JP6983759B2 - 有機光電変換素子、並びにそれを備える太陽電池モジュール及びセンサー - Google Patents

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Description

本発明は、有機光電変換素子、並びに有機光電変換素子を備える太陽電池モジュール及びセンサーに関する。
有機化合物を含む活性層を有する有機光電変換素子は、素子構成の選択肢が広く、たとえば、フレキシブル透明太陽電池モジュールや可視光透過性太陽電池の作成が可能であり、使用環境による多様なニーズに応えることができる新しい技術として注目されている。
例えば、P3HT及びC60PCBMを含む活性層を有し、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を有しない透明な有機光電変換素子が報告されている(非特許文献1)。
Adv. Funct. Mater. 2014, 24, p.1671−1678
しかしながら、上述の非特許文献1に記載された光電変換素子は、耐久性が必ずしも十分ではなかった。
そこで本発明は、高い耐久性を有する有機光電変換素子を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、以下の有機光電変換素子に関する。
[1]
陰極及び陽極の間に活性層を有する有機光電変換素子であって、
陽極及び活性層の間に、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を有し、
波長380nm〜780nmの光の透過率が10%以上であることを特徴とする有機光電変換素子。
[2]
前記熱硬化性樹脂組成物が、ポリチオフェン及びその誘導体、並びに芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物からなる群より選ばれる1種以上を含む、[1]記載の有機光電変換素子。
[3]
熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層が、下記水リンス処理前後のイオン化エネルギーの測定において、水リンス処理前後のイオン化エネルギーの変化が−0.1eV以上0.1eV以下である、[1]又は[2]記載の有機光電変換素子。
<水リンス処理前後のイオン化エネルギーの測定>
2個のイオン化エネルギー測定用膜を製造する。
それぞれのイオン化エネルギー測定用膜は、一辺1インチの正方形の支持基板上に、本発明の有機光電変換素子の熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ材料を用いて、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ方法により製造され、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ厚さである。
一方のイオン化エネルギー測定用膜について、光電子分光装置によりイオン化エネルギーを測定し、得られた値を水リンス処理前のイオン化エネルギーとする。もう片方のイオン化エネルギー測定用膜上に、メニスカスを形成するように、水を載せ、10秒静置後、4000rpmで30秒間スピンコータによりスピンさせて水を振り切ることにより、水リンス処理をおこなう。水リンス処理後のイオン化エネルギー測定用膜に対し、光電子分光装置によりイオン化エネルギーを測定し、得られた値を水リンス処理後のイオン化エネルギーとする。(水リンス処理後のイオン化エネルギー)−(水リンス処理前のイオン化エネルギー)の値を水リンス処理前後のイオン化エネルギー変化とする。
[4]
前記活性層が、N型半導体材料と、P型半導体材料である高分子化合物とを含む、[1]〜[3]のいずれか記載の有機光電変換素子。
[5]
前記P型半導体材料である高分子化合物が、下記式(I)又は(II)で表される構成単位を有する高分子化合物である、[1]〜[4]のいずれか記載の有機光電変換素子。
Figure 0006983759
(I)
Figure 0006983759
〔式(I)中、
ArおよびArは、それぞれ独立に3価の芳香族炭化水素基または3価の芳香族複素環基を示し、
Zは、式(Z−1)、(Z−2)、(Z−3)、(Z−4)、(Z−5)、(Z−6)又は(Z−7)で表される2価の基を示す。
Rは、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、シアノ基、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいシクロアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいシクロアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアリールアルキル基、置換基を有していてもよいアリールアルコキシ基、置換基を有していてもよいアリールアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、置換基を有していてもよい酸イミド基、置換アミノ基、置換シリル基、置換シリルオキシ基、置換シリルチオ基、複素環オキシ基、複素環チオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又はカルボキシ基を示す。
式(Z−1)、(Z−2)、(Z−4)、(Z−5)、(Z−6)及び(Z−7)における2つのRは、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
Figure 0006983759
(II)
〔式(II)中、
Arは、芳香環および複素芳香環からなる群より選ばれる2個以上5個以下の環が縮合した縮合環を有する2価の縮合多環式芳香族炭化水素基又は2価の縮合多環式芳香族複素環基を表し、
nは1〜6の整数を表し、
Rは前述と同じ意味を表す。
Rが複数ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。〕
[6]
前記式(I)及び(II)で表される構成単位が、それぞれ下記式(III)で表される構成単位及び式(V)で表される構成単位である、[1]〜[5]に記載の有機光電変換素子。
Figure 0006983759
(III)
〔式(III)中、
Zは前述と同じ意味を表し、
Xは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。
複数あるXは、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
Figure 0006983759
(V)
〔式(V)中、
X及びRは前述と同じ意味を表す。
複数あるXは、互いに同一でも異なっていてもよい。
複数あるRは、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
[7]
前記N型半導体材料がフラーレン誘導体を有する、[4]〜[6]のいずれか記載の有機光電変換素子。
[8]
[1]〜[7]のいずれか記載の有機光電変換素子を備える、太陽電池モジュール。
[9]
[1]〜[7]のいずれか記載の有機光電変換素子を備える、センサー。
本発明の好適な実施形態について以下に説明する。
<1>有機光電変換素子
本発明の有機光電変換素子は、陰極及び陽極の間に活性層を有する有機光電変換素子であって、
陽極及び活性層の間に、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を有し、
波長380nm〜780nmの光の透過率が10%以上であることを特徴とする。
本明細書において、光の透過率とは、以下の測定方法で得られた値を意味する。
本発明の有機光電変換素子の透過スペクトルを測定する。測定において、光は、有機光電変換素子が有する層が積層されている面に対して、垂直な方向から照射される。得られた透過スペクトルを用い、JIS R 3106の透過率の算出に則り、波長380nm〜780nmの光の透過率を算出する。
有機光電変換素子の透過スペクトルを測定する装置としては、紫外、可視及び近赤外の波長領域で動作する分光光度計(例えば、日本分光製、紫外可視近赤外分光光度計JASCO−V670)を用いる。JASCO−V670を用いる場合、測定可能な波長範囲が200〜1500nmであるため、該波長範囲で測定を行う。
本発明に係る有機光電変換素子は、通常支持基板上に設けられる。
本発明に係る有機光電変換素子としては、例えば、支持基板、陰極、活性層、熱硬化性樹脂組成物を効果した硬化物を含む層及び陽極がこの順で積層された有機光電変換素子、並びに支持基板、陽極、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層、活性層及び陰極がこの順で積層された有機光電変換素子が挙げられる。
本発明に係る有機光電変換素子は、陰極、陽極、活性層及び熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層以外のその他の層を有していてよい。
本発明に係る有機光電変換素子は、その他の層として、例えば、電子輸送層等をさらに有していてもよい。
通常、電子輸送層は、陰極と活性層との間に設けられる。
以下に、各層について詳細に説明する。
<支持基板>
有機光電変換素子は、通常、支持基板上に形成される。支持基板には、有機光電変換素子を作製する際に化学的に変化しないものが好適に用いられる。支持基板としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板、高分子フィルム、シリコン板等が挙げられる。支持基板の波長380nm〜780nmの光の透過率は、好ましくは90%以上であり、さらに好ましくは95%以上である。
<電極>
本発明に係る有機光電変換素子は、陰極及び陽極を有する。
以下、第1の電極が、支持基板に近い方の電極であり、第2の電極が、支持基板から遠い方の電極として、説明する。第1の電極及び第2の電極のうち、一方は陽極として用いられ、他方は陰極として用いられる。本発明の有機光電変換素子において、好ましくは第1の電極が陰極である。
(第1の電極)
第1の電極は、有機光電変換素子の電極として使用可能な光透過性を有する電極であれば、特に限定されない。
第1の電極は、単層の形態又は複数の層が積層された形態を取り得る。
第1の電極の材料としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物、それらの複合体であるインジウムスズオキサイド(ITO)、インジウム亜鉛オキサイド(IZO)等の複合酸化物、金、白金、銀、銅等の金属、並びに、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体等の有機導電材料が挙げられる。
第1の電極の材料は、一種であっても二種以上であってもよい。
これらの材料が透明ではない場合には、光が透過する程度の厚さの薄膜とすること又は格子状の構成にすることにより、光透過性を有する電極とすることができる。
第1の電極としては、例えば、金属酸化物薄膜、金属薄膜及び有機導電膜が挙げられる。
第1の電極の厚さは、例えば1000nm以下であってよく、500nm以下であってよい。
(第2の電極)
第2の電極は、有機光電変換素子の電極として使用可能な光透過性を有する電極であれば、特に限定されない。
第2の電極の材料としては、上述の第1の電極の材料として挙げられた材料と同様の材料が挙げられる。
第2の電極の材料は、一種であっても二種以上であってもよい。
これらの材料が透明ではない場合には、光が透過する程度の厚さの薄膜とすること又は格子状の構成にすることにより、光透過性を有する電極とすることができる。
第2の電極としては、例えば、金属酸化物薄膜、金属薄膜、金属ナノワイヤー層及び有機導電薄膜が挙げられる。光の透過性を向上させる観点からは、第2の電極は金属ナノワイヤー層であることが好ましい。
第2の電極の厚さは、例えば10nm以上であってよく、50nm以上であってよい。第2電極を金属酸化物薄膜または金属薄膜とする場合、第2電極の厚さは、20nm以下であることが好ましい。
<活性層>
活性層としては、例えば、P型半導体材料及びN型半導体材料を含む層が挙げられる。
〔1〕P型半導体材料
P型半導体材料は高分子化合物であることが好ましく、該高分子化合物としては、例えば、式(I)又は式(II)で表される構成単位を有する高分子化合物が挙げられる。
Figure 0006983759
Figure 0006983759
式(I)中、
ArおよびArは、それぞれ独立に3価の芳香族炭化水素基または3価の芳香族複素環基を示し、
Zは、式(Z−1)、(Z−2)、(Z−3)、(Z−4)、(Z−5)、(Z−6)又は(Z−7)で表される2価の基を示す。
Rは、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、シアノ基、1価の芳香族炭化水素基、1価の複素環基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいシクロアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいシクロアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアリールアルキル基、置換基を有していてもよいアリールアルコキシ基、置換基を有していてもよいアリールアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、置換基を有していてもよい酸イミド基、置換アミノ基、置換シリル基、置換シリルオキシ基、置換シリルチオ基、複素環オキシ基、複素環チオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又はカルボキシ基を示す。
式(Z−1)、(Z−2)、(Z−4)、(Z−5)、(Z−6)及び(Z−7)における2つのRは、互いに同一でも異なっていてもよい。
Figure 0006983759
式(II)中、
