JP7062283B2 - A novel porphyrin derivative, a method for producing a porphyrin derivative, a donor material, a photoelectric conversion device, and a method for manufacturing a photoelectric conversion device. - Google Patents

A novel porphyrin derivative, a method for producing a porphyrin derivative, a donor material, a photoelectric conversion device, and a method for manufacturing a photoelectric conversion device. Download PDF

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Description

本発明は、新規なポルフィリン誘導体、ポルフィリン誘導体の製造方法、光電変換装置、および光電変換装置の製造方法に関し、特に、ドナー材料として用いて好適なポルフィリン誘導体やその製造方法、また、このポルフィリン誘導体をドナー材料として用いた光電変換装置や光電変換装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a novel porphyrin derivative, a method for producing a porphyrin derivative, a photoelectric conversion device, and a method for producing a photoelectric conversion device, and in particular, a porphyrin derivative suitable for use as a donor material, a method for producing the same, and the porphyrin derivative. The present invention relates to a photoelectric conversion device used as a donor material and a method for manufacturing the photoelectric conversion device.

エネルギー問題の対応策として、光電変換装置の一種である太陽電池の開発が注目されている。中でも、有機材料よりなる薄膜を有する有機薄膜太陽電池においては、最高効率が13%を超えるものが開発されており、一部で実用化も始まってきている。 As a countermeasure to the energy problem, the development of a solar cell, which is a kind of photoelectric conversion device, is attracting attention. Among them, organic thin-film solar cells having a thin film made of an organic material have been developed with a maximum efficiency of more than 13%, and some of them have begun to be put into practical use.

このような、有機薄膜太陽電池の活性層としては、ドナー層(p型層)とアクセプター層(n型層)との積層体を用い、層界面のヘテロ接合を利用するタイプ(p-nヘテロ接合型と言う)と、ドナーとアクセプターとが混合された層を用い、層中のヘテロ接合を利用するタイプ(バルクヘテロ接合型、BHJ(bulk heterojunction)型と言う)と、の2種が存在する。 As the active layer of such an organic thin-film solar cell, a laminate of a donor layer (p-type layer) and an acceptor layer (n-type layer) is used, and a type (pn hetero) utilizing a heterojunction at the layer interface is used. There are two types: a type that uses a layer in which a donor and an acceptor are mixed and uses a heterojunction in the layer (called a bulk heterojunction type or a BHJ (bulk heterojunction) type). ..

これらの内、BHJ型は、活性層内において、ドナーとアクセプターが絡み合った状態となるため、p-n接合界面(電荷分離界面)の面積が増大し、電荷分離の効率を向上させることができる。 Among these, in the BHJ type, since the donor and the acceptor are in an entangled state in the active layer, the area of the pn junction interface (charge separation interface) is increased, and the efficiency of charge separation can be improved. ..

BHJ型は、1992年に基本コンセプトが提唱され、それ以降、有機薄膜太陽電池の主流の構成となっている。中でも、ドナーとアクセプターとが混合された溶液を塗布した後、固化させることにより活性層を形成する、塗布-BHJ型は、材料や製法の低コスト化が可能であり、さらに、活性層の大面積化も容易であることから、商業的利点を有する。 The basic concept of the BHJ type was proposed in 1992, and since then it has become the mainstream configuration of organic thin-film solar cells. Among them, the coating-BHJ type, which forms an active layer by applying a solution in which a donor and an acceptor are mixed and then solidifying it, can reduce the cost of materials and manufacturing methods, and further, the active layer is large. It has a commercial advantage because it is easy to increase the area.

これまで塗布-BHJ型は、ドナー材料にポリマーを用いることが多かったが、近年は低分子のドナー材料が注目を集めている。低分子のドナー材料は、ポリマーのドナー材料に比べて、合成や精製が簡単であることやロット間の性能のばらつきが少ないなどの長所を有する。低分子のドナー材料として、フタロシアニンやジケトピロロピロール、オリゴチオフェン、ポルフィリンなど、様々な骨格の化合物が検討されている。 In the past, the coating-BHJ type often used a polymer as the donor material, but in recent years, small molecule donor materials have been attracting attention. Small molecule donor materials have the advantages of easier synthesis and purification and less variation in performance between lots than polymer donor materials. As small molecule donor materials, compounds with various skeletons such as phthalocyanine, diketopyrrolopyrrole, oligothiophene, and porphyrin are being investigated.

中でも、ポルフィリン骨格を有する化合物は、光のエネルギーを吸収し糖類を生成するという光合成のメカニズムの中で用いられるクロロフィルなどのように、自然界にも多く存在し、その構造修飾の多様性や高い耐光性、優れた吸光収率から生命科学分野だけでなく、有機ELや太陽電池への応用研究も進んでいる。 Among them, compounds having a porphyrin skeleton are abundant in nature, such as chlorophyll used in the photosynthetic mechanism of absorbing light energy to produce saccharides, and their structural modification is diverse and highly light-resistant. Due to its excellent properties and excellent absorbance yield, research on its application to organic EL and solar cells is progressing as well as in the field of life science.

そして、ポルフィリン骨格を有する化合物は、前述の有機薄膜太陽電池への応用も行われており、これまで、ポルフィリン骨格を有する化合物(ポルフィリン誘導体とも言う)を用いた有機薄膜太陽電池の研究例が知られている。 The compound having a porphyrin skeleton has also been applied to the above-mentioned organic thin-film solar cell, and research examples of organic thin-film solar cells using a compound having a porphyrin skeleton (also referred to as a porphyrin derivative) have been known so far. Has been done.

このようなポルフィリン誘導体をドナー材料として用いた塗布-BHJ型の有機薄膜太陽電池については、例えば、非特許文献1~6に開示されている。 Coating-BHJ type organic thin film solar cells using such a porphyrin derivative as a donor material are disclosed in, for example, Non-Patent Documents 1 to 6.

例えば、これらの非特許文献の中には、ポルフィリン骨格にジケトピロロピロール(DPP=Diketopyrrolopyrrole)ユニットが連結したポルフィリン誘導体をドナー材料として用いた有機薄膜太陽電池が開示されている。中には、変換効率が9%に達する有機薄膜太陽電池が報告されているものもある。 For example, these non-patent documents disclose an organic thin-film solar cell using a porphyrin derivative in which a diketopyrrolopyrrole (DPP) unit is linked to a porphyrin skeleton as a donor material. Some organic thin-film solar cells with conversion efficiencies of up to 9% have been reported.

Li, L.; Huang, Y.; Peng, J.; Cao, Y.; Peng, X. J. Mater. Chem. A. 2013, 1, 2144_2150.Li, L .; Huang, Y .; Peng, J .; Cao, Y .; Peng, X. J. Mater. Chem. A. 2013, 1, 2144_2150. Qin, H.; Li, L.; Guo, F.; Su, S.; Peng, J.; Cao, Y.; Peng, X. Energy. Environ. Soc. 2014, 7, 1397_1401.Qin, H .; Li, L .; Guo, F .; Su, S .; Peng, J .; Cao, Y .; Peng, X. Energy. Environ. Soc. 2014, 7, 1397_1401. Gao, K.; Li, L.; Lai, T.; Xiao, L.; Huang, Y.; Huang, F.; Peng, J.; Cao, Y.; Liu, F.; Russell, T. P.; Janssen, R.-A. J.; Peng, X. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7282_7285.Gao, K .; Li, L .; Lai, T .; Xiao, L .; Huang, Y .; Huang, F .; Peng, J .; Cao, Y .; Liu, F .; Russell, T. P .; Janssen , R.-A. J .; Peng, X. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7282_7285. Gao, K.; Miao, J.; Xiao, L.; Deng, W.; Kan, Y.; Liang, T.; Wang, C.; Huang, F.; Peng, J.; Cao, Y.; Liu, F.; Russell, T. P.; Wu, Hongbin, w.; Peng, X. Adv. Mater. 2016, 28, 4727_4733.Gao, K .; Miao, J .; Xiao, L .; Deng, W .; Kan, Y .; Liang, T .; Wang, C .; Huang, F .; Peng, J .; Cao, Y .; Liu, F .; Russell, T. P .; Wu, Hongbin, w .; Peng, X. Adv. Mater. 2016, 28, 4727_4733. Li,M.; Kao, K.; Wan, X.; Zhang, Q.; Kan, B.; Xia, R.; Liu, F.; Yang, X.; Feng, H.; ni, w.; Wang, Y.; Peng, J.; Zhang, H.; Liang, Z.; Yip, H.-L.; Peng, X.; Cao, Y.; Chen, Y. Nature Photonics. 2017, 11, 85_90.Li, M .; Kao, K .; Wan, X .; Zhang, Q .; Kan, B .; Xia, R .; Liu, F .; Yang, X .; Feng, H .; ni, w .; Wang, Y .; Peng, J .; Zhang, H .; Liang, Z .; Yip, H.-L .; Peng, X .; Cao, Y .; Chen, Y. Nature Photonics. 2017, 11, 85_90 .. Hatano, J.; Obata, N.; Yamaguchi, S.; Yasuda, T.; Matsuo, Y. J. Mater. Chem. 2012, 22, 19258_19263.Hatano, J .; Obata, N .; Yamaguchi, S .; Yasuda, T .; Matsuo, Y. J. Mater. Chem. 2012, 22, 19258_19263.

上記DPPは、優れた光学特性を有し、顔料やインクとして用いられており、また、可視光領域の波長を幅広く吸収するため、有機薄膜太陽電池への適用が検討され、前述のような高効率な有機薄膜太陽電池の実現が可能となったと考えられる。 The above-mentioned DPP has excellent optical characteristics and is used as a pigment or an ink, and also absorbs a wide range of wavelengths in the visible light region. It is considered that an efficient organic thin-film solar cell can be realized.

一方で、塗布-BHJ型の有機薄膜太陽電池は、活性層において、ドナーとアクセプターが絡み合った構造となるため、電荷輸送経路が複雑となり電子及び正孔の電荷輸送効率が低下することが課題とされている。 On the other hand, the coated-BHJ type organic thin-film solar cell has a structure in which the donor and the acceptor are entangled in the active layer, so that the charge transport path becomes complicated and the charge transport efficiency of electrons and holes decreases. Has been done.

そこで、本発明者らは、電荷移動度の向上による電子または正孔の電荷輸送効率の向上や、長い励起寿命などの特性向上を図るべく、ドナー材料として用いて好適なポルフィリン誘導体の構成について鋭意検討を行い、その合成に成功し、ドナー材料として、有機薄膜太陽電池に用いた場合の性能を確認した。 Therefore, the present inventors have earnestly considered the composition of a porphyrin derivative suitable for use as a donor material in order to improve the charge transport efficiency of electrons or holes by improving the charge mobility and to improve the characteristics such as a long excitation lifetime. The study was carried out, the synthesis was successful, and the performance when used in an organic thin-film solar cell as a donor material was confirmed.

本発明の目的は、新規なポルフィリン誘導体、その製造方法を提供し、さらに、太陽電池のような光電変換装置に用いて好適なドナー材料を提供することにある。また、本発明の目的は、上記ドナー材料を用いた光電変換装置やその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a novel porphyrin derivative, a method for producing the same, and further to provide a suitable donor material for use in a photoelectric conversion device such as a solar cell. Another object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device using the donor material and a method for manufacturing the same.

(1)本発明のポルフィリン誘導体は、以下の(化学式1)に示すポルフィリン誘導体である。 (1) The porphyrin derivative of the present invention is a porphyrin derivative represented by the following (Chemical Formula 1).

Figure 0007062283000001
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(2)本発明のポルフィリン誘導体は、以下の(化学式2)に示すポルフィリン誘導体である。 (2) The porphyrin derivative of the present invention is a porphyrin derivative represented by the following (Chemical Formula 2).

Figure 0007062283000002
Figure 0007062283000002

(3)本発明のポルフィリン誘導体の製造方法は、以下の(反応式1)に示す、ポルフィリン誘導体P1とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体P1のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体P1とDPP-Brとの第2反応により、以下の(化学式1)のポルフィリン誘導体を生成する、ポルフィリン誘導体の製造方法である。 (3) In the method for producing a porphyrin derivative of the present invention, the TIPS group of the porphyrin derivative P1 is eliminated by the first reaction of the porphyrin derivative P1 and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (reaction formula 1). This is a method for producing a porphyrin derivative, which produces the porphyrin derivative of the following (chemical formula 1) by the second reaction between the porphyrin derivative P1 from which the TIPS group has been removed and DPP-Br.

Figure 0007062283000003
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Figure 0007062283000004
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例えば、上記第2反応は、パラジウム触媒を用いる反応である。 For example, the second reaction is a reaction using a palladium catalyst.

(4)本発明のポルフィリン誘導体の製造方法は、以下の(反応式2)に示す、ポルフィリン誘導体P2とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体P2のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体P2とDPP-Brとの第2反応により、以下の(化学式2)のポルフィリン誘導体を生成する、ポルフィリン誘導体の製造方法である。 (4) In the method for producing a porphyrin derivative of the present invention, the TIPS group of the porphyrin derivative P2 is eliminated by the first reaction of the porphyrin derivative P2 and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (reaction formula 2). This is a method for producing a porphyrin derivative, which produces the porphyrin derivative of the following (chemical formula 2) by the second reaction between the porphyrin derivative P2 from which the TIPS group has been removed and DPP-Br.

Figure 0007062283000005
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Figure 0007062283000006
Figure 0007062283000006

例えば、上記第2反応は、パラジウム触媒を用いる反応である。 For example, the second reaction is a reaction using a palladium catalyst.

(5)本発明のドナー材料は、以下の(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体を有する、光電変換装置用のドナー材料である。 (5) The donor material of the present invention is a donor material for a photoelectric conversion device having a porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2).

Figure 0007062283000007
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Figure 0007062283000008
Figure 0007062283000008

(6)本発明の光電変換装置は、第1電極と、前記第1電極の上方に設けられた電荷輸送層と、前記電荷輸送層の上方に設けられた第2電極と、を有し、前記電荷輸送層は、ドナー材料とアクセプター材料とが混合された層であり、前記ドナー材料として、以下の(一般式1)に示すポルフィリン誘導体を有する。 (6) The photoelectric conversion device of the present invention has a first electrode, a charge transport layer provided above the first electrode, and a second electrode provided above the charge transport layer. The charge transport layer is a layer in which a donor material and an acceptor material are mixed, and has a porphyrin derivative represented by the following (general formula 1) as the donor material.

Figure 0007062283000009
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上記(一般式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体である。 The porphyrin derivative represented by the above (general formula 1) is a porphyrin derivative represented by the following (chemical formula 1) or (chemical formula 2).

Figure 0007062283000010
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Figure 0007062283000011
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(7)本発明の光電変換装置の製造方法は、(a)第1電極となる第1導電体層の上方に、ドナー材料とアクセプター材料と溶媒とを有する液を塗布することにより塗布層を形成する工程、(b)前記塗布層を固化することにより、前記ドナー材料と前記アクセプター材料とを有する電荷輸送層を形成する工程、(c)前記電荷輸送層の上方に、第2電極となる第2導電体層を形成する工程、を有し、前記ドナー材料は、以下の(一般式1)に示すポルフィリン誘導体である。 (7) In the method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention, (a) a coating layer is formed by coating a liquid having a donor material, an acceptor material, and a solvent on the first conductor layer to be the first electrode. Steps of forming, (b) a step of forming a charge transport layer having the donor material and the acceptor material by solidifying the coating layer, (c) a second electrode above the charge transport layer. It has a step of forming a second conductor layer, and the donor material is a porphyrin derivative represented by the following (general formula 1).

Figure 0007062283000012
Figure 0007062283000012

上記(一般式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体である。 The porphyrin derivative represented by the above (general formula 1) is a porphyrin derivative represented by the following (chemical formula 1) or (chemical formula 2).

Figure 0007062283000013
Figure 0007062283000013

Figure 0007062283000014
Figure 0007062283000014

上記(一般式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(反応式3)に示す、ポルフィリン誘導体とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体とDPP-Brとの第2反応により生成される。 The porphyrin derivative represented by the above (general formula 1) is after removing the TIPS group of the porphyrin derivative by the first reaction of the porphyrin derivative and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (reaction formula 3). , The TIPS group is removed, and the porphyrin derivative is produced by a second reaction with DPP-Br.

Figure 0007062283000015
Figure 0007062283000015

(8)本発明のポルフィリン誘導体は、以下の(式1)に示すポルフィリン誘導体である。 (8) The porphyrin derivative of the present invention is a porphyrin derivative represented by the following (formula 1).

Figure 0007062283000016
Figure 0007062283000016

例えば、前記Mは、2価の金属元素である。例えば、前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、前記Rは、Hまたは(CHCHである。 For example, M is a divalent metal element. For example, M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and R is H or (CH 2 ) 5 CH 3 .

