JPWO2010038721A1 - Organic photoelectric conversion element and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

エネルギー変換効率に優れ、繰り返しの折り曲げに対して高い耐久性を有し、光耐久性に優れるフレキシブルな有機光電変換素子、及びその製造方法を提供することが目的であり、該有機光電変換素子は、第1の電極と第2の電極との間に少なくとも電荷輸送部と光電変換部とを積層してなる有機光電変換素子において、光電変換部がp型半導体材料とn型半導体材料とのバルクヘテロジャンクション構造からなり、p型半導体材料とn型半導体材料との質量換算比による連続的な濃度勾配が第1の電極側から第2の電極側に向けての領域に少なくとも存在することを特徴とする。It is an object to provide a flexible organic photoelectric conversion element having excellent energy conversion efficiency, high durability against repeated bending, and excellent light durability, and a method for producing the same. In the organic photoelectric conversion element in which at least the charge transporting portion and the photoelectric conversion portion are stacked between the first electrode and the second electrode, the photoelectric conversion portion is a bulk hetero of the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material. It has a junction structure and is characterized in that a continuous concentration gradient due to the mass conversion ratio between the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material exists at least in a region from the first electrode side to the second electrode side. To do.

Description

本発明は有機光電変換素子に関する。特にエネルギー変換効率に優れ、折り曲げに対する耐久性、光照射に対する耐久性が向上したフレキシブル型有機光電変換素子、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element. In particular, the present invention relates to a flexible organic photoelectric conversion element having excellent energy conversion efficiency, improved durability against bending, and improved durability against light irradiation, and a method for producing the same.

有機太陽電池は塗布法で形成できることから、大量生産に適した太陽電池として注目され、多くの研究機関で盛んに研究がなされている。有機太陽電池は有機ドナー材料と有機アクセプター材料を混合した、所謂バルクヘテロジャンクション構造によって、課題だった電荷分離効率を向上させている(例えば、特許文献1参照)。結果としてエネルギー変換効率は5%台まで向上し、一気に実用レベルにまで発展してきた分野と言える。   Since organic solar cells can be formed by a coating method, they have attracted attention as solar cells suitable for mass production and are actively studied by many research institutions. In organic solar cells, the so-called bulk heterojunction structure in which an organic donor material and an organic acceptor material are mixed improves charge separation efficiency, which has been a problem (see, for example, Patent Document 1). As a result, the energy conversion efficiency has been improved to the 5% level, and it can be said that this field has been developed to a practical level at once.

上述したバルクへテロジャンクション型の有機太陽電池は、光吸収によって形成した励起子を失活する前に効率よく電荷分離できることが特徴だが、発生したフリーキャリアは、有機ドナー材料または有機アクセプター材料がそれぞれ相分離した形で存在するパーコレーション構造中を拡散によって移動するため、両極性のフリーキャリア同士が電極上で再結合してしまい、エネルギー変換効率の低下を起こしやすいといった課題があった。   The above-described bulk heterojunction type organic solar cell is characterized by efficient charge separation before quenching excitons formed by light absorption, but the generated free carriers are generated by the organic donor material or the organic acceptor material, respectively. Since it moves by diffusion through the percolation structure existing in a phase-separated form, there has been a problem that bipolar free carriers are recombined on the electrode and the energy conversion efficiency is liable to decrease.

それに対し、発電層と電極間に励起子ブロック層を設けることで電極上でのキャリア再結合を抑制する技術が紹介されており(例えば、特許文献2参照)、高効率化に向けて重要な知見と言える。   On the other hand, a technique for suppressing carrier recombination on the electrode by providing an exciton blocking layer between the power generation layer and the electrode has been introduced (see, for example, Patent Document 2), which is important for high efficiency. It can be said that it is knowledge.

しかしながら、バルクヘテロジャンクション型の発電層と励起子ブロック層とを積層すると、界面近傍に電気的な障壁が形成されてしまい、そこが再結合サイトになって高効率化の効果を十分に得られないことがあった。   However, if a bulk heterojunction type power generation layer and an exciton blocking layer are stacked, an electrical barrier is formed in the vicinity of the interface, which becomes a recombination site, and the effect of high efficiency cannot be sufficiently obtained. There was a thing.

また、同様に、界面近傍に形成される電気的な障壁が光照射下での効率低下を引き起こすことがあり、実用上の課題となっていた。   Similarly, an electrical barrier formed in the vicinity of the interface may cause a reduction in efficiency under light irradiation, which has been a practical problem.

また、pn層間に連続した混在領域を設けることで、電荷分離とキャリア取り出しを両立しようとする試みが紹介されている(例えば、特許文献3参照)が、この方法では電荷分離能に優れる最適なバルクへテロジャンクション構造領域が極めて狭く、十分な変換効率を得ることができなかった。   In addition, an attempt to achieve both charge separation and carrier extraction by providing a continuous mixed region between pn layers has been introduced (see, for example, Patent Document 3). The bulk heterojunction structure region was extremely narrow, and sufficient conversion efficiency could not be obtained.

混在領域を生産性に優れる塗布法で形成させる場合、膜厚方向に対して濃度勾配を制御することは、従来文献で紹介されているような塗布プロセスでは容易に製膜することができず、所望する性能と塗布による生産性の両立ができていなかった。   When forming a mixed region by a coating method with excellent productivity, controlling the concentration gradient with respect to the film thickness direction cannot be easily formed by a coating process as introduced in the conventional literature. The desired performance and productivity by coating could not be achieved.

更にはこれらの構成を塗布法で形成したフレキシブル有機太陽電池に適用すると、繰り返しの折り曲げによって変換効率が低下する挙動が見られ、実用上の課題となっていた。   Furthermore, when these structures are applied to a flexible organic solar battery formed by a coating method, a behavior in which the conversion efficiency decreases due to repeated bending is a practical problem.

米国特許第5,331,183号明細書US Pat. No. 5,331,183 米国特許第7,026,041号明細書US Pat. No. 7,026,041 特開2005−244159号公報JP-A-2005-244159

本発明は上述したような従来の課題を解決するためのもので、その目的は、エネルギー変換効率に優れ、繰り返しの折り曲げに対して高い耐久性を有し、光耐久性に優れるフレキシブルな有機光電変換素子、及びその製造方法を提供することにある。   The present invention is to solve the conventional problems as described above, and its purpose is to provide a flexible organic photoelectric sensor having excellent energy conversion efficiency, high durability against repeated bending, and excellent light durability. It is providing the conversion element and its manufacturing method.

本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following configurations.

1.第1の電極と第2の電極との間に少なくとも電荷輸送部と光電変換部とを積層してなる有機光電変換素子において、該光電変換部がp型半導体材料とn型半導体材料とのバルクヘテロジャンクション構造からなり、該p型半導体材料と該n型半導体材料との質量換算比による連続的な濃度勾配の領域が第1の電極と第2の電極との間に少なくとも存在することを特徴とする有機光電変換素子。   1. In an organic photoelectric conversion element in which at least a charge transport portion and a photoelectric conversion portion are stacked between a first electrode and a second electrode, the photoelectric conversion portion is a bulk hetero of a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material. It has a junction structure, and a region having a continuous concentration gradient due to a mass conversion ratio between the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material exists at least between the first electrode and the second electrode. Organic photoelectric conversion element.

2.前記連続的な濃度勾配の領域が前記光電変換部と前記電荷輸送部との界面近傍であることを特徴とする前記1に記載の有機光電変換素子。   2. 2. The organic photoelectric conversion element according to 1 above, wherein the continuous concentration gradient region is in the vicinity of an interface between the photoelectric conversion unit and the charge transport unit.

3.前記電荷輸送部が主に正孔を輸送する正孔輸送部であることを特徴とする前記1または2に記載の有機光電変換素子。   3. 3. The organic photoelectric conversion element as described in 1 or 2 above, wherein the charge transporting part is a hole transporting part that mainly transports holes.

4.前記電荷輸送部が主に電子を輸送する電子輸送部であることを特徴とする前記1または2に記載の有機光電変換素子。   4). 3. The organic photoelectric conversion element as described in 1 or 2 above, wherein the charge transporting part is an electron transporting part that mainly transports electrons.

5.前記電荷輸送部が少なくとも主に正孔を輸送する正孔輸送部と主に電子を輸送する電子輸送部とを含み、前記光電変換部が前記正孔輸送部と前記電子輸送部によって挟まれた構造を有することを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。   5. The charge transport part includes at least a hole transport part that mainly transports holes and an electron transport part that mainly transports electrons, and the photoelectric conversion part is sandwiched between the hole transport part and the electron transport part 5. The organic photoelectric conversion element according to any one of 1 to 4, which has a structure.

6.前記連続的な濃度勾配の領域が塗布法または印刷法によって形成されることを特徴とする前記1〜5のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。   6). 6. The organic photoelectric conversion element according to any one of 1 to 5, wherein the continuous concentration gradient region is formed by a coating method or a printing method.

7.前記1〜6のいずれか1項に記載の有機光電変換素子の製造方法であって、p型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体のうち少なくともどちらか一方を有する溶液を塗布する前駆体塗布工程と、塗布した膜の不要部を除去するパターニング工程と、外部刺激処理によって該p型半導体材料前駆体と該n型半導体材料前駆体のうち少なくともどちらか一方の化学構造変化を誘発し、該化学構造変化が誘発した前駆体を不溶化させる不溶化工程とを含むことを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。   7). It is a manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of any one of said 1-6, Comprising: The precursor which apply | coats the solution which has at least any one among a p-type semiconductor material precursor and an n-type semiconductor material precursor Inducing a chemical structure change of at least one of the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor by an application process, a patterning process for removing unnecessary portions of the applied film, and an external stimulus process, And an insolubilizing step of insolubilizing the precursor induced by the chemical structure change.

8.前記p型半導体材料前駆体と前記n型半導体材料前駆体のうち少なくとも一方が、架橋性の置換基を有した前駆体であり、且つ前記不溶化工程で前駆体のうち少なくとも一部を架橋させ不溶化させることを特徴とする前記7に記載の有機光電変換素子の製造方法。   8). At least one of the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor is a precursor having a crosslinkable substituent, and at least a part of the precursor is crosslinked and insolubilized in the insolubilization step. 8. The method for producing an organic photoelectric conversion element as described in 7 above, wherein

9.前記p型半導体材料前駆体と前記n型半導体材料前駆体のうち少なくとも一方が、外部刺激処理によって化学構造変化を起こす前駆体であり、且つ前記不溶化工程で前駆体を化学構造変化させて不溶化させることを特徴とする前記7に記載の有機光電変換素子の製造方法。   9. At least one of the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor is a precursor that undergoes a chemical structure change by an external stimulus process, and the precursor is changed in chemical structure in the insolubilization step to be insolubilized. 8. The method for producing an organic photoelectric conversion element as described in 7 above.

10.前記外部刺激処理が加熱処理、UV光照射処理、あるいは加熱処理とUV光照射処理の併用のいずれかの処理であることを特徴とする前記7〜9のいずれか1項に記載の有機光電変換素子の製造方法。   10. The organic photoelectric conversion according to any one of 7 to 9, wherein the external stimulation treatment is any one of heat treatment, UV light irradiation treatment, or combined use of heat treatment and UV light irradiation treatment. Device manufacturing method.

11.少なくとも、前記前駆体塗布工程と、前記パターニング工程と、前記不溶化工程とを含む工程群を繰り返し行うことで、逐次積層された発電領域を形成することを特徴とする前記7〜10のいずれか1項に記載の有機光電変換素子の製造方法。   11. Any one of 7 to 10 above, wherein a power generation region that is sequentially stacked is formed by repeatedly performing a process group including at least the precursor application process, the patterning process, and the insolubilization process. The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element as described in a term.

12.前記p型半導体材料前駆体と前記n型半導体材料前駆体の混合比が異なる塗布液を逐次積層することで、少なくとも連続的な濃度勾配を有する逐次積層された発電領域を形成することを特徴とする前記11に記載の有機光電変換素子の製造方法。   12 A sequential power generation region having at least a continuous concentration gradient is formed by sequentially laminating coating solutions having different mixing ratios of the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor. The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element as described in 11 above.

13.前記逐次積層された発電領域が、連続的な濃度勾配を有する領域と、濃度が一定な領域とをそれぞれ含むことを特徴とする前記11または12に記載の有機光電変換素子の製造方法。   13. 13. The method of manufacturing an organic photoelectric conversion element according to 11 or 12, wherein the sequentially stacked power generation regions each include a region having a continuous concentration gradient and a region having a constant concentration.

本発明により、エネルギー変換効率に優れ、繰り返しの折り曲げに対して高い耐久性を有し、光耐久性に優れるフレキシブルな有機光電変換素子、及びその製造方法が提供できる。   According to the present invention, a flexible organic photoelectric conversion element having excellent energy conversion efficiency, high durability against repeated bending, and excellent light durability, and a method for producing the same can be provided.

本発明の有機光電変換素子の製造方法の概略図である。It is the schematic of the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of this invention. バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element. 本発明における濃度勾配を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the density | concentration gradient in this invention. タンデム型のバルクヘテロジャンクション層を備える有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solar cell which consists of an organic photoelectric conversion element provided with a tandem-type bulk heterojunction layer.

以下、本発明について詳述する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の有機光電変換素子は、第1の電極と第2の電極との間に少なくとも電荷輸送部と光電変換部とを積層してなる有機光電変換素子において、光電変換部がp型半導体材料とn型半導体材料とのバルクヘテロジャンクション構造からなり、p型半導体材料とn型半導体材料との質量換算比による連続的な濃度勾配の領域が第1の電極と第2の電極との間に少なくとも存在することを特徴とする。   The organic photoelectric conversion element of the present invention is an organic photoelectric conversion element in which at least a charge transport part and a photoelectric conversion part are stacked between a first electrode and a second electrode, wherein the photoelectric conversion part is a p-type semiconductor material. A region of continuous concentration gradient due to the mass conversion ratio of the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material is at least between the first electrode and the second electrode. It is characterized by the existence.

本発明の有機光電変換素子の製造方法について図を用いて説明する。図1(a)は、導電性基板1の上に、p型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体のうち少なくともどちらか一方を有する溶液を塗布する前駆体塗布工程と、塗布した膜の不要部を除去するパターニング工程と、外部刺激処理によって前駆体の化学構造変化を誘発し、前駆体を不溶化させる不溶化工程とを行って、光電変換部(バルクヘテロジャンクション層)2を形成する。図1(b)は、光電変換部2の上に、同様な前駆体塗布工程と、パターニング工程と、不溶化工程とを行い、3を形成する。以下、同様にして光電変換部4、5を形成する。必要ならば、更に光電変換部を形成する。この際、光電変換部2〜5のp型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体混合比を変えて、連続的な濃度勾配を有する逐次積層された光電変換部を形成してもよく、あるいは連続的な濃度勾配を有する領域と、濃度が一定な領域を形成することができる。   The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of this invention is demonstrated using figures. FIG. 1A shows a precursor coating step of coating a solution having at least one of a p-type semiconductor material precursor and an n-type semiconductor material precursor on a conductive substrate 1, and a coating film. A photoelectric conversion portion (bulk heterojunction layer) 2 is formed by performing a patterning step for removing unnecessary portions and an insolubilization step for inducing a chemical structure change of the precursor by external stimulation treatment to insolubilize the precursor. In FIG. 1B, the same precursor coating process, patterning process, and insolubilization process are performed on the photoelectric conversion unit 2 to form 3. Thereafter, the photoelectric conversion units 4 and 5 are formed in the same manner. If necessary, a photoelectric conversion unit is further formed. At this time, the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor mixing ratio of the photoelectric conversion units 2 to 5 may be changed to form a sequentially stacked photoelectric conversion unit having a continuous concentration gradient, Alternatively, a region having a continuous concentration gradient and a region having a constant concentration can be formed.

上述したp型半導体材料前駆体、もしくはn型半導体材料前駆体は、少なくとも一方が架橋性の置換基を有した前駆体であることが好ましい。特に、後述する外部刺激処理によってキャリアトラップや素子寿命に影響するような副生成物が発生せず、前駆体同士がネットワーク化し半導体材料となる態様が好ましく、具体的な置換基としてはビニル基やエポキシ基が挙げられ、特にビニル基である化合物が好ましい。   It is preferable that at least one of the above-described p-type semiconductor material precursor or n-type semiconductor material precursor is a precursor having a crosslinkable substituent. In particular, an embodiment in which a by-product that affects carrier traps and device lifetime is not generated by the external stimulus treatment described later, and precursors are networked together to form a semiconductor material. Specific examples of the substituent include a vinyl group and An epoxy group is exemplified, and a compound that is a vinyl group is particularly preferable.

半導体材料前駆体に処理する外部刺激としては、上述した架橋性の置換基の一部が架橋し、ネットワークを形成すれば如何なる外部刺激も好ましく用いることができる。例えば、加熱処理、及びUV光照射処理、またはその両方を組み合わせ処理することが好ましく、光電変換の性能、素子寿命から適宜処理条件を選択することができる。   As the external stimulus to be processed into the semiconductor material precursor, any external stimulus can be preferably used as long as a part of the above-mentioned crosslinkable substituents are crosslinked to form a network. For example, it is preferable to perform a heat treatment and a UV light irradiation treatment, or a combination of both, and the treatment conditions can be appropriately selected from the performance of photoelectric conversion and the element lifetime.

