JP2013110224A - Photoelectric conversion element, solar cell, and solar cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換素子、太陽電池、及び太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module.
近年、太陽電池の開発が盛んに行われている。太陽電池は一対の電極(アノード及びカソード)で活性層を挟む構成を有するが、電極と活性層との間にバッファ層を挟むことで、太陽電池の性能を向上できることが知られている。 In recent years, solar cells have been actively developed. A solar cell has a configuration in which an active layer is sandwiched between a pair of electrodes (anode and cathode). It is known that the performance of a solar cell can be improved by sandwiching a buffer layer between the electrode and the active layer.
例えば、カソードと活性層との間に設けられるバッファ層(電子取り出し層)の材料として、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(Bphen)、2,9−ビス(ナフタレン−2−イル)−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(NBphen)等のフェナントロリン誘導体や、ホスフィンオキシド化合物等を用いる例が知られている(非特許文献1、特許文献1、2、3)。 For example, as a material for a buffer layer (electron extraction layer) provided between the cathode and the active layer, 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), 4,7-diphenyl- Examples using phenanthroline derivatives such as 1,10-phenanthroline (Bphen), 2,9-bis (naphthalen-2-yl) -4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (NBphen), phosphine oxide compounds, etc. It is known (Non-Patent Document 1, Patent Documents 1, 2, and 3).
しかしながら、BCP、Bphen、及びNBphen等のフェナントロリン誘導体を電子取り出し層の材料として用いた場合、得られる光電変換素子の耐久性は十分ではなかった。 However, when phenanthroline derivatives such as BCP, Bphen, and NBphen are used as the material for the electron extraction layer, the durability of the obtained photoelectric conversion element is not sufficient.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定のフェナントロリン誘導体を電子取り出し層に用いることにより、耐久性がより高い光電変換素子が作製できることを見出し、本発明を達成するに至った。即ち、本発明は、以下を要旨とする。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a photoelectric conversion element with higher durability can be produced by using a specific phenanthroline derivative in the electron extraction layer, and to achieve the present invention. It came. That is, this invention makes the following a summary.
[1]一対の電極と、該電極間に配置された活性層と、少なくとも一方の前記電極と前記活性層との間に配置された電子取り出し層と、を備える光電変換素子であって、前記電子取り出し層が下記一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする、光電変換素子。
[2]前記一般式(1)で表される化合物のガラス転移温度が120℃以上であることを特徴とする、[1]に記載の光電変換素子。
[3]前記活性層がフラーレン又はフラーレン誘導体を含有することを特徴とする、[1]又は[2]に記載の光電変換素子。
[4][1]から[3]のいずれかに記載の光電変換素子を含むことを特徴とする太陽電池。
[5][4]に記載の太陽電池を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
[1] A photoelectric conversion element comprising a pair of electrodes, an active layer disposed between the electrodes, and an electron extraction layer disposed between at least one of the electrodes and the active layer, An electron extraction layer contains a compound represented by the following general formula (1), a photoelectric conversion element.
[2] The photoelectric conversion element according to [1], wherein the compound represented by the general formula (1) has a glass transition temperature of 120 ° C. or higher.
[3] The photoelectric conversion element according to [1] or [2], wherein the active layer contains fullerene or a fullerene derivative.
[4] A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [3].
[5] A solar cell module comprising the solar cell according to [4].
本発明によれば、耐久性がより高い光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a durable photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module can be provided.
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、これら説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below, but these descriptions are examples (representative examples) of the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these contents unless it exceeds the gist. Not.
<光電変換素子>
本発明に係る光電変換素子は、一対の電極と、該電極間に配置された活性層と、一方の前記電極と前記活性層との間に配置された電子取り出し層と、を備える光電変換素子であって、前記電子取り出し層が下記一般式(1)で表される化合物を含有する。
A photoelectric conversion element according to the present invention includes a pair of electrodes, an active layer disposed between the electrodes, and an electron extraction layer disposed between one of the electrodes and the active layer. And the said electronic taking-out layer contains the compound represented by following General formula (1).
図1は本発明の一実施形態としての、一般的な有機薄膜太陽電池に用いられる光電変換素子を表す。本発明の一実施形態としての光電変換素子107は、基板106、電極(アノード)101、正孔取り出し層102、有機活性層103(p型半導体化合物とn型半導体化合物混合層)、電子取り出し層104、電極(カソード)105が順次、形成された層構造を有する。しかしながら、本発明に係る光電変換素子の構造は図1に示されるものに限られるわけではない。例えば、それぞれの各層の間には、後述の各層機能に影響を与えない程度に、別の層が挿入されていてもよい。また、正孔取り出し層102は存在しなくてもよいし、アノード101とカソード105とが逆に配置されていてもよい。 FIG. 1 shows a photoelectric conversion element used in a general organic thin film solar cell as one embodiment of the present invention. A photoelectric conversion element 107 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 106, an electrode (anode) 101, a hole extraction layer 102, an organic active layer 103 (a mixed layer of p-type semiconductor compound and n-type semiconductor compound), and an electron extraction layer. 104 and an electrode (cathode) 105 have a layered structure formed in order. However, the structure of the photoelectric conversion element according to the present invention is not limited to that shown in FIG. For example, another layer may be inserted between each layer to the extent that it does not affect the function of each layer described later. Further, the hole extraction layer 102 may not be present, and the anode 101 and the cathode 105 may be arranged in reverse.
<バッファ層(102,104)>
本発明に係る光電変換素子は、一方の電極と活性層との間に配置された電子取り出し層を備える。好ましくは本発明に係る光電変換素子はさらに、他方の電極と活性層との間に配置された正孔取り出し層を備える。以下では、電子取り出し層と正孔取り出し層とをまとめてバッファ層と呼ぶ。バッファ層を設けることには、活性層と電極の間での電子や正孔の移動度が高まるほか、電極間の短絡を防止しうるという利点がある。
<Buffer layer (102, 104)>
The photoelectric conversion element according to the present invention includes an electron extraction layer disposed between one electrode and the active layer. Preferably, the photoelectric conversion element according to the present invention further includes a hole extraction layer disposed between the other electrode and the active layer. Hereinafter, the electron extraction layer and the hole extraction layer are collectively referred to as a buffer layer. Providing the buffer layer has advantages that the mobility of electrons and holes between the active layer and the electrode is increased, and that a short circuit between the electrodes can be prevented.
電子取り出し層104と正孔取り出し層102とは、1対の電極間(101,105)に、有機活性層103を挟むように配置される。すなわち、本発明に係る光電変換素子107が電子取り出し層104と正孔取り出し層102の両者を含む場合、電極101、正孔取り出し層102、有機活性層103、電子取り出し層104、電極105がこの順に配置されている。本発明に係る光電変換素子107が電子取り出し層104を含み正孔取り出し層102を含まない場合は、電極101、有機活性層103、電子取り出し層104、電極105がこの順に配置されている。電子取り出し層104と正孔取り出し層102とは積層順序が逆であってもよいし、また電子取り出し層104と正孔取り出し層102との少なくとも一方が異なる複数の膜により構成されていてもよい。 The electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 are disposed so as to sandwich the organic active layer 103 between a pair of electrodes (101, 105). That is, when the photoelectric conversion element 107 according to the present invention includes both the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102, the electrode 101, the hole extraction layer 102, the organic active layer 103, the electron extraction layer 104, and the electrode 105 Arranged in order. When the photoelectric conversion element 107 according to the present invention includes the electron extraction layer 104 and does not include the hole extraction layer 102, the electrode 101, the organic active layer 103, the electron extraction layer 104, and the electrode 105 are arranged in this order. The stacking order of the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 may be reversed, or at least one of the electron extraction layer 104 and the hole extraction layer 102 may be composed of a plurality of different films. .
<電子取り出し層(104)>
電子取り出し層104は、一方の電極と活性層との間に配置される層である。通常電子取り出し層は、カソード105と活性層103との間に配置される。また、電子取り出し層104は以下の式(1)で表されるフェナントロリン誘導体を含有する。例えば電子取り出し層104は、以下の式(1)で表されるフェナントロリン誘導体の層であってもよい。また電子取り出し層104は、以下の式(1)で表されるフェナントロリン誘導体と、金属若しくは金属酸化物のような他の化合物と、を含有する混合物層であってもよい。さらに電子取り出し層104は、以下の式(1)で表されるフェナントロリン誘導体を含有する層と、金属酸化物のような他の化合物を含む層と、が積層された構造を有していてもよい。
<Electron extraction layer (104)>
The electron extraction layer 104 is a layer disposed between one electrode and the active layer. Usually, the electron extraction layer is disposed between the cathode 105 and the active layer 103. The electron extraction layer 104 contains a phenanthroline derivative represented by the following formula (1). For example, the electron extraction layer 104 may be a layer of a phenanthroline derivative represented by the following formula (1). The electron extraction layer 104 may be a mixture layer containing a phenanthroline derivative represented by the following formula (1) and another compound such as a metal or a metal oxide. Further, the electron extraction layer 104 may have a structure in which a layer containing a phenanthroline derivative represented by the following formula (1) and a layer containing another compound such as a metal oxide are stacked. Good.
[フェナントロリン誘導体]
電子取り出し層104は、以下の式(1)で表される化合物(以下、本発明に係るフェナントロリン誘導体と称する)を含有する。
The electron extraction layer 104 contains a compound represented by the following formula (1) (hereinafter referred to as a phenanthroline derivative according to the present invention).
式(1)中、R1〜R8の少なくとも1つは一般式(2)で表される置換基(以下、カルバゾリル基と称する)である。式(2)で表される置換基が複数ある場合には、それぞれ同一でも異なっていてもよい。すなわち、R1〜R8の2つ以上がカルバゾリル基である場合、各カルバゾリル基のR9〜R16はそれぞれ同一でも互いに異なっていてもよい。
R1〜R8の1以上、好ましくは2以上がカルバゾリル基である。また、R1〜R8の8以下、好ましくは4以下がカルバゾリル基である。合成の容易さの面から、カルバゾリル基の数は偶数個であることが好ましく、特に2個又は4個であることが好ましい。LUMOエネルギー準位を電子取り出し層として好適な値に保つ観点からは、カルバゾリル基の数は2個であることが特に好ましい。 One or more, preferably two or more of R 1 to R 8 is a carbazolyl group. Moreover, 8 or less, preferably 4 or less of R 1 to R 8 is a carbazolyl group. From the viewpoint of ease of synthesis, the number of carbazolyl groups is preferably an even number, and particularly preferably 2 or 4. From the viewpoint of keeping the LUMO energy level at a suitable value for the electron extraction layer, the number of carbazolyl groups is particularly preferably two.
また、R1〜R8のカルバゾリル基以外の置換基は、式(1)の化合物が電子取り出し層に含まれたときに電子取り出し層の機能を失わせないかぎり特段の制限はなく、それぞれ同一でも異なっていてもよい。具体的には、水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシル基、スルホ基、イソシアノ基、ホルミル基、メルカプト基、ニトロ基、シリル基、ボリル基、又は、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基が挙げられる。本発明に係るフェナントロリン誘導体の平面性を向上させることは、三次元構造が安定化しうる点で好ましい。この観点からは、カルバゾリル基以外の置換基はより小さい置換基であることが好ましい。具体的には水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、ヒドロキシ基、シアノ基、スルホ基、イソシアノ基、ホルミル基、メルカプト基、ニトロ基、又はメチル基であることが好ましく、特に、水素原子又はハロゲン原子のような1原子で構成される置換基であることが好ましい。また、フェナントロリン誘導体のLUMOエネルギー準位を調節するために、R1〜R8の少なくとも1つがフッ化アルキル基、特にトリフルオロメチル基を含むフルオロメチル基であることも好ましい。また、R1〜R8の隣接する基同士は互いに結合して環を形成してもよい。 The substituents other than R 1 to R 8 other than the carbazolyl group are not particularly limited as long as the function of the electron extraction layer is not lost when the compound of the formula (1) is included in the electron extraction layer, and is the same as each other. But it can be different. Specifically, it has a hydrogen atom, halogen atom, amino group, hydroxy group, cyano group, carboxyl group, sulfo group, isocyano group, formyl group, mercapto group, nitro group, silyl group, boryl group, or hetero atom. And hydrocarbon groups which may be used. Improving the planarity of the phenanthroline derivative according to the present invention is preferable in that the three-dimensional structure can be stabilized. From this viewpoint, the substituent other than the carbazolyl group is preferably a smaller substituent. Specifically, a hydrogen atom, a halogen atom, an amino group, a hydroxy group, a cyano group, a sulfo group, an isocyano group, a formyl group, a mercapto group, a nitro group, or a methyl group is preferable, and in particular, a hydrogen atom or a halogen atom It is preferable that it is a substituent comprised by 1 atom like. In order to adjust the LUMO energy level of the phenanthroline derivative, it is also preferable that at least one of R 1 to R 8 is a fluoroalkyl group, particularly a fluoromethyl group containing a trifluoromethyl group. Further, adjacent groups of R 1 to R 8 may be bonded to each other to form a ring.
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子等が挙げられる。原子が小さくフェナントロリン誘導体の平面性に影響を与えにくい点からフッ素原子又は塩素原子が好ましく、安定性の面からフッ素原子が特に好ましい。 Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. A fluorine atom or a chlorine atom is preferable because the atom is small and the flatness of the phenanthroline derivative is not easily affected, and a fluorine atom is particularly preferable from the viewpoint of stability.
シリル基としては、アルキルシリル基、ジアルキルシリル基、トリアルキルシリル基、アリールシリル基、ジアリールシリル基、トリアリールシリル基、アリール−アルキル−シリル基、アリール−ジアルキル−シリル基、又はジアリール−アルキル−シリル基等が挙げられる。シリル基が有する置換基の炭素数は特に制限されないが、通常は1以上であり40以下である。シリル基がアルキル基を置換基として有する場合、このアルキル基の炭素数は特に制限されないが、通常は1以上40以下である。シリル基がアリール基を置換基として有する場合、このアリール基の炭素数は特に制限されないが、通常は2以上40以下である。なお、以下において「アリール」とは芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基のことを表す。 As silyl group, alkylsilyl group, dialkylsilyl group, trialkylsilyl group, arylsilyl group, diarylsilyl group, triarylsilyl group, aryl-alkyl-silyl group, aryl-dialkyl-silyl group, or diaryl-alkyl- A silyl group etc. are mentioned. The number of carbon atoms of the substituent that the silyl group has is not particularly limited, but is usually 1 or more and 40 or less. When the silyl group has an alkyl group as a substituent, the carbon number of the alkyl group is not particularly limited, but is usually 1 or more and 40 or less. When the silyl group has an aryl group as a substituent, the carbon number of the aryl group is not particularly limited, but is usually 2 or more and 40 or less. In the following, “aryl” represents an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group.
アルキルシリル基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メチルシリル基、エチルシリル基、又はn−オクチルシリル基等が挙げられる。 As the alkylsilyl group, those having 1 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a methylsilyl group, an ethylsilyl group, and an n-octylsilyl group.
ジアルキルシリル基としては、炭素数2以上30以下のものが好ましく、例えば、ジメチルシリル基、ジエチルシリル基、ジn−オクチルシリル基、又はエチルメチルシリル基等が挙げられる。 As the dialkylsilyl group, those having 2 to 30 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a dimethylsilyl group, a diethylsilyl group, a di-n-octylsilyl group, and an ethylmethylsilyl group.
トリアルキルシリル基としては、炭素数3以上40以下のものが好ましく、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリn−オクチルシリル基、エチルジメチルシリル基、又はt−ブチルジメチルシリル基等が挙げられる。 The trialkylsilyl group is preferably one having 3 to 40 carbon atoms, for example, a trimethylsilyl group, a triethylsilyl group, a triisopropylsilyl group, a tri-n-octylsilyl group, an ethyldimethylsilyl group, or a t-butyldimethylsilyl group. Groups and the like.
アリールシリル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、フェニルシリル基等が挙げられる。 As the arylsilyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a phenylsilyl group.
ジアリールシリル基としては、炭素数4以上30以下のものが好ましく、例えば、ジフェニルシリル基等が挙げられる。 As the diarylsilyl group, those having 4 to 30 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a diphenylsilyl group.
トリアリールシリル基としては、炭素数6以上40以下のものが好ましく、例えば、トリフェニルシリル基等が挙げられる。 The triarylsilyl group is preferably a group having 6 to 40 carbon atoms, and examples thereof include a triphenylsilyl group.
アリール−アルキル−シリル基としては、炭素数3以上30以下のものが好ましく、例えば、メチルフェニルシリル基等が挙げられる。 As the aryl-alkyl-silyl group, those having 3 to 30 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a methylphenylsilyl group.
アリール−ジアルキル−シリル基としては、炭素数4以上40以下のものが好ましく、例えば、ジメチルフェニルシリル基等が挙げられる。 As the aryl-dialkyl-silyl group, those having 4 to 40 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a dimethylphenylsilyl group.
ジアリール−アルキル−シリル基としては、炭素数5以上40以下のものが好ましく、例えば、ジメチルフェニルシリル基、t−ブチルジフェニルシリル基等が挙げられる。 The diaryl-alkyl-silyl group is preferably a group having 5 to 40 carbon atoms, and examples thereof include a dimethylphenylsilyl group and a t-butyldiphenylsilyl group.
ボリル基としては、ジアルキルボリル基、アリール−アルキル−ボリル基、又はジアリールボリル基等が挙げられる。ボリル基が有する置換基の炭素数は特に制限されないが、通常は1以上40以下である。ボリル基がアルキル基を置換基として有する場合、このアルキル基の炭素数は特に制限されないが、通常は1以上40以下である。ボリル基がアリール基を置換基として有する場合、このアリール基の炭素数は特に制限されないが、通常は2以上40以下である。 Examples of the boryl group include a dialkylboryl group, an aryl-alkyl-boryl group, and a diarylboryl group. Although the carbon number of the substituent which a boryl group has is not restrict | limited, Usually, it is 1-40. When the boryl group has an alkyl group as a substituent, the carbon number of the alkyl group is not particularly limited, but is usually 1 or more and 40 or less. When the boryl group has an aryl group as a substituent, the carbon number of the aryl group is not particularly limited, but is usually 2 or more and 40 or less.
ジアルキルボリル基としては、炭素数2以上30以下のものが好ましく、例えば、ジメチルボリル基、ジエチルボリル基、ジn−オクチルボリル基等が挙げられる。 As the dialkylboryl group, those having 2 to 30 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a dimethylboryl group, a diethylboryl group, and a di-n-octylboryl group.
アリール−アルキル−ボリル基としては、炭素数3以上30以下のものが好ましく、例えば、フェニルメチルボリル基等が挙げられる。 As the aryl-alkyl-boryl group, those having 3 to 30 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a phenylmethylboryl group.
ジアリールボリル基としては、炭素数4以上30以下のものが好ましく、例えば、ジフェニルボリル基等が挙げられる。 As the diarylboryl group, those having 4 to 30 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a diphenylboryl group.
ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基の例としては、置換基を有していてもよい炭化水素基、置換基を有していてもよい複素環基、置換基を有するカルボニル基、又は置換基を有していてもよい、ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基若しくは複素環基が挙げられる。ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基又は複素環基とは、ヘテロ原子を介して基本骨格、例えば式(1)のフェナントロリン環に結合している炭化水素基又は複素環基を意味する。この炭化水素基又は複素環基とヘテロ原子とをまとめてヘテロ原子を介して結合する炭化水素基又は複素環基と呼ぶ。 Examples of the hydrocarbon group which may have a hetero atom include a hydrocarbon group which may have a substituent, a heterocyclic group which may have a substituent, a carbonyl group which has a substituent, Or the hydrocarbon group or heterocyclic group couple | bonded through the hetero atom which may have a substituent is mentioned. The hydrocarbon group or heterocyclic group bonded via a hetero atom means a hydrocarbon group or heterocyclic group bonded to a basic skeleton, for example, a phenanthroline ring of the formula (1) via a hetero atom. This hydrocarbon group or heterocyclic group and a hetero atom are collectively referred to as a hydrocarbon group or a heterocyclic group bonded via a hetero atom.
ヘテロ原子としては特に制限されないが、例えば酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子等が挙げられる。 Although it does not restrict | limit especially as a hetero atom, For example, an oxygen atom, a nitrogen atom, or a sulfur atom etc. are mentioned.
炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基及び芳香族炭化水素基が挙げられる。脂肪族炭化水素基としては、アルキル基(シクロアルキル基を含む)等の飽和脂肪族炭化水素基;又は、アルケニル基(シクロアルケニル基を含む)若しくはアルキニル基等の不飽和脂肪族炭化水素基が挙げられる。なかでも、アルキル基等の飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。 Examples of the hydrocarbon group include an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group. Examples of the aliphatic hydrocarbon group include saturated aliphatic hydrocarbon groups such as alkyl groups (including cycloalkyl groups); and unsaturated aliphatic hydrocarbon groups such as alkenyl groups (including cycloalkenyl groups) or alkynyl groups. Can be mentioned. Of these, a saturated aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group is preferable.
アルキル基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、i−プロピル基、t−ブチル基及びn−ヘキシル基等が挙げられる。 As an alkyl group, a C1-C20 thing is preferable, For example, a methyl group, an ethyl group, i-propyl group, t-butyl group, n-hexyl group etc. are mentioned.
シクロアルキル基としては、炭素数3以上20以下のものが好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基又はシクロヘキシル基等が挙げられる。 As the cycloalkyl group, those having 3 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group.
アルケニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、ビニル基又はスチリル基等が挙げられる。 As the alkenyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a vinyl group and a styryl group.
シクロアルケニル基としては、炭素数3以上20以下のものが好ましく、例えば、シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、又はシクロヘキセニル基等が挙げられる。 The cycloalkenyl group preferably has 3 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a cyclopropenyl group, a cyclopentenyl group, and a cyclohexenyl group.
アルキニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基又はトリメチルシリルエチニル基等が挙げられる。 As the alkynyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a methylethynyl group and a trimethylsilylethynyl group.
芳香族炭化水素基としては、炭素数6以上30以下のものが好ましく、例えば、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ビフェニレニル基、トリフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はクオーターフェニル基等が挙げられる。なかでも、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基又はペリレニル基が好ましい。 As the aromatic hydrocarbon group, those having 6 to 30 carbon atoms are preferable, for example, phenyl group, naphthyl group, phenanthryl group, biphenylenyl group, triphenylenyl group, anthryl group, pyrenyl group, fluorenyl group, azulenyl group, acenaphthenyl group. Fluoranthenyl group, naphthacenyl group, perylenyl group, pentacenyl group or quarterphenyl group. Of these, a phenyl group, a naphthyl group, a phenanthryl group, a triphenylenyl group, an anthryl group, a pyrenyl group, a fluorenyl group, an acenaphthenyl group, a fluoranthenyl group, or a perylenyl group is preferable.
複素環基としては、脂肪族複素環基及び芳香族複素環基が挙げられる。脂肪族複素環基としては、炭素数2以上30以下のものが好ましく、例えば、ピロリジニル基、ピペリジニル基、ピペラジニル基、テトラヒドロフラニル基、ジオキサニル基、モルホリニル基又はチオモルホリニル基等が挙げられる。なかでも、ピロリジニル基、ピペリジニル基又はピペラジニル基が好ましい。芳香族複素環基は、炭素数2以上30以下のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェノキサチイニル基、キサンテニル基、ベンゾフラニル基、チアントレニル基、インドリジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基又はキノキサリニル基等が挙げられる。なかでも、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾリル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、フェナントロリニル基、キノキサリニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、キサンテニル基又はフェノキサジニル基が好ましい。 Examples of the heterocyclic group include an aliphatic heterocyclic group and an aromatic heterocyclic group. As the aliphatic heterocyclic group, those having 2 to 30 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a pyrrolidinyl group, piperidinyl group, piperazinyl group, tetrahydrofuranyl group, dioxanyl group, morpholinyl group, and thiomorpholinyl group. Of these, a pyrrolidinyl group, a piperidinyl group, or a piperazinyl group is preferable. The aromatic heterocyclic group preferably has 2 to 30 carbon atoms. For example, a pyridyl group, thienyl group, furyl group, pyrrolyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, oxadiazolyl group, thiadiazolyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, Pyrazolyl group, imidazolyl group, benzothienyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, phenoxathiinyl group, xanthenyl group, benzofuranyl group, thianthenyl group, indolizinyl group, phenoxazinyl group, phenothiazinyl group, acridinyl group, phenanthridinyl group Group, phenanthrolinyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, indolyl group, quinoxalinyl group and the like. Among them, pyridyl group, pyrazinyl group, pyrimidinyl group, pyrazolyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, imidazolyl group, acridinyl group, phenanthridinyl group, phenanthrolinyl group, quinoxalinyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, A xanthenyl group or a phenoxazinyl group is preferred.
また、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、縮合多環芳香族基であってもよい。縮合多環芳香族基を形成する環としては、置換基を有していてもよい環状アルキル構造、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環が好ましい。環状アルキル構造としては、例えば、シクロペンタン構造又はシクロヘキサン構造が挙げられる。芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環又はナフタレン環が挙げられる。芳香族複素環としては、例えば、ピリジン環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ビラゾール環、又はイミダゾール環等が挙げられる。これらの中でも、ピリジン環又はチオフェン環が好ましい。 Further, the aromatic hydrocarbon group and the aromatic heterocyclic group may be a condensed polycyclic aromatic group. The ring forming the condensed polycyclic aromatic group may have a cyclic alkyl structure which may have a substituent, an aromatic hydrocarbon ring which may have a substituent, or a substituent. Aromatic heterocycles are preferred. Examples of the cyclic alkyl structure include a cyclopentane structure or a cyclohexane structure. Examples of the aromatic hydrocarbon ring include a benzene ring or a naphthalene ring. Examples of the aromatic heterocycle include a pyridine ring, a thiophene ring, a furan ring, a pyrrole ring, an oxazole ring, a thiazole ring, an oxadiazole ring, a thiadiazole ring, a pyrazine ring, a pyrimidine ring, a biazole ring, and an imidazole ring. It is done. Among these, a pyridine ring or a thiophene ring is preferable.
縮合多環芳香族基として具体的には、縮合多環芳香族炭化水素基又は縮合多環芳香族複素環基が好ましい。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェナントリル基、アントリル基、ピレニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はトリフェニレニル基等が挙げられる。また、縮合多環芳香族複素環基としては、例えば、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、又はフェナントロリニル基等が挙げられる。 Specifically, the condensed polycyclic aromatic group is preferably a condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group or a condensed polycyclic aromatic heterocyclic group. Examples of the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group include phenanthryl group, anthryl group, pyrenyl group, fluoranthenyl group, naphthacenyl group, perylenyl group, pentacenyl group, and triphenylenyl group. Examples of the condensed polycyclic aromatic heterocyclic group include a phenoxazinyl group, a phenothiazinyl group, an acridinyl group, a phenanthridinyl group, and a phenanthrolinyl group.
置換基を有するカルボニル基としては、例えば、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルカルバモイル基、アリールカルバモイル基、アルキルイミド基、又はアリールイミド基等が挙げられる。 Examples of the carbonyl group having a substituent include an alkylcarbonyl group, an arylcarbonyl group, an alkyloxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, an alkylcarbamoyl group, an arylcarbamoyl group, an alkylimide group, and an arylimide group.
カルボニル基が有する置換基の炭素数は特に制限されないが、通常は1以上40以下である。アルキルカルボニル基、アルキルオキシカルボニル基、アルキルカルバモイル基又はアルキルイミド基が有するアルキル基は、特段の制限はないが、通常炭素数が1以上40以下である。アリールカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アリールカルバモイル基又はアリールイミド基が有するアリール基は、特段の制限はないが、通常炭素数2以上40以下である。 Although the carbon number of the substituent which a carbonyl group has is not specifically limited, Usually, it is 1-40. The alkyl group of the alkylcarbonyl group, alkyloxycarbonyl group, alkylcarbamoyl group or alkylimide group is not particularly limited, but usually has 1 to 40 carbon atoms. The aryl group of the arylcarbonyl group, aryloxycarbonyl group, arylcarbamoyl group or arylimide group is not particularly limited, but usually has 2 to 40 carbon atoms.
アルキルカルボニル基としては、例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基又はドデシルカルボニル基等が挙げられる。なかでも、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基又はドデシルカルボニル基が好ましい。 Examples of the alkylcarbonyl group include an acetyl group, an ethylcarbonyl group, a propylcarbonyl group, a pentylcarbonyl group, a cyclohexylcarbonyl group, an octylcarbonyl group, a 2-ethylhexylcarbonyl group, and a dodecylcarbonyl group. Of these, an octylcarbonyl group, a 2-ethylhexylcarbonyl group, or a dodecylcarbonyl group is preferable.
アリールカルボニル基としては、例えば、ベンゾイル基、ナフチルカルボニル基又はピリジルカルボニル基等が挙げられる。なかでも、ベンゾイル基が好ましい。 Examples of the arylcarbonyl group include a benzoyl group, a naphthylcarbonyl group, and a pyridylcarbonyl group. Of these, a benzoyl group is preferable.
アルキルオキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基又はn−ブトキシカルボニル基等が挙げられる。 Examples of the alkyloxycarbonyl group include a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, and an n-butoxycarbonyl group.
アリールオキシカルボニル基としては、例えば、フェノキシカルボニル基又はナフトキシカルボニル基等が挙げられる。 Examples of the aryloxycarbonyl group include a phenoxycarbonyl group and a naphthoxycarbonyl group.
アルキルカルバモイル基としては、炭素数3以上40以下のものが好ましく、例えば、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、メチルヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基等が挙げられる。なかでも、オクチルアミノカルボニル基又は2−エチルヘキシルアミノカルボニル基が好ましい。 As the alkylcarbamoyl group, those having 3 to 40 carbon atoms are preferable. For example, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl group, propylaminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, octylaminocarbonyl group, methyl Examples include hexylaminocarbonyl group, octylaminocarbonyl group, 2-ethylhexylaminocarbonyl group, dodecylaminocarbonyl group and the like. Of these, an octylaminocarbonyl group or a 2-ethylhexylaminocarbonyl group is preferable.
アリールカルバモイル基としては、炭素数3以上40以下のものが好ましく、例えば、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基又は2−ピリジルアミノカルボニル基等が挙げられる。なかでも、フェニルアミノカルボニル基が好ましい。 The arylcarbamoyl group preferably has 3 to 40 carbon atoms, and examples thereof include a phenylaminocarbonyl group, a naphthylaminocarbonyl group, and a 2-pyridylaminocarbonyl group. Of these, a phenylaminocarbonyl group is preferred.
アルキルイミド基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、メチルカルボニルアミノカルボニル基、エチルカルボニルアミノカルボニル基又はn−ブチルカルボニルアミノカルボニル基等が挙げられる。 The alkylimide group preferably has 2 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a methylcarbonylaminocarbonyl group, an ethylcarbonylaminocarbonyl group, and an n-butylcarbonylaminocarbonyl group.
アリールイミド基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、フェニルカルボニルアミノカルボニル基又はナフチルカルボニルアミノカルボニル基等が挙げられる。 As the arylimide group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a phenylcarbonylaminocarbonyl group and a naphthylcarbonylaminocarbonyl group.
ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基の有する炭素数は特に制限されないが、通常は1以上40以下である。ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基がアルキル基である場合、炭素数に特段の制限はないが、通常は1以上40以下である。また、ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基がアリールである場合、炭素数に特段の制限はないが、通常は2以上40以下である。 The number of carbon atoms of the hydrocarbon group bonded via a hetero atom is not particularly limited, but is usually 1 or more and 40 or less. When the hydrocarbon group bonded through a heteroatom is an alkyl group, the number of carbons is not particularly limited, but is usually 1 or more and 40 or less. Moreover, when the hydrocarbon group couple | bonded through a hetero atom is aryl, there is no special restriction | limiting in carbon number, Usually, it is 2-40.
ヘテロ原子を介して結合する炭化水素基又は複素環基としては、具体的には、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、N−アリール−N−アルキルアミノ基、アルキルスルホニル基、又はアリールスルホニル基等が挙げられる。電子取り出し層の電子運搬特性を向上させる観点から、アルコキシ基又はアリールオキシ基であることが好ましい。 Specific examples of the hydrocarbon group or heterocyclic group bonded through a hetero atom include an alkoxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkylamino group, an arylamino group, and N-aryl-N-alkyl. An amino group, an alkylsulfonyl group, an arylsulfonyl group, etc. are mentioned. From the viewpoint of improving the electron transport property of the electron extraction layer, an alkoxy group or an aryloxy group is preferable.
アルコキシ基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基及びt−ブトキシ基、ベンジルオキシ基、エチルヘキシルオキシ基等の直鎖又は分岐のアルコキシ基が挙げられる。 As the alkoxy group, those having 1 to 20 carbon atoms are preferable. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group and t-butoxy group, benzyl Examples thereof include linear or branched alkoxy groups such as an oxy group and an ethylhexyloxy group.
アリールオキシ基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基、ピリジルオキシ基、チアゾリルオキシ基、オキサゾリルオキシ基又はイミダゾリルオキシ基等が挙げられる。なかでも、フェノキシ基又はピリジルオキシ基が好ましい。 As the aryloxy group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a phenoxy group, a naphthyloxy group, a pyridyloxy group, a thiazolyloxy group, an oxazolyloxy group, and an imidazolyloxy group. Of these, a phenoxy group or a pyridyloxy group is preferable.
アルキルチオ基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基、シクロペンチルチオ基又はシクロヘキシルチオ基等が挙げられる。なかでも、メチルチオ基又はオクチルチオ基が好ましい。 As the alkylthio group, those having 1 to 20 carbon atoms are preferred, and examples thereof include a methylthio group, an ethylthio group, a propylthio group, a pentylthio group, a hexylthio group, an octylthio group, a dodecylthio group, a cyclopentylthio group, and a cyclohexylthio group. . Of these, a methylthio group or an octylthio group is preferable.
アリールチオ基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基、ピリジルチオ基、チアゾリルチオ基、オキサゾリルチオ基、イミダゾリルチオ基、フリルチオ基又はピロリルチオ基等が挙げられる。なかでも、フェニルチオ基又はピリジルチオ基が好ましい。 The arylthio group is preferably one having 2 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a phenylthio group, a naphthylthio group, a pyridylthio group, a thiazolylthio group, an oxazolylthio group, an imidazolylthio group, a furylthio group, and a pyrrolylthio group. Of these, a phenylthio group or a pyridylthio group is preferable.