(9)本発明のポルフィリン誘導体の製造方法は、以下の(化学反応式1)に示す、ポルフィリン誘導体PMとテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体PMのTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体PMとDPP-Brとの第2反応により、以下の(式1)のポルフィリン誘導体を生成する、ポルフィリン誘導体の製造方法である。 (9) In the method for producing a porphyrin derivative of the present invention, the TIPS group of the porphyrin derivative PM is removed by the first reaction of the porphyrin derivative PM and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (chemical reaction formula 1). This is a method for producing a porphyrin derivative, which produces the porphyrin derivative of the following (formula 1) by a second reaction between the porphyrin derivative PM from which the TIPS group has been removed and DPP-Br after separation.

Figure 0007062283000017
Figure 0007062283000017

Figure 0007062283000018
Figure 0007062283000018

例えば、前記Mは、2価の金属元素である。例えば、前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、前記Rは、Hまたは(CHCHである。例えば、第2反応は、パラジウム触媒を用いる反応である。 For example, M is a divalent metal element. For example, M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and R is H or (CH 2 ) 5 CH 3 . For example, the second reaction is a reaction using a palladium catalyst.

(10)本発明の光電変換装置用のドナー材料は、以下の(式1)に示すポルフィリン誘導体を有する。 (10) The donor material for the photoelectric conversion device of the present invention has a porphyrin derivative represented by the following (formula 1).

Figure 0007062283000019
Figure 0007062283000019

例えば、前記Mは、2価の金属元素である。例えば、前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、前記Rは、Hまたは(CHCHである。 For example, M is a divalent metal element. For example, M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and R is H or (CH 2 ) 5 CH 3 .

(11)本発明の光電変換装置は、第1電極と、前記第1電極の上方に設けられた電荷輸送層と、前記電荷輸送層の上方に設けられた第2電極と、を有する。そして、前記電荷輸送層は、ドナー材料とアクセプター材料とが混合された層であり、前記ドナー材料として、以下の(式1)に示すポルフィリン誘導体を有する。 (11) The photoelectric conversion device of the present invention has a first electrode, a charge transport layer provided above the first electrode, and a second electrode provided above the charge transport layer. The charge transport layer is a layer in which a donor material and an acceptor material are mixed, and has a porphyrin derivative represented by the following (formula 1) as the donor material.

Figure 0007062283000020
Figure 0007062283000020

例えば、前記Mは、2価の金属元素である。例えば、前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、前記Rは、Hまたは(CHCHである。 For example, M is a divalent metal element. For example, M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and R is H or (CH 2 ) 5 CH 3 .

(12)本発明の光電変換装置の製造方法は、(a)第1電極となる第1導電体層の上方に、ドナー材料とアクセプター材料と溶媒とを有する液を塗布することにより塗布層を形成する工程、(b)前記塗布層を固化することにより、前記ドナー材料と前記アクセプター材料とを有する電荷輸送層を形成する工程、を有する。そして、さらに、(c)前記電荷輸送層の上方に、第2電極となる第2導電体層を形成する工程、を有し、前記ドナー材料は、以下の(式1)に示すポルフィリン誘導体である。 (12) In the method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention, (a) a coating layer is formed by applying a liquid having a donor material, an acceptor material, and a solvent above the first conductor layer to be the first electrode. It has a step of forming, (b) a step of forming a charge transport layer having the donor material and the acceptor material by solidifying the coating layer. Further, it has (c) a step of forming a second conductor layer to be a second electrode above the charge transport layer, and the donor material is a porphyrin derivative represented by the following (formula 1). be.

Figure 0007062283000021
Figure 0007062283000021

例えば、前記Mは、2価の金属元素である。例えば、前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、前記Rは、Hまたは(CHCHである。 For example, M is a divalent metal element. For example, M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and R is H or (CH 2 ) 5 CH 3 .

また、例えば、前記(式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(化学反応式1)に示す、ポルフィリン誘導体とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体とDPP-Brとの第2反応により生成される。 Further, for example, the porphyrin derivative represented by the above (formula 1) is desorbed from the TIPS group of the porphyrin derivative by the first reaction of the porphyrin derivative and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (chemical reaction formula 1). After separation, it is produced by a second reaction between the porphyrin derivative from which the TIPS group has been removed and DPP-Br.

Figure 0007062283000022
Figure 0007062283000022

本発明者らは、上記(化学式1)または(化学式2)等に示す新規なポルフィリン誘導体の合成に成功した。このようなポルフィリン誘導体をドナー材料として用いることにより、光電変換装置の特性を向上させることができる。 The present inventors have succeeded in synthesizing a novel porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2). By using such a porphyrin derivative as a donor material, the characteristics of the photoelectric conversion device can be improved.

実施の形態1の光電変換装置の構成を模式的に示す断面斜視図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the photoelectric conversion apparatus of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の光電変化装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the photoelectric change apparatus of Embodiment 1. FIG. 生成物1のHNMRスペクトルである。1 1 HNMR spectrum of product 1. 生成物1の13CNMRスペクトルである。 13 CNMR spectrum of product 1. 生成物1のCOSYスペクトルである。It is a COSY spectrum of product 1. 生成物1のMSスペクトルである。It is an MS spectrum of product 1. 生成物2のHNMRスペクトルである。 1 1 HNMR spectrum of product 2. 生成物2の13CNMRスペクトルである。 13 CNMR spectrum of product 2. 生成物2のMSスペクトルである。It is an MS spectrum of product 2. 生成物1(MgTEPDPPPh)の紫外可視吸収スペクトルである。It is an ultraviolet-visible absorption spectrum of product 1 (MgTEPDPP 2 Ph 2 ). 生成物2(MgTEPDPP2(4-n-hexyl-C)の紫外可視吸収スペクトルである。It is an ultraviolet-visible absorption spectrum of product 2 (MgTEPDPP2 ( 4 -n-hexyl-C 6 H4) 2 ). 実施の形態3の光電変換装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the photoelectric conversion apparatus of Embodiment 3. FIG. 生成物2’のHNMRスペクトルである。 1 1 HNMR spectrum of product 2'.

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(光電変換装置の構造)
図1は、本実施の形態の光電変換装置の構成を模式的に示す断面斜視図である。本実施の形態の光電変換装置は、ドナー材料やアクセプター材料として有機材料を用い、薄膜状の活性層を有することから、有機薄膜太陽電池とも呼ばれる。ドナーは、電子供与体とも言い、アクセプターは、電子受容体とも言う。
(Structure of photoelectric conversion device)
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view schematically showing the configuration of the photoelectric conversion device of the present embodiment. The photoelectric conversion device of the present embodiment uses an organic material as a donor material or an acceptor material and has a thin-film active layer, and is therefore also called an organic thin-film solar cell. Donors are also referred to as electron donors, and acceptors are also referred to as electron acceptors.

図1に示す光電変換装置は、第1電極EL1と、第1電極EL1上に設けられた活性層(電荷輸送層とも言う)ALと、活性層AL上に設けられた第2電極EL2と、を有する。 The photoelectric conversion device shown in FIG. 1 includes a first electrode EL1, an active layer (also referred to as a charge transport layer) AL provided on the first electrode EL1, and a second electrode EL2 provided on the active layer AL. Have.

第1電極EL1上に設けられた活性層ALは、ドナー材料DOとアクセプター材料ACとが混合された状態で存在する層である(図1参照)。活性層ALは、ドナー材料とアクセプター材料と溶媒(溶剤)との混合液を塗布することにより塗布層を形成した後、この塗布層を乾燥させるなどして固化することにより形成することができる。 The active layer AL provided on the first electrode EL1 is a layer existing in a state where the donor material DO and the acceptor material AC are mixed (see FIG. 1). The active layer AL can be formed by applying a mixed solution of a donor material, an acceptor material, and a solvent (solvent) to form a coating layer, and then drying and solidifying the coating layer.

なお、第1電極EL1と活性層ALとの間にバッファ層を設けてもよい。また、活性層ALと第2電極EL2との間にバッファ層を設けてもよい。第1電極EL1および第2電極EL2は、導電性材料(導電体)よりなり、第1電極EL1および第2電極EL2の少なくとも一方は、光透過性を有する。基板(支持体)上に、第1電極EL1を設けてもよい。 A buffer layer may be provided between the first electrode EL1 and the active layer AL. Further, a buffer layer may be provided between the active layer AL and the second electrode EL2. The first electrode EL1 and the second electrode EL2 are made of a conductive material (conductor), and at least one of the first electrode EL1 and the second electrode EL2 has light transmission. The first electrode EL1 may be provided on the substrate (support).

基板としては、透明基板を用いることができる。透明基板としては、ガラス基板、プラスチックフィルム(フレキシブル基板)などを用いることができる。第1電極EL1としては、ITO(インジウム・スズ酸化物)やインジウム・亜鉛酸化物などを用いることができる。第2電極EL2としては、アルミニウム、銀などの金属や、この金属を含む合金などが用いられる。アクセプター材料としては、フラーレンやフラーレン誘導体(フラーレン化合物)などを用いることができる。 As the substrate, a transparent substrate can be used. As the transparent substrate, a glass substrate, a plastic film (flexible substrate), or the like can be used. As the first electrode EL1, ITO (indium tin oxide), indium zinc oxide, or the like can be used. As the second electrode EL2, a metal such as aluminum or silver, an alloy containing this metal, or the like is used. As the acceptor material, fullerenes, fullerene derivatives (fullerene compounds) and the like can be used.

(ポルフィリン誘導体)
ここで、本実施の形態においては、ドナー材料として、以下の(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体を有する。
(Porphyrin derivative)
Here, in the present embodiment, the porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2) is provided as the donor material.

Figure 0007062283000023
Figure 0007062283000023

この(化学式1)に示すポルフィリン誘導体は、[5,15-bis(2,5-bis(2-ethyl-hexyl)-3,6-di-thienyl-2-yl-2,5-dihydro-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione-5’-yl-ethynyl)-10,20-bis(phenylethynyl)-porphyrionate]magnesium(II)である。これを、“MgTEPDPPPh”の略号で示す場合がある。 The porphyrin derivative represented by this (Chemical formula 1) is [5,15-bis (2,5-bis (2-ethyl-hexyl) -3,6-di-thienyl-2-yl-2,5-dihydro-pyrrolo). [3,4-c] pyrrole-1,4-dione-5'-yl-ethynyl) -10,20-bis (phenylethynyl) -porphyrionate] magnesium (II). This may be indicated by the abbreviation of "MgTEPDPP 2 Ph 2 ".

Figure 0007062283000024
Figure 0007062283000024

この(化学式2)に示すポルフィリン誘導体は、[5,15-bis(2,5-bis(2-ethyl-hexyl)-3,6-di-thienyl-2-yl-2,5-dihydro-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione-5’-yl-ethynyl)-10,20-bis(4-hexyl-phenylethynyl)-porphyrionate]magnesium(II)である。これを、“MgTEPDPP(4-n-hexyl-C”の略号で示す場合がある。 The porphyrin derivative represented by this (Chemical formula 2) is [5,15-bis (2,5-bis (2-ethyl-hexyl) -3,6-di-thienyl-2-yl-2,5-dihydro-pyrrolo). [3,4-c] pyrrole-1,4-dione-5'-yl-ethynyl) -10,20-bis (4-hexyl-phenylethynyl) -porphyrionate] magnesium (II). This may be indicated by the abbreviation of "MgTEPDPP 2 (4-n-hexyl-C 6 H 4 ) 2 ".

これらのポルフィリン誘導体は、ポルフィリン骨格に2つのDDP(ジケトピロロピロール、Diketopyrrolopyrrole)ユニットと2つのフェニルユニットとがトランス位置(5位及び15位)に連結されている。そして、これら4つのユニットは、それぞれエチニル架橋を介してポルフィリン骨格に連結させている。上記ポルフィリン誘導体は、π共役系化合物を三重結合を介して連結した化合物とも言える。 In these porphyrin derivatives, two DDP (Diketopyrrolopyrrole) units and two phenyl units are linked to the porphyrin skeleton at trans positions (positions 5 and 15). Each of these four units is linked to the porphyrin skeleton via an ethynyl crosslink. The porphyrin derivative can be said to be a compound in which a π-conjugated compound is linked via a triple bond.

また、上記ポルフィリン誘導体は、ポルフィリン骨格の中心金属としてマグネシウムを配位させている。このため、上記ポルフィリン誘導体は、Mg・ポルフィリン・DPP錯体とも言える。 In addition, the above-mentioned porphyrin derivative coordinates magnesium as the central metal of the porphyrin skeleton. Therefore, the porphyrin derivative can be said to be an Mg / porphyrin / DPP complex.

また、上記のような構造のポルフィリン誘導体においては、分子内にπ共役が広がり、分子全体が平面状になることから、パッキング構造が安定化する。即ち、分子の積層密度が高まるとともに、分子間のπ-πスタッキングが向上する。このようなポルフィリン誘導体をドナー材料として活性層に用いた場合には、次の利点を有する。 Further, in the porphyrin derivative having the above-mentioned structure, the π-conjugation spreads in the molecule and the entire molecule becomes planar, so that the packing structure is stabilized. That is, as the stacking density of the molecules increases, the π-π stacking between the molecules improves. When such a porphyrin derivative is used as a donor material in an active layer, it has the following advantages.

(1)ポルフィリン骨格に、DPPユニットを連結させることで効率よく可視光領域の光を吸収することができる。また、ドナー材料中に、D-A(D=ドナー:ポルフィリン、A=アクセプター:DPP)構造をとることで、エネルギーバンドギャップを狭くでき、光電変換効率を向上させることができる。 (1) By connecting the DPP unit to the porphyrin skeleton, light in the visible light region can be efficiently absorbed. Further, by adopting a DA (D = donor: porphyrin, A = acceptor: DPP) structure in the donor material, the energy band gap can be narrowed and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

(2)前述したように、分子間のπ-πスタッキングの向上により、電荷移動度を向上させることができる。 (2) As described above, the charge mobility can be improved by improving the π-π stacking between molecules.

(3)ポルフィリン骨格の中心金属としてマグネシウムを配位させたことにより、励起寿命を長くすることができる。 (3) By coordinating magnesium as the central metal of the porphyrin skeleton, the excitation lifetime can be extended.

このように、上記(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体をドナー材料として用いることで、光電変換装置の特性の向上を図ることができる。 As described above, by using the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2) as a donor material, the characteristics of the photoelectric conversion device can be improved.

(ポルフィリン誘導体の合成方法)
上記(化学式1)のポルフィリン誘導体は、以下の(反応式1)に示すように、ポルフィリン誘導体P1(前駆体P1、中間体P1とも言う)と、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)と、DPP-Brとの化学反応により合成することができる。
(Synthesis method of porphyrin derivative)
As shown in the following (reaction formula 1), the porphyrin derivative of the above (chemical formula 1) includes a porphyrin derivative P1 (also referred to as a precursor P1 or an intermediate P1), tetrabutylammonium fluoride (TBAF), and DPP-. It can be synthesized by a chemical reaction with Br.

Figure 0007062283000025
Figure 0007062283000025

ポルフィリン誘導体P1と、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)との反応により、ポルフィリン誘導体P1のTIPS(Triisopropylsilyl)を脱離させる。そして、薗頭カップリングにより、DPPユニットを導入する。薗頭カップリングは、パラジウム触媒、銅触媒、塩基の作用により末端アルキンとハロゲン化アリールとをクロスカップリングさせてアルキニル化アリールを得る化学反応を言う。 The TIPS (Triisopropylsilyl) of the porphyrin derivative P1 is eliminated by the reaction of the porphyrin derivative P1 with tetrabutylammonium fluoride (TBAF). Then, the DPP unit is introduced by the Sonogashira coupling. Sonogashira coupling refers to a chemical reaction in which a terminal alkyne and an aryl halide are cross-coupled by the action of a palladium catalyst, a copper catalyst, and a base to obtain an aryl halide.

TIPSの脱離反応の際の溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン[THF]や水(HO)などが用いられる。薗頭カップリングの際には、溶媒として、例えば、テトラヒドロフラン[THF]やトリエチルアミン[NEt]などが用いられ、触媒として、パラジウム触媒、銅触媒、塩基、例えば、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[Pd(dba)]、ヨウ化銅(I)[CuI]、トリフェニルホスフィン[PPh]などが用いられる。 As the solvent for the elimination reaction of TIPS, for example, tetrahydrofuran [THF], water ( H2O ) or the like is used. In the case of Sonogashira coupling, for example, tetrahydrofuran [THF] or triethylamine [NET 3 ] is used as the solvent, and the catalyst is a palladium catalyst, a copper catalyst, a base, for example, tris (dibenzylideneacetone) dipalladium. (0) [Pd 2 (dba) 3 ], copper (I) iodide [CuI], triphenylphosphine [PPh 3 ] and the like are used.

