JP6446551B2 - 光電変換素子、太陽電池及び化合物 - Google Patents
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少なくとも導電性支持体を有する第一電極と、光吸収剤を含有する感光層と、有機正孔輸送材料を含有する正孔輸送層と、第二電極とを具備する光電変換素子であって、上記感光層と上記正孔輸送層の少なくとも一方は上記導電性支持体上に設けられ、上記導電性支持体と共に第一電極を構成している光電変換素子において、
上記感光層は、上記光吸収剤として、周期表第1族元素またはカチオン性有機基Aのカチオン、周期表第1族元素以外の金属原子Mのカチオン、およびアニオン性原子または原子団Xのアニオンを含むペロブスカイト型結晶構造を有する化合物を少なくとも含み、
上記正孔輸送層は、上記有機正孔輸送材料として、下記式1で表される化合物を少なくとも含む光電変換素子。
Dは、下記式D−1またはD−2で表わされる基である。
L1及びL2は、それぞれ独立に、連結基を表す。
A1及びA2は、それぞれ独立に、複素環、炭化水素環、またはアクセプター性を有する基を表す。
X1及びX2は、それぞれ独立に、硫黄原子、酸素原子又はセレン原子を表す。
Z1及びZ2は、それぞれ独立に、窒素原子またはCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
Aは環構造を表し、式中の2つの5員環と縮合している。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
X3及びX4は、それぞれ独立に、硫黄原子、酸素原子又はセレン原子を表す。
Z3及びZ4は、それぞれ独立に、窒素原子またはCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
Bは環構造を表し、式中の2つの5員環と縮合している。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
式1において、A1及びA2により表されるアクセプター性を有する基が、下記式A−1、式A−2及び式A−3のいずれかにより表される基である、[1]に記載の光電変換素子。
Y1は、酸素原子、硫黄原子又はNRcを表し、Rcは、水素原子又は置換基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。但し、R3及びR4の少なくとも一方は、電子求引性基を表す。
R’は、水素原子または置換基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
Xは、炭化水素環又は複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっていてもよい炭化水素環又は複素環を表す。ここで、Rdは、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。上記炭化水素環及び上記複素環は、置換基を有していてもよい。
R”は、水素原子または置換基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
式D−1中のX1及びX2、並びに、式D−2中のX3及びX4が、硫黄原子である、[1]又は[2]に記載の光電変換素子。
式1中のDは、下記式D−3、D−4、D−5及びD−6のいずれかで表される基である、[1]〜[3]のいずれかに記載の光電変換素子。
X6及びX7は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
Z9及びZ10は、それぞれ独立に、窒素原子又はCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
R7及びR8は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
n1は、0〜2の整数を表す。n1が1又は2のとき、複数存在するR7は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するR8は、同一でも異なっていてもよい。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
X8及びX9は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
Z11及びZ12は、それぞれ独立に、窒素原子又はCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
R9及びR10は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
n2は、0〜2の整数を表す。n2が1又は2のとき、複数存在するR9は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するR10は、同一でも異なっていてもよい。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
X10及びX11は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
Z13及びZ14は、それぞれ独立に、窒素原子又はCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
Xaは、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、CRgRh、NRiまたはSiRjRkを表し、Rg、Rh、Ri、Rj及びRkは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
X12及びX13は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
Z15及びZ16は、それぞれ独立に、窒素原子又はCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
Xbは、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、CRgRh、NRiまたはSiRjRkを表し、Rg、Rh、Ri、Rj及びRkは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
式1において、nbが1〜5の整数であり、nb個のL1から選択される少なくとも1つの連結基が下記式(X)で表される連結基であるか、又は、ncが1〜5の整数であり、nc個のL2から選択される少なくとも1つの連結基が下記式(X)で表される連結基である、[1]〜[4]のいずれかに記載の光電変換素子。
Z5は、窒素原子またはCR1を表し、R1は、水素原子又は置換基を表す。
R11は、水素原子又は置換基を表す。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
式1において、nb個のL1及びnc個のL2から選択される少なくとも1つの連結基が、式(X)で表される連結基であり、且つ、式(X)中のZ5は、窒素原子である、[5]に記載の光電変換素子。