本発明の有機光電変換素子の製造方法においては、パターニング工程を有することが特徴である。好ましくは、上述した外部刺激処理による不溶化工程前にパターニング工程を有することであり、前駆体塗布工程、パターニング工程、不溶化工程をこの順で行うことが更に好ましい。パターニング工程は、公知の如何なる方法においても本発明の効果が損なわれない限り適用できる。パターニング工程の例としては、物理的なスクラブ法、光学的なスクラブ法、レーザースクラブ法などを挙げることができる。   In the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of this invention, it has the patterning process. Preferably, it has a patterning process before the insolubilization process by the external stimulation process mentioned above, and it is still more preferable to perform a precursor application | coating process, a patterning process, and an insolubilization process in this order. The patterning step can be applied by any known method as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of the patterning step include a physical scrub method, an optical scrub method, and a laser scrub method.

また、凸版印刷、インクジェット印刷、スクリーン印刷等の各種印刷法や、フォトエッチングなどのパターニング法、予めマスキングした後に塗布し、マスクを取り除くことでパターニングする方法が挙げられる。予めバンクを形成しておいて、その中に塗布液を流し込む方法などによって、前記塗布工程とパターニング工程を行ってもよい。   In addition, various printing methods such as letterpress printing, ink jet printing, and screen printing, patterning methods such as photo-etching, and methods of patterning by applying after masking in advance and removing the mask are included. A bank may be formed in advance, and the coating process and the patterning process may be performed by a method of pouring a coating solution into the bank.

より好ましい例としては、前駆体塗布液を塗布乾燥した後、その塗布液と同じ溶媒か、もしくは溶解度パラメータが近い溶媒を用いて拭き取ることでパターンを形成する方法が挙げられる。   More preferable examples include a method of forming a pattern by coating and drying a precursor coating solution and then wiping with a solvent having the same solvent as the coating solution or a solvent having a solubility parameter close to that of the coating solution.

本発明の有機光電変換素子について、図2を用いて詳細に説明する。図2は、バルクへテロジャンクション型光電変換素子の基本構造を示す概略断面図である。   The organic photoelectric conversion element of this invention is demonstrated in detail using FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of a bulk heterojunction photoelectric conversion element.

図2において、バルクヘテロジャンクション型有機光電変換素子10は、基板11の一方面上に、透明電極12(第1の電極)、電荷輸送部15及び16、バルクヘテロジャンクション構造を有する光電変換部14及び対電極13(第2の電極)が図2に示すように順次積層された構造からなる。更に本発明の有機光電変換素子では、光電変換部14が少なくともp型半導体材料とn型半導体材料とのバルクヘテロジャンクション構造からなり、p型半導体材料とn型半導体材料との質量換算比による連続的な濃度勾配の領域が第1の電極と第2の電極との間に少なくとも存在することを特徴とする。   In FIG. 2, a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element 10 includes a transparent electrode 12 (first electrode), charge transporting portions 15 and 16, a photoelectric conversion portion 14 having a bulk heterojunction structure, and a pair on one surface of a substrate 11. The electrode 13 (second electrode) has a structure in which the electrodes are sequentially stacked as shown in FIG. Furthermore, in the organic photoelectric conversion element of the present invention, the photoelectric conversion portion 14 has a bulk heterojunction structure of at least a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material, and is continuous by a mass conversion ratio of the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material. A region having a high concentration gradient exists at least between the first electrode and the second electrode.

本願の光電変換部14を構成するバルクヘテロジャンクション構造とは、少なくともp型半導体材料とn型半導体材料との混合体からなり、且つ各々の材料が相分離することでドメイン構造を有し、電荷を取り出すために立体的に接続された構造を言う。また、光電変換部は光吸収によって発生した励起子が、p型半導体材料とn型半導体材料との界面で電荷分離し、フリーな電荷が発生する機能を有する領域を言う。   The bulk heterojunction structure constituting the photoelectric conversion unit 14 of the present application is composed of at least a mixture of a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material, and has a domain structure by phase separation of each material, A structure that is three-dimensionally connected for extraction. The photoelectric conversion portion is a region having a function of generating free charges by excitons generated by light absorption at the interface between the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material.

更に本願の電荷輸送部15(または16)とは、1種の材料からなる領域や複数種の半導体材料が混合されていても、相分離せず均一相となっている領域を言う。また、電荷輸送部はフリーな電荷を輸送する機能を有し、光を吸収しても電荷分離などによって新たな電荷が発生しない領域を言う。   Further, the charge transporting portion 15 (or 16) of the present application refers to a region made of a single material or a region that is in a uniform phase without phase separation even when a plurality of types of semiconductor materials are mixed. The charge transport portion has a function of transporting free charges, and refers to a region where new charges are not generated due to charge separation even when light is absorbed.

本願のp型半導体材料とn型半導体材料との質量換算比は、それぞれの材料の質量比からp/n比として定義することができる。   The mass conversion ratio between the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material of the present application can be defined as the p / n ratio from the mass ratio of the respective materials.

図3において、本発明における濃度勾配を模式的に例示するために、p/n比と素子厚み方向の深さの関係を示した。図3の(A)は従来の層構造を示す一例であり、一般的に用いられている層状の濃度分布を示す。また、図3(B)も従来の層構造を例示したもので、例えば、特開2005−244159号公報や、国際公開第05/4252A3号パンフレットで紹介されるような、p型半導体層とn型半導体層との界面に濃度分布を有する構成である。図3(A)の構造は塗布法で形成したフレキシブル有機太陽電池に適用すると、繰り返しの折り曲げによって変換効率が低下する挙動が見られ、実用上の課題となっていた。また、図3(B)の構造は電荷分離能に優れる最適なバルクへテロジャンクション構造領域が極めて狭く、十分な変換効率を得ることができなかった。図3(B)は、p型半導体層とn型半導体層それぞれの塗布の結果、p/n比の濃度分布が急激に変化しており、バルクへテロジャンクション構造領域が極めて狭くなったものであり、本発明外である。   In FIG. 3, in order to schematically illustrate the concentration gradient in the present invention, the relationship between the p / n ratio and the depth in the element thickness direction is shown. FIG. 3A is an example showing a conventional layer structure, and shows a generally used layered concentration distribution. FIG. 3B also exemplifies a conventional layer structure. For example, a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor such as those introduced in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-244159 and International Publication No. 05 / 4252A3 pamphlet are shown. This has a concentration distribution at the interface with the type semiconductor layer. When the structure of FIG. 3A is applied to a flexible organic solar cell formed by a coating method, a behavior in which conversion efficiency decreases due to repeated bending is a practical problem. In addition, the structure shown in FIG. 3B has an extremely narrow bulk heterojunction structure region that is excellent in charge separation capability, and sufficient conversion efficiency could not be obtained. FIG. 3B shows the result that the concentration distribution of the p / n ratio has changed abruptly as a result of the application of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, and the bulk heterojunction structure region has become extremely narrow. Yes, outside the present invention.

図3(C)は、本発明で好ましく用いることができる層構造を例示したもので、図2の断面図を用いて説明すると、例えば、第1の電極側に形成された電荷輸送部15が主に正孔輸送性材料からなる場合、第2の電極側に形成された電荷輸送部16は電子輸送性材料からなることが好ましく、更には電荷輸送部15と接する光電変換部14のp/n比が高く、電荷輸送部16と接する光電変換部14のp/n比が低く、電荷輸送部15側から電荷輸送部16側に向かって光電変換部14のp/n比が連続的に低くなっていく構成を挙げることができ、本発明において好ましい態様である。なお、p/n比はp型半導体材料と該n型半導体材料との質量換算比であるが、その質量換算比は本発明において特に限定されず、p型の方がn型より多くても、少なくても本願の効果を得ることができる。   FIG. 3C illustrates a layer structure that can be preferably used in the present invention. The cross-sectional view of FIG. 2 illustrates the charge transport portion 15 formed on the first electrode side, for example. When mainly made of a hole transporting material, the charge transporting part 16 formed on the second electrode side is preferably made of an electron transporting material, and further, the p / of the photoelectric conversion part 14 in contact with the charge transporting part 15. The n ratio is high, the p / n ratio of the photoelectric conversion unit 14 in contact with the charge transport unit 16 is low, and the p / n ratio of the photoelectric conversion unit 14 is continuously increased from the charge transport unit 15 side to the charge transport unit 16 side. The structure which becomes low can be mentioned and is a preferable aspect in this invention. The p / n ratio is a mass conversion ratio between the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material, but the mass conversion ratio is not particularly limited in the present invention, and the p-type ratio may be larger than the n-type. At least, the effects of the present application can be obtained.

図3(D)は、本発明で好ましく用いることができる層構造を例示したもので、図2の断面図を用いて説明すると、電荷輸送部15(または16)から光電変換部14にかけて、少なくとも連続的な濃度勾配を有する領域と濃度勾配を有さない領域とを有する構成を挙げることもでき、本発明において更に好ましい態様である。   FIG. 3D illustrates a layer structure that can be preferably used in the present invention. When described with reference to the cross-sectional view of FIG. 2, at least from the charge transporting portion 15 (or 16) to the photoelectric conversion portion 14, A configuration having a region having a continuous concentration gradient and a region having no concentration gradient can also be mentioned, which is a more preferable aspect in the present invention.

図3(E)は、本発明で好ましく用いることができる層構造を例示したもので、図2の断面図を用いて説明すると、電荷輸送部15(または16)から光電変換部14にかけて、少なくとも連続的な濃度勾配を有する領域と濃度勾配を有さない領域とを有し、且つ電荷輸送層15(または16)の均一層が形成される構成を挙げることができ、本発明において更に好ましい態様である。   FIG. 3E illustrates a layer structure that can be preferably used in the present invention. When described with reference to the cross-sectional view of FIG. 2, at least the charge transporting portion 15 (or 16) and the photoelectric conversion portion 14 are arranged. A configuration in which a region having a continuous concentration gradient and a region having no concentration gradient are formed and a uniform layer of the charge transport layer 15 (or 16) is formed can be given. It is.

本発明における連続的な濃度勾配を有する領域は、少なくとも光電変換部14に存在し、光電変換部14から電荷輸送部15(または16)にかけての界面近傍に分布していることが好ましい。更には連続的な濃度勾配を有する領域と濃度勾配を有さない領域とが光電変換部14に存在することが好ましく、更に好ましくは連続的な濃度勾配を有する領域と濃度勾配を有さない領域とが光電変換部14に存在し、且つ連続的な濃度勾配を有する領域が光電変換部14から電荷輸送部15(または16)にかけての界面近傍に分布していることが更に好ましい。   The region having a continuous concentration gradient in the present invention is preferably present at least in the photoelectric conversion unit 14 and distributed in the vicinity of the interface from the photoelectric conversion unit 14 to the charge transport unit 15 (or 16). Furthermore, it is preferable that a region having a continuous concentration gradient and a region having no concentration gradient exist in the photoelectric conversion unit 14, and more preferably, a region having a continuous concentration gradient and a region having no concentration gradient. More preferably, a region having a continuous concentration gradient is distributed in the vicinity of the interface from the photoelectric conversion unit 14 to the charge transporting unit 15 (or 16).

本発明において、電荷輸送部は正孔輸送部、または電子輸送部であり、光電変換部が正孔輸送部と電子輸送部によって挟まれた構造が好ましい。   In the present invention, the charge transport part is a hole transport part or an electron transport part, and a structure in which the photoelectric conversion part is sandwiched between the hole transport part and the electron transport part is preferable.

本発明における連続的な濃度勾配を有する領域とは、バルクヘテロジャンクション構造を有していることが特徴である。ここで連続的とは、少なくともp/n比の異なる領域が複数積層された構造を言い、徐々にp/n比が変化する構成や、段階的だが複数層に亘ってp/n比が変化する構成を表し、連続的に濃度が変化していく構造を言う。連続的な濃度勾配を有する領域の構成としては、例えば、p/n比の異なる層を数層〜数百層積層することで、本願の連続的な濃度勾配を有する領域を形成することができ、好ましくはp/n比が異なる層を3層以上積層することが好ましく、更には10層以上積層することが好ましく、最も好ましくは実質的に連続的な濃度勾配になる様積層することが好ましい。   The region having a continuous concentration gradient in the present invention is characterized by having a bulk heterojunction structure. Here, “continuous” means a structure in which a plurality of regions having different p / n ratios are stacked, and the p / n ratio gradually changes, or the p / n ratio changes stepwise but over a plurality of layers. This means a structure in which the concentration continuously changes. As a configuration of a region having a continuous concentration gradient, for example, a region having a continuous concentration gradient of the present application can be formed by stacking several to several hundred layers having different p / n ratios. Preferably, three or more layers having different p / n ratios are stacked, more preferably 10 or more layers, and most preferably, a layer having a substantially continuous concentration gradient is preferable. .

本発明における連続的な濃度勾配を有する領域を形成する方法としては、本願の構成を実現できる方法であれば如何なる方法を用いることもでき、蒸着法、または塗布法であることが好ましく、中でも塗布法が好ましい。   As a method for forming a region having a continuous concentration gradient in the present invention, any method can be used as long as it can realize the configuration of the present application, and a vapor deposition method or a coating method is preferable, and a coating method is particularly preferable. The method is preferred.

塗布法においては、一般的なキャスト法、スピンコート法、各種の印刷法などを用いることができ、p/n比の異なる塗布溶液を積層し製膜することが好ましい。具体的には、半導体材料を溶解した塗布溶液を前面に塗布後、拭き取り工程において所望の形状にパターニングするか、予めパターン状に塗布する方法が好ましい。   In the coating method, a general casting method, a spin coating method, various printing methods, and the like can be used, and it is preferable to form a film by stacking coating solutions having different p / n ratios. Specifically, a method in which a coating solution in which a semiconductor material is dissolved is applied to the front surface and then patterned into a desired shape in a wiping process or is applied in a pattern in advance.

連続的な濃度勾配を有する領域は、例えば、所望のp/n比に調整した硬化性の半導体材料溶液を塗布後、熱処理または光照射などによって半導体膜を不溶化し、続けて下層に形成したp/n比とは異なる濃度の半導体材料溶液を積層塗布するといった工程を繰り返すことで、所望の連続した濃度勾配を有する領域を形成することが可能となる。   The region having a continuous concentration gradient is formed by, for example, applying a curable semiconductor material solution adjusted to a desired p / n ratio, insolubilizing the semiconductor film by heat treatment or light irradiation, and subsequently forming p in the lower layer. By repeating the step of laminating and applying a semiconductor material solution having a concentration different from the / n ratio, a region having a desired continuous concentration gradient can be formed.

半導体膜の不溶化は溶解性の低い高分子化合物を用いることが好ましく、更に好ましくは塗布製膜後に、例えば、熱処理または光照射といった何らかの外部刺激によって、ネットワーク構造を有す高分子膜を形成し不溶化する構成が好ましい。   For the insolubilization of the semiconductor film, it is preferable to use a polymer compound having low solubility, and more preferably, after coating and film formation, a polymer film having a network structure is formed and insolubilized by some external stimulus such as heat treatment or light irradiation. The structure which does is preferable.

上述の高分子半導体材料の分子量は、好ましくは分子量が1000以上、より好ましくは2000以上、更に好ましくは5000以上の化合物を高分子化合物と区分する。なお、分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定することができるが、後述するようなネットワーク構造を有するような高分子の場合は、正確に分子量を特定することは困難である。   As for the molecular weight of the above-described polymer semiconductor material, a compound having a molecular weight of preferably 1000 or more, more preferably 2000 or more, and further preferably 5000 or more is classified as a polymer compound. The molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC). However, in the case of a polymer having a network structure as described later, it is difficult to specify the molecular weight accurately.

本発明における連続的な濃度勾配を有する領域の評価方法としては、例えば、ダイナミック二次イオン質量分析法(Dynamic−SIMS)により深さ方向の濃度分布を解析的に評価する方法や、表面・界面物性評価装置(SAICAS)と飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)を併用することで解析的に連続的な濃度勾配を評価することができる。後者の方法では、SAICASを用いて断層を拡張した表面切削試料を作成し、TOF−SIMSにより二次イオンの質量分析をすることで、有機物の分子構造を破壊せずに断面方向の質量分布を評価できる。   Examples of a method for evaluating a region having a continuous concentration gradient in the present invention include a method for analytically evaluating a concentration distribution in the depth direction by dynamic secondary ion mass spectrometry (Dynamic-SIMS), and a surface / interface. By using a physical property evaluation apparatus (SAICAS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) in combination, a continuous concentration gradient can be evaluated analytically. In the latter method, a surface cutting sample with an expanded fault is created using SAICAS, and mass analysis of secondary ions is performed by TOF-SIMS, so that the mass distribution in the cross-sectional direction can be obtained without destroying the molecular structure of organic matter. Can be evaluated.

以下、本発明で好ましく用いることができるn型半導体材料、p型半導体材料について詳しく説明する。ここで、n型、p型とは、半導体材料で電気伝導に寄与するのが電子であるか、正孔であるかを示している。   Hereinafter, an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material that can be preferably used in the present invention will be described in detail. Here, n-type and p-type indicate whether a semiconductor material contributes to electric conduction is an electron or a hole.