Arは、芳香環および複素芳香環からなる群より選ばれる2個以上5個以下の環が縮合した縮合環を有する2価の縮合多環式芳香族炭化水素基又は2価の縮合多環式芳香族複素環基を表し、
nは1〜6の整数を表し、
Rは前述と同じ意味を表す。
(式(I)で表される構成単位)
(Rについて)
Rで表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子であることが好ましい。
アルキル基は、直鎖状でも分岐状でもよい。アルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1〜30である。アルキル基は置換基を有していてもよく、アルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシル基が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル墓、ペンチル基、イソペンチル基、2−メチルブチル基、1−メチルブチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、3−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、1−メチルペンチル基、ヘプチル基、オクチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル墓、オクタデシル基、エイコシル基が挙げられる。
置換基を有するアルキル基の具体例としては、2−シアノエチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−フルオロプロピル基が挙げられる。
シクロアルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3〜30である。シクロアルキル基は置換基を有していてもよく、シクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
シクロアルキル基の具体例としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基が挙げられる。
アルコキシ基は、直鎖状でも分岐状でもよい。アルコキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1〜20である。アルコキシ基は置換基を有していてもよく、アルコキシ基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、ラウリルオキシ基が挙げられる。
置換基を有するアルコキシ基の具体例としては、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロブトキシ基、パーフルオロヘキシルオキシ基、パーフルオロオクチルオキシ基、メトキシメチルオキシ基、2−メトキシエチルオキシ基が挙げられる。
シクロアルコキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2〜20である。シクロアルコキシ基は置換基を有していてもよく、シクロアルコキシ基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルコキシ基が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
シクロアルコキシ基の具体例としては、シクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。
アルキルチオ基は、直鎖状でも分岐状でもよい。アルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1〜20である。アルキルチオ基は置換基を有していてもよく、アルキルチオ基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
アルキルチオ基の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ブチルチオ基、イソブチルチオ基、tert−ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、シクロヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、2−エチルヘキシルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、3,7−ジメチルオクチルチオ基、ラウリルチオ基が挙げられる。
置換基を有するアルキルチオ基の具体例としては、トリフルオロメチルチオ基が挙げられる。
シクロアルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2〜20である。シクロアルキルチオ基は置換基を有していてもよく、シクロアルキルチオ基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
シクロアルキルチオ基の具体例としては、シクロヘキシルチオ基が挙げられる。
置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から、芳香環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子1個を除いた原子団である。
1価の芳香族炭化水素基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6〜60である。芳香族炭化水素基は置換基を有していてもよく、芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基及びシクロアルキルチオ基が挙げられる。ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基の具体例は、Rで表されるハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基の具体例と同じである。
1価の芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、C〜C12アルキルオキシフェニル基、C〜C12アルキルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基及びペンタフルオロフェニル基が挙げられる。
本明細書中、C〜C12アルキルは、炭素原子数1〜12のアルキルを示す。C〜C12アルキルは、C〜Cアルキルであることが好ましく、C〜Cアルキルであることがより好ましい(C〜Cアルキルは炭素原子数1〜8のアルキルを示し、C〜Cアルキルは炭素原子数1〜6のアルキルを示す)。C〜C12アルキル、C〜Cアルキル及びC〜Cアルキルの具体例としては、アルキル基として上記で説明し例示したものが挙げられる。
アリールオキシ基は、1価の芳香族炭化水素基と酸素原子とからなる基であり、1価の芳香族炭化水素基及び1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基としては、例えば上記で例示したものが挙げられる。アリールオキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6〜60である。
アリールオキシ基の具体例としては、フェノキシ基、C〜C12アルキルオキシフェノキシ基、C〜C12アルキルフェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基及びペンタフルオロフェニルオキシ基が挙げられる。
アリールチオ基は、1価の芳香族炭化水素基と硫黄原子とからなる基であり、アリール基(1価の芳香族炭化水素基及び1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基)としては、例えば上記で例示したものが挙げられる。アリールチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6〜60である。
アリールチオ基の具体例としては、フェニルチオ基、C〜C12アルキルオキシフェニルチオ基、C〜C12アルキルフェニルチオ基、1−ナフチルチオ基、2−ナフチルチオ基及びペンタフルオロフェニルチオ基が挙げられる。
アリールアルキル基は、1価の芳香族炭化水素基を置換基として有するアルキル基であり、アルキル基、1価の芳香族炭化水素基及び1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基はそれぞれ上記で例示したものであってよい。アリールアルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常7〜60である。アリールアルキル基は、アルキル部分に置換基を有していてよく、アリールアルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシル基等が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
アリールアルキル基の具体例としては、フェニル−C〜C12アルキル基、C〜C12アルキルオキシフェニル−C〜C12アルキル基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキル基、1−ナフチル−C〜C12アルキル基及び2−ナフチル−C〜C12アルキル基、ペンタフルオロフェニル−C〜C12アルキル基が挙げられる。
アリールアルコキシ基は、1価の芳香族炭化水素基を置換基として有するアルコキシ基であり、アルコキシ基、1価の芳香族炭化水素基及び1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基はそれぞれ上記で例示したものであってよい。アリールアルコキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素数を含めないで、通常7〜60である。アリールアルコキシ基は、アルコキシ部分に置換基を有していてよく、アリールアルコキシ基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
アリールアルコキシ基の具体例としては、フェニル−C〜C12アルキルオキシ基、C〜C12アルキルオキシフェニル−C〜C12アルキルオキシ基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキルオキシ基、1−ナフチル−C〜C12アルキルオキシ基及び2−ナフチル−C〜C12アルキルオキシ基が挙げられる。
アリールアルキルチオ基は、1価の芳香族炭化水素基を置換基として有するアルキルチオ基であり、アルキルチオ基、1価の芳香族炭化水素基及び1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基はそれぞれ上記で例示したものであってよい。アリールアルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常7〜60である。アリールアルキルチオ基は、アルキルチオ部分に置換基を有していてよく、アリールアルキルチオ基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
アリールアルキルチオ基の具体例としては、フェニル−C〜C12アルキルチオ基、C〜C12アルキルオキシフェニル−C〜C12アルキルチオ基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキルチオ基、1−ナフチル−C〜C12アルキルチオ基及び2−ナフチル−C〜C12アルキルチオ基が挙げられる。
アシル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2〜20である。アシル基は置換基を有していてもよく、アシル基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
アシル基の具体例としては、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ピバロイル基、及びベンゾイル基が挙げられる。
置換基を有するアシル基の具体例としては、トリフルオロアセチル基及びペンタフルオロベンゾイル基が挙げられる。
アシルオキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2〜20である。アシルオキシ基は置換基を有していてもよく、アシルオキシ基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
アシルオキシ基の具体例としては、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、及びベンゾイルオキシ基が挙げられる。
置換基を有するアシルオキシ基の具体例としては、トリフルオロアセチルオキシ基及びペンタフルオロベンゾイルオキシ基が挙げられる。
アミド基は、アミドから窒素原子に結合した水素原子を1個除いて得られる基を示す。
アミド基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1〜20である。アミド基は置換基を有していてもよく、アミド基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
アミド基の具体例としては、ホルムアミド基、アセトアミド基、プロピオアミド基、ブチロアミド基、ベンズアミド基、ジホルムアミド基、ジアセトアミド基、ジプロピオアミド基、ジブチロアミド基、及びジベンズアミド基が挙げられる。
置換基を有するアミド基の具体例としては、トリフルオロアセトアミド基、ペンタフルオロベンズアミド基、ジトリフルオロアセトアミド基及びジペンタフルオロベンズアミド基が挙げられる。