アルキルアミノ基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ブチルアミノ基、オクチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基又はドデシルアミノ基等が挙げられる。なかでも、ジメチルアミノ基、オクチルアミノ基又は2−エチルヘキシルアミノ基が好ましい。 The alkylamino group is preferably an alkylamino group having 1 to 20 carbon atoms, for example, methylamino group, ethylamino group, dimethylamino group, diethylamino group, butylamino group, octylamino group, cyclopentylamino group, 2-ethylhexylamino. Group or dodecylamino group. Of these, a dimethylamino group, an octylamino group or a 2-ethylhexylamino group is preferable.
アリールアミノ基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、アニリノ基、ジフェニルアミノ基、ナフチルアミノ基又は2−ピリジルアミノ基、ナフチルフェニルアミノ基等が挙げられる。なかでも、ジフェニルアミノ基が好ましい。 As the arylamino group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include an anilino group, a diphenylamino group, a naphthylamino group, a 2-pyridylamino group, and a naphthylphenylamino group. Of these, a diphenylamino group is preferable.
N−アリール−N−アルキルアミノ基としては、炭素数3以上40以下のものが好ましく、例えば、N−フェニル−N−メチルアミノ基、N−ナフチル−N−メチルアミノ基等が挙げられる。 As the N-aryl-N-alkylamino group, those having 3 to 40 carbon atoms are preferable, and examples thereof include an N-phenyl-N-methylamino group and an N-naphthyl-N-methylamino group.
アルキルスルホニル基としては、例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、オクチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基又はドデシルスルホニル基等が挙げられる。なかでも、オクチルスルホニル基又は2−エチルヘキシルスルホニル基が好ましい。 Examples of the alkylsulfonyl group include a methylsulfonyl group, an ethylsulfonyl group, a butylsulfonyl group, an octylsulfonyl group, a cyclohexylsulfonyl group, a 2-ethylhexylsulfonyl group, and a dodecylsulfonyl group. Of these, an octylsulfonyl group or a 2-ethylhexylsulfonyl group is preferable.
アリールスルホニル基としては、例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基又は2−ピリジルスルホニル基等が挙げられる。なかでも、フェニルスルホニル基が好ましい。 Examples of the arylsulfonyl group include a phenylsulfonyl group, a naphthylsulfonyl group, and a 2-pyridylsulfonyl group. Of these, a phenylsulfonyl group is preferable.
R9〜R16は、式(1)の化合物が電子取り出し層に含まれたときに電子取り出し層の機能を失わせなければ特段の制限はない。R9〜R16の例としては、R1〜R8のうちカルバゾリル基ではないものについて挙げたものと同様の置換基が挙げられる。 R 9 to R 16 are not particularly limited as long as the function of the electron extraction layer is not lost when the compound of the formula (1) is included in the electron extraction layer. Examples of R 9 to R 16 include the same substituents as those described for R 1 to R 8 that are not carbazolyl groups.
本発明のフェナントロリン誘導体の平面性を向上させることは、三次元構造が安定化しうる点で好ましい。この観点からは、R9〜R16はより小さい置換基であることが好ましい。具体的には水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、ヒドロキシ基、シアノ基、スルホ基、イソシアノ基、ホルミル基、メルカプト基、ニトロ基、又はメチル基であることが好ましく、特に、水素原子又はハロゲン原子のような1原子で構成される置換基であることが好ましい。また、フェナントロリン誘導体のLUMOエネルギー準位を調節するために、R9〜R16の少なくとも1つがフッ化アルキル基、特にトリフルオロメチル基を含むフルオロメチル基であることも好ましい。 Improving the planarity of the phenanthroline derivative of the present invention is preferable in that the three-dimensional structure can be stabilized. From this point of view, R 9 to R 16 are preferably smaller substituents. Specifically, a hydrogen atom, a halogen atom, an amino group, a hydroxy group, a cyano group, a sulfo group, an isocyano group, a formyl group, a mercapto group, a nitro group, or a methyl group is preferable, and in particular, a hydrogen atom or a halogen atom It is preferable that it is a substituent comprised by 1 atom like. In order to adjust the LUMO energy level of the phenanthroline derivative, it is also preferable that at least one of R 9 to R 16 is a fluoroalkyl group, particularly a fluoromethyl group containing a trifluoromethyl group.
R1〜R16の説明における「置換基を有していてもよい」との用語は、置換基を1個以上有していてもよいことを意味する。この置換基としては特に限定はないが、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シリル基、ボリル基、アルコキシ基、アミノ基、ヒドロキシ基、シアノ基、カルボキシル基、スルホ基、イソシアノ基、ホルミル基、メルカプト基、ニトロ基、カルバモイル基、イミド基、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基等が挙げられる。 The term “which may have a substituent” in the description of R 1 to R 16 means that it may have one or more substituents. The substituent is not particularly limited, but a halogen atom, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, silyl group, boryl group, alkoxy group, amino group, hydroxy group, cyano group, carboxyl group, sulfo group, isocyano group, Examples include formyl group, mercapto group, nitro group, carbamoyl group, imide group, aromatic hydrocarbon group or aromatic heterocyclic group.
ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。 As the halogen atom, a fluorine atom is preferable.
アルキル基としては、炭素数1以上20以下のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、i−プロピル基、t−ブチル基又はシクロヘキシル基等が挙げられる。 As an alkyl group, a C1-C20 thing is preferable, for example, a methyl group, an ethyl group, i-propyl group, t-butyl group, or a cyclohexyl group etc. are mentioned.
アルケニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、ビニル基、スチリル基又はジフェニルビニル基等が挙げられる。 As the alkenyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a vinyl group, a styryl group, and a diphenylvinyl group.
アルキニル基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、メチルエチニル基、フェニルエチニル基又はトリメチルシリルエチニル基等が挙げられる。 As the alkynyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a methylethynyl group, a phenylethynyl group, and a trimethylsilylethynyl group.
シリル基としては,炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、トリメチルシリル基又はトリフェニルシリル基等が挙げられる。 As the silyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and examples thereof include a trimethylsilyl group and a triphenylsilyl group.
ボリル基としては、例えば、ジメシチルボリル基等の芳香族基置換ボリル基が挙げられる。 Examples of the boryl group include an aromatic group-substituted boryl group such as a dimesitylboryl group.
アルコキシ基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、エチルヘキシルオキシ基、ベンジルオキシ基又はt−ブトキシ基等の直鎖又は分岐のアルコキシ基が挙げられる。 As the alkoxy group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable. For example, methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, ethylhexyloxy group, benzyloxy And a linear or branched alkoxy group such as a group or a t-butoxy group.
アミノ基としては、例えば、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基又はカルバゾリル基等の芳香族置換アミノ基が挙げられる。 Examples of the amino group include aromatic substituted amino groups such as a diphenylamino group, a ditolylamino group, and a carbazolyl group.
芳香族炭化水素基としては、炭素数6以上20以下のものが好ましく、これらは単環基に何ら限定されず、単環芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族炭化水素基又は環連結芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。 As the aromatic hydrocarbon group, those having 6 to 20 carbon atoms are preferable, and these are not limited to monocyclic groups, and are not limited to monocyclic aromatic hydrocarbon groups, condensed polycyclic aromatic hydrocarbon groups or ring-linked aromatic groups. Any of group hydrocarbon groups may be used.
単環芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基等が挙げられる。縮合多環芳香族炭化水素基としては、例えば、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フルオレニル基、ピレニル基又はペリレニル基等が挙げられる。環連結芳香族炭化水素基としては、例えば、ビフェニル基又はターフェニル等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基又はナフチル基が好ましい。 Examples of the monocyclic aromatic hydrocarbon group include a phenyl group. Examples of the condensed polycyclic aromatic hydrocarbon group include a biphenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a fluorenyl group, a pyrenyl group, and a perylenyl group. Examples of the ring-linked aromatic hydrocarbon group include a biphenyl group and terphenyl. Among these, a phenyl group or a naphthyl group is preferable.
芳香族複素環基としては、炭素数2以上20以下のものが好ましく、例えば、ピリジル基、チエニル基、フリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピラゾリル基、フェナントロリニル基、イミダゾリル基又はフェニルカルバゾリル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基、チエニル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基又はフェナントロリニル基が好ましい。 As the aromatic heterocyclic group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, for example, pyridyl group, thienyl group, furyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, oxadiazolyl group, benzothienyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group. A pyrazinyl group, a pyrimidinyl group, a pyrazolyl group, a phenanthrolinyl group, an imidazolyl group, a phenylcarbazolyl group, and the like. Among these, a pyridyl group, a thienyl group, a benzothienyl group, a dibenzofuryl group, a dibenzothienyl group, or a phenanthrolinyl group is preferable.
光電変換素子の耐久性を高めるために、本発明のフェナントロリン誘導体は対称性が高いことが好ましい。対称性が高い場合、より安定な三次元構造が得られるものと考えられる。この観点からは、R1=R8、R2=R7、R3=R6、及びR4=R5であることが好ましい。 In order to enhance the durability of the photoelectric conversion element, the phenanthroline derivative of the present invention preferably has high symmetry. If the symmetry is high, it is considered that a more stable three-dimensional structure can be obtained. From this viewpoint, it is preferable that R 1 = R 8 , R 2 = R 7 , R 3 = R 6 , and R 4 = R 5 .
本発明に係るフェナントロリン誘導体の例としては、以下の化合物が挙げられる。 Examples of the phenanthroline derivative according to the present invention include the following compounds.
本発明に係るフェナントロリン誘導体の最低空軌道(LUMO)準位は、特に限定はないが、サイクリックボルタモグラム測定法により算出される真空準位に対する値が、通常−3.5eV以上、好ましくは−3.0eV以上である。一方、通常−1.9eV以下、好ましくは−2.0eV以下である。−1.9eV以下であることは、電荷移動が促進されるために好ましい。また、−3.5eV以上であることは、n型半導体材料への逆電子移動が防がれうる点で好ましい。 The lowest unoccupied orbital (LUMO) level of the phenanthroline derivative according to the present invention is not particularly limited, but the value relative to the vacuum level calculated by the cyclic voltammogram measurement method is usually −3.5 eV or more, preferably −3. 0.0 eV or more. On the other hand, it is usually −1.9 eV or less, preferably −2.0 eV or less. It is preferable that it is −1.9 eV or less because charge transfer is promoted. Moreover, it is preferable that it is -3.5 eV or more at the point which can prevent the reverse electron transfer to n-type semiconductor material.
LUMOの値の算出方法は、理論的に計算値で求める方法と実際に測定する方法が挙げられる。理論的に計算値で求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法があげられる。実際に測定する方法としては、紫外可視吸収スペクトル測定法、サイクリックボルタモグラム測定法があげられる。その中でも好ましくは、サイクリックボルタモグラム測定法である。 As a method for calculating the value of LUMO, there are a method of theoretically obtaining a calculated value and a method of actually measuring. Theoretically calculated methods include semi-empirical molecular orbital methods and non-empirical molecular orbital methods. Examples of the actual measurement method include ultraviolet-visible absorption spectrum measurement method and cyclic voltammogram measurement method. Among them, the cyclic voltammogram measurement method is preferable.
また、DSC法によって測定した、本発明に係るフェナントロリン誘導体のガラス転移温度(以下、Tgと記載する場合もある)は、120℃以上であるか又はガラス転移温度が観測されないことが、熱的に高い安定性を有している点で好ましい。ガラス転移温度が観測されないとは、ガラス転移温度がないことを意味し、具体的には400℃以下にガラス転移温度が無いことを意味する。 Further, the glass transition temperature (hereinafter sometimes referred to as Tg) of the phenanthroline derivative according to the present invention measured by the DSC method is 120 ° C. or higher, or the glass transition temperature is not observed thermally. It is preferable in that it has high stability. The fact that the glass transition temperature is not observed means that there is no glass transition temperature, and specifically means that there is no glass transition temperature at 400 ° C. or lower.
電子取り出し層材料としてこれまで用いられてきたBCP、Bphen、NBphenといったフェナントロリン誘導体は、比較的ガラス転移温度が低かった。このため、これらのフェナントロリン誘導体を電子取り出し層材料として用いた光電変換素子は、耐熱性及び耐久性が乏しかったものと考えられる。一方でガラス転移温度が120℃以上であるフェナントロリン誘導体を用いる場合、耐熱性又は耐久性が向上しうるほか、光電変換素子を作製する際により高い温度で加熱を行うことが可能となりうる。例えば、後述のように光電変換素子を作製する際に加熱(アニーリング)を行うことがあるが、ガラス転移温度が120℃以上であるフェナントロリン誘導体を用いる場合、より広い温度範囲でアニーリングを行いうる。また、ガラス転移温度が120℃以上であるフェナントロリン誘導体を用いることにより、特にポリエチレンテレフタレート等のプラスチック基板を用いる際に、製造プロセスにおける加熱をより広い温度範囲で行いうる。 Phenanthroline derivatives such as BCP, Bphen, and NBphen, which have been used as an electron extraction layer material, have a relatively low glass transition temperature. For this reason, it is considered that a photoelectric conversion element using these phenanthroline derivatives as an electron extraction layer material has poor heat resistance and durability. On the other hand, when a phenanthroline derivative having a glass transition temperature of 120 ° C. or higher is used, heat resistance or durability can be improved, and heating at a higher temperature can be performed when a photoelectric conversion element is manufactured. For example, heating (annealing) may be performed when a photoelectric conversion element is manufactured as described later, but when a phenanthroline derivative having a glass transition temperature of 120 ° C. or higher is used, annealing can be performed in a wider temperature range. Further, by using a phenanthroline derivative having a glass transition temperature of 120 ° C. or higher, heating in the production process can be performed in a wider temperature range, particularly when a plastic substrate such as polyethylene terephthalate is used.
熱的に高い安定性を有している点で、本発明に係るフェナントロリン誘導体のガラス転移温度は130℃以上であることが好ましく、140℃以上であることがより好ましい。一方、ガラス転移温度の上限は特に限定はなく、通常400℃以下である。 The glass transition temperature of the phenanthroline derivative according to the present invention is preferably 130 ° C. or higher, and more preferably 140 ° C. or higher, in that it has high thermal stability. On the other hand, the upper limit of the glass transition temperature is not particularly limited, and is usually 400 ° C. or lower.
本明細書におけるガラス転移温度とは、化合物のアモルファス状態の固体において、熱エネルギーにより局所的な分子運動が開始される温度とされ、比熱が変化する点として定義される。Tgよりさらに温度が上がると、固体構造が変化して結晶化が起こる(この時の温度を結晶化温度(Tc)とする)。さらに温度が上がると、融点(Tm)で融解し液体状態に変化することが一般的である。但し、高温で分子が分解したり、昇華したりして、これらの相転移が見られないこともある。 The glass transition temperature in the present specification is defined as a point at which specific heat is changed by a temperature at which local molecular motion is initiated by thermal energy in an amorphous solid of a compound. When the temperature rises further than Tg, the solid structure changes and crystallization occurs (the temperature at this time is defined as the crystallization temperature (Tc)). When the temperature rises further, it generally melts at the melting point (Tm) and changes to a liquid state. However, these phase transitions may not be observed due to molecular decomposition or sublimation at high temperatures.
DSC法とは、JIS K−0129“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法(示差走査熱量測定法)である。ガラス転移温度は、ガラス状態から分子運動が開始する温度であり、比熱の変化する温度としてDSC法により測定できる。ガラス転移温度をより明確に決める為には、一度ガラス転移点以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定する。例えば、公知文献(国際公報第2011/016430号)に記載の方法により、この方法を実施することができる。 The DSC method is a thermophysical property measurement method (differential scanning calorimetry method) defined in JIS K-0129 “General Rules for Thermal Analysis”. The glass transition temperature is a temperature at which molecular motion starts from a glass state, and can be measured by a DSC method as a temperature at which specific heat changes. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is measured after rapidly cooling a sample once heated to a temperature higher than the glass transition temperature. For example, this method can be carried out by a method described in a known document (International Publication No. 2011/016430).
本発明に係るフェナントロリン誘導体のガラス転移温度が120℃以上である場合、このフェナントロリン誘導体は、印加される電場、流れる電流、曲げや温度変化による応力等の外部ストレスに対して構造が変化しにくいため、耐久性の面で好ましい。さらに、本発明に係るフェナントロリン誘導体のガラス転移温度が120℃以上である場合、化合物の薄膜の結晶化が進みにくい傾向がある。このため、実際の使用温度範囲においてフェナントロリン誘導体がアモルファス状態と結晶状態との間で変化しにくくなることにより、電子取り出し層としての安定性が良くなるため、耐久性の面で好ましい。この効果は、材料のガラス転移温度が高ければ高いほど、より顕著に表れる。 When the glass transition temperature of the phenanthroline derivative according to the present invention is 120 ° C. or higher, the structure of the phenanthroline derivative is difficult to change with respect to external stress such as applied electric field, flowing current, stress due to bending or temperature change. It is preferable in terms of durability. Furthermore, when the glass transition temperature of the phenanthroline derivative according to the present invention is 120 ° C. or higher, the crystallization of the compound thin film tends not to proceed. For this reason, since the phenanthroline derivative is less likely to change between the amorphous state and the crystalline state in the actual use temperature range, the stability as the electron extraction layer is improved, which is preferable in terms of durability. This effect becomes more prominent as the glass transition temperature of the material is higher.
[本発明に係るフェナントロリン誘導体の特徴]
本発明に係るフェナントロリン誘導体は、式(1)で表されるフェナントロリン骨格に式(2)で表される置換基が結合した構造を有する。本発明に係るフェナントロリン誘導体を電子取り出し層材料として用いる光電変換素子は、比較的高い光電変換効率が得られうるととともに、耐久性又は耐熱性が高くなりうる。具体的には、高温での加熱、例えば120℃で1分間又は3分間の加熱を行った場合であっても、光電変換効率が低下しにくい。また、長期間、例えば室温で8週間放置した場合であっても、光電変換効率が低下しにくい。
[Features of phenanthroline derivative according to the present invention]
The phenanthroline derivative according to the present invention has a structure in which the substituent represented by the formula (2) is bonded to the phenanthroline skeleton represented by the formula (1). The photoelectric conversion element using the phenanthroline derivative according to the present invention as an electron extraction layer material can obtain relatively high photoelectric conversion efficiency and can have high durability or heat resistance. Specifically, even when heating is performed at a high temperature, for example, heating is performed at 120 ° C. for 1 minute or 3 minutes, the photoelectric conversion efficiency is unlikely to decrease. Further, even when left for a long period of time, for example, at room temperature for 8 weeks, the photoelectric conversion efficiency is unlikely to decrease.
本発明に係るフェナントロリン誘導体を電子取り出し層材料として用いる光電変換素子の耐久性又は耐熱性が高くなりうる理由について、以下のことが考えられる。例えば、式(1)で表されるフェナントロリン環に、式(2)で表される置換基が結合することにより、フェナントロリン誘導体の平面性が高くなりうる。すなわち、式(2)で表される置換基の窒素原子がフェナントロリン環に直接結合している場合、共鳴のために分子の平面性が高くなりうる。本発明に係るフェナントロリン誘導体においては式(2)で表される置換基の窒素原子がフェナントロリン環に直接結合しているため、例えば式(2)で表される置換基の窒素原子がフェニレン基を介してフェナントロリン環に結合している場合よりも、より平面性が高くなっているものと考えられる。 The reason why the durability or heat resistance of the photoelectric conversion element using the phenanthroline derivative according to the present invention as the electron extraction layer material can be increased is as follows. For example, the planarity of the phenanthroline derivative can be increased by bonding the substituent represented by the formula (2) to the phenanthroline ring represented by the formula (1). That is, when the nitrogen atom of the substituent represented by the formula (2) is directly bonded to the phenanthroline ring, the planarity of the molecule can be increased due to resonance. In the phenanthroline derivative according to the present invention, since the nitrogen atom of the substituent represented by the formula (2) is directly bonded to the phenanthroline ring, for example, the nitrogen atom of the substituent represented by the formula (2) has a phenylene group. It is considered that the planarity is higher than that in the case where it is bonded to the phenanthroline ring.
この共鳴の効果がより大きく得られる観点からは、R1、R3、R6、及びR8のうちの少なくとも1つがカルバゾリル基であることが好ましい。なかでも、R1とR3とのうちの少なくとも一方がカルバゾリル基であることは好ましく、R6とR8とのうちの少なくとも一方がカルバゾリル基であることも好ましい。さらに、R3とR6とのうちの少なくとも一方がカルバゾリル基であることも好ましく、R3とR6とがともにカルバゾリル基であることは特に好ましい。 From the viewpoint of obtaining a greater resonance effect, it is preferable that at least one of R 1 , R 3 , R 6 , and R 8 is a carbazolyl group. Of these, at least one of R 1 and R 3 is preferably a carbazolyl group, and at least one of R 6 and R 8 is also preferably a carbazolyl group. Furthermore, it is also preferably at least one of R 3 and R 6 are carbazolyl group, and R 3 and R 6 are both carbazolyl groups are particularly preferred.
分子の平面性が高くなることにより、分子はパッキングしやすくなるため、分子が自由に活動するためにはより大きなエネルギーが必要となる。このため、分子の平面性が高いことは、より高いガラス転移温度につながるものと考えられる。このように本発明に係るフェナントロリン誘導体の平面性が高いことにより、より高いガラス転移温度が得られ、光電変換素子の耐久性又は耐熱性が向上するものと考えられる。 The higher molecular planarity makes the molecules easier to pack, requiring more energy for the molecules to act freely. For this reason, it is thought that the high planarity of the molecule leads to a higher glass transition temperature. Thus, it is thought that higher glass transition temperature is obtained by the high planarity of the phenanthroline derivative according to the present invention, and the durability or heat resistance of the photoelectric conversion element is improved.
本発明に係るフェナントロリン誘導体が有するカルバゾリル基の存在もまた、光電変換素子の比較的高い光電変換効率及び耐久性に寄与しているものと考えられる。例えば、カルバゾリル基は、特に縮環構造を有さないジフェニルアミノ基と比べて、以下のような特徴を有する。例えば、カルバゾリル基は平面性が高い置換基である。このために、高い電子供与性、高い移動度、高いTg、振動伸縮に由来する熱失活の軽減、等の効果が得られていることが予想される。また、カルバゾリル基が含む窒素原子上の非共有電子対は共鳴に寄与するため、塩基性が小さい。このために、他の光電変換素子材料に対するダメージが軽減されていることが予想される。さらに、カルバゾリル基の3重項エネルギー準位は高い(すなわちS1とT1のエネルギー差が小さい)。このために、3重項の電子軌道を電荷移動のために利用できることが予想される。また、3重項エネルギー準位が高いために、一重項酸素の発生が抑制され、耐久性向上に繋がっていることが予想される。 The presence of the carbazolyl group of the phenanthroline derivative according to the present invention is also considered to contribute to the relatively high photoelectric conversion efficiency and durability of the photoelectric conversion element. For example, a carbazolyl group has the following characteristics as compared with a diphenylamino group that does not particularly have a condensed ring structure. For example, a carbazolyl group is a substituent having high planarity. For this reason, it is expected that effects such as high electron donating property, high mobility, high Tg, and reduction of thermal deactivation due to vibration expansion and contraction are obtained. Moreover, since the unshared electron pair on the nitrogen atom contained in the carbazolyl group contributes to resonance, the basicity is small. For this reason, it is expected that damage to other photoelectric conversion element materials is reduced. Furthermore, the triplet energy level of the carbazolyl group is high (that is, the energy difference between S 1 and T 1 is small). For this reason, it is expected that triplet electron orbits can be used for charge transfer. Moreover, since the triplet energy level is high, generation of singlet oxygen is suppressed, and it is expected that the durability is improved.
[フェナントロリン誘導体の製造方法]
本発明に係るフェナントロリン誘導体は、市販のものを用いることもできるし、公知の方法に従って製造することもできる。
[Method for producing phenanthroline derivative]
As the phenanthroline derivative according to the present invention, a commercially available product can be used, or it can be produced according to a known method.
本発明に係るフェナントロリン誘導体の製造方法の一例としては、置換基を有していてもよい1,10−フェナントロリンを適切なハロゲン化試薬でハロゲン化し、置換基を有していてもよいカルバゾールとカップリングさせる方法が挙げられる。 As an example of the method for producing a phenanthroline derivative according to the present invention, 1,10-phenanthroline which may have a substituent is halogenated with an appropriate halogenating reagent, and a carbazole which may have a substituent is combined with a cup. The method of making it ring is mentioned.
[電子取り出し層104の形成方法]
電子取り出し層104の形成方法には、特段の制限はない。昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の塗布法等により形成することができる。
[Method for Forming Electron Extraction Layer 104]
There is no particular limitation on the method for forming the electron extraction layer 104. In the case of using a sublimable material, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. For example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a coating method such as spin coating or inkjet.
塗布法により本発明に係るフェナントロリン誘導体を含有する電子取り出し層104を形成する場合、フェナントロリン誘導体含有インクを用いることができる。フェナントロリン誘導体含有インクの溶媒は、特に限定されないが、例えば、水;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン若しくはデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール、イソプロパノール若しくは2−ブトキシエタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル若しくは乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類;ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類;トルエン、キシレン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;又は、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;等が挙げられる。溶媒としては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。また、電子取り出し層104の機能を損なわなければ溶媒は電子取り出し層104中に残留していてもよいので、溶媒の沸点に特に規定はない。 When the electron extraction layer 104 containing the phenanthroline derivative according to the present invention is formed by a coating method, a phenanthroline derivative-containing ink can be used. The solvent of the phenanthroline derivative-containing ink is not particularly limited. For example, water; aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, or decane; aromatic carbonization such as toluene, xylene, chlorobenzene, or orthodichlorobenzene. Hydrogen; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol or 2-butoxyethanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate; chloroform, methylene chloride, Halogen hydrocarbons such as dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene; propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethyl ether, Ethers such as lahydrofuran or dioxane; amides such as dimethylformamide or dimethylacetamide; aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; or halogens such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene Hydrocarbons; and the like. As a solvent, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio. Further, since the solvent may remain in the electron extraction layer 104 as long as the function of the electron extraction layer 104 is not impaired, there is no particular limitation on the boiling point of the solvent.
また、ポリイミン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素又はポリエチレングリコール等のバインダー樹脂が、フェナントロリン誘導体含有インク中に含まれていてもよい。 Further, a binder resin such as polyimine, polyester, polyamide, polyurethane, polyurea or polyethylene glycol may be contained in the phenanthroline derivative-containing ink.
フェナントロリン誘導体含有インク中のフェナントロリン誘導体濃度は、特段の制限はないが、通常0.02重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、より好ましくは0.08重量%以上であり、一方、通常60重量%以下、好ましくは40重量%以下、より好ましくは20重量%以下である。インク中の有機化合物濃度が上記範囲内にあることにより、フェナントロリン誘導体を均一に塗布できる点で好ましい。 The concentration of the phenanthroline derivative in the phenanthroline derivative-containing ink is not particularly limited, but is usually 0.02% by weight or more, preferably 0.05% by weight or more, more preferably 0.08% by weight or more. 60% by weight or less, preferably 40% by weight or less, more preferably 20% by weight or less. A concentration of the organic compound in the ink within the above range is preferable in that the phenanthroline derivative can be applied uniformly.
塗布は任意の方法で行うことができる。例えば、スピンコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等が挙げられる。これらの方法のうち1種のみを用いて塗布を行ってもよいし、2種以上を任意に組み合わせて塗布を行ってもよい。 Application | coating can be performed by arbitrary methods. Examples thereof include spin coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, wire barber coating, pipe doctor method, impregnation / coating method, curtain coating method and the like. Coating may be performed using only one of these methods, or coating may be performed by arbitrarily combining two or more.
電子取り出し層104の全体の膜厚は特に限定はないが、通常0.2nm以上、好ましくは0.5nm以上、より好ましくは1nm以上、特に、好ましくは5nm以上である。一方、通常1μm以下、好ましくは700nm以下、より好ましくは400nm以下、特に好ましくは200nm以下である。電子取り出し層104の膜厚が0.2nm以上であることで電子取り出し層としての機能を果たすことになり、電子取り出し層104の膜厚が1μm以下であることで、電子が取り出し易くなり、光電変換効率が向上しうる。 The total film thickness of the electron extraction layer 104 is not particularly limited, but is usually 0.2 nm or more, preferably 0.5 nm or more, more preferably 1 nm or more, and particularly preferably 5 nm or more. On the other hand, it is usually 1 μm or less, preferably 700 nm or less, more preferably 400 nm or less, and particularly preferably 200 nm or less. When the film thickness of the electron extraction layer 104 is 0.2 nm or more, it functions as an electron extraction layer. When the film thickness of the electron extraction layer 104 is 1 μm or less, electrons are easily extracted, Conversion efficiency can be improved.
上述のように、電子取り出し層104は金属又は金属酸化物をさらに含有していてもよい。特に電子取り出し層104が、フェナントロリン誘導体と、金属若しくは金属酸化物のような他の化合物と、を含有する混合物層を有することが好ましい。 As described above, the electron extraction layer 104 may further contain a metal or a metal oxide. In particular, the electron extraction layer 104 preferably includes a mixture layer containing a phenanthroline derivative and another compound such as a metal or a metal oxide.
フェナントロリン誘導体と金属とを混合することは、金属がフェナントロリン誘導体にドープされ、HOMO及びLUMOのエネルギー準位を制御できる点で好ましい。金属としては特段の制限はないが、この観点から、バリウム、イットリウム、セシウム又はニオブ等を用いることが好ましい。この場合、1種の金属を単独で用いても、2種以上の金属を併用して用いてもよい。 Mixing a phenanthroline derivative and a metal is preferable in that the metal is doped into the phenanthroline derivative and the energy levels of HOMO and LUMO can be controlled. Although there is no special restriction | limiting as a metal, From this viewpoint, it is preferable to use barium, yttrium, cesium, niobium, etc. In this case, one type of metal may be used alone, or two or more types of metals may be used in combination.
フェナントロリン誘導体と金属との混合物層における金属の濃度としては、特に限定はないが、通常0.01%以上、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1%以上、である。一方、通常50%以下、好ましくは30%以下、より好ましくは10%以下である。金属の濃度がこの範囲にあることにより、電子が取り出しやすくなるという機能を損なうことなく、HOMO及びLUMOのエネルギー準位を制御しうる。 The concentration of the metal in the mixture layer of the phenanthroline derivative and the metal is not particularly limited, but is usually 0.01% or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.1% or more. On the other hand, it is usually 50% or less, preferably 30% or less, more preferably 10% or less. When the metal concentration is within this range, the energy levels of HOMO and LUMO can be controlled without impairing the function of facilitating extraction of electrons.
フェナントロリン誘導体と金属との混合物層の膜厚は、特に限定はないが、電子取り出し層104の全体について上述した膜厚と同様でありうる。 The thickness of the mixture layer of the phenanthroline derivative and the metal is not particularly limited, but may be the same as the thickness described above for the entire electron extraction layer 104.
フェナントロリン誘導体と金属酸化物とを混合することは、この混合物層の上にさらに塗布法を用いて他の層を形成する際に、フェナントロリン誘導体が溶解しにくい点で好ましい。金属酸化物としては特段の制限はないが、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化鉛、酸化ジルコニウム又は酸化ガリウム等のn型半導体特性を有する金属酸化物が例として挙げられる。その中でも、酸化亜鉛、酸化チタン又は酸化スズが好ましい。この場合1種の金属酸化物を単独で用いても、2種以上の金属酸化物を併用して用いてもよい。 Mixing the phenanthroline derivative and the metal oxide is preferable because the phenanthroline derivative is difficult to dissolve when another layer is further formed on the mixture layer using a coating method. There are no particular restrictions on the metal oxide, but metal oxides having n-type semiconductor characteristics such as zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, aluminum oxide, silicon oxide, cerium oxide, lead oxide, zirconium oxide or gallium oxide are available. Take as an example. Among these, zinc oxide, titanium oxide or tin oxide is preferable. In this case, one type of metal oxide may be used alone, or two or more types of metal oxides may be used in combination.
金属酸化物の平均一次粒径は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上であり、一方、通常100nm以下、好ましくは60nm以下、より好ましくは40nm以下である。平均一次粒径が5nm以上であると金属酸化物が凝集しにくく、平均二次粒径が好適な大きさの金属酸化物が得られるため、好ましい。また、平均一次粒径が100nm以下であることは、金属酸化物の二次粒子ひとつひとつが適度な大きさとなり、均一な膜厚の電子取り出し層が形成されるため好ましい。金属酸化物の平均一次粒径は、動的光散乱粒子径測定装置や透過型電子顕微鏡(TEM)等で測定することができる。平均一次粒径が5nm以上100nm以下の金属酸化物(金属酸化物のナノ粒子と記すこともある)としては、具体的には、ナノジンク60(本荘ケミカル社製)、及びFINEX−30(堺化学工業社製)等が挙げられる。 The average primary particle size of the metal oxide is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, and is usually 100 nm or less, preferably 60 nm or less, more preferably 40 nm or less. When the average primary particle size is 5 nm or more, the metal oxide is less likely to aggregate and a metal oxide having a suitable average secondary particle size can be obtained. Moreover, it is preferable that an average primary particle diameter is 100 nm or less because each secondary particle of the metal oxide has an appropriate size and an electron extraction layer having a uniform film thickness is formed. The average primary particle size of the metal oxide can be measured with a dynamic light scattering particle size measuring device, a transmission electron microscope (TEM), or the like. Specific examples of metal oxides having an average primary particle size of 5 nm to 100 nm (sometimes referred to as metal oxide nanoparticles) include Nanozinc 60 (Honjo Chemical Co., Ltd.) and FINEX-30 (Sakai Chemical) Manufactured by Kogyo Co., Ltd.).
フェナントロリン誘導体と金属酸化物との混合物層における金属酸化物の濃度は、特段の制限はないが、通常0.5%以上、好ましくは1%以上、より好ましくは3%以上であり、一方、通常99.99%以下、好ましくは99.9%以下である。金属酸化物の濃度がこの範囲にあることで、電子を輸送する能力を維持しながら、フェナントロリン誘導体の溶解を防ぐことができる。 The concentration of the metal oxide in the mixture layer of the phenanthroline derivative and the metal oxide is not particularly limited, but is usually 0.5% or more, preferably 1% or more, more preferably 3% or more. It is 99.99% or less, preferably 99.9% or less. When the concentration of the metal oxide is within this range, dissolution of the phenanthroline derivative can be prevented while maintaining the ability to transport electrons.
