JP7062284B2 - 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1~7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 7.

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. Ogumi, K.; Nakagawa, T.; Okada, H.; Sakai, R.; Wang, H.; Matsuo, Y. J. Mater. Chem. A. 2017, 5, 23067_23077.Ogumi, K .; Nakagawa, T .; Okada, H .; Sakai, R .; Wang, H .; Matsuo, Y. J. Mater. Chem. A. 2017, 5, 23067_23077.

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。特に、ポルフィリン骨格の10位および20位に連結させるアリールユニットを異なるものとすることで、全体として非対称な構造のポルフィリン誘導体の合成に成功し、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. In particular, by using different aryl units linked to the 10-position and 20-position of the porphyrin skeleton, we succeeded in synthesizing a porphyrin derivative with an asymmetric structure as a whole, and when used in an organic thin-film solar cell as a donor material. I confirmed the performance.

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 0007062284000001
Figure 0007062284000001

(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 0007062284000002
Figure 0007062284000002

(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 0007062284000003
Figure 0007062284000003

Figure 0007062284000004
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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 0007062284000005
Figure 0007062284000005

Figure 0007062284000006
Figure 0007062284000006

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 0007062284000007
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Figure 0007062284000008
Figure 0007062284000008

(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。但し、以下の(一般式1)において、アリールユニットを構成するRとR’は異なる。 (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. However, in the following (general formula 1), R and R'constituting the aryl unit are different.

Figure 0007062284000009
Figure 0007062284000009

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 0007062284000010
Figure 0007062284000010

Figure 0007062284000011
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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。但し、以下の(一般式1)において、アリールユニットを構成するRとR’は異なる。 (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). However, in the following (general formula 1), R and R'constituting the aryl unit are different.

Figure 0007062284000012
Figure 0007062284000012

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 0007062284000013
Figure 0007062284000013

Figure 0007062284000014
Figure 0007062284000014

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。但し、以下の(一般式1)において、アリールユニットを構成するRとR’は異なる。 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. However, in the following (general formula 1), R and R'constituting the aryl unit are different.

Figure 0007062284000015
Figure 0007062284000015

本発明者らは、上記(化学式1)または(化学式2)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COSYスペクトルである。It is a COSY 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(MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-CF-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 1 (MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-CF 3 -C 6 H 4 )). 生成物2(MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-NMe-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 (MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-NMe 2 -C 6 H 4 )). 比較物質3(MgTEPDPP(4-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 the comparative substance 3 (MgTEPDPP 2 ( 4 -hexyl-C 6 H4) 2 ). 生成物1(MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-CF-C))をドナー材料として用いた活性層表面のAFM画像である。3 is an AFM image of the surface of the active layer using product 1 (MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-CF 3 -C 6 H 4 )) as a donor material. 生成物2(MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-NMe-C))をドナー材料として用いた活性層表面のAFM画像である。It is an AFM image of the surface of an active layer using product 2 (MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-NMe 2 -C 6 H 4 )) as a donor material. 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.

(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。なお、本明細書においてA~Bは、A以上B以下を示すものとする。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in this specification, A to B shall indicate A or more and B or less.

(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 0007062284000016
Figure 0007062284000016

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-(4-hexyl-phenylethynyl)-20-(4-trifluoromethyl-phenylethynyl)-porphyrionate]magnesium(II)である。これを、“MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-CF-C)”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- (4-hexyl-phenylethynyl) -20- (4-trifluoromethyl-phenylethynyl) -porphyrionate] in magnesium (II) be. This may be indicated by the abbreviation of "MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-CF 3 -C 6 H 4 )".

Figure 0007062284000017
Figure 0007062284000017

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-(4-hexyl-phenylethynyl)-20-(4-dimethylamino-phenylethynyl)-porphyrionate]magnesium(II)である。これを、“MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-NMe-C)”の略号で示す場合がある。なお、Meは、-CHである。 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- (4-hexyl-phenylethynyl) -20- (4-dimethylamino-phenylethynyl) -porphyrionate] in magnesium (II) be. This may be indicated by the abbreviation of "MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-NMe 2 -C 6 H 4 )". Me is -CH 3 .

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つのアニールユニットとがトランス位置(5位及び15位、10位及び20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 annealing units are linked to the porphyrin skeleton at trans positions (5th and 15th positions, 10th and 20th positions). 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.

(4)さらに、2つのアリールユニットを別の構造とすることで、異なる特性を付加することができる。 (4) Further, by making the two aryl units have different structures, different characteristics can be added.

(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 0007062284000018
Figure 0007062284000018

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 0007062284000019
Figure 0007062284000019

(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.

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。 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MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-CF-C)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 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-CF 3 -C 6 H 4 ) represented by the above (chemical formula 1) is used in the following (reaction formula 4). It was produced by the reaction.