式1において、A1及びA2の少なくとも一方は、炭化水素環もしくは複素環であって、置換基として電子求引性基を有するか、または、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRo)−及び−C(=CRpRq)−から選択されるいずれかにより置き換わっている炭化水素環もしくは複素環である、[1]〜[6]のいずれかに記載の光電変換素子。ここで、Roは、水素原子又は置換基を表し、Rp及びRqは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは、互いに結合して環を形成している。
式1において、A1及びA2の少なくとも一方は、式A−1、式A−2及び式A−3のいずれかにより表される基である、[2]〜[7]のいずれかに記載の光電変換素子。
式1において、A1及びA2の少なくとも一方は、下記式A−4またはA−5で表される基である、[1]〜[8]のいずれかに記載の光電変換素子。
EWGは、それぞれ独立に、電子求引性基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
X’は、硫黄原子、酸素原子又はNRmを含む複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっている複素環を表す。ここで、Rm及びRdは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。上記複素環は、置換基を有していてもよい。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
式1で表される化合物が下記式2で表される化合物である、[1]に記載の光電変換素子。
Z5、Z6、Z7及びZ8は、それぞれ独立に、窒素原子またはCRnを表し、Rnは、水素原子又は置換基を表す。
R22、R23、R24及びR25は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
EWGは、それぞれ独立に、電子求引性基を表す。
*は、式2で表される化合物の残部との連結部位を表す。
X’は、硫黄原子、酸素原子又はNRmを含む複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっている複素環を表す。ここで、Rm及びRdは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。上記複素環は、置換基を有していてもよい。
*は、式2で表される化合物の残部との連結部位を表す。
式(D−1)中のZ1及びZ2、式(D−2)中のZ3及びZ4、式(2)中のZ6及びZ7、式D−3中のZ9及びZ10、式D−4中のZ11及びZ12、式D−5中のZ13及びZ14、又は、式D−6中のZ15及びZ16が窒素原子である、[1]〜[10]のいずれかに記載の光電変換素子。
[1]〜[11]のいずれかに記載の光電変換素子を具備する太陽電池。
下記式2Aで表される化合物。
Z5、Z6、Z7及びZ8は、それぞれ独立に、窒素原子またはCRnを表し、Rnは、水素原子又は置換基を表す。
R22、R23、R24及びR25は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
但し、式2Aにおいて、Z6及びZ7の少なくとも一方が窒素原子であるか、又は、n4が1〜4の整数であり、少なくとも1つのZ5が窒素原子であるか、又は、n5が1〜4の整数であり、少なくとも1つのZ8が窒素原子である。
X’は、硫黄原子、酸素原子又はNRmを含む複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっている複素環を表す。ここで、Rm及びRdは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。上記複素環は、置換基を有していてもよい。
*は、式2Aで表される化合物の残部との連結部位を表す。
[14]
式2A中、上記Z6及び上記Z7が窒素原子である、[13]に記載の化合物。
本発明の光電変換素子は、少なくとも導電性支持体を有する第一電極と、光吸収剤を含有する感光層と、有機正孔輸送材料を含有する正孔輸送層と、第二電極とを具備する。ここで、上記感光層と上記正孔輸送層の少なくとも一方は上記導電性支持体上に設けられ、上記導電性支持体と共に第一電極を構成している。
第一電極1は、導電性支持体11と、感光層13及び正孔輸送層16の少なくとも一方とを有し、光電変換素子10において作用電極として機能する。
導電性支持体11は、導電性を有し、感光層13等を支持できるものであれば特に限定されない。導電性支持体11は、導電性を有する材料(例えば金属)で形成された構成、または、ガラスもしくはプラスチックの支持体11aとこの支持体11aの表面に形成された導電膜としての透明電極11bとを有する構成が好ましい。
本発明においては、光電変換素子10Dのように、好ましくは、透明電極11bの表面に電子輸送層15を有している。
本発明においては、光電変換素子10Eのように、透明電極11bの表面に正孔輸送層16を有していてもよい。
正孔輸送層16は、形成される位置が異なること以外は、後述する正孔輸送層3と同じである。
感光層13は、好ましくは、多孔質層12(光電変換素子10A、および10B)、ブロッキング層14(光電変換素子10C)、電子輸送層15(光電変換素子10D)、または正孔輸送層16(光電変換素子10E)の各層の表面(感光層13が設けられる表面が凹凸の場合の凹部内表面を含む。)に設けられる。
感光層13は、光吸収剤として、「周期表第一族元素またはカチオン性有機基A」と、「周期表第一族元素以外の金属原子M」と、「アニオン性原子または原子団X」と、を含むペロブスカイト型結晶構造を有するペロブスカイト化合物(ペロブスカイト型光吸収剤)を少なくとも1種含有する。
式中、R1aは置換基を表す。R1aは、有機基であれば特に限定されるものではないが、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、ヘテロアリール基または下記式(2)で表される基が好ましい。なかでも、アルキル基、下記式(2)で表される基がより好ましい。
式中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。Mは周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Xはアニオン性原子または原子団を表す。
式(I−1)および式(I−2)において、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表し、上記式(I)のAと同義であり、好ましいものも同じである。
式(II)中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表し、式(I)のAと同義であり、好ましいものも同じである。式(II)中、Xはアニオン性原子または原子団を表し、式(I)のXと同義であり、好ましいものも同じである。