上記(化学式2)のポルフィリン誘導体は、以下の(反応式2)に示すように、ポルフィリン誘導体P2(前駆体P2、中間体P2とも言う)と、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)と、DPP-Brとの化学反応により合成することができる。反応機構は、上記(化学式1)の場合と同様である。 As shown in the following (reaction formula 2), the porphyrin derivative of the above (chemical formula 2) includes porphyrin derivative P2 (also referred to as precursor P2 or intermediate P2), tetrabutylammonium fluoride (TBAF), and DPP-. It can be synthesized by a chemical reaction with Br. The reaction mechanism is the same as in the case of the above (chemical formula 1).

Figure 0007062283000026
Figure 0007062283000026

(光電変換装置の製造方法)
光電変化装置(有機薄膜太陽電池)の製造方法の一例について以下に説明する。図2は、本実施の形態の光電変化装置の製造工程を示す断面図である。
(Manufacturing method of photoelectric conversion device)
An example of a method for manufacturing a photoelectric change device (organic thin film solar cell) will be described below. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the photoelectric change device of the present embodiment.

図2(a)に示すように、光透過性の基板SUB上に、第1電極EL1を形成する。例えば、基板SUB上に、導電体層として、ITO(インジウム・スズ酸化物、Indium Tin Oxide)を形成し、パターニングすることにより第1電極EL1を形成する。 As shown in FIG. 2A, the first electrode EL1 is formed on the light-transmitting substrate SUB. For example, ITO (Indium Tin Oxide) is formed as a conductor layer on the substrate SUB, and the first electrode EL1 is formed by patterning.

次いで、第1電極EL1上にバッファ層BUF1を形成する。例えば、導電性高分子溶液であるPEDOT:PSS水溶液を、基板上に塗布し、乾燥させることによりバッファ層BUF1を形成する。 Next, the buffer layer BUF1 is formed on the first electrode EL1. For example, a buffer layer BUF1 is formed by applying a PEDOT: PSS aqueous solution, which is a conductive polymer solution, onto a substrate and drying it.

次いで、図2(b)に示すように、バッファ層BUF1上に、活性層ALを形成する。まず、活性層の形成用の溶液を調整する。ドナー材料と、アクセプター材料を、溶媒に溶かし、必要に応じて添加剤を加える。添加剤は、例えば、ドナー材料やアクセプター材料の溶解性を高めるために用いられる。この活性層の形成用の溶液を、バッファ層BUF1上に塗布し、乾燥させることにより活性層ALを形成する。この後、必要に応じて、活性層ALに対し、アニール処理(熱処理)を行う。 Next, as shown in FIG. 2B, the active layer AL is formed on the buffer layer BUF1. First, the solution for forming the active layer is prepared. The donor material and acceptor material are dissolved in a solvent and additives are added as needed. Additives are used, for example, to increase the solubility of donor and acceptor materials. The solution for forming the active layer is applied onto the buffer layer BUF1 and dried to form the active layer AL. After that, if necessary, the active layer AL is subjected to an annealing treatment (heat treatment).

次いで、図2(c)に示すように、活性層AL上に、バッファ層BUF2を形成する。例えば、活性層AL上に、バッファ層BUF2として、例えば、カルシウム層を真空蒸着法などを用いて形成する。 Next, as shown in FIG. 2 (c), the buffer layer BUF2 is formed on the active layer AL. For example, a calcium layer is formed on the active layer AL as the buffer layer BUF2 by using, for example, a vacuum vapor deposition method.

次いで、バッファ層BUF2上に、第2電極EL2を形成する。例えば、バッファ層BUF2上に、第2電極EL2用の導電体層として、例えば、アルミニウム層を真空蒸着法などを用いて形成する。 Next, the second electrode EL2 is formed on the buffer layer BUF2. For example, an aluminum layer is formed on the buffer layer BUF2 as a conductor layer for the second electrode EL2 by using, for example, a vacuum vapor deposition method.

ドナー材料としては、上記(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体を用いる。 As the donor material, the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2) is used.

アクセプター材料としては、例えば、フラーレン誘導体を用いる。溶媒としては、例えば、クロロベンゼンなどを用いる。添加剤としては、例えば、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラン[THF]、ピラジン、トリエチルアミン[NEt]、ピリジンなどを用いる。アニール温度としては、100℃~200℃とすることができる。アニール処理を行わなくてもよい。特に、上記(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体においては、前述したとおり、分子間のπ-πスタッキングの向上により、凝縮性(結晶性)が良好であるため、アニール処理を省略することができる。 As the acceptor material, for example, a fullerene derivative is used. As the solvent, for example, chlorobenzene or the like is used. As the additive, for example, ethanol, acetone, tetrahydrofuran [THF], pyrazine, triethylamine [NET 3 ], pyridine and the like are used. The annealing temperature can be 100 ° C to 200 ° C. It is not necessary to perform annealing treatment. In particular, in the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2), as described above, the condensability (crystallinity) is good due to the improvement of π-π stacking between molecules, so the annealing treatment is omitted. can do.

[実施例]
以下、実施例により本実施の形態をさらに詳しく説明するが、本実施の形態は以下に示す実施例に限定されるものではない。
[Example]
Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail by way of examples, but the present embodiment is not limited to the examples shown below.

(実施例1)
本実施例においては、上記(化学式1)に示すポルフィリン誘導体(MgTEPDPPPh)を、以下の(反応式4)に示す化学反応により生成した。
(Example 1)
In this example, the porphyrin derivative (MgTEPDPP 2 Ph 2 ) shown in the above (Chemical formula 1) was produced by the chemical reaction shown in the following (Reaction formula 4).

Figure 0007062283000027
Figure 0007062283000027

窒素雰囲気下で、30mLシュレンクに、ポルフィリン誘導体P1(前駆体P1、中間体P1とも言う)を35.7mgと、テトラヒドロフラン[THF]を2mLと、を入れ、さらに、1mol/Lのテトラブチルアンモニウムフルオリド[TBAF]を0.25mLと、水(HO)を0.3mLとを加え、室温(25℃程度)で1時間撹拌した。塩化メチレンと水で抽出処理したものを、カニューラで20mL、二口フラスコに移し、さらにDPP前駆体[DPP-Br]を30.2mgと、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[Pd(dba)]を1.14mgと、トリフェニルホスフィン[PPh]を6.56mgと、ヨウ化銅(I)[CuI]を0.23mgと、トリエチルアミン[NEt]を3mLと、テトラヒドロフラン[THF]を7mLとを加え、85℃で30分加熱撹拌した。粗生成物は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて原点除去をしたのち、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いて精製し、30.0mgの生成物1を得た。生成物1の収率は、74%であった。この収率は、ポルフィリン誘導体P1と生成物1のモル数の比率から求めた。 Under a nitrogen atmosphere, 35.7 mg of porphyrin derivative P1 (precursor P1, also referred to as intermediate P1) and 2 mL of tetrahydrofuran [THF] are placed in 30 mL shrenk, and 1 mol / L tetrabutylammonium fluoride is added. 0.25 mL of the derivative [TBAF] and 0.3 mL of water ( H2O ) were added, and the mixture was stirred at room temperature (about 25 ° C.) for 1 hour. Extracted with methylene chloride and water was transferred to a two-necked flask at 20 mL with a cannula, and 30.2 mg of the DPP precursor [DPP-Br] was added to tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) [Pd 2 ]. (Dba) 3 ] was 1.14 mg, triphenylphosphine [PPh 3 ] was 6.56 mg, copper (I) iodide [CuI] was 0.23 mg, triethylamine [NEt 3 ] was 3 mL, and tetrahydrofuran [ THF] was added with 7 mL, and the mixture was heated and stirred at 85 ° C. for 30 minutes. The crude product was removed from the origin by silica gel column chromatography and then purified by GPC (gel permeation chromatography) to obtain 30.0 mg of product 1. The yield of product 1 was 74%. This yield was determined from the ratio of the number of moles of the porphyrin derivative P1 and the product 1.

(検証)
上記工程により得られた生成物1が、上記(化学式1)に示すポルフィリン誘導体であることを以下のとおり検証した。
(inspection)
It was verified as follows that the product 1 obtained by the above step was a porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 1).

図3は、生成物1のHNMRスペクトルであり、図4は、生成物1の13CNMRスペクトルである。図5は、生成物1のCOSYスペクトルである。図6は、生成物1のMSスペクトルである。NMRスペクトルにおいて、縦軸はプロトンシグナルの相対強度を示し、横軸は化学シフト(δ)値を示す。 FIG. 3 is a 1 HNMR spectrum of product 1 and FIG. 4 is a 13 CNMR spectrum of product 1. FIG. 5 is a COSY spectrum of product 1. FIG. 6 is an MS spectrum of product 1. In the NMR spectrum, the vertical axis shows the relative intensity of the proton signal, and the horizontal axis shows the chemical shift (δ) value.

図3、図4に示すNMRスペクトルから、生成物1が、上記(化学式1)に示すポルフィリン誘導体であることが確認できる。また、図5に示す生成物1のCOSYスペクトルからも生成物1が、上記(化学式1)に示すポルフィリン誘導体であることが裏付けられる。また、図6に示す生成物1のMSスペクトルから得られた、生成物1の分子量(found)は、1624.6248であり、上記(化学式1)の分子量(計算値、calcd)1624.6288と十分一致している。 From the NMR spectra shown in FIGS. 3 and 4, it can be confirmed that the product 1 is the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 1). Further, the COSY spectrum of the product 1 shown in FIG. 5 also confirms that the product 1 is the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 1). The molecular weight (found) of product 1 obtained from the MS spectrum of product 1 shown in FIG. 6 is 1624.6248, which is the molecular weight (calcd) 1624.6288 of the above (Chemical formula 1). It is a good match.

このように、上記(化学式1)に示すポルフィリン誘導体(MgTEPDPPPh)の合成に成功した。 As described above, the porphyrin derivative (MgTEPDPP 2 Ph 2 ) represented by the above (chemical formula 1) was successfully synthesized.

(実施例2)
本実施例においては、上記(化学式2)に示すポルフィリン誘導体(MgTEPDPP(4-n-hexyl-C)を、以下の(反応式5)に示す化学反応により生成した。
(Example 2)
In this example, the porphyrin derivative (MgTEPDPP 2 (4-n-hexyl-C 6 H 4 ) 2 ) shown in the above (Chemical formula 2) was produced by the chemical reaction shown in the following (Reaction formula 5).

Figure 0007062283000028
Figure 0007062283000028

窒素雰囲気下で、30mLシュレンクに、ポルフィリン誘導体P2(前駆体P2、中間体P2とも言う)を15.9mgと、テトラヒドロフラン[THF]を1.2mLと、を入れ、さらに、1mol/Lのテトラブチルアンモニウムフルオリド[TBAF]を0.15mLと、水(HO)を0.18mLとを加え、室温(25℃程度)で1時間撹拌した。塩化メチレンと水で抽出処理したものを、カニューラで20mL、二口フラスコに移し、さらにDPP前駆体[DPP-Br]を18.1mgと、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[Pd(dba)]を0.69mgと、トリフェニルホスフィン[PPh]を3.93mgと、ヨウ化銅(I)[CuI]を0.14mgと、トリエチルアミン[NEt]を1.8mLと、テトラヒドロフラン[THF]を4.2mLとを加え、85℃で1時間加熱撹拌した。粗生成物は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて原点除去をした後、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いて精製し、20.0mgの生成物2を得た。生成物2の収率は、74%であった。 Under a nitrogen atmosphere, 15.9 mg of porphyrin derivative P2 (precursor P2, also referred to as intermediate P2) and 1.2 mL of tetrahydrofuran [THF] were added to 30 mL shrenk, and 1 mol / L tetrabutyl was added. 0.15 mL of ammonium fluoride [TBAF] and 0.18 mL of water ( H2O ) were added, and the mixture was stirred at room temperature (about 25 ° C.) for 1 hour. Extracted with methylene chloride and water was transferred to a two-necked flask with 20 mL using a cannula, and 18.1 mg of the DPP precursor [DPP-Br] and tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) [Pd 2 ] were added. (Dba) 3 ] was 0.69 mg, triphenylphosphine [PPh 3 ] was 3.93 mg, copper (I) iodide [CuI] was 0.14 mg, and triethylamine [NEt 3 ] was 1.8 mL. 4.2 mL of tetrahydrofuran [THF] was added, and the mixture was heated and stirred at 85 ° C. for 1 hour. The crude product was purified from the origin using silica gel column chromatography and then purified by GPC (gel permeation chromatography) to obtain 20.0 mg of product 2. The yield of product 2 was 74%.

(検証)
上記工程により得られた生成物2が、上記(化学式2)に示すポルフィリン誘導体であることを以下のとおり検証した。
(inspection)
It was verified as follows that the product 2 obtained by the above step was a porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 2).

図7は、生成物2のHNMRスペクトルであり、図8は、生成物2の13CNMRスペクトルである。図9は、生成物2のMSスペクトルである。 FIG. 7 is a 1 HNMR spectrum of product 2, and FIG. 8 is a 13 CNMR spectrum of product 2. FIG. 9 is an MS spectrum of product 2.

図7、図8に示すNMRスペクトルから、生成物2が、上記(化学式2)に示すポルフィリン誘導体であることが確認できる。また、図9に示す生成物2のMSスペクトルから得られた、生成物2の分子量(found)は、1792.8146であり、上記(化学式2)の分子量(計算値、calcd)1792.8166と十分一致している。 From the NMR spectra shown in FIGS. 7 and 8, it can be confirmed that the product 2 is the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 2). Further, the molecular weight (found) of the product 2 obtained from the MS spectrum of the product 2 shown in FIG. 9 is 1792.8146, and the molecular weight (calcd) of the above (chemical formula 2) is 1792.8166. It is a good match.

このように、上記(化学式2)に示すポルフィリン誘導体(MgTEPDPP(4-n-hexyl-C)の合成に成功した。 As described above, the porphyrin derivative (MgTEPDPP 2 ( 4 -n-hexyl-C 6 H4) 2 ) represented by the above (Chemical Formula 2) was successfully synthesized.

(実施例3)
実施例1および実施例2に示す工程により得られた生成物1、生成物2の紫外可視吸収スペクトルを測定した。図10は、生成物1(MgTEPDPPPh)の紫外可視吸収スペクトルであり、図11は、生成物2(MgTEPDPP2(4-n-hexyl-C)の紫外可視吸収スペクトルである。横軸は波長(Wavelength,nm)を示し、縦軸はモル吸光係数εである。
(Example 3)
The ultraviolet-visible absorption spectra of products 1 and 2 obtained by the steps shown in Examples 1 and 2 were measured. FIG. 10 is an ultraviolet-visible absorption spectrum of product 1 (MgTEPDPP 2 Ph 2 ), and FIG. 11 is an ultraviolet-visible absorption spectrum of product 2 (MgTEPDPP 2 (4-n-hexyl-C 6 H 4 ) 2 ). be. The horizontal axis represents the wavelength (Wavelength, nm), and the vertical axis is the molar extinction coefficient ε.

図10に示すように、生成物1(MgTEPDPPPh)は、可視光領域全体において吸収を有することが分かった。また、図11に示すように、生成物2(MgTEPDPP2(4-n-hexyl-C)においても、可視光領域全体において吸収を有することが分かった。このような可視光領域における吸収は、DPPユニットの導入によるものと考えられる。また、分子内のπ共役の広がりによりバンドギャップが狭くなり、長波長側に吸収がシフトする傾向が見られる。 As shown in FIG. 10, product 1 (MgTEPDPP 2 Ph 2 ) was found to have absorption over the entire visible light region. Further, as shown in FIG. 11, it was found that the product 2 (MgTEPDPP2 ( 4 -n-hexyl-C 6 H4) 2 ) also had absorption in the entire visible light region. It is considered that such absorption in the visible light region is due to the introduction of the DPP unit. In addition, the bandgap narrows due to the spread of π-conjugation in the molecule, and there is a tendency for absorption to shift to the long wavelength side.

(実施例4)
実施例1および実施例2に示す工程により得られた生成物1、生成物2をドナー材料として、デバイス(光電変換装置、光電変換素子)を作製し、評価した。
(Example 4)
Devices (photoelectric conversion device, photoelectric conversion element) were prepared and evaluated using the products 1 and 2 obtained by the steps shown in Examples 1 and 2 as donor materials.

