JP2021150305A - Photoelectric conversion element, photoelectric conversion module, electronic device, and power supply module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換素子、光電変換モジュール、電子機器、及び電源モジュールに関する。 The present invention relates to photoelectric conversion elements, photoelectric conversion modules, electronic devices, and power supply modules.
近年、光電変換素子を利用する太陽電池は、化石燃料の代替や地球温暖化対策という観点のみならず、電池交換や電源配線等が不要な自立型電源としても、幅広い応用が期待されている。また、自立型電源としての太陽電池は、IoT(Internet of Things)デバイスや人工衛星などで必要される環境発電(エナジーハーベスト)技術の一つとしても、大きな注目を集めている。 In recent years, solar cells using photoelectric conversion elements are expected to be widely applied not only from the viewpoint of replacing fossil fuels and measures against global warming, but also as self-supporting power sources that do not require battery replacement or power supply wiring. In addition, solar cells as a self-sustaining power source are attracting a great deal of attention as one of the energy harvesting technologies required for IoT (Internet of Things) devices and artificial satellites.
太陽電池としては、従来から広く用いられているシリコンなどを用いた無機系太陽電池の他に、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池、ペロブスカイト太陽電池などの有機系太陽電池がある。ペロブスカイト太陽電池は有機溶媒などを含む電解液を用いることなく、従来の印刷手段を用いて製造できるため、安全性の向上及び製造コストの抑制などの点で有利である。 Examples of solar cells include organic solar cells such as dye-sensitized solar cells, organic thin-film solar cells, and perovskite solar cells, in addition to inorganic solar cells using silicon and the like, which have been widely used in the past. Since the perovskite solar cell can be manufactured by using a conventional printing means without using an electrolytic solution containing an organic solvent or the like, it is advantageous in terms of improving safety and suppressing manufacturing cost.
また、有機薄膜太陽電池及びペロブスカイト太陽電池に関して、空間的に分割された複数の光電変換素子を、直列の回路となるように電気的に接続して、出力電圧を大きくすることが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Further, with respect to an organic thin film solar cell and a perovskite solar cell, it is known that a plurality of spatially divided photoelectric conversion elements are electrically connected so as to form a series circuit to increase the output voltage. (See, for example, Patent Document 1).
本発明は、高出力を得ることができる光電変換素子を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element capable of obtaining a high output.
上記の目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
第1の電極、電子輸送層、光電変換層、ホール輸送層、及び第2の電極を有する光電変換素子において、
前記電子輸送層が、電子輸送材料を含有し、
前記電子輸送層が、前記光電変換層側の表面の前記電子輸送材料上に、ホスホン酸化合物、ボロン酸化合物、スルホン酸化合物、ハロゲン化シリル化合物、及びアルコキシシリル化合物の少なくともいずれかの化合物を含有し、
前記光電変換層と前記ホール輸送層の間に、有機塩及び無機塩の少なくともいずれかを含有することを特徴とする光電変換素子。
In order to achieve the above object, the following solutions are adopted in the present invention.
In a photoelectric conversion element having a first electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer, a hole transport layer, and a second electrode,
The electron transport layer contains an electron transport material and
The electron transporting layer contains at least one of a phosphonic acid compound, a boronic acid compound, a sulfonic acid compound, a halogenated silyl compound, and an alkoxysilyl compound on the electron transporting material on the surface of the photoelectric conversion layer side. death,
A photoelectric conversion element comprising at least one of an organic salt and an inorganic salt between the photoelectric conversion layer and the hole transport layer.
本発明によれば、高出力を得ることができる光電変換素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element capable of obtaining a high output.
(光電変換素子)
光電変換素子とは、光エネルギーを電気エネルギーに変換すること又は電気エネルギーを光エネルギーに変換することができる素子を意味し、太陽電池やフォトダイオードなどに応用されている。
本発明における光電変換素子は、第1の電極と、電子輸送層と、光電変換層と、ホール輸送層と、第2の電極とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
(Photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element means an element capable of converting light energy into electric energy or converting electric energy into light energy, and is applied to solar cells, photodiodes, and the like.
The photoelectric conversion element in the present invention has at least a first electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer, a hole transport layer, and a second electrode, and further has other members, if necessary. ..
<第1の電極>
第1の電極としては、その形状、大きさについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<First electrode>
The shape and size of the first electrode are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
第1の電極の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、一層構造であってもよいし、複数の材料を積層する構造であってもよい。 The structure of the first electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, and may be a one-layer structure or a structure in which a plurality of materials are laminated.
第1の電極の材質としては、導電性を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、透明導電性金属酸化物、カーボン、金属などが挙げられる。 The material of the first electrode is not particularly limited as long as it has conductivity, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include transparent conductive metal oxide, carbon, and metal.