本発明の光電変換素子は、光電変換素子10A〜10Dのように、第一電極1と第二電極2との間に正孔輸送層3を有することが好ましい態様の1つである。この態様において、正孔輸送層3は感光層13と接触(積層)していることが好ましい。正孔輸送層3は、好ましくは第一電極1の感光層13と第二電極2の間に設けられる。
Dは、下記式D−1またはD−2で表わされる基である。
X1及びX2は、それぞれ独立に、硫黄原子、酸素原子又はセレン原子を表す。
X3及びX4は、それぞれ独立に、硫黄原子、酸素原子又はセレン原子を表す。
A1及びA2は、それぞれ独立に、複素環、炭化水素環、またはアクセプター性を有する基を表す。
Y1は、酸素原子、硫黄原子又はNRcを表し、Rcは、水素原子又は置換基を表す。
R2は、水素原子または置換基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。但し、R3及びR4の少なくとも一方は、電子求引性基を表す。
R’は、水素原子または置換基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
Xは、炭化水素環又は複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっていてもよい炭化水素環又は複素環を表す。ここで、Rdは、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。上記炭化水素環及び上記複素環は、置換基を有していてもよい。
R”は、水素原子または置換基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
R3及びR4で表される置換基は、特に限定されないが、例えば上述したA1,A2としての炭化水素環、複素環が有していてもよい置換基を挙げることができる。但し、R3及びR4の少なくとも一方は電子求引性基であり、R3及びR4の双方が電子求引性基であることが好ましい。
EWGは、それぞれ独立に、電子求引性基を表す。
X’は、硫黄原子、酸素原子又はNRmを含む複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっている複素環を表す。ここで、Rm及びRdは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。上記複素環は、置換基を有していてもよい。
本発明の一形態において、X’としての複素環は、硫黄原子、酸素原子及びNRmから選択されるヘテロ原子を1〜6個含む複素環であることが好ましく、1〜5個含む複素環であることがより好ましく、1〜2個含む複素環であることがさらに好ましい。ここで、Rmは、水素原子又は置換基を表し、この置換基としては、特に限定されないが、上述したA1、A2としての炭化水素環、複素環が有していてもよい置換基を挙げることができる。
Y1〜Y11は、それぞれ独立に、CR26R27、NR28、硫黄原子または酸素原子を表わす。ここで、R26、R27及びR28は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表し、この置換基としては、特に限定されないが、例えば、例えば上述したA1,A2としての炭化水素環、複素環が有していてもよい置換基が挙げられる。Y1〜Y11は、一形態において、硫黄原子または酸素原子が好ましい。
X6及びX7は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
X8及びX9は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
X10及びX11は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
X12及びX13は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
Z5は、窒素原子またはCR1を表し、R1は、水素原子又は置換基を表す。
Z5、Z6、Z7及びZ8は、それぞれ独立に、窒素原子またはCRnを表し、Rnは、水素原子又は置換基を表す。
EWGは、それぞれ独立に、電子求引性基を表す。
X’は、硫黄原子、酸素原子又はNRmを含む複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっている複素環を表す。ここで、Rm及びRdは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。上記複素環は、置換基を有していてもよい。
Z5、Z6、Z7、Z8、R22、R23、R24、R25、n4及びn5は、それぞれ、式2における各基と同義であり、好ましいものも同じである。
A5及びA6は、それぞれ独立に、上述した式A−5’で表される基を表す。
Journal of Organic Chemistry,425(2007)、Org.Lett.,2005,7,5253、Macromolecules,36,7986(2003)、Chemistry of Materials,22,1977(2010)、Angewandte Chem−International Edition,45,3170(2006)、Tetorahedron,68,767(2012)、Org.Lett.,14,4330(2012)、Tetorahedron Letters,53,5197(2012)、Journal of Materials Chemistry C,2,124(2014)、J.Org.Chem.,75,495(2010)、European Journal of Organic Chemistry,1916(2013)、Journal of American Chemical Society,134,11064(2012)、Journal of Materials Chemistry A,1,2795(2013)、Journal of Materials Chemistry,22,9173(2012)。
第二電極2は、太陽電池において正極として機能する。第二電極2は、導電性を有していれば特に限定されず、通常、導電性支持体11と同じ構成とすることができる。強度が十分に保たれる場合は、支持体11aは必ずしも必要ではない。
本発明においては、第一電極1と第二電極2との接触を防ぐために、ブロッキング層14に代えて、または、ブロッキング層14と共に、スペーサーやセパレータを用いることもできる。
本発明の太陽電池は、本発明の光電変換素子を用いて構成される。例えば図1A、図2〜図4に示されるように、外部回路6に対して仕事させるように構成した光電変換素子10を太陽電池として用いることができる。第一電極1(導電性支持体11)および第二電極2に接続される外部回路6は、公知のものを特に制限されることなく、用いることができる。
本発明の光電変換素子および太陽電池は、公知の製造方法、例えばJ.Am.Chem.Soc.,2009,131(17),p.6050−6051、Science,338,p.643(2012)等に記載の方法によって製造できる。
<正孔輸送材料の合成>
[化合物a1の合成]