パターニングされたITO膜(第1電極)が形成されたガラス製の基板(ジオマテック製FLAT ITO)を準備し、洗浄液、純水、アセトン、IPA(イソプロピルアルコール)を用いてそれぞれ15分間超音波洗浄を行った。基板を風乾させUV/O照射を15分行った。次いで、基板上に、導電性高分子溶液であるPEDOT:PSS水溶液(Clevious製 Al4083)を40nmの膜厚でスピンコートし、不要部分を拭き取り、空気下で120℃で10分間加熱乾燥させることによりバッファ層を形成した。次いで、基板を窒素充填されたグローブボックスへと導入した。グローブボックス内の水や酸素の濃度は、0.1ppm未満である。 A glass substrate (FLAT ITO manufactured by Geomatec) on which a patterned ITO film (first electrode) is formed is prepared, and ultrasonically cleaned with a cleaning solution, pure water, acetone, and IPA (isopropyl alcohol) for 15 minutes each. gone. The substrate was air - dried and UV / O3 irradiation was performed for 15 minutes. Next, a conductive polymer solution PEDOT: PSS aqueous solution (Al4083 manufactured by Clevious) was spin-coated on the substrate to a film thickness of 40 nm, unnecessary parts were wiped off, and the mixture was heated and dried at 120 ° C. for 10 minutes under air. A buffer layer was formed. The substrate was then introduced into a nitrogen-filled glove box. The concentration of water and oxygen in the glove box is less than 0.1 ppm.

活性層の形成用の溶液を調整した。調液は、水や酸素の濃度が、0.1ppm未満である窒素充填グローブボックス内で行った。ドナー材料である実施例1に示す工程により得られた生成物1と、アクセプター材料であるフラーレン誘導体と、の混合物に、溶媒として、ドナー材料の量に対して10mg/mlの割合でクロロベンゼンを加え、さらに、添加剤を加え、グローブボックス中において、60℃で加熱撹拌し、ドナー材料およびアクセプター材料を溶媒に溶解させ、活性層の形成用の溶液を得た。 The solution for forming the active layer was prepared. The liquid preparation was performed in a nitrogen-filled glove box in which the concentration of water or oxygen was less than 0.1 ppm. To a mixture of the product 1 obtained by the step shown in Example 1 as a donor material and the fullerene derivative as an acceptor material, chlorobenzene was added as a solvent at a ratio of 10 mg / ml to the amount of the donor material. Further, an additive was added, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. in a glove box to dissolve the donor material and the acceptor material in a solvent to obtain a solution for forming an active layer.

この溶液をフィルターろ過後、ろ液をバッファ層上にスピンコートにより塗布し、塗布膜を形成した後、シャーレの中で2時間程度、ゆっくりと乾燥(固化)させることにより、活性層を形成した。次いで、活性層に対し、アニール処理を施した。 After filtering this solution through a filter, the filtrate was applied onto the buffer layer by spin coating to form a coating film, and then slowly dried (solidified) in a petri dish for about 2 hours to form an active layer. .. Next, the active layer was subjected to an annealing treatment.

その後、活性層上に、バッファ層として、カルシウム層を20nmの膜厚で、真空蒸着機を用いて形成した後、バッファ層上に、第2電極として、アルミニウム層を80nm程度の膜厚で、真空蒸着機を用いて形成した。 Then, a calcium layer was formed on the active layer as a buffer layer with a thickness of about 20 nm using a vacuum vapor deposition machine, and then an aluminum layer was formed on the buffer layer as a second electrode with a thickness of about 80 nm. It was formed using a vacuum vapor deposition machine.

以上の工程により、光電変換装置を作製した。作製した光電変換装置を、ソーラーシミュレータを用い1SUNの光を照射し、変換効率(光電変換効率)の測定を行った。 A photoelectric conversion device was manufactured by the above steps. The produced photoelectric conversion device was irradiated with 1 SUN of light using a solar simulator, and the conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) was measured.

上記光電変換装置の作製工程において、フラーレン誘導体、添加剤、アニール温度の条件を表1に示す組み合わせで変えて、No.1~No.23に示すデバイスを作製した。フラーレン誘導体であるPC61BMは、フラーレンC60の誘導体である[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl esterである。また、PC71BMは、フラーレンC70の誘導体である[6,6]-Phenyl C71 butyric acid methyl esterである。アニールの欄において、「-」の表示は、アニール処理を行っていないことを意味する。また、添加剤の欄において、「-」の表示は、添加剤を使用していないことを意味する。 In the manufacturing process of the photoelectric conversion device, the conditions of the fullerene derivative, the additive, and the annealing temperature were changed according to the combinations shown in Table 1 to obtain No. 1 to No. The device shown in 23 was manufactured. The fullerene derivative PC 61 BM is a derivative of fullerene C 60 [6,6] -Phenyl C 61 butyric acid methyl ester. Further, PC 71 BM is a derivative of fullerene C 70 [6,6] -Phenyl C 71 butyric acid methyl ester. In the annealing column, the indication of "-" means that the annealing treatment has not been performed. Further, in the column of additives, the indication of "-" means that no additive is used.

変換効率PCE(%)は、開放電圧(Voc)と、短絡電流密度(Jsc)と、フィルファクター(FF)の積(PCE=Voc×Jsc×FF)から求めた。結果を、表1に示す。 The conversion efficiency PCE (%) was obtained from the product of the open circuit voltage (Voc), the short circuit current density (Jsc), and the fill factor (FF) (PCE = Voc × Jsc × FF). The results are shown in Table 1.

また、ドナー材料を生成物1から実施例2に示す工程により得られた生成物2とし、フラーレン誘導体、添加剤、アニール温度の条件を表2に示す組み合わせで変えて、No.24~No.29に示す光電変換装置(デバイス)を作製し、変換効率を求めた。結果を、表2に示す。 Further, the donor material was changed from the product 1 to the product 2 obtained by the step shown in Example 2, and the conditions of the fullerene derivative, the additive and the annealing temperature were changed by the combination shown in Table 2 to obtain No. 24-No. The photoelectric conversion device (device) shown in 29 was manufactured, and the conversion efficiency was determined. The results are shown in Table 2.

Figure 0007062283000029
Figure 0007062283000029

Figure 0007062283000030
Figure 0007062283000030

(考察)
表1、表2に示すように、実施例1および実施例2に示す工程により得られた生成物1、生成物2、即ち、以下の(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体をドナー材料として用いることで、変換効率が0.08%~4.71%の光電変換装置(デバイス)を得ることができた。
(Discussion)
As shown in Tables 1 and 2, the product 1 and the product 2, that is, the porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2), obtained by the steps shown in Examples 1 and 2 are used. By using it as a donor material, it was possible to obtain a photoelectric conversion device (device) having a conversion efficiency of 0.08% to 4.71%.

Figure 0007062283000031
Figure 0007062283000031

Figure 0007062283000032
Figure 0007062283000032

(化学式1)に示すポルフィリン誘導体を用いた場合の最高変換効率は、4.34%であり、(化学式2)に示すポルフィリン誘導体を用いた場合の最高変換効率は、4.71%であった。(化学式2)に示すポルフィリン誘導体は、溶媒に対する溶解性が高く、この点が変換効率の上昇に結びついた可能性がある。 The maximum conversion efficiency when the porphyrin derivative represented by (Chemical formula 1) was used was 4.34%, and the maximum conversion efficiency when the porphyrin derivative represented by (Chemical formula 2) was used was 4.71%. .. The porphyrin derivative represented by (Chemical Formula 2) has high solubility in a solvent, and this point may have led to an increase in conversion efficiency.

また、添加剤として、ピリジンを用いたデバイスの変換効率が高い傾向にあった。ピリジンの添加により溶解性が向上し、変換効率の上昇に結びついた可能性ある。 In addition, the conversion efficiency of devices using pyridine as an additive tends to be high. It is possible that the addition of pyridine improved the solubility and led to an increase in conversion efficiency.

また、アニール温度が200℃と高い場合には、変換効率の低下が見られた。これは、加熱により、ポルフィリン誘導体の凝縮性(結晶性)が高まりすぎ、結果として、変換効率が低下した可能性ある。 Further, when the annealing temperature was as high as 200 ° C., a decrease in conversion efficiency was observed. This is because the condensability (crystallinity) of the porphyrin derivative may have increased too much due to heating, and as a result, the conversion efficiency may have decreased.

前述したように、本実施の形態の活性層ALは、ドナー材料DOとアクセプター材料ACとが混合された状態で存在する層である(図1参照)。ドナー材料DOとアクセプター材料ACは、それぞれ、凝縮(結晶化)し粒子となり、程よく相分離することでキャリアネットワークを形成する。高温アニールにより、ポルフィリン誘導体の凝縮性(結晶性)が高まり、粒子が大きくなりすぎ、その結果として、p-n接合界面となる粒界の面積が低下や、電荷移動度の低下により、変換効率が低下したと考えられる。 As described above, the active layer AL of the present embodiment is a layer existing in a state where the donor material DO and the acceptor material AC are mixed (see FIG. 1). The donor material DO and the acceptor material AC each condense (crystallize) into particles, and form a carrier network by moderately separating the phases. Due to the high temperature annealing, the condensability (crystallinity) of the porphyrin derivative is increased and the particles become too large. Is considered to have decreased.

前述したように、上記(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体においては、分子間のπ-πスタッキングの向上により、凝縮性(結晶性)が良好であるため、アニール処理をしていないデバイスにおいても高い変換効率が得られている。例えば、アニール温度としては、150℃未満が好ましく、100℃以下がより好ましい。 As described above, the porphyrin derivative represented by (Chemical Formula 1) or (Chemical Formula 2) is annealed because it has good condensability (crystallinity) due to the improvement of π-π stacking between molecules. High conversion efficiency is obtained even in devices that do not have it. For example, the annealing temperature is preferably less than 150 ° C, more preferably 100 ° C or lower.

また、フラーレン誘導体としては、PC61BMよりPC71BMを用いたデバイスにおいても変換効率が高い傾向が見られた。 Further, as the fullerene derivative, the conversion efficiency tended to be higher in the device using the PC 71 BM than in the device using the PC 61 BM.

(実施の形態2)
本実施の形態においては、上記(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体の合成原料について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, the synthetic raw material of the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2) will be described.

(1)まず、実施例1において、(反応式4)を参照しながら説明した、ポルフィリン誘導体P1(前駆体P1、中間体P1とも言う)の合成について説明する。 (1) First, in Example 1, the synthesis of the porphyrin derivative P1 (also referred to as precursor P1 or intermediate P1) described with reference to (reaction formula 4) will be described.

Figure 0007062283000033
Figure 0007062283000033

このポルフィリン誘導体P1は、例えば、以下の(反応式6)に示す化学反応により生成することができる。 This porphyrin derivative P1 can be produced, for example, by a chemical reaction shown in the following (reaction formula 6).

Figure 0007062283000034
Figure 0007062283000034

(反応式6)に示すように、ポルフィリン誘導体P3(前駆体P3、中間体P3とも言う)と、反応物質であるフェニルアセチレンとを用い、薗頭カップリングにより、ポルフィリン誘導体P1を合成することができる。溶媒としては、トルエン、トリエチルアミン[NEt]、ピリジンを用い、80℃、3時間の反応を行う。 As shown in (Reaction Formula 6), a porphyrin derivative P1 can be synthesized by Sonogashira coupling using a porphyrin derivative P3 (also referred to as a precursor P3 or an intermediate P3) and phenylacetylene which is a reactant. can. Toluene, triethylamine [NEt 3 ], and pyridine are used as a solvent, and the reaction is carried out at 80 ° C. for 3 hours.

(2)次いで、ポルフィリン誘導体P3(前駆体P3、中間体P3とも言う)の合成について説明する。上記ポルフィリン誘導体P3は、例えば、以下の(反応式7)に示す化学反応により生成することができる。 (2) Next, the synthesis of the porphyrin derivative P3 (also referred to as precursor P3 or intermediate P3) will be described. The porphyrin derivative P3 can be produced, for example, by a chemical reaction shown in the following (reaction formula 7).

Figure 0007062283000035
Figure 0007062283000035

(反応式7)に示すように、原料MTであるTIPSアセチレンからの4ステップの反応を経て、上記ポルフィリン誘導体P3を合成することができる。第1ステップ(St1)は、アセチレン末端をアルデヒドに変更する工程であり、第2ステップ(St2)は、ポルフィリン環骨格を形成する工程である。また、第3ステップ(St3)は、マグネシウムを挿入する工程であり、第4ステップ(St4)は、ジブロモ化の工程である。 As shown in (Reaction equation 7), the porphyrin derivative P3 can be synthesized through a 4-step reaction from TIPS acetylene, which is a raw material MT. The first step (St1) is a step of changing the acetylene terminal to an aldehyde, and the second step (St2) is a step of forming a porphyrin ring skeleton. The third step (St3) is a step of inserting magnesium, and the fourth step (St4) is a step of dibromoization.

(3)次いで、実施例2において、(反応式5)を参照しながら説明した、ポルフィリン誘導体P2(前駆体P2、中間体P2とも言う)の合成について説明する。 (3) Next, in Example 2, the synthesis of the porphyrin derivative P2 (also referred to as precursor P2 or intermediate P2) described with reference to (Reaction equation 5) will be described.

Figure 0007062283000036
Figure 0007062283000036

このポルフィリン誘導体P2(前駆体P2、中間体P2とも言う)は、上記(反応式6)の反応物質であるフェニルアセチレンを、4-ヘキシルフェニルアセチレンに代えることにより合成することができる。 This porphyrin derivative P2 (also referred to as precursor P2 or intermediate P2) can be synthesized by substituting phenylacetylene, which is the reactant of the above (reaction formula 6), with 4-hexylphenylacetylene.

このように、ポルフィリン誘導体の合成原料を予め化学修飾することにより、ドナー材料となるポルフィリン誘導体に更なる機能を持たせることができる。 As described above, by chemically modifying the synthetic raw material of the porphyrin derivative in advance, the porphyrin derivative as the donor material can be given a further function.

即ち、ドナー材料として、以下の(一般式1)に示すポルフィリン誘導体を用いることで、光電変換装置の更なる特性向上を図ることができる。 That is, by using the porphyrin derivative represented by the following (general formula 1) as the donor material, the characteristics of the photoelectric conversion device can be further improved.

Figure 0007062283000037
Figure 0007062283000037

上記一般式のRとしては、例えば、表3に示すR1~R7が例示される。上記(化学式1)に示すポルフィリン誘導体の場合、Rは、R1として示す、-Hとなり、反応物質Xは、フェニルアセチレンである。また、上記(化学式2)に示すポルフィリン誘導体の場合、Rは、“R2”の欄に示すように、-(CHCHとなり、反応物質は、“X”の欄に示す物質である。この他、表3に示す反応物質Xを用いることで、R3~R7に示す基を導入することができる。 As R of the above general formula, for example, R1 to R7 shown in Table 3 are exemplified. In the case of the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 1), R is −H, which is shown as R1, and the reactant X is phenylacetylene. Further, in the case of the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 2), R becomes − (CH 2 ) 5 CH 3 as shown in the column of “R2”, and the reactant is the substance shown in the column of “X”. be. In addition, the groups shown in R3 to R7 can be introduced by using the reactant X shown in Table 3.

Figure 0007062283000038
Figure 0007062283000038

このように、上記(一般式1)に示すポルフィリン誘導体をドナー材料として用いることにより、光電変換装置の特性を向上(電荷移動度や励起寿命の向上)を図ることができる。また、Rとして、種々の基を導入することにより、物性の調整を図ることができる。 As described above, by using the porphyrin derivative represented by the above (general formula 1) as a donor material, the characteristics of the photoelectric conversion device can be improved (charge mobility and excitation lifetime can be improved). Further, by introducing various groups as R, the physical properties can be adjusted.

ここで、上記(一般式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(反応式3)に示す、ポルフィリン誘導体とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体とDPP-Brとの第2反応により生成される。 Here, the porphyrin derivative represented by the above (general formula 1) is desorbed from the TIPS group of the porphyrin derivative by the first reaction of the porphyrin derivative and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (reaction formula 3). After that, it is produced by a second reaction between the porphyrin derivative from which the TIPS group has been removed and DPP-Br.

Figure 0007062283000039
Figure 0007062283000039

(実施の形態3)
本実施の形態においては、ロールツーロールと呼ばれる連続塗布法を用いた光電変換装置の製造方法について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a method of manufacturing a photoelectric conversion device using a continuous coating method called roll-to-roll will be described.

図12は、本実施の形態の光電変換装置の製造工程を示す断面図である。図12に示すように、フレキシブル基板10が、ローラ11からローラ12に水平搬送されている。このフレキシブル基板10上には、連続塗布法などを用いて、第1電極やバッファ層(図示せず)が予め形成されている。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the photoelectric conversion device of the present embodiment. As shown in FIG. 12, the flexible substrate 10 is horizontally conveyed from the roller 11 to the roller 12. A first electrode and a buffer layer (not shown) are preliminarily formed on the flexible substrate 10 by using a continuous coating method or the like.