Figure 0007062284000020
Figure 0007062284000020

窒素雰囲気下で、20mL二口フラスコに、ポルフィリン誘導体P1(前駆体P1、中間体P1とも言う)を18mg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0.17mLを加え、室温(25℃程度)で1時間撹拌した。その後、DPP前駆体[DPP-Br]を20.9mg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0.79mgと、トリフェニルホスフィン[PPh]を4.54mgと、ヨウ化銅(I)[CuI]を0.166mgと、トリエチルアミン[NEt]を2.19mLと、テトラヒドロフラン[THF]を4.79mL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、17.6mgの生成物1を得た。生成物1の収率は、57%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, 18 mg of the porphyrin derivative P1 (also referred to as precursor P1 or intermediate P1) and 2 mL of tetrahydrofuran [THF] were placed in a 20 mL two-necked flask, and 1 mol / L tetrabutylammonium fluoride was added. 0.17 mL of the derivative [TBAF] was added, and the mixture was stirred at room temperature (about 25 ° C.) for 1 hour. Then, 20.9 mg of the DPP precursor [DPP-Br], 0.79 mg of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) [Pd 2 (dba) 3 ], and 4 of triphenylphosphine [PPh 3 ]. .54 mg, 0.166 mg of copper (I) iodide [CuI], 2.19 mL of triethylamine [NET 3 ], and 4.79 mL of tetrahydrofuran [THF] were 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 17.6 mg of product 1. The yield of product 1 was 57%. 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、1776.7093であり、上記(化学式1)の分子量(計算値、calcd)1776.7101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). Further, the molecular weight (found) of the product 1 obtained from the MS spectrum of the product 1 shown in FIG. 6 is 1776.7093, which is the molecular weight (calcd) 1776.7101 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MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-CF-C)の合成に成功した。 As described above, the porphyrin derivative MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-CF 3 -C 6 H 4 ) 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-hexyl-C)(4-NMe-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-hexyl-C 6 H 4 ) (4-NMe 2 -C 6 H 4 ) represented by the above (chemical formula 2) is used in the following (reaction formula 5). It was produced by the reaction.

Figure 0007062284000021
Figure 0007062284000021

窒素雰囲気下で、20mL二口フラスコに、ポルフィリン誘導体P2(前駆体P2、中間体P2とも言う)を22mgと、テトラヒドロフラン[THF]を2.51mL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0.11mLを加え、室温(25℃程度)で30分撹拌した。その後、DPP前駆体[DPP-Br]を26.1mg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0.99mgと、トリフェニルホスフィン[PPh]を5.67mgと、ヨウ化銅(I)[CuI]を0.206mgと、トリエチルアミン[NEt]を2.74mLと、テトラヒドロフラン[THF]を6.03mL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、24.5mgの生成物2を得た。生成物2の収率は、65%であった。 Under a nitrogen atmosphere, 22 mg of the porphyrin derivative P2 (also referred to as precursor P2 or intermediate P2) and 2.51 mL of tetrahydrofuran [THF] were placed in a 20 mL two-necked flask, and 1 mol / L tetrabutyl was added. 0.11 mL of ammonium fluoride [TBAF] was added, and the mixture was stirred at room temperature (about 25 ° C.) for 30 minutes. Then, 26.1 mg of the DPP precursor [DPP-Br], 0.99 mg of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) [Pd 2 (dba) 3 ], and 5 of triphenylphosphine [PPh 3 ]. .67 mg, 0.206 mg of copper (I) iodide [CuI], 2.74 mL of triethylamine [NET 3 ], and 6.03 mL of tetrahydrofuran [THF] were 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 24.5 mg of product 2. The yield of product 2 was 65%.

(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COSYスペクトルである。図10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 a COSY spectrum of product 2. FIG. 10 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COSYスペクトルからも生成物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裏付けられる。また、図10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、1751.7651であり、上記(化学式2)の分子量(計算値、calcd)1751.7649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 COSY spectrum of the product 2 shown in FIG. 9 also confirms 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. 10 is 1751.7651, which is the molecular weight (calcd) 1751.7649 of the above (Chemical formula 2). 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-hexyl-C)(4-NMe-C)の合成に成功した。 As described above, the porphyrin derivative MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-NMe 2 -C 6 H 4 ) 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。測定には、各生成物のテトラヒドロフラン飽和溶液から50μLを測り取り,2つの10mLメスフラスコを用いて100倍に希釈したものを使用した。
(Example 3)
The ultraviolet-visible absorption spectra of products 1 and 2 obtained by the steps shown in Examples 1 and 2 were measured. For the measurement, 50 μL of each product was measured from a saturated solution of tetrahydrofuran and diluted 100-fold using two 10 mL volumetric flasks.

図11は、生成物1MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-CF-C)の紫外可視吸収スペクトルである。比較物質1として、2つのアリールユニットが双方ともCF-Cの紫外可視吸収スペクトルも示した。横軸は波長(Wavelength,nm)を示し、縦軸は吸光度(Absorbance,au)である。 FIG. 11 is an ultraviolet-visible absorption spectrum of the product 1MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6H 4 ) ( 4 -CF 3 -C 6 H 4 ). As Comparative Material 1, the two aryl units both also showed an ultraviolet-visible absorption spectrum of CF 3 -C 6 H 4 . The horizontal axis represents the wavelength (Wavelength, nm), and the vertical axis represents the absorbance (Au).

図11に示すように、生成物1MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-CF-C)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。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。 As shown in FIG. 11, the product 1 MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-CF 3 -C 6 H 4 ) was found to have absorption over 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.

また、ポルフィリン骨格由来の吸収帯(Qバンド領域)の吸光度について調べたところ、生成物1MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-CF-C)の吸光度は、1.303であり、比較物質1MgTEPDPP(4-CF-Cの吸光度は、0.987であった。 Moreover, when the absorbance of the absorption band (Q band region) derived from the porphyrin skeleton was investigated, the absorbance of the product 1 MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-CF 3 -C 6 H 4 ) was 1. It was .303, and the absorbance of the comparative substance 1 MgTEPDPP 2 (4-CF 3 -C 6 H 4 ) 2 was 0.987.