フェナントロリン誘導体と金属酸化物との混合物層の膜厚は、特に限定はないが、電子取り出し層104の全体について上述した膜厚と同様でありうる。 The thickness of the mixture layer of the phenanthroline derivative and the metal oxide is not particularly limited, but may be the same as the thickness described above for the entire electron extraction layer 104.
<正孔取り出し層(102)>
正孔取り出し層102の材料は、特に限定は無く、活性層103からアノード101へ正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミンポリピロール又はポリアニリン等にスルフォン酸及び/又はヨウ素等をドーピングした導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物、後述のp型半導体等が挙げられる。その中でも、好ましくは、スルフォン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルフォン酸をドーピングしたPEDOT:PSSである。また、金、インジウム、銀、パラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
<Hole extraction layer (102)>
The material of the hole extraction layer 102 is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of extracting holes from the active layer 103 to the anode 101. Specifically, conductive organic compounds such as polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine polypyrrole or polyaniline doped with sulfonic acid and / or iodine, polythiophene derivatives having a sulfonyl group as a substituent, conductive organic compounds such as arylamine And metal oxides such as copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, and tungsten oxide, and p-type semiconductors described later. Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and PEDOT: PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid is more preferable. A thin film of metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used. Furthermore, a thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.
正孔取り出し層102の膜厚は特に限定はないが、通常0.2nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。正孔取り出し層102の膜厚が0.2nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層102の膜厚が400nm以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。 The thickness of the hole extraction layer 102 is not particularly limited, but is usually 0.2 nm or more. On the other hand, it is usually 400 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the hole extraction layer 102 is 0.2 nm or more, it functions as a buffer material, and when the film thickness of the hole extraction layer 102 is 400 nm or less, holes are easily extracted. The photoelectric conversion efficiency is improved.
正孔取り出し層102の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。正孔取り出し層102に半導体材料を用いる場合は、後述の有機活性層の低分子有機半導体化合物と同様に、前駆体を用いて層を形成した後に前駆体を半導体化合物に変換してもよい。 There is no limitation on the method of forming the hole extraction layer 102. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet. When a semiconductor material is used for the hole extraction layer 102, the precursor may be converted into a semiconductor compound after the layer is formed using the precursor, similarly to the low-molecular organic semiconductor compound of the organic active layer described later.
中でも、PEDOT:PSSを正孔取り出し層102の材料として用いる場合、分散液を塗布することによって正孔取り出し層102を形成すること好ましい。PEDOT:PSSの分散液としては、エイチ・シー・スタルク社製のCLEVIOSTMシリーズやアグファ社製のORGACONTMシリーズ等が挙げられる。 In particular, when PEDOT: PSS is used as the material of the hole extraction layer 102, it is preferable to form the hole extraction layer 102 by applying a dispersion. PEDOT: The dispersion of PSS, HC Starck, Inc. of CLEVIOS TM series and Agfa Corporation of ORGACON TM series, and the like.
塗布法を用いる場合、塗布液がさらに界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡、異物等の付着による凹み、乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。 When using the coating method, the coating solution may further contain a surfactant. By using the surfactant, generation of dents due to adhesion of fine bubbles, foreign matters, etc., uneven coating in the drying process, and the like are suppressed.
界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。中でも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤を用いることが好ましい。なお、1種のみの界面活性剤を用いてもよく、2種以上の界面活性剤を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Among these, it is preferable to use a silicon-based surfactant, an acetylenic diol-based surfactant, or a fluorine-based surfactant. In addition, only 1 type of surfactant may be used and 2 or more types of surfactant may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
<活性層(103)>
本発明に係る光電変換素子において、活性層103は光電変換が行われる層を指し、p型半導体化合物とn型半導体化合物を含む。光電変換素子107が光を受けると、光が活性層103に吸収され、p型半導体化合物とn型半導体化合物の界面で電気が発生し、発生した電気が電極101及び105から取り出される。
<Active layer (103)>
In the photoelectric conversion element according to the present invention, the active layer 103 refers to a layer in which photoelectric conversion is performed, and includes a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound. When the photoelectric conversion element 107 receives light, the light is absorbed by the active layer 103, electricity is generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound, and the generated electricity is extracted from the electrodes 101 and 105.
活性層103は無機化合物又は有機化合物のいずれを用いてもよいが、簡易な塗布プロセスにより形成しうる層であることが好ましい。より好ましくは、活性層103は有機化合物からなる有機活性層である。以下では、活性層103が有機活性層であるものとして説明する。 The active layer 103 may use either an inorganic compound or an organic compound, but is preferably a layer that can be formed by a simple coating process. More preferably, the active layer 103 is an organic active layer made of an organic compound. In the following description, it is assumed that the active layer 103 is an organic active layer.
有機活性層の層構成は、p型半導体化合物とn型半導体化合物が積層された薄膜積層型、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合したバルクヘテロ接合型、薄膜積層型の中間層にp型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層(i層)を有する構造等が挙げられる。中でも、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合したバルクヘテロ接合型が好ましい。 The layer structure of the organic active layer is a thin film laminated type in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are laminated, a bulk heterojunction type in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed, and a p-type in an intermediate layer of a thin film laminated type. Examples include a structure having a layer (i layer) in which a semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed. Among these, a bulk heterojunction type in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed is preferable.
有機活性層103の膜厚は特に限定されないが、通常10nm以上、好ましくは50nm以上であり、一方通常1.0×103nm以下、好ましくは5.0×102nm以下、より好ましくは2.0×102nm以下である。有機活性層の膜厚が10nm以上であることで、均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるため、好ましい。また、有機活性層の厚さが1.0×103nm以下であることで、内部抵抗が小さくなり、かつ電極間の距離が離れず電荷の拡散が良好となるため、好ましい。 The thickness of the organic active layer 103 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 50 nm or more, while usually 1.0 × 10 3 nm or less, preferably 5.0 × 10 2 nm or less, more preferably 2 0.0 × 10 2 nm or less. It is preferable that the thickness of the organic active layer is 10 nm or more because uniformity is maintained and short-circuiting is less likely to occur. Further, it is preferable that the thickness of the organic active layer is 1.0 × 10 3 nm or less because the internal resistance is reduced and the distance between the electrodes is not increased, and the charge diffusion is improved.
[薄膜積層型の活性層]
薄膜積層型の活性層は、p型半導体化合物を含むp型半導体層と、n型半導体化合物を含むn型半導体層とが積層された構造を有する。薄膜積層型の活性層は、p型半導体層と、n型半導体層とをそれぞれ形成することにより作製することができる。p型半導体層とn型半導体層とが別の方法によって形成されてもよい。
[Thin film type active layer]
The thin film stacked active layer has a structure in which a p-type semiconductor layer containing a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor layer containing an n-type semiconductor compound are stacked. The thin film stacked active layer can be formed by forming a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, respectively. The p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer may be formed by different methods.
[p型半導体層]
p型半導体層は、後述するp型半導体化合物を含む層である。p型半導体層の膜厚に制限はない。ただし、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、一方、通常500nm以下、好ましくは200nm以下である。p型半導体層の膜厚が500nm以下であると、直列抵抗が低くなる点で好ましい。p型半導体層の膜厚が5nm以上であると、より多くの光を吸収できる点で好ましい。
[P-type semiconductor layer]
The p-type semiconductor layer is a layer containing a p-type semiconductor compound described later. There is no limitation on the film thickness of the p-type semiconductor layer. However, it is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and usually 500 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the p-type semiconductor layer is 500 nm or less, it is preferable in that the series resistance is lowered. It is preferable that the thickness of the p-type semiconductor layer is 5 nm or more because more light can be absorbed.
p型半導体層は、塗布法及び蒸着法を含む任意の方法により形成することができるが、塗布法を用いるとより簡単にp型半導体層を形成できる点で好ましい。塗布法によりp型半導体層を作製する場合、p型半導体化合物を含む塗布液を調製し、この塗布液を塗布すればよい。塗布方法としては任意の方法を用いることができるが、例えば、スピンコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。塗布液の塗布後に、加熱等することにより乾燥処理を行ってもよい。また後述するように、p型半導体化合物前駆体を含む塗布液を調製し、この塗布液を塗布した後、p型半導体化合物前駆体をp型半導体化合物へと変換することにより、p型半導体層を形成してもよい。 The p-type semiconductor layer can be formed by any method including a coating method and a vapor deposition method, but the use of the coating method is preferable in that the p-type semiconductor layer can be formed more easily. When a p-type semiconductor layer is produced by a coating method, a coating solution containing a p-type semiconductor compound may be prepared and applied. As an application method, any method can be used. For example, spin coating method, inkjet method, doctor blade method, drop casting method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method , Air knife coating method, wire barber coating method, pipe doctor method, impregnation / coating method or curtain coating method. After applying the coating solution, a drying process may be performed by heating or the like. As will be described later, after preparing a coating liquid containing a p-type semiconductor compound precursor and applying the coating liquid, the p-type semiconductor compound precursor is converted into a p-type semiconductor compound, whereby a p-type semiconductor layer is formed. May be formed.
[n型半導体層]
n型半導体層は、後述するn型半導体化合物を含む層である。ただし、n型半導体層の膜厚に特段の制限はないが、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、一方、通常500nm以下、好ましくは200nm以下である。n型半導体層の膜厚が500nm以下であると、直列抵抗が低くなる点で好ましい。n型半導体層の膜厚が5nm以上であるとより多くの光を吸収できる点で好ましい。
[N-type semiconductor layer]
The n-type semiconductor layer is a layer containing an n-type semiconductor compound described later. However, the thickness of the n-type semiconductor layer is not particularly limited, but is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and is usually 500 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the n-type semiconductor layer is 500 nm or less, it is preferable in that the series resistance is lowered. The thickness of the n-type semiconductor layer is preferably 5 nm or more in that more light can be absorbed.
n型半導体層は、塗布法及び蒸着法を含む任意の方法により形成することができるが、塗布法を用いることはより簡単にn型半導体層を形成できることから好ましい。塗布法によりn型半導体層を作製する場合、n型半導体化合物を含む塗布液を調製し、この塗布液を塗布すればよい。塗布方法としては任意の方法を用いることができ、例えばp型半導体層を形成する方法として挙げた方法を用いることができる。塗布液の塗布後に、加熱等することにより乾燥処理を行ってもよい。 The n-type semiconductor layer can be formed by any method including a coating method and a vapor deposition method, but it is preferable to use the coating method because the n-type semiconductor layer can be more easily formed. When an n-type semiconductor layer is formed by a coating method, a coating solution containing an n-type semiconductor compound may be prepared and this coating solution may be applied. As a coating method, any method can be used, and for example, the methods mentioned as the method for forming the p-type semiconductor layer can be used. After applying the coating solution, a drying process may be performed by heating or the like.
[バルクヘテロ接合型の活性層]
バルクヘテロ接合型の活性層は、後述するp型半導体化合物と後述するn型半導体化合物とが混合されている層(i層)を有する。i層はp型半導体化合物とn型半導体化合物とが相分離した構造を有し、相界面でキャリア分離が起こり、生じたキャリア(正孔及び電子)が電極まで輸送される。
[Bulk heterojunction active layer]
The bulk heterojunction active layer has a layer (i layer) in which a p-type semiconductor compound described later and an n-type semiconductor compound described later are mixed. The i layer has a structure in which the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound are phase-separated, carrier separation occurs at the phase interface, and the generated carriers (holes and electrons) are transported to the electrode.
i層の膜厚に制限はない。ただし、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、一方、通常500nm以下、好ましくは200nm以下である。i層の膜厚が500nm以下であると、直列抵抗が低くなる点で好ましい。i層の膜厚が5nm以上であると、より多くの光を吸収できる点で好ましい。 There is no restriction | limiting in the film thickness of i layer. However, it is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and usually 500 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the i layer is 500 nm or less, it is preferable in that the series resistance is lowered. When the film thickness of the i layer is 5 nm or more, it is preferable in that more light can be absorbed.
i層は、塗布法及び蒸着法(例えば共蒸着法)を含む任意の方法により形成することができるが、塗布法を用いると、より簡単にi層を形成できるため好ましい。塗布法によりi層を作製する場合、p型半導体化合物及びn型半導体化合物を含む塗布液を調製し、この塗布液を塗布すればよい。p型半導体化合物及びn型半導体化合物を含む塗布液は、p型半導体化合物を含む溶液とn型半導体化合物を含む溶液をそれぞれ調製後混合して作製してもよく、後述する溶媒にp型半導体化合物及びn型半導体化合物を溶解して作成してもよい。また後述するように、p型半導体化合物前駆体及びn型半導体化合物を含む塗布液を作製して、この塗布液を塗布した後、p型半導体化合物前駆体をp型半導体化合物へと変換することにより、i層を形成してもよい。塗布方法としては任意の方法を用いることができ、例えばp型半導体層を形成する方法として挙げた方法を用いることができる。塗布液の塗布後に、加熱等することにより乾燥処理を行ってもよい。 The i layer can be formed by any method including a coating method and a vapor deposition method (for example, a co-evaporation method), but it is preferable to use the coating method because the i layer can be formed more easily. When the i layer is produced by a coating method, a coating solution containing a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound may be prepared, and this coating solution may be applied. The coating liquid containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound may be prepared by preparing and mixing a solution containing the p-type semiconductor compound and a solution containing the n-type semiconductor compound, respectively. It may be prepared by dissolving the compound and the n-type semiconductor compound. In addition, as will be described later, after preparing a coating liquid containing a p-type semiconductor compound precursor and an n-type semiconductor compound, and applying this coating liquid, converting the p-type semiconductor compound precursor into a p-type semiconductor compound. Thus, the i layer may be formed. As a coating method, any method can be used, and for example, the methods mentioned as the method for forming the p-type semiconductor layer can be used. After applying the coating solution, a drying process may be performed by heating or the like.
バルクヘテロ接合型の活性層を塗布法によって形成する場合、p型半導体化合物とn型半導体化合物とを含む塗布液に、さらに添加剤を加えてもよい。バルクヘテロ接合型の活性層におけるp型半導体化合物とn型半導体化合物との相分離構造は、光吸収過程、励起子の拡散過程、励起子の乖離(キャリア分離)過程、キャリア輸送過程等に対する影響がある。したがって、相分離構造を最適化することにより、良好な光電変換効率を実現することができるものと考えられる。塗布液が溶媒とは異なる揮発性を有する添加剤を含むと、有機活性層形成時に好ましい相分離構造が得られ、光電変換効率が向上しうるため、添加剤を含むのが好ましい。 When the bulk heterojunction active layer is formed by a coating method, an additive may be further added to the coating solution containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound. The phase separation structure of the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound in the bulk heterojunction active layer has an influence on the light absorption process, the exciton diffusion process, the exciton separation (carrier separation) process, the carrier transport process, etc. is there. Therefore, it is considered that good photoelectric conversion efficiency can be realized by optimizing the phase separation structure. When the coating solution contains an additive having volatility different from that of the solvent, a preferable phase separation structure can be obtained at the time of forming the organic active layer, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. Therefore, the additive is preferably contained.
添加剤の例としては、例えば国際公開第2008/066933号公報に記載されている化合物等が挙げられる。添加剤のより具体的な例としては、置換基を有するアルカン、又は置換基を有するナフタレンのような芳香族化合物等が挙げられる。置換基としては、アルデヒド基、オキソ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、チオール基、チオアルキル基、カルボキシル基、エステル基、アミン基、アミド基、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基、ハロゲン基、ニトリル基、エポキシ基、芳香族基及びアリールアルキル基等が挙げられる。置換基は1つでもよいし、複数、例えば2つでもよい。アルカンが有する置換基として好ましくは、チオール基又はヨード基である。また、ナフタレンのような芳香族化合物が有する置換基として好ましくは、ブロモ基又はクロロ基である。 As an example of an additive, the compound etc. which are described in the international publication 2008/066933 are mentioned, for example. More specific examples of the additive include aromatic compounds such as alkane having a substituent or naphthalene having a substituent. Examples of substituents include aldehyde groups, oxo groups, hydroxy groups, alkoxy groups, thiol groups, thioalkyl groups, carboxyl groups, ester groups, amine groups, amide groups, fluoro groups, chloro groups, bromo groups, iodo groups, halogen groups, A nitrile group, an epoxy group, an aromatic group, an arylalkyl group, etc. are mentioned. There may be one or more, for example two, substituents. A preferred substituent for the alkane is a thiol group or an iodo group. Moreover, as a substituent which an aromatic compound like naphthalene has, Preferably, they are a bromo group or a chloro group.
添加剤は沸点が高いことが好ましいため、添加剤として用いられる脂肪族炭化水素の炭素数は6以上が好ましく、8以上がさらに好ましい。また添加剤は常温で液体であることが好ましいため、脂肪族炭化水素の炭素数は14以下が好ましく、12以下がさらに好ましい。同様の理由により、添加剤として用いられる芳香族炭化水素の炭素数は、通常6以上、好ましくは8以上、より好ましくは10以上であり、一方、通常50以下、好ましくは30以下、より好ましくは20以下である。添加剤として用いられる芳香族複素環の炭素数は、通常2以上、好ましくは3以上、より好ましくは6以上であり、一方、通常50以下、好ましくは30以下、より好ましくは20以下である。 Since the additive preferably has a high boiling point, the aliphatic hydrocarbon used as the additive preferably has 6 or more carbon atoms, and more preferably 8 or more carbon atoms. Moreover, since it is preferable that an additive is liquid at normal temperature, carbon number of an aliphatic hydrocarbon has preferable 14 or less, and 12 or less is more preferable. For the same reason, the aromatic hydrocarbon used as an additive usually has 6 or more carbon atoms, preferably 8 or more, more preferably 10 or more, and usually 50 or less, preferably 30 or less, more preferably 20 or less. The number of carbon atoms of the aromatic heterocycle used as an additive is usually 2 or more, preferably 3 or more, more preferably 6 or more, and usually 50 or less, preferably 30 or less, more preferably 20 or less.
添加剤の沸点は、常圧(一気圧)において通常100℃以上、好ましくは、200℃以上、一方、通常600℃以下、好ましくは500℃以下である。 The boiling point of the additive is usually 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, and usually 600 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, at normal pressure (one atmospheric pressure).
p型半導体化合物とn型半導体化合物とを含む塗布液に含まれる添加剤の量は、塗布液全体に対して0.1重量%以上が好ましく、0.5重量%以上がさらに好ましい。また、塗布液全体に対して10重量%以下が好ましく、3重量%以下がさらに好ましい。添加剤の量がこの範囲にあることにより、有機活性層内に残留する添加剤を減らしながら、好ましい相分離構造を得ることができる。以上のように、p型半導体化合物と、n型半導体化合物と、添加剤とを含む塗布液(インク)を塗布することによって、バルクヘテロ接合型の活性層を形成することができる。 The amount of the additive contained in the coating solution containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound is preferably 0.1% by weight or more, and more preferably 0.5% by weight or more with respect to the entire coating solution. Moreover, 10 weight% or less is preferable with respect to the whole coating liquid, and 3 weight% or less is more preferable. When the amount of the additive is within this range, a preferable phase separation structure can be obtained while reducing the additive remaining in the organic active layer. As described above, a bulk heterojunction active layer can be formed by applying a coating liquid (ink) containing a p-type semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and an additive.
[塗布液の溶媒]
上述の、p型半導体化合物を含む塗布液、n型半導体化合物を含む塗布液、及びp型半導体化合物とn型半導体化合物とを含む塗布液の溶媒としては、p型半導体化合物及び/又はn型半導体化合物を均一に溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン若しくはデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;メタノール、エタノール若しくはプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の脂肪族ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル若しくは乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類;又は、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。
[Solvent of coating solution]
Examples of the solvent for the coating solution containing the p-type semiconductor compound, the coating solution containing the n-type semiconductor compound, and the coating solution containing the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound include p-type semiconductor compounds and / or n-type. Although it will not specifically limit if a semiconductor compound can be melt | dissolved uniformly, For example, aliphatic hydrocarbons, such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, or decane; Toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene, or orthodi Aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene; cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; acetone, methyl ethyl ketone Aliphatic ketones such as cyclohexane, cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate; chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, or trichloroethylene Halogen ethers of the above; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane; or amides such as dimethylformamide or dimethylacetamide.
なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;又は、エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン若しくはシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;テトラヒドロフラン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;又は、1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン、メシチレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。 Among them, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; cycloaliphatic carbonization such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin Hydrogens; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; halogen hydrocarbons such as chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene; or ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; tetrahydrofuran, cyclohexane Alicyclic hydrocarbons such as pentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; or non-halogens such as 1,4-dioxane Aliphatic ethers. Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, mesitylene or cyclohexylbenzene.
なお、溶媒として1種の溶媒を単独で用いてもよいし、任意の2種以上の溶媒を任意の比率で併用してもよい。2種以上の溶媒を併用する場合、沸点が60以上150℃以下である低沸点溶媒と、沸点が180以上250℃以下である高沸点溶媒とを組み合わせることが好ましい。低沸点溶媒と高沸点溶媒との組み合わせの例としては、非ハロゲン芳香族炭化水素類と脂環式炭化水素類、非ハロゲン芳香族炭化水素類と芳香族ケトン類、エーテル類と脂環式炭化水素類、エーテル類と芳香族ケトン類、脂肪族ケトン類と脂環式炭化水素類、又は脂肪族ケトン類と芳香族ケトン類、等が挙げられる。好ましい組み合わせの具体例としては、トルエンとテトラリン、キシレンとテトラリン、トルエンとアセトフェノン、キシレンとアセトフェノン、テトラヒドロフランとテトラリン、テトラヒドロフランとアセトフェノン、メチルエチルケトンとテトラリン、メチルエチルケトンとアセトフェノン、等が挙げられる。 In addition, 1 type of solvent may be used independently as a solvent, and arbitrary 2 or more types of solvents may be used together by arbitrary ratios. When two or more kinds of solvents are used in combination, it is preferable to combine a low boiling point solvent having a boiling point of 60 to 150 ° C. with a high boiling point solvent having a boiling point of 180 to 250 ° C. Examples of combinations of low and high boiling solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons and alicyclic hydrocarbons, non-halogen aromatic hydrocarbons and aromatic ketones, ethers and alicyclic carbonization. Examples thereof include hydrogens, ethers and aromatic ketones, aliphatic ketones and alicyclic hydrocarbons, or aliphatic ketones and aromatic ketones. Specific examples of preferred combinations include toluene and tetralin, xylene and tetralin, toluene and acetophenone, xylene and acetophenone, tetrahydrofuran and tetralin, tetrahydrofuran and acetophenone, methyl ethyl ketone and tetralin, methyl ethyl ketone and acetophenone, and the like.
[p型半導体化合物]
本発明で用いられるp型半導体化合物に特に限定はないが、低分子有機半導体化合物と高分子有機半導体化合物が挙げられる。
[P-type semiconductor compound]
Although there is no limitation in particular in the p-type semiconductor compound used by this invention, A low molecular organic semiconductor compound and a high molecular organic-semiconductor compound are mentioned.
(低分子有機半導体化合物)
低分子有機半導体化合物の分子量は、上限、下限ともに特に制限されないが、通常5000以下、好ましくは2000以下であり、一方、通常100以上、好ましくは200以上である。
(Low molecular organic semiconductor compounds)
The molecular weight of the low-molecular organic semiconductor compound is not particularly limited both at the upper limit and the lower limit, but is usually 5000 or less, preferably 2000 or less, and is usually 100 or more, preferably 200 or more.
また、低分子有機半導体化合物は結晶性を有するものが好ましい。結晶性を有するp型半導体化合物は分子間相互作用が強く、有機活性層103においてp型半導体化合物とn型半導体化合物の混合物層界面で生成した正孔(ホール)を効率よく電極(アノード)101へ輸送できることが期待されるためである。 Further, the low molecular organic semiconductor compound preferably has crystallinity. A p-type semiconductor compound having crystallinity has a strong intermolecular interaction, and in the organic active layer 103, holes (holes) generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound are efficiently formed. This is because it is expected that it can be transported to.
本発明における結晶性とは、分子間相互作用等によって配向の揃った3次元周期配列をとる化合物の性質である。結晶性の測定方法としては、X線回折法(XRD)又は電界効果移動度測定等が挙げられる。特に電界効果移動度測定において、正孔移動度が1.0×10(−5)cm2/(Vs)以上である結晶性化合物が好ましく、1.0×10(−4)cm2/(Vs)以上である結晶性化合物がより好ましい。一方、正孔移動度が通常1.0×10(4)cm2/(Vs)以下である結晶性化合物が好ましく、1.0×10(3)cm2/(Vs)以下である結晶性化合物がより好ましく、1.0×10(2)cm2/(Vs)以下である結晶性化合物が更に好ましい。 The crystallinity in the present invention is a property of a compound that takes a three-dimensional periodic array in which orientation is aligned by intermolecular interaction or the like. Examples of the method for measuring crystallinity include X-ray diffraction (XRD) or field effect mobility measurement. In particular, in the field effect mobility measurement, a crystalline compound having a hole mobility of 1.0 × 10 (−5) cm 2 / (Vs) or more is preferable, and 1.0 × 10 (−4) cm 2 / ( Vs) or more is more preferable. On the other hand, a crystalline compound having a hole mobility of usually 1.0 × 10 (4) cm 2 / (Vs) or less is preferable, and a crystallinity of 1.0 × 10 (3) cm 2 / (Vs) or less. A compound is more preferable, and a crystalline compound of 1.0 × 10 (2) cm 2 / (Vs) or less is still more preferable.
低分子有機半導体化合物は、上記性能を満たせば特段の制限はないが、具体的には、ナフタセン、ペンタセン若しくはピレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも一つ以上を含み、かつ合計4個以上連結したもの;フタロシアニン化合物及びその金属錯体;又は、テトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体、等の大環状化合物等が挙げられる。好ましくは、フタロシアニン化合物及びその金属錯体又はポルフィリン化合物及びその金属錯体である。 The low-molecular organic semiconductor compound is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned performance. Specifically, it is a condensed aromatic hydrocarbon such as naphthacene, pentacene or pyrene; four or more thiophene rings such as α-sexithiophene Including oligothiophenes; including at least one of thiophene ring, benzene ring, fluorene ring, naphthalene ring, anthracene ring, thiazole ring, thiadiazole ring and benzothiazole ring, and a total of four or more linked; phthalocyanine compound and The metal complex; or a macrocyclic compound such as a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin and a metal complex thereof. Preferably, they are a phthalocyanine compound and its metal complex, or a porphyrin compound and its metal complex.
p型半導体化合物として用いられるポルフィリン化合物及びその金属錯体(下記式中のQがCH)、フタロシアニン化合物及びその金属錯体(下記式中のQがN)としては、例えば、以下のような構造の化合物が挙げられる。 Examples of the porphyrin compound used as a p-type semiconductor compound and its metal complex (Q in the following formula is Q), the phthalocyanine compound and its metal complex (Q in the following formula is N) are, for example, compounds having the following structures: Is mentioned.
ここで、Mは金属あるいは2個の水素原子を表し、金属としては、Cu、Zn、Pb、Mg、Co又はNi等の2価の金属のほか、軸配位子を有する3価以上の金属、例えば、TiO、VO、SnCl2、AlCl、InCl又はSi等も挙げられる。 Here, M represents a metal or two hydrogen atoms. As the metal, in addition to a divalent metal such as Cu, Zn, Pb, Mg, Co or Ni, a trivalent or higher metal having an axial ligand. Examples thereof include TiO, VO, SnCl 2 , AlCl, InCl, and Si.
Y1〜Y4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1以上24以下のアルキル基である。炭素数1以上24以下のアルキル基とは、炭素数が1以上24以下の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が3以上24以下の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。その中でも好ましくは炭素数1以上12以下の飽和若しくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が3以上12以下の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。 Y 1 to Y 4 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 24 carbon atoms is a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon having 3 to 24 carbon atoms. . Among these, a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 to 12 carbon atoms is preferable.
フタロシアニン化合物及びその金属錯体の中でも、良好な光電変換効率を得るために好ましくは、29H,31H−フタロシアニン、銅フタロシアニン錯体、亜鉛フタロシアニン錯体、チタンフタロシアニンオキシド錯体、マグネシウムフタロシアニン錯体、鉛フタロシアニン錯体又は銅4,4’,4’’,4’’’−テトラアザ−29H,31H−フタロシアニン錯体であり、より好ましくは、29H,31H−フタロシアニン又は銅フタロシアニン錯体である。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。 Among phthalocyanine compounds and metal complexes thereof, 29H, 31H-phthalocyanine, copper phthalocyanine complex, zinc phthalocyanine complex, titanium phthalocyanine oxide complex, magnesium phthalocyanine complex, lead phthalocyanine complex or copper 4 is preferable in order to obtain good photoelectric conversion efficiency. , 4 ′, 4 ″, 4 ′ ″-tetraaza-29H, 31H-phthalocyanine complex, more preferably 29H, 31H-phthalocyanine or copper phthalocyanine complex. In addition, the above kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds may be used.
ポルフィリン化合物及びその金属錯体の中でも、良好な光電変換効率を得るために好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンコバルト(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン銅(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン亜鉛(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンニッケル(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンバナジウム(IV)オキシド、5,10,15,20−テトラ(4−ピリジル)−21H,23H−ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンコバルト(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン銅(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン亜鉛(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンニッケル(II)又は29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンバナジウム(IV)オキシドであり、好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン又は29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンである。なお、上記のうち1種の化合物を用いても複数種の化合物の混合物を用いてもよい。 Among porphyrin compounds and metal complexes thereof, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H are preferable to obtain good photoelectric conversion efficiency. , 23H-porphine cobalt (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine copper (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine zinc (II) 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine nickel (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine vanadium (IV) oxide, 5,10,15, 20-tetra (4-pyridyl) -21H, 23H-porphine, 29H, 31H-tetrabenzo [ , G, l, q] porphine, 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine cobalt (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine copper (II), 29H , 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine zinc (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine nickel (II) or 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l , Q] porphine vanadium (IV) oxide, preferably 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine or 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine. In addition, you may use 1 type of compounds among the above, or a mixture of multiple types of compounds.
低分子有機半導体化合物の成膜方法としては、真空蒸着法によって成膜する方法や低分子有機半導体化合物前駆体を塗布後に低分子有機半導体化合物に変換することで成膜する方法がある。塗布成膜できるというプロセス上の利点からは後者が好ましい。 As a method for forming a low molecular organic semiconductor compound, there are a method of forming a film by a vacuum deposition method and a method of forming a film by converting a low molecular organic semiconductor compound precursor into a low molecular organic semiconductor compound after coating. The latter is preferred because of the process advantage that coating can be formed.
(低分子有機半導体化合物前駆体)
低分子有機半導体化合物前駆体とは、例えば加熱や光照射等の外的刺激を与えることにより、その化学構造が変化し、低分子有機半導体化合物に変換される物質である。低分子有機半導体化合物前駆体は成膜性に優れるものが好ましい。特に、塗布法を適用できるようにするためには、前駆体自体が液状で塗布可能であるか又は前駆体が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。このため、低分子有機半導体化合物前駆体の溶媒に対する溶解性は、通常0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上である。一方、上限に特段の制限はないが、通常50重量%以下、好ましくは40重量%以下である。
(Low molecular organic semiconductor compound precursor)
A low molecular organic semiconductor compound precursor is a substance that changes its chemical structure and is converted into a low molecular organic semiconductor compound by applying an external stimulus such as heating or light irradiation. The low molecular organic semiconductor compound precursor is preferably excellent in film forming property. In particular, in order to be able to apply the coating method, it is preferable that the precursor itself can be applied in a liquid state, or the precursor is highly soluble in some solvent and can be applied as a solution. For this reason, the solubility with respect to the solvent of a low molecular organic-semiconductor compound precursor is usually 0.1 weight% or more, Preferably it is 0.5 weight% or more, More preferably, it is 1 weight% or more. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is usually 50% by weight or less, preferably 40% by weight or less.
溶媒の種類としては、半導体前駆体化合物を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン又はデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール若しくはプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル又は乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類;又は、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等のケトン類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン若しくはシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;又は、テトラヒドロフラン若しくは1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン若しくはシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。なお、溶媒は1種を単独で用いてもよく、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。 The type of the solvent is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the semiconductor precursor compound. For example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane; toluene, xylene , Aromatic hydrocarbons such as cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate Esters such as: Chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, and other halogen hydrocarbons; Ethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, and the like Le acids; or amides such as dimethylformamide or dimethylacetamide, and the like. Of these, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene, or orthodichlorobenzene; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, or cyclohexanone; chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, or trichloroethylene Halogen ethers; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as cyclopentanone or cyclohexanone; or non-halogen aliphatic ethers such as tetrahydrofuran or 1,4-dioxane It is kind. Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene or cyclohexylbenzene. In addition, a solvent may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
さらに、低分子有機半導体化合物前駆体は、容易に半導体化合物に変換できることが好ましい。後述する低分子有機半導体化合物前駆体から半導体化合物への変換工程において、どのような外的刺激を半導体前躯体に与えるかは任意であるが、通常は、熱処理、光処理等を行なう。処理の容易性の点で好ましくは、熱処理である。この場合には、低分子有機半導体化合物前駆体の骨格の一部に逆ディールス・アルダー反応によって脱離可能な所定の溶媒に対する親溶媒性の基を有するものが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the low molecular organic semiconductor compound precursor can be easily converted into a semiconductor compound. In the step of converting a low-molecular organic semiconductor compound precursor to a semiconductor compound, which will be described later, what kind of external stimulus is given to the semiconductor precursor is arbitrary, but usually heat treatment, light treatment, etc. are performed. From the viewpoint of ease of processing, heat treatment is preferable. In this case, it is preferable that a part of the skeleton of the low molecular organic semiconductor compound precursor has a solvophilic group with respect to a predetermined solvent that can be eliminated by a reverse Diels-Alder reaction.
また、低分子有機半導体化合物前駆体は、変換工程を経て、高い収率で半導体化合物に変換されることが好ましい。この際、低分子有機半導体化合物前駆体から変換して得られる半導体化合物の収率は有機光電変換素子の性能を損なわない限り任意であるが、低分子有機半導体化合物前躯体から得られる低分子有機半導体化合物の収率は、通常90モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは99モル%以上である。 Moreover, it is preferable that a low molecular organic-semiconductor compound precursor is converted into a semiconductor compound with a high yield through a conversion process. At this time, the yield of the semiconductor compound obtained by conversion from the low molecular organic semiconductor compound precursor is arbitrary as long as the performance of the organic photoelectric conversion element is not impaired, but the low molecular organic obtained from the precursor of the low molecular organic semiconductor compound The yield of the semiconductor compound is usually 90 mol% or more, preferably 95 mol% or more, more preferably 99 mol% or more.