そして、ローラ間において、スリットコーター13から活性層の形成用の溶液(例えば、実施例1、実施例2で説明した溶液)が塗布され、塗布膜は円筒状のヒータ14によりアニール処理される。これにより、活性層ALがフレキシブル基板10上に形成され、ローラ12に巻き取られる。 Then, between the rollers, a solution for forming the active layer (for example, the solution described in Examples 1 and 2) is applied from the slit coater 13, and the coating film is annealed by the cylindrical heater 14. As a result, the active layer AL is formed on the flexible substrate 10 and is wound around the roller 12.

この後、活性層AL上に、バッファ層や第2電極が、連続塗布法などを用いて形成される。 After that, a buffer layer and a second electrode are formed on the active layer AL by using a continuous coating method or the like.

このように、実施の形態1、2で説明した上記(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体を用いた活性層は、連続塗布法により形成することが可能であり、デバイス製造コストの低コスト化が可能であり、さらに、活性層の大面積化にも容易に対応することができる。 As described above, the active layer using the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2) described in the first and second embodiments can be formed by a continuous coating method, and the device manufacturing cost can be reduced. The cost can be reduced, and the area of the active layer can be easily increased.

また、前述したように、上記(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体においては、凝縮性(結晶性)が良好であるため、アニール処理を省略することができるため、さらに、短工程、低コストで光電変換装置を製造することが可能となる。 Further, as described above, the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2) has good condensability (crystallinity), so that the annealing treatment can be omitted, and thus a shorter step. , It becomes possible to manufacture a photoelectric conversion device at low cost.

(実施の形態4)
本実施の形態においては、実施の形態1で説明した(化学式2)のポルフィリン誘導体をドナー材料として用いたデバイス(光電変換装置、光電変換素子)について、実施例に基づき説明する。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, a device (photoelectric conversion device, photoelectric conversion element) using the porphyrin derivative of (Chemical Formula 2) described in the first embodiment as a donor material will be described based on Examples.

[実施例]
(実施例A)
実施例2に示す工程により得られた生成物2をドナー材料として、デバイス(光電変換装置、光電変換素子)を作製し、評価した。
[Example]
(Example A)
A device (photoelectric conversion device, photoelectric conversion element) was produced and evaluated using the product 2 obtained by the step shown in Example 2 as a donor material.

パターニングされたITO膜(第1電極)が形成されたガラス製の基板(ジオマテック製FLAT ITO)を準備し、洗浄液、純水、アセトン、IPA(イソプロピルアルコール)を用いてそれぞれ15分間超音波洗浄を行った。基板を風乾させUV/O照射を15分行った。次いで、基板上に、導電性高分子溶液であるPEDOT:PSS水溶液(Clevious製 Al4083)を40nmの膜厚でスピンコートし、不要部分を拭き取り、空気下で120℃で10分間加熱乾燥させることによりバッファ層を形成した。次いで、基板を窒素充填されたグローブボックスへと導入した。グローブボックス内の水や酸素の濃度は、0.1ppm未満である。 A glass substrate (FLAT ITO manufactured by Geomatec) on which a patterned ITO film (first electrode) is formed is prepared, and ultrasonically cleaned with a cleaning solution, pure water, acetone, and IPA (isopropyl alcohol) for 15 minutes each. gone. The substrate was air - dried and UV / O3 irradiation was performed for 15 minutes. Next, a conductive polymer solution PEDOT: PSS aqueous solution (Al4083 manufactured by Clevious) was spin-coated on the substrate to a film thickness of 40 nm, unnecessary parts were wiped off, and the mixture was heated and dried at 120 ° C. for 10 minutes under air. A buffer layer was formed. The substrate was then introduced into a nitrogen-filled glove box. The concentration of water and oxygen in the glove box is less than 0.1 ppm.

活性層の形成用の溶液を調整した。調液は、水や酸素の濃度が、0.1ppm未満である窒素充填グローブボックス内で行った。ドナー材料である実施例2に示す工程により得られた生成物2と、アクセプター材料であるフラーレン誘導体と、の混合物に、溶媒として、ドナー材料の量に対して10mg/mlの割合でクロロベンゼンを加え、さらに、添加剤を加え、グローブボックス中において、60℃で加熱撹拌し、ドナー材料およびアクセプター材料を溶媒に溶解させ、活性層の形成用の溶液を得た。 The solution for forming the active layer was prepared. The liquid preparation was performed in a nitrogen-filled glove box in which the concentration of water or oxygen was less than 0.1 ppm. To a mixture of the product 2 obtained by the step shown in Example 2 as a donor material and the fullerene derivative as an acceptor material, chlorobenzene was added as a solvent at a ratio of 10 mg / ml to the amount of the donor material. Further, an additive was added, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. in a glove box to dissolve the donor material and the acceptor material in a solvent to obtain a solution for forming an active layer.

この溶液を室温まで冷却後、フィルターろ過し、ろ液をバッファ層上にスピンコートにより塗布し、塗布膜を形成した後、シャーレの中で2時間程度、ゆっくりと乾燥(固化)させることにより、活性層を形成した。次いで、活性層に対し、必要に応じてアニール処理を施した。 After cooling this solution to room temperature, filter it, apply the filtrate on the buffer layer by spin coating, form a coating film, and then slowly dry (solidify) it in a petri dish for about 2 hours. An active layer was formed. Then, the active layer was annealed, if necessary.

その後、活性層上に、バッファ層として、カルシウム層を20nmの膜厚で、真空蒸着機を用いて形成した後、バッファ層上に、第2電極として、アルミニウム層を80nm程度の膜厚で、真空蒸着機を用いて形成した。 Then, a calcium layer was formed on the active layer as a buffer layer with a thickness of about 20 nm using a vacuum vapor deposition machine, and then an aluminum layer was formed on the buffer layer as a second electrode with a thickness of about 80 nm. It was formed using a vacuum vapor deposition machine.

以上の工程により、光電変換装置を作製した。作製した光電変換装置を、ソーラーシミュレータを用い1SUNの光を照射し、変換効率(光電変換効率)の測定を行った。 A photoelectric conversion device was manufactured by the above steps. The produced photoelectric conversion device was irradiated with 1 SUN of light using a solar simulator, and the conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) was measured.

上記光電変換装置の作製工程において、フラーレン誘導体、添加剤、アニール温度の条件を表Aに示す。フラーレン誘導体であるPC61BMは、フラーレンC60の誘導体である[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl esterである。アニールの欄において、「-」の表示は、アニール処理を行っていないことを意味する。 Table A shows the conditions of the fullerene derivative, the additive, and the annealing temperature in the manufacturing process of the photoelectric conversion device. The fullerene derivative PC 61 BM is a derivative of fullerene C 60 [6,6] -Phenyl C 61 butyric acid methyl ester. In the annealing column, the indication of "-" means that the annealing treatment has not been performed.

変換効率PCE(%)は、開放電圧(Voc)と、短絡電流密度(Jsc)と、フィルファクター(FF)の積(PCE=Voc×Jsc×FF)から求めた。結果を、表4に示す。 The conversion efficiency PCE (%) was obtained from the product of the open circuit voltage (Voc), the short circuit current density (Jsc), and the fill factor (FF) (PCE = Voc × Jsc × FF). The results are shown in Table 4.

Figure 0007062283000040
Figure 0007062283000040

(考察)
表4に示すように、ドナー材料およびアクセプター材料の混合溶液を室温まで冷却した後、ろ過したろ液を用いることで、変換効率が5.73%の光電変換装置(デバイス)を得ることができた。
(Discussion)
As shown in Table 4, a photoelectric conversion device (device) having a conversion efficiency of 5.73% can be obtained by cooling the mixed solution of the donor material and the acceptor material to room temperature and then using the filtered filtrate. rice field.

本実施例Aは、実施の形態1の実施例4の表2のNo.28の場合と、条件が類似しているが、No.28の場合は、上記混合溶液のろ液の温度が60℃、即ち、熱時ろ過を施したろ液であるのに対し、本実施例Aにおいては、上記混合溶液を室温(25℃)まで冷却した後のろ液である。 This Example A is No. 1 in Table 2 of Example 4 of the first embodiment. The conditions are similar to those of No. 28, but No. In the case of 28, the temperature of the filtrate of the mixed solution is 60 ° C., that is, the filtrate is hot-filtered, whereas in Example A, the filtrate is cooled to room temperature (25 ° C.). It is a filtrate after.

このように、上記混合溶液を室温(25℃)まで冷却した後、フィルターろ過することで、活性層の特性が向上し、変換効率が4.71%から5.73%に上昇したと考えられる。 As described above, it is considered that the characteristics of the active layer were improved and the conversion efficiency was increased from 4.71% to 5.73% by filtering the mixed solution to room temperature (25 ° C.) and then filtering. ..

(実施の形態5)
本実施の形態においては、後述する(化学式1’)または(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体をドナー材料として用いたデバイス(光電変換装置、光電変換素子)について説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, a device (photoelectric conversion device, photoelectric conversion element) using the porphyrin derivative represented by (Chemical formula 1') or (Chemical formula 2') described later as a donor material will be described.

(光電変換装置の構造)
本実施の形態の光電変換装置は、実施の形態1(図1)において説明した光電変換装置と同様の構成とすることができる。本実施の形態の光電変換装置は、第1電極EL1と、第1電極EL1上に設けられた活性層(電荷輸送層とも言う)ALと、活性層AL上に設けられた第2電極EL2と、を有する(図1参照)。
(Structure of photoelectric conversion device)
The photoelectric conversion device of the present embodiment can have the same configuration as the photoelectric conversion device described in the first embodiment (FIG. 1). The photoelectric conversion device of the present embodiment includes a first electrode EL1, an active layer (also referred to as a charge transport layer) AL provided on the first electrode EL1, and a second electrode EL2 provided on the active layer AL. , (See FIG. 1).

第1電極EL1上に設けられた活性層ALは、ドナー材料DOとアクセプター材料ACとが混合された状態で存在する層である。活性層ALは、ドナー材料とアクセプター材料と溶媒(溶剤)との混合液を塗布することにより塗布層を形成した後、この塗布層を乾燥させるなどして固化することにより形成することができる。 The active layer AL provided on the first electrode EL1 is a layer existing in a state where the donor material DO and the acceptor material AC are mixed. The active layer AL can be formed by applying a mixed solution of a donor material, an acceptor material, and a solvent (solvent) to form a coating layer, and then drying and solidifying the coating layer.

なお、第1電極EL1と活性層ALとの間にバッファ層を設けてもよい。また、活性層ALと第2電極EL2との間にバッファ層を設けてもよい。第1電極EL1および第2電極EL2は、導電性材料(導電体)よりなり、第1電極EL1および第2電極EL2の少なくとも一方は、光透過性を有する。基板(支持体)上に、第1電極EL1を設けてもよい。 A buffer layer may be provided between the first electrode EL1 and the active layer AL. Further, a buffer layer may be provided between the active layer AL and the second electrode EL2. The first electrode EL1 and the second electrode EL2 are made of a conductive material (conductor), and at least one of the first electrode EL1 and the second electrode EL2 has light transmission. The first electrode EL1 may be provided on the substrate (support).

基板としては、透明基板を用いることができる。透明基板としては、ガラス基板、プラスチックフィルム(フレキシブル基板)などを用いることができる。第1電極EL1としては、ITO(インジウム・スズ酸化物)やインジウム・亜鉛酸化物などを用いることができる。第2電極EL2としては、アルミニウム、銀などの金属や、この金属を含む合金などが用いられる。アクセプター材料としては、フラーレンやフラーレン誘導体(フラーレン化合物)などを用いることができる。 As the substrate, a transparent substrate can be used. As the transparent substrate, a glass substrate, a plastic film (flexible substrate), or the like can be used. As the first electrode EL1, ITO (indium tin oxide), indium zinc oxide, or the like can be used. As the second electrode EL2, a metal such as aluminum or silver, an alloy containing this metal, or the like is used. As the acceptor material, fullerenes, fullerene derivatives (fullerene compounds) and the like can be used.

(ポルフィリン誘導体)
前述したとおり、本実施の形態においては、ドナー材料として、以下の(化学式1’)または(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体を有する。
(Porphyrin derivative)
As described above, in the present embodiment, the donor material has a porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 1') or (Chemical formula 2').

Figure 0007062283000041
Figure 0007062283000041

この(化学式1’)に示すポルフィリン誘導体は、[5,15-bis(2,5-bis(2-ethyl-hexyl)-3,6-di-thienyl-2-yl-2,5-dihydro-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione-5’-yl-ethynyl)-10,20-bis(phenylethynyl)-porphyrionate]zinc(II)である。これを、“ZnTEPDPPPh”の略号で示す場合がある。 The porphyrin derivative shown in this (chemical formula 1') is [5,15-bis (2,5-bis (2-ethyl-hexyl) -3,6-di-thienyl-2-yl-2,5-dihydro- pyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-dione-5'-yl-ethynyl) -10,20-bis (phenylethynyl) -porphyrionate] zinc (II). This may be indicated by the abbreviation of "ZnTEPDPP 2 Ph 2 ".

Figure 0007062283000042
Figure 0007062283000042

この(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体は、[5,15-bis(2,5-bis(2-ethyl-hexyl)-3,6-di-thienyl-2-yl-2,5-dihydro-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione-5’-yl-ethynyl)-10,20-bis(4-hexyl-phenylethynyl)-porphyrionate]zinc(II)である。これを、“ZnTEPDPP(4-n-hexyl-C”の略号で示す場合がある。 The porphyrin derivative represented by this (chemical formula 2') is [5,15-bis (2,5-bis (2-ethyl-hexyl) -3,6-di-thienyl-2-yl-2,5-dihydro- pyrrolo [3,4-c] pyrrole-1,4-dione-5'-yl-ethynyl) -10,20-bis (4-hexyl-phenylethynyl) -porphyrionate] zinc (II). This may be indicated by the abbreviation of "ZnTEPDPP 2 (4-n-hexyl-C 6 H 4 ) 2 ".

上記ポルフィリン誘導体は、実施の形態1において説明した(化学式1)(化学式2)で示すポルフィリン誘導体の、ポルフィリン骨格の中心金属をMgからZnに代えたものである。 The above-mentioned porphyrin derivative is obtained by replacing the central metal of the porphyrin skeleton of the porphyrin derivative represented by (chemical formula 1) (chemical formula 2) described in the first embodiment with Zn from Mg.

実施の形態1において説明したように、本実施の形態のポルフィリン誘導体も、ポルフィリン骨格に2つのDDP(ジケトピロロピロール、Diketopyrrolopyrrole)ユニットと2つのフェニルユニットとがトランス位置(5位及び15位)に連結されている。そして、これら4つのユニットは、それぞれエチニル架橋を介してポルフィリン骨格に連結させている。上記ポルフィリン誘導体は、π共役系化合物を三重結合を介して連結した化合物とも言える。 As described in the first embodiment, the porphyrin derivative of the present embodiment also has two DDP (Diketopyrrolopyrrole) units and two phenyl units in the porphyrin skeleton at trans positions (positions 5 and 15). Is linked to. Each of these four units is linked to the porphyrin skeleton via an ethynyl crosslink. The porphyrin derivative can be said to be a compound in which a π-conjugated compound is linked via a triple bond.

また、上記ポルフィリン誘導体は、ポルフィリン骨格の中心金属として亜鉛を配位させている。このため、上記ポルフィリン誘導体は、Zn・ポルフィリン・DPP錯体とも言える。 In addition, the above-mentioned porphyrin derivative coordinates zinc as the central metal of the porphyrin skeleton. Therefore, the porphyrin derivative can be said to be a Zn / porphyrin / DPP complex.

また、上記のような構造のポルフィリン誘導体においては、実施の形態1において説明した(化学式1)(化学式2)の場合と同様に、分子内にπ共役が広がり、分子全体が平面状になることから、パッキング構造が安定化する。即ち、分子の積層密度が高まるとともに、分子間のπ-πスタッキングが向上する。このようなポルフィリン誘導体をドナー材料として活性層に用いた場合には、実施の形態1において説明した利点(1)~(3)を有する。 Further, in the porphyrin derivative having the above-mentioned structure, the π-conjugation spreads in the molecule and the entire molecule becomes planar as in the case of (Chemical formula 1) and (Chemical formula 2) described in the first embodiment. Therefore, the packing structure is stabilized. That is, as the stacking density of the molecules increases, the π-π stacking between the molecules improves. When such a porphyrin derivative is used as a donor material in the active layer, it has the advantages (1) to (3) described in the first embodiment.