このQバンド領域の吸光度は、物質の溶解度と対応しており、生成物1は、比較物質1より溶解度が高いことが分かる。 The absorbance in this Q-band region corresponds to the solubility of the substance, and it can be seen that the product 1 has a higher solubility than the comparative substance 1.

このように、2つのアリールユニットを異なるもの(異なるユニット)とすることで、分子間相互作用が抑制され、溶解度の向上を図ることができた。このような溶解度の向上は、アリールユニットの置換基(R、R’)の特性ではなく、ポルフィリン誘導体の構造の“いびつさ”によりもたらされるものと考えられる。このような物質の溶解度の向上により、当該物質を用いた活性層の膜厚を大きくすることができる。これにより、光電変換装置を製造し易くなり、また、光電変換装置の特性を向上させることができる。 In this way, by making the two aryl units different (different units), the intramolecular interaction was suppressed and the solubility could be improved. It is considered that such improvement in solubility is caused not by the characteristics of the substituents (R, R') of the aryl unit but by the "distortion" of the structure of the porphyrin derivative. By improving the solubility of such a substance, the film thickness of the active layer using the substance can be increased. This facilitates the manufacture of the photoelectric conversion device and can improve the characteristics of the photoelectric conversion device.

また、異なる電子特性をもつアリールユニットを入れることでポルフィリン骨格の「対称性」が崩れ、比較物質1と比べてポルフィリン骨格由来のピーク(Qバンド)がブロードニングしている。 Further, by inserting aryl units having different electronic properties, the "symmetry" of the porphyrin skeleton is broken, and the peak (Q band) derived from the porphyrin skeleton is broadened as compared with the comparative substance 1.

このように、2つのアリールユニットを異なるもの(異なるユニット)とすることで、双方のアリールユニットの電子特性が異なり、ポルフィリン骨格由来の吸収帯(Qバンド領域)の広域化(幅広化)が生じることが分かる。これにより、光電変換装置として用いた場合に、光吸収効率を増加させることができる。 By making the two aryl units different (different units) in this way, the electronic properties of both aryl units are different, and the absorption band (Q band region) derived from the porphyrin skeleton is widened (widened). You can see that. This makes it possible to increase the light absorption efficiency when used as a photoelectric conversion device.

図12は、生成物2MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-NMe-C)の紫外可視吸収スペクトルである。比較物質2として、2つのアリールユニットが双方ともNMe-Cの紫外可視吸収スペクトルも示した。 FIG. 12 is an ultraviolet-visible absorption spectrum of the product 2MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-NMe 2 -C 6 H 4 ). As Comparative Material 2, the two aryl units both also showed an ultraviolet-visible absorption spectrum of NMe 2 - C 6 H4.

図12に示すように、生成物2MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-NMe-C)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。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。 As shown in FIG. 12, the product 2MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-NMe 2 -C 6 H 4 ) was found to have absorption over 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.

また、ポルフィリン骨格由来の吸収帯(Qバンド領域)の吸光度について調べたところ、生成物2MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-NMe-C)の吸光度は、0.598であり、比較物質2MgTEPDPP(4-NMe-Cの吸光度は、0.0579であった。 Moreover, when the absorbance of the absorption band (Q band region) derived from the porphyrin skeleton was investigated, the absorbance of the product 2MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-NMe 2 -C 6 H 4 ) was 0. It was .598, and the absorbance of the comparative substance 2MgTEPDPP 2 (4-NMe 2 -C 6 H 4 ) 2 was 0.0579.

このQバンド領域の吸光度は、物質の溶解度と対応しており、生成物2は、比較物質2より溶解度が高いことが分かる。 The absorbance in this Q-band region corresponds to the solubility of the substance, and it can be seen that the product 2 has a higher solubility than the comparative substance 2.

このように、2つのアリールユニットを異なるもの(異なるユニット)とすることで、分子間相互作用が抑制され、溶解度の向上を図ることができた。このような溶解度の向上は、アリールユニットの置換基(R、R’)の特性ではなく、ポルフィリン誘導体の構造の“いびつさ”によりもたらされるものと考えられる。このような物質の溶解度の向上により、当該物質を用いた活性層の膜厚を大きくすることができる。これにより、光電変換装置を製造し易くなり、また、光電変換装置の特性を向上させることができる。 In this way, by making the two aryl units different (different units), the intramolecular interaction was suppressed and the solubility could be improved. It is considered that such improvement in solubility is caused not by the characteristics of the substituents (R, R') of the aryl unit but by the "distortion" of the structure of the porphyrin derivative. By improving the solubility of such a substance, the film thickness of the active layer using the substance can be increased. This facilitates the manufacture of the photoelectric conversion device and can improve the characteristics of the photoelectric conversion device.

また、異なる電子特性をもつアリールユニットを入れることでポルフィリン骨格の「対称性」が崩れ、比較物質1と比べてポルフィリン骨格由来のピーク(Qバンド)がブロードニングしている。 Further, by inserting aryl units having different electronic properties, the "symmetry" of the porphyrin skeleton is broken, and the peak (Q band) derived from the porphyrin skeleton is broadened as compared with the comparative substance 1.

このように、2つのアリールユニットを異なるもの(異なるユニット)とすることで、双方のアリールユニットの電子特性が異なり、ポルフィリン骨格由来の吸収帯(Qバンド領域)の広域化(幅広化)が生じることが分かる。これにより、光電変換装置として用いた場合に、光吸収効率を増加させることができる。 By making the two aryl units different (different units) in this way, the electronic properties of both aryl units are different, and the absorption band (Q band region) derived from the porphyrin skeleton is widened (widened). You can see that. This makes it possible to increase the light absorption efficiency when used as a photoelectric conversion device.