透明導電性金属酸化物としては、例えば、インジウム・スズ酸化物(以下、「ITO」と称する)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、「FTO」と称する)、アンチモンドープ酸化スズ(以下、「ATO」と称する)、ニオブドープ酸化スズ(以下、「NTO」と称する)、アルミドープ酸化亜鉛(以下、「AZO」と称する)、インジウム・亜鉛酸化物、ニオブ・チタン酸化物などが挙げられる。
カーボンとしては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレンなどが挙げられる。
金属としては、例えば、金、銀、アルミニウム、ニッケル、インジウム、タンタル、チタンなどが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、透明性が高い透明導電性金属酸化物が好ましく、ITO、FTO、ATO、NTO、AZOがより好ましい。
Examples of the transparent conductive metal oxide include indium tin oxide (hereinafter referred to as “ITO”), fluorine-doped tin oxide (hereinafter referred to as “FTO”), and antimony-doped tin oxide (hereinafter referred to as “ATO”). ), Niobdo-doped tin oxide (hereinafter referred to as "NTO"), aluminum-doped zinc oxide (hereinafter referred to as "AZO"), indium-zinc oxide, niob-titanium oxide and the like.
Examples of carbon include carbon black, carbon nanotubes, graphene, fullerenes and the like.
Examples of the metal include gold, silver, aluminum, nickel, indium, tantalum, titanium and the like.
These may be used alone or in combination of two or more. Among these, a transparent conductive metal oxide having high transparency is preferable, and ITO, FTO, ATO, NTO, and AZO are more preferable.
第1の電極の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5nm以上100μm以下が好ましく、50nm以上10μm以下がより好ましい。なお、第1の電極の材質がカーボンや金属の場合には、第1の電極の平均厚みとしては、透光性を得られる程度の平均厚みにすることが好ましい。 The average thickness of the first electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 5 nm or more and 100 μm or less, and more preferably 50 nm or more and 10 μm or less. When the material of the first electrode is carbon or metal, the average thickness of the first electrode is preferably an average thickness that can obtain translucency.
第1の電極は、スパッタ法、蒸着法、スプレー法等の公知の方法などにより形成することができる。 The first electrode can be formed by a known method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a spray method.
また、第1の電極は、基板上に形成されることが好ましく、予め基板上に第1の電極が形成されている一体化された市販品を用いることができる。
一体化された市販品としては、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス、FTOコート透明プラスチックフィルム、ITOコート透明プラスチックフィルムなどが挙げられる。他の一体化された市販品としては、例えば、酸化スズ若しくは酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、又はメッシュ状やストライプ状等の光が透過できる構造にした金属電極を設けたガラス基板などが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用して混合又は積層したものでもよい。また、電気的抵抗値を下げる目的で、金属リード線などを併用してもよい。
また、一体化された市販品における電極を適宜加工して、後述する光電変換モジュールを作製するために、複数の第1の電極が形成された基板を作製してもよい。
Further, the first electrode is preferably formed on the substrate, and an integrated commercially available product in which the first electrode is formed on the substrate in advance can be used.
Examples of the integrated commercial product include FTO-coated glass, ITO-coated glass, zinc oxide: aluminum-coated glass, FTO-coated transparent plastic film, ITO-coated transparent plastic film, and the like. Other integrated commercial products include, for example, transparent electrodes in which tin oxide or indium oxide is doped with cations or anions having different valences, or metals having a structure such as a mesh or stripe that can transmit light. Examples thereof include a glass substrate provided with electrodes.
These may be used individually by 1 type, or may be mixed or laminated in combination of 2 or more types. Further, a metal lead wire or the like may be used in combination for the purpose of lowering the electrical resistance value.
Further, in order to appropriately process the electrodes in the integrated commercially available product to produce a photoelectric conversion module described later, a substrate on which a plurality of first electrodes are formed may be produced.
金属リード線の材質としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケルなどが挙げられる。
金属リード線は、例えば、蒸着法、スパッタリング法、圧着法などで基板に形成し、その上にITOやFTOの層を設ける、あるいはITOやFTOの上に設けることにより併用することができる。
Examples of the material of the metal lead wire include aluminum, copper, silver, gold, platinum, nickel and the like.
The metal lead wire can be used in combination by forming the metal lead wire on the substrate by, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, a crimping method, etc., and providing an ITO or FTO layer on the substrate, or by providing the metal lead wire on the ITO or FTO.
<電子輸送層>
電子輸送層とは、後述する光電変換層で生成された電子を第1の電極まで輸送する層を意味する。このため、電子輸送層は、第1の電極に隣接して配置されることが好ましい。
<Electron transport layer>
The electron transport layer means a layer that transports electrons generated in the photoelectric conversion layer described later to the first electrode. Therefore, the electron transport layer is preferably arranged adjacent to the first electrode.