〔n型半導体材料〕
本発明の有機光電変換素子は、p型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体のうち少なくともどちらか一方を有する溶液を塗布する前駆体塗布工程と、塗布した膜の不要部を除去するパターニング工程と、外部刺激処理によって前駆体の化学構造変化を誘発し、前駆体を不溶化させる不溶化工程とを含むことを特徴とする方法によって製造される。
[N-type semiconductor materials]
The organic photoelectric conversion element of the present invention includes a precursor coating step for applying a solution having at least one of a p-type semiconductor material precursor and an n-type semiconductor material precursor, and patterning for removing unnecessary portions of the applied film. And an insolubilization step in which the chemical structure of the precursor is induced by an external stimulus treatment to insolubilize the precursor.

本発明の好ましいn型半導体としては、架橋性の置換基を有した前駆体を挙げることができ、且つ不溶化工程で前駆体同士が架橋し、上層に塗布する溶液に対して不溶化させることができることが好ましい。   Preferred n-type semiconductors of the present invention include precursors having a crosslinkable substituent, and the precursors are cross-linked in the insolubilization step and can be insolubilized in the solution applied to the upper layer. Is preferred.

n型半導体材料の例としては、フラーレン、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む、高分子化合物が挙げられる。   Examples of n-type semiconductor materials include fullerene, octaazaporphyrin, p-type semiconductor perfluoro compounds (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, etc.), naphthalenetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic diimide, perylenetetracarboxylic acid Examples thereof include polymer compounds containing an anhydride, an aromatic carboxylic acid anhydride such as perylenetetracarboxylic acid diimide, or an imidized product thereof as a skeleton.

中でも、フラーレン含有高分子化合物が好ましい。フラーレン含有高分子化合物としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等を骨格に持つ高分子化合物が挙げられる。フラーレン含有高分子化合物では、フラーレンC60を骨格に持つ高分子化合物(誘導体)が好ましい。   Among these, fullerene-containing polymer compounds are preferable. Fullerene-containing polymer compounds include fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotubes, multi-walled nanotubes, single-walled nanotubes, nanohorns (conical), etc. Examples thereof include a polymer compound having a skeleton. As the fullerene-containing polymer compound, a polymer compound (derivative) having fullerene C60 as a skeleton is preferable.

フラーレン含有ポリマーとしては、大別してフラーレンが高分子主鎖からペンダントされたポリマーと、フラーレンが高分子主鎖に含有されるポリマーとに大別されるが、フラーレンがポリマーの主鎖に含有されている化合物が好ましい。これは、フラーレンが高分子主鎖に含有されるようなポリマーは、分岐構造を有さないため、固体化した際に高密度なパッキングが形成でき、結果として高い移動度を得ることができるためではないかと推定される。   The fullerene-containing polymers are roughly classified into polymers in which fullerene is pendant from a polymer main chain and polymers in which fullerene is contained in the polymer main chain. Fullerene is contained in the polymer main chain. Are preferred. This is because a polymer in which fullerene is contained in the polymer main chain does not have a branched structure, so that when it is solidified, a high-density packing can be formed, resulting in high mobility. It is estimated that.

具体的には、下記一般式(1)で表される化合物を好適に用いることができる。   Specifically, a compound represented by the following general formula (1) can be suitably used.

一般式(1)において、R、Rは置換または無置換のアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、シリル基から選ばれる置換基を表し、L、Lは置換または無置換のアルキレン基、アルケンジイル基、アルキンジイル基、シクロアルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、シリレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、またはこれらが複数連結した構造を表す。nは2以上の整数を表す。In the general formula (1), R 1 and R 2 represent a substituent selected from a substituted or unsubstituted alkyl group, cycloalkyl group, aralkyl group, aryl group, heteroaryl group, and silyl group, and L 1 , L 2 Is a substituted or unsubstituted alkylene group, alkenediyl group, alkynediyl group, cycloalkylene group, arylene group, heteroarylene group, silylene group, ether group, thioether group, carbonyl group, carboxyl group, amino group, amide group, or these Represents a structure of multiple connections. n represents an integer of 2 or more.

、Rで表される置換または無置換のアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、シリル基としては、具体的には、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アラルキル基(例えば、ベンジル基、2−フェネチル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等)、ヘテロアリール基(例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、t−ブチルジフェニルシリル基等)が挙げられ、これらの置換基としては、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルキルシリル基について、具体的には、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、ハロゲン化アルキル基(例えば、トリフルオロメチル基、1,1,1−トリフルオロプロピル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等)、ハロゲン化アリール基(ペンタフルオロフェニル基、ペンタクロロフェニル基等)、ヘテロアリール基(例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、アルキルシリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピル(iまたはn)シリル基、トリブチル(i、tまたはn)シリル基等)が挙げられ、これらの置換基は上記の置換基によって更に置換されていても、複数が互いに結合して環を形成していてもよい。Specific examples of the substituted or unsubstituted alkyl group, cycloalkyl group, aralkyl group, aryl group, heteroaryl group, and silyl group represented by R 1 and R 2 include an alkyl group (for example, methyl group, ethyl group). Group, propyl group, isopropyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, etc.), cycloalkyl group (for example, cyclopentyl group, cyclohexyl group etc.), Aralkyl groups (for example, benzyl group, 2-phenethyl group, etc.), aryl groups (for example, phenyl group, p-chlorophenyl group, mesityl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group) Group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, biphenylyl group ), Heteroaryl group (for example, furyl group, thienyl group, pyridyl group, pyridazinyl group, pyrimidinyl group, pyrazinyl group, triazinyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, quinazolinyl group, phthalazinyl group, etc.), silyl group (for example, , Trimethylsilyl group, triethylsilyl group, t-butyldimethylsilyl group, triisopropylsilyl group, t-butyldiphenylsilyl group, etc.), and these substituents include alkyl groups, halogenated alkyl groups, alkenyl groups, As for the alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, and alkylsilyl group, specifically, an alkyl group (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group) , Dodecyl group, tridecyl group, teto Decyl group, pentadecyl group etc.), halogenated alkyl group (eg trifluoromethyl group, 1,1,1-trifluoropropyl group etc.), alkenyl group (eg vinyl group, allyl group etc.), alkynyl group (eg , Ethynyl group, propargyl group, etc.), cycloalkyl group (eg, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.), aryl group (eg, phenyl group, p-chlorophenyl group, mesityl group, tolyl group, xylyl group, xylyl group, naphthyl group, anthryl group) , Azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, biphenylyl group, etc., halogenated aryl group (pentafluorophenyl group, pentachlorophenyl group etc.), heteroaryl group (for example, furyl group, thienyl, etc.) Group, pyridyl group, pyridazinyl group, Pyrimidinyl group, pyrazinyl group, triazinyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, quinazolinyl group, phthalazinyl group, etc.), alkylsilyl group (for example, trimethylsilyl group, triethylsilyl group, tripropyl (i or n) silyl group, tributyl (I, t, or n) a silyl group, etc.), and these substituents may be further substituted with the above substituents, or a plurality thereof may be bonded to each other to form a ring.

、Lで表される置換または無置換のアルキレン基、アルケンジイル基、アルキンジイル基、シクロアルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、シリレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基としては、炭素数1〜22のアルキレン基、アルケン−1,2−ジイル基、アルキン−1,2−ジイル基、シクロアルキレン基が挙げられ、アリーレン基としては、フェニレン基、ナフチレン基が挙げられ、フェニレン基が好ましい。ヘテロアリーレン基としては、フリレン基、チエニレン基、ピリジニレン基、ピリダジニレン基、ピリミジニレン基、ピラジニレン基、トリアジニレン基、イミダゾリニレン基、ピラゾリニレン基、チアゾリニレン基、キナゾリニレン基、フタラジニレン基が挙げられる。シリレン基としては、ジメチルシリレン基、ジフェニルシリレン基等が挙げられる。A substituted or unsubstituted alkylene group, alkenediyl group, alkynediyl group, cycloalkylene group, arylene group, heteroarylene group, silylene group, ether group, thioether group, carbonyl group, carboxyl group, amino group represented by L 1 or L 2 Groups and amide groups include alkylene groups having 1 to 22 carbon atoms, alkene-1,2-diyl groups, alkyne-1,2-diyl groups, and cycloalkylene groups. Arylene groups include phenylene groups and naphthylene groups. Group, and a phenylene group is preferable. Examples of the heteroarylene group include a furylene group, a thienylene group, a pyridinylene group, a pyridazinylene group, a pyrimidinylene group, a pyrazinylene group, a triazinylene group, an imidazolinylene group, a pyrazolinylene group, a thiazolinylene group, a quinazolinylene group, and a phthalazinylene group. Examples of the silylene group include a dimethylsilylene group and a diphenylsilylene group.

更に好ましくは、n型半導体が架橋したネットワーク構造を形成していることである。このようなネットワーク構造を形成することで、バルクヘテロジャンクション層の積層や、その上に正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層等を溶液プロセスで形成する際に、下の層が溶解してしまうことがなくなるため、材料同士が混合することがなくなり、本発明の効果を如何なく発揮することができ、更には剛性の高いn型キャリアパス構造を形成することができ、p型層とn型層の相分離構造が経時で変化することを防ぎ、結果として高い耐久性を有する有機光電変換素子を得ることができる。   More preferably, the n-type semiconductor forms a crosslinked network structure. By forming such a network structure, when forming a stack of bulk heterojunction layers and a hole transport layer, an electron transport layer, a hole block layer, an electron block layer, etc. thereon by a solution process, Since the layers do not dissolve, the materials do not mix with each other, the effects of the present invention can be exhibited, and a highly rigid n-type carrier path structure can be formed. It is possible to prevent the phase separation structure of the p-type layer and the n-type layer from changing over time, and as a result, an organic photoelectric conversion element having high durability can be obtained.

更なる副次的な効果としては、バルクへテロジャンクション層の上に正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層等を溶液プロセスで形成する際に、バルクへテロジャンクション層が溶解してしまうことがなくなるため、前記の層を構成する材料とバルクへテロジャンクション層を形成する材料とが混合することがなくなり、一層の効率向上、寿命向上を達成することができる。   As a further secondary effect, when forming a hole transport layer, an electron transport layer, a hole block layer, an electron block layer, etc. on the bulk hetero junction layer by a solution process, the bulk hetero junction layer is formed. Therefore, the material constituting the layer and the material forming the bulk heterojunction layer are not mixed with each other, so that further efficiency improvement and lifetime improvement can be achieved.

三次元ネットワーク構造を形成することが可能なフラーレン含有モノマーは、下記一般式(2)で示される。   The fullerene-containing monomer capable of forming a three-dimensional network structure is represented by the following general formula (2).

式中、R、Rは置換または無置換のアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、シリル基から選ばれる置換基を表し、L、Lは置換または無置換のアルキレン基、アルケンジイル基、アルキンジイル基、シクロアルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、シリレン基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、またはこれらが複数連結した構造を表す。G、Gはネットワーク構造の結合鎖となる重合基である。なお、式中、球状のフラーレン構造の内一方の半球部分のみを示し、他方の半球部分は省略しており、フラーレン構造に置換するG、R、Lを含む第1置換基と、G、R、Lを含む第2置換基の位置関係は任意である。なお、R、Rは一般式(1)のR、Rに対応し、L、LはL、Lに対応する。In the formula, R 3 and R 4 represent a substituent selected from a substituted or unsubstituted alkyl group, cycloalkyl group, aralkyl group, aryl group, heteroaryl group, and silyl group, and L 3 and L 4 are substituted or unsubstituted. Substituted alkylene group, alkenediyl group, alkynediyl group, cycloalkylene group, arylene group, heteroarylene group, silylene group, ether group, thioether group, carbonyl group, carboxyl group, amino group, amide group, or a structure in which a plurality of these are linked Represents. G 1 and G 2 are polymerized groups that become a bond chain of the network structure. In the formula, only one hemispherical portion of the spherical fullerene structure is shown, the other hemispherical portion is omitted, and a first substituent containing G 1 , R 3 , and L 3 substituted for the fullerene structure; positional relationship between the second substituent comprising G 2, R 4, L 4 is optional. R 3 and R 4 correspond to R 1 and R 2 in the general formula (1), and L 3 and L 4 correspond to L 1 and L 2 .

そのような例としては、以下のような化合物を挙げることができる。   Examples thereof include the following compounds.

これらの化合物は、J.Mater.Chem.,vol.15(2005),p5158,Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116、Angewadte Chemie,International Edition,vol.41(2002),p838等を参考として、モノマーを合成することができる。   These compounds are described in J. Org. Mater. Chem. , Vol. 15 (2005), p5158, Adv. Mater. , Vol. 20 (2008), p2116, Angewedte Chemie, International Edition, vol. 41 (2002), p838, etc., can be used to synthesize monomers.

これらの化合物の中でも、重合架橋反応後にキャリアトラップとなる官能基が発生しない重合基(前記一般式(2)中G、G)として、ビニル基である化合物が好ましい。Among these compounds, compounds that are vinyl groups are preferred as the polymerizable groups (G 1 and G 2 in the general formula (2)) that do not generate a functional group that becomes a carrier trap after the polymerization crosslinking reaction.

なお、これらのネットワークを形成する高分子化合物は溶剤に不溶であるため、モノマーの状態でバルクへテロジャンクション層を形成後に、熱、光、放射線、及び重合開始反応を引き起こす化合物蒸気に曝す等の方法によって重合架橋反応を引き起こし、ネットワーク構造を形成させることができる。また、熱、光、放射線等によって重合開始反応を引き起こす重合開始剤を予め混合しておいてもよい。これらの方法の中でも、熱または光によって重合架橋反応を起こすことが好ましく、中でも重合開始剤を用いずに重合架橋可能な化合物が好ましい。   In addition, since the polymer compound that forms these networks is insoluble in the solvent, after forming the bulk heterojunction layer in the monomer state, it is exposed to a compound vapor that causes heat, light, radiation, and a polymerization initiation reaction. The method can cause a polymerization cross-linking reaction to form a network structure. A polymerization initiator that causes a polymerization initiation reaction by heat, light, radiation, or the like may be mixed in advance. Among these methods, it is preferable to cause a polymerization crosslinking reaction by heat or light, and among them, a compound capable of polymerization crosslinking without using a polymerization initiator is preferable.

〔p型半導体材料〕
本発明に用いられるp型半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族化合物や共役系化合物が挙げられる。
[P-type semiconductor materials]
Examples of the p-type semiconductor material used in the present invention include various condensed polycyclic aromatic compounds and conjugated compounds.

縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、へプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。   Examples of the condensed polycyclic aromatic compound include anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, ovalene, thacumanthracene, bisanthene, zesulene, heptazelene. , Pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, anthradithiophene, and the like, and derivatives and precursors thereof.

共役系化合物としては、例えば、ポリチオフェン及びそのオリゴマー、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、テトラチアフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタン等のシアノ化合物、フラーレン及びこれらの誘導体あるいは混合物を挙げることができる。   Examples of the conjugated compound include polythiophene and its oligomer, polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, tetrathiafulvalene compound, quinone Compounds, cyano compounds such as tetracyanoquinodimethane, fullerenes and derivatives or mixtures thereof.

また、特にポリチオフェン及びそのオリゴマーの内、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。   In particular, among polythiophene and oligomers thereof, thiophene hexamer α-seccithiophene α, ω-dihexyl-α-sexualthiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3- An oligomer such as butoxypropyl) -α-sexithiophene can be preferably used.

その他、高分子p型半導体の例としては、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリパラフェニレンスルフィド、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリカルバゾール、ポリイソチアナフテン、ポリヘプタジイン、ポリキノリン、ポリアニリンなどが挙げられ、更には特開2006−36755号公報などの置換−無置換交互共重合ポリチオフェン、特開2007−51289号公報、特開2005−76030号公報、J.Amer.Chem.Soc.,2007,p4112、J.Amer.Chem.Soc.,2007,p7246などの縮環チオフェン構造を有するポリマー、国際公開第08/664号パンフレット、Adv.Mater.,2007,p4160、Macromolecules,2007,Vol.40,p1981などのチオフェン共重合体などを挙げることができる。   Other examples of the polymer p-type semiconductor include polyacetylene, polyparaphenylene, polypyrrole, polyparaphenylene sulfide, polythiophene, polyphenylene vinylene, polycarbazole, polyisothianaphthene, polyheptadiyne, polyquinoline, polyaniline, and the like. Substituted-unsubstituted alternating copolymer polythiophenes such as JP-A-2006-36755, JP-A-2007-51289, JP-A-2005-76030, J. Org. Amer. Chem. Soc. , 2007, p4112, J.A. Amer. Chem. Soc. , 2007, p7246, etc., polymers having a condensed thiophene structure, WO08 / 664 pamphlet, Adv. Mater. , 2007, p4160, Macromolecules, 2007, Vol. Examples thereof include thiophene copolymers such as 40 and p1981.

上述したような高分子半導体材料は、前駆体の層を形成した後、外部刺激処理によって前駆体を化学構造変化させて高分子半導体材料を形成する態様が本発明において好ましい。重合架橋反応後にキャリアトラップとなる官能基が発生しない重合基として、ビニル基を有する化合物がより好ましい。   In the present invention, the above-described polymer semiconductor material is preferably formed in such a manner that after the precursor layer is formed, the chemical structure of the precursor is changed by an external stimulus treatment to form the polymer semiconductor material. A compound having a vinyl group is more preferable as a polymerizable group that does not generate a functional group that becomes a carrier trap after the polymerization crosslinking reaction.