低分子有機半導体化合物前駆体は上記特徴を有するものであれば特に制限はないが、具体的には特開2007−324587に記載の化合物等が用いられうる。なかでも好ましい例としては、下記式(A1)で表わされる化合物が挙げられる。 The low molecular organic semiconductor compound precursor is not particularly limited as long as it has the above characteristics, and specifically, compounds described in JP-A-2007-324587 can be used. Particularly preferred examples include compounds represented by the following formula (A1).
式(A1)において、X1及びX2の少なくとも一方はπ共役した2価の芳香族環を形成する基を表わし、Z1−Z2は熱又は光により脱離可能な基であって、Z1−Z2が脱離することにより式(A1)で表される化合物が得られる。また、X1及びX2のうちπ共役した2価の芳香族環を形成する基でないものは、置換又は無置換のエテニレン基を表す。 In the formula (A1), at least one of X 1 and X 2 represents a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring, Z 1 -Z 2 is a group that can be removed by heat or light, The compound represented by the formula (A1) is obtained by elimination of Z 1 -Z 2 . Further, X 1 and X 2 which are not a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring represent a substituted or unsubstituted ethenylene group.
式(A1)で表わされる化合物は、下記化学反応式に示すように熱又は光によりZ1−Z2が脱離して、平面性の高いπ共役化合物を生成する。この生成されたπ共役化合物が本発明において用いられうる半導体化合物である。本発明においては、この半導体化合物が半導体特性を示すことが好ましい。 In the compound represented by the formula (A1), Z 1 -Z 2 is eliminated by heat or light as shown in the following chemical reaction formula, and a π-conjugated compound having high planarity is generated. This produced π-conjugated compound is a semiconductor compound that can be used in the present invention. In the present invention, the semiconductor compound preferably exhibits semiconductor characteristics.
式(A1)で表わされる化合物の例としては、以下のものが挙げられる。なお、t−Buはt−ブチル基を表す。Mは、2価の金属原子又は3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表す。 Examples of the compound represented by the formula (A1) include the following. T-Bu represents a t-butyl group. M represents an atomic group in which a divalent metal atom or a trivalent or higher metal and another atom are bonded.
上記低分子有機半導体化合物前駆体の半導体化合物への変換の具体例としては、例えば以下のものが挙げられる。 Specific examples of the conversion of the low molecular organic semiconductor compound precursor into a semiconductor compound include the following.
式(A1)で表わされる低分子有機半導体化合物前駆体は、位置異性体が存在する構造であってもよく、またその場合、複数の位置異性体の混合物から成っていてもよい。複数の位置異性体からなる低分子有機半導体化合物前駆体は、単一異性体成分からなる低分子有機半導体化合物前駆体と比較して溶媒に対する溶解度が向上するため、塗布成膜が行いやすく好ましい。複数の位置異性体の混合物とすると溶解度が向上する理由は、詳細なメカニズムは明確ではないが、化合物そのものの結晶性が潜在的に保持されつつも、複数の異性体混合物が溶液内に混在することで、三次元規則的な分子間相互作用が困難になるためと想定される。本発明においては、複数の異性体化合物からなる前駆体混合物の非ハロゲン性溶媒への溶解度は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上である。上限に制限は無いが、通常50重量%以下、より好ましくは40重量%以下である。 The low molecular organic semiconductor compound precursor represented by the formula (A1) may have a structure in which positional isomers exist, and in that case, may consist of a mixture of a plurality of positional isomers. A low-molecular organic semiconductor compound precursor composed of a plurality of positional isomers is preferable because it has a higher solubility in a solvent than a low-molecular organic semiconductor compound precursor composed of a single isomer component, so that coating film formation is easy. The reason why the solubility is improved when a mixture of multiple positional isomers is used is that the detailed mechanism is not clear, but the crystallinity of the compound itself is potentially retained, but the mixture of multiple isomers is mixed in the solution. Therefore, it is assumed that the three-dimensional regular intermolecular interaction becomes difficult. In the present invention, the solubility of the precursor mixture composed of a plurality of isomeric compounds in a non-halogen solvent is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more. Although there is no restriction | limiting in an upper limit, Usually, it is 50 weight% or less, More preferably, it is 40 weight% or less.
(高分子有機半導体化合物)
高分子有機半導体化合物として、特に限定はなく、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン若しくはポリアニリン等の共役ポリマー半導体;又は、アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のポリマー半導体も挙げられる。また、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体ポリマーも挙げられる。なお、一種の化合物を単独で用いても、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。
(High molecular organic semiconductor compounds)
The organic polymer semiconductor compound is not particularly limited, and is a conjugated polymer semiconductor such as polythiophene, polyfluorene, polyphenylene vinylene, polythienylene vinylene, polyacetylene, or polyaniline; or an oligothiophene substituted with an alkyl group or other substituent. Also included are polymer semiconductors. Moreover, the semiconductor polymer which copolymerized 2 or more types of monomer units is also mentioned. One kind of compound may be used alone, or a mixture of plural kinds of compounds may be used.
ポリマーとしては、例えば、Handbook of Conducting Polymers,3rd Ed.(全2巻),2007、Materials Science and Engineering,2001,32,1−40、Pure Appl.Chem.2002,74,2031−3044、Handbook of THIOPHENE−BASED MATERIALS(全2巻),2009等の文献に記載されたポリマーやその誘導体、及び記載されているモノマーの組み合わせによって合成し得るポリマーを用いることができる。 Examples of the polymer, for example, Handbook of Conducting Polymers, 3 rd Ed. (2 volumes), 2007, Materials Science and Engineering, 2001, 32, 1-40, Pure Appl. Chem. 2002, 74, 2031-3044, Handbook of THIOPHENE-BASED MATERIALS (2 volumes), 2009, etc. it can.
ポリマーのモノマー骨格やモノマーの置換基は、溶解性、結晶性、成膜性、HOMOエネルギー準位及びLUMOエネルギー準位等を制御するために選択することができる。また、有機溶媒に可溶なものであることは、有機太陽電池素子の製造プロセスにおいて塗布法を使用できるため好ましい。 The monomer skeleton of the polymer and the substituent of the monomer can be selected to control solubility, crystallinity, film formability, HOMO energy level, LUMO energy level, and the like. Moreover, being soluble in an organic solvent is preferable because a coating method can be used in the manufacturing process of an organic solar cell element.
高分子有機半導体化合物の具体例としては以下のものが挙げられるが、以下のものに限定されることはない。 Specific examples of the polymer organic semiconductor compound include the following, but are not limited to the following.
p型半導体化合物としてその中でも好ましくは、低分子有機半導体化合物としては、ナフタセン、ペンタセン、ピレン等の縮合芳香族炭化水素、フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン(BP)等のポルフィリン化合物及びその金属錯体であり、高分子有機半導体化合物としては、ポリチオフェン等の共役ポリマー半導体が好ましい。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。 Among them, the p-type semiconductor compound is preferably a low molecular organic semiconductor compound such as condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene, and pyrene, phthalocyanine compounds and metal complexes thereof, or porphyrin compounds such as tetrabenzoporphyrin (BP) and The metal complex and the polymer organic semiconductor compound is preferably a conjugated polymer semiconductor such as polythiophene. In addition, the above kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds may be used.
p型半導体化合物層作成方法については、特段の制限はないが、塗布法が好ましい。塗布法については、以下の任意の方法で行うことができる。例えば、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。 The p-type semiconductor compound layer preparation method is not particularly limited, but a coating method is preferable. The coating method can be performed by any of the following methods. Examples include spin coating method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method, air knife coating method, wire barber coating method, pipe doctor method, impregnation / coating method or curtain coating method. It is done.
低分子有機半導体化合物及び/又は高分子有機半導体化合物は、成膜された状態において、何らかの自己組織化した構造を有するものであっても、アモルファス状態であってもよい。 The low molecular weight organic semiconductor compound and / or the high molecular weight organic semiconductor compound may have some self-organized structure in the film-formed state, or may be in an amorphous state.
p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、後述のn型半導体の種類によって選択することができ、特にフラーレン誘導体と組み合わせるp型半導体のHOMOエネルギー準位は、通常−5.7eV以上、より好ましくは−5.5eV以上、一方、通常−4.6eV以下、−4.8eV以下が好ましい。p型半導体化合物のHOMOエネルギー準位が−5.7eV以上であることによりp型半導体としての特性が向上し、p型半導体のHOMOエネルギー準位が−4.6eV以下であることにより化合物の安定性が向上し、開放電圧(Voc)が向上しうる。また、p型半導体のLUMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、後述のn型半導体の種類によって選択することができるが、特にフラーレン誘導体と組み合わせるp型半導体のLUMOエネルギー準位は、通常−3.7eV以上、好ましくは−3.6eV以上である。一方、通常−2.5eV以下、好ましくは−2.7eV以下である。p型半導体のLUMOエネルギー準位が−2.5eV以下であることにより、バンドギャップが調製され長波長な光エネルギーを有効に吸収することができ、短絡電流密度が向上しうる。p型半導体のLUMOエネルギー準位が−3.7eV以上であることにより、n型半導体への電子移動が起こりやすくなり短絡電流密度が向上しうる。 The HOMO energy level of the p-type semiconductor compound is not particularly limited, but can be selected according to the type of the n-type semiconductor described later, and the HOMO energy level of the p-type semiconductor combined with the fullerene derivative is usually −5. 7 eV or more, more preferably −5.5 eV or more, on the other hand, usually −4.6 eV or less and −4.8 eV or less. When the HOMO energy level of the p-type semiconductor compound is −5.7 eV or more, the characteristics as the p-type semiconductor are improved, and when the HOMO energy level of the p-type semiconductor is −4.6 eV or less, the stability of the compound is improved. The open circuit voltage (Voc) can be improved. The LUMO energy level of the p-type semiconductor is not particularly limited, but can be selected depending on the type of the n-type semiconductor described later. In particular, the LUMO energy level of the p-type semiconductor combined with the fullerene derivative is usually − 3.7 eV or more, preferably -3.6 eV or more. On the other hand, it is usually −2.5 eV or less, preferably −2.7 eV or less. When the LUMO energy level of the p-type semiconductor is −2.5 eV or less, the band gap is adjusted and light energy having a long wavelength can be effectively absorbed, and the short-circuit current density can be improved. When the LUMO energy level of the p-type semiconductor is −3.7 eV or more, electron transfer to the n-type semiconductor is likely to occur, and the short-circuit current density can be improved.
[n型半導体化合物]
n型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはフラーレン誘導体;8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体;ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド若しくはペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン若しくはペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物;又は、単層カーボンナノチューブ等が挙げられる。
[N-type semiconductor compound]
The n-type semiconductor compound is not particularly limited. Specifically, a fullerene derivative; a quinolinol derivative metal complex typified by 8-hydroxyquinoline aluminum; a condensed ring such as naphthalenetetracarboxylic diimide or perylenetetracarboxylic diimide Tetracarboxylic acid diimides; perylene diimide derivatives, terpyridine metal complexes, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazoles Derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives Body, bipyridine derivatives, borane derivatives, anthracene, pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthacene or pentacene; or single-walled carbon nanotubes, and the like.
その中でも、より高い光電変換効率を得る観点から、フラーレン誘導体、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体が好ましく、フラーレン誘導体、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びN−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドがより好ましい。n型半導体化合物として、これらの化合物のうち一種又は二種以上を用いることができ、さらに後述するn型ポリマーを一種又は二種以上組み合わせて用いてもよい。 Among them, from the viewpoint of obtaining higher photoelectric conversion efficiency, fullerene derivatives, borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides and N-alkyl substituted perylene diimides Derivatives are preferred, fullerene derivatives, N-alkyl substituted perylene diimide derivatives and N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides are more preferred. One or two or more of these compounds can be used as the n-type semiconductor compound, and the n-type polymers described below may be used alone or in combination of two or more.
また、n型半導体化合物としては、n型ポリマーも挙げられる。具体的には、特段の制限は無いが、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ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型ポリマーが挙げられる。その中でも、より高い光電変換効率を得る観点から、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするポリマーが好ましく、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びN−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドを構成ユニットとするn型ポリマーのうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型ポリマーがより好ましい。 Moreover, an n-type polymer is also mentioned as an n-type semiconductor compound. Specifically, although there is no particular limitation, condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalene tetracarboxylic acid diimide and perylene tetracarboxylic acid diimide, perylene diimide derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzothiazoles Examples thereof include n-type polymers having at least one of a derivative, a benzothiadiazole derivative, an oxadiazole derivative, a thiadiazole derivative, a triazole derivative, a pyrazine derivative, a phenanthroline derivative, a quinoxaline derivative, a bipyridine derivative, and a borane derivative. Among them, from the viewpoint of obtaining higher photoelectric conversion efficiency, among borane derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides and N-alkyl substituted perylene diimide derivatives A polymer having at least one constituent unit is preferred, and at least one of the n-type polymer having an N-alkyl-substituted perylene diimide derivative and an N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide as a constituent unit is a constituent unit. More preferred are n-type polymers.
また、電子取り出し層104に含まれる本発明に係るフェナントロリン誘導体と組み合わせた際に高い光電変換効率が得られうる点で、活性層103がn型半導体化合物としてフラーレン又はフラーレン誘導体を含有することが好ましい。活性層103がシリルアルキル基を有するフラーレン誘導体を含有することは特に好ましい。 The active layer 103 preferably contains fullerene or a fullerene derivative as an n-type semiconductor compound in that high photoelectric conversion efficiency can be obtained when combined with the phenanthroline derivative according to the present invention contained in the electron extraction layer 104. . It is particularly preferable that the active layer 103 contains a fullerene derivative having a silylalkyl group.
フラーレンとは、閉殻構造を有する炭素クラスターである。フラーレンの炭素数は、通常60以上130以下の偶数であれば何でもよい。フラーレンとしては、例えば、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94、C96及びこれらよりも多くの炭素を有する高次の炭素クラスター等が挙げられる。その中でも、C60又はC70が好ましい。フラーレンとしては、一部のフラーレン環上の炭素―炭素結合が切れていてもよい。又、一部の炭素原子が、他の原子に置き換えられていてもよい。さらに、金属原子、非金属原子あるいはこれらから構成される原子団をフラーレンケージ内に内包していてもよい。 Fullerene is a carbon cluster having a closed shell structure. The carbon number of fullerene is not particularly limited as long as it is an even number of 60 or more and 130 or less. Examples of fullerenes include C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 94 , C 96 and higher carbon clusters having more carbon than these. . Among these, C60 or C70 is preferable. As fullerenes, carbon-carbon bonds on some fullerene rings may be broken. Some carbon atoms may be replaced with other atoms. Furthermore, a metal atom, a nonmetal atom, or an atomic group composed of these may be included in the fullerene cage.
以下に、フラーレン誘導体の好ましい例について詳しく説明する。 Below, the preferable example of a fullerene derivative is demonstrated in detail.
(フラーレン誘導体)
フラーレン誘導体としては、以下の一般式(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)で表される部分構造を有するものを用いることが好ましい。
(Fullerene derivative)
As the fullerene derivative, those having partial structures represented by the following general formulas (n1), (n2), (n3) and (n4) are preferably used.
式(n1)〜(n4)中、FLNは上述のフラーレンを表す。a、b、c及びdは整数であり、a、b、c及びdの合計が通常1以上であり、一方、通常5以下であり、好ましくは3以下である。(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)中の部分構造は、フラーレン骨格中の同一の5員環若しくは6員環に付加される。一般式(n1)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−R17と−(CH2)L−とがそれぞれ付加している。一般式(n2)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−C(R21)(R22)−N(R23)−C(R24)(R25)−が付加し5員環を形成している。一般式(n3)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−C(R26)(R27)−C−C−C(R28)(R29)−が付加し6員環を形成している。一般式(n4)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して−C(R30)(R31)−が付加し3員環を形成している。Lは1以上8以下の整数である。Lとして好ましくは1以上4以下の整数であり、さらに好ましくは1以上2以下の整数である。 In formulas (n1) to (n4), FLN represents the above-mentioned fullerene. a, b, c and d are integers, and the sum of a, b, c and d is usually 1 or more, and usually 5 or less, preferably 3 or less. The partial structures in (n1), (n2), (n3) and (n4) are added to the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. In the general formula (n1), —R 17 and — (CH 2 ) L — are respectively added to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. . In the general formula (n2), —C (R 21 ) (R 22 ) —N (R 23 ) —C with respect to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. (R 24 ) (R 25 ) — are added to form a 5-membered ring. In the general formula (n3), —C (R 26 ) (R 27 ) —C—C—C (R) with respect to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. 28) (R 29) - forms an additional six-membered ring. In the general formula (n4), —C (R 30 ) (R 31 ) — is added to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton to form a 3-membered ring. doing. L is an integer of 1 to 8. L is preferably an integer of 1 to 4, more preferably an integer of 1 to 2.
一般式(n1)中のR17は置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルコキシ基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 17 in the general formula (n1) is an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. Is an aromatic group which may have
アルキル基としては、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基又はイソブチル基がより好ましく、メチル基又はエチル基が更に好ましい。 The alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group or an isobutyl group, and even more preferably a methyl group or an ethyl group. .
アルコキシ基としては、炭素数1以上10以下のアルコキシ基が好ましく、炭素数1以上6以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基が特に好ましい。 The alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and particularly preferably a methoxy group or an ethoxy group.
芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。 The aromatic group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group. More preferred are groups or thienyl groups.
アルキル基、アルコキシ基及び芳香族基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子又はシリル基が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。シリル基としては、ジアリールアルキルシリル基、ジアルキルアリールシリル基、トリアリールシリル基又はトリアルキルシリル基が好ましく、ジアルキルアリールシリル基がより好ましく、ジメチルアリールシリル基がさらに好ましい。 As the substituent that the alkyl group, alkoxy group and aromatic group may have, a halogen atom or a silyl group is preferable. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The silyl group is preferably a diarylalkylsilyl group, a dialkylarylsilyl group, a triarylsilyl group or a trialkylsilyl group, more preferably a dialkylarylsilyl group, and even more preferably a dimethylarylsilyl group.
一般式(n1)中のR18〜R20は各々独立して置換基を表し、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 18 to R 20 in the general formula (n1) represents each independently a substituent, a hydrogen atom, have an alkyl group or a substituent having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent An aromatic group that may be used.
アルキル基としては、炭素数1以上10以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基又はn−ヘキシル基が好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。 As the alkyl group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, or an n-hexyl group is preferable. . The substituent that the alkyl group may have is preferably a halogen atom. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The alkyl group substituted with a fluorine atom is preferably a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group or a perfluorobutyl group.
芳香族基は、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、フッ素原子、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のフッ化アルキル基、炭素数1以上14以下のアルコキシ基又は炭素数3以上10以下の芳香族基が好ましく、フッ素原子又は炭素数1以上14以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、n−ブトキシ基又は2−エチルヘキシルオキシ基が更に好ましい。芳香族基が置換基を有する場合、その数に限定は無いが、1以上3以下が好ましく、1がより好ましい。芳香族基が置換基を複数有する場合、その置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。 The aromatic group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group. Or a thienyl group is more preferable. Examples of the substituent that the aromatic group may have include a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, or An aromatic group having 3 to 10 carbon atoms is preferred, a fluorine atom or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms is more preferred, and a methoxy group, n-butoxy group or 2-ethylhexyloxy group is still more preferred. When the aromatic group has a substituent, the number is not limited, but is preferably 1 or more and 3 or less, and more preferably 1. When the aromatic group has a plurality of substituents, the types of the substituents may be different, but are preferably the same.
一般式(n2)中のR21〜R25は各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。アルキル基として好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ヘキシル基又はn−オクチル基であり、より好ましくはメチル基である。芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。 R 21 to R 25 in general formula (n2) are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or an aromatic group which may have a substituent. It is a group. The alkyl group is preferably a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, n-hexyl group or n-octyl group, and more preferably a methyl group. As the aromatic group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, a phenyl group or a pyridyl group is more preferable, and a phenyl group is further preferable.
アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。 The substituent that the alkyl group may have is preferably a halogen atom. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The alkyl group substituted with a fluorine atom is preferably a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group or a perfluorobutyl group.
芳香族基が有していてもよい置換基としては、特に限定は無いが、好ましくはフッ素原子、炭素数1以上14以下のアルキル基、又は炭素数1以上14以下のアルコキシ基である。アルキル基にはフッ素原子が置換されていてもよい。さらに好ましくは炭素数1以上14以下のアルコキシ基であり、さらに好ましくはメトキシ基である。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは1以上3以下であり、より好ましくは1である。置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。 The substituent that the aromatic group may have is not particularly limited, but is preferably a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms. The alkyl group may be substituted with a fluorine atom. More preferably, it is an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, and more preferably a methoxy group. When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 3 or less, more preferably 1. The types of substituents may be different, but are preferably the same.
一般式(n3)中のAr1は、置換基を有していてもよい炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基であり、好ましくはフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基、ピリジル基、ピリミジル基、キノリル基又はキノキサリル基であり、さらに好ましくはフェニル基、チエニル基又はフリル基である。有していてもよい置換基として限定は無いが、フッ素原子、塩素原子、水酸基、シアノ基、シリル基、ボリル基、アルキル基で置換してもよいアミノ基、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のアルコキシ基、炭素数1以上14以下のアルキルカルボニル基、炭素数1以上14以下のアルキルチオ基、炭素数1以上14以下のアルケニル基、炭素数1以上14以下のアルキニル基、エステル基、アリールカルボニル基、アリールチオ基、アリールオキシ基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の複素環基が好ましく、フッ素原子、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のアルコキシ基、エステル基、炭素数1以上14以下のアルキルカルボニル基又はアリールカルボニル基がより好ましい。炭素数1以上14以下のアルキル基にはフッ素が置換されていてもよい。 Ar 1 in the general formula (n3) is an optionally substituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, preferably A phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a furyl group, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a quinolyl group or a quinoxalyl group, more preferably a phenyl group, a thienyl group or a furyl group. Although there is no limitation as a substituent which you may have, a fluorine atom, a chlorine atom, a hydroxyl group, a cyano group, a silyl group, a boryl group, an amino group which may be substituted with an alkyl group, an alkyl having 1 to 14 carbon atoms Group, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, an alkylcarbonyl group having 1 to 14 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 14 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 14 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms. An alkynyl group, an ester group, an arylcarbonyl group, an arylthio group, an aryloxy group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or a heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, a fluorine atom, and one or more carbon atoms An alkyl group having 14 or less, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, an ester group, an alkylcarbonyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an aryl group Sulfonyl group is more preferable. The alkyl group having 1 to 14 carbon atoms may be substituted with fluorine.
炭素数1以上14以下のアルキル基としては、メチル基、エチル基又はプロピル基が好ましい。炭素数1以上14以下のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基又はプロポキシル基が好ましい。炭素数1以上14以下のアルキルカルボニル基としては、アセチル基が好ましい。エステル基としては、メチルエステル基又はn−ブチルエステル基が好ましい。アリールカルボニル基としては、ベンゾイル基が好ましい。 The alkyl group having 1 to 14 carbon atoms is preferably a methyl group, an ethyl group or a propyl group. The alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms is preferably a methoxy group, an ethoxy group, or a propoxyl group. The alkylcarbonyl group having 1 to 14 carbon atoms is preferably an acetyl group. As the ester group, a methyl ester group or an n-butyl ester group is preferable. As the arylcarbonyl group, a benzoyl group is preferable.
置換基を有する場合、その数に限定は無いが、1以上4以下が好ましく、1以上3以下がより好ましい。置換基が複数の場合、その種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。 When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 4 or less, more preferably 1 or more and 3 or less. When there are a plurality of substituents, the types may be different, but are preferably the same.
一般式(n3)中のR26〜R29は各々独立して、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいアルコキシ基又は置換基を有していてもよいアルキルチオ基である。R26又はR27は、R28又はR29との間のいずれか一方と環を形成してもよい。 R 26 to R 29 in the general formula (n3) each independently have a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, or a substituent. It is an optionally substituted alkoxy group or an optionally substituted alkylthio group. R 26 or R 27 may form a ring with any one of R 28 or R 29 .
環を形成する場合における構造は、例えば、芳香族基が縮合したビシクロ構造である一般式(n5)で示すことができる。一般式(n5)中におけるfはcと同様であり、X3は、酸素原子、硫黄原子、アミノ基、アルキレン基又はアリーレン基である。アルキレン基としては炭素数1以上2以下が好ましい。アリーレン基としては炭素数5以上12以下が好ましく、例えばフェニレン基である。 The structure in the case of forming a ring can be represented by, for example, the general formula (n5) which is a bicyclo structure in which an aromatic group is condensed. F in the general formula (n5) is the same as c, and X 3 is an oxygen atom, a sulfur atom, an amino group, an alkylene group or an arylene group. The alkylene group preferably has 1 to 2 carbon atoms. The arylene group preferably has 5 to 12 carbon atoms, such as a phenylene group.
アミノ基は、メチル基やエチル基等の炭素数1以上6以下のアルキル基で置換されていてもよい。アルキレン基は、メトキシ基等の炭素数1以上6以下のアルコキシ基、炭素数1以上5以下の脂肪族炭化水素基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基で置換されていてもよい。アリーレン基は、メトキシ基等の炭素数1以上6以下のアルコキシ基、炭素数1以上5以下の脂肪族炭化水素基、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基で置換されていてもよい。 The amino group may be substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group or an ethyl group. The alkylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. The aromatic heterocyclic group may be substituted. The arylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or 2 to 20 carbon atoms. The aromatic heterocyclic group may be substituted.
一般式(n4)中のR30、R31は各々独立して、水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数1以上14以下のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。 R 30 and R 31 in general formula (n4) each independently have a hydrogen atom, an alkoxycarbonyl group, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. An aromatic group that may be used.
アルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基としては、炭素数1以上12以下のアルコキシ基又は炭素数1以上12以下のフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数1以上12以下のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、n−ヘキソキシ基、n−オクトキシ基、2−プロピルペントキシ基、2−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基又はn−ヘキソキシ基が特に好ましい。 The alkoxy group in the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group A group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, n-hexoxy group, n-octoxy group, 2-propylpentoxy group, 2-ethylhexoxy group, cyclohexylmethoxy group or benzyloxy group A methoxy group, an ethoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group or an n-hexoxy group is particularly preferable.
アルキル基としては、炭素数1以上8以下の直鎖アルキル基が好ましく、n−プロピル基がより好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基には特に限定は無いが、好ましくはアルコキシカルボニル基である。アルコキシカルボニル基のアルコキシ基としては、炭素数1以上14以下のアルコキシ基又はフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数1以上14以下の炭化水素基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、n−ヘキソキシ基、オクトキシ基、2−プロピルペントキシ基、2−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又はn−ブトキシ基が特に好ましい。 As the alkyl group, a linear alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferable, and an n-propyl group is more preferable. The substituent that the alkyl group may have is not particularly limited, but is preferably an alkoxycarbonyl group. The alkoxy group of the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group, more preferably a hydrocarbon group having 1 to 14 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group, or an n-propoxy group. , Isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, n-hexoxy group, octoxy group, 2-propylpentoxy group, 2-ethylhexoxy group, cyclohexylmethoxy group or benzyloxy group, more preferably methoxy group or n-butoxy group The group is particularly preferred.
芳香族基としては、炭素数6以上20以下の芳香族炭化水素基又は炭素数2以上20以下の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基が好ましく、フェニル基又はチエニル基がさらに好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、炭素数1以上14以下のアルキル基、炭素数1以上14以下のフッ化アルキル基又は炭素数1以上14以下のアルコキシ基が好ましく、炭素数1以上14以下のアルコキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又は2−エチルヘキシルオキシ基が特に好ましい。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは1以上3以下であり、より好ましくは1である。置換基の種類は異なっていても同一でもよく、好ましくは同一である。 As the aromatic group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, and a phenyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group is preferable. More preferred are a phenyl group and a thienyl group. The substituent that the aromatic group may have is preferably an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms. An alkoxy group having a number of 1 or more and 14 or less is more preferable, and a methoxy group or 2-ethylhexyloxy group is particularly preferable. When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 3 or less, more preferably 1. The types of substituents may be different or the same, preferably the same.
一般式(n4)の構造として好ましくは、R30、R31が共にアルコキシカルボニル基であるか、R30、R31が共に芳香族基であるか又はR30が芳香族基でかつR31が3−(アルコキシカルボニル)プロピル基である。 As the structure of the general formula (n4), preferably R 30 and R 31 are both alkoxycarbonyl groups, R 30 and R 31 are both aromatic groups, or R 30 is an aromatic group and R 31 is 3- (alkoxycarbonyl) propyl group.
なお、本発明に用いられるn型半導体化合物は一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。 The n-type semiconductor compound used in the present invention may be a single compound or a mixture of multiple compounds.
フラーレン誘導体は、塗布法に適用できるようにするためには、当該フラーレン誘導体自体が液状で塗布可能であるか、当該フラーレン誘導体が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。溶解性の好適な範囲をあげると、25℃でのトルエンに対する溶解度が、通常0.1重量%以上、好ましくは0.4重量%以上、より好ましくは0.7重量%以上である。フラーレン誘導体の溶解度が0.1重量%以上であることで、フラーレン誘導体の分散安定性が増加し、凝集、沈降、分離等を起こりにくくなるため好ましい。 In order for the fullerene derivative to be applicable to a coating method, the fullerene derivative itself can be applied in a liquid state, or the fullerene derivative can be applied as a solution with high solubility in some solvent. preferable. As a preferable range of solubility, the solubility in toluene at 25 ° C. is usually 0.1% by weight or more, preferably 0.4% by weight or more, more preferably 0.7% by weight or more. It is preferable that the solubility of the fullerene derivative is 0.1% by weight or more because the dispersion stability of the fullerene derivative is increased and aggregation, sedimentation, separation, and the like are less likely to occur.
フラーレン誘導体の溶媒は、非極性有機溶媒であれば、特段に制限はないが、非ハロゲン系溶媒が好ましい。ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒でも可能であるが、環境負荷の面等から代替が求められている。非ハロゲン系溶媒としては、例えば、非ハロゲン系芳香族炭化水素類が挙げられる。その中でも好ましくはトルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等である。 The solvent for the fullerene derivative is not particularly limited as long as it is a nonpolar organic solvent, but a non-halogen solvent is preferable. A halogen-based solvent such as dichlorobenzene is also possible, but an alternative is required in terms of environmental impact. Examples of non-halogen solvents include non-halogen aromatic hydrocarbons. Of these, toluene, xylene, cyclohexylbenzene, and the like are preferable.
(フラーレン誘導体の製造方法)
フラーレン誘導体の製造方法は特に制限はないが、例えば、部分構造(n1)を有するフラーレンの合成方法としては、国際公開第2008/059771号パンフレットやJ.Am.Chem.Soc.,2008,130(46),15429−15436に記載された方法を用いうる。
(Method for producing fullerene derivative)
The method for producing the fullerene derivative is not particularly limited. For example, as a method for synthesizing fullerene having the partial structure (n1), International Publication No. 2008/059771 pamphlet and J. Org. Am. Chem. Soc. 2008, 130 (46), 15429-15436.
部分構造(n2)を有するフラーレンの合成方法としては、J.Am.Chem.Soc.1993,115,9798−9799、Chem.Mater.2007,19,5363−5372及びChem.Mater.2007,19,5194−5199に記載された方法を用いうる。 As a method for synthesizing fullerene having the partial structure (n2), J. et al. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 9798-9799, Chem. Mater. 2007, 19, 5363-5372 and Chem. Mater. The method described in 2007, 19, 5194-5199 can be used.
部分構造(n3)を有するフラーレンの合成方法としては、Angew.Chem.Int.Ed.Engl.1993,32,78−80、Tetrahedron Lett. 1997, 38, 285−288、国際公開第2008/018931号及び国際公開第2009/086210号に記載された方法を用いうる。 As a synthesis method of fullerene having the partial structure (n3), Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 78-80, Tetrahedron Lett. The methods described in 1997, 38, 285-288, WO 2008/018931 and WO 2009/086212 can be used.
部分構造(n4)を有するフラーレンの合成方法としては、J.Chem.Soc., Perkin Trans.1,1997 1595、Thin Solid Films 489(2005)251−256、Adv.Funct.Mater.2005,15,1979−1987及びJ.Org.Chem.1995,60,532−538に記載された方法を用いうる。 As a method for synthesizing fullerene having a partial structure (n4), J. et al. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1997 1595, Thin Solid Films 489 (2005) 251-256, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1979-1987 and J. Org. Org. Chem. The method described in 1995, 60, 532-538 can be used.
(N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体)
N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体は、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2009/115513号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2009/000756号及び国際公開第2009/091670号に記載されている化合物が挙げられる。電子移動度が高く、可視域に吸収を有するため、電荷輸送と発電との両方に寄与する点から好ましい。
(N-alkyl substituted perylene diimide derivatives)
The N-alkyl-substituted perylene diimide derivative is not particularly limited, and specifically, International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2009/115513, International Publication No. 2009/098250, International Publication No. 2009. / 000756 and the compound described in international publication 2009/091670 are mentioned. High electron mobility and absorption in the visible range are preferable because they contribute to both charge transport and power generation.
(ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド)
ナフタレンテトラカルボン酸ジイミドは、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2007/146250号及び国際公開第2009/000756号に記載されている化合物が挙げられる。電子移動度が高く、溶解性が高く塗布性に優れている点から好ましい。
(Naphthalene tetracarboxylic acid diimide)
The naphthalenetetracarboxylic acid diimide is not particularly limited, and specific examples thereof include compounds described in International Publication No. 2008/063609, International Publication No. 2007/146250 and International Publication No. 2009/000756. . It is preferable from the viewpoint of high electron mobility, high solubility, and excellent coating properties.
(n型ポリマー)
n型ポリマーは、特段の制限はないが、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ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型ポリマーが挙げられる。
(N-type polymer)
The n-type polymer is not particularly limited, but condensed ring tetracarboxylic acid diimides such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide and perylenetetracarboxylic acid diimide, perylene diimide derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzothiazoles Examples thereof include n-type polymers having at least one of a derivative, a benzothiadiazole derivative, an oxadiazole derivative, a thiadiazole derivative, a triazole derivative, a pyrazine derivative, a phenanthroline derivative, a quinoxaline derivative, a bipyridine derivative, and a borane derivative.