なお、比較物質3として、2つのアリールユニットが双方ともhexyl-Cの紫外可視吸収スペクトルを測定した。図13は、比較物質3MgTEPDPP(4-hexyl-Cの紫外可視吸収スペクトルであり、ポルフィリン骨格由来の吸収帯(Qバンド領域)の吸光度は、1.166であった。この比較物質3の場合、生成物2より吸光度が高く、アリールユニット自体が持つ特性も、吸光度(溶解度)に関与することがわかる。 As the comparative substance 3, the two aryl units both measured the ultraviolet - visible absorption spectrum of hexyl-C 6 H4. FIG. 13 is an ultraviolet-visible absorption spectrum of the comparative substance 3MgTEPDPP 2 ( 4-hexyl-C 6H 4 ) 2 , and the absorbance of the absorption band (Q band region) derived from the porphyrin skeleton was 1.166. In the case of this comparative substance 3, the absorbance is higher than that of the product 2, and it can be seen that the characteristics of the aryl unit itself are also involved in the absorbance (solubility).

よって、吸光度(溶解度)を向上させる特性を有するアニールユニットを選択しつつ、かつ、ポルフィリン骨格の10位および20位に連結させるアリールユニットを異なるものとすることで、吸光度(溶解度)を向上させることができると考察される(表3等参照)。また、ポルフィリン骨格由来の吸収帯(Qバンド領域)の広域化(幅広化)も期待することができる。 Therefore, the absorbance (solubility) can be improved by selecting an annealing unit having a property of improving the absorbance (solubility) and by using different aryl units linked to the 10-position and the 20-position of the porphyrin skeleton. It is considered that this can be done (see Table 3 etc.). In addition, widening (widening) of the absorption band (Q band region) derived from the porphyrin skeleton can be expected.

(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、ドナーおよびアクセプター材料の総量に対して20mg/mL~40mg/mLの割合でジ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、80℃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. A mixture of product 1 obtained by the step shown in Example 1 as a donor material and a fullerene derivative as an acceptor material, as a solvent, 20 mg / mL to 40 mg / mL with respect to the total amount of the donor and the acceptor material. Dichlorobenzene was added at the ratio of the above, an additive was further added, and the mixture was heated and stirred at 80 ° 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(25℃)まで冷却し、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。なお、通常のアニールは、80~150℃以上、5分~10分程度で行う加熱処理である。これに対し、ソルベントアニール(solvent annealing)は、室温(25℃)で、密閉した空間で30秒~1分の時間で行う溶媒暴露処理である。例えば、室温(25℃)で揮発する有機化合物(有機溶媒)を配置した密閉容器内に活性層を入れ、活性層を揮発した有機化合物に晒す処理を行う。有機化合物(有機溶媒としては、例えば、クロロホルム、テトラヒドロフランなどを用いることができる。 This solution is cooled to room temperature (25 ° C.), filtered through a filter, the filtrate is 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. By allowing them to form an active layer. Next, the active layer was subjected to an annealing treatment. The usual annealing is a heat treatment performed at 80 to 150 ° C. or higher for about 5 to 10 minutes. On the other hand, solvent annealing is a solvent exposure treatment performed at room temperature (25 ° C.) in a closed space for 30 seconds to 1 minute. For example, the active layer is placed in a closed container in which an organic compound (organic solvent) that volatilizes at room temperature (25 ° C.) is placed, and the active layer is exposed to the volatilized organic compound. An organic compound (for example, chloroform, tetrahydrofuran or the like can be used as the organic solvent.

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。また、積層状態を調べるため活性層を形成した段階のサンプルを用いて、活性層表面を原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope、AFM)を用いて観察し,Dektakを用いて膜厚の測定を行った。 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. In addition, in order to investigate the laminated state, the surface of the active layer was observed using an atomic force microscope (AFM) using a sample at the stage where the active layer was formed, and the film thickness was measured using Dektak. rice field.

上記光電変換装置の作製工程において、ドナー材料とアクセプター材料との比(D:A rate)、添加剤、アニール温度等の条件を表1に示す組み合わせで変えて、No.1~No.13に示すデバイスを作製した。フラーレン誘導体としてPC61BMを用いた。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。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, conditions such as the ratio (D: A rate) of the donor material and the acceptor material, the additive, and the annealing temperature were changed according to the combinations shown in Table 1, and No. 1 to No. The device shown in No. 13 was manufactured. PC 61 BM was used as the fullerene derivative. 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. 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、ドナー材料とアクセプター材料との比(D:A rate)、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.14~No.19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 is the product 2 obtained by the step shown in Example 2 from the product 1, and the conditions of the ratio (D: A rate) between the donor material and the acceptor material, the additive, and the annealing temperature are shown in Table 2. Change with the combination shown, and change to No. 14-No. The photoelectric conversion device (device) shown in 19 was manufactured, and the conversion efficiency was determined. The results are shown in Table 2.