このように、上記(化学式1’)または(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体をドナー材料として用いることで、光電変換装置の特性の向上を図ることができる。 As described above, by using the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1') or (Chemical formula 2') as the donor material, the characteristics of the photoelectric conversion device can be improved.

(ポルフィリン誘導体の合成方法)
上記(化学式1’)のポルフィリン誘導体は、以下の(反応式1’)に示すように、ポルフィリン誘導体P1’(前駆体P1’、中間体P1’とも言う)と、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)と、DPP-Brとの化学反応により合成することができる。
(Synthesis method of porphyrin derivative)
As shown in the following (reaction formula 1'), the porphyrin derivative of the above (chemical formula 1') includes a porphyrin derivative P1'(also referred to as a precursor P1'and an intermediate P1') and tetrabutylammonium fluoride (TBAF). ) And DPP-Br can be synthesized by a chemical reaction.

Figure 0007062283000043
Figure 0007062283000043

ポルフィリン誘導体P1’と、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)との反応により、ポルフィリン誘導体P1’のTIPS(Triisopropylsilyl)を脱離させる。そして、薗頭カップリングにより、DPPユニットを導入する。薗頭カップリングは、パラジウム触媒、銅触媒、塩基の作用により末端アルキンとハロゲン化アリールとをクロスカップリングさせてアルキニル化アリールを得る化学反応を言う。 The reaction between the porphyrin derivative P1'and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) desorbs TIPS (Triisopropylsilyl) of the porphyrin derivative P1'. Then, the DPP unit is introduced by the Sonogashira coupling. Sonogashira coupling refers to a chemical reaction in which a terminal alkyne and an aryl halide are cross-coupled by the action of a palladium catalyst, a copper catalyst, and a base to obtain an aryl halide.

TIPSの脱離反応の際の溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン[THF]や水(HO)などが用いられる。薗頭カップリングの際には、溶媒として、例えば、テトラヒドロフラン[THF]やトリエチルアミン[NEt]などが用いられ、触媒として、パラジウム触媒、銅触媒、塩基、例えば、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[Pd(dba)]、ヨウ化銅(I)[CuI]、トリフェニルホスフィン[PPh]などが用いられる。 As the solvent for the elimination reaction of TIPS, for example, tetrahydrofuran [THF], water ( H2O ) or the like is used. In the case of Sonogashira coupling, for example, tetrahydrofuran [THF] or triethylamine [NET 3 ] is used as the solvent, and the catalyst is a palladium catalyst, a copper catalyst, a base, for example, tris (dibenzylideneacetone) dipalladium. (0) [Pd 2 (dba) 3 ], copper (I) iodide [CuI], triphenylphosphine [PPh 3 ] and the like are used.

上記(化学式2’)のポルフィリン誘導体は、以下の(反応式2’)に示すように、ポルフィリン誘導体P2’(前駆体P2’、中間体P2’とも言う)と、テトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)と、DPP-Brとの化学反応により合成することができる。反応機構は、上記(化学式1’)の場合と同様である。 The porphyrin derivative of the above (chemical formula 2') is a porphyrin derivative P2'(also referred to as precursor P2', intermediate P2') and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) as shown in the following (reaction formula 2'). ) And DPP-Br can be synthesized by a chemical reaction. The reaction mechanism is the same as in the case of the above (chemical formula 1').

Figure 0007062283000044
Figure 0007062283000044

(光電変換装置の製造方法)
本実施の形態の光電変化装置(有機薄膜太陽電池)は、実施の形態1(図2)において説明した光電変換装置の製造方法により形成することができる。
(Manufacturing method of photoelectric conversion device)
The photoelectric change device (organic thin film solar cell) of the present embodiment can be formed by the manufacturing method of the photoelectric conversion device described in the first embodiment (FIG. 2).

具体的には、実施の形態1において図2を参照しながら説明したように、まず、光透過性の基板SUB上に、第1電極EL1を形成する(図2(a))。次いで、第1電極EL1上にバッファ層BUF1を形成する。次いで、バッファ層BUF1上に、活性層ALを形成する(図2(b))。まず、活性層の形成用の溶液を調整する。ドナー材料と、アクセプター材料を、溶媒に溶かし、必要に応じて添加剤を加える。添加剤は、例えば、ドナー材料やアクセプター材料の溶解性を高めるために用いられる。この活性層の形成用の溶液を、バッファ層BUF1上に塗布し、乾燥させることにより活性層ALを形成する。この後、必要に応じて、活性層ALに対し、アニール処理(熱処理)を行う。次いで、活性層AL上に、バッファ層BUF2を形成する(図2(c))。次いで、バッファ層BUF2上に、第2電極EL2を形成する。なお、各層の材料や形成方法は、実施の形態1の場合と同様の材料や形成方法を用いることができる。 Specifically, as described with reference to FIG. 2 in the first embodiment, first, the first electrode EL1 is formed on the light-transmitting substrate SUB (FIG. 2A). Next, the buffer layer BUF1 is formed on the first electrode EL1. Next, the active layer AL is formed on the buffer layer BUF1 (FIG. 2 (b)). First, the solution for forming the active layer is prepared. The donor material and acceptor material are dissolved in a solvent and additives are added as needed. Additives are used, for example, to increase the solubility of donor and acceptor materials. The solution for forming the active layer is applied onto the buffer layer BUF1 and dried to form the active layer AL. After that, if necessary, the active layer AL is subjected to an annealing treatment (heat treatment). Next, the buffer layer BUF2 is formed on the active layer AL (FIG. 2 (c)). Next, the second electrode EL2 is formed on the buffer layer BUF2. As the material and forming method of each layer, the same material and forming method as in the case of the first embodiment can be used.

ドナー材料としては、上記(化学式1’)または(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体を用いる。 As the donor material, the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1') or (Chemical formula 2') is used.

アクセプター材料としては、例えば、フラーレン誘導体を用いる。溶媒としては、例えば、クロロベンゼンなどを用いる。添加剤としては、例えば、エタノール、アセトン、テトラヒドロフラン[THF]、ピラジン、トリエチルアミン[NEt]、ピリジンなどを用いる。アニール温度としては、100℃~200℃とすることができる。アニール処理を行わなくてもよい。特に、上記(化学式1’)または(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体においては、前述したとおり、分子間のπ-πスタッキングの向上により、凝縮性(結晶性)が良好であるため、アニール処理を省略することができる。 As the acceptor material, for example, a fullerene derivative is used. As the solvent, for example, chlorobenzene or the like is used. As the additive, for example, ethanol, acetone, tetrahydrofuran [THF], pyrazine, triethylamine [NET 3 ], pyridine and the like are used. The annealing temperature can be 100 ° C to 200 ° C. It is not necessary to perform annealing treatment. In particular, in the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1') or (Chemical formula 2'), as described above, the condensability (crystallinity) is good due to the improvement of the π-π stacking between the molecules, so that the annealing treatment is performed. Can be omitted.

[実施例]
以下、実施例により本実施の形態をさらに詳しく説明するが、本実施の形態は以下に示す実施例に限定されるものではない。
[Example]
Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail by way of examples, but the present embodiment is not limited to the examples shown below.

(実施例B)
本実施例においては、上記(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体(ZnTEPDPP(4-n-hexyl-C)を、以下の(反応式5’)に示す化学反応により生成した。
(Example B)
In this example, the porphyrin derivative (ZnTEPDPP 2 (4-n-hexyl-C 6 H 4 ) 2 ) shown in the above (Chemical formula 2') was produced by the chemical reaction shown in the following (Reaction formula 5'). ..

Figure 0007062283000045
Figure 0007062283000045

窒素雰囲気下で、20mLシュレンクに、ポルフィリン誘導体P2’(前駆体P2’、中間体P2’とも言う)を37.6mgと、テトラヒドロフラン[THF]を4mLと、を入れ、さらに、1mol/Lのテトラブチルアンモニウムフルオリド[TBAF]を0.34mLを加え、室温(25℃程度)で30分撹拌した。塩化メチレンと水で抽出処理したものを、カニューラで20mL、二口フラスコに移し、さらにDPP前駆体[DPP-Br]を41.0mgと、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[Pd(dba)]を1.56mgと、トリフェニルホスフィン[PPh]を8.92mgと、ヨウ化銅(I)[CuI]を0.32mgと、トリエチルアミン[NEt]を4.4mLと、テトラヒドロフラン[THF]を9.6mLとを加え、85℃で4時間加熱撹拌した。粗生成物は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて原点除去をした後、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いて精製し、44.9mgの生成物2’を得た。生成物2’の収率は、72%であった。この収率は、ポルフィリン誘導体P2’と生成物2’のモル数の比率から求めた。 Under a nitrogen atmosphere, 37.6 mg of porphyrin derivative P2'(also referred to as precursor P2'and intermediate P2') and 4 mL of tetrahydrofuran [THF] are placed in 20 mL shrenk, and 1 mol / L tetra. 0.34 mL of butylammonium fluoride [TBAF] was added, and the mixture was stirred at room temperature (about 25 ° C.) for 30 minutes. Extracted with methylene chloride and water was transferred to a two-necked flask at 20 mL with a cannula, and 41.0 mg of the DPP precursor [DPP-Br] was added to tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) [Pd 2 ]. (Dba) 3 ] was 1.56 mg, triphenylphosphine [PPh 3 ] was 8.92 mg, copper (I) iodide [CuI] was 0.32 mg, and triethylamine [NEt 3 ] was 4.4 mL. 9.6 mL of tetrahydrofuran [THF] was added, and the mixture was heated and stirred at 85 ° C. for 4 hours. The crude product was removed from the origin by silica gel column chromatography and then purified by GPC (gel permeation chromatography) to obtain 44.9 mg of product 2'. The yield of product 2'was 72%. This yield was determined from the ratio of the number of moles of the porphyrin derivative P2'and the product 2'.

(検証)
上記工程により得られた生成物2’が、上記(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体であることを以下のとおり検証した。
(inspection)
It was verified as follows that the product 2'obtained by the above step was a porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 2').

図13は、生成物2’のHNMRスペクトルである。図13に示すNMRスペクトルから、生成物2’が、上記(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体であることが確認できる。 FIG. 13 is a 1 HNMR spectrum of product 2'. From the NMR spectrum shown in FIG. 13, it can be confirmed that the product 2'is the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 2').

このように、上記(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体(ZnTEPDPP(4-n-hexyl-C)の合成に成功した。 As described above, the porphyrin derivative (ZnTEPDPP 2 ( 4-n-hexyl-C 6H 4 ) 2 ) represented by the above (chemical formula 2') was successfully synthesized.

なお、本実施例においては、(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体の生成を行ったが、前述の(化学式1’)に示すポルフィリン誘導体についても、前述の(反応式1’)に示す化学反応により生成することができる。 In this example, the porphyrin derivative represented by (Chemical formula 2') was produced, but the porphyrin derivative represented by the above-mentioned (Chemical formula 1') also has the chemical reaction shown in the above-mentioned (Reaction formula 1'). Can be generated by.

(実施例C)
実施例Bに示す工程により得られた生成物2’をドナー材料として、デバイス(光電変換装置、光電変換素子)を作製し、評価した。
(Example C)
A device (photoelectric conversion device, photoelectric conversion element) was produced and evaluated using the product 2'obtained by the step shown in Example B as a donor material.

パターニングされたITO膜(第1電極)が形成されたガラス製の基板(ジオマテック製FLAT ITO)を準備し、洗浄液、純水、アセトン、IPA(イソプロピルアルコール)を用いてそれぞれ15分間超音波洗浄を行った。基板を風乾させUV/O照射を15分行った。次いで、基板上に、導電性高分子溶液であるPEDOT:PSS水溶液(Clevious製 Al4083)を40nmの膜厚でスピンコートし、不要部分を拭き取り、空気下で120℃で10分間加熱乾燥させることによりバッファ層を形成した。次いで、基板を窒素充填されたグローブボックスへと導入した。グローブボックス内の水や酸素の濃度は、0.1ppm未満である。 A glass substrate (FLAT ITO manufactured by Geomatec) on which a patterned ITO film (first electrode) is formed is prepared, and ultrasonically cleaned with a cleaning solution, pure water, acetone, and IPA (isopropyl alcohol) for 15 minutes each. gone. The substrate was air - dried and UV / O3 irradiation was performed for 15 minutes. Next, a conductive polymer solution PEDOT: PSS aqueous solution (Al4083 manufactured by Clevious) was spin-coated on the substrate to a film thickness of 40 nm, unnecessary parts were wiped off, and the mixture was heated and dried at 120 ° C. for 10 minutes under air. A buffer layer was formed. The substrate was then introduced into a nitrogen-filled glove box. The concentration of water and oxygen in the glove box is less than 0.1 ppm.

活性層の形成用の溶液を調整した。調液は、水や酸素の濃度が、0.1ppm未満である窒素充填グローブボックス内で行った。ドナー材料である実施例Bに示す工程により得られた生成物2’と、アクセプター材料であるフラーレン誘導体と、の混合物に、溶媒として、ドナー材料の量に対して10mg/mlの割合でクロロベンゼンを加え、さらに、添加剤を加え、グローブボックス中において、60℃で加熱撹拌し、ドナー材料およびアクセプター材料を溶媒に溶解させ、活性層の形成用の溶液を得た。 The solution for forming the active layer was prepared. The liquid preparation was performed in a nitrogen-filled glove box in which the concentration of water or oxygen was less than 0.1 ppm. Chlorobenzene was added to the mixture of the product 2'obtained by the step shown in Example B as the donor material and the fullerene derivative as the acceptor material at a ratio of 10 mg / ml to the amount of the donor material as a solvent. In addition, an additive was further added, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. in a glove box to dissolve the donor material and the acceptor material in a solvent to obtain a solution for forming an active layer.

この溶液をフィルターろ過後、ろ液をバッファ層上にスピンコートにより塗布し、塗布膜を形成した後、シャーレの中で2時間程度、ゆっくりと乾燥(固化)させることにより、活性層を形成した。次いで、活性層に対し、必要に応じてアニール処理を施した。 After filtering this solution through a filter, the filtrate was applied onto the buffer layer by spin coating to form a coating film, and then slowly dried (solidified) in a petri dish for about 2 hours to form an active layer. .. Then, the active layer was annealed, if necessary.

その後、活性層上に、バッファ層として、カルシウム層を20nmの膜厚で、真空蒸着機を用いて形成した後、バッファ層上に、第2電極として、アルミニウム層を80nm程度の膜厚で、真空蒸着機を用いて形成した。 Then, a calcium layer was formed on the active layer as a buffer layer with a thickness of about 20 nm using a vacuum vapor deposition machine, and then an aluminum layer was formed on the buffer layer as a second electrode with a thickness of about 80 nm. It was formed using a vacuum vapor deposition machine.

以上の工程により、光電変換装置を作製した。作製した光電変換装置を、ソーラーシミュレータを用い1SUNの光を照射し、変換効率(光電変換効率)の測定を行った。 A photoelectric conversion device was manufactured by the above steps. The produced photoelectric conversion device was irradiated with 1 SUN of light using a solar simulator, and the conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) was measured.

上記光電変換装置の作製工程において、フラーレン誘導体、添加剤、アニール温度の条件を表Bに示す。フラーレン誘導体であるPC61BMは、フラーレンC60の誘導体である[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl esterである。アニールの欄において、「-」の表示は、アニール処理を行っていないことを意味する。 Table B shows the conditions of the fullerene derivative, the additive, and the annealing temperature in the manufacturing process of the photoelectric conversion device. The fullerene derivative PC 61 BM is a derivative of fullerene C 60 [6,6] -Phenyl C 61 butyric acid methyl ester. In the annealing column, the indication of "-" means that the annealing treatment has not been performed.

変換効率PCE(%)は、開放電圧(Voc)と、短絡電流密度(Jsc)と、フィルファクター(FF)の積(PCE=Voc×Jsc×FF)から求めた。結果を、表5に示す。 The conversion efficiency PCE (%) was obtained from the product of the open circuit voltage (Voc), the short circuit current density (Jsc), and the fill factor (FF) (PCE = Voc × Jsc × FF). The results are shown in Table 5.

Figure 0007062283000046
Figure 0007062283000046

(考察)
表5に示すように、実施例Bに示す工程により得られた生成物2’、即ち、以下の(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体をドナー材料として用いることで、変換効率が0.20%の光電変換装置(デバイス)を得ることができた。
(Discussion)
As shown in Table 5, the conversion efficiency is 0.20% by using the product 2'obtained by the step shown in Example B, that is, the porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 2') as the donor material. The photoelectric conversion device (device) of the above was obtained.