その中でも、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びN−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするポリマーが好ましく、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びN−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドのうち少なくとも1つを構成ユニットとするn型ポリマーがより好ましい。また、これらのうち2つ以上を構成ユニットとしてもよい。さらには、n型ポリマーとして2種以上のポリマーを併用してもよい。 Among them, a polymer having at least one of a borane derivative, a thiazole derivative, a benzothiazole derivative, a benzothiadiazole derivative, an N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide and an N-alkyl-substituted perylene diimide derivative as a constituent unit is provided. Preferably, an n-type polymer having at least one of a N-alkyl-substituted perylene diimide derivative and an N-alkyl-substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimide as a constituent unit is more preferable. Two or more of these may be configured units. Furthermore, you may use together 2 or more types of polymers as an n-type polymer.
具体的には国際公開第2009/098253号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2010/012710号及び国際公開第2009/098250号に記載されている化合物が挙げられる。可視域に吸収を有するため、発電に寄与し、粘度が高く、塗布性に優れている点から好ましい。 Specific examples thereof include compounds described in International Publication No. 2009/098253, International Publication No. 2009/098250, International Publication No. 2010/012710, and International Publication No. 2009/098250. Since it has absorption in the visible region, it is preferable from the viewpoint of contributing to power generation, high viscosity, and excellent coating properties.
n型半導体化合物層作成方法については、特段の制限はないが、塗布法が好ましい。塗布法については、以下の任意の方法で行うことができる。例えば、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。 Although there is no special restriction | limiting about the n-type semiconductor compound layer preparation method, The application | coating method is preferable. The coating method can be performed by any of the following methods. Examples include spin coating method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method, air knife coating method, wire barber coating method, pipe doctor method, impregnation / coating method or curtain coating method. It is done.
n型半導体化合物は、成膜された状態において、何らかの自己組織化した構造を有していてもよいし、アモルファス状態であってもよい。 The n-type semiconductor compound may have some self-organized structure in a film-formed state, or may be in an amorphous state.
n型半導体化合物の最低空軌道(LUMO)のエネルギー準位は、特に限定はされないが、例えばサイクリックボルタモグラム測定法により算出される真空準位に対する値が、通常−3.85eV以上、好ましくは−3.80eV以上である。電子供与体層(p型半導体層)から効率良く電子受容体層(n型半導体層)へと電子を移動させるためには、各電子供与体層及び電子受容体層に用いられる材料の最低空軌道(LUMO)エネルギー準位の相対関係が重要である。具体的には、電子供与体層の材料のLUMOエネルギー準位が、電子受容体層の材料のLUMOエネルギー準位より所定のエネルギーだけ上にあること、言い換えると、電子受容体の電子親和力が電子供与体の電子親和力より所定のエネルギーだけ大きいことが好ましい。開放電圧(Voc)は電子供与体層の材料の最高被占軌道(HOMO)エネルギー準位と電子受容体層の材料のLUMOエネルギー準位との差で決定されるため、電子受容体のLUMOエネルギー準位を高くすると、Vocが高くなる傾向がある。一方、LUMOの値は通常−1.0eV以下、好ましくは−2.0eV以下、より好ましくは−3.0eV以下、更に好ましくは−3.3eV以下である。電子受容体のLUMOエネルギー準位を低くすることで、電子の移動が起こりやすくなり、短絡電流(Jsc)が高くなる傾向がある。 The energy level of the lowest unoccupied orbital (LUMO) of the n-type semiconductor compound is not particularly limited. For example, the value for the vacuum level calculated by a cyclic voltammogram measurement method is usually −3.85 eV or more, preferably − 3. 80 eV or more. In order to efficiently move electrons from the electron donor layer (p-type semiconductor layer) to the electron acceptor layer (n-type semiconductor layer), the minimum vacancy of the materials used for each electron donor layer and electron acceptor layer is required. The relative relationship between orbital (LUMO) energy levels is important. Specifically, the LUMO energy level of the material of the electron donor layer is higher than the LUMO energy level of the material of the electron acceptor layer by a predetermined energy, in other words, the electron affinity of the electron acceptor is an electron. It is preferable that the predetermined energy is larger than the electron affinity of the donor. Since the open circuit voltage (Voc) is determined by the difference between the highest occupied orbital (HOMO) energy level of the material of the electron donor layer and the LUMO energy level of the material of the electron acceptor layer, the LUMO energy of the electron acceptor layer When the level is increased, Voc tends to increase. On the other hand, the LUMO value is usually −1.0 eV or less, preferably −2.0 eV or less, more preferably −3.0 eV or less, and still more preferably −3.3 eV or less. By lowering the LUMO energy level of the electron acceptor, electrons tend to move and the short circuit current (Jsc) tends to increase.
n型半導体のLUMOエネルギー準位の値の算出方法は、理論的に計算値で求める方法と実際に測定する方法が挙げられる。理論的に計算値で求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法があげられる。実際に測定する方法としては、紫外可視吸収スペクトル測定法、サイクリックボルタモグラム測定法があげられる。その中でも好ましくは、サイクリックボルタモグラム測定法である。 As a method for calculating the value of the LUMO energy level of the n-type semiconductor, there are a method of theoretically obtaining a calculated value and a method of actually measuring. Theoretically calculated methods include semi-empirical molecular orbital methods and non-empirical molecular orbital methods. Examples of the actual measurement method include ultraviolet-visible absorption spectrum measurement method and cyclic voltammogram measurement method. Among them, the cyclic voltammogram measurement method is preferable.
<基板(106)>
本発明に係る光電変換素子は、通常は支持体となる基板106を有する。すなわち、基板上に、電極と、活性層と、バッファ層とが形成される。基板の材料(基板材料)は本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。基板材料の好適な例を挙げると、石英、ガラス、サファイア若しくはチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル若しくはポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン若しくはエポキシ樹脂等の有機材料;紙若しくは合成紙等の紙材料;又は、ステンレス、チタン若しくはアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート若しくはラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。
<Substrate (106)>
The photoelectric conversion element according to the present invention usually has a substrate 106 that serves as a support. That is, an electrode, an active layer, and a buffer layer are formed on the substrate. The material of the substrate (substrate material) is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Suitable examples of substrate materials include inorganic materials such as quartz, glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluorine A resin film, a polyolefin such as vinyl chloride or polyethylene; an organic material such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene or epoxy resin; a paper material such as paper or synthetic paper; or Examples thereof include composite materials such as those obtained by coating or laminating a surface of a metal such as stainless steel, titanium, or aluminum to impart insulation.
ガラスとしてはソーダガラスや青板ガラスや無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。 Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and alkali-free glass. As for the glass material, alkali-free glass is preferred because it is better that there are fewer ions eluted from the glass.
基板106の形状に制限はなく、例えば、板、フィルム、シート等の形状を用いることができる。基板106の膜厚に制限はない。ただし、通常5μm以上、中でも20μm以上であり、一方、通常20mm以下、中でも10mm以下に形成することが好ましい。基板の膜厚が5μm以上であると、半導体デバイスの強度が不足する可能性は少なくなるため、好ましい。基板の膜厚が20mm以下であることで、コストが抑えられ、かつ重量が重くならず、好ましい。又、基板がガラスの場合の膜厚は、通常0.01mm以上、好ましくは0.1mm以上であり、一方、また、通常1cm以下、好ましくは0.5cm以下である。ガラス基板の膜厚が0.01mm以上であると、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。ガラス基板の膜厚が0.5cm以下であると、重量が重くならずに好ましい。 There is no restriction | limiting in the shape of the board | substrate 106, For example, shapes, such as a board, a film, a sheet | seat, can be used. There is no limitation on the film thickness of the substrate 106. However, it is usually 5 μm or more, particularly 20 μm or more. On the other hand, it is usually preferably 20 mm or less, particularly preferably 10 mm or less. It is preferable that the thickness of the substrate is 5 μm or more because the possibility that the strength of the semiconductor device is insufficient is reduced. It is preferable that the film thickness of the substrate is 20 mm or less because the cost is suppressed and the weight is not increased. When the substrate is glass, the film thickness is usually 0.01 mm or more, preferably 0.1 mm or more, while it is usually 1 cm or less, preferably 0.5 cm or less. When the film thickness of the glass substrate is 0.01 mm or more, the mechanical strength increases and it is difficult to break, which is preferable. It is preferable that the thickness of the glass substrate is 0.5 cm or less without increasing the weight.
<電極(101,105)>
本発明に係る電極(101,105)は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有するものである。したがって、一対の電極には、正孔の捕集に適した電極101(以下、アノードと記載する場合もある)と電子の捕集に適した電極105(以下、カソードと記載する場合もある)とを用いることが好ましい。1対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは太陽光が40%以上透過することを意味する。また、透明電極の太陽光線透過率が70%以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるためには、好ましい。なお、光の透過率は、通常の分光光度計で測定可能である。
<Electrodes (101, 105)>
The electrodes (101, 105) according to the present invention have a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Therefore, the pair of electrodes includes an electrode 101 suitable for collecting holes (hereinafter also referred to as an anode) and an electrode 105 suitable for collecting electrons (hereinafter also referred to as a cathode). Are preferably used. Any one of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucency means that sunlight passes through 40% or more. In addition, it is preferable that the transparent electrode has a solar ray transmittance of 70% or more in order to allow light to reach the active layer through the transparent electrode. The light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.
正孔の捕集に適した電極101(アノード)とは、一般には仕事関数がカソードよりも高い導電性材料で構成された、有機活性層103で発生した正孔をスムーズに取り出す機能を有する電極である。 The electrode 101 (anode) suitable for collecting holes is generally an electrode made of a conductive material having a work function higher than that of the cathode and having a function of smoothly extracting holes generated in the organic active layer 103. It is.
アノード101の材料を挙げると、例えば、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化スズインジウム(ITO)、インジウム−ジルコニウム酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化インジウム若しくは酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;又は、金、白金、銀、クロム若しくはコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。これらの物質は高い仕事関数を有するため、好ましく、さらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルフォン酸をドーピングしたPEDOT/PSSで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、その導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料でなくとも、アルミニウムやマグネシウム等のカソードに適した金属を用いることも可能である。 Examples of the material of the anode 101 include conductive metal oxides such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide, and zinc oxide. Or a metal such as gold, platinum, silver, chromium or cobalt, or an alloy thereof. Since these substances have a high work function, they are preferable, and further, a conductive polymer material represented by PEDOT / PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid can be laminated. When laminating such a conductive polymer, the work function of the conductive polymer material is high, so it is suitable for cathodes such as aluminum and magnesium, even if it is not a material with a high work function as described above. It is also possible to use a metal.
ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルフォン酸をドーピングしたPEDOT/PSSや、ポリピロール又はポリアニリン等にヨウ素等をドーピングした導電性高分子材料をアノードの材料として使用することもできる。 A PEDOT / PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid, or a conductive polymer material in which polypyrrole or polyaniline is doped with iodine or the like can also be used as the anode material.
アノード101が透明電極である場合には、ITO、酸化亜鉛又は酸化スズ等の透光性がある導電性金属酸化物をアノード101の材料として用いることが好ましく、特にITOを用いることが好ましい。 When the anode 101 is a transparent electrode, a light-transmitting conductive metal oxide such as ITO, zinc oxide, or tin oxide is preferably used as the material of the anode 101, and ITO is particularly preferable.
アノード101の膜厚は特に制限は無いが、通常10nm以上、好ましくは20nm以上、さらに好ましくは、50nm以上である。一方、通常10μm以下、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは500nm以下である。アノード101の膜厚が10nm以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、アノード101の膜厚が10μm以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。 The film thickness of the anode 101 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, and more preferably 50 nm or more. On the other hand, it is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less. When the film thickness of the anode 101 is 10 nm or more, the sheet resistance is suppressed, and when the film thickness of the anode 101 is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without decreasing the light transmittance. it can. When used for a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance.
アノード101のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常1Ω/□以上、一方、1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。 The sheet resistance of the anode 101 is not particularly limited, but is usually 1Ω / □ or more, on the other hand, 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less.
アノード101の形成方法には、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。 As a method for forming the anode 101, there are a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a method of forming a film by applying an ink containing nanoparticles or a precursor.
電子の捕集に適した電極105(カソード)は、一般には仕事関数がアノードよりも高い導電性材料で構成され、有機活性層103で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する。このカソード105は、電子取り出し層104と隣接する。 An electrode 105 (cathode) suitable for collecting electrons is generally made of a conductive material having a work function higher than that of the anode, and has a function of smoothly extracting electrons generated in the organic active layer 103. The cathode 105 is adjacent to the electron extraction layer 104.
カソード105の材料を挙げると、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム若しくはマグネシウム等の金属及びその合金;フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩;又は、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム若しくは酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料であるため、好ましい。カソード105についてもアノード101と同様に、電子取り出し層104がチタニアのようなn型半導体で導電性を有するもの含んでいる場合、アノード101に適した高い仕事関数を有する材料を用いることもできる。電極保護の観点から、アノード101の材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウム、カルシウム又はインジウム等の金属及びこれらの金属を用いた合金である。 Examples of the material of the cathode 105 include metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, and magnesium, and alloys thereof; Examples thereof include inorganic salts such as lithium and cesium fluoride; or metal oxides such as nickel oxide, aluminum oxide, lithium oxide, and cesium oxide. These materials are preferable because they are materials having a low work function. Similarly to the anode 101, the cathode 105 can be made of a material having a high work function suitable for the anode 101 when the electron extraction layer 104 includes an n-type semiconductor such as titania having conductivity. From the viewpoint of electrode protection, the material of the anode 101 is preferably a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, calcium or indium and an alloy using these metals.
カソード105の膜厚は特に制限は無いが、通常10nm以上、好ましくは20nm以上下、より好ましくは50nm以上である。一方、通常10μm以下、好ましくは1μm以下、より好ましくは500nm以下である。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。カソード105の膜厚が10nm以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、カソード105の膜厚が10μm以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。 The film thickness of the cathode 105 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or less, and more preferably 50 nm or more. On the other hand, it is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less. When used for a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance. When the film thickness of the cathode 105 is 10 nm or more, sheet resistance is suppressed, and when the film thickness of the cathode 105 is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without a decrease in light transmittance. it can.
カソード105のシート抵抗は、特に制限は無いが、通常1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。下限に制限は無いが、通常は1Ω/□以上である。 The sheet resistance of the cathode 105 is not particularly limited, but is usually 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, and more preferably 100Ω / □ or less. Although there is no restriction on the lower limit, it is usually 1Ω / □ or more.
カソード105の形成方法には、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。 Examples of the method for forming the cathode 105 include a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied to form a film.
さらに、アノード101又はカソード105は2層以上の積層構造であってもよく、さらに表面処理により特性(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。 Furthermore, the anode 101 or the cathode 105 may have a laminated structure of two or more layers, and characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by surface treatment.
アノード101及びカソード105を積層した後に、光電変換素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい(この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある)。このアニーリング処理を50℃以上で行うことは、電子取り出し層104と電極105及び/又は電子取り出し層104と活性層103の密着性が向上する効果が得られうるため、好ましい。このアニーリング処理工程の温度を300℃以下とすることは、活性層103に含まれる有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。なお、一定の温度で加熱を行う必要はなく、例えば上記の範囲内で段階的な加熱を行ってもよい。 After laminating anode 101 and cathode 105, the photoelectric conversion element is heated in a temperature range of usually 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable to do this (this step may be referred to as an annealing treatment step). It is preferable to perform the annealing treatment at 50 ° C. or higher because an effect of improving the adhesion between the electron extraction layer 104 and the electrode 105 and / or the electron extraction layer 104 and the active layer 103 can be obtained. It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 300 ° C. or lower because the possibility that the organic compound contained in the active layer 103 is thermally decomposed is reduced. In addition, it is not necessary to perform heating at a constant temperature. For example, stepwise heating may be performed within the above range.
加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。1分以上加熱を行うことによりアニーリング処理の効果が大きくなり、加熱時間を3時間以下とすることにより化合物の分解を防止しうる。このアニーリング処理は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、このアニーリング処理は常圧下で、かつ不活性ガス雰囲気下で実施することが好ましい。 The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter. By heating for 1 minute or longer, the effect of the annealing treatment is increased, and the decomposition of the compound can be prevented by setting the heating time to 3 hours or shorter. This annealing process is preferably terminated when the open circuit voltage, the short circuit current, and the fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a constant value. The annealing treatment is preferably performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.
加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気下に光電変換素子を入れてもよい。また、光電変換素子の加熱はバッチ方式で行ってもよいし、連続方式で行ってもよい。 As a heating method, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be put in a heating atmosphere such as an oven. Moreover, the heating of the photoelectric conversion element may be performed by a batch method or a continuous method.
このアニーリング処理工程により、電子取り出し層104とカソード105及び/又は電子取り出し層104と有機活性層103の密着性が向上しうる。このため、光電変換素子の耐熱性や耐久性等が向上しうるとともに、有機活性層の自己組織化が促進されうる。 By this annealing treatment step, the adhesion between the electron extraction layer 104 and the cathode 105 and / or the electron extraction layer 104 and the organic active layer 103 can be improved. For this reason, the heat resistance and durability of the photoelectric conversion element can be improved, and the self-organization of the organic active layer can be promoted.
<光電変換特性>
光電変換素子を実用化するためには、光電変換素子の製造が簡便であること以外に、光電変換素子が高い光電変換効率及び高い耐久性を有することも重要である。上述のように、本発明に係るフェナントロリン誘導体を電子取り出し層材料として用いる光電変換素子は、比較的高い光電変換効率が得られうるととともに、耐久性又は耐熱性が高くなりうる。ここで、耐久性が高いとは、作製直後の光電変換効率と比較して、所定の条件下で保管した後の光電変換効率があまり低下しないことを意味する。また、耐熱性が高いとは、アニーリング処理前の光電変換効率と比較して、アニーリング処理後の光電変換効率が向上するか又は少なくともあまり低下しないことを意味する。
<Photoelectric conversion characteristics>
In order to put the photoelectric conversion element into practical use, it is also important that the photoelectric conversion element has high photoelectric conversion efficiency and high durability, in addition to simple manufacture of the photoelectric conversion element. As described above, the photoelectric conversion element using the phenanthroline derivative according to the present invention as the electron extraction layer material can obtain relatively high photoelectric conversion efficiency and can have high durability or heat resistance. Here, high durability means that the photoelectric conversion efficiency after storing under predetermined conditions does not decrease much compared to the photoelectric conversion efficiency immediately after production. In addition, high heat resistance means that the photoelectric conversion efficiency after the annealing treatment is improved or at least does not decrease much compared to the photoelectric conversion efficiency before the annealing treatment.
本明細書において、光電変換効率は以下のように求めるものとする。すなわち、光電変換素子にソーラシュミレーターでAM1.5G条件の光を照射強度100mW/cm2で照射して、電流・電圧特性を測定する。この電流・電圧曲線から、光電変換効率(PCE)、短絡電流、開放電圧、FF(フィルファクター)、直列抵抗、及びシャント抵抗のような光電変換特性を求めることができる。 In the present specification, the photoelectric conversion efficiency is obtained as follows. That is, the current / voltage characteristics are measured by irradiating the photoelectric conversion element with light of AM1.5G at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 using a solar simulator. From this current / voltage curve, photoelectric conversion characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE), short-circuit current, open-circuit voltage, FF (fill factor), series resistance, and shunt resistance can be obtained.
また、光電変換素子の耐久性又は耐熱性を示すパラメータとして、以下のように維持率を定義する。
(維持率) = (保管後の光電変換効率)/(保管前の光電変換効率) 又は、
(維持率) = (アニーリング処理後の光電変換効率)/(アニーリング処理前の光電変換効率)
Moreover, a maintenance factor is defined as follows as a parameter which shows durability or heat resistance of a photoelectric conversion element.
(Maintenance rate) = (Photoelectric conversion efficiency after storage) / (Photoelectric conversion efficiency before storage) or
(Maintenance rate) = (Photoelectric conversion efficiency after annealing) / (Photoelectric conversion efficiency before annealing)
本発明に係る光電変換素子の光電変換効率は、特段の制限はないが、通常1%以上、好ましくは1.5%以上、より好ましくは2%以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。 The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element according to the present invention is not particularly limited, but is usually 1% or more, preferably 1.5% or more, more preferably 2% or more. On the other hand, there is no particular limitation on the upper limit, and the higher the better.
特に、本発明に係る光電変換素子は、窒素雰囲気下室温で8週間保存した後の光電変換効率が、好ましくは1%以上であり、より好ましくは1.5%以上、さらに好ましくは2%以上、特に好ましくは3%以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。 In particular, the photoelectric conversion element according to the present invention has a photoelectric conversion efficiency after storage for 8 weeks at room temperature in a nitrogen atmosphere, preferably 1% or more, more preferably 1.5% or more, and further preferably 2% or more. Especially preferably, it is 3% or more. On the other hand, there is no particular limitation on the upper limit, and the higher the better.
本発明に係る光電変換素子は、120℃1分間のアニーリング処理を行った際の維持率が、60%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましく、100%以上であることが特に好ましい。上限は特になく、高ければ高いほど好ましい。 The photoelectric conversion element according to the present invention preferably has a maintenance rate of 60% or more, more preferably 80% or more, and 95% or more when an annealing treatment is performed at 120 ° C. for 1 minute. Is more preferable, and 100% or more is particularly preferable. There is no particular upper limit, and the higher the better.
本発明に係る光電変換素子は、120℃3分間のアニーリング処理を行った際の維持率が、60%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましく、100%以上であることが特に好ましい。上限は特になく、高ければ高いほど好ましい。 The photoelectric conversion element according to the present invention preferably has a maintenance rate of 60% or more, more preferably 80% or more, and 90% or more when an annealing process is performed at 120 ° C. for 3 minutes. Is more preferable, and 100% or more is particularly preferable. There is no particular upper limit, and the higher the better.
本発明に係る光電変換素子は、窒素雰囲気下室温で8週間保存した際の維持率が、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましく、97%以上であることがさらに好ましく、98%以上であることが特に好ましい。上限は特になく、高ければ高いほど好ましい。 The photoelectric conversion element according to the present invention preferably has a maintenance rate of 90% or more, more preferably 95% or more, and 97% or more when stored for 8 weeks at room temperature in a nitrogen atmosphere. More preferably, it is particularly preferably 98% or more. There is no particular upper limit, and the higher the better.
また、本発明に係る光電変換素子は、120℃3分間のアニーリング処理後に窒素雰囲気下室温で8週間保存した際の維持率(この場合、(維持率)=(保管後の光電変換効率)/(アニーリング処理前の光電変換効率))が、60%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましく、100%以上であることが特に好ましい。上限は特になく、高ければ高いほど好ましい。 In addition, the photoelectric conversion element according to the present invention has a retention rate when stored at room temperature in a nitrogen atmosphere for 8 weeks after annealing at 120 ° C. for 3 minutes (in this case, (retention rate) = (photoelectric conversion efficiency after storage) / (Photoelectric conversion efficiency before annealing treatment)) is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, further preferably 90% or more, and particularly preferably 100% or more. . There is no particular upper limit, and the higher the better.
<太陽電池モジュール>
[太陽電池モジュール13]
本発明に係る光電変換素子107は、太陽電池素子として太陽電池において、特に薄膜太陽電池において使用されることが好ましい。
<Solar cell module>
[Solar cell module 13]
The photoelectric conversion element 107 according to the present invention is preferably used in a solar cell as a solar cell element, particularly in a thin film solar cell.
図2は本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10とをこの順に備える。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin film solar cell as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the thin film solar cell 14 of this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a solar cell element. 6, a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 are provided in this order. And light is irradiated from the side (downward in the figure) where the weather-resistant protective film 1 is formed, and the solar cell element 6 generates power. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet in which a fluororesin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. Good.
[耐候性保護フィルム1]
耐候性保護フィルム1は天候変化から太陽電池素子6を保護するフィルムである。太陽電池素子6の構成部品のなかには、温度変化、湿度変化、自然光及び/又は風雨による侵食等により劣化するものがある。そこで、耐候性保護フィルム1で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を天候変化等から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。
[Weather-resistant protective film 1]
The weather-resistant protective film 1 is a film that protects the solar cell element 6 from weather changes. Some components of the solar cell element 6 are deteriorated by temperature change, humidity change, natural light, and / or erosion caused by wind and rain. Therefore, by covering the solar cell element 6 with the weather-resistant protective film 1, the solar cell element 6 and the like are protected from weather changes and the like, and the power generation capacity is kept high.
耐候性保護フィルム1は、薄膜太陽電池14の最表層に位置するため、耐候性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性及び/又は機械強度等の、薄膜太陽電池14の表面被覆材として好適な性能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持する性質を有することが好ましい。 Since the weather resistant protective film 1 is located on the outermost layer of the thin film solar cell 14, the surface covering material of the thin film solar cell 14 such as weather resistance, heat resistance, transparency, water repellency, stain resistance and / or mechanical strength is provided. It is preferable to have a property suitable for the above and to maintain it for a long period of time in outdoor exposure.
また、耐候性保護フィルム1は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360以上830nm以下)の光の透過率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、特に好ましくは95%である。 Moreover, the weather-resistant protective film 1 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the light transmittance of visible light (wavelength 360 or more and 830 nm or less) is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95%.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、耐候性保護フィルム1も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、耐候性保護フィルム1の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時に耐候性保護フィルム1が融解・劣化する可能性を低減できる。 Furthermore, since the thin-film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the weather-resistant protective film 1 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the weather-resistant protective film 1 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower. Preferably it is 300 degrees C or less. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the weather resistant protective film 1 is melted and deteriorated when the thin film solar cell 14 is used.
耐候性保護フィルム1を構成する材料は、天候変化から太陽電池素子6を保護することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、AS(アクリロニトリル−スチレン)樹脂、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル系樹脂、各種ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、シリコン系樹脂又はポリカーボネート樹脂等が挙げられる。 The material which comprises the weather-resistant protective film 1 is arbitrary as long as it can protect the solar cell element 6 from a weather change. Examples of such materials are polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, AS (acrylonitrile-styrene) resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) resin, polyvinyl chloride resin, fluorine resin, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate. Examples thereof include polyester resins such as phthalates, phenol resins, polyacrylic resins, polyamide resins such as various nylons, polyimide resins, polyamide-imide resins, polyurethane resins, cellulose resins, silicon resins, and polycarbonate resins.
中でも好ましくはフッ素系樹脂が挙げられ、その具体例を挙げるとポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、4−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体(PFA)、4−フッ化エチレン−6−フッ化プロピレン共重合体(FEP)、2−エチレン−4−フッ化エチレン共重合体(ETFE)、ポリ3−フッ化塩化エチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はポリフッ化ビニル(PVF)等が挙げられる。 Among them, fluorine resin is preferable, and specific examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE), 4-fluoroethylene-perchloroalkoxy copolymer (PFA), 4-fluoroethylene-6-fluoride. Propylene copolymer (FEP), 2-ethylene-4-fluoroethylene copolymer (ETFE), poly-3-fluoroethylene chloride (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), etc. Can be mentioned.
なお、耐候性保護フィルム1は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、耐候性保護フィルム1は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。 In addition, the weather-resistant protective film 1 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Moreover, although the weather-resistant protective film 1 may be formed with the single layer film, the laminated | multilayer film provided with the film of two or more layers may be sufficient as it.
耐候性保護フィルム1の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上、好ましくは15μm以上、より好ましくは20μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。 The thickness of the weather-resistant protective film 1 is not particularly specified, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility.
また耐候性保護フィルム1には、他のフィルムとの接着性の改良のために、コロナ処理及び/又はプラズマ処理等の表面処理を行なってもよい。 Moreover, you may perform surface treatments, such as a corona treatment and / or a plasma treatment, for the weather-resistant protective film 1 in order to improve adhesiveness with another film.
耐候性保護フィルム1は、薄膜太陽電池14においてできるだけ外側に設けることが好ましい。薄膜太陽電池14の構成部材のうちより多くのものを保護できるようにするためである。 The weatherproof protective film 1 is preferably provided on the outer side as much as possible in the thin-film solar cell 14. This is because more of the constituent members of the thin-film solar cell 14 can be protected.
[紫外線カットフィルム2]
紫外線カットフィルム2は紫外線の透過を防止するフィルムである。薄膜太陽電池14の構成部品のなかには紫外線により劣化するものがある。また、ガスバリアフィルム3、9等は種類によっては紫外線により劣化するものがある。そこで、紫外線カットフィルム2を薄膜太陽電池14の受光部分に設け、紫外線カットフィルム2で太陽電池素子6の受光面6aを覆うことにより、太陽電池素子6及び必要に応じてガスバリアフィルム3、9等を紫外線から保護し、発電能力を高く維持することができるようになっている。
[UV cut film 2]
The ultraviolet cut film 2 is a film that prevents the transmission of ultraviolet rays. Some components of the thin film solar cell 14 are deteriorated by ultraviolet rays. Some of the gas barrier films 3, 9 and the like are deteriorated by ultraviolet rays depending on the type. Therefore, the ultraviolet cut film 2 is provided in the light receiving portion of the thin-film solar cell 14, and the ultraviolet cut film 2 covers the light receiving surface 6a of the solar cell element 6, whereby the solar cell element 6 and, if necessary, the gas barrier films 3, 9 and the like. Can be protected from ultraviolet rays and the power generation capacity can be kept high.
紫外線カットフィルム2に要求される紫外線の透過抑制能力の程度は、紫外線(例えば、波長300nm)の透過率が50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましく、特に好ましくは10%以下である。 The degree of the ability to suppress the transmission of ultraviolet rays required for the ultraviolet cut film 2 is such that the transmittance of ultraviolet rays (for example, wavelength 300 nm) is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and particularly preferably. 10% or less.
また、紫外線カットフィルム2は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360以上830nm以下)の光の透過率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、特に好ましくは95%以上である。 Further, the ultraviolet cut film 2 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 or more and 830 nm or less) is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、紫外線カットフィルム2も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、紫外線カットフィルム2の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点が低すぎると薄膜太陽電池14の使用時に紫外線カットフィルム2が融解する可能性がある。 Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the ultraviolet cut film 2 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the ultraviolet cut film 2 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. Is 300 ° C. or lower. If the melting point is too low, the ultraviolet cut film 2 may melt when the thin film solar cell 14 is used.
また、紫外線カットフィルム2は、柔軟性が高く、隣接するフィルムとの接着性が良好であり、水蒸気や酸素をカットしうるものが好ましい。 Moreover, the ultraviolet cut film 2 has a high softness | flexibility, its adhesiveness with an adjacent film is favorable, and what can cut water vapor | steam and oxygen is preferable.
紫外線カットフィルム2を構成する材料は、紫外線の強度を弱めることができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系又はエステル系の樹脂に紫外線吸収剤を配合して成膜したフィルム等が挙げられる。また、紫外線吸収剤を樹脂中に分散あるいは溶解させたものの層(以下、適宜「紫外線吸収層」という)を基材フィルム上に形成したフィルムを用いてもよい。 The material which comprises the ultraviolet cut film 2 is arbitrary if the intensity | strength of an ultraviolet-ray can be weakened. Examples of the material include films formed by blending an ultraviolet absorber with an epoxy, acrylic, urethane, or ester resin. Further, a film in which a layer of an ultraviolet absorbent dispersed or dissolved in a resin (hereinafter referred to as “ultraviolet absorbing layer” as appropriate) is formed on a base film may be used.
紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系のものを用いることができる。中でもベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系が好ましい。この例としては、ベンゾフェノン系やベンゾトリアゾール系の種々の芳香族系有機化合物等が挙げられる。なお、紫外線吸収剤は、1種を用いてもよく、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。 As the ultraviolet absorber, for example, salicylic acid-based, benzophenone-based, benzotriazole-based, and cyanoacrylate-based ones can be used. Of these, benzophenone and benzotriazole are preferable. Examples of this include various aromatic organic compounds such as benzophenone and benzotriazole. In addition, a ultraviolet absorber may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
上述のように、紫外線吸収フィルムとしては紫外線吸収層を基材フィルム上に形成したフィルムを用いることもできる。このようなフィルムは、例えば、紫外線吸収剤を含む塗布液を基材フィルム上に塗布し、乾燥させることで作製できる。 As described above, a film in which an ultraviolet absorbing layer is formed on a base film can also be used as the ultraviolet absorbing film. Such a film can be produced, for example, by applying a coating solution containing an ultraviolet absorber on a substrate film and drying it.
基材フィルムの材質は特に限定されないが、耐熱性、柔軟性のバランスが良好なフィルムが得られる点で、例えばポリエステルが挙げられる。 Although the material of a base film is not specifically limited, For example, polyester is mentioned at the point from which the balance of heat resistance and a softness | flexibility is obtained.
塗布は任意の方法で行うことができる。例えば、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。また、これらの方法のうち1種を単独で行なってもよく、2種以上を任意に組み合わせて行うこともできる。 Application | coating can be performed by arbitrary methods. Examples include spin coating method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method, air knife coating method, wire barber coating method, pipe doctor method, impregnation / coating method or curtain coating method. It is done. In addition, one of these methods may be performed alone, or two or more may be arbitrarily combined.
塗布液に用いる溶剤は、紫外線吸収剤を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されない。例えば液状の樹脂を溶剤として用いることができ、その例を挙げると、ポリエステル系、アクリル系、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリカーボネート系又はポリスチレン系等の各種合成樹脂等が挙げられる。また、例えば、ゼラチンやセルロース誘導体等の天然高分子;水、水とエタノール等のアルコール混合溶液等も溶剤として用いることができる。さらに、溶剤として有機溶剤を使用してもよい。有機溶剤を使用すれば、色素や樹脂を溶解又は分散させることが可能となり、塗工性を向上させることが可能となる。なお、1種の溶剤を単独で用いてもよく、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。 The solvent used for the coating solution is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the UV absorber. For example, a liquid resin can be used as a solvent, and examples thereof include various synthetic resins such as polyester, acrylic, polyamide, polyurethane, polyolefin, polycarbonate, or polystyrene. Further, for example, natural polymers such as gelatin and cellulose derivatives; water, alcohol mixed solutions such as water and ethanol, and the like can also be used as the solvent. Further, an organic solvent may be used as the solvent. If an organic solvent is used, it becomes possible to dissolve or disperse the pigment and the resin, and to improve the coatability. In addition, 1 type of solvent may be used independently and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
塗布液はさらに界面活性剤も含有していてもよい。界面活性剤の使用により、紫外線吸収色素の樹脂への分散性が向上する。これにより、紫外線吸収層において、微小な泡、異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。 The coating solution may further contain a surfactant. Use of the surfactant improves the dispersibility of the ultraviolet absorbing dye in the resin. Thereby, in the ultraviolet absorbing layer, the occurrence of dents due to adhesion of minute bubbles, foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed.