Figure 0007062284000022
Figure 0007062284000022

Figure 0007062284000023
Figure 0007062284000023

図14は、生成物1MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-CF-C)をドナー材料として用いた活性層表面のAFM画像であり、図15は、生成物2MgTEPDPP(4-hexyl-C)(4-NMe-C)をドナー材料として用いた活性層表面のAFM画像である。生成物1の場合、Rq=0.901nm、膜厚はDektakを用いて測定したところ、135nmであった。また、生成物2の場合、Rq=0.431nm、膜厚はDektakを用いて測定したところ、92nmであった。Rqは、二乗平均平方根高さ(Rq)であり、表面粗さを示す。なお、上記比較物質1を用いた場合、膜厚は120nm程度であり、上記生成物1を用いることで膜厚を大きくできることが確認された。 FIG. 14 is an AFM image of the surface of the active layer using product 1 MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-CF 3 -C 6 H 4 ) as a donor material, and FIG. 15 is an AFM image of the product. It is an AFM image of the surface of an active layer using 2MgTEPDPP 2 (4-hexyl-C 6 H 4 ) (4-NMe 2 -C 6 H 4 ) as a donor material. In the case of product 1, Rq = 0.901 nm, and the film thickness was 135 nm as measured using Dektak. In the case of product 2, Rq = 0.431 nm, and the film thickness was 92 nm as measured using Dektak. Rq is the root mean square height (Rq) and indicates the surface roughness. When the comparative substance 1 was used, the film thickness was about 120 nm, and it was confirmed that the film thickness could be increased by using the product 1.

(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1.20%~4.07%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 1.20% to 4.07%.

Figure 0007062284000024
Figure 0007062284000024

Figure 0007062284000025
Figure 0007062284000025

(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、4.07%であった。一方、上記比較物質1を用いた場合の最高変換効率は、1.65%であり(非特許文献7参照)、ポルフィリン骨格の10位および20位に連結させるアリールユニットを異なるものとしたことによる溶解度の向上(活性層の厚膜化)やQバンド領域の広域化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 4.07%. On the other hand, the maximum conversion efficiency when the comparative substance 1 is used is 1.65% (see Non-Patent Document 7), and the aryl units linked to the 10-position and the 20-position of the porphyrin skeleton are different. It is possible that the improvement of solubility (thickening of the active layer) and the widening of the Q-band region led to an increase in conversion efficiency.

また、(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、3.30%であった。一方、上記比較物質2を用いた場合の最高変換効率は、2.33%であり(非特許文献7参照)、ポルフィリン骨格の10位および20位に連結させるアリールユニットを異なるものとしたことによる溶解度の向上(活性層の厚膜化)やQバンド領域の広域化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 2) was used was 3.30%. On the other hand, the maximum conversion efficiency when the comparative substance 2 is used is 2.33% (see Non-Patent Document 7), and the aryl units linked to the 10-position and the 20-position of the porphyrin skeleton are different. It is possible that the improvement of solubility (thickening of the active layer) and the widening of the Q-band region led to an increase in conversion efficiency.

また、(化学式1)に示すポルフィリン誘導体を用いた場合、ソルベントアニール(solvent annealing)を施した場合、または、アニール処理を行わない場合において、変換効率が高い傾向にあった。 Further, when the porphyrin derivative represented by (Chemical Formula 1) was used, the conversion efficiency tended to be high when the solvent annealing was performed or when the annealing treatment was not performed.

また、図14と図15の比較から分かるように、図14は表面粗さが大きい。これは、CFの特性である高い表面エネルギーに由来するものであり、CFが固体/空気界面に出やすいため、ポルフィリン誘導体が全体的に基板に対して立ち上がる構造となるエッジオン配向性が優位になったためと考えられる。即ち、ポルフィリン誘導体においては、その構造の平面的な広がりが基板に対して並行となるフェイスオン配向性が優位となる方が、積層状態(積層密度)が良好となり、電荷移動がスムーズとなるため変換効率が良好となると考えられる。このため、ポルフィリン骨格に導入するアリールユニットについて、フェイスオン配向性が優位となるユニットを用いつつ、アリールユニットを異なるものとすることで、変換効率等の特性をさらに向上させることができると考えられる。 Further, as can be seen from the comparison between FIGS. 14 and 15, FIG. 14 has a large surface roughness. This is derived from the high surface energy that is a characteristic of CF 3 , and since CF 3 easily appears at the solid / air interface, the edge-on orientation is superior, which is a structure in which the porphyrin derivative stands up with respect to the substrate as a whole. It is probable that it became. That is, in the porphyrin derivative, when the face-on orientation in which the planar spread of the structure is parallel to the substrate is dominant, the laminated state (stacking density) becomes better and the charge transfer becomes smoother. It is considered that the conversion efficiency will be good. Therefore, regarding the aryl unit to be introduced into the porphyrin skeleton, it is considered that the conversion efficiency and other characteristics can be further improved by using a unit having a superior face-on orientation and using a different aryl unit. ..

(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、以下の(反応式4)の左辺(原料)の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) on the left side (raw material) of the following (reaction formula 4) will be described.

Figure 0007062284000026
Figure 0007062284000026

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(第1反応、第2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 (first reaction, second reaction) shown in the following (reaction formula 6).