なお、本実施例においては、(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体をドナー材料として用いて光電変換装置を形成したが、前述の(化学式1’)に示すポルフィリン誘導体についても、ドナー材料として用いて光電変換装置を形成することができる。 In this example, the porphyrin derivative represented by (Chemical formula 2') was used as a donor material to form a photoelectric conversion device, but the porphyrin derivative represented by the above-mentioned (Chemical formula 1') was also used as a donor material. A photoelectric conversion device can be formed.

(実施の形態6)
本実施の形態においては、上記(化学式1’)または(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体の合成原料について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, the synthetic raw material of the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1') or (Chemical formula 2') will be described.

(1)まず、上記(反応式1’)の出発原料であるポルフィリン誘導体P1’(前駆体P1’、中間体P1’とも言う)の合成について説明する。 (1) First, the synthesis of the porphyrin derivative P1'(also referred to as precursor P1' or intermediate P1'), which is the starting material of the above (reaction formula 1'), will be described.

このポルフィリン誘導体P1’は、例えば、以下の(反応式A)、(反応式B)および(反応式C)に示す[a]工程~[c]工程により生成することができる。 This porphyrin derivative P1'can be produced, for example, by the steps [a] to [c] shown in the following (reaction formula A), (reaction formula B) and (reaction formula C).

[a]工程

Figure 0007062283000047
[A] Step
Figure 0007062283000047

(反応式A)に示すように、ポルフィリン誘導体P3(前駆体P3、中間体P3とも言う)に、クロロホルム[CHCl]およびトリフルオロ酢酸[TFA]を作用させ、ポルフィリン骨格の中心金属であるMgを引抜く。なお、ポルフィリン誘導体P3は、前述したとおり実施の形態2の(反応式7)に示す化学反応により生成することができる。 As shown in (Reaction Formula A), chloroform [CHCl 3 ] and trifluoroacetic acid [TFA] are allowed to act on the porphyrin derivative P3 (precursor P3, also referred to as intermediate P3), and Mg, which is the central metal of the porphyrin skeleton, is allowed to act. Pull out. The porphyrin derivative P3 can be produced by the chemical reaction shown in (reaction formula 7) of the second embodiment as described above.

[b]工程

Figure 0007062283000048
[B] Step
Figure 0007062283000048

次いで、(反応式B)に示すように、上記(反応式A)の生成物に、クロロホルム[CHCl]および酢酸亜鉛[Zn(OAc)]を作用させ、ポルフィリン骨格の中心に、Znを導入する。これによりポルフィリン誘導体P3のポルフィリン骨格の中心金属であるMgをZnに置換したポルフィリン誘導体P3’を生成することができる。 Then, as shown in (Reaction equation B), chloroform [CHCl 3 ] and zinc acetate [Zn (OAc) 2 ] were allowed to act on the product of (Reaction equation A) above, and Zn was added to the center of the porphyrin skeleton. Introduce. As a result, the porphyrin derivative P3'in which Mg, which is the central metal of the porphyrin skeleton of the porphyrin derivative P3, is replaced with Zn can be produced.

[c]工程

Figure 0007062283000049
[C] Step
Figure 0007062283000049

次いで、(反応式C)に示すように、上記(反応式B)の生成物であるポルフィリン誘導体P3’と、反応物質であるフェニルアセチレンとを用い、薗頭カップリングにより、ポルフィリン誘導体P1’を合成することができる。溶媒としては、トルエン、トリエチルアミン[NEt]、ピリジンを用い、80℃、3時間の反応を行う。 Next, as shown in (Reaction formula C), the porphyrin derivative P3', which is the product of the above (Reaction formula B), and phenylacetylene, which is the reactant, are used to obtain the porphyrin derivative P1'by Sonogashira coupling. Can be synthesized. Toluene, triethylamine [NEt 3 ], and pyridine are used as a solvent, and the reaction is carried out at 80 ° C. for 3 hours.

(2)次いで、上記(反応式5’)の出発原料であるポルフィリン誘導体P2’(前駆体P2’、中間体P2’とも言う)の合成について説明する。 (2) Next, the synthesis of the porphyrin derivative P2'(also referred to as precursor P2' or intermediate P2'), which is the starting material of the above (reaction formula 5'), will be described.

このポルフィリン誘導体P2’(前駆体P2’、中間体P2’とも言う)は、上記(反応式C)の反応物質であるフェニルアセチレンを、4-ヘキシルフェニルアセチレンに代えることにより合成することができる。即ち、上記[c]工程を[c’]工程とすることにより、合成することができる。具体的には、上記(反応式A)、(反応式B)および以下の(反応式C’)よりなる[a]工程~[c’]工程により合成することができる。 The porphyrin derivative P2'(also referred to as precursor P2' or intermediate P2') can be synthesized by substituting phenylacetylene, which is the reactant of the above (reaction formula C), with 4-hexylphenylacetylene. That is, it can be synthesized by setting the above [c] step as the [c'] step. Specifically, it can be synthesized by the steps [a] to [c'] consisting of the above (reaction formula A), (reaction formula B) and the following (reaction formula C').

[c’]工程

Figure 0007062283000050
[C'] step
Figure 0007062283000050

このように、ポルフィリン誘導体の合成原料を予め化学修飾することにより、ドナー材料となるポルフィリン誘導体に更なる機能を持たせることができる。 As described above, by chemically modifying the synthetic raw material of the porphyrin derivative in advance, the porphyrin derivative as the donor material can be given a further function.

即ち、ドナー材料として、以下の(一般式1’)に示すポルフィリン誘導体を用いることで、光電変換装置の更なる特性向上を図ることができる。 That is, by using the porphyrin derivative represented by the following (general formula 1') as the donor material, the characteristics of the photoelectric conversion device can be further improved.

Figure 0007062283000051
Figure 0007062283000051

上記一般式のRとしては、実施の形態1において表3に示したR1~R7が例示される。上記(化学式1’)に示すポルフィリン誘導体の場合、Rは、R1として示す、-Hとなり、反応物質Xは、フェニルアセチレンである。また、上記(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体の場合、Rは、“R2”の欄に示すように、-(CHCHとなり、反応物質は、“X”の欄に示す物質である。この他、表3に示す反応物質Xを用いることで、R3~R7に示す基を導入することができる。 As R of the above general formula, R1 to R7 shown in Table 3 in the first embodiment are exemplified. In the case of the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 1'), R is −H, which is shown as R1, and the reactant X is phenylacetylene. Further, in the case of the porphyrin derivative shown in the above (chemical formula 2'), R becomes − (CH 2 ) 5 CH 3 as shown in the column of “R2”, and the reactant is the substance shown in the column of “X”. Is. In addition, the groups shown in R3 to R7 can be introduced by using the reactant X shown in Table 3.

このように、上記(一般式1’)に示すポルフィリン誘導体をドナー材料として用いることにより、光電変換装置の特性を向上(電荷移動度や励起寿命の向上)を図ることができる。また、Rとして、種々の基を導入することにより、物性の調整を図ることができる。 As described above, by using the porphyrin derivative represented by the above (general formula 1') as a donor material, the characteristics of the photoelectric conversion device can be improved (charge mobility and excitation lifetime can be improved). Further, by introducing various groups as R, the physical properties can be adjusted.

ここで、上記(一般式1’)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(反応式3’)に示す、ポルフィリン誘導体とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体とDPP-Brとの第2反応により生成される。 Here, the porphyrin derivative represented by the above (general formula 1') has the TIPS group of the porphyrin derivative obtained by the first reaction of the porphyrin derivative and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (reaction formula 3'). After desorption, it is produced by a second reaction between the porphyrin derivative from which the TIPS group has been desorbed and DPP-Br.

Figure 0007062283000052
Figure 0007062283000052

(実施例D)
本実施例においては、上記(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体の合成原料を、ポルフィリン誘導体P3から上記(反応式A)、(反応式B)および(反応式C’)に示す[a]工程~[c’]工程により生成した。
(Example D)
In this example, the synthetic raw material of the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 2') is used from the porphyrin derivative P3 in the steps [a] shown in the above (reaction formula A), (reaction formula B) and (reaction formula C'). -Generated by the [c'] step.

[a]工程
窒素雰囲気下で、20mL二口ナスフラスコに、ポルフィリン誘導体P3を90.0mgと、クロロホルム[CHCl]を8mL入れ、さらに、トリフルオロ酢酸[TFA]を42μL加え、室温(25℃程度)で1時間撹拌した。クロロホルムと水で抽出処理した。粗生成物は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて精製し、53.0mgの生成物を得た。この[a]工程の生成物の収率は、59%であった。この収率は、ポルフィリン誘導体P3と生成物のモル数の比率から求めた。
[A] Step In a 20 mL two-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere, 90.0 mg of the porphyrin derivative P3 and 8 mL of chloroform [CHCl 3 ] were added, and 42 μL of trifluoroacetic acid [TFA] was added to room temperature (25 ° C.). Stirred for 1 hour. Extraction treatment was performed with chloroform and water. The crude product was purified using silica gel column chromatography to give 53.0 mg of product. The yield of the product of this step [a] was 59%. This yield was determined from the ratio of the porphyrin derivative P3 to the number of moles of the product.

[b]工程
窒素雰囲気下で、20mL二口ナスフラスコに、[a]工程の生成物(ポルフィリン誘導体)を53.0mgと、クロロホルム[CHCl]を6.13mL入れ、さらに、酢酸亜鉛[Zn(OAc)]69.0mgをメタノール0.55mLに溶かしたものを加え、65℃で2時間撹拌した。粗生成物は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて精製し、50.4mgの生成物(ポルフィリン誘導体P3’)を得た。この[b]工程の生成物の収率は、90%であった。この収率は、[a]工程の生成物とポルフィリン誘導体P3’のモル数の比率から求めた。
[B] Under a nitrogen atmosphere, 53.0 mg of the product (porphyrin derivative) of step [a] and 6.13 mL of chloroform [CHCl 3 ] were placed in a 20 mL two-necked eggplant flask, and zinc acetate [Zn] was further added. (OAc) 2 ] 69.0 mg of the solution dissolved in 0.55 mL of methanol was added, and the mixture was stirred at 65 ° C. for 2 hours. The crude product was purified using silica gel column chromatography to obtain 50.4 mg of the product (porphyrin derivative P3'). The yield of the product of this step [b] was 90%. This yield was determined from the ratio of the number of moles of the product of step [a] to the porphyrin derivative P3'.

[c’]工程
窒素雰囲気下で、50mLシュレンクに、ポルフィリン誘導体P3’を53.3mgと、トルエン19.2mL、トリエチルアミン[NEt]を4.81mL、ピリジン0.6mLを入れ、さらに、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[Pd(dba)]を3.30mgと、トリフェニルホスフィン[PPh]を7.24mgと、ヨウ化銅(I)[CuI]を3.09mgと、1-エチニル-4-ヘキシルベンゼン0.128mLを加え、85℃で30分加熱撹拌した。粗生成物は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーを用いて原点除去をしたのち、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いて精製し、37.7mgの生成物(ポルフィリン誘導体P2’)を得た。ポルフィリン誘導体P2’の収率は、57%であった。ポルフィリン誘導体P3’とポルフィリン誘導体P2’のモル数の比率から求めた。
[C'] Step In a nitrogen atmosphere, 53.3 mg of porphyrin derivative P3', 19.2 mL of toluene, 4.81 mL of triethylamine [NET 3 ] and 0.6 mL of pyridine were added to 50 mL shrenk, and then Tris ( Dibenzylideneacetone) dipalladium (0) [Pd 2 (dba) 3 ] at 3.30 mg, triphenylphosphine [PPh 3 ] at 7.24 mg, and copper iodide (I) [CuI] at 3.09 mg. , 1-Etinyl-4-hexylbenzene 0.128 mL was added, and the mixture was heated and stirred at 85 ° C. for 30 minutes. The crude product was removed from the origin by silica gel column chromatography and then purified by GPC (gel permeation chromatography) to obtain 37.7 mg of product (porphyrin derivative P2'). The yield of the porphyrin derivative P2'was 57%. It was determined from the ratio of the number of moles of the porphyrin derivative P3'and the porphyrin derivative P2'.

このポルフィリン誘導体P2’を用いて、上記実施例Bに示す生成物2’を生成し、上記(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体であることを確認した。 Using this porphyrin derivative P2', the product 2'shown in Example B was produced, and it was confirmed that the porphyrin derivative was shown in the above (chemical formula 2').

なお、ポルフィリン誘導体P3’の製造工程は、上記[a]工程、[b]工程に限られず、例えば、実施の形態2で示した反応式7において、St3のMg化合物(MgBr-OEt)を、Zn化合物とすることで製造してもよい。 The process for producing the porphyrin derivative P3'is not limited to the above steps [a] and [b]. For example, in the reaction formula 7 shown in the second embodiment, the Mg compound (MgBr2 - OEt2 ) of St3 is used. May be produced by using a Zn compound.

(実施の形態7)
本実施の形態においては、ロールツーロールと呼ばれる連続塗布法を用いた光電変換装置の製造方法について説明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment, a method of manufacturing a photoelectric conversion device using a continuous coating method called roll-to-roll will be described.

上記(化学式1’)または(化学式2’)に示すポルフィリン誘導体を用いた活性層は、実施の形態3において説明した、連続塗布法により形成することが可能である。この場合、デバイス製造コストの低コスト化が可能であり、さらに、活性層の大面積化にも容易に対応することができる。 The active layer using the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1') or (Chemical formula 2') can be formed by the continuous coating method described in the third embodiment. In this case, the device manufacturing cost can be reduced, and further, the area of the active layer can be easily increased.

(実施の形態8)
上記実施の形態において説明したように、(化学式1)、(化学式2)および(化学式2’)の新規なポルフィリン誘導体の合成に成功し、これらが光電変換装置のドナー材料として機能することが確認できた。
(Embodiment 8)
As described in the above embodiment, we succeeded in synthesizing novel porphyrin derivatives of (Chemical formula 1), (Chemical formula 2) and (Chemical formula 2'), and confirmed that they function as donor materials for photoelectric conversion devices. did it.

上記検討から、以下の(式1)に示すポルフィリン誘導体が製造可能であり、ドナー材料として有効であることが分かる。 From the above examination, it can be seen that the porphyrin derivative represented by the following (formula 1) can be produced and is effective as a donor material.

Figure 0007062283000053
Figure 0007062283000053

ポルフィリン骨格の中心に位置する金属元素Mは、2価の金属元素である。具体的には、金属元素Mは、Mg、Zn、CaおよびFeから選択される元素である。また、Rとして、種々の基を導入することにより、物性の調整を図ることができる。Rとしては、例えば、Hまたは(CHCHなど、表3に示す基を導入することができる。 The metal element M located at the center of the porphyrin skeleton is a divalent metal element. Specifically, the metal element M is an element selected from Mg, Zn, Ca and Fe. Further, by introducing various groups as R, the physical properties can be adjusted. As R, a group shown in Table 3 can be introduced, for example, H or (CH 2 ) 5 CH 3 .

また、(式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(化学反応式1)により合成することができる。具体的には、ポルフィリン誘導体PMとテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体PMのTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体PMとDPP-Brとの第2反応により、上記(式1)のポルフィリン誘導体を合成することができる。上記第2反応には、例えば、パラジウム触媒が用いられる。 Further, the porphyrin derivative represented by (Formula 1) can be synthesized by the following (Chemical reaction formula 1). Specifically, the TIPS group of the porphyrin derivative PM was eliminated by the first reaction of the porphyrin derivative PM and tetrabutylammonium fluoride (TBAF), and then the TIPS group was eliminated, and then the porphyrin derivative PM and DPP- The porphyrin derivative of the above (formula 1) can be synthesized by the second reaction with Br. For the second reaction, for example, a palladium catalyst is used.

Figure 0007062283000054
Figure 0007062283000054

そして、上記(式1)のポルフィリン誘導体は、第1電極と、前記第1電極の上方に設けられた電荷輸送層と、前記電荷輸送層の上方に設けられた第2電極と、を有する光電変換装置の活性層(電荷輸送層)として用いることができる。この活性層は、ドナー材料とアクセプター材料とが混合された層であり、ドナー材料として、上記(式1)に示すポルフィリン誘導体を有する。 The porphyrin derivative of the above (formula 1) has a first electrode, a charge transport layer provided above the first electrode, and a second electrode provided above the charge transport layer. It can be used as an active layer (charge transport layer) of a conversion device. This active layer is a layer in which a donor material and an acceptor material are mixed, and has a porphyrin derivative represented by the above (formula 1) as a donor material.