なお、これらのネットワークを形成する高分子化合物は溶剤に不溶であるため、モノマーの状態でバルクヘテロジャンクション層を形成後に熱、光、放射線、及び重合開始反応を引き起こす化合物蒸気に晒す等の方法によって重合架橋反応を引き起こし、ネットワーク構造を形成させることができる。また、熱、光、放射線等によって重合開始反応を引き起こす重合開始剤を予め混合しておいてもよい。これらの方法の中でも、熱または光によって重合架橋反応を起こすことが好ましく、中でも重合開始剤を用いずに重合架橋可能な化合物が好ましい。   Since the polymer compound that forms these networks is insoluble in the solvent, it is polymerized by methods such as exposure to heat, light, radiation, and a compound vapor that causes a polymerization initiation reaction after forming the bulk heterojunction layer in the monomer state. It can cause a crosslinking reaction and form a network structure. A polymerization initiator that causes a polymerization initiation reaction by heat, light, radiation, or the like may be mixed in advance. Among these methods, it is preferable to cause a polymerization crosslinking reaction by heat or light, and among them, a compound capable of polymerization crosslinking without using a polymerization initiator is preferable.

更にポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、等の有機分子錯体、C60、C70、C76、C78、C84等のフラーレン類、SWNT等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類等の色素等、更にポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマーや特開2000−260999号公報に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。   Further organic compounds such as porphyrin, copper phthalocyanine, tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTTF-iodine complex, TCNQ-iodine complex, etc. Molecular complexes, fullerenes such as C60, C70, C76, C78, and C84, carbon nanotubes such as SWNT, dyes such as merocyanine dyes and hemicyanine dyes, σ-conjugated polymers such as polysilane and polygerman, and JP 2000 Organic / inorganic hybrid materials described in Japanese Patent No. -260999 can also be used.

これらのπ共役系材料の内でも、ペンタセン等の縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニン、金属ポルフィリンよりなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。   Among these π-conjugated materials, at least one selected from the group consisting of condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene, fullerenes, condensed ring tetracarboxylic acid diimides, metal phthalocyanines, and metal porphyrins is preferable.

ペンタセン類の例としては、国際公開第03/16599号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、米国特許第6,690,029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基を持ったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol.127.No14.4986等に記載の置換アセン類及びその誘導体等が挙げられる。   Examples of pentacenes include substituents described in International Publication No. 03/16599, International Publication No. 03/28125, US Pat. No. 6,690,029, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-107216, and the like. A pentacene derivative described in U.S. Patent Application Publication No. 2003/136964 and the like; Amer. Chem. Soc. , Vol. 127. Examples thereof include substituted acenes described in No. 14.4986 and the like and derivatives thereof.

これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、且つ乾燥後は結晶性薄膜を形成し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。そのような化合物としては、J.Amer.Chem.Soc.,vol.123、p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008)、No.9、2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物、及び米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、特開2007−224019号公報等に記載のポルフィリンプレカーサー等のような、プレカーサータイプの化合物(前駆体)が挙げられる。これらの中でも、後者のプリカーサータイプの方が好ましく用いることができる。   Among these compounds, compounds that are highly soluble in an organic solvent to the extent that a solution process can be performed, can form a crystalline thin film after drying, and can achieve high mobility are preferable. Such compounds include those described in J. Org. Amer. Chem. Soc. , Vol. 123, p9482; Amer. Chem. Soc. , Vol. 130 (2008), no. No. 9, 2706 and the like, acene-based compounds substituted with a trialkylsilylethynyl group, a pentacene precursor described in U.S. Patent Application Publication No. 2003/136964, etc., and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-224019 Examples include precursor type compounds (precursors) such as porphyrin precursors. Among these, the latter precursor type can be preferably used.

これは、プリカーサータイプの方が変換後に不溶化するため、バルクヘテロジャンクション層の上に、更にバルクヘテロジャンクション層を積層したり、正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層等を溶液プロセスで形成したりする際に、バルクヘテロジャンクション層が溶解してしまうことがなくなるため、前記の層を構成する材料とバルクヘテロジャンクション層を形成する材料とが混合することがなくなり、一層の効率向上、寿命向上を達成することができるためである。   This is because the precursor type is insolubilized after conversion, so a bulk heterojunction layer is further laminated on the bulk heterojunction layer, or a hole transport layer, electron transport layer, hole block layer, electron block layer, etc. When it is formed in the process, the bulk heterojunction layer will not dissolve, so the material constituting the layer and the material forming the bulk heterojunction layer will not be mixed, further improving efficiency, This is because the lifetime can be improved.

本発明の有機光電変換素子のp型半導体材料としては、p型半導体材料前駆体に熱、光、放射線、化学反応を引き起こす化合物の蒸気に曝す、等の方法によって化学構造変化を起こし、p型半導体材料に変換された化合物であることが好ましい。中でも、熱または光によって化学構造変化を起こす化合物が好ましい。   As the p-type semiconductor material of the organic photoelectric conversion element of the present invention, a chemical structure change is caused by a method such as exposing a p-type semiconductor material precursor to heat, light, radiation, or a vapor of a compound that causes a chemical reaction. A compound converted into a semiconductor material is preferred. Among these, compounds that cause a chemical structural change by heat or light are preferable.

また、バルクヘテロジャンクション層がp型半導体材料前駆体及びn型半導体材料を溶解した溶液から形成された層であることが好ましく、更にバルクヘテロジャンクション層は、この層を形成した後、加熱または光照射することによって形成された層であることが好ましい。   The bulk heterojunction layer is preferably a layer formed from a solution in which a p-type semiconductor material precursor and an n-type semiconductor material are dissolved, and the bulk heterojunction layer is heated or irradiated with light after this layer is formed. It is preferable that it is the layer formed by this.

p型半導体材料前駆体は加熱または光照射によりp型半導体材料に変換するが、上記の加熱または光照射の前後において、化学構造が変化し、有機光電変換素子構成層の塗布(溶液塗布)による構成層形成に用いる溶媒への溶解性が大きく変化する化合物であることが好ましい。具体的には、溶媒溶解性だったp型半導体材料前駆体が加熱または光照射により溶媒不溶解性へ変化することが好ましい。   The p-type semiconductor material precursor is converted into a p-type semiconductor material by heating or light irradiation. However, the chemical structure changes before and after the heating or light irradiation, and the organic photoelectric conversion element constituting layer is applied (solution application). A compound that greatly changes the solubility in a solvent used for forming a constituent layer is preferable. Specifically, it is preferable that the p-type semiconductor material precursor that was solvent soluble is changed to solvent insoluble by heating or light irradiation.

上記のように加熱または光照射の前後において、有機光電変換素子構成層の塗布(溶液調製)に用いる溶媒に対する溶解性調整の観点から、p型半導体材料前駆体含有層中のp型半導体材料前駆体の分子量Aと、該前駆体の変換処理により形成されたp型半導体材料の分子量Bとが、下記の不等式(1)を満たすことが好ましい。   The p-type semiconductor material precursor in the p-type semiconductor material precursor-containing layer from the viewpoint of adjusting the solubility in the solvent used for coating (solution preparation) of the organic photoelectric conversion element constituent layer before and after heating or light irradiation as described above. It is preferable that the molecular weight A of the body and the molecular weight B of the p-type semiconductor material formed by the conversion process of the precursor satisfy the following inequality (1).

不等式(1) 分子量A>分子量B
ここで、上記の不等式(1)は、p型半導体材料前駆体からp型半導体材料へと化学構造が変化するときに、前駆体の部分構造の変化、例えば、置換基の脱離、化学結合の開裂等が起こることで、前駆体の分子量Aが変化することが好ましい態様として挙げられる。
Inequality (1) Molecular weight A> Molecular weight B
Here, the inequality (1) indicates that when the chemical structure changes from the p-type semiconductor material precursor to the p-type semiconductor material, a change in the partial structure of the precursor, for example, elimination of substituents, chemical bonding As a preferable embodiment, the molecular weight A of the precursor is changed by the occurrence of the cleavage of the.

また、置換基の脱離、化学結合の開裂等が起こる場合には、脱離した置換基や、化学結合の開裂によって生じた分子が、p型半導体材料、有機光電変換素子の特性を著しく損なわない限りいかなる構造でもよく、更には有機光電変換素子の系外にすみやかに除去しやすいものであることが好ましい。   In addition, when elimination of a substituent or cleavage of a chemical bond occurs, the eliminated substituent or a molecule generated by the cleavage of a chemical bond significantly impairs the characteristics of the p-type semiconductor material and the organic photoelectric conversion element. Any structure may be used as long as it is not present, and it is preferable that the structure be easily removed out of the organic photoelectric conversion element.

これらのp型半導体材料の中でも、特にテトラベンゾポルフィリン誘導体が好ましく用いられる。   Among these p-type semiconductor materials, tetrabenzoporphyrin derivatives are particularly preferably used.

テトラベンゾポルフィリン誘導体の例としては下記の化合物が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。   Examples of tetrabenzoporphyrin derivatives include the following compounds, but the present invention is not limited to these.

テトラベンゾポルフィリン誘導体前駆体の例としては、下記一般式(3)、(4)で表される化合物が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。   Examples of the tetrabenzoporphyrin derivative precursor include compounds represented by the following general formulas (3) and (4), but the present invention is not limited thereto.

一般式(3)、(4)において、Zia及びZib(iは1〜4の整数を表す)は、各々独立に1価の原子または原子団を表す。但し、ZiaとZibとが結合して環を形成していてもよい。R〜Rは、各々独立に1価の原子または原子団を表す。Y〜Yは、各々独立に1価の原子または原子団を表す。Mは、2価の金属原子または3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表す。In General Formulas (3) and (4), Z ia and Z ib (i represents an integer of 1 to 4) each independently represent a monovalent atom or atomic group. However, Z ia and Z ib may combine to form a ring. R 1 to R 4 each independently represents a monovalent atom or atomic group. Y 1 to Y 4 each independently represent a monovalent atom or atomic group. M represents an atomic group in which a divalent metal atom or a trivalent or higher metal and another atom are bonded.

ia及びZibの例を挙げると、原子としては、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子等が挙げられる。一方、原子団としては、水酸基、アミノ基、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アシル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシ基、ジアルキルアミノ基、ジアラルキルアミノ基、ハロアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基等の有機基等が挙げられる。As examples of Z ia and Z ib , examples of the atom include a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and a halogen atom such as an iodine atom. On the other hand, as an atomic group, a hydroxyl group, an amino group, an alkyl group, an aralkyl group, an alkenyl group, a cyano group, an acyl group, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxy group, a dialkylamino group, a diaralkylamino group, a haloalkyl group, Examples thereof include organic groups such as aromatic hydrocarbon ring groups and aromatic heterocyclic groups.

前記の有機基の内、アルキル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アルキル基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このアルキル基の例としては、メチル基、エチル基等が挙げられる。   Among the organic groups, the alkyl group may have any carbon number as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. It is preferable that the number of carbon atoms in the alkyl group is 12 or less because not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also resolubilization at the time of lamination is reduced by optimum solubility, and further, heat resistance becomes higher. Examples of the alkyl group include a methyl group and an ethyl group.

前記の有機基の内、アラルキル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アラルキル基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このアラルキル基の例としては、ベンジル基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the aralkyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. It is preferable that the number of carbon atoms in the aralkyl group is 12 or less because not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also the resolubility at the time of lamination is reduced by optimum solubility, and further the heat resistance becomes higher. Examples of the aralkyl group include a benzyl group.

前記の有機基の内、アルケニル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アルケニル基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このアルケニル基の例としては、ビニル基等が挙げられる。   Among the organic groups, the carbon number of the alkenyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. It is preferable that the number of carbon atoms of the alkenyl group is 12 or less because not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also the resolubility at the time of lamination is reduced by the optimum solubility, and further the heat resistance is further improved. Examples of the alkenyl group include a vinyl group.

前記の有機基の内、アシル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アシル基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このアシル基の例としては、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the acyl group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. When the number of carbon atoms in the acyl group is 12 or less, not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also resolubilization at the time of lamination is reduced by optimum solubility, and further, heat resistance is further improved, which is preferable. Examples of this acyl group include formyl group, acetyl group, benzoyl group and the like.

前記の有機基の内、アルコキシ基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アルコキシ基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このアルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。   Among the organic groups, the number of carbon atoms of the alkoxy group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. It is preferable that the number of carbon atoms of the alkoxy group is 12 or less because not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also resolubilization at the time of lamination is reduced by optimum solubility, and further, heat resistance becomes higher. Examples of the alkoxy group include a methoxy group and an ethoxy group.

前記の有機基の内、アルコキシカルボニル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アルコキシカルボニル基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このアルコキシカルボニル基の例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等が挙げられる。   Among the organic groups, the number of carbon atoms of the alkoxycarbonyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but it is usually 12 or less, preferably 8 or less. By setting the number of carbon atoms of the alkoxycarbonyl group to 12 or less, not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also resolubilization at the time of lamination is reduced by optimum solubility, and further, heat resistance is further improved, which is preferable. Examples of the alkoxycarbonyl group include a methoxycarbonyl group and an ethoxycarbonyl group.

前記の有機基の内、アリールオキシ基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。アリールオキシ基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このアリールオキシ基の例としては、フェノキシ基、ベンジルオキシ基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the aryloxy group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. It is preferable that the number of carbon atoms of the aryloxy group is 12 or less because not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also resolubilization at the time of lamination is reduced by optimum solubility, and further, heat resistance becomes higher. Examples of the aryloxy group include a phenoxy group and a benzyloxy group.

前記の有機基の内、ジアルキルアミノ基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。ジアルキルアミノ基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このジアルキルアミノ基の例としては、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等が挙げられる。   Among the above organic groups, the carbon number of the dialkylamino group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. Setting the number of carbon atoms in the dialkylamino group to 12 or less is preferable because not only high semiconductor properties can be obtained, but also the resolubility during lamination is reduced by optimum solubility, and further, the heat resistance becomes higher. Examples of the dialkylamino group include a diethylamino group and a diisopropylamino group.

前記の有機基の内、ジアラルキルアミノ基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。ジアラルキルアミノ基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このジアラルキルアミノ基の例としては、ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基等が挙げられる。   Among the organic groups, the carbon number of the diaralkylamino group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. It is preferable that the number of carbon atoms of the diaralkylamino group is 12 or less because not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also resolubilization at the time of lamination is reduced by optimum solubility, and further, the heat resistance becomes higher. Examples of the diaralkylamino group include a dibenzylamino group and a diphenethylamino group.

前記の有機基の内、ハロアルキル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常12以下、好ましくは8以下である。ハロアルキル基の炭素数を12以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。このハロアルキル基の例としては、トリフルオロメチル基等のα−ハロアルキル基等が挙げられる。   Among the organic groups, the carbon number of the haloalkyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 12 or less, preferably 8 or less. Setting the number of carbon atoms of the haloalkyl group to 12 or less is preferable because not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also resolubilization at the time of lamination is reduced by optimum solubility, and further, heat resistance becomes higher. Examples of the haloalkyl group include α-haloalkyl groups such as a trifluoromethyl group.

前記の有機基の内、芳香族炭化水素環基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常6以上、30以下、好ましくは10以上、20以下である。芳香族炭化水素環基の炭素数を6以上、30以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。この芳香族炭化水素環基の例としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。   Among the organic groups, the number of carbon atoms of the aromatic hydrocarbon ring group is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 6 or more and 30 or less, preferably 10 or more and 20 or less. By setting the number of carbon atoms of the aromatic hydrocarbon ring group to 6 or more and 30 or less, not only high semiconductor properties can be obtained, but also the optimum solubility reduces re-dissolution during lamination and further increases heat resistance. Therefore, it is preferable. Examples of the aromatic hydrocarbon ring group include a phenyl group and a naphthyl group.

前記の有機基の内、芳香族複素環基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常2以上、30以下、好ましくは5以上、20以下である。香族複素環基の炭素数を2以上、30以下とすることで高い半導体特性が得られるだけでなく、最適な溶解性により積層時の再溶解を低減し、更には耐熱性がより高くなるため好ましい。この芳香族複素環基の例としては、チエニル基、ピリジル基等が挙げられる。   Among the organic groups, the number of carbon atoms of the aromatic heterocyclic group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but are usually 2 or more and 30 or less, preferably 5 or more and 20 or less. By setting the number of carbon atoms in the aromatic heterocyclic group to 2 or more and 30 or less, not only high semiconductor characteristics can be obtained, but also optimal dissolution can reduce remelting at the time of lamination and further increase heat resistance. Therefore, it is preferable. Examples of the aromatic heterocyclic group include a thienyl group and a pyridyl group.

更に上記の原子団は本発明の効果を著しく損なわない限り、任意の置換基を有していてもよい。前記置換基としては、例えば、フッ素原子等のハロゲン原子、メチル基、エチル基等の炭素数1〜6のアルキル基、ビニル基等のアルケニル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基、メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基、フェノキシ基、ベンジルオキシ基等のアリールオキシ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基、アセチル基等のアシル基、トリフルオロメチル基等のハロアルキル基、シアノ基等が挙げられる。なお、この置換基は、1種が単独または複数で置換していてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で置換していてもよい。   Further, the above atomic group may have an arbitrary substituent as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples of the substituent include a halogen atom such as a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group and an ethyl group, an alkenyl group such as a vinyl group, a methoxycarbonyl group, and an ethoxycarbonyl group having 1 carbon atom. 1 to 6 alkoxycarbonyl groups such as methoxy group and ethoxy group, aryloxy groups such as phenoxy group and benzyloxy group, dialkylamino groups such as dimethylamino group and diethylamino group, acetyl group and the like And a haloalkyl group such as a trifluoromethyl group, a cyano group, and the like. In addition, as for this substituent, 1 type may be substituted by single or multiple, and 2 or more types may be substituted by arbitrary combinations and ratios.

