、もしくはI)、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のフッ化アリール基、炭素原子数1〜20のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基を表す
で表される部分構造をそれぞれ少なくとも1種有する共役系高分子化合物を含み、
前記共役系高分子化合物は、下記一般式3Aまたは一般式3B:
式中、−X =は、それぞれ独立して、−C(R )=または−N=を表し、
〜R は、それぞれ独立して、水素原子(H)、ハロゲン原子(F、Cl、Br、もしくはI)、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のフッ化アリール基、炭素原子数1〜20のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基を表し、
Dは、それぞれ独立して、硫黄原子(S)を含む、ドナー性複素芳香族環基またはドナー性複素縮合芳香族環基を表す;
で表される部分構造を少なくとも1種有する、有機光電変換素子
A first electrode;
A second electrode;
A photoelectric conversion layer including an n-type organic semiconductor and a p-type organic semiconductor, which exists between the first electrode and the second electrode;
Have
The p-type organic semiconductor has the following general formula 1 and general formula 2 :
In the formula, -X 1 = independently represents -C (R 3 ) = or -N =,
R 1 to R 3 are each independently a hydrogen atom (H), a halogen atom (F, Cl, Br, or I), a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, carbon Fluoroalkyl group having 1 to 20 atoms, cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 1 carbon atom 20 fluorinated alkoxy groups, fluorinated alkylthio groups having 1 to 20 carbon atoms, aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, fluorinated aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, heteroaryls having 1 to 20 carbon atoms A group or a fluorinated heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms ;
A conjugated polymer compound each having at least one partial structure represented by
The conjugated polymer compound is represented by the following general formula 3A or general formula 3B:
In the formula, -X 1 = independently represents -C (R 3 ) = or -N =,
R 1 to R 5 are each independently a hydrogen atom (H), a halogen atom (F, Cl, Br, or I), a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, carbon Fluoroalkyl group having 1 to 20 atoms, cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 1 carbon atom 20 fluorinated alkoxy groups, fluorinated alkylthio groups having 1 to 20 carbon atoms, aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, fluorinated aryl groups having 6 to 30 carbon atoms, heteroaryls having 1 to 20 carbon atoms A group or a fluorinated heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms,
Each D independently represents a donor heteroaromatic ring group or a donor heterofused aromatic ring group containing a sulfur atom (S);
The organic photoelectric conversion element which has at least 1 type of the partial structure represented by these .
前記共役系高分子化合物の数平均分子量は、10000〜100000である、請求項1に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the conjugated polymer compound has a number average molecular weight of 10,000 to 100,000. 前記一般式3Aおよび/または前記一般式3Bにおいて、−X=は、−N=を表す、請求項1または2に記載の有機光電変換素子。 In the general formula 3A and / or the general formula 3B, -X 1 = represents -N =, the organic photoelectric conversion element according to claim 1 or 2. 前記一般式3Aおよび/または前記一般式3Bにおいて、RまたはRは、それぞれ独立して、下記一般式4で表わされる基を表す、請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機光電変換素子;
式中、Lは、それぞれ独立して、炭素原子数1〜10のアルキレン基を表し、
およびYは、それぞれ独立して、酸素原子(O)、またはNRを表し、
Zは、それぞれ独立して、炭素原子(C)、硫黄原子(S)、またはリン原子(P)を表し、
およびRは、それぞれ独立して、水素原子(H)、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数2〜20のアルケニル基、炭素原子数6〜30のアリール基、または炭素原子数1〜20のヘテロアリール基を表し、
a、b、およびcは、2≦a+b+c≦4かつ0≦a、b、c≦2の関係式を満たす整数を表す。
In the general formula 3A and / or the general formula 3B, R 4 or R 5 are, each independently represents a group represented by the following general formula 4, organic according to any one of claims 1 to 3 Photoelectric conversion element;
In the formula, each L independently represents an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms,
Y 1 and Y 2 each independently represent an oxygen atom (O) or NR 7 ;
Each Z independently represents a carbon atom (C), a sulfur atom (S), or a phosphorus atom (P);
R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom (H), an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, carbon An aryl group having 6 to 30 atoms or a heteroaryl group having 1 to 20 carbon atoms;
a, b, and c represent integers satisfying the relational expressions 2 ≦ a + b + c ≦ 4 and 0 ≦ a, b, c ≦ 2.
前記一般式4において、a、b、およびcはa+b+c=3かつ0≦a、b、c≦2の関係式を満たす整数を表す、請求項に記載の有機光電変換素子。 In the said General formula 4, a, b, and c are the organic photoelectric conversion elements of Claim 4 showing the integer which satisfy | fills the relational expression of a + b + c = 3 and 0 <= a, b, c <= 2. 前記一般式3Aおよび/または前記一般式3Bにおいて、Dは、それぞれ独立して、下記一般式5で表わされる部分構造表す、請求項のいずれか1項に記載の有機光電変換素子;
式中、Aは、それぞれ独立して、炭素原子(C)、ケイ素原子(Si)、またはゲルマニウム原子(Ge)を表し、
は、それぞれ独立して、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキル基、炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、炭素原子数3〜20のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルコキシ基、炭素原子数1〜20のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のフッ化アリール基、炭素原子数1〜20のヘテロアリール基、または炭素原子数1〜20のフッ化ヘテロアリール基を表す。
In Formula 3 A and / or the general formula 3B, D each independently represents a partial structure represented by the following general formula 5, organic photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 5 ;
In the formula, each A independently represents a carbon atom (C), a silicon atom (Si), or a germanium atom (Ge),
R 8 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, Fluorinated cycloalkyl group having 3 to 20 carbon atoms, alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, fluorinated alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, fluorinated alkylthio group having 1 to 20 carbon atoms, carbon atom number A 6-30 aryl group, a C6-C30 fluorinated aryl group, a C1-C20 heteroaryl group, or a C1-C20 fluorinated heteroaryl group is represented.
前記一般式において、Aは、それぞれ独立して、ケイ素原子(Si)を表す、請求項に記載の有機光電変換素子。 In the said General formula 5 , A represents the silicon atom (Si) each independently, The organic photoelectric conversion element of Claim 6 . 前記第一の電極は透明電極であり、
前記第二の電極は対電極であり、
前記光電変換層と前記第二の電極との間に、さらに正孔輸送層を有する、請求項1〜のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。
The first electrode is a transparent electrode;
The second electrode is a counter electrode;
Between the second electrode and the photoelectric conversion layer further comprises a hole transport layer, an organic photoelectric conversion device according to any one of claims 1-7.
請求項1〜のいずれか1項に記載の有機光電変換素子を有する、太陽電池。 The solar cell which has an organic photoelectric conversion element of any one of Claims 1-8 .
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