Figure 0007062284000027
Figure 0007062284000027

(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4-ヘキシルフェニルアセチレンとの薗頭カップリング(第1反応)により、ポルフィリン誘導体P4を合成する。次いで、ポルフィリン誘導体P4と、反応物質であるトリフルオロメチルフェニルアセチレンとの薗頭カップリング(第2反応)により、ポルフィリン誘導体P1を合成する。溶媒としては、トルエン、トリエチルアミン[NEt]を用い、それぞれ、60℃~90℃程度で、30分~50時間程度の反応を行う。なお、アリールユニットの導入については、どちらが先でもよい。 As shown in (Reaction Formula 6), the porphyrin derivative is obtained by sonogashira coupling (first reaction) between the porphyrin derivative P3 (also referred to as precursor P3 or intermediate P3) and 4-hexylphenylacetylene which is a reactant. Synthesize P4. Next, the porphyrin derivative P1 is synthesized by sonogashira coupling (second reaction) between the porphyrin derivative P4 and the reactant trifluoromethylphenylacetylene. Toluene and triethylamine [NET 3 ] are used as solvents, and the reaction is carried out at about 60 ° C. to 90 ° C. for about 30 minutes to 50 hours, respectively. Either of the aryl units may be introduced first.

(実施例5)
以下に、実施例に基づき、ポルフィリン誘導体P1の合成について詳細に説明する。
(Example 5)
Hereinafter, the synthesis of the porphyrin derivative P1 will be described in detail based on Examples.

(第1反応)
窒素雰囲気下で、100mL二口フラスコに、ポルフィリン誘導体P3を120mg(0.146mmol)、46.6mLのトルエン、トリエチルアミン11.7mL、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)8.02mg、トリフェニルホスフィン17.6mg、ヨウ化銅(I)7.51mg、4-ヘキシルフェニルアセチレン30μL(0.146mmol)を入れ、85℃で30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のち、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いて精製し、48.56mgの目的物(P4)を得た。目的物(P3)の収率は、35%であった。
(First reaction)
Under a nitrogen atmosphere, 120 mg (0.146 mmol) of porphyrin derivative P3, 46.6 mL of toluene, 11.7 mL of triethylamine, 8.02 mg of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0), and triphenyl in a 100 mL two-necked flask. 17.6 mg of phosphine, 7.51 mg of copper (I) iodide, and 30 μL (0.146 mmol) of 4-hexylphenylacetylene were added, and the mixture was heated and stirred at 85 ° C. for 30 hours. The crude product was removed from the origin by silica gel column chromatography and then purified by GPC (gel permeation chromatography) to obtain 48.56 mg of the desired product (P4). The yield of the target product (P3) was 35%.

ここでは、ポルフィリン誘導体P3と4-ヘキシルフェニルアセチレンを同じ当量となるように添加した。このように、ポルフィリン誘導体P3の1当量に対し、導入する第1のアリールユニットの当量は、1当量以下とする。 Here, the porphyrin derivative P3 and 4-hexylphenylacetylene were added so as to have the same equivalent amount. As described above, the equivalent of the first aryl unit to be introduced is 1 equivalent or less with respect to 1 equivalent of the porphyrin derivative P3.

(第2反応)
次いで、窒素雰囲気下で50mL二口フラスコにポルフィリン誘導体P4を46mg(0.048mmol)、18.4mLのトルエン、トリエチルアミン4.6mL、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)5.27mg、トリフェニルホスフィン11.6mg、ヨウ化銅(I)4.94mg、4-トリフルオロメチルフェニルアセチレン78μL(0.48mmol)を入れ、85℃で30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のち、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いて精製し、29.4mgの目的物(P1)を得た。目的物(P1)の収率は、59%であった。
(Second reaction)
Then, in a 50 mL two-necked flask under a nitrogen atmosphere, 46 mg (0.048 mmol) of the porphyrin derivative P4, 18.4 mL of toluene, 4.6 mL of triethylamine, Tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) 5.27 mg, and triphenyl 11.6 mg of phosphine, 4.94 mg of copper (I) iodide, and 78 μL (0.48 mmol) of 4-trifluoromethylphenylacetylene were added, and the mixture was heated and stirred at 85 ° C. for 30 hours. The crude product was removed from the origin by silica gel column chromatography and then purified by GPC (gel permeation chromatography) to obtain 29.4 mg of the desired product (P1). The yield of the target product (P1) was 59%.

ここでは、ポルフィリン誘導体P4に対し4-トリフルオロメチルフェニルアセチレンを過剰(ここでは10当量)に添加した。このように、ポルフィリン誘導体P4の1当量に対し、導入する第2のアリールユニットの当量は、1当量以上、より好ましくは2当量以上とする。 Here, 4-trifluoromethylphenylacetylene was added in excess (here, 10 equivalents) to the porphyrin derivative P4. As described above, the equivalent of the second aryl unit to be introduced is 1 equivalent or more, more preferably 2 equivalents or more, with respect to 1 equivalent of the porphyrin derivative P4.

(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 0007062284000028
Figure 0007062284000028

(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、以下の(反応式5)の左辺(原料)の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) on the left side (raw material) of the following (reaction formula 5) will be described.

Figure 0007062284000029
Figure 0007062284000029

このポルフィリン誘導体P2は、例えば、以下の(反応式6’)に示す化学反応(第1反応、第2反応)により生成することができる。 This porphyrin derivative P2 can be produced, for example, by a chemical reaction (first reaction, second reaction) shown in the following (reaction formula 6').