酸イミド基は、酸イミドから窒素原子に結合した水素原子を1個除いて得られる基を示す。酸イミド基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2〜20である。酸イミド基は置換基を有していてもよく、酸イミド基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子の具体例は、Rで表されるハロゲン原子の具体例と同じである。
酸イミド基の具体例としては、スクシンイミド基及びフタル酸イミド基が挙げられる。
置換アミノ基は、アミノ基(−NH)の水素原子の1個又は2個が置換基に置換された基を示す。置換基としては、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基が挙げられる。置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基の具体例は、Rで表される置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基の具体例と同じである。
置換アミノ基の炭素原子数は通常1〜40である。
置換アミノ基の具体例としては、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、プロピルアミノ基、ジプロピルアミノ基、イソプロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ブチルアミノ基、イソブチルアミノ基、tert−ブチルアミノ基、ペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、ヘプチルアミノ基、オクチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ノニルアミノ基、デシルアミノ基、3,7−ジメチルオクチルアミノ基、ラウリルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、ジシクロペンチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、ジシクロヘキシルアミノ基、ピロリジル基、ピペリジル基、ジトリフルオロメチルアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、C〜C12アルコキルオキシフェニルアミノ基、ジ(C〜C12アルキルオキシフェニル)アミノ基、ジ(C〜C12アルキルフェニル)アミノ基、1−ナフチルアミノ基、2−ナフチルアミノ基、ペンタフルオロフェニルアミノ基、ピリジルアミノ基、ピリダジニルアミノ基、ピリミジルアミノ基、ピラジルアミノ基、トリアジルアミノ基、フェニル−C〜C12アルキルアミノ基、C〜C12アルキルオキシフェニル−C〜C12アルキルアミノ基、C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキルアミノ基、ジ(C〜C12アルキルオキシフェニル−C〜C12アルキル)アミノ基、ジ(C〜C12アルキルフェニル−C〜C12アルキル)アミノ基、1−ナフチル−C〜C12アルキルアミノ基及び2−ナフチル−C〜C12アルキルアミノ基が挙げられる。
置換シリル基は、シリル基(−SiH)の3個の水素原子が置換基に置換された基を示す。置換基としては、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基が挙げられる。置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基の具体例は、Rで表される置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基の具体例と同じである。
置換シリル基の炭素原子数は通常3〜40である。
置換シリル基の具体例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基、トリイソプロピルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、トリ−p−キシリルシリル基、トリベンジルシリル基、ジフェニルメチルシリル基、tert−ブチルジフェニルシリル基及びジメチルフェニルシリル基が挙げられる。
置換シリルオキシ基は、置換シリル基と酸素原子とからなる基であり、置換シリル基としては、例えば上記で例示したものが挙げられる。
置換シリルオキシ基の炭素原子数は、3〜40であってよい。
置換シリルオキシ基の具体例としては、トリメチルシリルオキシ基、トリエチルシリルオキシ基、トリプロピルシリルオキシ基、トリイソプロピルシリルオキシ基、tert−ブチルジメチルシリルオキシ基、トリフェニルシリルオキシ基、トリ−p−キシリルシリルオキシ基、トリベンジルシリルオキシ基、ジフェニルメチルシリルオキシ基、tert−ブチルジフェニルシリルオキシ基及びジメチルフェニルシリルオキシ基が挙げられる。
置換シリルチオ基は、置換シリル基と硫黄原子とからなる基であり、置換シリル基としては上記で例示したものが挙げられる。
置換シリルチオ基の炭素原子数は通常3〜40である。
置換シリルチオ基の具体例としては、トリメチルシリルチオ基、トリエチルシリルチオ基、トリプロピルシリルチオ基、トリイソプロピルシリルチオ基、tert−ブチルジメチルシリルチオ基、トリフェニルシリルチオ基、トリ−p−キシリルシリルチオ基、トリベンジルシリルチオ基、ジフェニルメチルシリルチオ基、tert−ブチルジフェニルシリルチオ基及びジメチルフェニルシリルチオ基が挙げられる。
1価の複素環基は、置換基を有していてもよい複素環式化合物から、複素環を構成する原子に直接結合する水素原子1個を除いた原子団である。
複素環式化合物の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3〜20である。複素環式化合物としては、例えば、フラン、チオフェン、ピロール、ピロリン、ピロリジン、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、イソチアゾール、イミダゾール、イミダゾリン、イミダゾリジン、ピラゾール、ピラゾリン、プラゾリジン、フラザン、トリアゾール、チアジアゾール、オキサジアゾール、テトラゾール、ピラン、ピリジン、ピペリジン、チオピラン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、ピペラジン、モルホリン、トリアジン、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドール、イソインドール、インドリジン、インドリン、イソインドリン、クロメン、クロマン、イソクロマン、ベンゾピラン、キノリン、イソキノリン、キノリジン、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、インダゾール、ナフチリジン、キノキサリン、キナゾリン、キナゾリジン、シンノリン、フタラジン、プリン、プテリジン、カルバゾール、キサンテン、フェナントリジン、アクリジン、β−カルボリン、ペリミジン、フェナントロリン、チアントレン、フェノキサチイン、フェノキサジン、フェノチアジン及びフェナジンが挙げられる。
複素環式化合物が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基及びシクロアルキルチオ基が挙げられる。ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基及びシクロアルキルチオ基の具体例は、Rで表されるハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基及びシクロアルキルチオ基の具体例と同じである。
1価の複素環基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3〜20である。1価の複素環基としては、1価の芳香族複素環基が好ましい。
複素環オキシ基は、1価の複素環基と酸素原子とからなる基であり、1価の複素環基及び1価の複素環基が有していてもよい置換基は上記で例示したものであってよい。
複素環オキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3〜20である。
複素環オキシ基の具体例としては、チエニルオキシ基、C〜C12アルキルチエニルオキシ基、ピロリルオキシ基、フリルオキシ基、ピリジルオキシ基、C〜C12アルキルピリジルオキシ基、イミダゾリルオキシ基、ピラゾリルオキシ基、トリアゾリルオキシ基、オキサゾリルオキシ基、チアゾールオキシ基及びチアジアゾールオキシ基が挙げられる。
複素環チオ基は、1価の複素環基と硫黄原子とからなる基であり、1価の複素環基及び1価の複素環基が有していてもよい置換基は上記で例示したものであってよい。
複素環チオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3〜20である。
複素環チオ基の具体例としては、チエニルメルカプト基、C〜C12アルキルチエニルメルカプト基、ピロリルメルカプト基、フリルメルカプト基、ピリジルメルカプト基、C〜C12アルキルピリジルメルカプト基、イミダゾリルメルカプト基、ピラゾリルメルカプト基、トリアゾリルメルカプト基、オキサゾリルメルカプト基、チアゾールメルカプト基及びチアジアゾールメルカプト基が挙げられる。
アリールアルケニル基は、1価の芳香族炭化水素基を置換基として有するアルケニル基であり、1価の芳香族炭化水素基及び1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基は上記で例示したものであってよい。アルケニル基は、アルケンの任意の炭素原子から一個の水素原子を除去した1価の基を示す。
アリールアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常8〜20である。アリールアルケニル基の具体例としては、スチリル基が挙げられる。
アリールアルキニル基は、1価の芳香族炭化水素基を置換基として有するアルキニル基であり、1価の芳香族炭化水素基及び1価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基は上記で例示したものであってよい。アルキニル基は、アルキンの任意の炭素原子から一個の水素原子を除去した1価の基を示す。
アリールアルキニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常8〜20である。アリールアルキニル基の具体例としては、フェニルアセチレニル基が挙げられる。
式(I)で表される構成単位を有する化合物の溶媒に対する溶解性を高める観点から、Rは、炭素原子数6〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のシクロアルキル基、炭素原子数6〜20のアルコキシ基、炭素原子数6〜20のシクロアルコキシ基、炭素原子数6〜20のアルキルチオ基、炭素原子数6〜20のシクロアルキルチオ基、1価の芳香族炭化水素基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルキルオキシ基、アリールアルキルチオ基、炭素原子数6〜20のアシル基及び炭素原子数6〜20のアシルオキシ基が好ましく、炭素原子数6〜30のアルキル基、炭素原子数6〜30のシクロアルキル基、炭素原子数6〜20のアルコキシ基、炭素原子数6〜20のシクロアルコキシ基、1価の炭化水素基及びアリールオキシ基がより好ましく、炭素原子数6〜30のアルキル基がさらに好ましい。
Rの好ましい一態様である炭素原子数6〜30のアルキル基としては、例えば、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、トリアコンチル基、テトラコンチル基、及びペンタコンチル基等の直鎖状のアルキル基、並びに、1,1,3,3−テトラメチルブチル基、1−メチルヘプチル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基、1−プロピルペンチル基、3−ヘプチルドデシル基、2−ヘプチルウンデシル基、2−オクチルドデシル基、3,7,11−トリメチルドデシル基、3,7,11,15−テトラメチルヘキサデシル基、及び3,5,5−トリメチルへキシル基等の分岐状のアルキル基が挙げられる。
炭素原子数6〜30のアルキル基は、溶媒に対する溶解性等を考慮して適宜選択することができる。このような観点から、炭素原子数6〜30のアルキル基は、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基、1−プロピルペンチル基又は3−ヘプチルドデシル基であることが好ましく、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基又は3−ヘプチルドデシル基であることがより好ましく、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基又は3−ヘプチルドデシル基であることがさらに好ましい。
Rの好ましい一態様であるアリール基としては、溶媒に対する溶解性が良好となる観点からは、アルキル基を置換基として有するフェニル基が好ましい。置換基としてアルキル基を有する位置は、パラ位が好ましい。
パラ位にアルキル基が置換したフェニル基としては、p−ヘキシルフェニル基、p−ヘプチルフェニル基、p−オクチルフェニル基、p−ノニルフェニル基、p−デシルフェニル基、p−ウンデシルフェニル基、p−ドデシルフェニル基、p−トリデシルフェニル基、p−テトラデシルフェニル基、p−ペンタデシルフェニル基、p−ヘキサデシルフェニル基、p−2−エチルヘキシルフェニル基、p−3,7−ジメチルオクチルフェニル基、p−1−プロピルペンチルフェニル基及びp−2−ヘキシルデシルフェニル基が好ましく、p−ヘキシルフェニル基、p−ヘプチルフェニル基、p−オクチルフェニル基、p−ドデシルフェニル基、p−ペンタデシルフェニル基、p−ヘキサデシルフェニル基、p−2−エチルヘキシルフェニル基、p−3,7−ジメチルオクチルフェニル基及びp−2−ヘキシルデシルフェニル基がより好ましく、p−ドデシルフェニル基、p−ペンタデシルフェニル基、p−2−エチルヘキシルフェニル基及びp−3,7−ジメチルオクチルフェニル基がさらに好ましい。