また、ZiaとZibとは、結合して環を形成していてもよい。ZiaとZibとが結合して環を形成する場合、当該Zia及びZibを含む環(即ち、Zia−CH=CH−Zibで表される構造の環)の例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環;ピリジン環、キノリン環、フラン環、チオフェン環等の、置換基を有していてもよい芳香族複素環;シクロヘキサン環等の非芳香族環状炭化水素;等が挙げられる。Z ia and Z ib may combine to form a ring. When Z ia and Z ib are combined to form a ring, examples of the ring containing Z ia and Z ib (that is, a ring having a structure represented by Z ia —CH═CH—Z ib ) Aromatic hydrocarbon rings optionally having substituents such as benzene ring, naphthalene ring and anthracene ring; aromatics optionally having substituents such as pyridine ring, quinoline ring, furan ring and thiophene ring Non-aromatic cyclic hydrocarbons such as cyclohexane ring; and the like.

iaとZibとが結合して形成する環が有する前記の置換基は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。その例としては、Zia及びZibを構成する原子団の置換基として例示したものと同様の置換基が挙げられる。なお、この置換基は、1種が単独または複数で置換していてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で置換していてもよい。The above-mentioned substituents included in the ring formed by combining Z ia and Z ib are optional as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Examples thereof include the same substituents as those exemplified as the substituent of the atomic group constituting Z ia and Z ib . In addition, as for this substituent, 1 type may be substituted by single or multiple, and 2 or more types may be substituted by arbitrary combinations and ratios.

上述したZia及びZibの中でも、特に水素原子が好ましい。結晶のパッキングが良好で、高い半導体特性が期待できるためである。Among Z ia and Z ib described above, a hydrogen atom is particularly preferable. This is because the crystal packing is good and high semiconductor characteristics can be expected.

一般式(3)、(4)において、R〜Rは、各々独立に1価の原子または原子団を表す。In the general formulas (3) and (4), R 1 to R 4 each independently represents a monovalent atom or atomic group.

〜Rの例を挙げると、上述したZia及びZibと同様のものが挙げられる。また、R〜Rが原子団である場合、当該原子団は、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意の置換基を有していてもよい。この置換基の例としては、前記Zia及びZibの置換基と同様のものが挙げられる。なお、この置換基は1種が単独または複数で置換していてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で置換していてもよい。但し、R〜Rは、分子の平面性を高めるためには、水素原子、ハロゲン原子等の原子から選ばれることが好ましい。Examples of R 1 to R 4, are the same as those of the Z ia and Z ib described above. Moreover, when R < 1 > -R < 4 > is an atomic group, the said atomic group may have arbitrary substituents, unless the effect of this invention is impaired remarkably. As an example of this substituent, the same thing as the substituent of said Z ia and Z ib is mentioned. In addition, as for this substituent, 1 type may be substituted by single or multiple, and 2 or more types may be substituted by arbitrary combinations and ratios. However, R 1 to R 4 are preferably selected from atoms such as a hydrogen atom and a halogen atom in order to enhance the planarity of the molecule.

一般式(4)において、Mは2価の金属原子、または3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表す。Mが2価の金属原子である場合、その例としては、Zn、Cu、Fe、Ni、Co等が挙げられる。一方、Mが3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団である場合、その例としては、Fe−B、Al−B、Ti=O、Si−B等が挙げられる。ここで、B、B、B及びBは、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基等の1価の基を表す。In the general formula (4), M represents a divalent metal atom or an atomic group in which a trivalent or higher metal and another atom are bonded. When M is a divalent metal atom, examples thereof include Zn, Cu, Fe, Ni, Co and the like. On the other hand, when M is an atomic group in which a trivalent or higher-valent metal and other atoms are bonded, examples thereof include Fe—B 1 , Al—B 2 , Ti═O, Si—B 3 B 4, and the like. Can be mentioned. Here, B 1 , B 2 , B 3 and B 4 represent a monovalent group such as a halogen atom, an alkyl group, or an alkoxy group.

前記一般式(3)、(4)において、Y〜Yは、各々独立に1価の原子または原子団を表す。また、前記一般式(3)、(4)において、Y〜Yはそれぞれ4個ずつ存在するが、Y同士、Y同士、Y同士、及びY同士は、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。Y〜Yの例を挙げると、原子としては水素原子等が挙げられる。In the general formulas (3) and (4), Y 1 to Y 4 each independently represent a monovalent atom or atomic group. In the general formulas (3) and (4), there are four Y 1 to Y 4, but Y 1 , Y 2 , Y 3 , and Y 4 may be the same. , May be different. Examples of Y 1 to Y 4, as the atoms and the like hydrogen atom.

一方、原子団としては、水酸基、アルキル基等が挙げられる。ここで、アルキル基の炭素数は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1以上、また、通常10以下、好ましくは6以下、より好ましくは3以下である。アルキル基の炭素数が大きすぎると、脱離基が大きくなるため、脱離基が揮発しにくくなり、膜内に残留する可能性がある。このアルキル基の例としては、メチル基、エチル基等が挙げられる。   On the other hand, examples of the atomic group include a hydroxyl group and an alkyl group. Here, the carbon number of the alkyl group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but it is usually 1 or more, usually 10 or less, preferably 6 or less, more preferably 3 or less. When the carbon number of the alkyl group is too large, the leaving group becomes large, so that the leaving group is difficult to volatilize and may remain in the film. Examples of the alkyl group include a methyl group and an ethyl group.

また、Y〜Yが原子団である場合、当該原子団は、本発明の効果を著しく損なわない限り、任意の置換基を有していてもよい。この置換基の例としては、前記Zia及びZibの置換基と同様のものが挙げられる。なお、この置換基は1種が単独または複数で置換していてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で置換していてもよい。Also, if Y 1 to Y 4 each are an atomic group, the atomic groups, unless significantly impairing the effects of the present invention may have an arbitrary substituent. As an example of this substituent, the same thing as the substituent of said Z ia and Z ib is mentioned. In addition, as for this substituent, 1 type may be substituted by single or multiple, and 2 or more types may be substituted by arbitrary combinations and ratios.

上述したY〜Yの中でも、水素原子、または炭素数10以下のアルキル基が好ましい。更にその中でも、Y〜Yの全てが水素原子であるか、または(Y、Y)及び(Y、Y)の内少なくとも一方の組がどちらも炭素数10以下のアルキル基であることが特に好ましい。溶解度が高くなり、製膜性が良好となるためである。Among Y 1 to Y 4 described above, a hydrogen atom or an alkyl group having 10 or less carbon atoms is preferable. Further, among them, all of Y 1 to Y 4 are hydrogen atoms, or at least one of (Y 1 , Y 2 ) and (Y 3 , Y 4 ) is an alkyl group having 10 or less carbon atoms. It is particularly preferred that This is because the solubility is increased and the film-forming property is improved.

本発明で好ましく用いることができる前駆体は、加熱処理によりベンゾポルフィリン誘導体に変換される。加熱処理に際してどのような反応が生じるかについて制限はないが、例えば、前記一般式(3)、(4)で表される前駆体の場合、熱が加えられることによって下記一般式(5)の化合物が脱離する。この脱離反応は定量的に進行する。そして、この脱離反応によって前駆体はベンゾポルフィリン誘導体に変換される。   The precursor which can be preferably used in the present invention is converted into a benzoporphyrin derivative by heat treatment. There is no limitation on what kind of reaction occurs during the heat treatment. For example, in the case of the precursors represented by the general formulas (3) and (4), the following general formula (5) can be obtained by applying heat. The compound is eliminated. This elimination reaction proceeds quantitatively. The precursor is converted into a benzoporphyrin derivative by this elimination reaction.

加熱処理について、上記にて例示したベンゾポルフィリン誘導体BP−1を例に挙げて、具体的に説明する。ベンゾポルフィリン誘導体BP−1の前駆体としては、例えば、一般式(3)、(4)において、Zia、Zib、R〜R及びY〜Yが全て水素原子である化合物(以下、「BP−1前駆体」と言う)を用いることができる。但し、ベンゾポルフィリン誘導体BP−1の前駆体は、このBP−1前駆体に限定されるものではない。The heat treatment will be specifically described by taking the benzoporphyrin derivative BP-1 exemplified above as an example. As a precursor of the benzoporphyrin derivative BP-1, for example, in the general formulas (3) and (4), Z ia , Z ib , R 1 to R 4 and Y 1 to Y 4 are all hydrogen atoms ( Hereinafter, it is referred to as “BP-1 precursor”. However, the precursor of the benzoporphyrin derivative BP-1 is not limited to this BP-1 precursor.

BP−1前駆体は加熱されると、ポルフィリン環に結合した4個の環それぞれからエチレン基が脱離する。この脱エチレン反応により、ベンゾポルフィリン誘導体BP−1が得られる。この変換を反応式で表すと、以下のようになる。   When the BP-1 precursor is heated, the ethylene group is released from each of the four rings bonded to the porphyrin ring. The benzoporphyrin derivative BP-1 is obtained by this deethyleneation reaction. This conversion is represented by the following reaction formula.

本発明に係る前駆体を加熱処理により本発明に係るベンゾポルフィリン誘導体に変換する際、温度条件は前記の反応が進行する限り制限はないが、通常100℃以上、好ましくは150℃以上である。温度が低すぎると変換に時間がかかり、実用上好ましくなくなる可能性がある。上限は任意であるが、他の機能層や基材等にダメージを与えない温度であれば如何なる温度で加熱されてもよく、通常400℃以下、好ましくは300℃以下である。   When the precursor according to the present invention is converted into the benzoporphyrin derivative according to the present invention by heat treatment, the temperature condition is not limited as long as the above reaction proceeds, but is usually 100 ° C or higher, preferably 150 ° C or higher. If the temperature is too low, the conversion takes time, which may be undesirable in practice. The upper limit is arbitrary, but it may be heated at any temperature as long as it does not damage other functional layers, substrates, etc., and is usually 400 ° C. or lower, preferably 300 ° C. or lower.

本発明に係る前駆体を加熱処理により本発明に係るベンゾポルフィリン誘導体に変換する際、加熱時間は前記の反応が進行する限り制限はないが、通常10秒以上、好ましくは30秒以上、また通常10時間以下、好ましくは1時間以下である。加熱時間が短すぎると変換が不十分となる可能性があり、長すぎると分解の可能性があるためである。   When the precursor according to the present invention is converted into the benzoporphyrin derivative according to the present invention by heat treatment, the heating time is not limited as long as the above reaction proceeds, but usually 10 seconds or more, preferably 30 seconds or more, and usually 10 hours or less, preferably 1 hour or less. This is because if the heating time is too short, conversion may be insufficient, and if it is too long, decomposition may occur.

本発明に係る前駆体を加熱処理により本発明に係るベンゾポルフィリン誘導体に変換する際、その雰囲気は前記の反応が進行する限り制限はないが、不活性雰囲気であることが好ましい。この際に用いることができる不活性ガスの種類としては、例えば、窒素、希ガス等が挙げられる。なお、不活性ガスは1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   When the precursor according to the present invention is converted into the benzoporphyrin derivative according to the present invention by heat treatment, the atmosphere is not limited as long as the reaction proceeds, but an inert atmosphere is preferable. Examples of the inert gas that can be used at this time include nitrogen and rare gases. In addition, only 1 type may be used for an inert gas and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

本発明に係る前駆体は有機溶媒等の溶媒に対する溶解性が高い。具体的な溶解性の程度は溶媒の種類等によるが、25℃におけるクロロホルムに対する溶解性は通常0.1g/L以上、好ましくは0.5g/L以上、より好ましくは1g/L以上である。なお、上限に制限はないが、通常1000g/L以下である。   The precursor according to the present invention has high solubility in a solvent such as an organic solvent. The specific degree of solubility depends on the type of solvent, but the solubility in chloroform at 25 ° C. is usually 0.1 g / L or more, preferably 0.5 g / L or more, more preferably 1 g / L or more. In addition, although there is no restriction | limiting in an upper limit, it is 1000 g / L or less normally.

本発明に係る前駆体が溶媒に対して溶解性が高いのに対し、それから誘導される本発明に係るベンゾポルフィリン誘導体は有機溶媒等の溶媒に対する溶解性が非常に低い。これは、本発明に係る前駆体の構造が平面構造でないために溶解性が高く、且つ結晶化しにくいのに対し、本発明に係るベンゾポルフィリン誘導体は構造が平面的であることに起因するものと推察される。従って、このような溶媒に対する溶解性の違いを利用すれば、当該ベンゾポルフィリン誘導体を含む層を塗布法により容易に形成できる。例えば、以下の方法により製造できる。   While the precursor according to the present invention has high solubility in a solvent, the benzoporphyrin derivative according to the present invention derived therefrom has very low solubility in a solvent such as an organic solvent. This is because the structure of the precursor according to the present invention is not a planar structure, so the solubility is high and it is difficult to crystallize, whereas the benzoporphyrin derivative according to the present invention has a planar structure. Inferred. Therefore, if the difference in solubility in such a solvent is utilized, a layer containing the benzoporphyrin derivative can be easily formed by a coating method. For example, it can be produced by the following method.

即ち、本発明に係る前駆体を溶媒に溶解させて溶液を用意し、当該溶液を塗布してアモルファスまたはアモルファスに近い良好な層を形成する。そして、この層を加熱処理して熱変換により本発明に係る前駆体を変換することで、平面性の高いベンゾポルフィリン誘導体の層を得ることができる。この際、上述した例のように、一般式(3)、(4)で表される化合物の内、Y〜Yが全て水素原子であるものを前駆体として用いると、脱離するものがエチレン分子であるため系内に残りにくく、毒性、安全性の面で好適である。That is, the precursor according to the present invention is dissolved in a solvent to prepare a solution, and the solution is applied to form an amorphous layer or a good layer close to an amorphous layer. And the layer of a benzoporphyrin derivative with high planarity can be obtained by heat-treating this layer and converting the precursor according to the present invention by thermal conversion. At this time, as in the example described above, among the compounds represented by the general formulas (3) and (4), those in which Y 1 to Y 4 are all hydrogen atoms are used as precursors, and the compounds are eliminated. Since it is an ethylene molecule, it is difficult to remain in the system, which is preferable in terms of toxicity and safety.

本発明に係る前駆体の製造方法に制限はなく、公知の方法を任意に採用することができる。例えば、前記のBP−1前駆体を例に挙げると以下の合成経路を経て製造できる。なお、ここでEtはエチル基を表し、t−Buはt−ブチル基を表す。   There is no restriction | limiting in the manufacturing method of the precursor based on this invention, A well-known method can be employ | adopted arbitrarily. For example, when the BP-1 precursor is mentioned as an example, it can be produced through the following synthesis route. Here, Et represents an ethyl group, and t-Bu represents a t-butyl group.

更に本発明に係るテトラベンゾポルフィリン誘導体は、例えば、1個の原子を2つポルフィリン環が共有して配位しているもの、2個のポルフィリン環が1個以上の原子あるいは原子団を共有して結合したもの、またはそれらが3個以上結合して長鎖上に繋がったものであってもよい。   Furthermore, the tetrabenzoporphyrin derivative according to the present invention has, for example, one atom shared by two porphyrin rings and two porphyrin rings sharing one or more atoms or atomic groups. Or three or more of them joined together and connected on a long chain.

なお、前述のネットワーク構造を形成するn型半導体を用いると、バルクヘテロジャンクション層を形成するp型半導体材料、n型半導体材料の双方が溶剤に対して非常に耐溶剤性が高くなり、バルクへテロジャンクション層の上に、更なるバルクヘテロジャンクション層の積層や、正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層等を溶液プロセスで形成する際に、バルクへテロジャンクション層が溶解してしまうことがなくなる。更に前記n型半導体層の重合架橋反応が熱によって起きる場合は、p型半導体材料及びn型半導体材料の変換を同時に達成することができるため、好ましい。   Note that when an n-type semiconductor forming the above-described network structure is used, both the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material forming the bulk heterojunction layer have a very high solvent resistance against the solvent, and the bulk hetero When a bulk heterojunction layer is further stacked on the junction layer, or a hole transport layer, an electron transport layer, a hole block layer, an electron block layer, or the like is formed by a solution process, the bulk hetero junction layer dissolves. Will not be lost. Furthermore, it is preferable that the polymerization cross-linking reaction of the n-type semiconductor layer is caused by heat because conversion of the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material can be achieved simultaneously.