電子輸送層としては、その形状、大きさについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。 The shape and size of the electron transport layer are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
また、電子輸送層の構造としては、単層であってもよく、複数の層が積層された多層であってもよい。 Further, the structure of the electron transport layer may be a single layer or a multilayer in which a plurality of layers are laminated.
電子輸送層は、電子輸送材料を含有する。
電子輸送材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、半導体材料が好ましい。
The electron transport layer contains an electron transport material.
The electron transport material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but a semiconductor material is preferable.
半導体材料としては、特に制限はなく、公知のものを用いることができ、例えば、単体半導体、化合物半導体を有する化合物などが挙げられる。
単体半導体としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられる。
化合物半導体としては、例えば、金属のカルコゲニドが挙げられる。
金属のカルコゲニドとしては、例えば、金属酸化物(酸化物半導体)、金属の硫化物、金属のセレン化物、金属のテルル化物などが挙げられる。
金属酸化物(酸化物半導体)としては、例えば、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル等の酸化物が挙げられる。
金属の硫化物としては、例えば、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマス等の硫化物が挙げられる。
金属のセレン化物としては、例えば、カドミウム、鉛等のセレン化物が挙げられる。
金属のテルル化物としては、例えば、カドミウム等のテルル化物が挙げられる。
他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム等のリン化物、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が挙げられる。
これらの中でも、金属酸化物(酸化物半導体)が好ましく、特に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、及び酸化ニオブの少なくともいずれかを含有することがより好ましく、酸化スズを含有することが特に好ましい。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、半導体材料の結晶型としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、単結晶でも多結晶でもよく、非晶質でもよい。
The semiconductor material is not particularly limited, and known materials can be used. Examples thereof include a simple substance semiconductor and a compound having a compound semiconductor.
Examples of the elemental semiconductor include silicon and germanium.
Examples of the compound semiconductor include metallic chalcogenide.
Examples of metal chalcogenides include metal oxides (oxide semiconductors), metal sulfides, metal seleniums, and metal tellurides.
Examples of metal oxides (oxide semiconductors) include oxides such as titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, and tantalum.
Examples of metal sulfides include sulfides such as cadmium, zinc, lead, silver, antimony, and bismuth.
Examples of metal selenium products include selenium products such as cadmium and lead.
Examples of tellurides of metals include tellurides such as cadmium.
Examples of other compound semiconductors include phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, gallium arsenic, copper-indium-selenium and copper-indium-sulfide.
Among these, metal oxides (oxide semiconductors) are preferable, and it is more preferable to contain at least one of titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, and niobide oxide, and it is particularly preferable to contain tin oxide.
These may be used alone or in combination of two or more. The crystal type of the semiconductor material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, and may be single crystal, polycrystalline, or amorphous.
前記電子輸送層は、前記光電変換層側の表面の前記電子輸送材料上に、ホスホン酸化合物、ボロン酸化合物、スルホン酸化合物、ハロゲン化シリル化合物、及びアルコキシシリル化合物の少なくともいずれかの化合物を含有する。前記電子輸送層は、前記光電変換層側の表面の前記電子輸送材料上に、これらの化合物を含有することで、界面の物性を制御することが期待できる。言い換えれば、前記電子輸送層の前記光電変換層側の表面において前記電子輸送材料をこれら化合物で被覆することで、界面抵抗を減少し、電子移動をスムースにすることが期待できる。
これらの化合物は、前記電子輸送材料と結合していてもよい。結合としては、例えば、共有結合、イオン結合などが挙げられる。
The electron transport layer contains at least one compound of a phosphonic acid compound, a boronic acid compound, a sulfonic acid compound, a halogenated silyl compound, and an alkoxysilyl compound on the electron transport material on the surface on the photoelectric conversion layer side. do. The electron transport layer can be expected to control the physical characteristics of the interface by containing these compounds on the electron transport material on the surface of the photoelectric conversion layer side. In other words, by coating the electron transport material on the surface of the electron transport layer on the photoelectric conversion layer side with these compounds, it can be expected that the interfacial resistance is reduced and the electron transfer is smooth.
These compounds may be bound to the electron transport material. Examples of the bond include a covalent bond and an ionic bond.
前記化合物は、ホスホン酸化合物、ボロン酸化合物、スルホン酸化合物、ハロゲン化シリル化合物、及びアルコキシシリル化合物の少なくともいずれかである。
前記化合物は、ペロブスカイト層との相溶性の点から、窒素原子を有することが好ましい。
The compound is at least one of a phosphonic acid compound, a boronic acid compound, a sulfonic acid compound, a halogenated silyl compound, and an alkoxysilyl compound.