界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤又はノニオン系界面活性剤)を用いることができる。中でも、シリコン系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤は、1種を用いてもよく、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。 As the surfactant, a known surfactant (cationic surfactant, anionic surfactant or nonionic surfactant) can be used. Among these, a silicon-based surfactant or a fluorine-based surfactant is preferable. In addition, 1 type may be used for surfactant and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
なお、塗布液を基材フィルムに塗布した後の乾燥は、例えば熱風乾燥、赤外線ヒーターによる乾燥等の公知の乾燥方法が採用できる。中でも、乾燥速度が速い熱風乾燥が好適である。 In addition, the drying after apply | coating a coating liquid to a base film can employ | adopt well-known drying methods, such as hot air drying and drying by an infrared heater, for example. Among these, hot air drying with a high drying speed is preferable.
紫外線カットフィルム2の具体的な商品の例を挙げると、カットエース(MKVプラスティック株式会社)等が挙げられる。 Examples of specific products of the ultraviolet cut film 2 include cut ace (MKV Plastic Co., Ltd.).
なお、紫外線カットフィルム2は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、紫外線カットフィルム2は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。 In addition, the ultraviolet cut film 2 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Further, the ultraviolet cut film 2 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.
紫外線カットフィルム2の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで紫外線の吸収が高まる傾向にあり、薄くすることで可視光の透過率を増加させられる傾向にある。 The thickness of the ultraviolet cut film 2 is not particularly defined, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase the absorption of ultraviolet rays, and decreasing the thickness tends to increase the transmittance of visible light.
紫外線カットフィルム2は、太陽電池素子6の受光面6aの少なくとも一部を覆う位置に設ければよいが、好ましくは太陽電池素子6の受光面6aの全てを覆う位置に設ける。
ただし、太陽電池素子6の受光面6aを覆う位置以外の位置にも紫外線カットフィルム2が設けられていてもよい。
Although the ultraviolet cut film 2 should just be provided in the position which covers at least one part of the light-receiving surface 6a of the solar cell element 6, Preferably it is provided in the position which covers all the light-receiving surfaces 6a of the solar cell element 6. FIG.
However, the ultraviolet cut film 2 may be provided at a position other than the position covering the light receiving surface 6 a of the solar cell element 6.
[ガスバリアフィルム3]
ガスバリアフィルム3は水及び酸素の透過を防止するフィルムである。太陽電池素子6は湿気及び酸素に弱い傾向があり、特に、ZnO:Al等の透明電極や、化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子が水分及び酸素により劣化することがある。そこで、ガスバリアフィルム3で太陽電池素子6を被覆することにより、太陽電池素子6を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。
[Gas barrier film 3]
The gas barrier film 3 is a film that prevents permeation of water and oxygen. The solar cell element 6 tends to be vulnerable to moisture and oxygen. In particular, transparent electrodes such as ZnO: Al, compound semiconductor solar cell elements, and organic solar cell elements may be deteriorated by moisture and oxygen. Therefore, by covering the solar cell element 6 with the gas barrier film 3, the solar cell element 6 can be protected from water and oxygen, and the power generation capacity can be kept high.
ガスバリアフィルム3に要求される防湿能力の程度は、太陽電池素子6の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子6が化合物半導体系太陽電池素子である場合には、単位面積(1m2)の1日あたりの水蒸気透過率が、1×10−1g/m2/day以下であることが好ましく、1×10−2g/m2/day以下であることがより好ましく、1×10−3g/m2/day以下であることが更に好ましく、1×10−4g/m2/day以下であることが中でも好ましく、1×10−5g/m2/day以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6g/m2/day以下であることが特に好ましい。 The degree of moisture resistance required for the gas barrier film 3 varies depending on the type of the solar cell element 6 and the like. For example, when the solar cell element 6 is a compound semiconductor solar cell element, the water vapor permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 g / m 2 / day or less. Is preferably 1 × 10 −2 g / m 2 / day or less, more preferably 1 × 10 −3 g / m 2 / day or less, and further preferably 1 × 10 −4 g / m 2. / Day or less is particularly preferable, 1 × 10 −5 g / m 2 / day or less is particularly preferable, and 1 × 10 −6 g / m 2 / day or less is particularly preferable.
また、太陽電池素子6が有機太陽電池素子である場合には、単位面積(1m2)の1日あたりの水蒸気透過率が、1×10−1g/m2/day以下であることが好ましく、1×10−2g/m2/day以下であることがより好ましく、1×10−3g/m2/day以下であることが更に好ましく、1×10−4g/m2/day以下であることが中でも好ましく、1×10−5g/m2/day以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6g/m2/day以下であることが特に好ましい。 Moreover, when the solar cell element 6 is an organic solar cell element, it is preferable that the water vapor permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 g / m 2 / day or less. It is more preferably 1 × 10 −2 g / m 2 / day or less, further preferably 1 × 10 −3 g / m 2 / day or less, and further preferably 1 × 10 −4 g / m 2 / day. Among them, the following is particularly preferable, and it is particularly preferably 1 × 10 −5 g / m 2 / day or less, and particularly preferably 1 × 10 −6 g / m 2 / day or less.
水蒸気が透過しなければしないほど、太陽電池素子6及び当該素子6のZnO:Al等の透明電極の水分との反応に起因する劣化が抑えられるので、発電効率が上がると共に寿命が延びる。 The more water vapor has to pass through, the lower the degradation caused by the reaction of the solar cell element 6 and the transparent electrode such as ZnO: Al of the element 6 with moisture, thus increasing the power generation efficiency and extending the life.
ガスバリアフィルム3に要求される酸素透過性の程度は、太陽電池素子6の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子6が化合物半導体系太陽電池素子である場合には、単位面積(1m2)の1日あたりの酸素透過率が、1×10−1cc/m2/day/atm以下であることが好ましく、1×10−2cc/m2/day/atm以下であることがより好ましく、1×10−3cc/m2/day/atm以下であることが更に好ましく、1×10−4cc/m2/day/atm以下であることが中でも好ましく、1×10−5cc/m2/day/atm以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6cc/m2/day/atm以下であることが特に好ましい。 The degree of oxygen permeability required for the gas barrier film 3 varies depending on the type of the solar cell element 6 and the like. For example, when the solar cell element 6 is a compound semiconductor solar cell element, the oxygen permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 cc / m 2 / day / atm or less. Preferably, it is 1 × 10 −2 cc / m 2 / day / atm or less, more preferably 1 × 10 −3 cc / m 2 / day / atm or less, and further preferably 1 × 10 2. −4 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −5 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −6 cc / m 2 / day. / Atm or less is particularly preferable.
また、例えば、太陽電池素子6が有機太陽電池素子である場合には、単位面積(1m2)の1日あたりの酸素透過率が、1×10−1cc/m2/day/atm以下であることが好ましく、1×10−2cc/m2/day/atm以下であることがより好ましく、1×10−3cc/m2/day/atm以下であることが更に好ましく、1×10−4cc/m2/day/atm以下であることが中でも好ましく、1×10−5cc/m2/day/atm以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6cc/m2/day/atm以下であることが特に好ましい。酸素が透過しなければしないほど、太陽電池素子6及び当該素子6のZnO:Al等の透明電極の酸化による劣化が抑えられる。 For example, when the solar cell element 6 is an organic solar cell element, the oxygen permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 cc / m 2 / day / atm or less. Preferably, it is 1 × 10 −2 cc / m 2 / day / atm or less, more preferably 1 × 10 −3 cc / m 2 / day / atm or less, and further preferably 1 × 10 2. −4 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −5 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −6 cc / m 2 / day. / Atm or less is particularly preferable. The deterioration due to oxidation of the solar cell element 6 and the transparent electrode such as ZnO: Al of the element 6 is suppressed as the oxygen does not permeate.
従来はこのように高い防湿及び酸素遮断能力を有するガスバリアフィルム3の実装が困難であったため、化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子のように優れた太陽電池素子を備えた太陽電池を実現することが困難であったが、このようなガスバリアフィルム3を適用することにより化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子等の優れた性質を活かした薄膜太陽電池14の実施が容易となる。 Conventionally, it has been difficult to mount the gas barrier film 3 having such a high moisture-proof and oxygen-blocking capability, so that a solar cell including an excellent solar cell element such as a compound semiconductor solar cell element and an organic solar cell element is realized. Although it was difficult to carry out, implementation of the thin film solar cell 14 which utilized the outstanding properties, such as a compound semiconductor type solar cell element and an organic solar cell element, becomes easy by applying such a gas barrier film 3.
また、ガスバリアフィルム3は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360以上830nm以下)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。 Further, the gas barrier film 3 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the light absorption of the solar cell element 6. For example, the light transmittance of visible light (wavelength 360 or more and 830 nm or less) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more, Particularly preferably, it is 90% or more, particularly preferably 95% or more, and particularly preferably 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、ガスバリアフィルム3も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ガスバリアフィルム3の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時にガスバリアフィルム3が融解・劣化する可能性を低減できる。 Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the gas barrier film 3 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the gas barrier film 3 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. It is 300 degrees C or less. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the gas barrier film 3 is melted and deteriorated when the thin film solar cell 14 is used.
ガスバリアフィルム3の具体的な構成は、太陽電池素子6を水から保護できる限り任意である。ただし、ガスバリアフィルム3を透過しうる水蒸気や酸素の量を少なくできるフィルムほど製造コストが高くなるため、これらの点を総合的に勘案して適切なものを使用することが好ましい。 The specific configuration of the gas barrier film 3 is arbitrary as long as the solar cell element 6 can be protected from water. However, since the manufacturing cost increases as the amount of water vapor or oxygen that can permeate the gas barrier film 3 increases, it is preferable to use an appropriate film considering these points comprehensively.
以下、ガスバリアフィルム3の構成について、例を挙げて説明する。ガスバリアフィルム3の構成として好ましいものは以下の2例が挙げられる。一つ目の例は、プラスチックフィルム基材に無機バリア層を配置したフィルムである。この際、無機バリア層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。 Hereinafter, the configuration of the gas barrier film 3 will be described with examples. The following two examples are preferable as the configuration of the gas barrier film 3. The first example is a film in which an inorganic barrier layer is disposed on a plastic film substrate. In this case, the inorganic barrier layer may be formed only on one side of the plastic film substrate, or may be formed on both sides of the plastic film substrate. When forming on both surfaces, the number of inorganic barrier layers formed on both surfaces may be the same or different.
二つ目の例は、プラスチックフィルム基材に、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された2層からなるユニット層が形成されたフィルムである。この際、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された2層からなるユニット層を1単位として、このユニット層を1単位(無機バリア層1層とポリマー層1層を合わせて1単位の意味)のみ形成してもよいが、2単位以上形成してもよい。例えば2単位以上5単位以下、積層してもよい。 The second example is a film in which a unit layer composed of two layers in which an inorganic barrier layer and a polymer layer are arranged adjacent to each other is formed on a plastic film substrate. At this time, a unit layer composed of two layers in which the inorganic barrier layer and the polymer layer are arranged adjacent to each other is regarded as one unit, and this unit layer is composed of one unit (one inorganic barrier layer and one polymer layer are combined to form one unit layer). (Meaning of unit) may be formed, but two or more units may be formed. For example, you may laminate | stack 2 units or more and 5 units or less.
ユニット層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層及びポリマー層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。また、プラスチックフィルム基材上にユニット層を形成する場合、無機バリア層を形成してからその上にポリマー層を形成してもよいし、ポリマー層を形成してから無機バリア層を形成してもよい。 The unit layer may be formed only on one side of the plastic film substrate, or may be formed on both sides of the plastic film substrate. When forming on both surfaces, the numbers of inorganic barrier layers and polymer layers formed on both surfaces may be the same or different. In addition, when forming a unit layer on a plastic film substrate, an inorganic barrier layer may be formed and then a polymer layer may be formed thereon, or after forming a polymer layer and forming an inorganic barrier layer. Also good.
(プラスチックフィルム基材)
ガスバリアフィルム3に使用されるプラスチックフィルム基材は、上記の無機バリア層及びポリマー層を保持しうるフィルムであれば特に制限はなく、ガスバリアフィルム3の使用目的等から適宜選択することができる。
(Plastic film substrate)
The plastic film substrate used for the gas barrier film 3 is not particularly limited as long as it is a film capable of holding the above-described inorganic barrier layer and polymer layer, and can be appropriately selected from the purpose of use of the gas barrier film 3 and the like.
プラスチックフィルム基材の材料の例を挙げると、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂又はアクリロイル化合物が挙げられる。また、スピロビインダン、スピロビクロマンを含む縮合ポリマーを用いるのも好ましい。ポリエステル樹脂の中でも、二軸延伸を施したポリエチレンテレフタレート(PET)又は同じく二軸延伸したポリエチレンナフタレート(PEN)は、熱的寸度安定性に優れるため、プラスチックフィルム基材として好ましく用いられる。なおプラスチックフィルム基材の材料として、1種の材料を単独で用いてもよく、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。 Examples of the material for the plastic film substrate include polyester resin, polyarylate resin, polyethersulfone resin, fluorene ring-modified polycarbonate resin, alicyclic modified polycarbonate resin, and acryloyl compound. It is also preferable to use a condensation polymer containing spirobiindane or spirobichroman. Among the polyester resins, biaxially stretched polyethylene terephthalate (PET) or biaxially stretched polyethylene naphthalate (PEN) is excellent in thermal dimensional stability, and is preferably used as a plastic film substrate. In addition, as a material of a plastic film base material, 1 type of material may be used independently, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and ratios.
プラスチックフィルム基材の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上、好ましくは15μm以上、より好ましくは20μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。 The thickness of the plastic film substrate is not particularly defined, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility.
プラスチックフィルム基材は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360以上830nm以下)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。 The plastic film substrate is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the light transmittance of visible light (wavelength 360 or more and 830 nm or less) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more, Particularly preferably, it is 90% or more, particularly preferably 95% or more, and particularly preferably 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.
プラスチックフィルム基材には、無機バリア層との密着性向上のため、アンカーコート剤の層(アンカーコート層)を形成してもよい。通常、アンカーコート層はアンカーコート剤を塗布して形成される。アンカーコート剤としては、例えば、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂、イソシアネート含有樹脂及びこれらの共重合体等が挙げられる。中でも、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂及びアクリル樹脂の中から選ばれる少なくとも1種類以上の樹脂と、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂及びイソシアネート基含有樹脂の中から選ばれる少なくとも1種類以上の樹脂とを組み合わせたものが好ましい。なお、アンカーコート剤は、1種を用いてもよく、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。 An anchor coat agent layer (anchor coat layer) may be formed on the plastic film substrate in order to improve adhesion to the inorganic barrier layer. Usually, the anchor coat layer is formed by applying an anchor coat agent. Examples of the anchor coating agent include polyester resins, urethane resins, acrylic resins, oxazoline group-containing resins, carbodiimide group-containing resins, epoxy group-containing resins, isocyanate-containing resins, and copolymers thereof. Among them, at least one resin selected from polyester resins, urethane resins and acrylic resins, and at least one resin selected from oxazoline group-containing resins, carbodiimide group-containing resins, epoxy group-containing resins and isocyanate group-containing resins. What combined the above resin is preferable. In addition, an anchor coat agent may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
アンカーコート層の厚さは、通常0.005μm以上、好ましくは0.01μm以上であり、通常5μm以下、好ましくは1μm以下である。この範囲の上限値以下の厚さであれば滑り性が良好であり、アンカーコート層自体の内部応力によるプラスチックフィルム基材からの剥離もほとんどない。また、この範囲の下限値以上の厚さであれば、均一な厚さを保つことができ好ましい。 The thickness of the anchor coat layer is usually 0.005 μm or more, preferably 0.01 μm or more, and usually 5 μm or less, preferably 1 μm or less. If the thickness is less than or equal to the upper limit of this range, the slipperiness is good, and there is almost no peeling from the plastic film substrate due to the internal stress of the anchor coat layer itself. Moreover, if it is the thickness more than the lower limit of this range, a uniform thickness can be maintained and it is preferable.
また、プラスチックフィルム基材へのアンカーコート剤の塗布性及び接着性を改良するため、アンカーコート剤の塗布前に、プラスチックフィルム基材に通常の化学処理、放電処理等の表面処理を施してもよい。 In addition, in order to improve the applicability and adhesion of the anchor coating agent to the plastic film substrate, the plastic film substrate may be subjected to a surface treatment such as normal chemical treatment or electric discharge treatment before application of the anchor coating agent. Good.
(無機バリア層)
無機バリア層は通常は金属酸化物、窒化物若しくは酸化窒化物により形成される層である。なお、無機バリア層を形成する金属酸化物、窒化物及び酸化窒化物として、1種を単独で用いてもよいし、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。
(Inorganic barrier layer)
The inorganic barrier layer is usually a layer formed of a metal oxide, nitride or oxynitride. In addition, 1 type may be used individually as a metal oxide, nitride, and oxynitride which form an inorganic barrier layer, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
金属酸化物としては、例えば、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、インジウム、ニッケル、スズ、亜鉛、チタン、銅、セリウム又はタンタル等の酸化物が挙げられる。中でも、高いバリア性と高透明性とを両立させるために、酸化アルミニウム又は酸化ケイ素を含むことが好ましく、特に水分の透過性、光線透過性の観点から、酸化ケイ素を含むことが好ましい。各々の金属原子と酸素原子との比率も任意であるが、無機バリア層の透明度を向上させ、着色を防ぐためには、酸素原子の比率が酸化物の化学量論的な比率から極端に少なくないことが望ましい。一方、無機バリア層の緻密性を向上させバリア性を高くするためには、酸素原子を少なくすることが望ましい。この観点から、例えば金属酸化物としてSiOxを用いる場合にはxの値は1.5以上1.8以下であることが特に好ましい。また、例えば金属酸化物としてAlOxを用いる場合にはxの値は1.0以上1.4以下であることが特に好ましい。 Examples of the metal oxide include oxides such as silicon, aluminum, magnesium, indium, nickel, tin, zinc, titanium, copper, cerium, and tantalum. Among these, in order to achieve both high barrier properties and high transparency, it is preferable to include aluminum oxide or silicon oxide, and it is particularly preferable to include silicon oxide from the viewpoint of moisture permeability and light transmittance. The ratio of each metal atom and oxygen atom is also arbitrary, but in order to improve the transparency of the inorganic barrier layer and prevent coloration, the oxygen atom ratio is extremely small from the stoichiometric ratio of the oxide. It is desirable. On the other hand, in order to improve the denseness of the inorganic barrier layer and increase the barrier property, it is desirable to reduce oxygen atoms. From this viewpoint, for example, when SiO x is used as the metal oxide, the value of x is particularly preferably 1.5 or more and 1.8 or less. For example, when AlO x is used as the metal oxide, the value of x is particularly preferably 1.0 or more and 1.4 or less.
また、2種以上の金属酸化物により無機バリア層を構成する場合、金属酸化物としては酸化アルミニウム及び酸化ケイ素を含むことが望ましい。無機バリア層が酸化アルミニウム及び酸化ケイ素からなる場合、無機バリア層中のアルミニウムとケイ素との比率は任意に設定することができるが、ケイ素/アルミニウムの比率は、通常1/9以上、好ましくは2/8以上であり、また、通常9/1以下、好ましくは2/8以下である。 Moreover, when an inorganic barrier layer is comprised with 2 or more types of metal oxides, as a metal oxide, it is desirable to contain aluminum oxide and silicon oxide. When the inorganic barrier layer is made of aluminum oxide and silicon oxide, the ratio of aluminum to silicon in the inorganic barrier layer can be arbitrarily set, but the ratio of silicon / aluminum is usually 1/9 or more, preferably 2 / 8 or more, and usually 9/1 or less, preferably 2/8 or less.
無機バリア層の厚みを厚くするとバリア性が高まる傾向にあるが、曲げた際にクラックを生じにくくし、割れを防ぐためには、厚みを薄くすることが望ましい。そこで無機バリア層の適正な厚みとしては、通常5nm以上、好ましくは10nm以上であり、また、通常1000nm以下、好ましくは200nm以下である。 When the thickness of the inorganic barrier layer is increased, the barrier property tends to be increased. However, it is desirable to reduce the thickness in order to prevent cracking and prevent cracking when bent. Therefore, the appropriate thickness of the inorganic barrier layer is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and is usually 1000 nm or less, preferably 200 nm or less.
無機バリア層の成膜方法に制限は無いが、一般的にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法等で行うことができる。例えばスパッタリング法では1種類のあるいは複数の金属ターゲットと酸素ガスを原料とし、プラズマを用いた反応性スパッタ方式で形成することができる。 Although there is no restriction | limiting in the film-forming method of an inorganic barrier layer, Generally, it can carry out by sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method, plasma CVD method etc. For example, the sputtering method can be formed by a reactive sputtering method using plasma using one or more metal targets and oxygen gas as raw materials.
(ポリマー層)
ポリマー層にはいずれのポリマーでも使用することができ、例えば真空チャンバー内で成膜できるものも用いることができる。なお、ポリマー層を構成するポリマーとして、1種のポリマーを用いてもよく、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。
(Polymer layer)
Any polymer can be used for the polymer layer, and for example, a film that can be formed in a vacuum chamber can be used. In addition, as a polymer which comprises a polymer layer, 1 type of polymer may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and ratios.
ポリマーを与える化合物としては多種多様なものを用いることができるが、例えば以下の(i)〜(vii)のようなものが例示される。なお、モノマーとして1種の化合物を用いてもよく、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。 A wide variety of compounds can be used as the polymer-providing compound, and examples include the following (i) to (vii). In addition, 1 type of compounds may be used as a monomer and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
(i)例えばヘキサメチルジシロキサン等のシロキサンが挙げられる。ヘキサメチルジシロキサンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、RF電極を用いた平行平板型のプラズマ装置にヘキサメチルジシロキサンを蒸気として導入し、プラズマ中で重合反応を起こさせ、プラスチックフィルム基材上に堆積させることでポリマー層をポリシロキサン薄膜として形成できる。 (I) Examples include siloxanes such as hexamethyldisiloxane. An example of a method for forming a polymer layer in the case of using hexamethyldisiloxane is to introduce hexamethyldisiloxane as a vapor into a parallel plate type plasma apparatus using an RF electrode, to cause a polymerization reaction in the plasma, The polymer layer can be formed as a polysiloxane thin film by being deposited on a plastic film substrate.
(ii)例えばジパラキシリレン等のパラキシリレンが挙げられる。ジパラキシリレンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、まず高真空中でジパラキシリレンの蒸気を650℃以上700℃以下で加熱することで熱分解させて熱ラジカルを発生させる。そして、そのラジカルモノマー蒸気をチャンバー内に導いて、プラスチックフィルム基材へ吸着させると同時に、ラジカル重合反応を進行させてポリパラキシリレンを堆積させることでポリマー層を形成できる。 (Ii) Examples include paraxylylene such as diparaxylylene. As an example of a method for forming a polymer layer in the case of using diparaxylylene, first, a vapor of diparaxylylene is heated at 650 ° C. or more and 700 ° C. or less in a high vacuum to generate thermal radicals. Then, the radical monomer vapor is introduced into the chamber and adsorbed to the plastic film substrate, and at the same time, the polymer layer can be formed by causing the radical polymerization reaction to proceed and depositing polyparaxylylene.
(iii)例えば二種のモノマーを交互に繰り返し付加重合させることができるモノマーが挙げられる。これにより得られるポリマーは重付加ポリマーである。重付加ポリマーとしては、例えば、ポリウレタン(ジイソシアナート/グリコール)、ポリ尿素(ジイソシアナート/ジアミン)、ポリチオ尿素(ジチオイソシアナート/ジアミン)、ポリチオエーテルウレタン(ビスエチレンウレタン/ジチオール)、ポリイミン(ビスエポキシ/第一アミン)、ポリペプチドアミド(ビスアゾラクトン/ジアミン)又はポリアミド(ジオレフィン/ジアミド)等が挙げられる。 (Iii) For example, a monomer capable of alternately repeating addition polymerization of two kinds of monomers can be mentioned. The polymer thus obtained is a polyaddition polymer. Examples of the polyaddition polymer include polyurethane (diisocyanate / glycol), polyurea (diisocyanate / diamine), polythiourea (dithioisocyanate / diamine), polythioether urethane (bisethyleneurethane / dithiol), polyimine ( Bisepoxy / primary amine), polypeptide amide (bisazolactone / diamine) or polyamide (diolefin / diamide).
(iv)例えばアクリレートモノマーが挙げられる。アクリレートモノマーには単官能、2官能又は多官能のアクリレートモノマーがあるが、いずれを用いてもよい。ただし、適切な蒸発速度、硬化度及び/又は硬化速度等を得るために、アクリレートモノマーを2種以上組み合わせて併用することが好ましい。また、単官能アクリレートモノマーとしては、例えば脂肪族アクリレートモノマー、脂環式アクリレートモノマー、エーテル系アクリレートモノマー、環状エーテル系アクリレートモノマー、芳香族系アクリレートモノマー、水酸基含有アクリレートモノマー又はカルボキシ基含有アクリレートモノマー等があるが、いずれも用いることができる。 (Iv) Examples include acrylate monomers. The acrylate monomer includes monofunctional, bifunctional or polyfunctional acrylate monomers, and any of them may be used. However, it is preferable to use two or more acrylate monomers in combination in order to obtain an appropriate evaporation rate, degree of cure, and / or cure rate. Examples of monofunctional acrylate monomers include aliphatic acrylate monomers, alicyclic acrylate monomers, ether acrylate monomers, cyclic ether acrylate monomers, aromatic acrylate monomers, hydroxyl group-containing acrylate monomers, or carboxy group-containing acrylate monomers. There are, but any can be used.
(v)例えばエポキシ系やオキセタン系等の、光カチオン硬化ポリマーが得られるモノマーが挙げられる。エポキシ系モノマーとしては、例えば、脂環式エポキシ系モノマー、2官能性モノマー又は多官能性オリゴマー等が挙げられる。また、オキセタン系モノマーとしては、例えば、単官能オキセタン、2官能オキセタン又はシルセスキオキサン構造を有するオキセタン等が挙げられる。 (V) Monomers capable of obtaining a photocationically cured polymer, such as epoxy and oxetane, are exemplified. As an epoxy-type monomer, an alicyclic epoxy-type monomer, a bifunctional monomer, or a polyfunctional oligomer etc. are mentioned, for example. Examples of the oxetane-based monomer include monofunctional oxetane, bifunctional oxetane, and oxetane having a silsesquioxane structure.
(vi)例えば酢酸ビニルが挙げられる。モノマーとして酢酸ビニルを用いると、その重合体をケン化することでポリビニルアルコールが得られ、このポリビニルアルコールをポリマーとして使用できる。 (Vi) An example is vinyl acetate. When vinyl acetate is used as a monomer, polyvinyl alcohol is obtained by saponifying the polymer, and this polyvinyl alcohol can be used as a polymer.
(vii)例えば、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、無水マレイン酸又は無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸等が挙げられる。これらは、エチレンとの共重合体を構成させ、この共重合体をポリマーとして使用できる。さらに、これらの混合物、あるいはグリシジルエーテル化合物を混合した混合物、さらにはエポキシ化合物との混合物もポリマーとして用いることができる。 (Vii) Examples thereof include unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, fumaric acid, maleic acid, itaconic acid, monomethyl maleate, monoethyl maleate, maleic anhydride or itaconic anhydride. These constitute a copolymer with ethylene, and the copolymer can be used as a polymer. Furthermore, a mixture thereof, a mixture obtained by mixing glycidyl ether compounds, and a mixture with an epoxy compound can also be used as the polymer.
上述のモノマーを重合してポリマーを生成させる際、モノマーの重合方法に制限は無い。ただし、通常は、モノマーを含む組成物を塗布又は蒸着して成膜した後で重合を行うようにする。重合方法の例を挙げると、熱重合開始剤を用いたときはヒーター等による接触加熱又は赤外線若しくはマイクロ波等の放射加熱等により重合を開始させる。また、光重合開始剤を用いたときは活性エネルギー線を照射して重合を開始させる。活性エネルギー線を照射する場合には様々な光源を使用することができ、例えば、水銀アークランプ、キセノンアークランプ、蛍光ランプ、炭素アークランプ、タングステンーハロゲン輻射ランプ又は日光による照射光等を用いることができる。また、電子線照射や大気圧プラズマ処理を行うこともできる。 There is no restriction | limiting in the polymerization method of a monomer, when polymerizing the above-mentioned monomer and producing | generating a polymer. However, the polymerization is usually carried out after a composition containing a monomer is applied or vapor deposited to form a film. As an example of the polymerization method, when a thermal polymerization initiator is used, the polymerization is started by contact heating with a heater or the like, or radiation heating such as infrared rays or microwaves. Moreover, when a photoinitiator is used, an active energy ray is irradiated and polymerization is started. Various light sources can be used when irradiating active energy rays, such as mercury arc lamps, xenon arc lamps, fluorescent lamps, carbon arc lamps, tungsten-halogen radiation lamps, or irradiation light from sunlight. Can do. Further, electron beam irradiation or atmospheric pressure plasma treatment can also be performed.
ポリマー層の形成方法としては、例えば、塗布法、真空成膜法等が挙げられる。塗布法でポリマー層を形成する場合、塗布方法としては例えば、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。また、ポリマー層形成用の塗布液をミスト状として塗布してもよい。この場合の液滴の平均粒径は適切な範囲に調整すればよく、例えば重合性モノマーを含有する塗布液をミスト状としてプラスチックフィルム基材上に成膜して形成する場合には、液滴の平均粒径は通常5μm以下、好ましくは1μm以下である。他方、真空成膜法でポリマー層を形成する場合、例えば、蒸着やプラズマCVD等の成膜方法が挙げられる。 Examples of the method for forming the polymer layer include a coating method and a vacuum film forming method. When the polymer layer is formed by a coating method, examples of the coating method include spin coating method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method, air knife coating method, wire barber coating method, pipe Examples include a doctor method, an impregnation / coating method, or a curtain coating method. Moreover, you may apply | coat the coating liquid for polymer layer formation as mist form. In this case, the average particle diameter of the droplets may be adjusted to an appropriate range. For example, when forming a coating liquid containing a polymerizable monomer as a mist on a plastic film substrate, the droplets The average particle size of is usually 5 μm or less, preferably 1 μm or less. On the other hand, when forming a polymer layer by a vacuum film-forming method, film-forming methods, such as vapor deposition and plasma CVD, are mentioned, for example.
ポリマー層の厚みについては特に限定はないが、通常10nm以上であり、また、通常5000nm以下、好ましくは2000nm以下、より好ましくは1000nm以下である。ポリマー層の厚みを厚くすることで、厚みの均一性が得やすくなり無機バリア層の構造欠陥を効率よくポリマー層で埋めることができ、バリア性が向上する傾向にある。また、ポリマー層の厚みを薄くする事で、曲げ等の外力によりポリマー層自身がクラックを発生しにくくなるためバリア性が向上しうる。 The thickness of the polymer layer is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, and is usually 5000 nm or less, preferably 2000 nm or less, more preferably 1000 nm or less. By increasing the thickness of the polymer layer, the uniformity of the thickness can be easily obtained, and structural defects of the inorganic barrier layer can be efficiently filled with the polymer layer, and the barrier property tends to be improved. In addition, by reducing the thickness of the polymer layer, the barrier property can be improved because the polymer layer itself is less likely to crack due to an external force such as bending.
中でも好適なガスバリアフィルム3としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)或いはポリエチレンナフタレート(PEN)等の基材フィルムにSiOxを真空蒸着したフィルム等が挙げられる。 Particularly suitable gas barrier film 3 includes, for example, a film obtained by vacuum-depositing SiO x on a base film such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate (PEN).
なお、ガスバリアフィルム3は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ガスバリアフィルム3は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。 In addition, the gas barrier film 3 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. The gas barrier film 3 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.
ガスバリアフィルム3の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることでガスバリア性が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。 The thickness of the gas barrier film 3 is not particularly defined, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and is usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase gas barrier properties, and decreasing the thickness tends to increase flexibility and improve visible light transmittance.
ガスバリアフィルム3は、太陽電池素子6を被覆して湿気及び酸素から保護できればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子6の正面(受光面側の面。図2では下側の面)及び背面(受光面とは反対側の面。図2では上側の面)を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池14においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いためである。本実施形態ではガスバリアフィルム3が太陽電池素子6の正面を覆い、後述するガスバリアフィルム9が太陽電池素子6の背面を覆うようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。 As long as the gas barrier film 3 covers the solar cell element 6 and can be protected from moisture and oxygen, the formation position is not limited. However, the front surface of the solar cell element 6 (surface on the light receiving surface side, lower surface in FIG. 2) and It is preferable to cover the back surface (the surface opposite to the light receiving surface; the upper surface in FIG. 2). This is because the front and back surfaces of the thin film solar cell 14 are often formed in a larger area than the other surfaces. In this embodiment, the gas barrier film 3 covers the front surface of the solar cell element 6, and a gas barrier film 9 described later covers the back surface of the solar cell element 6. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet in which a fluororesin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. Good.
[ゲッター材フィルム4]
ゲッター材フィルム4は水分及び/又は酸素を吸収するフィルムである。太陽電池素子6の構成部品のなかには上述のように水分で劣化するものがあり、また、酸素によって劣化するものもある。そこで、ゲッター材フィルム4で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を水分及び/又は酸素から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。
[Getter material film 4]
The getter material film 4 is a film that absorbs moisture and / or oxygen. Some components of the solar cell element 6 are deteriorated by moisture as described above, and some are deteriorated by oxygen. Therefore, by covering the solar cell element 6 with the getter material film 4, the solar cell element 6 and the like are protected from moisture and / or oxygen, and the power generation capacity is kept high.
ここで、ゲッター材フィルム4は前記のようなガスバリアフィルム3とは異なり、水分の透過を妨げるものではなく、水分を吸収するものである。水分を吸収するフィルムを用いることにより、ガスバリアフィルム3等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間に僅かに浸入する水分をゲッター材フィルム4が捕捉して水分による太陽電池素子6への影響を排除できる。 Here, unlike the gas barrier film 3 as described above, the getter material film 4 does not prevent moisture permeation but absorbs moisture. By using a film that absorbs moisture, the getter material film 4 captures moisture that slightly enters the space formed by the gas barrier films 3 and 9 when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier film 3 or the like. The influence of moisture on the solar cell element 6 can be eliminated.