(Ar及びArについて)
Ar及びArはそれぞれ独立に3価の芳香族炭化水素基又は3価の芳香族複素環基を示す。
Ar及びArは、光電変換効率がより向上する観点からは、少なくとも一方が3価の芳香族複素環基であることが好ましく、両方が3価の芳香族複素環基であることがより好ましい。
Ar又はArで表される3価の芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から、芳香環上の水素原子3個を除いた原子団であり、ベンゼン環を有する基、縮合環を有する基、並びにベンゼン環及び縮合環から選択される2個以上の環が直接結合した基を含む。3価の芳香族炭化水素の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6〜60であり、好ましくは6〜20である。
3価の芳香族炭化水素基に含まれる芳香族炭化水素は、芳香環として単環を有していても縮合環を有していてもよい。芳香族炭化水素が有する芳香環は、化合物の溶解性がより向上すること及び製造が容易であることから、5個以下の環が縮合した縮合環又は単環であることが好ましく、2個の環が縮合した縮合環又は単環であることがより好ましく、単環であることがさらに好ましい。
3価の芳香族炭化水素基に含まれる芳香族炭化水素が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルキルオキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の芳香族炭化水素基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルキルオキシ基、アリールアルキルチオ基、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、イミド基、イミノ基、アミノ基、置換アミノ基、置換シリル基、置換シリルオキシ基、置換シリルチオ基、置換シリルアミノ基、1価の複素環基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、カルボキシル基、及びシアノ基が例示される。
ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルキルオキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の芳香族炭化水素基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルキルオキシ基、アリールアルキルチオ基、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、イミド基、イミノ基、アミノ基、置換アミノ基、置換シリル基、置換シリルオキシ基、置換シリルチオ基、1価の複素環基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、カルボキシル基、及びシアノ基の具体例としては、例えば、上記で例示した基が挙げられる。
置換シリルアミノ基は、アミノ基(−NH)の水素原子の1個又は2個が置換シリル基で置換された基であり、置換シリル基は上記で例示したものであってよい。置換シリルアミノ基は、アミノ基部分に置換シリル基以外の置換基を有していてよく、当該置換基としては、例えば、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基が挙げられる。置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基の具体例は、Rで表される置換基を有していてもよいアルキル基及びアリール基の具体例と同じである。
置換シリルアミノ基の炭素原子数は通常3〜80である。
置換シリルアミノ基の具体例としては、トリメチルシリルアミノ基、トリエチルシリルアミノ基、トリプロピルシリルアミノ基、トリイソプロピルシリルアミノ基、tert−ブチルジメチルシリルアミノ基、トリフェニルシリルアミノ基、トリ−p−キシリルシリルアミノ基、トリベンジルシリルアミノ基、ジフェニルメチルシリルアミノ基、tert−ブチルジフェニルシリルアミノ基、ジメチルフェニルシリルアミノ基、ジ(トリメチルシリル)アミノ基、ジ(トリエチルシリル)アミノ基、ジ(トリプロピルシリル)アミノ基、ジ(トリイソプロピルシリル)アミノ基、ジ(tert−ブチルジメチルシリル)アミノ基、ジ(トリフェニルシリル)アミノ基、ジ(トリ−p−キシリルシリル)アミノ基、ジ(トリベンジルシリル)アミノ基、ジ(ジフェニルメチルシリル)アミノ基、ジ(tert−ブチルジフェニルシリル)アミノ基、ジ(ジメチルフェニルシリル)アミノ基が挙げられる。
Ar又はArで表される3価の芳香族炭化水素基としては、以下の基が例示でき、これらの基は置換基を有してもよい。
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Ar又はArで表される3価の芳香族複素環基は、置換基を有していてもよい複素芳香族化合物から、複素芳香環上の水素原子3個を除いた原子団であり、単環の複素芳香環を有する基、縮合環を有する基、並びに独立した複素芳香環及び縮合環から選択される2個以上の環が直接結合した基を含む。
ここで、複素芳香族化合物は、芳香族化合物のうち、芳香環を構成する元素として炭素原子以外の原子(酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、ホウ素原子等のヘテロ原子)を有するものをいう。
3価の芳香族複素環基に含まれる複素芳香族化合物の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3〜60であり、好ましくは4〜20である。複素芳香族化合物は、複素芳香環として、単環を有していても縮合環を有していてもよい。複素芳香族化合物が有する複素芳香環は、化合物の溶解性がより向上すること及び製造が容易であることから、5個以下の環が縮合した縮合環又は単環であることが好ましく、2個の環が縮合した縮合環又は単環であることがより好ましく、単環であることがさらに好ましい。複素芳香族化合物が有していてもよい置換基としては、Ar又はArで表される3価の芳香族炭化水素基に含まれる芳香族炭化水素が有していてもよい置換基と同じものが挙げられる。
Ar又はArで表される3価の芳香族複素環基としては、以下の基が例示でき、これらの基は置換基を有してもよい。
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Figure 0006983759
Figure 0006983759
上記式中、複数あるR’は同一又は相異なり、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の芳香族炭化水素基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、置換アミノ基、アシルオキシ基、アミド基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、1価の複素環基、又はシアノ基を示し、
複数あるR’’は、同一又は相異なり、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、1価の芳香族炭化水素基、アリールアルキル基、置換シリル基、アシル基又は1価の複素環基を示す。
R’で表されるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の芳香族炭化水素基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、置換アミノ基、アシルオキシ基、アミド基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基及び1価の複素環基の定義及び具体例は、前述のRで表されるアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、1価の芳香族炭化水素基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、置換アミノ基、アシルオキシ基、アミド基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基及び1価の複素環基の定義及び具体例と同じである。
R’で表されるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
R’’で表される、アルキル基、シクロアルキル基、1価の芳香族炭化水素基、アリールアルキル基、置換シリル基、アシル基及び1価の複素環基の定義及び具体例は、前述のRで表されるアルキル基、アリール基、アリールアルキル基、置換シリル基、アシル基及び1価の複素環基の定義及び具体例と同じである。
式(I)で表される構成単位としては、式(III)で表される構成単位が好ましい。
Figure 0006983759
式(III)中、
Zは前述と同じ意味を示し、
Xは酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を示す。複数あるXは互いに同一でも異なっていてもよい。
式(I)で表される構成単位としては、式(IV)で表される構成単位がより好ましい。
Figure 0006983759
式(IV)中、Zは前述と同じ意味を示す。
式(IV)で表される構成単位としては、例えば、式(501)、(502)、(503)、(504)又は(505)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 0006983759
式(IV)で表される構成単位は、初期の光電変換効率がより高い有機光電変換素子を得る観点から、式(501)、(502)、(503)又は(504)で表される構成単位であることが好ましく、式(501)又は(504)で表される構成単位であることがより好ましく、式(501)で表される構成単位であることがさらに好ましい。
(式(II)で表される構成単位)
Arで表される芳香環および複素芳香環からなる群より選ばれる2個以上5個以下の環が縮合した縮合環を有する2価の縮合多環式芳香族炭化水素基又は2価の縮合多環式芳香族複素環基は、芳香環および芳香族複素環からなる群より選ばれる2〜5個の環が縮合した縮合環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子2個を除いた残りの原子団をいう。
2価の縮合多環アリーレン基若しくは2価の縮合多環ヘテロアリーレン基が有する炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2〜60であり、好ましくは4〜60であり、より好ましくは4〜20である。
Arで表される2価の縮合多環式芳香族炭化水素又は2価の縮合多環式芳香族複素環基の具体例としては、下記式(108)〜式(181)が挙げられる。
Figure 0006983759

Figure 0006983759

Figure 0006983759

Figure 0006983759

Figure 0006983759
式(108)〜式(181)で表される基の中でも、本発明の反応性化合物の合成の容易さの観点からは、式(109)、式(111)、式(113)、式(115)、式(120)、式(121)、式(124)、式(125)、式(128)、式(129)、式(132)および式(136)で表される基が好ましく、
式(120)、式(121)、式(124)、式(125)、式(132)および式(136)で表される基がより好ましく、
式(136)で表される基がさらに好ましい。
前記式(II)で表される構成単位としては、光電変換効率の観点から下記式(V)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0006983759
(V)
式中、
X及びRは前述と同じ意味を表す。
複数あるXは、互いに同一でも異なっていてもよい。
複数あるRは、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
式(II)で現れる構成単位としては、式(VI)で表される構成単位であることがより好ましい。
Figure 0006983759
式中、
X及びXは、それぞれ独立に、酸素原子または硫黄原子を表し、
Rは前述と同じ意味を表す。
複数あるRは同一でも異なっていてもよい。
前記式(VI)中、X及びXは、いずれも硫黄原子であることが好ましい。
活性層は、P型半導体材料として、式(I)または(II)で表される構成単位を有する化合物から選択される一種又は二種以上の電子供与性化合物を含むものであってよい。
式(I)または(II)で表される構成単位を有する化合物は、式(I)または式(II)で表される構成単位以外の他の構成単位をさらに有していてもよい。このような他の構成単位としては、例えば、ベンゾチアジアゾール、ジフルオロベンゾチアジアゾール、チエノチオフェン等の複素芳香族化合物の複素芳香環を構成する原子に直接結合する水素原子2個以上除いた残りの原子団を含む構成単位が挙げられる。
式(I)または式(II)で表される構成単位を有する化合物は、高分子化合物であってよい。該高分子化合物の重量平均分子量は、例えば10,000〜1,000,000であってよい。
式(I)または式(II)で表される構成単位を有する高分子化合物は、式(I)または式(II)で表される構成単位を繰り返し単位として有していてよい。該高分子化合物は、さらに上記他の構成単位を繰り返し単位として有していてよい。
上記高分子化合物において、式(I)または式(II)で表される構成単位の含有量は、上記高分子化合物の全量基準で、10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましい。
また、式(I)または式(II)で表される構成単位の含有量は、上記高分子化合物の全量基準で90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましい。