The compound preferably has a nitrogen atom from the viewpoint of compatibility with the perovskite layer.
ホスホン化合物としては、ホスホン酸基を含有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体例は後述する。 The phosphon compound is not particularly limited as long as it is a compound containing a phosphonic acid group, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Specific examples will be described later.
ボロン酸化合物としては、ボロン酸基を含有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体例は後述する。 The boronic acid compound is not particularly limited as long as it is a compound containing a boronic acid group, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Specific examples will be described later.
スルホン酸化合物としては、スルホン酸基を含有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体例は後述する。 The sulfonic acid compound is not particularly limited as long as it is a compound containing a sulfonic acid group, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Specific examples will be described later.
ハロゲン化シリル化合物としては、ハロゲン化シリル基を含有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体例は後述する。 The silyl halide compound is not particularly limited as long as it is a compound containing a silyl halide group, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Specific examples will be described later.
アルコキシシリル化合物としては、アルコキシシリル基を含有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。具体例は後述する。 The alkoxysilyl compound is not particularly limited as long as it is a compound containing an alkoxysilyl group, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Specific examples will be described later.
前記化合物の分子量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、100以上500以下が挙げられる。 The molecular weight of the compound is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include 100 or more and 500 or less.
前記化合物は、例えば、下記一般式(1)で表される。
前記化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
電子輸送層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5nm以上1μm以下が好ましく、10nm以上700nm以下がより好ましい。 The average thickness of the electron transport layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 5 nm or more and 1 μm or less, and more preferably 10 nm or more and 700 nm or less.
電子輸送層の光電変換層側の表面は、なるべく平滑であることが好ましい。平滑性を表す一つの指標としてラフネスファクターは小さいほど好ましいが、電子輸送層の平均厚みとの関係から、電子輸送層の光電変換層側のラフネスファクターは、20以下が好ましく、10以下がより好ましい。前記ラフネスファクターの下限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1以上が挙げられる。
ラフネスファクターとは、見かけの表面積に対する実際の表面積の割合のことで、Wenzelのラフネスファクターとも呼ばれている。実際の表面積は、例えば、BET比表面積などを測定することで得ることができ、その値を見かけの表面積で割ればラフネスファクターを求めることができる。
The surface of the electron transport layer on the photoelectric conversion layer side is preferably as smooth as possible. The smaller the roughness factor is preferable as one index indicating smoothness, but the roughness factor on the photoelectric conversion layer side of the electron transport layer is preferably 20 or less, and more preferably 10 or less in relation to the average thickness of the electron transport layer. .. The lower limit of the roughness factor is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, and examples thereof include 1 and more.
The roughness factor is the ratio of the actual surface area to the apparent surface area, and is also called Wenzel's roughness factor. The actual surface area can be obtained by measuring, for example, the BET specific surface area, and the roughness factor can be obtained by dividing the value by the apparent surface area.
電子輸送層における電子輸送材料の薄膜を作製する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真空中で電子輸送材料の薄膜を形成する方法(真空製膜法)、湿式製膜法などが挙げられる。
真空製膜法としては、例えば、スパッタリング法、パルスレーザーデポジッション法(PLD法)、イオンビームスパッタ法、イオンアシスト法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、アトミックレイヤーデポジッション法(ALD法)、化学気相成長法(CVD法)などが挙げられる。
湿式製膜法としては、例えば、ゾル−ゲル法が挙げられる。ゾル−ゲル法は、溶液から、加水分解や重合・縮合などの化学反応を経てゲルを作製し、その後加熱処理によって緻密化を促進させる方法である。ゾル−ゲル法を用いた場合、ゾル溶液の塗布方法としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷などが挙げられる。また、ゾル溶液を塗布した後の加熱処理の際の温度としては、80℃以上が好ましく、100℃以上がより好ましい。
The method for producing the thin film of the electron transport material in the electron transport layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a method of forming a thin film of the electron transport material in vacuum (vacuum film formation). Method), wet film forming method and the like.
Examples of the vacuum film forming method include a sputtering method, a pulse laser deposition method (PLD method), an ion beam sputtering method, an ion assist method, an ion plating method, a vacuum deposition method, an atomic layer deposition method (ALD method), and the like. Examples include a chemical vapor deposition method (CVD method).
Examples of the wet film forming method include a sol-gel method. The sol-gel method is a method in which a gel is prepared from a solution through a chemical reaction such as hydrolysis, polymerization, or condensation, and then heat treatment is performed to promote densification. When the sol-gel method is used, the method for applying the sol solution is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a dip method, a spray method, a wire bar method, a spin coating method, or a roller coating method can be used. The method, the blade coating method, the gravure coating method, and the wet printing method include a letterpress, offset, gravure, intaglio, rubber plate, screen printing, and the like. The temperature during the heat treatment after applying the sol solution is preferably 80 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher.