12gのジブロモチオフェン(a1−1)と32gのa1−2を50mLのトルエン/メタノール(体積比1/1)中で混合し、274mgのPEPSI-iPrおよび35gのK2CO3を加えた後、70℃に加温し、窒素雰囲気下で8時間攪拌した。室温まで放冷した後、水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することでa1−3を10g得た。
・化合物a1−4の合成
0℃に冷却した20mLのDMFに10mLのオキシ塩化リンを滴下し、30分攪拌後、4.5gのa1−3を加え、45℃に加温した後、5時間攪拌した。この反応液を30℃の水に滴下し、1時間攪拌後に酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a1−4を4g得た。
・化合物a1−5の合成
0℃に冷却したa1−4(1.5g)のDMF(20mL)溶液にN−ブロモスクシンイミド(NBS)(530mg)を加え、室温まで放冷した後に3時間攪拌した。水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することでa1−5を1g得た。
15gのa1−6と80mLのa1−7を混合し、硫酸(1mL)を加えた後、75℃に加温し、8時間攪拌した。室温まで放冷した後、水を加え、ろ過し、a1−8の粗体を10g得た。
・化合物a1−11の合成
1.8gのa1−9と4.1gのa1−10を50mLのテトラヒドロフラン中で混合し、2-Dicyclohexylphosphino-2′,6′-dimethoxybiphenyl(略称:SPos)(1g)、酢酸パラジウム(120mg)及びリン酸三カリウム(4.5g)を加えた後、70℃に加温し、6時間攪拌した。室温まで放冷した後、水と酢酸エチルを加え、ろ過し、a1−11を2g得た。
1.7gのa1−12と3.5gの炭酸カリウムを30mLのDMF中で混合し、a1−13(2.5g)を加えた後、5時間攪拌した。水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することでa1−14を1.3g得た。
a1−11(870mg)のテトラヒドロフラン(20mL)溶液を、−78℃に冷却し、nBuLi(1.6Mへキサン溶液)を2mL滴下し、1時間攪拌した。続けて、Me3SnCl(0.6g)を加え、室温まで放冷し、4時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と1.7gのa1−5をトルエン(80mL)中で混合し、Pd(PPh3)4(220mg)を加え、100℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することでa1−15を0.6g得た。
・化合物a1の合成
0.6gのa1−15と0.5gのa1−14を30mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a1を0.25g得た。
[化合物a2の合成]
化合物a1−14の代わりに、マロノニトリルを用いる以外は化合物a1の合成に準じて行うことで化合物a2を得た。
[化合物a3の合成]
0.96gのベンゾビスチアゾール(a1−8)と1.16gのa1−5を30mLのDMF中で混合し、Pd(OAc)2(11mg)、Cu(OAc)2(180mg)、K2CO3(1.4g)およびPPh3(650mg)を加えた後、135℃に加温し、窒素雰囲気下で15時間攪拌した。室温まで放冷した後、水とジクロロメタンを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することでa3−1を0.85g得た。
・化合物a3の合成
0.6gのa3−1と1.16gのa1−14を30mLのクロロホルム中で混合し、ピペリジンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a3を0.22g得た。
化合物a3の構造は質量分析法(Mass Spectrometry:MS)により確認した。
[化合物a4の合成]
0℃に冷却したa1−3(4.8g)のDMF(50mL)溶液にNBS(1.8g)を加え、室温まで放冷した後に8時間攪拌した。水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することでa4−1を3.6g得た。
・化合物a4−2の合成
化合物a4−1(5.5g)のジエチルエーテル(60mL)溶液にiPrMgCl(2.0Mエーテル溶液)を5mL加え、加温し加熱還流させた状態で18時間攪拌した後、室温まで放冷却後、テトラエトキシメタン(2g)を加え、加温し加熱還流させた状態で18時間攪拌した。室温まで放冷後、飽和NH4Cl水溶液で分液し、有機層を濃縮し、a4−2を3.2g得た。
0.5gのa4−3と3gのa4−2をジメチルスルホキシド(DMSO)(10mL)中で混合し、硫酸(0.1mL)を加えた後、110℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷した後、水とクロロホルムを加え、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することでa4−4を0.7g得た。
・化合物a4−5の合成
0℃に冷却した10mLのDMFに5mLのオキシ塩化リンを滴下し、30分攪拌後、0.7gのa4−4を加え、35℃に加温した後、5時間攪拌した。この反応液を30℃の水に滴下し、1時間攪拌後に酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a4−5を0.5g得た。
・化合物a4の合成
0.5gのa4−5と0.6gのa1−14を20mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a4を0.21g得た。
[化合物a5の合成]
0.5gのa3−1と0.6gのa5−1を20mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a5を0.34g得た。
[化合物a6の合成]
a6−1(560mg)のテトラヒドロフラン(20mL)溶液を、−78℃に冷却し、nBuLi(1.6Mへキサン溶液)を4mL滴下し、1時間攪拌した。続けて、Me3SnCl(1.2g)を加え、室温まで放冷し、4時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と1gのa6−2をDMF(50mL)中で混合し、Pd(PPh3)4(220mg)を加え、100℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することでa6−3を0.4g得た。
・化合物a6−4の合成
0℃に冷却したa6−3(0.4g)のDMF(10mL)溶液にNBS(0.4g)を加え、室温まで放冷した後に3時間攪拌した。水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することでa6−4を0.4g得た。
・化合物a6−6の合成