更に本発明においては、p型半導体材料とn型半導体材料との質量換算比による連続的な濃度勾配の領域が、第1の電極と第2の電極との間に少なくとも存在することを特徴とする。濃度勾配を有する領域の製造方法としては、本願において特に限定されないが、上述したようにp型半導体材料、n型半導体材料の少なくとも一方が溶剤に対して非常に耐溶剤性が高くなることを利用することで、p型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体の濃度比を変えて塗布積層できるため、濃度勾配を有する領域を形成する方法として好ましい態様と言える。   Furthermore, in the present invention, a continuous concentration gradient region based on a mass conversion ratio between the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material exists at least between the first electrode and the second electrode. To do. A method for manufacturing a region having a concentration gradient is not particularly limited in the present application. However, as described above, it is used that at least one of a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material has a very high solvent resistance to a solvent. By doing so, it can be said that this is a preferred embodiment as a method for forming a region having a concentration gradient because the concentration ratio of the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor can be changed and applied and laminated.

〔太陽電池〕
図2において、基板11は、順次積層された透明電極12、光電変換部14、電荷輸送部15(または16)及び対電極13を保持する部材である。本実施形態では、基板11側から光電変換される光が入射するので、基板11はこの光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。基板11は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が用いられる。この基板11は必須ではなく、例えば、光電変換部14、電荷輸送部15(または16)の両面に透明電極12及び対電極13を形成することでバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10が構成される。
[Solar cell]
In FIG. 2, the substrate 11 is a member that holds the transparent electrode 12, the photoelectric conversion unit 14, the charge transport unit 15 (or 16), and the counter electrode 13 that are sequentially stacked. In the present embodiment, since light that is photoelectrically converted enters from the substrate 11 side, the substrate 11 can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, is transparent to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. It is a member. As the substrate 11, for example, a glass substrate or a resin substrate is used. The substrate 11 is not essential. For example, the bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element 10 is configured by forming the transparent electrode 12 and the counter electrode 13 on both surfaces of the photoelectric conversion unit 14 and the charge transport unit 15 (or 16). The

透明電極12は、光電変換部14において光電変換される光を透過させることが可能な電極であり、好ましくは300〜800nmの波長の光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノファイバーやカーボンナノチューブといった導電性繊維、導電性高分子を用いることができる。The transparent electrode 12 is an electrode that can transmit light that is photoelectrically converted in the photoelectric conversion unit 14, and is preferably an electrode that transmits light having a wavelength of 300 to 800 nm. Examples of materials include transparent conductive metal oxides such as indium tin oxide (ITO), SnO 2 and ZnO, metal thin films such as gold, silver and platinum, conductive fibers such as metal nanofibers and carbon nanotubes, and high conductivity Molecules can be used.

対電極13は、金属(例えば、金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素、あるいは透明電極12の材料等を用いることができるが、これに限らない。   The counter electrode 13 can be made of metal (for example, gold, silver, copper, platinum, rhodium, ruthenium, aluminum, magnesium, indium, etc.), carbon, or the material of the transparent electrode 12, but is not limited thereto.

光電変換部14は光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを混合したバルクヘテロジャンクション層を有して構成される。p型半導体材料は相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は、相対的に電子受容体(アクセプター)として機能する。ここで、電子供与体及び電子受容体は、“光を吸収した際に、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)を形成する電子供与体及び電子受容体”であり、電極のように単に電子を供与あるいは受容するものではなく、光反応によって電子を供与あるいは受容するものである。   The photoelectric conversion unit 14 is a layer that converts light energy into electric energy, and includes a bulk heterojunction layer in which a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material are mixed. The p-type semiconductor material relatively functions as an electron donor (donor), and the n-type semiconductor material relatively functions as an electron acceptor (acceptor). Here, the electron donor and the electron acceptor are “an electron donor in which, when light is absorbed, electrons move from the electron donor to the electron acceptor to form a hole-electron pair (charge separation state)”. And an electron acceptor ”, which does not simply donate or accept electrons like an electrode, but donates or accepts electrons by a photoreaction.

電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロジャンクション層の形成方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。この中で、特に塗布法が好ましい。   Examples of a method for forming a bulk heterojunction layer in which an electron acceptor and an electron donor are mixed include a vapor deposition method and a coating method (including a casting method and a spin coating method). Among these, a coating method is particularly preferable.

そして、光電変換部14のバルクヘテロジャンクション層は、光電変換率を向上すべく、製造工程中において所定の温度でアニール処理され、微視的に一部結晶化されている。   The bulk heterojunction layer of the photoelectric conversion unit 14 is annealed at a predetermined temperature during the manufacturing process to be partially crystallized in order to improve the photoelectric conversion rate.

図2において、基板11を介して透明電極12から入射された光は、光電変換部14のバルクヘテロジャンクション層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が形成される。発生した電荷は、内部電界、例えば、透明電極12と対電極13の仕事関数が異なる場合では透明電極12と対電極13との電位差によって、電子は、電子受容体間を通り、また正孔は電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。例えば、透明電極12の仕事関数が対電極13の仕事関数よりも大きい場合では、電子は透明電極12へ、正孔は対電極13へ輸送される。なお、仕事関数の大小が逆転すれば、電子と正孔はこれとは逆方向に輸送される。また、透明電極12と対電極13との間に電位をかけることにより、電子と正孔の輸送方向を制御することもできる。   In FIG. 2, light incident from the transparent electrode 12 through the substrate 11 is absorbed by the electron acceptor or electron donor in the bulk heterojunction layer of the photoelectric conversion unit 14, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. Thus, a hole-electron pair (charge separation state) is formed. The generated electric charge is caused by an internal electric field, for example, when the work functions of the transparent electrode 12 and the counter electrode 13 are different, the electrons pass between the electron acceptors due to the potential difference between the transparent electrode 12 and the counter electrode 13, and the holes are Passing between the electron donors and being carried to different electrodes, photocurrent is detected. For example, when the work function of the transparent electrode 12 is larger than the work function of the counter electrode 13, electrons are transported to the transparent electrode 12 and holes are transported to the counter electrode 13. If the work function is reversed, electrons and holes are transported in the opposite direction. In addition, by applying a potential between the transparent electrode 12 and the counter electrode 13, the transport direction of electrons and holes can be controlled.

また、同時にバルクヘテロジャンクション層を形成する前に、下層に塗布膜を形成すると塗布面をレベリングする効果があり、リーク等の影響が低減するため好ましい。   In addition, it is preferable to form a coating film in the lower layer before forming the bulk heterojunction layer at the same time because it has the effect of leveling the coating surface and reduces the influence of leakage and the like.

これらの層を構成する材料としては、例えば、電荷輸送部としての正孔輸送部としては、H.C.スタルク製、商品名BaytronP等のPEDOT−PSS、ポリアニリン及びそのドープ材料、特開平5−271166号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、国際公開第06/19270号パンフレット等に記載のシアン化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。また、バルクへテロジャンクション層に用いたp型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。   Examples of the material constituting these layers include H.P. as a hole transport portion as a charge transport portion. C. Product made by Starck, PEDOT-PSS such as trade name BaytronP, polyaniline and its doping material, triarylamine compounds described in JP-A-5-271166, cyan compounds described in WO 06/19270, etc., In addition, metal oxides such as molybdenum oxide, nickel oxide, and tungsten oxide can be used. Moreover, the layer which consists of a p-type semiconductor material single-piece | unit used for the bulk heterojunction layer can also be used. The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method.

また、電荷輸送部としての電子輸送部としては、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。また、バルクへテロジャンクション層に用いたn型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。   In addition, as an electron transporting portion as a charge transporting portion, octaazaporphyrin, a p-type semiconductor perfluoro product (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, etc.), naphthalene tetracarboxylic acid anhydride, naphthalene tetracarboxylic acid diimide, perylene tetra N-type semiconductor materials such as carboxylic acid anhydrides and perylenetetracarboxylic acid diimides, and n-type inorganic oxides such as titanium oxide, zinc oxide and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride and cesium fluoride Etc. can be used. A layer made of a single n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used. The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method.

本発明の有機光電変換素子の第1の電極(透明電極)は、陰極、陽極は特に限定せず、素子構成により選択することができるが、好ましくは透明電極を陽極として用いることである。例えば、陽極として用いる場合、好ましくは380〜800nmの光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤー、カーボンナノチューブ用いることができる。The first electrode (transparent electrode) of the organic photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited to a cathode and an anode, and can be selected according to the element configuration, but preferably a transparent electrode is used as an anode. For example, when used as an anode, it is preferably an electrode that transmits light of 380 to 800 nm. As the material, for example, transparent conductive metal oxides such as indium tin oxide (ITO), SnO 2 and ZnO, metal thin films such as gold, silver and platinum, metal nanowires and carbon nanotubes can be used.

またポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン及びポリナフタレンの各誘導体からなる群より選ばれる導電性高分子等も用いることができる。また、これらの導電性化合物を複数組み合わせて透明電極とすることもできる。   Also, a conductive material selected from the group consisting of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, polyphenylacetylene, polydiacetylene and polynaphthalene. A functional polymer can also be used. A plurality of these conductive compounds can be combined to form a transparent electrode.

本発明の有機光電変換素子の第2の電極(対電極)は導電材単独層であってもよいが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用してもよい。対電極の導電材としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子の取り出し性能及び酸化等に対する耐久性の点から、これら金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。対電極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。The second electrode (counter electrode) of the organic photoelectric conversion element of the present invention may be a single layer of a conductive material, but in addition to a conductive material, a resin that holds these may be used in combination. As the conductive material of the counter electrode, a material having a small work function (4 eV or less) metal, alloy, electrically conductive compound and a mixture thereof is used. Specific examples of such electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Mixtures, indium, lithium / aluminum mixtures, rare earth metals and the like. Among these, from the viewpoint of electron extraction performance and durability against oxidation, etc., a mixture of these metals and a second metal which is a stable metal having a larger work function value than this, for example, a magnesium / silver mixture, magnesium / Aluminum mixtures, magnesium / indium mixtures, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixtures, lithium / aluminum mixtures, aluminum and the like are preferred. The counter electrode can be produced by forming a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 μm, preferably 50 to 200 nm.

更に太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、このような光電変換素子を積層した、タンデム型の構成としてもよい。図4は、タンデム型のバルクヘテロジャンクション層を備えるバルクへテロジャンクション型の有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図である。   Furthermore, it is good also as a tandem-type structure which laminated | stacked such a photoelectric conversion element for the purpose of the improvement of sunlight utilization factor (photoelectric conversion efficiency). FIG. 4 is a cross-sectional view showing a solar cell composed of a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element including a tandem bulk heterojunction layer.

タンデム型構成の場合、基板11上に、順次透明電極12、第1の光電変換部14、電荷輸送部15(または16)を積層した後、電荷再結合層17を積層した後、第2の光電変換部14′、電荷輸送部15′(または16′)、次いで対電極13を積層することで、タンデム型の構成とすることができる。第2の光電変換部14′は、第1の光電変換部14の吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。また、電荷再結合層17の材料としては、透明性と導電性を併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、ITO、AZO、FTO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au等の非常に薄い金属層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等が好ましい。また、本発明の好ましい構成としては、該電荷再結合層17を実質有さない構成としてもよい。   In the case of the tandem configuration, the transparent electrode 12, the first photoelectric conversion unit 14, and the charge transport unit 15 (or 16) are sequentially stacked on the substrate 11, and then the charge recombination layer 17 is stacked. By stacking the photoelectric conversion unit 14 ′, the charge transport unit 15 ′ (or 16 ′), and then the counter electrode 13, a tandem configuration can be obtained. The second photoelectric conversion unit 14 ′ may be a layer that absorbs the same spectrum as the absorption spectrum of the first photoelectric conversion unit 14, or may be a layer that absorbs a different spectrum, but is preferably a layer that absorbs a different spectrum. is there. The material of the charge recombination layer 17 is preferably a layer using a compound having both transparency and conductivity, such as transparent metal oxides such as ITO, AZO, FTO, and titanium oxide, Ag, Al, and Au. A very thin metal layer such as PEDOT: PSS or a conductive polymer material such as polyaniline is preferable. Moreover, as a preferable configuration of the present invention, a configuration substantially free of the charge recombination layer 17 may be used.

また、作製した有機光電変換素子10が環境中の酸素、水分等で劣化しないために、公知の手法によって封止することが好ましい。例えば、アルミまたはガラスでできたキャップを接着剤によって接着することによって封止する手法、アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等のガスバリア層が形成されたプラスチックフィルムと有機光電変換素子上10を接着剤で貼合する手法、ガスバリア性の高い有機高分子材料(ポリビニルアルコール等)をコートする方法、ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化ケイ素、酸化アルミニウム等)を直接堆積する方法、及びこれらを複合的に積層する方法等を挙げることができる。また、必要に応じて酸素、水分等のゲッターを封止内に有する構成としてもよい。   Moreover, it is preferable to seal by the well-known method so that the produced organic photoelectric conversion element 10 does not deteriorate with oxygen, moisture, etc. in the environment. For example, a method of sealing a cap made of aluminum or glass by bonding with an adhesive, a plastic film on which a gas barrier layer such as aluminum, silicon oxide, or aluminum oxide is formed and the organic photoelectric conversion element top 10 with an adhesive Method of pasting, method of coating organic polymer material with high gas barrier property (polyvinyl alcohol, etc.), method of directly depositing inorganic thin film with high gas barrier property (silicon oxide, aluminum oxide, etc.), and composite lamination of these And the like. Moreover, it is good also as a structure which has getters, such as oxygen and a water | moisture content, in sealing as needed.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
(半導体材料の調製)
〈BP−1前駆体〉
Chemical Communications,vol.22(1999),p2275に従って、p型半導体材料のBP−1前駆体を得た。
Example 1
(Preparation of semiconductor materials)
<BP-1 precursor>
Chemical Communications, vol. 22 (1999), p2275, a BP-1 precursor of a p-type semiconductor material was obtained.

〈例示化合物n−1〉
下記スキームで、モノマー1とビニルアルコールとを塩基存在下で重縮合反応を行い、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって精製し、n−1を得た。また、同様にしてn−3も合成した。
<Exemplary Compound n-1>
In the following scheme, monomer 1 and vinyl alcohol were subjected to a polycondensation reaction in the presence of a base and purified by silica gel column chromatography to obtain n-1. Similarly, n-3 was synthesized.

〔有機光電変換素子の作製〕
(有機光電変換素子SC−101の作製)
30mm角の白板ガラス基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を110nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて2mm幅にパターニングし透明電極を形成した。
[Production of organic photoelectric conversion element]
(Preparation of organic photoelectric conversion element SC-101)
An indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited to a thickness of 110 nm on a 30 mm square white glass substrate (sheet resistance 13 Ω / □) is patterned to a width of 2 mm using ordinary photolithography and hydrochloric acid etching. A transparent electrode was formed.

パターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。   The patterned transparent electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning.

この透明基板上に、導電性高分子であるBaytron P4083(H.C.スタルク製)を30nmの膜厚でスピンコートした後、140℃で大気中10分間加熱乾燥した。これ以降は、O及びHO濃度が1ppm以下の窒素雰囲気グローブボックス中で作業した。On this transparent substrate, Baytron P4083 (manufactured by HC Starck), which is a conductive polymer, was spin-coated with a film thickness of 30 nm, and then dried by heating at 140 ° C. in the air for 10 minutes. After this, the work was performed in a nitrogen atmosphere glove box having an O 2 and H 2 O concentration of 1 ppm or less.

まず、窒素雰囲気下で上記基板を150℃で5分間加熱処理した。次に、クロロベンゼンに上述したBP−1前駆体を1.2質量%溶解した塗布液を調製し、コーターを用いて塗布乾燥し、ホットプレート上で150℃30分間加熱処理して、膜厚が20〜30nmになるように製膜した。続けて、クロロベンゼンにBP−1前駆体を1.2質量%、上述のn−1(架橋型高分子n型半導体材料のモノマー)を1.0質量%溶解した塗布液を調製し、コーターを用いて塗布し、室温で30分間乾燥、ホットプレート上150℃で30分間加熱処理して、膜厚が80〜100nmになるように製膜した。   First, the substrate was heat-treated at 150 ° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere. Next, a coating solution in which 1.2% by mass of the above-described BP-1 precursor is dissolved in chlorobenzene is prepared, coated and dried using a coater, and heat-treated on a hot plate at 150 ° C. for 30 minutes. The film was formed to 20 to 30 nm. Subsequently, a coating solution in which 1.2% by mass of the BP-1 precursor and 1.0% by mass of the above-described n-1 (monomer of the crosslinked polymer n-type semiconductor material) was dissolved in chlorobenzene was prepared. The coating was used, dried at room temperature for 30 minutes, and heat-treated on a hot plate at 150 ° C. for 30 minutes to form a film having a thickness of 80 to 100 nm.

続けて、クロロベンゼンにn−1を1.0質量%溶解した塗布液を調製し、同様に塗布して膜厚が40〜50nmになるように製膜した。なお、BP−1前駆体は加熱処理中にBP−1へと変換(Mw511、低分子p型半導体材料、変換前後で分子量が約5/6に減少)し、また同様にn−1は150℃、30分間の加熱の間に重合し、架橋型高分子n型半導体へと変性させた。   Then, the coating liquid which dissolved 1.0 mass% of n-1 in chlorobenzene was prepared, and it apply | coated similarly and formed into a film so that a film thickness might be set to 40-50 nm. The BP-1 precursor is converted to BP-1 during the heat treatment (Mw511, low-molecular p-type semiconductor material, molecular weight is reduced to about 5/6 before and after conversion), and n-1 is 150 in the same manner. Polymerization was carried out at 30 ° C. for 30 minutes to modify the polymer into a crosslinked polymer n-type semiconductor.