電子輸送材料上に前記化合物を付与する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電子輸送材料の薄膜上に、前記化合物を含有する溶液を塗布した後に乾燥させる方法が挙げられる。
塗布方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法などが挙げられる。
溶液を塗布した後の乾燥処理の際の温度としては、40℃以上が好ましく、50℃以上がより好ましい。
The method for imparting the compound onto the electron transport material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, after applying the solution containing the compound on the thin film of the electron transport material. Examples include a method of drying.
The coating method is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a dip method, a spray method, a wire bar method, a spin coating method, a roller coating method, a blade coating method, a gravure coating method and the like can be used. Can be mentioned.
The temperature during the drying treatment after the solution is applied is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher.
<光電変換層>
光電変換層としては、光電変換を行う層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ペロブスカイト層、バルクヘテロ接合層などが挙げられる。
<Photoelectric conversion layer>
The photoelectric conversion layer is not particularly limited as long as it is a layer that performs photoelectric conversion, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a perovskite layer and a bulk heterojunction layer.
<<ペロブスカイト層>>
ペロブスカイト層とは、ペロブスカイト化合物を含み、光を吸収して電子輸送層を増感する層を意味する。そのため、ペロブスカイト層は、電子輸送層に隣接して配置されることが好ましい。
<< Perovskite layer >>
The perovskite layer means a layer containing a perovskite compound and absorbing light to sensitize an electron transport layer. Therefore, the perovskite layer is preferably arranged adjacent to the electron transport layer.
ペロブスカイト層としては、その形状、大きさについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。 The shape and size of the perovskite layer are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
ペロブスカイト化合物は、有機化合物と無機化合物の複合物質であり、以下の一般式(2)で表わされる。
XαYβMγ ・・・一般式(2)
上記一般式(2)において、α:β:γの比率は3:1:1であり、β及びγは1より大きい整数を表す。また、例えば、Xはハロゲンイオン、Yはアミノ基を有する有機化合物のイオン、Mは金属イオンなどとすることができる。
The perovskite compound is a composite substance of an organic compound and an inorganic compound, and is represented by the following general formula (2).
X α Y β M γ・ ・ ・ General formula (2)
In the above general formula (2), the ratio of α: β: γ is 3: 1: 1, and β and γ represent integers larger than 1. Further, for example, X can be a halogen ion, Y can be an ion of an organic compound having an amino group, M can be a metal ion, or the like.
上記一般式(2)におけるXとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲンイオンが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The X in the general formula (2) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include halogen ions such as chlorine, bromine and iodine. These may be used alone or in combination of two or more.
上記一般式(2)におけるYとしては、有機カチオンであれば、メチルアミン、エチルアミン、n−ブチルアミン、ホルムアミジンなどのアルキルアミン化合物イオンや、無機のアルカリ金属カチオンとしては、セシウム、カリウム、ルビジウムなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよく、無機アルカリ金属カチオンと有機カチオンとをそれぞれ併用してもよい。また、ハロゲン化鉛−メチルアンモニウムのペロブスカイト化合物の場合、ハロゲンイオンがClのときは、光吸収スペクトルのピークλmaxは約350nm、Brのときは約410nm、Iのときは約540nmと、順に長波長側にシフトするため、利用できるスペクトル幅(バンド域)は異なる。 As Y in the above general formula (2), if it is an organic cation, it is an alkylamine compound ion such as methylamine, ethylamine, n-butylamine, formamidine, and if it is an inorganic alkali metal cation, it is cesium, potassium, rubidium or the like. Can be mentioned. These may be used individually by 1 type, may be used in combination of 2 or more type, and may be used in combination of an inorganic alkali metal cation and an organic cation, respectively. In the case of a perovskite compound of lead-methylammonium halide, when the halogen ion is Cl, the peak λmax of the light absorption spectrum is about 350 nm, when it is Br, it is about 410 nm, and when it is I, it is about 540 nm. Since it shifts to the side, the available spectral width (band range) is different.
上記一般式(2)におけるMとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、鉛、インジウム、アンチモン、スズ、銅、ビスマス等の金属のイオンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The M in the general formula (2) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include metal ions such as lead, indium, antimony, tin, copper and bismuth. These may be used alone or in combination of two or more.
また、ペロブスカイト層は、ハロゲン化金属からなる層と有機カチオン分子が並んだ層が、交互に積層した層状ペロブスカイト構造を示すことが好ましい。 Further, the perovskite layer preferably shows a layered perovskite structure in which a layer made of a metal halide and a layer in which organic cation molecules are arranged are alternately laminated.