0.4gのa6−4と0.5gのa6−5をDMF(50mL)中で混合し、Pd(PPh3)4(200mg)を加え、100℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することでa6−6を0.2g得た。
・化合物a6の合成
0.2gのa6−6と0.3gのa1−14を20mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a6を0.15g得た。
[化合物a12の合成]
5.4gのa12−1と38gのa12−2を170mLの酢酸/メタノール(体積比150/20)中で混合し、0℃に冷却した後、臭素(6mL)を酢酸60mLで希釈した液を滴下した。室温まで放冷後、1時間攪拌し、反応液を200mLの水に滴下した。アンモニア水を加え、析出した結晶をろ過することでa12−3を4g得た。
・化合物a12−4の合成
4gのa12−3を85%リン酸水溶液に入れ、−20℃に冷却し、1.2gの亜硝酸ナトリウムを12mLの水に溶解させた水溶液を滴下した後、1時間攪拌した。続けて、反応液を、CuBr(2.7g)を17mLの48%HBr水溶液に入れた水溶液に添加し、室温で1時間攪拌した後、40℃に加熱し2時間攪拌した。室温に放冷後、ジクロロメタンで抽出し、有機層を濃縮し、濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで、a12−4を1.2g得た。
・化合物a12−5の合成
a12−4(0.6g)のテトラヒドロフラン(30mL)溶液を、−78℃に冷却し、nBuLi(1.6Mへキサン溶液)を2.1mL滴下し、1時間攪拌した。続けて、Me3SnCl(0.8g)を加え、室温まで放冷し、4時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と2.1gのa1−5をDMF(80mL)中で混合し、Pd(PPh3)4(230mg)を加え、100℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することでa12−5を0.2g得た。
・化合物a12の合成
0.2gのa12−5と0.25gのa1−14を20mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a12を0.1g得た。
[化合物a14の合成]
0.5gのa3−1と0.65gのa14−1を20mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a14を0.29g得た。
[化合物a16の合成]
a1−11(1.2g)のテトラヒドロフラン(30mL)溶液を、−78℃に冷却し、nBuLi(1.6Mへキサン溶液)を2.6mL滴下し、1時間攪拌した。続けて、Me3SnCl(0.9g)を加え、室温まで放冷し、4時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と1.1gのa16−1をトルエン(80mL)中で混合し、Pd(PPh3)4(280mg)を加え、100℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a16−2を0.9g得た。
・化合物a16−4の合成
a16−2(0.8g)のテトラヒドロフラン(25mL)溶液を、−78℃に冷却し、nBuLi(1.6Mへキサン溶液)を1.2mL滴下し、1時間攪拌した。続けて、Me3SnCl(0.4g)を加え、室温まで放冷し、4時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と0.5gの化合物a16−3をトルエン(30mL)中で混合し、Pd(PPh3)4(170mg)を加え、100℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することでa16−4を0.5g得た。
・化合物a16の合成
0.5gのa16−4と0.5gのa1−14を30mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a16を0.22g得た。
[化合物a17の合成]
0℃に冷却した20mLのDMFに10mLのオキシ塩化リンを滴下し、30分攪拌後、5gの化合物a17−1を加え、45℃に加温した後、5時間攪拌した。この反応液を30℃の水に滴下し、1時間攪拌後に酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a17−2を3g得た。
・化合物a17−3の合成
0℃に冷却したa17−2(3g)のDMF(20mL)溶液にNBS(1.5g)を加え、室温まで放冷した後に3時間攪拌した。水と酢酸エチルを加え、分液し、有機層を濃縮した後にカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a17−3を2.6g得た。
・化合物a17−6の合成
4gの化合物a17−4と8gの炭酸カリウムを70mLのDMF中で混合し、a17−5(30g)を加えた後、5時間攪拌した。水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a17−6を4.5g得た。
・化合物a17−7の合成
a1−11(0.6g)のテトラヒドロフラン(30mL)溶液を、−78℃に冷却し、nBuLi(1.6Mへキサン溶液)を1.5mL滴下し、1時間攪拌した。続けて、Me3SnCl(0.5g)を加え、室温まで放冷し、4時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と1.3gの化合物a17−3をTHF(50mL)中で混合し、Pd(PPh3)4(250mg)を加え、100℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a17−7を0.3g得た。
・化合物a17の合成
0.3gの化合物a17−7と0.45gの化合物a17−6を30mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a17を0.15g得た。
[化合物a18の合成]
化合物a1−11(0.6g)のテトラヒドロフラン(30mL)溶液を、−78℃に冷却し、nBuLi(1.6Mへキサン溶液)を1.5mL滴下し、1時間攪拌した。続けて、Me3SnCl(0.5g)を加え、室温まで放冷し、4時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と0.7gの化合物a18−1をTHF(30mL)中で混合し、Pd(PPh3)4(250mg)を加え、100℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a18−2を0.37g得た。
・化合物a18の合成
0.3gの化合物a18−2と0.23gの化合物a18−3を30mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a18を0.29g得た。
[化合物a19の合成]