活性層は、P型半導体材料として、式(I)または式(II)で表される構成単位を有する化合物以外の、他の化合物を含んでいてもよい。P型半導体材料に含まれる他の化合物としては、電子供与性化合物が挙げられ、例えば、BHT(ジブチルヒドロキシトルエン)等の酸化防止剤、P3HT(ポリ(3−ヘキシルチオフェン))等のP型半導体ポリマー、P型低分子半導体などが例示できる。
本実施形態において、活性層に含まれるP型半導体材料の全量に占める、式(I)または式(II)で表される構成単位を有する化合物の割合は、好ましくは10質量%以上であり、より好ましくは50質量%以上であり、100質量%であってもよい。
〔2〕N型半導体材料
N型半導体材料は、電子受容性化合物を含む。
該電子受容性化合物は、低分子化合物(例えば、分子量2000以下の化合物)であっても高分子化合物であってもよい。すなわち、N型半導体材料としては、低分子の電子受容性化合物、及び高分子の電子受容性化合物が挙げられる。
低分子の電子受容性化合物としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアントラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、C60等のフラーレン及びその誘導体、バソクプロイン等のフェナントレン誘導体等が挙げられる。
高分子の電子受容性化合物としては、例えば、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体等が挙げられる。
電子受容性化合物としては、フラーレン及びその誘導体が好ましい。フラーレンとしては、例えば、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フラーレンが挙げられる。
フラーレン誘導体としては、例えば、式(N−1)で表されるフラーレン誘導体、式(N−2)で表されるフラーレン誘導体、式(N−3)で表されるフラーレン誘導体、式(N−4)で表されるフラーレン誘導体が挙げられる。
Figure 0006983759
(N−1) (N−2) (N−3) (N−4)
式中、Rは置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよい1価の複素環基又はエステル構造を有する基を示す。
式中、Rは置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基を示す。
複数あるRは、互いに同一でも異なっていてもよい。
複数あるRは、互いに同一でも異なっていてもよい。
で表される置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基及び置換基を有していてもよい1価の複素環基の定義及び具体例は、前述のRで表される置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基及び置換基を有していてもよい1価の複素環基の定義及び具体例と同じである。
で表されるエステル構造を有する基は、例えば、下記式(VII)で表される基であってよい。
Figure 0006983759
(VII)
式(VII)中、
u1は1〜6の整数を示し、
u2は0〜6の整数を示し、
は、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい1価の複素環基を表す。
で表される置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基及び置換基を有していてもよい1価の複素環基の定義及び具体例は、前述のRで表される置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基及び置換基を有していてもよい1価の複素環基の定義及び具体例と同じである。
で表される置換基を有していてもよいアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基の定義及び具体例は、前述のRで表される置換基を有していてもよいアルキル基及び置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基の定義及び具体例と同じである。
式(N−1)又は式(N−3)で表されるC60フラーレン誘導体の具体例としては、以下の化合物が挙げられる。
Figure 0006983759
式(N−2)で表されるC70フラーレン誘導体の具体例としては、以下の化合物が挙げられる。
Figure 0006983759
フラーレン誘導体の例としては、[6,6]フェニル−C61酪酸メチルエステル(C60PCBM、[6,6]−Phenyl C61 butyric acid methyl ester)、[6,6]フェニル−C71酪酸メチルエステル(C70PCBM、[6,6]−Phenyl C71 butyric acid methyl ester)、[6,6]フェニル−C85酪酸メチルエステル(C84PCBM、[6,6]−Phenyl C85 butyric acid methyl ester)、[6,6]チエニル−C61酪酸メチルエステル([6,6]−Thienyl C61 butyric acid methyl ester)が挙げられる。
活性層は、N型半導体材料として、フラーレン及びその誘導体からなる群より選択される一種又は二種以上の電子受容性化合物を含むものであってよい。このとき、該電子受容性化合物の含有量は、P型半導体材料として活性層に含まれる電子供与性化合物100質量部に対して、10〜1000質量部であることが好ましく、50〜500質量部であることがより好ましい。
活性層は、P型半導体材料及びN型半導体材料を含む単層構成であってよい。活性層は、p/i/n層等の多層構成であってもよい。pはp型半導体層、iはバルクへテロジャンクション層、nはn型半導体層をそれぞれ表す。ヘテロ接合界面が多く含まれる観点からは、活性層は、単層構成であることが好ましい。
活性層の膜厚は、例えば1nm〜100μmであってよく、好ましくは2nm〜1000nmであり、より好ましくは5nm〜500nmであり、さらに好ましくは20nm〜200nmである。
<熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層>
本発明に係る有機光電変換素子は、陽極と活性層との間に熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を有する。
本発明で使用する熱硬化性樹脂組成物は、正孔輸送性材料を含んでいてもよい。
正孔輸送性材料としては、例えば、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリスチレンスルフォネート、ポリエチレンジオキシチオフェン:ポリスチレンスルフォネート(PEDOT:PSS)組成物等の導電性高分子が挙げられる。
熱硬化性樹脂組成物は、ポリチオフェン及びその誘導体、並びに芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物からなる群より選ばれる1種以上を含んでいてもよい。
ポリチオフェン誘導体としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェンが挙げられる。芳香族アミン残基を有する繰り返し単位としては、例えば、ポリアニリンとその誘導体、ポリビニルカルバゾール等が挙げられる。
熱硬化性樹脂組成物は、下記群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物を1個以上含むことが好ましい。

群A:二重結合を有する基、ベンゾシクロブテンを有する基、環状エーテルを有する基、環状アミドを有する基、エステル構造を有する基、ヒドロキシ基を有する基

ここで、二重結合を有する基としては、アルケニル基、アルカジエニル基、アルケニルフェニル基が挙げられる。
ベンゾシクロブテンを有する基は、ベンゾシクロブテンからベンゼン環上の水素原子を1つ取り除いた基を有し、ベンゼン環上に置換基としてアルキル基、アルコキシ基等を有していてもよい。
環状エーテルを有する基における環状エーテルとしては、オキシラン、オキセタンが挙げられる。
環状アミドを有する基における環状アミドとしては、ピロリドンが挙げられる。
群Aから選ばれる基の具体例としては、下記式(B−1)〜(B−24)で表される基が挙げられる。
Figure 0006983759
群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物は、高分子化合物であっても、低分子化合物であってもよい。
群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物は、正孔輸送性材料であってもよい。
群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物は、ポリチオフェンの誘導体であってもよい。
群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物は、芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物であってもよい。
群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物としては、例えば、ポリヒドロキシエチルメタクリレート(PHEA)、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリビニルフェノール及びポリビニルピロリドンが挙げられる。
熱硬化性樹脂組成物としては、群Aから選ばれる基を有さない正孔輸送性材料と群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物とを含む組成物、及び、群Aから選ばれる基を1個以上有する正孔輸送性材料を含む組成物が挙げられる。
群Aから選ばれる基を有さない正孔輸送性材料100質量部に対して、群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物の使用量は、通常、10〜1000質量部であることが好ましく、正孔輸送性材料100質量部に対して、群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物の使用量は、通常、0〜1000質量部であることが好ましい。
熱硬化性樹脂組成物としては、群Aから選ばれる基を有さないポリチオフェン及びその誘導体、並びに芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物からなる群より選ばれる1種以上の高分子化合物と群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物とを含む組成物、及び、群Aから選ばれる基を有するポリチオフェンの誘導体、並びに芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物からなる群より選ばれる1種以上の高分子化合物が挙げられる。
群Aから選ばれる基を有さないポリチオフェン及びその誘導体、並びに芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物からなる群より選ばれる1種以上の高分子化合物100質量部に対して、群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物の使用量は、通常、10〜1000質量部であることが好ましく、ポリチオフェンの誘導体、並びに芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物からなる群より選ばれる1種以上の高分子化合物100質量部に対して、群Aから選ばれる基を1個以上有する化合物の使用量は、通常、0〜1000質量部であることが好ましい。
熱硬化性樹脂組成物とは、例えば、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン:ポリスチレンスルフォネート(PEDOT:PSS)組成物等の導電性高分子からなる群より選ばれる1種以上と、ポリヒドロキシエチルメタクリレート(PHEA)、ポリヒドロキシエチルアクリレート、ポリビニルフェノール及びポリビニルピロリドンからなる群より選ばれる1種以上とを含むものが挙げられる。
熱硬化性樹脂組成物は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤としては、例えば、フッ素系界面活性剤(例えば、商品名:Zonyl FS―300);ドデシル硫酸ナトリウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド、N-ドデシル-N,N-ジメチル-3-アンモニオ-1-プロパンスルホン酸等のイオン系界面活性剤が挙げられる。正孔輸送性材料100質量部に対して、通常、0.1〜100質量部である。
熱硬化性樹脂組成物は、溶媒を含んでいてもよい。溶媒としては、例えば、水、エタノール、ブタノール、エチレングリコールなどが挙げられる。
溶媒の使用量は、正孔輸送性材料100質量部に対して、通常、10〜10000質量部である。
熱硬化性樹脂組成物は、下記の残膜率の測定において、熱硬化性樹脂組成物を、窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱することによって得られる硬化物を含む層の残膜率と、熱硬化性樹脂組成物を、窒素雰囲気下で70℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱することによって得られる硬化物を含む層の残膜率との差が、20%以上90%以下であり、かつ窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱することによって得られる硬化物を含む層の残膜率の値が80%以上である、熱硬化性樹脂組成物であることが好ましい。