ゲッター材フィルム4の水分吸収能力の程度は、通常0.1mg/cm2以上、好ましくは0.5mg/cm2以上、より好ましくは1mg/cm2以上である。この数値が高いほど水分吸収能力が高く太陽電池素子6の劣化を抑制しうる。また、上限に制限は無いが、通常10mg/cm2以下である。 The degree of water absorption capacity of the getter material film 4 is usually 0.1 mg / cm 2 or more, preferably 0.5 mg / cm 2 or more, more preferably 1 mg / cm 2 or more. The higher this value, the higher the water absorption capacity, and the deterioration of the solar cell element 6 can be suppressed. Moreover, although there is no restriction | limiting in an upper limit, it is usually 10 mg / cm < 2 > or less.
また、ゲッター材フィルム4が酸素を吸収することにより、ガスバリアフィルム3,9等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間に僅かに浸入する酸素をゲッター材フィルム4が捕捉し、酸素による太陽電池素子6への影響を排除できる。 In addition, when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier films 3, 9, etc. by absorbing the oxygen by the getter material film 4, the getter material absorbs oxygen that slightly enters the space formed by the gas barrier films 3, 9. The film 4 is captured and the influence of oxygen on the solar cell element 6 can be eliminated.
さらに、ゲッター材フィルム4は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360以上830nm以下)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。 Furthermore, the getter material film 4 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the light transmittance of visible light (wavelength 360 or more and 830 nm or less) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more, Particularly preferably, it is 90% or more, particularly preferably 95% or more, and particularly preferably 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せされることが多いため、ゲッター材フィルム4も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ゲッター材フィルム4の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時にゲッター材フィルム4が融解・劣化する可能性を低減できる。 Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the getter material film 4 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the getter material film 4 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. Is 300 ° C. or lower. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the getter material film 4 melts and deteriorates when the thin-film solar cell 14 is used.
ゲッター材フィルム4を構成する材料は、水分及び/又は酸素を吸収することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、水分を吸収する物質としてアルカリ金属、アルカリ土類金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物;アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物;シリカゲル、ゼオライト系化合物、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム若しくは硫酸ニッケル等の硫酸塩;又は、アルミニウム金属錯体若しくはアルミニウムオキサイドオクチレート等の有機金属化合物等が挙げられる。具体的には、アルカリ土類金属としては、カルシウム、ストロンチウム又はバリウム等が挙げられる。アルカリ土類金属の酸化物としては、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム又は酸化バリウム等が挙げられる。その他にZr−Al−BaOやアルミニウム金属錯体等も挙げられる。具体的な商品名を挙げると、例えば、OleDry(双葉電子社製)等が挙げられる。 The material constituting the getter material film 4 is arbitrary as long as it can absorb moisture and / or oxygen. Examples of the materials include alkali metal, alkaline earth metal or alkaline earth metal oxides; alkali metal or alkaline earth metal hydroxides; silica gel, zeolite compounds, magnesium sulfate And sulfates such as sodium sulfate or nickel sulfate; or organometallic compounds such as aluminum metal complexes or aluminum oxide octylates. Specifically, examples of the alkaline earth metal include calcium, strontium, and barium. Examples of the alkaline earth metal oxide include calcium oxide, strontium oxide, and barium oxide. In addition, Zr-Al-BaO and aluminum metal complexes are also included. Specific product names include, for example, OleDry (Futaba Electronics).
酸素を吸収する物質としては、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、モレキュラーシーブ、酸化マグネシウム又は酸化鉄等が挙げられる。また鉄、マンガン、亜鉛、及びこれら金属の硫酸塩・塩化物塩・硝酸塩等の無機塩も挙げられる。 Examples of the substance that absorbs oxygen include activated carbon, silica gel, activated alumina, molecular sieve, magnesium oxide, and iron oxide. In addition, iron, manganese, zinc, and inorganic salts such as sulfates, chlorides, and nitrates of these metals are also included.
なお、ゲッター材フィルム4は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ゲッター材フィルム4は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。 In addition, the getter material film 4 may be formed of one type of material or may be formed of two or more types of materials. The getter material film 4 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.
ゲッター材フィルム4の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。 The thickness of the getter material film 4 is not particularly specified, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility.
ゲッター材フィルム4は、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間内であればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子6の正面(受光面側の面。図2では下側の面)及び背面(受光面とは反対側の面。図2では上側の面)を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池14においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いため、これらの面を介して水分及び酸素が浸入する傾向があるからである。この観点から、ゲッター材フィルム4はガスバリアフィルム3と太陽電池素子6との間に設けることが好ましい。本実施形態ではゲッター材フィルム4が太陽電池素子6の正面を覆い、後述するゲッター材フィルム8が太陽電池素子6の背面を覆い、ゲッター材フィルム4,8がそれぞれ太陽電池素子6とガスバリアフィルム3,9との間に位置するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。 The formation position of the getter material film 4 is not limited as long as it is in the space formed by the gas barrier films 3 and 9, but the front surface of the solar cell element 6 (the surface on the light receiving surface side, the lower surface in FIG. 2). And it is preferable to cover the back surface (surface opposite to the light receiving surface; upper surface in FIG. 2). This is because, in the thin film solar cell 14, the front and back surfaces are often formed in a larger area than the other surfaces, and therefore moisture and oxygen tend to enter through these surfaces. From this viewpoint, the getter material film 4 is preferably provided between the gas barrier film 3 and the solar cell element 6. In this embodiment, the getter material film 4 covers the front surface of the solar cell element 6, a getter material film 8 described later covers the back surface of the solar cell element 6, and the getter material films 4 and 8 are respectively the solar cell element 6 and the gas barrier film 3. , 9 are located between them. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet obtained by bonding a fluororesin film on both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. .
ゲッター材フィルム4は吸水剤又は乾燥剤の種類に応じて任意の方法で形成することができるが、例えば、吸水剤又は乾燥剤を分散したフィルムを粘着剤で添付する方法、吸水剤又は乾燥剤の溶液をスピンコート法、インクジェット法又はディスペンサー法等で塗布する方法等を用いることができる。また真空蒸着法やスパッタリング法等の成膜法を使用してもよい。 The getter material film 4 can be formed by any method depending on the type of the water-absorbing agent or desiccant. The method of apply | coating this solution with a spin coat method, the inkjet method, or a dispenser method etc. can be used. Further, a film forming method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method may be used.
吸水剤又は乾燥剤のためのフィルムとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂又はポリカーボネート系樹脂等を用いることができる。中でも、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂又はポリカーボネート系樹脂のフィルムが好ましい。なお、前記樹脂は1種を用いてもよく、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。 As a film for a water absorbing agent or a desiccant, for example, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polyvinyl chloride resin, fluorine resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, or the like can be used. Among these, a film of polyethylene resin, fluorine resin, cyclic polyolefin resin or polycarbonate resin is preferable. In addition, the said resin may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
[封止材5]
封止材5は、太陽電池素子6を補強するフィルムである。太陽電池素子6は薄いため通常は強度が弱く、ひいては薄膜太陽電池の強度が弱くなる傾向があるが、封止材5により強度を高く維持することが可能である。
[Sealing material 5]
The sealing material 5 is a film that reinforces the solar cell element 6. Since the solar cell element 6 is thin, the strength is usually weak, and thus the strength of the thin film solar cell tends to be weak. However, the strength can be maintained high by the sealing material 5.
また、封止材5は、薄膜太陽電池14の強度保持の観点から強度が高いことが好ましい。具体的強度については、封止材5以外の耐候性保護フィルム1やバックシート10の強度とも関係することになり一概には規定しにくいが、薄膜太陽電池14全体が良好な曲げ加工性を有し、折り曲げ部分の剥離を生じないような強度を有するのが望ましい。 Moreover, it is preferable that the sealing material 5 has high strength from the viewpoint of maintaining the strength of the thin-film solar cell 14. The specific strength is related to the strength of the weatherproof protective film 1 other than the sealing material 5 and the strength of the back sheet 10 and is generally difficult to define, but the thin film solar cell 14 as a whole has good bending workability. However, it is desirable to have a strength that does not cause peeling of the bent portion.
また、封止材5は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360以上830nm以下)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。 In addition, the sealing material 5 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the light transmittance of visible light (wavelength 360 or more and 830 nm or less) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more, Particularly preferably, it is 90% or more, particularly preferably 95% or more, and particularly preferably 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、封止材5も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、封止材5の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時に封止材5が融解・劣化する可能性を低減できる。 Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the sealing material 5 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the sealing material 5 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. Is 300 ° C. or lower. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the sealing material 5 melts and deteriorates when the thin film solar cell 14 is used.
封止材5の厚みは特に規定されないが、通常100μm以上、好ましくは150μm以上、より好ましくは200μm以上であり、また、通常700μm以下、好ましくは600μm以下、より好ましくは500μm以下である。厚みを厚くすることで薄膜太陽電池14全体の強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。 The thickness of the sealing material 5 is not particularly defined, but is usually 100 μm or more, preferably 150 μm or more, more preferably 200 μm or more, and usually 700 μm or less, preferably 600 μm or less, more preferably 500 μm or less. Increasing the thickness tends to increase the strength of the thin-film solar cell 14 as a whole, and decreasing the thickness tends to increase flexibility and improve visible light transmittance.
封止材5を構成する材料としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)樹脂組成物をフィルムにしたもの(EVAフィルム)等を用いることができる。EVAフィルムには通常は耐候性の向上のために架橋剤を配合して架橋構造を構成させる。この架橋剤としては、一般に、100℃以上でラジカルを発生する有機過酸化物が用いられる。このような有機過酸化物としては、例えば、2,5−ジメチルヘキサン、2,5−ジハイドロペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン又は3−ジ−t−ブチルペルオキシド等を用いることができる。これらの有機過酸化物の配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下であり、通常1重量部以上である。なお、架橋剤は1種を用いてもよく、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。 As a material which comprises the sealing material 5, what used the ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) resin composition for the film (EVA film) etc. can be used, for example. In order to improve weather resistance, the EVA film is usually blended with a crosslinking agent to form a crosslinked structure. As the crosslinking agent, an organic peroxide that generates radicals at 100 ° C. or higher is generally used. Examples of such organic peroxides include 2,5-dimethylhexane, 2,5-dihydroperoxide, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane, and 3-di- t-Butyl peroxide or the like can be used. The compounding amount of these organic peroxides is usually 5 parts by weight or less, preferably 3 parts by weight or less, and usually 1 part by weight or more with respect to 100 parts by weight of the EVA resin. In addition, 1 type may be used for a crosslinking agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
このEVA樹脂組成物には、接着力向上の目的で、シランカップリング剤を含有させてもよい。この目的に供されるシランカップリング剤としては、例えば、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス−(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン又はβ−(3,4−エトキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等を挙げることができる。これらのシランカップリング剤の配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下、好ましくは2重量部以下であり、通常0.1重量部以上である。なお、シランカップリング剤として1種の化合物を用いてもよく、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。 This EVA resin composition may contain a silane coupling agent for the purpose of improving the adhesive strength. Examples of the silane coupling agent used for this purpose include γ-chloropropyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane, vinyl-tris- (β-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltri Examples thereof include methoxysilane and β- (3,4-ethoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane. The compounding amount of these silane coupling agents is usually 5 parts by weight or less, preferably 2 parts by weight or less, and usually 0.1 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the EVA resin. In addition, 1 type of compounds may be used as a silane coupling agent, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
更に、EVA樹脂のゲル分率を向上させ、耐久性を向上するために、EVA樹脂組成物に架橋助剤を含有させてもよい。この目的に供される架橋助剤としては、例えば、トリアリルイソシアヌレート又はトリアリルイソシアネート等の3官能の架橋助剤等が挙げられる。これらの架橋助剤の配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常10重量部以下、好ましくは5重量部以下であり、また、通常1重量部以上である。なお、架橋助剤として1種の化合物を用いてもよく、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。 Furthermore, in order to improve the gel fraction of the EVA resin and improve the durability, a crosslinking aid may be included in the EVA resin composition. Examples of the crosslinking aid provided for this purpose include trifunctional crosslinking aids such as triallyl isocyanurate or triallyl isocyanate. The amount of these crosslinking aids is usually 10 parts by weight or less, preferably 5 parts by weight or less, and usually 1 part by weight or more with respect to 100 parts by weight of the EVA resin. In addition, 1 type of compounds may be used as a crosslinking adjuvant, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
更に、EVA樹脂の安定性を向上する目的で、EVA樹脂組成物に、例えばヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、p−ベンゾキノン又はメチルヒドロキノン等を含有させてもよい。これらの配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下である。 Furthermore, for the purpose of improving the stability of the EVA resin, the EVA resin composition may contain, for example, hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, p-benzoquinone, or methylhydroquinone. These compounding quantities are normally 5 weight part or less with respect to 100 weight part of EVA resin.
しかし、EVA樹脂の架橋処理には1〜2時間程度の比較的長時間を要するため、薄膜太陽電池14の生産速度及び生産効率を低下させる原因となる場合がある。また、長期間使用の際には、EVA樹脂組成物の分解ガス(酢酸ガス)又はEVA樹脂自体が有する酢酸ビニル基が、太陽電池素子6に悪影響を与えて発電効率が低下させる場合がある。 However, since the EVA resin cross-linking process requires a relatively long time of about 1 to 2 hours, it may cause a reduction in the production rate and production efficiency of the thin-film solar cell 14. In addition, when used for a long time, the decomposition gas (acetic acid gas) of the EVA resin composition or the vinyl acetate group of the EVA resin itself may adversely affect the solar cell element 6 and reduce the power generation efficiency.
そこで、封止材5としては、EVAフィルムの他に、プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体のフィルムを用いることもできる。この共重合体としては、例えば、下記成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物が挙げられる。
・成分1:プロピレン系重合体が、通常0重量部以上、好ましくは10重量部以上であり、また、通常70重量部以下、好ましくは50重量部以下である。
・成分2:軟質プロピレン系共重合体が、30重量部以上、好ましくは50重量部以上であり、また、通常100重量部以下、好ましくは90重量部以下である。
なお、成分1及び成分2の合計量は100重量部である。上記のように、成分1及び成分2が好ましい範囲にあると、封止材5のシートへの成形性が良好であるとともに、得られる封止材5の耐熱性、透明性及び柔軟性が良好となり、薄膜太陽電池14に好適である。
Therefore, as the sealing material 5, in addition to the EVA film, a copolymer film made of a propylene / ethylene / α-olefin copolymer can also be used. As this copolymer, the thermoplastic resin composition with which the following component 1 and the component 2 were mix | blended is mentioned, for example.
Component 1: The propylene polymer is usually 0 part by weight or more, preferably 10 parts by weight or more, and usually 70 parts by weight or less, preferably 50 parts by weight or less.
Component 2: The soft propylene copolymer is 30 parts by weight or more, preferably 50 parts by weight or more, and is usually 100 parts by weight or less, preferably 90 parts by weight or less.
The total amount of component 1 and component 2 is 100 parts by weight. As described above, when component 1 and component 2 are in the preferred ranges, the moldability of the encapsulant 5 into a sheet is good, and the resulting encapsulant 5 has good heat resistance, transparency, and flexibility. Therefore, it is suitable for the thin film solar cell 14.
上記の成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物は、メルトフローレート(ASTM D 1238、230度、荷重2.16kg)が、通常0.0001g/10分以上であり、また、通常1000g/10分以下、好ましくは900g/10分以下、より好ましくは800g/10分以下である。 The thermoplastic resin composition in which the above components 1 and 2 are blended has a melt flow rate (ASTM D 1238, 230 degrees, load 2.16 kg), usually 0.0001 g / 10 min or more. It is 1000 g / 10 min or less, preferably 900 g / 10 min or less, more preferably 800 g / 10 min or less.
成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物の融点は、通常100℃以上、好ましくは110℃以上である。また通常140℃以下、好ましくは135℃以下である。 The melting point of the thermoplastic resin composition containing component 1 and component 2 is usually 100 ° C. or higher, preferably 110 ° C. or higher. Moreover, it is 140 degrees C or less normally, Preferably it is 135 degrees C or less.
また成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物の密度は、0.98g/cm3以下が好ましく、0.95g/cm3以下がより好ましく、0.94g/cm3以下がさらに好ましい。 Density of The thermoplastic resin composition components 1 and 2 is blended is preferably from 0.98 g / cm 3 or less, more preferably 0.95 g / cm 3 or less, more preferably 0.94 g / cm 3 or less .
この封止材5においては、上記成分1及び成分2に、プラスチック等に対する接着促進剤としてカップリング剤を配合することが可能である。カップリング剤としては、シラン系、チタネート系、クロム系の各カップリング剤が好ましく用いられ、特にシラン系のカップリング剤(シランカップリング剤)が好適に用いられる。 In this sealing material 5, it is possible to mix | blend a coupling agent with the said component 1 and component 2 as an adhesion promoter with respect to a plastics. As the coupling agent, silane, titanate, and chromium coupling agents are preferably used, and a silane coupling agent (silane coupling agent) is particularly preferably used.
上記シランカップリング剤としては公知のものを使用することができ、特に制限はないが、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシ−エトキシシラン)、γ−グリシドキシプロピル−トリピルトリ−メトキシシラン又はγ−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。なお、カップリング剤として1種の化合物を用いてもよく、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。また、熱可塑性樹脂組成物(成分1及び成分2の合計量)100重量部に対して、上記シランカップリング剤を通常0.1重量部以上含み、また、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下含むことが望ましい。 As the silane coupling agent, known ones can be used, and are not particularly limited. For example, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris (β-methoxy-ethoxysilane), γ-glycidoxy Examples thereof include propyl-tripyltri-methoxysilane and γ-aminopropyltriethoxysilane. In addition, 1 type of compounds may be used as a coupling agent and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio. The silane coupling agent is usually contained in an amount of 0.1 parts by weight or more and usually 5 parts by weight or less, preferably 3 parts per 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition (total amount of Component 1 and Component 2). It is desirable to contain not more than parts by weight.
また、カップリング剤を、有機過酸化物を用いて、熱可塑性樹脂組成物にグラフト反応させてもよい。この場合、熱可塑性樹脂組成物(成分1及び成分2の合計量)100重量部に対して、上記カップリング剤を0.1重量部以上5重量部以下含むことが望ましい。シラングラフト化された熱可塑性樹脂組成物を用いても、ガラスやプラスチックに対して、シランカップリング剤ブレンドと同等以上の接着性が得られる。 Further, the coupling agent may be grafted to the thermoplastic resin composition using an organic peroxide. In this case, it is desirable to contain 0.1 to 5 parts by weight of the coupling agent with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition (total amount of Component 1 and Component 2). Even when a silane-grafted thermoplastic resin composition is used, the same or better adhesiveness as that of the silane coupling agent blend can be obtained with respect to glass or plastic.
有機過酸化物を用いる場合、有機過酸化物は、熱可塑性樹脂組成物(成分1及び成分2の合計量)100重量部に対して、通常0.001重量部以上、好ましくは0.01重量部以上であり、また、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下である。 When the organic peroxide is used, the organic peroxide is usually 0.001 part by weight or more, preferably 0.01 part by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition (total amount of Component 1 and Component 2). The amount is usually 5 parts by weight or less, preferably 3 parts by weight or less.
また、封止材5としてエチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体を用いることもできる。この共重合体としては、下記に示す成分A及び成分Bからなる封止材用樹脂組成物と基材とを積層してなる、ホットタック性が5℃以上25℃以下のラミネートフィルムが例示される。
・成分A:エチレン系樹脂。
・成分B:以下の(a)〜(d)の性状を有するエチレンとα−オレフィンとの共重合体。
(a)密度が0.86g/cm3以上0.935g/cm3以下。
(b)メルトフローレート(MFR)が1g/10分以上、50g/10分以下。
(c)温度上昇溶離分別(TREF)によって得られる溶出曲線のピークが1つであり、かつこのピーク温度が100℃以下である。
(d)温度上昇溶離分別(TREF)による積分溶出量が、90℃のとき90%以上である。
Further, a copolymer made of an ethylene / α-olefin copolymer can be used as the sealing material 5. As this copolymer, a laminate film having a hot tack property of 5 ° C. or more and 25 ° C. or less, which is formed by laminating a base material and a resin composition for a sealing material comprising the following components A and B, is exemplified. The
Component A: ethylene resin.
Component B: a copolymer of ethylene and an α-olefin having the following properties (a) to (d).
(A) Density is 0.86 g / cm 3 or more and 0.935 g / cm 3 or less.
(B) Melt flow rate (MFR) is 1 g / 10 min or more and 50 g / 10 min or less.
(C) There is one peak in the elution curve obtained by temperature rising elution fractionation (TREF), and this peak temperature is 100 ° C. or lower.
(D) The integrated elution amount by temperature rising elution fractionation (TREF) is 90% or more at 90 ° C.
成分Aと成分Bとの配合割合(成分A/成分B)は、重量比で、通常50/50以上、好ましくは55/45以上、より好ましくは60/40以上であり、また、通常99/1以下、好ましくは90/10以下、より好ましくは85/15以下である。成分Bの配合量を多くすることで透明性やヒートシール性が高まる傾向にあり、成分Bの配合量を少なくすることでフィルムの作業性が高まる傾向にある。 The blending ratio (component A / component B) of component A and component B is usually 50/50 or more, preferably 55/45 or more, more preferably 60/40 or more, and usually 99 / 1 or less, preferably 90/10 or less, more preferably 85/15 or less. Increasing the amount of component B tends to increase transparency and heat sealability, and decreasing the amount of component B tends to increase the workability of the film.
成分Aと成分Bを配合して生成される封止材用樹脂組成物のメルトフローレート(MFR)は、通常2g/10分以上、好ましくは3g/10分以上であり、通常50g/10分以下、好ましくは40g/10分以下である。なおMFRの測定と評価は、JIS K7210(190℃、2.16kg荷重)に準拠する方法によって実施することができる。 The melt flow rate (MFR) of the resin composition for a sealing material produced by blending component A and component B is usually 2 g / 10 minutes or more, preferably 3 g / 10 minutes or more, and usually 50 g / 10 minutes. Hereinafter, it is preferably 40 g / 10 min or less. In addition, the measurement and evaluation of MFR can be implemented by the method based on JISK7210 (190 degreeC, 2.16kg load).
封止材用樹脂組成物の融点は、好ましくは50℃以上、より好ましくは55℃以上であり、また、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、さらに好ましくは200℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時に融解・劣化する可能性を低減できる。 The melting point of the encapsulant resin composition is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 55 ° C. or higher, and is usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower. By increasing the melting point, the possibility of melting and deterioration during use of the thin-film solar cell 14 can be reduced.
封止材用樹脂組成物の密度は、0.80g/cm3以上が好ましく、0.85g/cm3以上がより好ましく、また、0.98g/cm3以下が好ましく、0.95g/cm3以下がより好ましく、0.94g/cm3以下がさらに好ましい。なお、密度の測定と評価は、JIS K7112に準拠する方法によって実施することができる。 The density of the resin composition for a sealing material is preferably 0.80 g / cm 3 or more, more preferably 0.85 g / cm 3 or more, and preferably 0.98 g / cm 3 or less, 0.95 g / cm 3. The following is more preferable, and 0.94 g / cm 3 or less is more preferable. The measurement and evaluation of density can be performed by a method based on JIS K7112.
さらに、エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた封止材5において、前記プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた場合と同様に、カップリング剤を用いることが可能である。 Further, in the encapsulant 5 using the ethylene / α-olefin copolymer, a coupling agent can be used as in the case of using the propylene / ethylene / α-olefin copolymer.
上述した封止材5は、材料由来の分解ガスを発生することがないため、太陽電池素子6への悪影響がなく、良好な耐熱性、機械強度、柔軟性(太陽電池封止性)及び透明性を有する。また、材料の架橋工程を必要としないため、シート成形時及び薄膜太陽電池14の製造時間が大きく短縮できるとともに、使用後の薄膜太陽電池14のリサイクルも容易となる。 Since the sealing material 5 described above does not generate a decomposition gas derived from the material, there is no adverse effect on the solar cell element 6, and good heat resistance, mechanical strength, flexibility (solar cell sealing property) and transparency. Have sex. In addition, since a material cross-linking step is not required, the manufacturing time of the thin film solar cell 14 during sheet molding can be greatly shortened, and the thin film solar cell 14 after use can be easily recycled.
なお、封止材5は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、封止材5は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。 In addition, the sealing material 5 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Moreover, although the sealing material 5 may be formed with the single layer film, the laminated | multilayer film provided with the film of 2 or more layers may be sufficient as it.
封止材5の厚みは、通常2μm以上、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上であり、また、通常500μm以下、好ましくは300μm以下、より好ましくは100μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた光線透過率が高まる傾向にある。 The thickness of the sealing material 5 is usually 2 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 500 μm or less, preferably 300 μm or less, more preferably 100 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility and light transmittance.
封止材5を設ける位置に制限は無いが、通常は太陽電池素子6を挟み込むように設ける。太陽電池素子6を確実に保護するためである。本実施形態では、太陽電池素子6の正面及び背面にそれぞれ封止材5及び封止材7を設けるようにしている。 Although there is no restriction | limiting in the position which provides the sealing material 5, Usually, it provides so that the solar cell element 6 may be inserted | pinched. This is for reliably protecting the solar cell element 6. In this embodiment, the sealing material 5 and the sealing material 7 are provided on the front surface and the back surface of the solar cell element 6, respectively.
[太陽電池素子6]
太陽電池素子6としては、前述の本発明に係る光電変換素子を用いることができる。
[Solar cell element 6]
As the solar cell element 6, the above-described photoelectric conversion element according to the present invention can be used.
・太陽電池素子同士の接続
太陽電池素子6は、1個の薄膜太陽電池14あたり1個だけを設けてもよいが、通常は1個の薄膜太陽電池14あたり2個以上の太陽電池素子6を設ける。具体的な太陽電池素子6の個数は任意に設定すればよい。太陽電池素子6を複数設ける場合、太陽電池素子6はアレイ状に並べて設けられていることが多い。
-Connection between solar cell elements Only one solar cell element 6 may be provided per one thin film solar cell 14, but usually two or more solar cell elements 6 are provided per one thin film solar cell 14. Provide. The specific number of solar cell elements 6 may be set arbitrarily. When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are often arranged in an array.
太陽電池素子6を複数設ける場合、通常は、太陽電池素子6同士は電気的に接続され、接続された一群の太陽電池素子6から生じた電気を端子(図示せず)から取り出すようになっていて、この際、電圧を高めるため通常は太陽電池素子は直列に接続される。 When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are usually electrically connected to each other, and electricity generated from the connected group of solar cell elements 6 is taken out from a terminal (not shown). At this time, the solar cell elements are usually connected in series in order to increase the voltage.
このように太陽電池素子6同士を接続する場合には、太陽電池素子6間の距離は小さいことが好ましく、ひいては、太陽電池素子6と太陽電池素子6との間の隙間は狭いことが好ましい。太陽電池素子6の受光面積を広くして受光量を増加させ、薄膜太陽電池14の発電量を増加させるためである。 Thus, when connecting the solar cell elements 6, it is preferable that the distance between the solar cell elements 6 is small, and the clearance between the solar cell element 6 and the solar cell element 6 is preferably narrow. This is because the light receiving area of the solar cell element 6 is widened to increase the amount of received light, and the amount of power generated by the thin film solar cell 14 is increased.
[封止材7]
封止材7は、上述した封止材5と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は封止材7と同様のものを同様に用いることができる。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[Encapsulant 7]
The sealing material 7 is a film similar to the sealing material 5 described above, and the same material as the sealing material 7 can be used in the same manner except that the arrangement position is different. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.
[ゲッター材フィルム8]
ゲッター材フィルム8は、上述したゲッター材フィルム4と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はゲッター材フィルム4と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。また使用する水分あるいは酸素吸収剤をゲッター材フィルム4よりも多く含有するフィルムを用いることも可能となる。このような吸収剤としては、水分吸収剤として酸化カルシウム、酸化バリウム又はZr−Al−BaO等が挙げられ、酸素の吸収剤として活性炭やモレキュラーシーブ等が挙げられる。
[Getter material film 8]
The getter material film 8 is the same film as the getter material film 4 described above, and the same material as the getter material film 4 can be used as necessary, except for the arrangement position. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used. It is also possible to use a film containing more water or oxygen absorbent than the getter material film 4. Examples of such absorbents include calcium oxide, barium oxide, Zr-Al-BaO, and the like as moisture absorbents, and activated carbon and molecular sieves as oxygen absorbents.
[ガスバリアフィルム9]
ガスバリアフィルム9は、上述したガスバリアフィルム3と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はガスバリアフィルム9と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[Gas barrier film 9]
The gas barrier film 9 is the same film as the gas barrier film 3 described above, and the same material as the gas barrier film 9 can be used as necessary except that the arrangement position is different. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.
[バックシート10]
バックシート10は、上述した耐候性保護フィルム1と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は耐候性保護フィルム1と同様のものを同様に用いることができる。また、このバックシート10が水及び酸素を透過させ難いものであれば、バックシート10をガスバリア層として機能させることも可能である。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。このため、バックシート10としては、以下に説明するもの(i)〜(iv)を用いることが特に好ましい。
[Backsheet 10]
The back sheet 10 is the same film as the weather-resistant protective film 1 described above, and the same material as the weather-resistant protective film 1 can be used in the same manner except that the arrangement position is different. In addition, if the back sheet 10 is difficult to permeate water and oxygen, the back sheet 10 can also function as a gas barrier layer. Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used. For this reason, it is particularly preferable to use the following (i) to (iv) as the backsheet 10.
(i)バックシート10としては、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性及び/又は耐光性に優れた各種の樹脂のフィルム又はシートを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリルースチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のシートを使用することができる。これらの樹脂のシートの中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のシートを使用することが好ましい。なお、これらは1種を用いてもよく、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。 (I) As the back sheet 10, it is possible to use various resin films or sheets having excellent strength and weather resistance, heat resistance, water resistance and / or light resistance. For example, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polyvinyl chloride resin, fluorine Resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, various polyamide resins such as nylon, polyimide resin, polyamideimide resin, polyaryl phthalate resin , Silicone resin, polysulfone resin, polyphenylene sulfide resin, polyethersulfone resin, polyurethane resin, acetal resin, cellulose resin or other resin It can be used. Among these resin sheets, it is preferable to use a fluorine resin, a cyclic polyolefin resin, a polycarbonate resin, a poly (meth) acrylic resin, a polyamide resin, or a polyester resin sheet. In addition, these may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(ii)バックシート10としては、金属薄膜を用いることもできる。例えば、腐蝕防止したアルミニウム金属箔、ステンレス製薄膜等が挙げられる。なお、1種の金属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。 (Ii) As the back sheet 10, a metal thin film can also be used. For example, corrosion-resistant aluminum metal foil, stainless steel thin film, and the like can be mentioned. In addition, only 1 type of metal may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
(iii)バックシート10としては、例えばアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着した防水性の高いシートを用いてもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、一フッ化エチレン(商品名:テドラー、デュポン社製)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー(ETFE)、フッ化ビニリデン系樹脂(PVDF)又はフッ化ビニル系樹脂(PVF)等が挙げられる。なお、1種のフッ素系樹脂を用いてもよく、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。 (Iii) As the back sheet 10, for example, a highly waterproof sheet in which a fluorine resin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil may be used. Examples of the fluorine-based resin include ethylene monofluoride (trade name: Tedlar, manufactured by DuPont), polytetrafluoroethylene (PTFE), a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene or propylene (ETFE), and a vinylidene fluoride resin. (PVDF) or vinyl fluoride resin (PVF). In addition, 1 type of fluororesin may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and ratios.
(iv)バックシート10としては、例えば、基材フィルムの片面又は両面に、無機酸化物の蒸着膜を設け、更に、上記の無機酸化物の蒸着膜を設けた基材フィルムの両面に、耐熱性のポリプロピレン系樹脂フィルムを積層したものを用いてもよい。なお、通常は、基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、ラミネート用接着剤で張り合わせることで積層する。無機酸化物の蒸着膜を設けることで、水分及び/又は酸素等の侵入を防止する防湿性に優れたバックシート10として使用できる。 (Iv) As the back sheet 10, for example, an inorganic oxide vapor-deposited film is provided on one side or both sides of the base film, and furthermore, the base film provided with the inorganic oxide vapor-deposited film has heat resistance on both sides. What laminated | stacked the property polypropylene-type resin film may be used. Usually, when a polypropylene resin film is laminated on the base film, the lamination is performed by laminating with a laminating adhesive. By providing an inorganic oxide vapor-deposited film, it can be used as a back sheet 10 having excellent moisture resistance that prevents intrusion of moisture and / or oxygen.
・基材フィルム
基材フィルムとしては、基本的には、無機酸化物の蒸着膜等との密接着性に優れ、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性に優れた各種の樹脂のフィルムを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のフィルムを使用することができる。中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のフィルムを使用することが好ましい。
・ Base film Basically, the base film is excellent in close adhesion with inorganic oxide vapor deposition film, etc., excellent in strength, weather resistance, heat resistance, water resistance and light resistance. Resin films can be used. For example, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polyvinyl chloride resin, fluorine Resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, various polyamide resins such as nylon, polyimide resin, polyamideimide resin, polyaryl phthalate resin , Silicone resins, polysulfone resins, polyphenylene sulfide resins, polyethersulfone resins, polyurethane resins, acetal resins, cellulose resins, and other resins. It is possible to use the beam. Among these, it is preferable to use a film of a fluorine resin, a cyclic polyolefin resin, a polycarbonate resin, a poly (meth) acrylic resin, a polyamide resin, or a polyester resin.
上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ化ビニリデン系樹脂(PVDF)又はフッ化ビニル系樹脂(PVF)等のフッ素系樹脂のフィルムを使用することがより好ましい。更に、このフッ素系樹脂のフィルムの中でも、特に、ポリフッ化ビニル系樹脂(PVF)又はテトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー(ETFE)からなるフッ素系樹脂のフィルムが、強度等の観点から特に好ましい。なお、1種の樹脂を用いてもよく、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。 Among the various resin films as described above, for example, a fluororesin film such as polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene fluoride resin (PVDF), or vinyl fluoride resin (PVF) is used. It is more preferable. Further, among these fluororesin films, in particular, a fluororesin film made of polyvinyl fluoride resin (PVF) or a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene or propylene (ETFE) is particularly preferable from the viewpoint of strength and the like. preferable. In addition, 1 type of resin may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
また、上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、シクロペンタジエン及びその誘導体又はシクロヘキサジエン及びその誘導体等の環状ポリオレフィン系樹脂のフィルムを使用することもより好ましい。 Of the various resin films as described above, it is more preferable to use a film of a cyclic polyolefin resin such as cyclopentadiene and a derivative thereof or cyclohexadiene and a derivative thereof.