次に、上記一連の有機層を製膜した基板を真空蒸着装置チャンバー内に移動し、2mm幅のシャドウマスクが透明電極と直交するようにセットし、10−4Pa以下にまでに真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度0.01nm/秒でフッ化リチウムを0.6nm積層し、更に続けて、蒸着速度0.2nm/秒でAlメタルを80nm積層することで、2mm角サイズの有機光電変換素子SC−101を得た。得られた有機光電変換素子SC−101を窒素雰囲気グローブボックスに移動し、アルミニウム製の封止缶とUV硬化樹脂を用いて封止を行った。Next, the substrate on which the series of organic layers is formed is moved into the vacuum deposition apparatus chamber, the shadow mask having a width of 2 mm is set so as to be orthogonal to the transparent electrode, and the vacuum deposition apparatus is up to 10 −4 Pa or less. After depressurizing the inside, 0.6 nm of lithium fluoride was deposited at a deposition rate of 0.01 nm / second, and then 80 nm of Al metal was deposited at a deposition rate of 0.2 nm / second, thereby forming a 2 mm square size organic. A photoelectric conversion element SC-101 was obtained. The obtained organic photoelectric conversion element SC-101 was moved to a nitrogen atmosphere glove box, and sealed using an aluminum sealing can and a UV curable resin.

別途作製した有機層積層試料について、表面・界面物性評価装置(SAICAS)と飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)を併用し、半導体材料の膜厚方向の濃度分布を評価したところ、図3(A)に例示されるような、段階的な濃度分布を示した。   For the organic layer laminated sample prepared separately, the surface / interface physical property evaluation apparatus (SAICAS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) were used in combination, and the concentration distribution in the film thickness direction of the semiconductor material was evaluated. FIG. 3A shows a stepwise concentration distribution as exemplified in FIG.

(有機光電変換素子SC−102の作製)
SC−101の作製と同様にして準備した基板に、クロロベンゼンにBP−1前駆体(低分子p型半導体の前駆体)を0.12質量%溶解した溶液Aと、同じくクロロベンゼンにn−1(架橋型高分子n型半導体材料のモノマー)を0.10質量%溶解した溶液Bを調製し、溶液Aを塗布乾燥した後、150℃で30分間加熱処理し、BP−1前駆体をBP−1へと変換(Mw511、低分子p型半導体材料、変換前後で分子量が約5/6に減少)させたp型半導体からなる層を形成し、更に続けて、クロロベンゼンの蒸気に約10秒間曝しながら溶液Bを積層塗布し、同様にして150℃で30分間加熱処理して、架橋型高分子n型半導体からなる層を形成した。
(Preparation of organic photoelectric conversion element SC-102)
A solution prepared by dissolving 0.12% by mass of a BP-1 precursor (a precursor of a low-molecular p-type semiconductor) in chlorobenzene on a substrate prepared in the same manner as in the preparation of SC-101, and n-1 ( A solution B in which 0.10% by mass of the monomer of the cross-linked polymer n-type semiconductor material) is prepared, and after the solution A is applied and dried, heat treatment is performed at 150 ° C. for 30 minutes, and the BP-1 precursor is converted into BP- A layer composed of a p-type semiconductor converted to 1 (Mw511, low-molecular p-type semiconductor material, molecular weight reduced to about 5/6 before and after conversion) is formed, and then exposed to chlorobenzene vapor for about 10 seconds. Then, the solution B was laminated and applied, and similarly heat treated at 150 ° C. for 30 minutes to form a layer made of a crosslinked polymer n-type semiconductor.

続く工程はSC−101と同様にしてSC−102を作製し、同様にして封止した。   In the subsequent step, SC-102 was produced in the same manner as SC-101 and sealed in the same manner.

また、別途作製した有機層積層試料について、SC−101と同様にして半導体材料の膜厚方向の濃度分布を評価したところ、図3(B)に例示されるようなpn界面に極端に狭い濃度分布を示した。   Further, when the concentration distribution in the film thickness direction of the semiconductor material was evaluated in the same manner as SC-101 for the separately prepared organic layer stacked sample, the concentration was extremely narrow at the pn interface as illustrated in FIG. Distribution was shown.

(有機光電変換素子SC−103の作製)
SC−101の作製と同様にして準備した基板に、クロロベンゼンにBP−1前駆体を1.2質量%溶解した塗布液を調製し、コーターを用いて塗布乾燥し、ホットプレート上で150℃30分間加熱処理して、膜厚が20〜30nmになる様に製膜した。続けて、クロロベンゼンにBP−1とn−1を表1の1層目に示した濃度になるように溶解し、SC−101と同様にして膜厚が16〜18nmになるようにコートし、150℃で10分間加熱処理して1層目を製膜した。
(Preparation of organic photoelectric conversion element SC-103)
A coating solution in which 1.2% by mass of the BP-1 precursor was dissolved in chlorobenzene was prepared on a substrate prepared in the same manner as in the preparation of SC-101, applied and dried using a coater, and 150 ° C. 30 on a hot plate. It heat-processed for minutes and formed into a film so that a film thickness might be set to 20-30 nm. Subsequently, BP-1 and n-1 were dissolved in chlorobenzene so as to have the concentration shown in the first layer of Table 1, and coated so as to have a film thickness of 16 to 18 nm in the same manner as SC-101. A first layer was formed by heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes.

続けて、表1に示した2層目以降を順次塗布積層〜加熱処理を繰り返し、6層目まで同様にして積層し製膜した。6層目まで形成した後、クロロベンゼンにn−1を1.0質量%溶解した塗布液を調製し、同様に塗布して膜厚が40〜50nmになるように製膜した。   Subsequently, the second and subsequent layers shown in Table 1 were sequentially applied and laminated to heat treatment, and the sixth layer was similarly laminated to form a film. After forming to the 6th layer, the coating liquid which dissolved 1.0 mass% of n-1 in chlorobenzene was prepared, and it apply | coated similarly, and formed into a film so that a film thickness might be set to 40-50 nm.

続く工程はSC−101と同様にしてSC−103を作製し、同様にして封止した。   In the subsequent step, SC-103 was produced in the same manner as SC-101 and sealed in the same manner.

また、別途作製した有機層積層試料について、SC−101と同様にして半導体材料の膜厚方向の濃度分布を評価したところ、図3(C)に例示されるような連続的な濃度勾配を有する分布を示した。   Further, when the concentration distribution in the film thickness direction of the semiconductor material was evaluated in the same manner as SC-101 for the separately prepared organic layer laminated sample, it has a continuous concentration gradient as illustrated in FIG. Distribution was shown.

(有機光電変換素子SC−104の作製)
SC−103の作製において、p型半導体材料として、BP−1前駆体に代えて、数平均分子量45000のリーケメタル製レジオレギュラー、ポリ(3−ヘキシルチオフェン(P3HT、高分子p型半導体材料)に変更した以外は、SC−103と同様にしてSC−104を作製した。
(Preparation of organic photoelectric conversion element SC-104)
In the preparation of SC-103, instead of the BP-1 precursor, the p-type semiconductor material is changed to a reke regular made of Reike Metal with a number average molecular weight of 45000, poly (3-hexylthiophene (P3HT, polymer p-type semiconductor material)) SC-104 was prepared in the same manner as SC-103 except that.

別途作製した有機層積層試料は、SC−103と同様な半導体材料の濃度分布を示した。   A separately prepared organic layer laminated sample showed the same semiconductor material concentration distribution as SC-103.

(有機光電変換素子SC−105の作製)
SC−103の作製において、表1に示した構成に代えて、表2に示した構成になるように積層製膜した以外は、SC−103と同様にしてSC−105を作製した。
(Preparation of organic photoelectric conversion element SC-105)
SC-105 was produced in the same manner as SC-103, except that in the production of SC-103, instead of the configuration shown in Table 1, a laminated film was formed so as to have the configuration shown in Table 2.

また、別途作製した有機層積層資料について、SC−101と同様にして半導体材料の膜厚方向の濃度分布を評価したところ、図3(E)に例示されるような連続的な濃度勾配を有する領域と、濃度一定の領域とからなる分布を示した。   Further, regarding the organic layer laminated material prepared separately, when the concentration distribution in the film thickness direction of the semiconductor material was evaluated in the same manner as SC-101, it has a continuous concentration gradient as illustrated in FIG. A distribution composed of a region and a region having a constant density is shown.

(有機光電変換素子SC−106の作製)
SC−105の作製において、p型半導体材料として、BP−1前駆体に代えて、数平均分子量45000のリーケメタル製レジオレギュラー、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT、高分子p型半導体材料)に変更した以外は、SC−105と同様にしてSC−106を作製した。
(Preparation of organic photoelectric conversion element SC-106)
In the production of SC-105, as a p-type semiconductor material, instead of the BP-1 precursor, Reikemetal regioregular poly (3-hexylthiophene) (P3HT, polymer p-type semiconductor material) having a number average molecular weight of 45,000 is used. SC-106 was produced in the same manner as SC-105 except that the changes were made.

別途作製した有機層積層試料は、SC−105と同様な半導体材料の濃度分布を示した。   The separately prepared organic layer laminated sample showed the same semiconductor material concentration distribution as SC-105.

(有機光電変換素子SC−107の作製)
SC−105の作製において、n型半導体材料として、n−1に代えて、n−3を用いた以外は、SC−105と同様にしてSC−107を作製した。
(Preparation of organic photoelectric conversion element SC-107)
SC-107 was produced in the same manner as SC-105 except that n-3 was used instead of n-1 as the n-type semiconductor material in the production of SC-105.

別途作製した有機層積層試料は、SC−105と同様な半導体材料の濃度分布を示した。   The separately prepared organic layer laminated sample showed the same semiconductor material concentration distribution as SC-105.

〔光電変換素子のエネルギー変換特性評価〕
上記方法で作製した有機光電変換素子について、ソーラーシミュレーターを用いたAM1.5Gフィルタ、100mW/cmの強度の光を照射し、有効面積を4.0mmにしたマスクを受光部に重ね、同素子上に形成した4箇所の受光部それぞれについて、短絡電流密度Jsc(mA/cm)及び開放電圧Voc(V)、フィルファクターffから式1を用いてエネルギー変換効率η(%)を得て、その平均値を求め、SC−101のエネルギー変換効率を100としたとき相対値を表3に示した。
[Evaluation of energy conversion characteristics of photoelectric conversion elements]
About the organic photoelectric conversion element produced by the above method, an AM1.5G filter using a solar simulator, light having an intensity of 100 mW / cm 2 is irradiated, and a mask having an effective area of 4.0 mm 2 is overlaid on the light receiving unit. For each of the four light receiving portions formed on the element, energy conversion efficiency η (%) is obtained using Equation 1 from the short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), the open circuit voltage Voc (V), and the fill factor ff. The average value was obtained, and the relative values are shown in Table 3 when the energy conversion efficiency of SC-101 was taken as 100.

〔式1〕 Jsc(mA/cm)×Voc(V)×ff=η(%)[Formula 1] Jsc (mA / cm 2 ) × Voc (V) × ff = η (%)

表3より、本発明の有機光電変換素子は、比較の有機光電変換素子に対して明らかにエネルギー変換効率において優れていることがわかる。   From Table 3, it can be seen that the organic photoelectric conversion element of the present invention is clearly superior in energy conversion efficiency to the comparative organic photoelectric conversion element.

実施例2
〔有機光電変換素子の作製〕
(有機光電変換素子SC−201の作製)
SC−101の作製法において、ガラス基板に代えて、20mm×110mm角サイズの200μm厚二軸延伸ポリエチレンナフタレート(PEN)基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を用い、光電変換に寄与する有効受光面積を約10mmx100mm角の約1000mmとなる様に作製した以外は、SC−101と同様にしてSC−201を作製した。
Example 2
[Production of organic photoelectric conversion element]
(Preparation of organic photoelectric conversion element SC-201)
In the SC-101 fabrication method, an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film was deposited to a thickness of 150 nm on a 200 μm-thick biaxially oriented polyethylene naphthalate (PEN) substrate having a size of 20 mm × 110 mm square instead of a glass substrate. SC-201 was prepared in the same manner as SC-101, except that an effective light receiving area that contributed to photoelectric conversion was made to be about 1000 mm 2 of about 10 mm × 100 mm square using a sheet (sheet resistance 13Ω / □).

(有機光電変換素子SC−202〜SC−206の作製)
SC−202〜SC−206においても、SC−201の作製法と同様にして、それぞれSC−202〜SC−206を作製した。
(Production of organic photoelectric conversion elements SC-202 to SC-206)
In SC-202 to SC-206, SC-202 to SC-206 were produced in the same manner as the production method of SC-201, respectively.

〔折り曲げ耐性評価〕
上記方法で作製した有機光電変換素子について、1インチφのプラスチック製の円柱棒を用意し、表裏を1セットとして、50セット巻きつけた前後のエネルギー変換効率ηの保持率を式2に従って求め、表4に示した。
[Bending resistance evaluation]
About the organic photoelectric conversion element produced by the above method, a 1-inch φ plastic cylindrical rod is prepared, the front and back are set as one set, and the retention rate of energy conversion efficiency η before and after winding 50 sets is obtained according to Equation 2, It is shown in Table 4.

〔式2〕 保持率(%)=巻きつけ後のη/巻きつけ前のη×100   [Formula 2] Retention rate (%) = η after winding / η × 100 before winding

表4より、本発明の有機光電変換素子は、比較の有機光電変換素子に対して明らかに折り曲げ耐性において優れていることがわかる。   From Table 4, it can be seen that the organic photoelectric conversion device of the present invention is clearly superior in bending resistance to the comparative organic photoelectric conversion device.

実施例3
〔有機光電変換素子の作製〕
〔有機光電変換素子SC−301の作製〕
バリア層付きPENフィルム基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて10×100mm角の受光部と取り出し電極部をパターニングし透明電極を形成した。パターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
Example 3
[Production of organic photoelectric conversion element]
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-301]
A PEN film substrate with a barrier layer on which an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film is deposited to a thickness of 150 nm (sheet resistance 13Ω / □) is 10 × 100 mm square using normal photolithography technology and hydrochloric acid etching. The light receiving part and the extraction electrode part were patterned to form a transparent electrode. The patterned transparent electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning.

この透明基板上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック製)を膜厚が50nmになるように塗布した後、超純水を浸み込ませた拭き取りローラーで取り出し電極部を洗浄し、続けて140℃で10分間乾燥させ、10×100mm角にパターニングした正孔輸送層を製膜した。   After applying Baytron P4083 (made by Starck Vitec), which is a conductive polymer, on this transparent substrate so that the film thickness is 50 nm, the electrode part is cleaned with a wiping roller soaked with ultrapure water. Then, it was dried at 140 ° C. for 10 minutes, and a hole transport layer patterned to 10 × 100 mm square was formed.

これ以降は、基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。   After this, the substrate was brought into the glove box and worked under a nitrogen atmosphere.

まず、窒素雰囲気下で上記基板を140℃で10分間加熱処理した。次に、クロロベンゼンにP3HT(プレクトロニクス製:レジオレギュラーポリ−3−ヘキシルチオフェン)(Mw=52000、高分子p型半導体材料)とPCBM(フロンティアカーボン:6,6−フェニル−C61−ブチリックアシッドメチルエステル)(Mw=911、低分子n型半導体材料)を3.0質量%になるように1:1で混合した液を調製し、フィルタでろ過しながら膜厚が200nmになるように塗布を行い、室温で放置して乾燥させた。続けて、クロロベンゼンを浸み込ませた拭き取りローラーで取り出し電極部を洗浄し、10×100mm角にパターニングし、140℃で15分間加熱処理を行い、光電変換層を製膜した。次に、脱水エタノールにTi−イソプロポキシドを0.05mol/Lになるように溶解した液を調製し、取り出し電極部をマスキングした後、膜厚が20nmになるように塗布を行い、室温に放置して乾燥させた。続けて、マスキングを除去し、エタノールを浸み込ませた拭き取りローラーで取り出し電極部を洗浄し、水蒸気量を調節した窒素中に搬送し放置して電子輸送層を製膜した。First, the substrate was heat-treated at 140 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Next, P3HT (manufactured by Prectronics: regioregular poly-3-hexylthiophene) (Mw = 52000, polymer p-type semiconductor material) and PCBM (frontier carbon: 6,6-phenyl-C 61 -butyric acid) were added to chlorobenzene. Methyl ester) (Mw = 911, low molecular weight n-type semiconductor material) prepared at a ratio of 1: 1 so as to be 3.0% by mass, and applied to a film thickness of 200 nm while filtering through a filter. And left to dry at room temperature. Subsequently, the electrode part was taken out with a wiping roller soaked with chlorobenzene, patterned to 10 × 100 mm square, and subjected to heat treatment at 140 ° C. for 15 minutes to form a photoelectric conversion layer. Next, a solution in which Ti-isopropoxide is dissolved in dehydrated ethanol so as to have a concentration of 0.05 mol / L is prepared, and after taking out the electrode portion, coating is performed so that the film thickness becomes 20 nm. Allowed to dry. Subsequently, the masking was removed, the electrode portion was washed with a wiping roller soaked in ethanol, transported in nitrogen with the water vapor amount adjusted, and left to form an electron transport layer.