ペロブスカイト層を形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ハロゲン化金属及びハロゲン化アルキルアミンやハロゲン化セシウムなどを、溶解又は分散させた溶液を塗布した後に乾燥する方法などが挙げられる。
また、ペロブスカイト層を形成する方法としては、例えば、ハロゲン化金属を溶解又は分散させた溶液を塗布、乾燥した後、ハロゲン化アルキルアミンを溶解させた溶液中に浸して、ペロブスカイト化合物を形成する二段階析出法などが挙げられる。
さらに、ペロブスカイト層を形成する方法としては、例えば、ハロゲン化金属及びハロゲン化アルキルアミンを溶解又は分散した溶液を塗布しながら、ペロブスカイト化合物にとっての貧溶媒(溶解度が小さい溶媒)を加えて結晶を析出させる方法などが挙げられる。 加えて、ペロブスカイト層を形成する方法としては、例えば、メチルアミンなどが充満したガス中において、ハロゲン化金属を蒸着する方法などが挙げられる。
これらの中でも、ハロゲン化金属及びハロゲン化アルキルアミンを溶解又は分散した溶液を塗布しながら、ペロブスカイト化合物にとっての貧溶媒を加えて結晶を析出させる方法が好ましい。
The method for forming the perovskite layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a solution in which a metal halide and an alkylamine halide or cesium halide are dissolved or dispersed is applied. There is a method of drying after the process.
As a method for forming the perovskite layer, for example, a solution in which a metal halide is dissolved or dispersed is applied, dried, and then immersed in a solution in which an alkylamine halide is dissolved to form a perovskite compound. Examples include a stepwise precipitation method.
Further, as a method for forming the perovskite layer, for example, while applying a solution in which a metal halide and an alkylamine halide are dissolved or dispersed, a poor solvent (solvent having low solubility) for the perovskite compound is added to precipitate crystals. There is a method of making it. In addition, as a method for forming the perovskite layer, for example, a method of depositing a metal halide in a gas filled with methylamine or the like can be mentioned.
Among these, a method of precipitating crystals by adding a poor solvent for the perovskite compound while applying a solution in which a metal halide and an alkylamine halide are dissolved or dispersed is preferable.
溶液を塗布する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、浸漬法、スピンコート法、スプレー法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法などが挙げられる。また、溶液を塗布する方法としては、例えば、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中で析出させる方法であってもよい。 The method for applying the solution is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a dipping method, a spin coating method, a spray method, a dip method, a roller method and an air knife method. Further, as a method of applying the solution, for example, a method of precipitating in a supercritical fluid using carbon dioxide or the like may be used.
また、ペロブスカイト層は、増感色素を含んでもよい。
増感色素を含んだペロブスカイト層を形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ペロブスカイト化合物と増感色素を混合する方法、ペロブスカイト層を形成した後で、増感色素を吸着させる方法などが挙げられる。
The perovskite layer may also contain a sensitizing dye.
The method for forming the perovskite layer containing the sensitizing dye is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a method of mixing the perovskite compound and the sensitizing dye, or after forming the perovskite layer. Then, a method of adsorbing the sensitizing dye and the like can be mentioned.
増感色素としては、使用される励起光により光励起される化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
増感色素としては、例えば、金属錯体化合物、クマリン化合物、ポリエン化合物、インドリン化合物、チオフェン化合物、シアニン色素、メロシアニン色素、9−アリールキサンテン化合物、トリアリールメタン化合物、フタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物などが挙げられる。
金属錯体化合物としては、例えば、特表平7−500630号公報、特開平10−233238号公報、特開2000−26487号公報、特開2000−323191号公報、特開2001−59062号公報等に記載の金属錯体化合物などが挙げられる。
クマリン化合物としては、例えば、特開平10−93118号公報、特開2002−164089号公報、特開2004−95450号公報、J.Phys.Chem.C,7224,Vol.111(2007)等に記載のクマリン化合物などが挙げられる。
ポリエン化合物としては、例えば、特開2004−95450号公報、Chem.Commun.,4887(2007)等に記載のポリエン化合物などが挙げられる。
インドリン化合物としては、例えば、特開2003−264010号公報、特開2004−63274号公報、特開2004−115636号公報、特開2004−200068号公報、特開2004−235052号公報、J.Am.Chem.Soc.,12218,Vol.126(2004)、Chem.Commun.,3036(2003)、Angew.Chem.Int.Ed.,1923,Vol.47(2008)等に記載のインドリン化合物などが挙げられる。
チオフェン化合物としては、例えば、J.Am.Chem.Soc.,16701,Vol.128(2006)、J.Am.Chem.Soc.,14256,Vol.128(2006)等に記載のチオフェン化合物などが挙げられる。