Figure 0007062284000030
Figure 0007062284000030

(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4-ヘキシルフェニルアセチレンとの薗頭カップリング(第1反応)により、ポルフィリン誘導体P4を合成する。次いで、ポルフィリン誘導体P4と、反応物質である4-ジメチルアミノフェニルアセチレンとの薗頭カップリング(第2反応)により、ポルフィリン誘導体P1を合成する。溶媒としては、トルエン、トリエチルアミン[NEt]を用い、それぞれ、60℃~90℃程度で、30分~50時間程度の反応を行う。なお、アリールユニットの導入については、どちらが先でもよい。 As shown in (reaction formula 6'), porphyrin is obtained by sonogashira coupling (first reaction) between the porphyrin derivative P3 (also referred to as precursor P3 or intermediate P3) and 4-hexylphenylacetylene which is a reactant. Derivative P4 is synthesized. Next, the porphyrin derivative P1 is synthesized by Sonogashira coupling (second reaction) between the porphyrin derivative P4 and the reactant 4-dimethylaminophenylacetylene. Toluene and triethylamine [NET 3 ] are used as solvents, and the reaction is carried out at about 60 ° C. to 90 ° C. for about 30 minutes to 50 hours, respectively. Either of the aryl units may be introduced first.

(実施例6)
以下に、実施例に基づき、ポルフィリン誘導体P2の合成について詳細に説明する。
(Example 6)
Hereinafter, the synthesis of the porphyrin derivative P2 will be described in detail based on Examples.

(第1反応)
窒素雰囲気下で、100mL二口フラスコに、ポルフィリン誘導体P3を120mg(0.146mmol)、46.6mLのトルエン、トリエチルアミン11.7mL、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)8.02mg、トリフェニルホスフィン17.6mg、ヨウ化銅(I)7.51mg、4-ヘキシルフェニルアセチレン30μL(0.146mmol)を入れ、85℃で30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のち、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いて精製し、48.56mgの目的物(P4)を得た。目的物(P3)の収率は、35%であった。
(First reaction)
Under a nitrogen atmosphere, 120 mg (0.146 mmol) of porphyrin derivative P3, 46.6 mL of toluene, 11.7 mL of triethylamine, 8.02 mg of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0), and triphenyl in a 100 mL two-necked flask. 17.6 mg of phosphine, 7.51 mg of copper (I) iodide, and 30 μL (0.146 mmol) of 4-hexylphenylacetylene were added, and the mixture was heated and stirred at 85 ° C. for 30 hours. The crude product was removed from the origin by silica gel column chromatography and then purified by GPC (gel permeation chromatography) to obtain 48.56 mg of the desired product (P4). The yield of the target product (P3) was 35%.

ここでは、ポルフィリン誘導体P3と4-ヘキシルフェニルアセチレンを同じ当量となるように添加した。このように、ポルフィリン誘導体P3の1当量に対し、導入する第1のアリールユニットの当量は、1当量以下とする。 Here, the porphyrin derivative P3 and 4-hexylphenylacetylene were added so as to have the same equivalent amount. As described above, the equivalent of the first aryl unit to be introduced is 1 equivalent or less with respect to 1 equivalent of the porphyrin derivative P3.

(第2反応)
次いで、窒素雰囲気下で20mL二口フラスコにポルフィリン誘導体P4を29mg(0.03mmol)、11.6mLのトルエン、トリエチルアミン2.9mL、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)3.33mg、トリフェニルホスフィン7.24mg、ヨウ化銅(I)2.09mg、4-ジメチルアミノフェニルアセチレン33mg(0.23mmol)を入れ、85℃で30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のち、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用いて精製し、21.6mgの目的物(P2)を得た。目的物(P2)の収率は、71%であった。
(Second reaction)
Then, under a nitrogen atmosphere, 29 mg (0.03 mmol) of the porphyrin derivative P4 was placed in a 20 mL two-necked flask, 11.6 mL of toluene, 2.9 mL of triethylamine, tris (dibenzylideneacetone) dipalladium (0) 3.33 mg, and triphenyl. 7.24 mg of phosphine, 2.09 mg of copper (I) iodide, and 33 mg (0.23 mmol) of 4-dimethylaminophenylacetylene were added, and the mixture was heated and stirred at 85 ° C. for 30 hours. The crude product was removed from the origin by silica gel column chromatography and then purified by GPC (gel permeation chromatography) to obtain 21.6 mg of the desired product (P2). The yield of the target product (P2) was 71%.

ここでは、ポルフィリン誘導体P4に対し4-ジメチルアミノフェニルアセチレンを過剰(ここでは7.6当量)に添加した。このように、ポルフィリン誘導体P4の1当量に対し、導入する第2のアリールユニットの当量は、1当量以上、より好ましくは2当量以上とする。 Here, 4-dimethylaminophenylacetylene was added in excess (here, 7.6 equivalents) with respect to the porphyrin derivative P4. As described above, the equivalent of the second aryl unit to be introduced is 1 equivalent or more, more preferably 2 equivalents or more, with respect to 1 equivalent of the porphyrin derivative P4.

(4)上記ポルフィリン誘導体P3は、例えば、前述した(反応式7)に示す化学反応により生成することができる。 (4) The porphyrin derivative P3 can be produced, for example, by the chemical reaction shown in the above-mentioned (reaction formula 7).

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。特に、2種のアリールユニットを導入することで、吸光度(溶解度)の向上や、ポルフィリン骨格由来の吸収帯(Qバンド領域)の広域化を図ることができる。 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. In particular, by introducing two types of aryl units, it is possible to improve the absorbance (solubility) and widen the absorption band (Q band region) derived from the porphyrin skeleton.

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。以下の(一般式1)において、アリールユニットを構成するRとR’は異なる。 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. In the following (general formula 1), R and R'constituting the aryl unit are different.