<残膜率の測定>
2個の残膜率測定用膜を2個製造する。
それぞれの残膜率測定用膜は、一辺1インチの正方形の支持基板上に、本発明の有機光電変換素子の熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ材料を用いて、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ塗布方法により製造され、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ厚さである。得られた2個の残膜率測定用膜のうち一方を窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱し、もう片方を窒素雰囲気下で70℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱する。加熱後のそれぞれの測定用膜に対して、触針式膜厚計により膜の厚さを測定し、エタノールリンス処理前の膜の厚さとする。膜の厚さの測定後のそれぞれの測定用膜上に、メニスカスを形成するように、エタノールを載せ、30秒静置後、4000rpmで30秒間スピンコータによりスピンさせてエタノールを振り切ることにより、エタノールリンス処理をおこなう。エタノールリンス処理後のそれぞれの測定用膜に対し、触針式膜厚計により膜の厚さを測定し、エタノールリンス処理後の膜の厚さとする。
それぞれの加熱条件で得られた(エタノールリンス処理後の膜の厚さ)/(エタノールリンス処理前の膜の厚さ)×100の値(%)を、それぞれの加熱条件での残膜率とする。
より具体的には、残膜率測定用膜は、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いるものと同じ熱硬化性樹脂組成物及び溶媒を用いて作製された、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いるものと同じ濃度の塗布液を支持基板上に塗布することによって得られる、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ厚み(±10%以内)の膜である。
ここで、「熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いるものと同じ熱硬化性樹脂組成物」とは、イオン化エネルギーの測定結果に影響を与える、熱硬化性樹脂組成物に含まれる全ての化合物が同じであればよいことを意味する。言い換えれば、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いる熱硬化性樹脂組成物に、イオン化エネルギーの測定結果に影響を与えない化合物として界面活性剤が含まれる場合、イオン化エネルギー測定用膜の作製に用いる熱硬化性樹脂組成物は、当該界面活性剤は含んでいなくてもよい。
熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いる熱硬化性樹脂組成物に、界面活性剤が含まれる場合、「熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いるものと同じ濃度の塗布液」は、界面活性剤を除く熱硬化性樹脂組成物と、溶媒とを含む塗布液の濃度が同じである塗布液であればよい。
熱硬化性樹脂組成物は、窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱することによって得られる硬化物を含む層の残膜率が90%以上となる熱硬化性樹脂組成物であることがより好ましい。
残膜率測定用膜上にエタノールを載せる際、メニスカスを形成するように載せることで、エタノールを膜の表面の実質的全面を覆うように載せることができる。
エタノールが振り切れたことは、目視で確認することができる。
触針式膜厚計により膜の厚さを測定する際、測定領域は、一辺1インチの正方形の基板の中心部とする。
熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層は、下記水リンス処理前後のイオン化エネルギーの測定において、水リンス処理前後のイオン化エネルギーの変化が−0.1eV以上0.1eV以下であることが好ましい。
<水リンス処理前後のイオン化エネルギーの測定>
2個のイオン化エネルギー測定用膜を製造する。
それぞれのイオン化エネルギー測定用膜は、一辺1インチの正方形の支持基板上に、本発明の有機光電変換素子の熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ材料を用いて、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ方法により製造され、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ厚さである。
一方のイオン化エネルギー測定用膜について、光電子分光装置によりイオン化エネルギーを測定し、得られた値を水リンス処理前のイオン化エネルギーとする。もう片方のイオン化エネルギー測定用膜上に、メニスカスを形成するように、水を載せ、10秒静置後、4000rpmで30秒間スピンコータによりスピンさせて水を振り切ることにより、水リンス処理をおこなう。水リンス処理後のイオン化エネルギー測定用膜に対し、光電子分光装置によりイオン化エネルギーを測定し、得られた値を水リンス処理後のイオン化エネルギーとする。(水リンス処理後のイオン化エネルギー)−(水リンス処理前のイオン化エネルギー)の値を水リンス処理前後のイオン化エネルギー変化とする。
水リンス処理前後のイオン化エネルギー変化は、−0.05eV以上0.05eV以下であることが好ましい。
より具体的には、イオン化エネルギー測定用膜は、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いるものと同じ熱硬化性樹脂組成物及び溶媒を用いて液を作製し、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いるものと同じ濃度の塗布液を支持基板上に塗布し、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際と同じ温度、同じ時間、同じ雰囲気下で加熱することによって得られる、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ厚み(±10%以内)の膜である。
ここで、「熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いるものと同じ熱硬化性樹脂組成物」とは、熱硬化性樹脂組成物に含まれるイオン化エネルギーの測定結果に影響を与える全ての化合物が同じであればよいことを意味する。言い換えれば、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いる熱硬化性樹脂組成物に、イオン化エネルギーの測定結果に影響を与えない化合物として界面活性剤が含まれる場合、イオン化エネルギー測定用膜の作製に用いる熱硬化性樹脂組成物は、当該界面活性剤は含んでいなくてもよい。
熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いる熱硬化性樹脂組成物に、界面活性剤が含まれる場合、「熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を作製する際に用いるものと同じ濃度の塗布液」は、界面活性剤を除く熱硬化性樹脂組成物と、溶媒とを含む塗布液の濃度が同じである塗布液であればよい。
イオン化エネルギー測定用膜上に水を載せる際、メニスカスを形成するように載せることで、水を膜の表面の実質的全面を覆うように載せることができる。
水が振り切れたことは、目視で確認することができる。
光電子分光装置によりイオン化エネルギーを測定する際、測定領域は、一辺1インチの正方形の基板の中心部とする。
水リンス処理前後のイオン化エネルギーの測定において、水リンス処理前後のイオン化エネルギーの変化が−0.1eV以上0.1eV以下である、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層の材料としては、例えば、ポリチオフェン及びその誘導体、並びに芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物からなる群より選ばれる1種以上を含む組成物が挙げられる。
ポリチオフェン誘導体、及び芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物は、置換基として、例えば、エステル構造を有する基、ヒドロキシ基及びエチレンジオキシ基からなる群より選ばれる1以上を有していてもよい。ポリチオフェン誘導体としては、PEDOT等が挙げられる。
熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層の厚さは、例えば0.1nm以上であってよく、1nm以上であってよい。また、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層の厚さは、例えば300nm以下であってよく、100nm以下であってよい。
熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層は、単層であってもよいし、複数の層であってもよい。
<電子輸送層>
本実施形態に係る有機光電変換素子は、陰極と活性層との間に電子輸送層を有していてよい。
電子輸送層としては、公知の電子輸送性材料を含む層が挙げられる。電子輸送性材料としては、例えば、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化インジウム、ITO(インジウムスズ酸化物)、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)、PEIE(ポリエチレンイミンエトキシレイティド)、PEI(ポリエチレンイミン)が挙げられる。より高い光電変換効率を示す観点からは、電子輸送層はPEIEを含むことが好ましい。
本発明に係る有機光電変換素子では、電子輸送層を陰極と活性層との間に設けることによって、陰極の剥離を防ぐとともに、活性層から陰極への電子取出し効率を高めることができる。なお、電子輸送層は、活性層に接して設けることが好ましく、さらには陰極にも接して設けられることが好ましい。このような電子輸送層を設けることによって、信頼性が高く、光電変換効率のより高い光電変換素子を実現することができる。
電子輸送性材料を含む電子輸送層は、陰極への電子の注入効率を高めたり、活性層からの正孔の注入を防いだり、電子の輸送能を高めたり、陰極を塗布法で形成する際に用いられる塗布液による侵食から活性層を保護したり、活性層の劣化を抑制したりすることができる。
電子輸送層は、陰極を塗布形成する際に用いられる塗布液に対して濡れ性が高い材料によって構成されることが好ましい。具体的には、陰極を塗布形成する際に用いられる塗布液に対する、活性層の濡れ性よりも、陰極を塗布形成する際に用いられる塗布液に対する、電子輸送層の濡れ性の方が高いことが好ましい。このような電子輸送層上に陰極を塗布形成することにより、陰極を形成する際に、塗布液が電子輸送層の表面上に良好に濡れ広がり、厚さが均一な陰極を形成することができる。
電子輸送層の膜厚は、例えば0.1nm以上であってよく、1nm以上であってよい。
また、電子輸送層の膜厚は、例えば300nm以下であってよく、100nm以下であってよい。
電子輸送層は、単層であってもよいし、複数の層であってもよい。
陰極と接する電子輸送層は、酸化亜鉛、酸化チタン、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)を含む層であることが好ましい。
<2>有機光電変換素子の製造方法
有機光電変換素子の製造方法としては、例えば、
陰極を形成する工程と、活性層を形成する工程と、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成する工程と、陽極を形成する工程とをこの順で含む、有機光電変換素子の製造方法、及び
陽極を形成する工程と、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成する工程と、活性層を形成する工程と、陰極を形成する工程とをこの順で含む有機光電変換素子の製造方法が挙げられる。
有機光電変換素子の製造方法は、さらに、電子輸送層を形成する工程を形成する工程を有していてもよい。
有機光電変換素子の製造方法において、電子輸送層を形成する工程は、通常、陰極を形成する工程と活性層を形成する工程との間に含まれる。
以下に、本発明に係る有機光電変換素子が有する各層を形成する工程について、説明する。
<電極を形成する工程>
第1の電極の作製方法は、例えば、前述の第1の電極の材料を用いて、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等により製造することができる。
第2の電極は、例えば、塗布法により金属ナノワイヤー層を形成することや、蒸着により金属薄膜を形成することで製造することができる。
金属ナノワイヤー層は、例えば、金属ナノワイヤーを含む塗布液を塗布し、乾燥させることで得ることができる。塗布液は、溶液であってよく、エマルション(乳濁液)又はサスペンション(懸濁液)等の分散液であってもよい。
塗布液の塗布方法及び塗膜の形成方法としては、スリットコート法、ナイフコート法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットコート法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法が挙げられる。これらのうち、スリットコート法、キャピラリーコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、バーコート法、ナイフコート法、ノズルコート法、インクジェットコート法、又はスピンコート法が好適に用いられる。