このような光電変換装置は、以下の工程により製造することができる。まず、第1電極となる第1導電体層の上方に、ドナー材料である(式1)に示すポルフィリン誘導体とアクセプター材料と溶媒とを有する液を塗布することにより塗布層を形成する。次いで、塗布層を固化することにより、ドナー材料とアクセプター材料とを有する電荷輸送層を形成する。次いで、電荷輸送層の上方に、第2電極となる第2導電体層を形成する。 Such a photoelectric conversion device can be manufactured by the following steps. First, a coating layer is formed by applying a liquid having a porphyrin derivative represented by the donor material (formula 1), an acceptor material, and a solvent above the first conductor layer to be the first electrode. The coating layer is then solidified to form a charge transport layer with a donor material and an acceptor material. Next, a second conductor layer to be a second electrode is formed above the charge transport layer.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.

10 フレキシブル基板
11 ローラ
12 ローラ
13 スリットコーター
14 ヒータ
AC アクセプター材料
AL 活性層(電荷輸送層)
BUF1 バッファ層
BUF2 バッファ層
DO ドナー材料
EL1 第1電極
EL2 第2電極
SUB 基板
10 Flexible substrate 11 Roller 12 Roller 13 Slit coater 14 Heater AC acceptor material AL Active layer (charge transport layer)
BUF1 Buffer layer BUF2 Buffer layer DO Donor material EL1 1st electrode EL2 2nd electrode SUB substrate

Claims (24)

以下の(化学式1)に示すポルフィリン誘導体。
Figure 0007062283000055
The porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 1).
Figure 0007062283000055
以下の(化学式2)に示すポルフィリン誘導体。
Figure 0007062283000056
The porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 2).
Figure 0007062283000056
以下の(反応式1)に示す、ポルフィリン誘導体P1とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体P1のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体P1とDPP-Brとの第2反応により、以下の(化学式1)のポルフィリン誘導体を生成する、ポルフィリン誘導体の製造方法。
Figure 0007062283000057
Figure 0007062283000058
The porphyrin from which the TIPS group was removed after the TIPS group of the porphyrin derivative P1 was removed by the first reaction of the porphyrin derivative P1 and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (reaction formula 1). A method for producing a porphyrin derivative, which produces the porphyrin derivative of the following (chemical formula 1) by the second reaction of the derivative P1 and DPP-Br.
Figure 0007062283000057
Figure 0007062283000058
請求項3記載のポルフィリン誘導体の製造方法において、
前記第2反応は、パラジウム触媒を用いる反応である、ポルフィリン誘導体の製造方法。
In the method for producing a porphyrin derivative according to claim 3,
The second reaction is a reaction using a palladium catalyst, which is a method for producing a porphyrin derivative.
以下の(反応式2)に示す、ポルフィリン誘導体P2とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体P2のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体P2とDPP-Brとの第2反応により、以下の(化学式2)のポルフィリン誘導体を生成する、ポルフィリン誘導体の製造方法。
Figure 0007062283000059
Figure 0007062283000060
The porphyrin from which the TIPS group was removed after the TIPS group of the porphyrin derivative P2 was removed by the first reaction of the porphyrin derivative P2 and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (reaction formula 2). A method for producing a porphyrin derivative, which produces the porphyrin derivative of the following (chemical formula 2) by the second reaction of the derivative P2 and DPP-Br.
Figure 0007062283000059
Figure 0007062283000060
請求項5記載のポルフィリン誘導体の製造方法において、
前記第2反応は、パラジウム触媒を用いる反応である、ポルフィリン誘導体の製造方法。
In the method for producing a porphyrin derivative according to claim 5.
The second reaction is a reaction using a palladium catalyst, which is a method for producing a porphyrin derivative.
以下の(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体を有する、光電変換装置用のドナー材料。
Figure 0007062283000061
Figure 0007062283000062
A donor material for a photoelectric conversion device having a porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2).
Figure 0007062283000061
Figure 0007062283000062
第1電極と、前記第1電極の上方に設けられた電荷輸送層と、前記電荷輸送層の上方に設けられた第2電極と、を有し、
前記電荷輸送層は、ドナー材料とアクセプター材料とが混合された層であり、
前記ドナー材料として、以下の(一般式1)に示すポルフィリン誘導体を有する、光電変換装置。
Figure 0007062283000063
(但し、Rは、H、(CH CH 、CF 、N(CH 、NO 、CH -C(CH CH )H-CH -CH -CH CH 、またはC(CH Hである。)
It has a first electrode, a charge transport layer provided above the first electrode, and a second electrode provided above the charge transport layer.
The charge transport layer is a layer in which a donor material and an acceptor material are mixed.
A photoelectric conversion device having a porphyrin derivative represented by the following (general formula 1) as the donor material.
Figure 0007062283000063
(However, R is H, (CH 2 ) 5 CH 3 , CF 3 , N (CH 3 ) 2 , NO 2 , CH 2 - C (CH 2 CH 3 ) H-CH 2 - CH 2 - CH 2 CH . 3 or C (CH 3 ) 2 H.)
請求項8記載の光電変換装置において、
前記(一般式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体である、光電変換装置。
Figure 0007062283000064
Figure 0007062283000065
In the photoelectric conversion device according to claim 8,
The porphyrin derivative represented by the above (general formula 1) is a porphyrin derivative represented by the following (chemical formula 1) or (chemical formula 2), which is a photoelectric conversion device.
Figure 0007062283000064
Figure 0007062283000065
(a)第1電極となる第1導電体層の上方に、ドナー材料とアクセプター材料と溶媒とを有する液を塗布することにより塗布層を形成する工程、
(b)前記塗布層を固化することにより、前記ドナー材料と前記アクセプター材料とを有する電荷輸送層を形成する工程、
(c)前記電荷輸送層の上方に、第2電極となる第2導電体層を形成する工程、
を有し、
前記ドナー材料は、以下の(一般式1)に示すポルフィリン誘導体である、光電変換装置の製造方法。
Figure 0007062283000066
(但し、Rは、H、(CH CH 、CF 、N(CH 、NO 、CH -C(CH CH )H-CH -CH -CH CH 、またはC(CH Hである。)
(A) A step of forming a coating layer by coating a liquid having a donor material, an acceptor material, and a solvent on the first conductor layer to be the first electrode.
(B) A step of forming a charge transport layer having the donor material and the acceptor material by solidifying the coating layer.
(C) A step of forming a second conductor layer to be a second electrode above the charge transport layer.
Have,
The method for manufacturing a photoelectric conversion device, wherein the donor material is a porphyrin derivative represented by the following (general formula 1).
Figure 0007062283000066
(However, R is H, (CH 2 ) 5 CH 3 , CF 3 , N (CH 3 ) 2 , NO 2 , CH 2 - C (CH 2 CH 3 ) H-CH 2 - CH 2 - CH 2 CH . 3 or C (CH 3 ) 2 H.)
請求項10記載の光電変換装置の製造方法において、
前記(一般式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(化学式1)または(化学式2)に示すポルフィリン誘導体である、光電変換装置の製造方法。
Figure 0007062283000067
Figure 0007062283000068
In the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 10,
The porphyrin derivative represented by (general formula 1) is a porphyrin derivative represented by the following (chemical formula 1) or (chemical formula 2), which is a method for producing a photoelectric conversion device.
Figure 0007062283000067
Figure 0007062283000068
請求項10記載の光電変換装置の製造方法において、
前記(一般式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(反応式3)に示す、ポルフィリン誘導体とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体とDPP-Brとの第2反応により生成される、光電変換装置の製造方法。
Figure 0007062283000069
(但し、Rは、H、(CH CH 、CF 、N(CH 、NO 、CH -C(CH CH )H-CH -CH -CH CH 、またはC(CH Hである。)
In the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 10,
The porphyrin derivative represented by the above (general formula 1) is after removing the TIPS group of the porphyrin derivative by the first reaction of the porphyrin derivative and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (reaction formula 3). A method for producing a photoelectric conversion device, which is produced by a second reaction between the porphyrin derivative from which the TIPS group has been removed and DPP-Br.
Figure 0007062283000069
(However, R is H, (CH 2 ) 5 CH 3 , CF 3 , N (CH 3 ) 2 , NO 2 , CH 2 - C (CH 2 CH 3 ) H-CH 2 - CH 2 - CH 2 CH . 3 or C (CH 3 ) 2 H.)
以下の(式1)に示すポルフィリン誘導体。
Figure 0007062283000070
(但し、Rは、H、(CH CH 、CF 、N(CH 、NO 、CH -C(CH CH )H-CH -CH -CH CH 、またはC(CH Hであり、Mは、Mg、Zn、CaまたはFeである。)
The porphyrin derivative represented by the following (formula 1).
Figure 0007062283000070
(However, R is H, (CH 2 ) 5 CH 3 , CF 3 , N (CH 3 ) 2 , NO 2 , CH 2 - C (CH 2 CH 3 ) H-CH 2 - CH 2 - CH 2 CH . 3 or C (CH 3 ) 2 H, where M is Mg, Zn, Ca or Fe.)
請求項13記載のポルフィリン誘導体において、
前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、
前記Rは、Hまたは(CHCHである、ポルフィリン誘導体。
In the porphyrin derivative according to claim 13 ,
M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and is an element.
The R is a porphyrin derivative, which is H or (CH 2 ) 5 CH 3 .
以下の(化学反応式1)に示す、ポルフィリン誘導体PMとテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体PMのTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体PMとDPP-Brとの第2反応により、以下の(式1)のポルフィリン誘導体を生成する、ポルフィリン誘導体の製造方法。
Figure 0007062283000071
Figure 0007062283000072
(但し、Rは、H、(CH CH 、CF 、N(CH 、NO 、CH -C(CH CH )H-CH -CH -CH CH 、またはC(CH Hであり、Mは、Mg、Zn、CaまたはFeである。)
The TIPS group of the porphyrin derivative PM was desorbed by the first reaction of the porphyrin derivative PM and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (chemical reaction formula 1), and then the TIPS group was desorbed. A method for producing a porphyrin derivative, which produces the porphyrin derivative of the following (formula 1) by a second reaction between the porphyrin derivative PM and DPP-Br.
Figure 0007062283000071
Figure 0007062283000072
(However, R is H, (CH 2 ) 5 CH 3 , CF 3 , N (CH 3 ) 2 , NO 2 , CH 2 - C (CH 2 CH 3 ) H-CH 2 - CH 2 - CH 2 CH . 3 or C (CH 3 ) 2 H, where M is Mg, Zn, Ca or Fe.)
請求項15記載のポルフィリン誘導体の製造方法において、
前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、
前記Rは、Hまたは(CHCHである、ポルフィリン誘導体の製造方法。
In the method for producing a porphyrin derivative according to claim 15 ,
M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and is an element.
The method for producing a porphyrin derivative, wherein R is H or (CH 2 ) 5 CH 3 .
請求項16記載のポルフィリン誘導体の製造方法において、
前記第2反応は、パラジウム触媒を用いる反応である、ポルフィリン誘導体の製造方法。
In the method for producing a porphyrin derivative according to claim 16 .
The second reaction is a reaction using a palladium catalyst, which is a method for producing a porphyrin derivative.
以下の(式1)に示すポルフィリン誘導体を有する、光電変換装置用のドナー材料。
Figure 0007062283000073
(但し、Rは、H、(CH CH 、CF 、N(CH 、NO 、CH -C(CH CH )H-CH -CH -CH CH 、またはC(CH Hであり、Mは、Mg、Zn、CaまたはFeである。)
A donor material for a photoelectric conversion device having a porphyrin derivative represented by the following (formula 1).
Figure 0007062283000073
(However, R is H, (CH 2 ) 5 CH 3 , CF 3 , N (CH 3 ) 2 , NO 2 , CH 2 - C (CH 2 CH 3 ) H-CH 2 - CH 2 - CH 2 CH . 3 or C (CH 3 ) 2 H, where M is Mg, Zn, Ca or Fe.)
請求項18記載の光電変換装置用のドナー材料において、
前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、
前記Rは、Hまたは(CHCHである、光電変換装置用のドナー材料。
In the donor material for the photoelectric conversion device according to claim 18 ,
M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and is an element.
The R is a donor material for a photoelectric conversion device, which is H or (CH 2 ) 5 CH 3 .
第1電極と、前記第1電極の上方に設けられた電荷輸送層と、前記電荷輸送層の上方に設けられた第2電極と、を有し、
前記電荷輸送層は、ドナー材料とアクセプター材料とが混合された層であり、
前記ドナー材料として、以下の(式1)に示すポルフィリン誘導体を有する、光電変換装置。
Figure 0007062283000074
(但し、Rは、H、(CH CH 、CF 、N(CH 、NO 、CH -C(CH CH )H-CH -CH -CH CH 、またはC(CH Hであり、Mは、Mg、Zn、CaまたはFeである。)
It has a first electrode, a charge transport layer provided above the first electrode, and a second electrode provided above the charge transport layer.
The charge transport layer is a layer in which a donor material and an acceptor material are mixed.
A photoelectric conversion device having a porphyrin derivative represented by the following (formula 1) as the donor material.
Figure 0007062283000074
(However, R is H, (CH 2 ) 5 CH 3 , CF 3 , N (CH 3 ) 2 , NO 2 , CH 2 - C (CH 2 CH 3 ) H-CH 2 - CH 2 - CH 2 CH . 3 or C (CH 3 ) 2 H, where M is Mg, Zn, Ca or Fe.)
請求項20記載の光電変換装置において、
前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、
前記Rは、Hまたは(CHCHである、光電変換装置。
In the photoelectric conversion device according to claim 20 ,
M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and is an element.
The R is a photoelectric conversion device, which is H or (CH 2 ) 5 CH 3 .
(a)第1電極となる第1導電体層の上方に、ドナー材料とアクセプター材料と溶媒とを有する液を塗布することにより塗布層を形成する工程、
(b)前記塗布層を固化することにより、前記ドナー材料と前記アクセプター材料とを有する電荷輸送層を形成する工程、
(c)前記電荷輸送層の上方に、第2電極となる第2導電体層を形成する工程、
を有し、
前記ドナー材料は、以下の(式1)に示すポルフィリン誘導体である、光電変換装置の製造方法。
Figure 0007062283000075
(但し、Rは、H、(CH CH 、CF 、N(CH 、NO 、CH -C(CH CH )H-CH -CH -CH CH 、またはC(CH Hであり、Mは、Mg、Zn、CaまたはFeである。)
(A) A step of forming a coating layer by coating a liquid having a donor material, an acceptor material, and a solvent on the first conductor layer to be the first electrode.
(B) A step of forming a charge transport layer having the donor material and the acceptor material by solidifying the coating layer.
(C) A step of forming a second conductor layer to be a second electrode above the charge transport layer.
Have,
The method for manufacturing a photoelectric conversion device, wherein the donor material is a porphyrin derivative represented by the following (formula 1).
Figure 0007062283000075
(However, R is H, (CH 2 ) 5 CH 3 , CF 3 , N (CH 3 ) 2 , NO 2 , CH 2 - C (CH 2 CH 3 ) H-CH 2 - CH 2 - CH 2 CH . 3 or C (CH 3 ) 2 H, where M is Mg, Zn, Ca or Fe.)
請求項22記載の光電変換装置の製造方法において、
前記Mは、Zn、CaおよびFeから選択される元素であり、
前記Rは、Hまたは(CHCHである、光電変換装置の製造方法。
In the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 22 ,
M is an element selected from Zn, Ca and Fe, and is an element.
The R is H or (CH 2 ) 5 CH 3 , a method for manufacturing a photoelectric conversion device.
請求項22記載の光電変換装置の製造方法において、
前記(式1)に示すポルフィリン誘導体は、以下の(化学反応式1)に示す、ポルフィリン誘導体とテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)の第1反応により前記ポルフィリン誘導体のTIPS基を脱離させた後、前記TIPS基が脱離した前記ポルフィリン誘導体とDPP-Brとの第2反応により生成される、光電変換装置の製造方法。
Figure 0007062283000076
(但し、Rは、H、(CH CH 、CF 、N(CH 、NO 、CH -C(CH CH )H-CH -CH -CH CH 、またはC(CH Hであり、Mは、Mg、Zn、CaまたはFeである。)
In the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 22 ,
The porphyrin derivative represented by the formula (1) is obtained after removing the TIPS group of the porphyrin derivative by the first reaction of the porphyrin derivative and tetrabutylammonium fluoride (TBAF) shown in the following (chemical reaction formula 1). , A method for manufacturing a photoelectric conversion device, which is produced by a second reaction between the porphyrin derivative from which the TIPS group has been removed and DPP-Br.
Figure 0007062283000076
(However, R is H, (CH 2 ) 5 CH 3 , CF 3 , N (CH 3 ) 2 , NO 2 , CH 2 - C (CH 2 CH 3 ) H-CH 2 - CH 2 - CH 2 CH . 3 or C (CH 3 ) 2 H, where M is Mg, Zn, Ca or Fe.)
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