1.8gの化合物a1−9と5.2gの化合物a19−1を50mLのテトラヒドロフラン中で混合し、2-Dicyclohexylphosphino-2′,6′-dimethoxybiphenyl(略称:SPos)(1g)、酢酸パラジウム(120mg)及びリン酸三カリウム(4.5g)を加えた後、70℃に加温し、6時間攪拌した。室温まで放冷した後、水と酢酸エチルを加え、ろ過し、化合物a19−2を2.3g得た。
MS−ESI m/z=457.2 (M+H)+
化合物a19−2(0.9g)のテトラヒドロフラン(30mL)溶液を、−78℃に冷却し、nBuLi(1.6Mへキサン溶液)を2.5mL滴下し、1時間攪拌した。続けて、Me3SnCl(0.5g)を加え、室温まで放冷し、4時間攪拌後、水と酢酸エチルを加え、有機層を濃縮した。濃縮物と1.2gのa1−5をTHF(30mL)中で混合し、Pd(PPh3)4(280mg)を加え、100℃に加温し、10時間攪拌した。室温まで放冷後、水とクロロホルムを加え、分液し、有機層を濃縮した後に、カラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a19−3を0.5g得た。
・化合物a19の合成
0.4gの化合物a19−3と0.22gの化合物a19−4を30mLのクロロホルム中で混合し、トリエチルアミンを微量加え、加温し加熱還流させた状態で一晩攪拌した。室温まで放冷却した後、水を加え、ジクロロメタンで抽出し、これを濃縮した。続けて濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物a19を0.3g得た。
他の化合物(正孔輸送材料)についても、上記に準じた方法および公知の方法を組み合わせることにより合成した。
本発明の正孔輸送材料として、下記化合物を使用した。
比較用正孔輸送材料として、下記に示す化合物b1、b2と、spiro−MeOTAD(1-material inc(製))を使用した。
<導電性支持体11の作製>
ガラス基板(支持体11a、厚さ2mm)上にフッ素ドープされたSnO2導電膜(透明電極11b、膜厚300nm)を形成し、導電性支持体11を作製した。
チタニウム ジイソプロポキシド ビス(アセチルアセトナート)の15質量%イソプロパノール溶液(アルドリッチ社製)を1−ブタノールで希釈して、0.02Mのブロッキング層用溶液を調製した。
調製した0.02Mのブロッキング層用溶液を用いてスプレー熱分解法により、450℃にて、導電性支持体11のSnO2導電膜上に酸化チタンからなるブロッキング層14(膜厚50nm)を形成した。
酸化チタン(アナターゼ、平均粒径20nm)のエタノール分散液に、エチルセルロース、ラウリン酸およびテルピネオールを加えて、酸化チタンペーストを調製した。
調製した酸化チタンペーストをブロッキング層14の上にスクリーン印刷法で塗布し、空気中、500℃で3時間焼成した。その後、得られた酸化チタンの焼成体を、40mMのTiCl4水溶液に浸した後、60℃で1時間加熱し、続けて500℃で30分間加熱して、TiO2からなる多孔質層12(膜厚250nm)を形成した。
メチルアミンの40%メタノール溶液(10g)と47質量%の臭化水素の水溶液(臭化水素酸、15.6g)をフラスコ中、0℃で2時間攪拌した後、濃縮して、CH3NH3Brの粗体を得た。得られたCH3NH3Brの粗体をエタノールに溶解し、ジエチルエーテルで再結晶した。得られた結晶をろ取し、60℃で5時間減圧乾燥して、精製CH3NH3Brを得た。
正孔輸送材料として化合物a1(180mg)をクロロベンゼン(1mL)に溶解させて正孔輸送材料溶液を調製した。
次いで、第一電極1Aの表面上に、調製した正孔輸送層用溶液をスピンコート法により塗布、乾燥して、固体状の正孔輸送層3A(膜厚100nm)を成膜した。
正孔輸送層3A上に蒸着法により金を蒸着して、第二電極2(膜厚100nm)を作製した。
・試料No.102〜115、118〜121、c101〜103
光電変換素子(試料No.101)の製造において、正孔輸送材料a1に代えて後掲の表1に記載の正孔輸送材料をそれぞれ含有する正孔輸送材料溶液を用いた以外は、光電変換素子(試料No.101)の製造と同様にして、本発明の光電変換素子(試料No.102〜115)、ならびに、比較のための光電変換素子(試料No.c101〜c103)をそれぞれ製造した。
光電変換素子(試料No.101)の製造において、CH3NH3PbBr3のペロブスカイト化合物に代えてCH3NH3PbI3のペロブスカイト化合物を含有する感光層を形成し、更に、正孔輸送材料a1に代えて後掲の表1に記載の正孔輸送材料を含有する正孔輸送材料溶液を用いた以外は、光電変換素子(試料No.101)の製造と同様にして、本発明の光電変換素子(試料No.116)を製造した。
光電変換素子(試料No.101)の製造において、正孔輸送材料a1に代えて後掲の表1に記載の正孔輸送材料をそれぞれ使用し、更に、正孔輸送材料溶液の調製を下記に変更した以外は、光電変換素子(試料No.101)の製造と同様にして、本発明の光電変換素子(試料No.117)、ならびに、比較のための光電変換素子(試料No.c104)をそれぞれ製造した。
後掲の表1に記載の正孔輸送材料(180mg)をクロロベンゼン(1mL)に溶解させた。このクロロベンゼン溶液に、リチウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(170mg)をアセトニトリル(1mL)に溶解させたアセトニトリル溶液37.5μLと、t−ブチルピリジン(TBP、17.5μL)とを加えて混合し、正孔輸送材料溶液を調製した。
<初期光電変換効率の測定>
初期光電変換効率を以下のようにして評価した。
各試料No.の光電変換素子を5検体ずつ製造した。5検体それぞれについて、電池特性試験を行って、初期(製造後)の光電変換効率(ηI/%)を測定した。そして、それら5検体の平均値を、各試料No.の光電変換素子の初期光電変換効率(ηIA/%)とした。
光電変換素子の経時光電変換効率を以下のようにして評価した。
各試料No.の光電変換素子を5検体ずつ製造した。5検体の光電変換素子それぞれを、温度40℃、相対湿度55%の高湿環境にある恒温恒湿槽内に20時間保存してから、上記<初期光電変換効率の測定>と同様にして電池特性試験を行い、経時後の光電変換効率(ηR/%)を測定した。そして、それら5検体の平均値を、各試料No.の光電変換素子の経時光電変換効率(ηRA/%)とした。
光電変換素子の耐湿性ばらつきを以下のようにして評価した。
次に、各試料No.における5検体の光電変換効率の平均低下率を、下記式(II)に従い算出する。
光電変換素子の耐湿性ばらつきは、上記式(II)によって算出される光電変換効率の平均低下率を1としたとき、平均低下率に対し、5検体の中で最も相対低下率の差分が大きいものが含まれる範囲を、下記評価基準で分級して耐湿性ばらつきを評価した。
相対低下率の差分のうち最大値が、
A: ±0.16以内の範囲にあったもの
B: ±0.16を超え、±0.19以内の範囲にあったもの
C: ±0.19を超え、±0.23以内の範囲にあったもの
D: ±0.23を超え、±0.27以内の範囲にあったもの
E: ±0.27を超え、±0.31以内の範囲にあったもの
F: ±0.31を超え、±0.35以内の範囲にあったもの
G: ±0.35を超える範囲にあったもの