次に、上記一連の機能層を製膜した基板を真空蒸着装置チャンバー内に移動し、10−4Pa以下にまでに真空蒸着装置内を減圧した後、シャドウマスクを通して、蒸着速度0.01nm/秒でフッ化リチウムを0.6nm積層し、更に続けて、蒸着速度0.2nm/秒でAlメタルを80nm積層することで電極層を形成し、10×100mmサイズの有機光電変換素子SC−301を得た。得られた有機光電変換素子SC−301を窒素雰囲気グローブボックスに移動し、バリア付きPENフィルムとUV硬化樹脂を用いて封止を行った。Next, the substrate on which the series of functional layers is formed is moved into a vacuum deposition apparatus chamber, the pressure inside the vacuum deposition apparatus is reduced to 10 −4 Pa or less, and then the deposition rate is 0.01 nm / The electrode layer was formed by laminating 0.6 nm of lithium fluoride in a second, and then laminating 80 nm of Al metal at a deposition rate of 0.2 nm / second, thereby forming an organic photoelectric conversion element SC-301 having a size of 10 × 100 mm. Got. The obtained organic photoelectric conversion element SC-301 was moved to a nitrogen atmosphere glove box and sealed with a PEN film with a barrier and a UV curable resin.

〔有機光電変換素子SC−302の作製〕
SC−301の作製と同様にして正孔輸送層まで製膜した後、窒素雰囲気下に移動し基板を140℃で10分間加熱処理した。次に、クロロベンゼンにP3HT(プレクトロニクス製:レジオレギュラーポリ−3−ヘキシルチオフェン)(Mw=52000、高分子p型半導体材料)とn−1を3.0質量%になるように1:1で混合した液を調製し、フィルタでろ過しながら膜厚が200nmになるように塗布を行い、室温で放置して乾燥させた。続けて、クロロベンゼンを浸み込ませた拭き取りローラーで取り出し電極部を洗浄し、10×100mm角にパターニングし、140℃で15分間加熱処理を行った。更に、UVランプを用いてUV光を照射しn−1を反応させて不溶化させ、光電変換層を製膜した。これ以降は、SC−301の作製と同様にして、電子輸送層及び電極層を形成させSC−302を得た。また、得られた素子はSC−301と同様にして封止を行った。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-302]
After film formation up to the hole transport layer in the same manner as in the preparation of SC-301, the substrate was moved to a nitrogen atmosphere and the substrate was heat-treated at 140 ° C. for 10 minutes. Next, P3HT (manufactured by Prectronics: regioregular poly-3-hexylthiophene) (Mw = 52000, high-molecular p-type semiconductor material) and n-1 in chlorobenzene at 1: 1 so as to be 3.0% by mass. A mixed solution was prepared, applied to a film thickness of 200 nm while being filtered with a filter, and allowed to dry at room temperature. Subsequently, the electrode portion was taken out with a wiping roller soaked with chlorobenzene, patterned to 10 × 100 mm square, and heat-treated at 140 ° C. for 15 minutes. Furthermore, UV light was irradiated using a UV lamp to react n-1 to insolubilize it, thereby forming a photoelectric conversion layer. Thereafter, an electron transport layer and an electrode layer were formed in the same manner as in the preparation of SC-301 to obtain SC-302. The obtained element was sealed in the same manner as SC-301.

〔有機光電変換素子SC−303の作製〕
前記SC−302の作製において、p型半導体材料として、P3HTに換えてp−1を用いた以外は、SC−302と同様にしてSC−303を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-303]
SC-303 was obtained in the same manner as SC-302 except that p-1 was used instead of P3HT as the p-type semiconductor material in the preparation of SC-302.

〔有機光電変換素子SC−304の作製〕
前記SC−302の作製において、p型半導体材料として、P3HTに換えてBP−1を用い、更に不溶化処理を140℃で20分間加熱処理とし、その間にUV光の照射を行って不溶化させた以外は、SC−302と同様にしてSC−304を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-304]
In the production of SC-302, except that BP-1 was used as the p-type semiconductor material instead of P3HT, and the insolubilization treatment was performed at 140 ° C. for 20 minutes, followed by UV light irradiation during the insolubilization treatment. Obtained SC-304 in the same manner as SC-302.

〔有機光電変換素子SC−305の作製〕
SC−301の作製と同様にして正孔輸送層まで製膜した後、窒素雰囲気下に移動し基板を140℃で10分間加熱処理した。次に、クロロベンゼンにp−1とn−1を3.0質量%になるように1:1で混合した液を調製し、フィルタでろ過しながら膜厚が150nmになるように1層目を塗布し、室温で放置して乾燥させた。続けて、クロロベンゼンを浸み込ませた拭き取りローラーで取り出し電極部を洗浄し、10×100mm角にパターニングし、140℃で15分間加熱処理を行った。続けて、UVランプを用いてUV光を照射することで不溶化処理を行った。更に、不溶化させた層の上に、上述のp−1とn−1を混合した液を、同様に膜厚が150nmになるように2層目を積層塗布し、クロロベンゼンを浸み込ませた拭き取りローラーで取り出し電極部を洗浄し、140℃で15分間加熱処理を行った。続けて、UVランプを用いてUV光を照射することで不溶化処理を行った。これ以降は、SC−301の作製と同様にして、電子輸送層及び電極層を形成させSC−305を得た。また、得られた素子はSC−301と同様にして封止を行った。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-305]
After film formation up to the hole transport layer in the same manner as in the preparation of SC-301, the substrate was moved to a nitrogen atmosphere and the substrate was heat-treated at 140 ° C. for 10 minutes. Next, prepare a solution in which p-1 and n-1 are mixed at a ratio of 1: 1 to 3.0% by mass in chlorobenzene, and the first layer is adjusted so that the film thickness becomes 150 nm while filtering through a filter. It was applied and allowed to dry at room temperature. Subsequently, the electrode portion was taken out with a wiping roller soaked with chlorobenzene, patterned to 10 × 100 mm square, and heat-treated at 140 ° C. for 15 minutes. Subsequently, insolubilization treatment was performed by irradiating with UV light using a UV lamp. Furthermore, on the insolubilized layer, the liquid obtained by mixing the above p-1 and n-1 was applied in a second layer so that the film thickness was similarly 150 nm, and chlorobenzene was soaked. The electrode portion was taken out with a wiping roller and heated at 140 ° C. for 15 minutes. Subsequently, insolubilization treatment was performed by irradiating with UV light using a UV lamp. Thereafter, an electron transport layer and an electrode layer were formed in the same manner as in the preparation of SC-301 to obtain SC-305. The obtained element was sealed in the same manner as SC-301.

〔有機光電変換素子SC−306の作製〕
前記SC−305の作製において、p−1とn−1の1層目の混合比を1.2:0.8、2層目の混合比を0.8:1.2とした以外はSC−305と同様にしてSC−306を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-306]
In the production of SC-305, SC except that the mixing ratio of the first layer of p-1 and n-1 was 1.2: 0.8 and the mixing ratio of the second layer was 0.8: 1.2. SC-306 was obtained in the same manner as -305.

〔有機光電変換素子SC−307の作製〕
前記SC−305の作製において、p−1とn−1の混合比及び加熱処理を表5に示す条件とし、1層目から6層目まで同様にして積層した以外はSC−305と同様にしてSC−307を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-307]
In the preparation of SC-305, the mixing ratio of p-1 and n-1 and the heat treatment were performed under the conditions shown in Table 5, except that the layers were laminated in the same manner from the first layer to the sixth layer. SC-307 was obtained.

〔有機光電変換素子SC−308の作製〕
SC−301の作製と同様にして正孔輸送層まで製膜した後、窒素雰囲気下に移動し基板を140℃で10分間加熱処理した。次に、p−1とをそれぞれ別々にクロロベンゼンに溶解した液を調整し、UV光をファイバーで導入し塗布面に照射しながら、インクジェット(IJ)を用いて、p−1とn−1の混合比を4:1から1:1まで連続的に変化させながら膜厚が30nmになるよう塗布し、クロロベンゼンを浸み込ませた拭き取りローラーで取り出し電極部を洗浄し、140℃で5分間加熱処理を行った。更に、不溶化させた層の上に、p−1とn−1を1:1で混合した液を、膜厚が150nmになるよう塗布し、クロロベンゼンを浸み込ませた拭き取りローラーで取り出し電極部を洗浄し、140℃で15分間加熱処理を行った。続けて、UVランプを用いてUV光を照射することで不溶化処理を行った。更に、UV光をファイバーで導入し塗布面に照射しながら、インクジェットを用いて、p−1とn−1の混合比を1:1から1:4まで連続的に変化させながら膜厚が30nmになるよう塗布し、クロロベンゼンを浸み込ませた拭き取りローラーで取り出し電極部を洗浄し、140℃で5分間加熱処理を行った。これ以降は、SC−301の作製と同様にして、電子輸送層及び電極層を形成させSC−308を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element SC-308]
After film formation up to the hole transport layer in the same manner as in the preparation of SC-301, the substrate was moved to a nitrogen atmosphere and the substrate was heat-treated at 140 ° C. for 10 minutes. Next, liquids prepared by dissolving p-1 and chlorobenzene separately are prepared, and UV light is introduced through a fiber and irradiated onto the coated surface, using inkjet (IJ), and p-1 and n-1 While changing the mixing ratio continuously from 4: 1 to 1: 1, the coating is applied to a film thickness of 30 nm, the electrode part is washed with a wiping roller soaked with chlorobenzene, and heated at 140 ° C. for 5 minutes. Processed. Further, on the insolubilized layer, a liquid in which p-1 and n-1 are mixed at a ratio of 1: 1 is applied so as to have a film thickness of 150 nm, and is taken out by a wiping roller soaked with chlorobenzene. Was washed and heat-treated at 140 ° C. for 15 minutes. Subsequently, insolubilization treatment was performed by irradiating with UV light using a UV lamp. Furthermore, the film thickness is 30 nm while continuously changing the mixing ratio of p-1 and n-1 from 1: 1 to 1: 4 using an ink jet while introducing UV light through a fiber and irradiating the coated surface. The electrode part was washed with a wiping roller soaked with chlorobenzene and heat-treated at 140 ° C. for 5 minutes. Thereafter, an electron transport layer and an electrode layer were formed in the same manner as in the preparation of SC-301 to obtain SC-308.

〔ダークスポット評価〕
上記作製した素子を、100Wハロゲンランプの光に1000時間暴露した。続いて、暴露後の素子について、LBIC(レーザービーム起電流)測定法により、素子面内で発電量が低下している領域を計測し、式2に従って劣化率を求め、表6に示した。
[Dark spot evaluation]
The fabricated device was exposed to light from a 100 W halogen lamp for 1000 hours. Subsequently, with respect to the exposed element, a region where the amount of power generation was reduced in the element plane was measured by an LBIC (Laser Beam Electromotive Current) measurement method, and the deterioration rate was obtained according to Equation 2, and shown in Table 6.

(式2) 劣化率=発電量が低下している領域の面積/素子の有効面積×100(%)   (Equation 2) Degradation rate = area of the area where the amount of power generation is reduced / effective area of the element × 100 (%)

表6より、本発明の有機光電変換素子は、比較の有機光電変換素子に対して明らかに、エネルギー変換効率と光照射時の耐久性において優れていることがわかる。   Table 6 clearly shows that the organic photoelectric conversion element of the present invention is superior in energy conversion efficiency and durability during light irradiation to the comparative organic photoelectric conversion element.

1 導電性基板
2、3、4、5 光電変換部(バルクヘテロジャンクション層)
10 有機光電変換素子
11 基板
12 透明電極(第1の電極)
13 対電極(第2の電極)
14、14′ 光電変換部
15、16、15′、16′ 電荷輸送部
17 電荷再結合層
1 Conductive substrate 2, 3, 4, 5 Photoelectric conversion part (bulk heterojunction layer)
10 organic photoelectric conversion element 11 substrate 12 transparent electrode (first electrode)
13 Counter electrode (second electrode)
14, 14 'photoelectric conversion part 15, 16, 15', 16 'charge transport part 17 charge recombination layer

Claims (13)

第1の電極と第2の電極との間に少なくとも電荷輸送部と光電変換部とを積層してなる有機光電変換素子において、該光電変換部がp型半導体材料とn型半導体材料とのバルクヘテロジャンクション構造からなり、該p型半導体材料と該n型半導体材料との質量換算比による連続的な濃度勾配の領域が第1の電極側と第2の電極との間に少なくとも存在することを特徴とする有機光電変換素子。 In an organic photoelectric conversion element in which at least a charge transport portion and a photoelectric conversion portion are stacked between a first electrode and a second electrode, the photoelectric conversion portion is a bulk hetero of a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material. It has a junction structure, and a region having a continuous concentration gradient due to a mass conversion ratio between the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material exists at least between the first electrode side and the second electrode. An organic photoelectric conversion element. 前記連続的な濃度勾配の領域が前記光電変換部と前記電荷輸送部との界面近傍であることを特徴とする請求項1に記載の有機光電変換素子。 The organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the continuous concentration gradient region is in the vicinity of an interface between the photoelectric conversion unit and the charge transport unit. 前記電荷輸送部が主に正孔を輸送する正孔輸送部であることを特徴とする請求項1または2に記載の有機光電変換素子。 The organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the charge transporting part is a hole transporting part that mainly transports holes. 前記電荷輸送部が主に電子を輸送する電子輸送部であることを特徴とする請求項1または2に記載の有機光電変換素子。 The organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the charge transporting part is an electron transporting part that mainly transports electrons. 前記電荷輸送部が少なくとも主に正孔を輸送する正孔輸送部と主に電子を輸送する電子輸送部とを含み、前記光電変換部が前記正孔輸送部と前記電子輸送部によって挟まれた構造を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 The charge transport part includes at least a hole transport part that mainly transports holes and an electron transport part that mainly transports electrons, and the photoelectric conversion part is sandwiched between the hole transport part and the electron transport part It has a structure, The organic photoelectric conversion element of any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 前記連続的な濃度勾配の領域が塗布法または印刷法によって形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機光電変換素子。 The organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the continuous concentration gradient region is formed by a coating method or a printing method. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機光電変換素子の製造方法であって、p型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体のうち少なくともどちらか一方を有する溶液を塗布する前駆体塗布工程と、塗布した膜の不要部を除去するパターニング工程と、外部刺激処理によって該p型半導体材料前駆体と該n型半導体材料前駆体のうち少なくともどちらか一方の化学構造変化を誘発し、該化学構造変化が誘発した前駆体を不溶化させる不溶化工程とを含むことを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of any one of Claims 1-6, Comprising: The precursor which apply | coats the solution which has at least any one among a p-type semiconductor material precursor and an n-type semiconductor material precursor A body coating step, a patterning step for removing unnecessary portions of the applied film, and an external stimulus treatment to induce a chemical structure change of at least one of the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor. And an insolubilization step of insolubilizing the precursor induced by the chemical structure change. 前記p型半導体材料前駆体と前記n型半導体材料前駆体のうち少なくとも一方が、架橋性の置換基を有した前駆体であり、且つ前記不溶化工程で前駆体のうち少なくとも一部を架橋させ不溶化させることを特徴とする請求項7に記載の有機光電変換素子の製造方法。 At least one of the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor is a precursor having a crosslinkable substituent, and at least a part of the precursor is crosslinked and insolubilized in the insolubilization step. The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of Claim 7 characterized by the above-mentioned. 前記p型半導体材料前駆体と前記n型半導体材料前駆体のうち少なくとも一方が、外部刺激処理によって化学構造変化を起こす前駆体であり、且つ前記不溶化工程で前駆体を化学構造変化させて不溶化させることを特徴とする請求項7に記載の有機光電変換素子の製造方法。 At least one of the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor is a precursor that undergoes a chemical structure change by an external stimulus process, and the precursor is changed in chemical structure in the insolubilization step to be insolubilized. The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of Claim 7 characterized by the above-mentioned. 前記外部刺激処理が加熱処理、UV光照射処理、あるいは加熱処理とUV光照射処理の併用のいずれかの処理であることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の有機光電変換素子の製造方法。 10. The organic photoelectric device according to claim 7, wherein the external stimulation process is a heat process, a UV light irradiation process, or a combination of a heat process and a UV light irradiation process. A method for manufacturing a conversion element. 少なくとも、前記前駆体塗布工程と、前記パターニング工程と、前記不溶化工程とを含む工程群を繰り返し行うことで、逐次積層された発電領域を形成することを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の有機光電変換素子の製造方法。 The power generation region that is sequentially stacked is formed by repeatedly performing a process group including at least the precursor application process, the patterning process, and the insolubilization process. The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of item 1. 前記p型半導体材料前駆体と前記n型半導体材料前駆体の混合比が異なる塗布液を逐次積層することで、少なくとも連続的な濃度勾配を有する逐次積層された発電領域を形成することを特徴とする請求項11に記載の有機光電変換素子の製造方法。 A sequential power generation region having at least a continuous concentration gradient is formed by sequentially laminating coating solutions having different mixing ratios of the p-type semiconductor material precursor and the n-type semiconductor material precursor. The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of Claim 11. 前記逐次積層された発電領域が、連続的な濃度勾配を有する領域と、濃度が一定な領域とをそれぞれ含むことを特徴とする請求項11または12に記載の有機光電変換素子の製造方法。 The method of manufacturing an organic photoelectric conversion element according to claim 11, wherein the power generation regions sequentially stacked include a region having a continuous concentration gradient and a region having a constant concentration.
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