基材フィルムの膜厚としては、通常12μm以上、好ましくは20μm以上であり、また、通常300μm以下、好ましくは200μm以下である。 The film thickness of the base film is usually 12 μm or more, preferably 20 μm or more, and is usually 300 μm or less, preferably 200 μm or less.
・無機酸化物の蒸着膜
無機酸化物の蒸着膜としては、基本的に金属の酸化物を蒸着した薄膜であれば使用可能である。例えば、ケイ素(Si)やアルミニウム(Al)の酸化物の蒸着膜を使用することができる。この際、酸化ケイ素としては例えばSiOx(x=1.0以上2.0以下)を用いることができ、酸化アルミニウムとしては例えばAlOx(x=0.5以上1.5以下)を用いることができる。なお、使用する金属及び無機酸化物の種類は1種でもよく、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。
-Vapor deposition film of an inorganic oxide As a vapor deposition film of an inorganic oxide, basically any thin film on which a metal oxide is deposited can be used. For example, a deposited film of an oxide of silicon (Si) or aluminum (Al) can be used. At this time, for example, SiO x (x = 1.0 or more and 2.0 or less) can be used as silicon oxide, and AlO x (x = 0.5 or more and 1.5 or less) can be used as aluminum oxide, for example. Can do. In addition, the kind of metal and inorganic oxide to be used may be 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
無機酸化物の蒸着膜の膜厚としては、通常50Å以上、好ましくは100Å以上であり、また、通常4000Å以下、好ましくは1000Å以下である。 The film thickness of the inorganic oxide vapor deposition film is usually 50 mm or more, preferably 100 mm or more, and is usually 4000 mm or less, preferably 1000 mm or less.
蒸着膜の作製方法としては、プラズマ化学気相成長法、熱化学気相成長法、光化学気相成長法等の化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition法、CVD法)等を用いることができる。具体例を挙げると、基材フィルムの一方の面に、有機ケイ素化合物等の蒸着用モノマーガスを原料とし、キャリヤーガスとして、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを使用し、更に、酸素供給ガスとして、酸素ガス等を使用し、低温プラズマ発生装置等を利用する低温プラズマ化学気相成長法を用いて酸化ケイ素等の無機酸化物の蒸着膜を形成することができる。 As a method for forming the deposited film, a chemical vapor deposition method (chemical vapor deposition method, CVD method) such as a plasma chemical vapor deposition method, a thermal chemical vapor deposition method, or a photochemical vapor deposition method can be used. To give a specific example, on one surface of the substrate film, a monomer gas for vapor deposition such as an organosilicon compound is used as a raw material, an inert gas such as argon gas or helium gas is used as a carrier gas, and oxygen is supplied. An oxygen oxide vapor or the like can be used as a gas, and a vapor deposition film of an inorganic oxide such as silicon oxide can be formed by a low temperature plasma chemical vapor deposition method using a low temperature plasma generator or the like.
・ポリプロピレン系樹脂フィルム
ポリプロピレン系樹脂としては、例えば、プロピレンの単独重合体又はプロピレンと他のモノマー(例えばα−オレフィン等)との共重合体を使用することができる。また、ポリプロピレン系樹脂としては、アイソタクチック重合体を用いることもできる。
-Polypropylene-type resin film As a polypropylene-type resin, the homopolymer of propylene or the copolymer of propylene and another monomer (for example, alpha-olefin etc.) can be used, for example. Moreover, an isotactic polymer can also be used as a polypropylene resin.
ポリプロピレン系樹脂の融点は通常164℃以上であり、一方、通常170℃以下である。ポリプロピレン系樹脂の比重は通常0.90以上であり、一方、通常0.91以下である。ポリプロピレン系樹脂の分子量は通常10万以上であり、一方、通常20万以下である。 The melting point of the polypropylene resin is usually 164 ° C or higher, and is usually 170 ° C or lower. The specific gravity of the polypropylene resin is usually 0.90 or more, and usually 0.91 or less. The molecular weight of the polypropylene resin is usually 100,000 or more, and usually 200,000 or less.
ポリプロピレン系樹脂は、その結晶性により性質が大きく支配されるが、アイソタクチックの高いポリマーは、引っ張り強さ、衝撃強度に優れ、耐熱性、耐屈曲疲労強度を良好であり、かつ、加工性は極めて良好なものである。 Polypropylene resins are largely controlled by their crystallinity, but high isotactic polymers have excellent tensile strength and impact strength, good heat resistance and bending fatigue strength, and workability. Is very good.
・接着剤
基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、通常はラミネート用接着剤を用いる。これにより、基材フィルムとポリプロピレン系樹脂フィルムとはラミネート用接着剤層を介して積層されることになる。
-Adhesive When laminating a polypropylene resin film on a base film, an adhesive for laminating is usually used. Thereby, a base film and a polypropylene resin film are laminated | stacked via the adhesive bond layer for lamination.
ラミネート用接着剤層を構成する接着剤としては、例えば、ポリ酢酸ビニル系接着剤、ポリアクリル酸エステル系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エチレン共重合体系接着剤、セルロース系接着剤、ポリエステル系接着剤、ポリアミド系接着剤、ポリイミド系接着剤、アミノ樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリウレタン系接着剤、反応型(メタ)アクリル系接着剤又はシリコーン系接着剤等が挙げられる。なお、接着剤は1種を用いてもよく、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。 Examples of the adhesive constituting the adhesive layer for laminating include, for example, a polyvinyl acetate adhesive, a polyacrylate adhesive, a cyanoacrylate adhesive, an ethylene copolymer adhesive, a cellulose adhesive, and a polyester adhesive. Adhesives, polyamide adhesives, polyimide adhesives, amino resin adhesives, phenol resin adhesives, epoxy adhesives, polyurethane adhesives, reactive (meth) acrylic adhesives, silicone adhesives, etc. Is mentioned. In addition, 1 type may be used for an adhesive agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
上記の接着剤の組成系は、水性型、溶液型、エマルジョン型又は分散型等のいずれの組成物形態でもよい。また、その性状は、フィルム・シート状、粉末状、固形状等のいずれの形態でもよい。さらに、接着機構については、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型又は熱圧型等のいずれの形態でもよいものである。 The composition system of the adhesive may be any composition form such as an aqueous type, a solution type, an emulsion type, or a dispersion type. Further, the property may be any of film / sheet, powder, solid and the like. Furthermore, the bonding mechanism may be any form such as a chemical reaction type, a solvent volatilization type, a hot melt type, or a hot pressure type.
上記の接着剤は、例えば、スピンコート法、ロールコート法、グラビアロールコート法、キスコート法又はその他等のコート法あるいは印刷法等によって施すことができる。そのコーティング量としては、乾燥状態で通常0.1g/m2以上が望ましく、一方、通常10g/m2以下が望ましい。 The above adhesive can be applied by, for example, a coating method such as a spin coating method, a roll coating method, a gravure roll coating method, a kiss coating method, or the like, or a printing method. The coating amount is usually preferably 0.1 g / m 2 or more in a dry state, and usually 10 g / m 2 or less.
[寸法等]
本実施形態の薄膜太陽電池14は、通常、膜状の薄い部材である。このように膜状の部材として薄膜太陽電池14を形成することにより、薄膜太陽電池14を建材、自動車又はインテリア等に容易に設置できるようになっている。薄膜太陽電池14は、軽く、割れにくく、従って安全性の高い太陽電池が得られ、また曲面にも適用可能であるため更に多くの用途に使用しうる。薄くて軽いため輸送や保管等流通面でも好ましい。更に、膜状であるためロールトゥロール式の製造が可能であり大幅なコストカットが可能である。
[Dimensions]
The thin film solar cell 14 of the present embodiment is usually a thin film member. Thus, by forming the thin film solar cell 14 as a film-like member, the thin film solar cell 14 can be easily installed in a building material, an automobile, an interior, or the like. The thin-film solar cell 14 is light and difficult to break, and thus a highly safe solar cell can be obtained and can be applied to a curved surface, so that it can be used for more applications. Since it is thin and light, it is preferable in terms of distribution such as transportation and storage. Furthermore, since it is in the form of a film, it can be manufactured in a roll-to-roll manner, and a significant cost cut can be achieved.
薄膜太陽電池14の具体的な寸法に制限は無いが、その厚みは、通常300μm以上、好ましくは500μm以上、より好ましくは700μm以上であり、また、通常3000μm以下、好ましくは2000μm以下、より好ましくは1500μm以下である。 Although there is no restriction | limiting in the specific dimension of the thin film solar cell 14, The thickness is 300 micrometers or more normally, Preferably it is 500 micrometers or more, More preferably, it is 700 micrometers or more, Moreover, it is 3000 micrometers or less normally, Preferably it is 2000 micrometers or less, More preferably. It is 1500 micrometers or less.
[製造方法]
本実施形態の薄膜太陽電池14の製造方法に制限は無いが、例えば、耐候性保護フィルム1とバックシート10との間に、1個又は2個以上の太陽電池素子6を直列又は並列接続したものを、紫外線カットフィルム2、ガスバリアフィルム3,9、ゲッター材フィルム4,8及び封止材5,7と共に一般的な真空ラミネート装置でラミネートすることで製造できる。この際、加熱温度は通常130℃以上、好ましくは140℃以上であり、通常180℃以下、好ましくは170℃以下である。また、加熱時間は通常10分以上、好ましくは20分以上であり、通常100分以下、好ましくは90分以下である。圧力は通常0.001MPa以上、好ましくは0.01MPa以上であり、通常0.2MPa以下、好ましくは0.1MPa以下である。圧力をこの範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材5、7がはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。
[Production method]
Although there is no restriction | limiting in the manufacturing method of the thin film solar cell 14 of this embodiment, For example, between the weather-resistant protective film 1 and the back sheet | seat 10, the 1 or 2 or more solar cell element 6 was connected in series or in parallel. The product can be manufactured by laminating with a general vacuum laminating apparatus together with the ultraviolet cut film 2, the gas barrier films 3, 9, the getter material films 4, 8 and the sealing materials 5, 7. At this time, the heating temperature is usually 130 ° C. or higher, preferably 140 ° C. or higher, and is usually 180 ° C. or lower, preferably 170 ° C. or lower. The heating time is usually 10 minutes or longer, preferably 20 minutes or longer, usually 100 minutes or shorter, preferably 90 minutes or shorter. The pressure is usually 0.001 MPa or more, preferably 0.01 MPa or more, and usually 0.2 MPa or less, preferably 0.1 MPa or less. By setting the pressure within this range, sealing can be reliably performed, and the sealing materials 5 and 7 from the end can be prevented from protruding or reduced in film thickness due to over-pressurization, thereby ensuring dimensional stability.
[用途]
上述した薄膜太陽電池14の用途に制限はなく任意である。例えば、薄膜太陽電池14を太陽電池モジュールとして用いることができる。太陽電池モジュールとは、図3に模式的に示すように、何らかの基材12上に薄膜太陽電池14を設けた太陽電池モジュール13である。太陽電池モジュール13は、これを使用場所に設置して用いればよい。具体例を挙げると、基材12として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けて太陽電池モジュール13として太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。
[Usage]
There is no restriction | limiting in the use of the thin film solar cell 14 mentioned above, It is arbitrary. For example, the thin film solar cell 14 can be used as a solar cell module. As schematically shown in FIG. 3, the solar cell module is a solar cell module 13 in which a thin film solar cell 14 is provided on a certain base material 12. The solar cell module 13 may be used by installing it at a place of use. As a specific example, when a building material plate is used as the substrate 12, a thin-film solar cell 14 is provided on the surface of the plate to produce a solar cell panel as the solar cell module 13, and this solar cell panel is attached to the outer wall of the building. It can be installed and used.
基材12は太陽電池素子6を支持する支持部材である。基材12を形成する材料としては、例えば、ガラス、サファイア若しくはチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル、ポリエチレン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、若しくはポリノルボルネン等の有機材料;紙若しくは合成紙等の紙材料;又は、ステンレス、チタン若しくはアルミニウム等の金属に絶縁性を付与するために表面をコート若しくはラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。なお、基材の材料として、1種の材料を用いてもよく、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。また、これら有機材料あるいは紙材料に炭素繊維を含ませ、機械的強度を補強させてもよい。 The substrate 12 is a support member that supports the solar cell element 6. Examples of the material for forming the substrate 12 include inorganic materials such as glass, sapphire or titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluorine. Organic materials such as resin film, vinyl chloride, polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, or polynorbornene; paper materials such as paper or synthetic paper; or stainless steel, titanium, or aluminum Examples thereof include composite materials such as those obtained by coating or laminating the surface in order to impart insulating properties to such metals. In addition, 1 type of material may be used as a material of a base material, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio. Moreover, carbon fiber may be included in these organic materials or paper materials to reinforce the mechanical strength.
本発明の薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等が挙げられる。具体例として以下のようなものを挙げることができる。 Examples of fields to which the thin film solar cell of the present invention is applied include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for interiors, solar cells for railways, solar cells for ships, solar cells for airplanes, solar cells for spacecraft. Examples include batteries, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like. Specific examples include the following.
1.建築用途
1.1 ハウス屋根材として太陽電池
基材として屋根用板材等を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルをハウスの屋根の上に設置して使用すればよい。また、基材として瓦を直接用いることもできる。本発明の太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、瓦の曲線に密着させることができるので好適である。
1. Building use 1.1 Solar cell as house roofing material When a roof plate or the like is used as a base material, a thin film solar cell is provided on the surface of the plate material to produce a solar cell panel as a solar cell unit. Just install on the roof of the house. Moreover, a roof tile can also be used directly as a base material. The solar cell of the present invention is suitable because it can be brought into close contact with the roof tiles by taking advantage of its flexibility.
1.2 屋上
本発明の薄膜太陽電池をビルの屋上に取り付けることもできる。基材上に薄膜太陽電池を設けた太陽電池ユニットを用意し、これをビルの屋上に設置することもできる。この時基材とともに防水シートを併用し、防水作用を有するのが望ましい。さらに、本発明の薄膜太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、平面ではない屋根、例えば折半屋根に密着させることもできる。この場合も防水シートを併用するのが望ましい。
1.2 Rooftop The thin-film solar cell of the present invention can also be attached to the rooftop of a building. A solar cell unit in which a thin film solar cell is provided on a base material can be prepared and installed on the roof of a building. At this time, it is desirable to use a waterproof sheet together with the base material to have a waterproof action. Furthermore, taking advantage of the property that the thin film solar cell of the present invention has flexibility, it can be brought into close contact with a roof that is not flat, for example, a folded roof. In this case, it is desirable to use a waterproof sheet in combination.
1.3 トップライト
エントランスや吹き抜け部分に外装として本発明の薄膜太陽電池を用いることもできる。何らかのデザイン処理を施されたエントランス等は曲線が用いられている場合が多く、そのような場合において本発明の薄膜太陽電池の柔軟性が生かされる。またエントランス等ではシースルーである場合があり、このような場合には、有機太陽電池の緑色系の色合いにより、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。
1.3 Toplight The thin film solar cell of the present invention can also be used as an exterior at the entrance or at the atrium. Curves are often used for entrances and the like that have undergone some design processing, and in such a case, the flexibility of the thin film solar cell of the present invention is utilized. In addition, there is a case of see-through in an entrance or the like, and in such a case, a design aesthetics can be obtained in an era when environmental measures are regarded as important due to the green color of the organic solar cell.
1.4 壁
基材として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。また、カーテンウォールに設置することもできる。その他、スパンドレルや方立等への取り付けも可能である。この場合、基材の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。このような基材の例を挙げると、アルポリック(登録商標:三菱樹脂製)等が挙げられる。
1.4 Wall When a building material plate is used as the base material, a thin-film solar cell is provided on the surface of the plate material to produce a solar cell panel as a solar cell unit, and this solar cell panel is installed on the outer wall of the building. Use it. It can also be installed on a curtain wall. In addition, it can be attached to a spandrel or a vertical. In this case, although there is no restriction | limiting in the shape of a base material, Usually, a board | plate material is used. Moreover, what is necessary is just to set the material of a base material, a dimension, etc. arbitrarily according to the use environment. As an example of such a substrate, Alpolic (registered trademark: manufactured by Mitsubishi Plastics) and the like can be mentioned.
1.5 窓
また、本発明の薄膜太陽電池をシースルーの窓に使用することもできる。有機太陽電池の緑色系の色合いにより、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。
1.5 Window The thin-film solar cell of the present invention can also be used for a see-through window. The green color of organic solar cells is suitable because it provides a beautiful design in an era when environmental measures are important.
1.6 その他
その他建築の外装としてひさし、ルーバー、手摺等にも使用できる。このような場合においても、本発明の薄膜太陽電池の柔軟性が、これら用途にとって好適である。
1.6 Others Can be used for eaves, louvers, handrails, etc. as other architectural exteriors. Even in such a case, the flexibility of the thin film solar cell of the present invention is suitable for these applications.
2.内装
本発明の薄膜太陽電池はブラインドのスラットに取り付けることもできる。本発明の薄膜太陽電池は軽量であり、柔軟性に富むことから、このような用途が可能となる。また、内装用窓についても有機太陽電池素子がシースルーである特性を生かし使用することができる。
2. Interior The thin film solar cell of this invention can also be attached to the slat of a blind. Since the thin-film solar cell of the present invention is lightweight and rich in flexibility, such a use is possible. Further, the interior window can also be used taking advantage of the characteristic that the organic solar cell element is see-through.
3.野菜工場
蛍光灯等の照明光を活用する植物工場の設置件数は増えているが、照明に掛かる電気代や光源の交換費用等のために栽培コストを引き下げにくいというのが現状である。そこで本発明の薄膜太陽電池を野菜工場に設置し、LED又は蛍光灯と組み合わせた照明システムを作製することができる。このとき蛍光灯よりも寿命が長いLEDと本発明の太陽電池を組み合わせた照明システムを用いることで、照明に要するコストを現状に比べて30%程度減らせることができるので好適である。また、野菜等を一定温度で輸送するリーファー・コンテナ(reefer container)の屋根や側壁に本発明の太陽電池を用いることもできる。
3. Vegetable factories Although the number of plant factories that utilize illumination light such as fluorescent lamps is increasing, the current situation is that it is difficult to reduce the cultivation cost due to the electricity bill for lighting and the replacement cost of the light source. Then, the thin film solar cell of this invention can be installed in a vegetable factory, and the illumination system combined with LED or the fluorescent lamp can be produced. At this time, it is preferable to use an illumination system that combines an LED having a longer life than a fluorescent lamp and the solar cell of the present invention, because the cost required for illumination can be reduced by about 30% compared to the current situation. Moreover, the solar cell of this invention can also be used for the roof and side wall of the reefer container (reefer container) which conveys vegetables etc. at fixed temperature.
4.道路資材・土木
本発明の薄膜太陽電池は、駐車場の外壁や高速道路の遮音壁や浄水場の外壁等にも用いることができる。
4). Road Material / Civil Engineering The thin film solar cell of the present invention can be used for an outer wall of a parking lot, a sound insulation wall of an expressway, an outer wall of a water purification plant, and the like.
5.自動車
本発明の薄膜太陽電池は、自動車のボンネット、ルーフ、トランクリッド、ドア、フロントフェンダー、リアフェンダー、ピラー、バンパー又はバックミラー等の表面に用いることができる。なおルーフとしてはトラック車輌の荷台のルーフも含まれる。得られた電力は走行用モータ、モータ駆動用バッテリー、電装品及び電装品用バッテリーのいずれに供給することもできる。太陽電池パネルにおける発電状況と、走行用モータ、モータ駆動用バッテリー、電装品及び電装品用バッテリーにおける電力使用状況とに合わせて電力供給先を選択する制御手段を備えることで、得られた電力を適正にかつ効率的に使用することができる。この場合、基材12の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材12の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。このような基材12の例を挙げると、アルポリック(登録商標:三菱樹脂製)等が挙げられる。
5. Automobile The thin film solar cell of the present invention can be used on the surface of an automobile bonnet, roof, trunk lid, door, front fender, rear fender, pillar, bumper or rearview mirror. The roof includes the roof of the truck bed. The obtained electric power can be supplied to any of a traveling motor, a motor driving battery, an electrical component, and an electrical component battery. By providing control means for selecting the power supply destination according to the power generation status in the solar cell panel and the power usage status in the motor for driving, the battery for driving the motor, the electrical component and the battery for electrical component, the obtained power is It can be used properly and efficiently. In this case, although there is no restriction | limiting in the shape of the base material 12, Usually, a board | plate material is used. Moreover, what is necessary is just to set the material of the base material 12, a dimension, etc. arbitrarily according to the use environment. An example of such a substrate 12 is Alpolic (registered trademark: manufactured by Mitsubishi Plastics).
以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の例に限定されるものではない。 Examples The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
<ガラス転移温度(Tg)の測定>
各種フェナントロリン誘導体について、DSC法によりガラス転移温度を測定した。具体的には、約4mgの試料をアルミニウム製試料容器に入れ、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製の示差熱走査熱量分析装置を用いて、N2ガス50ml/min、昇温速度10℃/minの条件で、ガラス転移温度を測定した。測定結果を表1に示す。
<Measurement of glass transition temperature (Tg)>
About various phenanthroline derivatives, the glass transition temperature was measured by DSC method. Specifically, a sample of about 4mg placed in an aluminum sample container, using a differential thermal scanning calorimeter manufactured by SII Nano Technology Inc., N 2 gas 50 ml / min, heating rate 10 ° C. / min Under these conditions, the glass transition temperature was measured. The measurement results are shown in Table 1.
ITO電極がパターニングされたガラス基板上に、正孔取り出し層として、ポリ(3,4)−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォネート水分散液(エイチ・シー・スタルク社製 商品名「CLEVIOSTM PVP AI4083」)をスピンコートにより塗布した後、この基板を120℃のホットプレート上で大気中10分間加熱処理した。正孔取り出し層の膜厚は約30nmであった。
Poly (3,4) -ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonate aqueous dispersion (manufactured by HC Starck Co., Ltd., trade name “CLEVIOS ™ PVP” as a hole extraction layer on a glass substrate on which an ITO electrode is patterned. AI4083 ") was applied by spin coating, and the substrate was heated on a hot plate at 120 ° C for 10 minutes in the air. The film thickness of the hole extraction layer was about 30 nm.
クロロホルム/モノクロロベンゼンの1:2混合溶媒(重量比)に、下記化合物CPを0.5重量%溶解した液を調製し、窒素雰囲気下で濾過した。化合物CPは、特開2003−304014号公報の記載に従って合成した。得られた濾液を、正孔取り出し層上に、窒素雰囲気下で、1500rpmでスピンコートし、180℃で20分間加熱した。加熱によって化合物CPはp型半導体化合物である化合物BPに変換された。こうして正孔取り出し層上に、p型半導体層として、テトラベンゾポルフィリン(化合物BP)の層を形成した。p型半導体層の膜厚は約30nmであった。
クロロホルム/モノクロロベンゼンの1:1混合溶媒(重量比)に、化合物CPを0.6重量%とフラーレン誘導体SIMEF2を1.4重量%溶解した液を調製し、窒素雰囲気下で濾過した。フラーレン誘導体SIMEF2は、特開2011−98906号公報の記載に従って合成した。得られた濾液を、p型半導体層上に、窒素雰囲気下で、1500rpmでスピンコートし、180℃で20分間加熱した。加熱によって化合物CPはp型半導体化合物である化合物BPに変換された。こうしてp型半導体層上にテトラベンゾポルフィリン(化合物BP)とフラーレン誘導体SIMEF2とを含む混合物層(i層)を形成した。
トルエンにフラーレン誘導体SIMEF2を1.2重量%溶解した液を調製し、窒素雰囲気下で濾過した。得られた濾液を、i層上に、窒素雰囲気下、3000rpmでスピンコートし、65℃で5分間加熱した。こうしてi層上に、n型半導体層として、フラーレン誘導体SIMEF2の層を形成した。 A solution in which 1.2% by weight of the fullerene derivative SIMEF2 was dissolved in toluene was prepared and filtered under a nitrogen atmosphere. The obtained filtrate was spin-coated on the i layer at 3000 rpm in a nitrogen atmosphere and heated at 65 ° C. for 5 minutes. Thus, a layer of fullerene derivative SIMEF2 was formed on the i layer as an n-type semiconductor layer.
真空蒸着装置内に配置されたメタルボートに上記フェナントロリン誘導体BUPH1(ルミテック社製)を入れ、加熱して、n型半導体層上に蒸着させた。こうしてn型半導体層上に、電子取り出し層として、フェナントロリン誘導体BUPH1の層を形成した。電子取り出し層の膜厚は5nmであった。 The phenanthroline derivative BUPH1 (manufactured by Lumitec) was placed in a metal boat placed in a vacuum deposition apparatus, heated, and deposited on the n-type semiconductor layer. Thus, a layer of the phenanthroline derivative BUPH1 was formed as an electron extraction layer on the n-type semiconductor layer. The thickness of the electron extraction layer was 5 nm.
さらに、電子取り出し層の上に真空蒸着により厚さ80nmのアルミニウム電極を設けた。その後、120℃で2分間加熱することによって、5mm角の光電変換素子を作製した。 Further, an aluminum electrode having a thickness of 80 nm was provided on the electron extraction layer by vacuum deposition. Then, the 5-mm square photoelectric conversion element was produced by heating at 120 degreeC for 2 minute (s).
作製した光電変換素子について、下記の方法で光電変換効率(%)を測定した(初期値とする)。さらに、作製した光電変換素子をホットプレート上で120℃1分間加熱(アニーリング)してから、下記の方法で光電変換効率(%)を算出した(120℃1分後の値とする)。その後さらに、この光電変換素子をホットプレート上で120℃2分間加熱(アニーリング)してから、下記の方法で光電変換効率(%)を算出した(120℃3分後の値とする)。その後さらに、この光電変換素子を窒素雰囲気下、室温で8週間放置した後に、下記の方法で光電変換効率(%)を算出した(8週間後の値とする)。 About the produced photoelectric conversion element, photoelectric conversion efficiency (%) was measured by the following method (it is set as an initial value). Furthermore, after the produced photoelectric conversion element was heated (annealed) on a hot plate at 120 ° C. for 1 minute, photoelectric conversion efficiency (%) was calculated by the following method (the value after 120 ° C. for 1 minute). Thereafter, the photoelectric conversion element was further heated (annealed) on a hot plate at 120 ° C. for 2 minutes, and the photoelectric conversion efficiency (%) was calculated by the following method (the value after 3 minutes at 120 ° C.). Thereafter, the photoelectric conversion element was allowed to stand at room temperature for 8 weeks in a nitrogen atmosphere, and then the photoelectric conversion efficiency (%) was calculated by the following method (the value after 8 weeks).
光電変換効率の測定は以下のように行った。すなわち、光電変換素子に4mm角のメタルマスクを付け、照射光源としてエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cm2のソーラシミュレータを用い、ソースメーター(ケイスレー社製,2400型)により、ITO電極とアルミニウム電極との間における電流電圧特性を測定した。 The photoelectric conversion efficiency was measured as follows. That is, a 4 mm square metal mask is attached to the photoelectric conversion element, an air mass (AM) 1.5 G as an irradiation light source, a solar simulator with an irradiance of 100 mW / cm 2 , and a source meter (type 2400, manufactured by Keithley, Inc.) The current-voltage characteristics between the electrode and the aluminum electrode were measured.
電流電圧特性の測定により、光電変換素子の開放電圧Voc[V]、短絡電流密度Jsc[mA/cm2]、形状因子FF、及び光電変換効率PCE[%]を求めた。ここで、開放電圧Vocとは電流値=0(mA/cm2)の際の電圧値(V)であり、短絡電流密度Jscとは電圧値=0(V)の際の電流密度(mA/cm2)である。形状因子(FF)とは内部抵抗を表すファクターであり、最大出力点をPmaxとすると次式で表される。
FF = Pmax/(Voc×Jsc)
また、光電変換効率PCEは、入射エネルギーをPinとすると次式で与えられる。
PCE = Pmax/Pin=Voc×Jsc×FF/Pin
The open-circuit voltage Voc [V], short-circuit current density Jsc [mA / cm 2 ], form factor FF, and photoelectric conversion efficiency PCE [%] of the photoelectric conversion element were determined by measuring the current-voltage characteristics. Here, the open circuit voltage Voc is the voltage value (V) when the current value = 0 (mA / cm 2 ), and the short circuit current density Jsc is the current density (mA / mA when the voltage value = 0 (V). cm 2 ). The form factor (FF) is a factor representing the internal resistance, and is represented by the following expression when the maximum output point is Pmax.
FF = Pmax / (Voc × Jsc)
Further, the photoelectric conversion efficiency PCE is given by the following equation when the incident energy is Pin.
PCE = Pmax / Pin = Voc × Jsc × FF / Pin
また、各条件における、初期値に対する光電変換効率の比を維持率(%)とした。
(維持率) = (各条件における光電変換効率)/(初期値)
Moreover, the ratio of the photoelectric conversion efficiency with respect to the initial value in each condition was made into the maintenance rate (%).
(Maintenance rate) = (Photoelectric conversion efficiency under each condition) / (initial value)
各条件における光電変換効率及び維持率を表2に示す。 Table 2 shows the photoelectric conversion efficiency and the maintenance rate under each condition.
<比較例1:Bphenを用いた光電変換素子>
電子取り出し層の材料として、フェナントロリン誘導体BUPH1の代わりに上記化合物Bphen(東京化成工業社製)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、5mm角の光電変換素子を作製し、実施例1と同様に光電変換効率を測定した。各条件における光電変換効率及び維持率を表2に示す。
<Comparative Example 1: Photoelectric conversion element using Bphen>
A 5 mm square photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the compound Bphen (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used instead of the phenanthroline derivative BUPH1 as the material for the electron extraction layer. Similarly, the photoelectric conversion efficiency was measured. Table 2 shows the photoelectric conversion efficiency and the maintenance rate under each condition.
<比較例2:BCPを用いた光電変換素子>
電子取り出し層の材料として、フェナントロリン誘導体BUPH1の代わりに上記化合物BCP(同仁化学研究所製)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、5mm角の光電変換素子を作製し、実施例1と同様に光電変換効率を測定した。各条件における光電変換効率及び維持率を表2に示す。
<Comparative Example 2: Photoelectric conversion element using BCP>
A 5 mm square photoelectric conversion device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the compound BCP (manufactured by Dojindo Laboratories) was used instead of the phenanthroline derivative BUPH1 as the material for the electron extraction layer. Similarly, the photoelectric conversion efficiency was measured. Table 2 shows the photoelectric conversion efficiency and the maintenance rate under each condition.
<比較例3:NBphenを用いた光電変換素子>
電子取り出し層の材料として、フェナントロリン誘導体BUPH1の代わりに上記化合物NBPhen(ルミテック社製)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、5mm角の光電変換素子を作製し、実施例1と同様に光電変換効率を測定した。各条件における光電変換効率及び維持率を表2に示す。
A 5 mm square photoelectric conversion device was prepared in the same manner as in Example 1 except that the above compound NBPhen (manufactured by Lumitech) was used in place of the phenanthroline derivative BUPH1 as the material for the electron extraction layer. The photoelectric conversion efficiency was measured. Table 2 shows the photoelectric conversion efficiency and the maintenance rate under each condition.
以上のように、本発明に係るフェナントロリン誘導体を電子取り出し層の材料として用いた場合、BPhen、BCP、及びNBPhenのような従来用いられているフェナントロリン誘導体を用いる場合と比べて、耐久性が高くなった。具体的には、従来のフェナントロリン誘導体を用いた場合にはアニーリング処理によって光電変換効率が低下したのに比べ、本発明に係るフェナントロリン誘導体を用いた場合にはアニーリング処理によって光電変換効率が向上した。このことは、本発明に係るフェナントロリン誘導体を用いる光電変換素子の耐熱性がより優れていることを示す。また、室温で放置した後にも、本発明に係るフェナントロリン誘導体を用いた光電変換素子は、従来のフェナントロリン誘導体を用いた光電変換素子と比べて光電変換効率が高かった。特に、室温で放置することによる、アニーリング処理前の光電変換効率と比べた光電変換効率の低下、及びアニーリング処理後の光電変換効率と比べた光電変換効率の低下の双方が、本発明に係るフェナントロリン誘導体を用いた光電変換素子はより少なかった。このことは、本発明に係るフェナントロリン誘導体を用いる光電変換素子の耐久性がより優れていることを示す。 As described above, when the phenanthroline derivative according to the present invention is used as the material for the electron extraction layer, the durability is higher than when phenanthroline derivatives conventionally used such as BPhen, BCP, and NBPhen are used. It was. Specifically, when the conventional phenanthroline derivative was used, the photoelectric conversion efficiency was reduced by the annealing treatment, whereas when the phenanthroline derivative according to the present invention was used, the photoelectric conversion efficiency was improved by the annealing treatment. This shows that the heat resistance of the photoelectric conversion element using the phenanthroline derivative according to the present invention is more excellent. Further, even after being left at room temperature, the photoelectric conversion element using the phenanthroline derivative according to the present invention has higher photoelectric conversion efficiency than the photoelectric conversion element using the conventional phenanthroline derivative. In particular, both the decrease in photoelectric conversion efficiency compared to the photoelectric conversion efficiency before annealing treatment and the decrease in photoelectric conversion efficiency compared to the photoelectric conversion efficiency after annealing treatment due to being left at room temperature are both phenanthroline according to the present invention. Fewer photoelectric conversion elements using derivatives were used. This shows that the durability of the photoelectric conversion element using the phenanthroline derivative according to the present invention is more excellent.
1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
101 アノード
102 正孔取り出し層
103 活性層
104 電子取り出し層
105 カソード
106 基板
107 光電変換素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Weather-resistant protective film 2 UV cut film 3,9 Gas barrier film 4,8 Getter material film 5,7 Sealing material 6 Solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Solar cell module 14 Thin film solar cell 101 Anode 102 Hole extraction Layer 103 Active layer 104 Electron extraction layer 105 Cathode 106 Substrate 107 Photoelectric conversion element
Claims (5)
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