シアニン色素としては、例えば、特開平11−86916号公報、特開平11−214730号公報、特開2000−106224号公報、特開2001−76773号公報、特開2003−7359号公報等に記載のシアニン色素などが挙げられる。
メロシアニン色素としては、例えば、特開平11−214731号公報、特開平11−238905号公報、特開2001−52766号公報、特開2001−76775号公報、特開2003−7360号公報等に記載のメロシアニン色素などが挙げられる。
9−アリールキサンテン化合物としては、例えば、特開平10−92477号公報、特開平11−273754号公報、特開平11−273755号公報、特開2003−31273号公報等に記載の9−アリールキサンテン化合物などが挙げられる。
トリアリールメタン化合物としては、例えば、特開平10−93118号公報、特開2003−31273号公報等に記載のトリアリールメタン化合物などが挙げられる。
フタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物としては、例えば、特開平9−199744号公報、特開平10−233238号公報、特開平11−204821号公報、特開平11−265738号公報、J.Phys.Chem.,2342,Vol.91(1987)、J.Phys.Chem.B,6272,Vol.97(1993)、Electroanal.Chem.,31,Vol.537(2002)、特開2006−032260号公報、J.Porphyrins Phthalocyanines,230,Vol.3(1999)、Angew.Chem.Int.Ed.,373,Vol.46(2007)、Langmuir,5436,Vol.24(2008)等に記載のフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物などが挙げられる。
これらの中でも、金属錯体化合物、インドリン化合物、チオフェン化合物、ポルフィリン化合物が好ましい。
The sensitizing dye is not particularly limited as long as it is a compound photoexcited by the excitation light used, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
Examples of the sensitizing dye include a metal complex compound, a coumarin compound, a polyene compound, an indolin compound, a thiophene compound, a cyanine dye, a merocyanine dye, a 9-arylxanthene compound, a triarylmethane compound, a phthalocyanine compound, and a porphyrin compound. ..
Examples of the metal complex compound include JP-A-7-500630, JP-A-10-233238, JP-A-2000-26487, JP-A-2000-323191, JP-A-2001-59062 and the like. Examples thereof include the described metal complex compounds.
Examples of the coumarin compound include JP-A-10-93118, JP-A-2002-164809, JP-A-2004-954450, J. Am. Phys. Chem. C, 7224, Vol. Examples thereof include the coumarin compound described in 111 (2007) and the like.
Examples of the polyene compound include JP-A-2004-95450, Chem. Commun. , 4887 (2007) and the like.
Examples of the indoline compound include JP-A-2003-264010, JP-A-2004-63274, JP-A-2004-115636, JP-A-2004-200068, JP-A-2004-235502, J. Mol. Am. Chem. Soc. , 12218, Vol. 126 (2004), Chem. Commun. , 3036 (2003), Angew. Chem. Int. Ed. , 1923, Vol. Examples thereof include the indoline compound described in 47 (2008) and the like.
Examples of the thiophene compound include J. cerevisiae. Am. Chem. Soc. , 16701, Vol. 128 (2006), J. Mol. Am. Chem. Soc. , 14256, Vol. Examples thereof include the thiophene compound described in 128 (2006) and the like.
Examples of the cyanine dye are described in JP-A-11-86916, JP-A-11-214730, JP-A-2000-106224, JP-A-2001-76773, JP-A-2003-7359, and the like. Cyanine pigment and the like can be mentioned.
Examples of the merocyanine dye are described in JP-A-11-214731, JP-A-11-238905, JP-A-2001-52766, JP-A-2001-76775, JP-A-2003-7360 and the like. Examples include merocyanine pigments.
Examples of the 9-arylxanthene compound include the 9-arylxanthene compounds described in JP-A-10-92477, JP-A-11-273754, JP-A-11-273755, JP-A-2003-31273, and the like. And so on.
Examples of the triarylmethane compound include the triarylmethane compounds described in JP-A-10-93118, JP-A-2003-31273, and the like.
Examples of the phthalocyanine compound and the porphyrin compound include JP-A-9-199744, JP-A-10-233238, JP-A-11-204821, JP-A-11-265738, J. Am. Phys. Chem. , 2342, Vol. 91 (1987), J. Mol. Phys. Chem. B, 6272, Vol. 97 (1993), Electrical. Chem. , 31, Vol. 537 (2002), JP-A-2006-032260, J. Mol. Porphyrins Phthalocyanines, 230, Vol. 3 (1999), Angew. Chem. Int. Ed. , 373, Vol. 46 (2007), Langmuir, 5436, Vol. Examples thereof include the phthalocyanine compound and the porphyrin compound described in 24 (2008) and the like.
Among these, metal complex compounds, indoline compounds, thiophene compounds, and porphyrin compounds are preferable.