<活性層を形成する工程>
活性層は、例えば、上述の活性層に含まれる材料と、溶媒とを含む溶液(インク)から塗膜を形成し、必要に応じて乾燥等して成膜することで形成することができる。
該溶液は、P型半導体材料及びN型半導体材料を、溶媒に溶解させて調製することができる。調製に際しては、溶液の均質性を得る観点から、例えば60℃以上、10時間以上の条件で溶解させることが好ましい。
活性層形成用の溶液に含まれる溶媒としては、式(I)や(II)で表される構成単位を有する化合物を溶解可能なものが挙げられる。該溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、1,2,4−トリメチルベンゼン、テトラリン、インダン、デカリン、ビシクロヘキシル、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼン、メチルナフタレン等の不飽和炭化水素溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン、ブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、クロロナフタレン等のハロゲン化不飽和炭化水素溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル溶媒が挙げられる。
活性層が、P型半導体材料として、式(I)で表される構成単位を有する高分子化合物を含む場合、活性層形成用の溶液は、P型半導体材料及びN型半導体材料を含み、溶液の質量に対し式(I)で表される構成単位を有する高分子化合物を0.1質量%以上含むものであってよい。
<熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成する工程>
熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層は、例えば、熱硬化性樹脂組成物と溶媒とを含む塗布液から成膜し、加熱することで形成することができる。
塗布液は、溶液であってよく、エマルション(乳濁液)又はサスペンション(懸濁液)等の分散液であってもよい。
塗布液の溶媒は、塗布する材料を分散又は溶解可能なものであればよい。
塗布液に含まれる溶媒としては、例えば、水、エタノール、イソプロパノール、3−ペンタノール、オルトジクロロベンゼン、テトラリン、1,2−4−トリメチルベンゼン等の水又は有機溶媒が挙げられる。
塗布液から成膜する方法としては、スリットコート法、ナイフコート法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットコート法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法を用いることができる。これらのうち、スリットコート法、キャピラリーコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、バーコート法、ナイフコート法、ノズルコート法、インクジェットコート法、又はスピンコート法が挙げられる。
加熱する方法としては、ホットプレート又はオーブンの使用が挙げられる。
加熱は、130〜180℃で、2〜20分間、窒素雰囲気下でおこなうことが好ましく、140〜160℃で3分〜5分間、窒素雰囲気下でおこなうことがより好ましい。
<電子輸送層を形成する工程>
電子輸送層は、例えば、電子輸送性材料と溶媒とを含む塗布液から成膜して形成することができる。
塗布液は、溶液であってよく、エマルション(乳濁液)又はサスペンション(懸濁液)等の分散液であってもよい。
塗布液に含まれる溶媒は、電子輸送性材料を分散又は溶解可能なものであればよい。
塗布液に含まれる溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロパノールのアルコール系溶媒等が挙げられる。
成膜する方法としては、塗布液から成膜する方法としては、スリットコート法、ナイフコート法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットコート法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法を用いることができる。これらのうち、スリットコート法、キャピラリーコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、バーコート法、ナイフコート法、ノズルコート法、インクジェットコート法、又はスピンコート法が挙げられる。
<3>有機光電変換素子の用途
本発明に係る有機光電変換素子は、太陽光等の光を照射することにより、電極間に光起電力が発生し、有機薄膜太陽電池として動作させることができる。
本発明に係る有機光電変換素子を複数集積することにより、太陽電池モジュールとして用いることもできる。
有機薄膜太陽電池は、従来の太陽電池モジュールと基本的には同様のモジュール構造をとりうる。太陽電池モジュールは、一般的には金属、セラミック等の支持基板の上にセルが構成され、その上を充填樹脂や保護ガラス等で覆い、支持基板の反対側から光を取り込む構造をとるが、支持基板に強化ガラス等の透明材料を用い、その上にセルを構成してその透明の支持基板側から光を取り込む構造とすることも可能である。具体的には、スーパーストレートタイプ、サブストレートタイプ、ポッティングタイプと呼ばれるモジュール構造、アモルファスシリコン太陽電池などで用いられる基板一体型モジュール構造等が知られている。本実施形態に係る有機光電変換素子による有機薄膜太陽電池も、使用目的や使用場所及び環境により、適宜これらのモジュール構造を選択できる。
代表的なスーパーストレートタイプあるいはサブストレートタイプのモジュールは、片側又は両側が透明で反射防止処理を施された支持基板の間に一定間隔にセルが配置され、隣り合うセル同士が金属リード又はフレキシブル配線等によって接続され、外縁部に集電電極が配置されており、発生した電力を外部に取り出される構造となっている。基板とセルの間には、セルの保護や集電効率向上のため、目的に応じエチレンビニルアセテート(EVA)等様々な種類のプラスチック材料をフィルム又は充填樹脂の形で用いてもよい。
また、外部からの衝撃が少ないところなど表面を硬い素材で覆う必要のない場所において使用する場合には、表面保護層を透明プラスチックフィルムで構成し、又は上記充填樹脂を硬化させることによって保護機能を付与し、片側の支持基板をなくすことが可能である。支持基板の周囲は、内部の密封及びモジュールの剛性を確保するため金属製のフレームでサンドイッチ状に固定し、支持基板とフレームの間は封止材料で密封シールする。また、セルそのものや支持基板、充填材料及び封止材料に可撓性の素材を用いれば、曲面の上に太陽電池を構成することもできる。ポリマーフィルム等のフレキシブル支持体を用いた太陽電池の場合、ロール状の支持体を送り出しながら順次セルを形成し、所望のサイズに切断した後、周縁部をフレキシブルで防湿性のある素材でシールすることにより電池本体を作製できる。また、Solar Energy Materials and Solar Cells, 48,p383−391記載の「SCAF」とよばれるモジュール構造とすることもできる。更に、フレキシブル支持体を用いた太陽電池は曲面ガラス等に接着固定して使用することもできる。
本発明に係る有機光電変換素子は、電極間に電圧を印加した状態又は無印加の状態で、光を照射することにより、光電流が流れるため、有機光センサーとして動作させることができる。有機光センサーを複数集積することにより、有機イメージセンサーとして用いることもできる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
(イオン化エネルギーの測定)
(LVW1041(水リンス処理前)のイオン化エネルギー)
樹脂組成物Clevios LVW1041(ヘレウス社製)をスピンコートにて40nmの厚さになるように1インチ角のガラス基板に塗布した。その後、窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱することにより、イオン化エネルギー測定用膜を形成した。得られたイオン化エネルギー測定用膜(LVW1041の薄膜)を光電分光装置AC−2(理研計器)にてイオン化エネルギーを測定すると、5.11eVであった。
(LVW1041(水リンス処理後)のイオン化エネルギー)
樹脂組成物Clevios LVW1041(ヘレウス社製)をスピンコートにて40nmの厚さになるように1インチ角のガラス基板に塗布した。その後、窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱することにより、イオン化エネルギー測定用膜を形成した。その後、この塗布膜上にメニスカスを形成するように水を載せ、10秒後に4000rpmでスピンさせて水を振り切った。得られたLVW1041の薄膜を光電分光装置AC−2(理研計器)にてイオン化エネルギーを測定すると、5.16eVであった。
(AI4083のイオン化エネルギー)
樹脂組成物Clevios LVW1041の代わりに、樹脂組成物Clevios P AI4083(ヘレウス社製)を用いた以外は同様の手法で、厚さ40nmのイオン化エネルギー測定用膜を形成し、イオン化エネルギーを測定した。水リンス処理前のイオンエネルギーの値は、5.24eVであり、水リンス処理後のイオン化エネルギーの値は、が5.09eVであった。
(AI4083+ポリヒドロキシエチルメタクリレート(PHEA)のイオン化エネルギー)
樹脂組成物Clevios LVW1041の代わりに、Clevios P AI4083(ヘレウス社製)にポリヒドロキシエチルメタクリレート(アルドリッチ社製)を乾燥膜において50wt%となるように加えた組成物を用いた以外は同様の手法で、厚さ40nmのイオン化エネルギー測定用膜を形成し、イオン化エネルギーを測定した。水リンス処理前のイオン化エネルギーの値は、5.28eVであり、水リンス処理後のイオン化エネルギーの値は、5.26eVであった。
(エタノールリンスによる残膜率の測定)
(LVW1041の残膜率)
一辺1インチの正方形の基板上に、Clevios LVW1041(ヘレウス社製)をスピンコートにより塗布し、窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱乾燥させることで、厚さ53nmの測定用膜を形成した。次に、この測定用膜上にメニスカスを形成するようにエタノールを載せ、30秒静置後に4000rpmで30秒間スピンさせてエタノールを振り切った。エタノールリンス処理後の測定用膜の厚さは51nmであった。それゆえ、測定用膜の残膜率は、96%であった。
(LVW1041の残膜率)
一辺1インチの正方形の基板上に、Clevios LVW1041(ヘレウス社製)をスピンコートにより塗布し、窒素雰囲気下で70℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱乾燥させることで、厚さ55nmの測定用膜を形成した。次に、この測定用膜上にメニスカスを形成するようにエタノールを載せ、30秒静置後に4000rpmで30秒間スピンさせてエタノールを振り切った。エタノールリンス処理後の測定用膜の厚さは38nmであり、測定用膜の残膜率は、69%であった。
(AI4083+ポリヒドロキシエチルメタクリレート(PHEA)の残膜率)
Clevios LVW1041の代わりにClevios P AI4083(ヘレウス社製)に乾燥膜の質量%が50%となるようにポリヒドロキシエチルメタクリレート(アルドリッチ社製)添加した組成物を用いた以外は上記と同様の方法で測定を行った。
窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間、加熱乾燥させることによって得られた測定用膜のエタノールリンス処理前の厚さは38nmであり、エタノールリンス処理後の測定用膜の厚さは35nmであった。それゆえ、当該加熱条件(150℃、5分間、窒素雰囲気下)での測定用膜の残膜率は、92%であった。
一方、窒素雰囲気下で70℃に加熱されたでホットプレート上で5分間、加熱乾燥させることによって得られた測定用膜のエタノールリンス処理前の厚さは40nmであり、エタノールリンス処理後の測定用膜の厚さは16nmであった。それゆえ、当該加熱条件(70℃、5分間、窒素雰囲気下)での測定用膜の残膜率は、40%であった。
(AI4083の残膜率)
Clevios LVW1041の代わりにClevios P AI4083(ヘレウス社製)を用いた以外は上記と同様の方法で測定を行った。窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間、加熱乾燥した測定用膜のエタノールリンス処理前の厚さは30nmであり、エタノールリンス処理後の厚さは検出できなかった。それゆえ、当該加熱条件での測定用膜の残膜率は、0%であった。
[実施例1]
(高分子化合物Aの合成)
式(I)で表される構成単位を有する高分子化合物として、国際公開第2013/051676号の実施例1に記載された方法で、下記の構成単位を含む高分子化合物Aを合成した。
Figure 0006983759
(インク1の調製)
高分子化合物Aと、フラーレンC60PCBM(フェニルC61−酪酸メチルエステル)(phenyl C61−butyric acid methyl ester)とをトリメチルベンゼン/プロピオフェノンの混合溶媒に溶解し、50℃で12時間攪拌し、インク1を調製した。インク1において、高分子化合物Aの含有量に対するC60PCBMの含有量の比(質量比)は、2.5であった。また、インク1中、高分子化合物A及びC60PCBMの合計含有量は、インク1の全量基準で3.5質量%であった。
(透明有機光電変換素子1の作製、評価)