結果を下記表1に示す。耐湿性のばらつき評価において、〔A〕、〔B〕、〔C〕、〔D〕、および〔E〕が合格レベルであり、好ましくは〔A〕、〔B〕、および〔C〕であり、より好ましく〔A〕である。一方、〔F〕および〔G〕は素子間の耐湿性のばらつきが大きく、本発明の合格レベル(要求レベル)に到達しない。
11 導電性支持体
11a 支持体
11b 透明電極
12 多孔質層
13A〜13C 感光層
14 ブロッキング層
2 第二電極
3A、3B 正孔輸送層
15電子輸送層
6 外部回路(リード)
10A〜10D 光電変換素子
100A〜100D 太陽電池を利用したシステムM 電動モーター
Claims (14)
- 少なくとも導電性支持体を有する第一電極と、光吸収剤を含有する感光層と、有機正孔輸送材料を含有する正孔輸送層と、第二電極とを具備する光電変換素子であって、前記感光層と前記正孔輸送層の少なくとも一方は前記導電性支持体上に設けられ、前記導電性支持体と共に第一電極を構成している光電変換素子において、
前記感光層は、前記光吸収剤として、周期表第1族元素またはカチオン性有機基Aのカチオン、周期表第1族元素以外の金属原子Mのカチオン、およびアニオン性原子または原子団Xのアニオンを含むペロブスカイト型結晶構造を有する化合物を少なくとも含み、
前記正孔輸送層は、前記有機正孔輸送材料として、下記式1で表される化合物を少なくとも含む光電変換素子。
Dは、下記式D−1またはD−2で表わされる基である。
L1及びL2は、それぞれ独立に、連結基を表す。
A1及びA2は、それぞれ独立に、複素環、炭化水素環、またはアクセプター性を有する基を表す。
naは、1〜4の整数を表し、nb及びncは、それぞれ独立に、0〜5の整数を表す。naが2〜4の整数を表すとき、複数存在するDは同じでも異なっていてもよく、nbが2〜5の整数を表すとき、複数存在するL1は同じでも異なっていてもよく、ncが2〜5の整数を表すとき、複数存在するL2は同じでも異なっていてもよい。
X1及びX2は、それぞれ独立に、硫黄原子、酸素原子又はセレン原子を表す。
Z1及びZ2は、それぞれ独立に、窒素原子またはCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
Aは環構造を表し、式中の2つの5員環と縮合している。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
式D−2中、
X3及びX4は、それぞれ独立に、硫黄原子、酸素原子又はセレン原子を表す。
Z3及びZ4は、それぞれ独立に、窒素原子またはCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
Bは環構造を表し、式中の2つの5員環と縮合している。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
但し、式1において、少なくとも1つのDが式(D−1)で表される基である場合に、Z1及びZ2の少なくとも一方が窒素原子であるか、又は、少なくとも1つのDが式(D−2)で表される基である場合に、Z3及びZ4の少なくとも一方が窒素原子であるか、又は、nbが1〜5の整数であり、nb個のL1から選択される少なくとも1つの連結基が、チアゾール環、オキサゾール環及びセレナゾール環のいずれかを含むか、又は、ncが1〜5の整数であり、nc個のL2から選択される少なくとも1つの連結基が、チアゾール環、オキサゾール環及びセレナゾール環のいずれかを含む。 - 式1において、A1及びA2により表されるアクセプター性を有する基が、下記式A−1、式A−2及び式A−3のいずれかにより表される基である、請求項1に記載の光電変換素子。
Y1は、酸素原子、硫黄原子又はNRcを表し、Rcは、水素原子又は置換基を表す。
R2は、水素原子または置換基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
式A−2中、
R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。但し、R3及びR4の少なくとも一方は、電子求引性基を表す。
R’は、水素原子または置換基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
式A−3中、
Xは、炭化水素環又は複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっていてもよい炭化水素環又は複素環を表す。ここで、Rdは、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。前記炭化水素環及び前記複素環は、置換基を有していてもよい。
R”は、水素原子または置換基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。 - 式D−1中のX1及びX2、並びに、式D−2中のX3及びX4が、硫黄原子である、請求項1又は2に記載の光電変換素子。
- 式1中のDは、下記式D−3、D−4、D−5及びD−6のいずれかで表される基である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子。
X6及びX7は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
Z9及びZ10は、それぞれ独立に、窒素原子又はCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
R7及びR8は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
n1は、0〜2の整数を表す。n1が1又は2のとき、複数存在するR7は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するR8は、同一でも異なっていてもよい。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
式D−4中、
X8及びX9は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
Z11及びZ12は、それぞれ独立に、窒素原子又はCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
R9及びR10は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
n2は、0〜2の整数を表す。n2が1又は2のとき、複数存在するR9は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するR10は、同一でも異なっていてもよい。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
式D−5中、
X10及びX11は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
Z13及びZ14は、それぞれ独立に、窒素原子又はCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