Figure 0007062284000031
Figure 0007062284000031

上記一般式のR、R’としては、例えば、表3に示すR1~R7を組み合わせることができる。上記(化学式1)に示すポルフィリン誘導体の場合、R、R’は、それぞれ“R2”の欄に示す“-(CHCH”と、“R3”の欄に示す“-CF”となる。また、対応する反応物質(X、X’)は、それぞれ、4-ヘキシルフェニルアセチレンとトリフルオロメチルフェニルアセチレンである。 As R and R'of the above general formula, for example, R1 to R7 shown in Table 3 can be combined. In the case of the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 1), R and R'are "-(CH 2 ) 5 CH 3 " shown in the column of "R2" and "-CF 3 " shown in the column of "R3", respectively. It becomes. The corresponding reactants (X, X') are 4-hexylphenylacetylene and trifluoromethylphenylacetylene, respectively.

また、上記(化学式2)に示すポルフィリン誘導体の場合、R、R’は、それぞれ“R2”の欄に示す“-(CHCH”と、“R4”の欄に示す“-NMe”となる。また、対応する反応物質(X、X’)は、それぞれ、4-ヘキシルフェニルアセチレンと4-ジメチルアミノフェニルアセチレンである。 Further, in the case of the porphyrin derivative represented by the above (chemical formula 2), R and R'are "-(CH 2 ) 5 CH 3 " shown in the column of "R2" and "-NMe" shown in the column of "R4", respectively. It becomes 2 ". The corresponding reactants (X, X') are 4-hexylphenylacetylene and 4-dimethylaminophenylacetylene, respectively.

これらの他、表3に示すR1~R7を組み合わせて導入することで、特性の良好なポルフィリン誘導体を得ることができる。 In addition to these, by introducing R1 to R7 shown in Table 3 in combination, a porphyrin derivative having good characteristics can be obtained.

Figure 0007062284000032
Figure 0007062284000032

また、上記表3においては、アリールユニットを構成するRとR’について説明したが、このR、R’については、チオフェンに結合したもの(チオフェン化合物)でもよい。例えば、表3に示すR1~R7および表4に示すT1~T7のいずれかを組み合わせることができる。例えば、R2とT2とを組み合わせることで、吸光度(溶解度)の向上や、Qバンド領域の広域化による特性の向上を図れる可能性が高い。また、光電変換装置に用いた場合フェイスオン配向性が優位となり、変換効率等が良好となる可能性が高い。 Further, in Table 3 above, R and R'constituting the aryl unit have been described, but the R and R'may be those bound to thiophene (thiophene compound). For example, any of R1 to R7 shown in Table 3 and T1 to T7 shown in Table 4 can be combined. For example, by combining R2 and T2, there is a high possibility that the absorbance (solubility) can be improved and the characteristics can be improved by widening the Q band region. Further, when used in a photoelectric conversion device, the face-on orientation becomes dominant, and there is a high possibility that the conversion efficiency and the like will be good.

Figure 0007062284000033
Figure 0007062284000033

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の向上(変換効率等の向上)を図ることができる。また、R、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, it is possible to improve the characteristics of the photoelectric conversion device (improve the conversion efficiency and the like). Further, by introducing various groups as R and 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 0007062284000034
Figure 0007062284000034

(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16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16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. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the photoelectric conversion device of the present embodiment. As shown in FIG. 16, 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、溶媒への溶解性が向上しているため、塗布工程の調整が容易となり、また、活性層の厚膜化が可能となる。 Further, as described above, in the porphyrin derivative represented by the above (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2), the solubility in the solvent is improved, so that the coating process can be easily adjusted and the thickness of the active layer is increased. Membrane formation is possible.

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.

例えば、上記実施の形態においては、ポルフィリン骨格の中心金属としてMgを配位させているが、ポルフィリン骨格の中心金属をZnとしてもよい。また、他の2価の金属(M)、例えば、CaやFeとしてもよい。 For example, in the above embodiment, Mg is coordinated as the central metal of the porphyrin skeleton, but the central metal of the porphyrin skeleton may be Zn. Further, it may be another divalent metal (M), for example, Ca or Fe.

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 (10)

以下の(化学式1)に示すポルフィリン誘導体。
Figure 0007062284000035
The porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 1).
Figure 0007062284000035
以下の(化学式2)に示すポルフィリン誘導体。
Figure 0007062284000036
The porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 2).
Figure 0007062284000036
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 0007062284000037
Figure 0007062284000038
The porphyrin from which the TIPS group was removed after the TIPS group of the porphyrin derivative P1 was removed by the first reaction between 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 0007062284000037
Figure 0007062284000038
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 0007062284000039
Figure 0007062284000040
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 0007062284000039
Figure 0007062284000040
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 0007062284000041
Figure 0007062284000042
A donor material for a photoelectric conversion device having a porphyrin derivative represented by the following (Chemical formula 1) or (Chemical formula 2).
Figure 0007062284000041
Figure 0007062284000042
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。但し、以下の(一般式1)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
Figure 0007062284000043
Figure 0007062284000044
Figure 0007062284000045
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. However, the following (general formula 1) is a porphyrin derivative represented by the following (chemical formula 1) or (chemical formula 2) .
Figure 0007062284000043
Figure 0007062284000044
Figure 0007062284000045
(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。但し、以下の(一般式1)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
Figure 0007062284000046
Figure 0007062284000047
Figure 0007062284000048
(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). However, the following (general formula 1) is a porphyrin derivative represented by the following (chemical formula 1) or (chemical formula 2) .
Figure 0007062284000046
Figure 0007062284000047
Figure 0007062284000048
請求項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 0007062284000049
In the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 9 ,
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 0007062284000049
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