太陽電池の陰極として機能するITO薄膜が形成されたガラス基板を用意した。ITO薄膜はスパッタ法によって形成されたものであり、その厚みは150nmであった。このガラス基板をオゾンUV処理し、ITO薄膜の表面処理を行った。次に、PEIE水溶液(Polyethyleneimine ethoxylated)をスピンコートによりITO膜上に塗布し、大気中120℃で10分間加熱することにより、膜厚5nm以下の電子輸送層を形成した。この電子輸送層上に、インク1をスピンコートにより塗布し、窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱することにより、活性層(膜厚約180nm)を形成した。
次に、Clevios LVW1041(ヘレウス社製)に界面活性剤としてZonyl(登録商標)FS−300(アルドリッチ社製)を0.5%加えた組成物をスピンコートにより活性層上に50nmの膜厚で塗布し、窒素雰囲気下で乾燥させた。その後、窒素雰囲気下で150℃に加熱されたホットプレート上で5分間加熱することにより、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成した。
次に、水溶媒のワイヤー状導電体分散液(AgNW;ClearOhm(登録商標)Ink−N AQ:Cambrios Technologies Corporation社製)をスピンコータによって塗布し、乾燥させることで、膜厚120nmの銀ナノワイヤー層を得た。その後、UV硬化性封止剤を封止ガラス基板の周辺に塗布し、ガラス基板を張り合わせた後、UV光を照射することで封止した。
得られた有機光電変換素子の形状は、10mm×10mmの正四角形であった。その後、擬似太陽光照射装置(分光計器製、商品名:CEP−2000型 分光感度測定装置)を用いて、白色光(キセノンランプ)を照射しながら、得られた有機光電変換素子の電流−電圧特性を測定し、短絡電流密度、開放端電圧、フィルファクター(曲線因子)及び光電変換効率を求めた。白色光の光量は、標準太陽電池(分光計器製、BS−520BK)の出力を測定し、100mW/cm(AM1.5G)に調整した。
分光光度計(日本分光製、紫外可視近赤外分光光度計JASCO−V670)を用いて、得られた有機光電変換素子の光の透過率を測定した結果、波長380nm〜780nmの光の透過率は45%であった。
<耐候性試験>
得られた有機光電変換素子の耐久性を確認するために、耐候性試験装置(商品名Ci4000、ATLAS社製)を放射照度60W/m(波長300−400nm)、ブラックパネル温度63℃、相対湿度50%RHの条件で稼働させて100時間後の光電変換効率の保持率(初期の光電変換効率/100時間後の光電変換効率)を評価した。結果を表1に示す。
[実施例2]
水溶媒のワイヤー状導電体分散液(ClearOhm(登録商標)Ink−N AQの代わりに蒸着にて銀薄膜(20nm)を第2電極として使用する以外は実施例1と同様の方法で、厚さ50nmの熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を有する有機光電変換素子を作製し、初期の光電変換効率と100時間後の光電変換効率とを測定する。
[実施例3]
Clevios LVW1041の代わりに、Clevios P AI4083(ヘレウス社製)にポリヒドロキシエチルメタクリレート(アルドリッチ社製)を乾燥膜において50wt%となるように加え、界面活性剤としてZonyl(登録商標)FS−300(アルドリッチ社製)を0.5wt%加えた組成物を用いて、厚さ40nmの熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成した以外は実施例1と同様の方法で有機光電変換素子を作製し、初期の光電変換効率と100時間後の光電変換効率とを測定した。
分光光度計(日本分光製、紫外可視近赤外分光光度計JASCO−V670)を用いて得られた有機光電変換素子の光の透過率を測定した結果、波長380nm〜780nmの光の透過率は45%であった。
[実施例4]
Clevios LVW1041の代わりに、Clevios P AI4083(ヘレウス社製)にポリヒドロキシエチルメタクリレート(アルドリッチ社製)を乾燥膜において50wt%となるように加え、界面活性剤としてZonyl(登録商標)FS−300(アルドリッチ社製)を0.5wt%加えた組成物を用いて、厚さ40nmの熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成し、さらに、第2電極として、水溶媒のワイヤー状導電体分散液(ClearOhm(登録商標)Ink−N AQの代わりに、蒸着にて銀薄膜(20nm)を使用する以外は実施例1と同様の方法で有機光電変換素子を作製し、初期の光電変換効率と100時間後の光電変換効率とを測定する。
[比較例1]
Clevios LVW1041の代わりにClevios P AI4083(ヘレウス社製)にZonyl(登録商標)FS−300(アルドリッチ社製)を0.5wt%加えた組成物を用いて、厚さ40nmの熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成し、さらに、第2電極として、蒸着により形成する厚さ80nmの銀電極を使用した以外は実施例1と同様の方法で有機光電変換素子を作製し、初期の光電変換効率と100時間後の光電変換効率とを測定した。
分光光度計(日本分光製、紫外可視近赤外分光光度計JASCO−V670)を用いて得られた有機光電変換素子の光の透過率を測定した結果、波長380nm〜780nmの光の透過率は0.66%であった。
[比較例2]
第2電極として、蒸着により形成した厚さ80nmの銀電極を使用した以外は、実施例1と同様の方法で有機光電変換素子を作製し初期の効率と100時間後の光電変換効率とを測定した。
分光光度計(日本分光製、紫外可視近赤外分光光度計JASCO−V670)を用いて得られた有機光電変換素子の光の透過率を測定した結果、波長380nm〜780nmの光の透過率は0.66%であった。
[比較例3]
Clevios LVW1041の代わりに、Clevios P AI4083(ヘレウス社製)にポリヒドロキシエチルメタクリレート(アルドリッチ社製)を乾燥膜において50wt%となるように加え、界面活性剤としてZonyl(登録商標)FS−300(アルドリッチ社製)を0.5wt%加えた組成物を用いて、厚さ40nmの熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成し、さらに、第2電極として、蒸着により形成した厚さ80nmの銀電極を使用した以外は、実施例1と同様の方法で有機光電変換素子を作製し、初期の光電変換効率と100時間後の光電変換効率とを測定した。
分光光度計(日本分光製、紫外可視近赤外分光光度計JASCO−V670)を用いて得られた有機光電変換素子の光の透過率を測定した結果、波長380nm〜780nmの光の透過率は0.66%であった。
[比較例4]
Clevios LVW1041の代わりに、Clevios P AI4083(ヘレウス社製)に界面活性剤としてZonyl(登録商標)FS−300(アルドリッチ社製)を0.5wt%加えた組成物を用いて、厚さ40nmの熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成し、さらに、第2電極として水溶媒のワイヤー状導電体分散液(ClearOhm(登録商標)Ink−N AQの代わりに蒸着にて銀薄膜(20nm)を使用する以外は実施例1と同様の方法で有機光電変換素子を作製し、初期の光電変換効率と100時間後の光電変換効率とを測定する。
[比較例5]
Clevios LVW1041の代わりに、Clevios P AI4083(ヘレウス社製)に界面活性剤としてZonyl(登録商標)FS−300(アルドリッチ社製)を0.5wt%加えた組成物を用いて、厚さ40nmの熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を形成した以外は実施例1と同様の方法で有機光電変換素子を作製し、初期の光電変換効率と100時間後の光電変換効率とを測定した。
分光光度計(日本分光製、紫外可視近赤外分光光度計JASCO−V670)を用いて得られた有機光電変換素子の光の透過率を測定した結果、波長380nm〜780nmの光の透過率は45%であった。
Figure 0006983759
表1から、本発明に係る有機光電変換素子は、高い耐久性を有することが確認できた。
本発明によれば、耐久性が高い有機光電変換素子を提供することができる。本明細書において、耐久性とは、耐候性試験100時間後の光電変換効率の初期効率に対する保持率(初期の光電変換効率/100時間後の光電変換効率)を意味する。

Claims (7)

  1. 陰極及び陽極の間に活性層を有する有機光電変換素子であって、
    前記活性層が、N型半導体材料と、P型半導体材料である高分子化合物とを含み、
    前記P型半導体材料である高分子化合物が、下記式(III)又は(II)で表される構成単位を有する高分子化合物であって、
    Figure 0006983759
    Figure 0006983759
    〔式(III)中、
    Zは、式(Z−1)、(Z−2)、(Z−3)、(Z−4)、(Z−5)、(Z−6)又は(Z−7)で表される2価の基を示す。
    Rは、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、シアノ基、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいシクロアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいシクロアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよいアリールアルキル基、置換基を有していてもよいアリールアルコキシ基、置換基を有していてもよいアリールアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミド基、置換基を有していてもよい酸イミド基、置換アミノ基、置換シリル基、置換シリルオキシ基、置換シリルチオ基、複素環オキシ基、複素環チオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基又はカルボキシ基を示す。
    式(Z−1)、(Z−2)、(Z−4)、(Z−5)、(Z−6)及び(Z−7)における2つのRは、互いに同一でも異なっていてもよい。
    Xは、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を示す。
    複数あるXは、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
    Figure 0006983759
    〔式(II)中、
    Ar は、芳香環および複素芳香環からなる群より選ばれる2個以上5個以下の環が縮合した縮合環を有する2価の縮合多環式芳香族炭化水素基又は縮合多環式芳香族複素環基を表し、
    nは1〜6の整数を表し、
    Rは前述と同じ意味を表す。
    Rが複数ある場合、それらは同一でも異なっていてもよい。〕
    陽極及び活性層の間に、熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層を有し、
    波長380nm〜780nmの光の透過率が45%以上であることを特徴とする有機光電変換素子。
  2. 前記式(II)で表される構成単位が、下記式(V)で表される構成単位である、請求項1記載の有機光電変換素子。
    Figure 0006983759
    〔式(V)中、
    X及びRは、前述と同じ意味を表す。
    複数あるXは、互いに同一でも異なっていてもよい。
    複数あるRは、互いに同一でも異なっていてもよい。〕
  3. 前記熱硬化性樹脂組成物が、ポリチオフェン及びその誘導体、並びに芳香族アミン残基を有する繰り返し単位を含む高分子化合物からなる群より選ばれる1種以上を含む、請求項1又は2記載の有機光電変換素子。
  4. 熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層が、下記水リンス処理前後のイオン化エネルギーの測定において、水リンス処理前後のイオン化エネルギーの変化が−0.1eV以上0.1eV以下である、請求項1〜3のいずれか一項記載の有機光電変換素子。
    <水リンス処理前後のイオン化エネルギーの測定>
    2個のイオン化エネルギー測定用膜を製造する。
    それぞれのイオン化エネルギー測定用膜は、
    一辺1インチの正方形の支持基板上に、
    本発明の有機光電変換素子の熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ材料を用いて、
    熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ方法により製造し、
    熱硬化性樹脂組成物を硬化した硬化物を含む層と実質的に同じ厚さである。
    一方のイオン化エネルギー測定用膜について、光電子分光装置によりイオン化エネルギーを測定し、得られた値を水リンス処理前のイオン化エネルギーとする。もう片方のイオン化エネルギー測定用膜上に、メニスカスを形成するように、水を載せ、10秒静置後、4000rpmで30秒間スピンコータによりスピンさせて水を振り切ることにより、水リンス処理をおこなう。水リンス処理後のイオン化エネルギー測定用膜に対し、光電子分光装置によりイオン化エネルギーを測定し、得られた値を水リンス処理後のイオン化エネルギーとする。(水リンス処理後のイオン化エネルギー)−(水リンス処理前のイオン化エネルギー)の値を水リンス処理前後のイオン化エネルギー変化とする。
  5. 前記N型半導体材料がフラーレン誘導体を有する、請求項のいずれか一項記載の有機光電変換素子。
  6. 請求項1〜のいずれか一項記載の有機光電変換素子を備える、太陽電池モジュール。
  7. 請求項1〜のいずれか一項記載の有機光電変換素子を備える、センサー。
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