Xaは、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、CRgRh、NRiまたはSiRjRkを表し、Rg、Rh、Ri、Rj及びRkは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。
式D−6中、
X12及びX13は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
Z15及びZ16は、それぞれ独立に、窒素原子又はCRaを表し、Raは、水素原子又は置換基を表す。
Xbは、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、CRgRh、NRiまたはSiRjRkを表し、Rg、Rh、Ri、Rj及びRkは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。
*は、L1、L2、A1、A2、又はDとの連結部位を表す。 - 式1において、nb個のL1及びnc個のL2から選択される少なくとも1つの連結基が、式(X)で表される連結基であり、且つ、式(X)中のZ5は、窒素原子である、請求項5に記載の光電変換素子。
- 式1において、A1及びA2の少なくとも一方は、炭化水素環もしくは複素環であって、置換基として電子求引性基を有するか、または、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRo)−及び−C(=CRpRq)−から選択されるいずれかにより置き換わっている炭化水素環もしくは複素環である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光電変換素子。ここで、Roは、水素原子又は置換基を表し、Rp及びRqは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは、互いに結合して環を形成している。
- 式1において、A1及びA2の少なくとも一方は、式A−1、式A−2及び式A−3のいずれかにより表される基である、請求項2〜7のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 式1において、A1及びA2の少なくとも一方は、下記式A−4またはA−5で表される基である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の光電変換素子。
EWGは、それぞれ独立に、電子求引性基を表す。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。
式A−5中、
X’は、硫黄原子、酸素原子又はNRmを含む複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっている複素環を表す。ここで、Rm及びRdは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。前記複素環は、置換基を有していてもよい。
*は、L1、L2、又はDとの連結部位を表す。 - 式1で表される化合物が下記式2で表される化合物である、請求項1に記載の光電変換素子。
Z5、Z6、Z7及びZ8は、それぞれ独立に、窒素原子またはCRnを表し、Rnは、水素原子又は置換基を表す。
R22、R23、R24及びR25は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
n4及びn5は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表す。n4が2〜4の整数のとき、複数存在するZ5は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するR22は、同一でも異なっていてもよい。また、n5が2〜4の整数のとき、複数存在するZ8は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するR24は、同一でも異なっていてもよい。
A3及びA4は、それぞれ独立に、下記式A−4’またはA−5’で表される基を表す。
但し、式2において、Z6及びZ7の少なくとも一方が窒素原子であるか、又は、n4が1〜4の整数であり、少なくとも1つのZ5が窒素原子であるか、又は、n5が1〜4の整数であり、少なくとも1つのZ8が窒素原子である。
EWGは、それぞれ独立に、電子求引性基を表す。
*は、式2で表される化合物の残部との連結部位を表す。
式A−5’中、
X’は、硫黄原子、酸素原子又はNRmを含む複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっている複素環を表す。ここで、Rm及びRdは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。前記複素環は、置換基を有していてもよい。
*は、式2で表される化合物の残部との連結部位を表す。 - 式(D−1)中のZ1及びZ2、式(D−2)中のZ3及びZ4、式(2)中のZ6及びZ7、式D−3中のZ9及びZ10、式D−4中のZ11及びZ12、式D−5中のZ13及びZ14、又は、式D−6中のZ15及びZ16が窒素原子である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の光電変換素子を具備する太陽電池。
- 下記式2Aで表される化合物。
Z5、Z6、Z7及びZ8は、それぞれ独立に、窒素原子またはCRnを表し、Rnは、水素原子又は置換基を表す。
R22、R23、R24及びR25は、それぞれ独立に、水素原子または置換基を表す。
n4及びn5は、それぞれ独立に、0〜4の整数を表す。n4が2〜4の整数のとき、複数存在するZ5は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するR22は、同一でも異なっていてもよい。また、n5が2〜4の整数のとき、複数存在するZ8は同一でも異なっていてもよく、また、複数存在するR24は、同一でも異なっていてもよい。
A5及びA6は、それぞれ独立に、下記式A−5’で表される基を表す。
但し、式2Aにおいて、Z6及びZ7の少なくとも一方は窒素原子である。
X’は、硫黄原子、酸素原子又はNRmを含む複素環であって、環を構成する少なくとも1つの−CH2−が、−C(=O)−、−C(=S)−、−C(=NRd)−、−C(=CReRf)−から選択されるいずれかにより置き換わっている複素環を表す。ここで、Rm及びRdは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、Re及びRfは、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表すか、あるいは互いに結合して環を形成している。前記複素環は、置換基を有していてもよい。
*は、式2Aで表される化合物の残部との連結部位を表す。 - 式2A中、前記Z6及び前記Z7が窒素原子である、請求項13に記載の化合物。
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