<<バルクヘテロ接合層>>
バルクヘテロ接合層は、電子供与性有機材料及び電子求引性有機材料を含有する。
バルクヘテロ接合層においては、電子供与性有機材料(P型有機半導体)及び電子求引性有機材料(N型有機半導体)が混合されていることで、ナノサイズのPN接合であるバルクヘテロ接合が生じる。そうすることにより、接合面で生じる光電荷分離を利用して電流を得ることができる。
<< Bulk Heterojunction Layer >>
The bulk heterojunction layer contains an electron donating organic material and an electron attracting organic material.
In the bulk heterojunction layer, an electron donating organic material (P-type organic semiconductor) and an electron attracting organic material (N-type organic semiconductor) are mixed to produce a bulk heterojunction which is a nano-sized PN junction. By doing so, a current can be obtained by utilizing the photocharge separation that occurs at the junction surface.
<<<電子供与性有機材料(P型有機半導体)>>>
前記P型有機半導体としては、例えば、ポリチオフェン又はその誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、オリゴチオフェン又はその誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン又はその誘導体、ポリフェニレンビニレン又はその誘導体、ポリチエニレンビニレン又はその誘導体、ベンゾジチオフェン誘導体、ジケトピロロピロール誘導体等の共役ポリマーや低分子化合物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<<< Electron-donating organic material (P-type organic semiconductor) >>>
Examples of the P-type organic semiconductor include polythiophene or a derivative thereof, an arylamine derivative, a stilben derivative, oligothiophene or a derivative thereof, a phthalocyanine derivative, porphyrin or a derivative thereof, polyphenylene vinylene or a derivative thereof, polythienylene vinylene or a derivative thereof, and the like. Examples thereof include conjugated polymers such as benzodithiophene derivatives and diketopyrrolopyrrole derivatives and low molecular weight compounds. These may be used alone or in combination of two or more.
これらの中でも、π共役を有する導電性ポリマーであるポリチオフェン又はその誘導体が好ましい。前記ポリチオフェン及びその誘導体は、優れた立体規則性を確保することができ、溶媒への溶解性が比較的高い点で有利である。 Among these, polythiophene, which is a conductive polymer having π-conjugation, or a derivative thereof is preferable. The polythiophene and its derivative are advantageous in that excellent stereoregularity can be ensured and the solubility in a solvent is relatively high.
前記ポリチオフェン及びその誘導体としては、チオフェン骨格を有する化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ポリ−3−ヘキシルチオフェンに代表されるポリアルキルチオフェン、ポリ−3−ヘキシルイソチオナフテン、ポリ−3−オクチルイソチオナフテン、ポリ−3−デシルイソチオナフテン等のポリアルキルイソチオナフテン;ポリエチレンジオキシチオフェンなどが挙げられる。 The polythiophene and its derivative are not particularly limited as long as they are compounds having a thiophene skeleton, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, polyalkylthionaphthenes such as polyalkylthiophene typified by poly-3-hexylthiophene, poly-3-hexylisothionaphthene, poly-3-octylisothionaphthene, and poly-3-decylisothionaphthene; Examples include polyethylene dioxythiophene.
また、近年では、ベンゾジチオフェン、カルバゾール、ベンゾチアジアゾール及びチオフェンからなる共重合体であるPTB7(ポリ({4,8−ビス[(2−エチルヘキシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−2,6−ジイル}{3−フルオロ−2−[(2−エチルヘキシル)カルボニル]チエノ[3,4−b]チオフェネジル}))、PCDTBT(ポリ[N−9’’−ヘプタデカニル−2,7−カルバゾール−アルト−5,5−(4’,7’−ジ−2−チエニル−2’,1’,3’−ベンゾチアジアゾール)])などの誘導体が、優れた光電変換効率を得られる化合物として挙げられる。 In recent years, PTB7 (poly ({4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,] which is a copolymer composed of benzodithiophene, carbazole, benzothiadiazole and thiophene) 5-b'] dithiophene-2,6-diyl} {3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophenezyl})), PCDTBT (poly [N-9'') Derivatives such as -heptadecanyl-2,7-carbazole-alto-5,5- (4', 7'-di-2-thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole)]) are excellent photoelectrics. It is mentioned as a compound which can obtain conversion efficiency.
更に、共役ポリマーだけでなく、電子供与性ユニットと電子吸引性ユニットとを結合させた低分子化合物でも優れた光電変換効率を得られる化合物が知られており、本発明にも用いることができる(例えば、ACSAppl.Mater.Interfaces2014,6,803−810参照)。
前記電子供与性有機材料としての低分子化合物の中でも、下記一般式(A)で示される化合物が好ましい。
Further, not only a conjugate polymer but also a small molecule compound in which an electron donating unit and an electron attracting unit are bonded is known to have excellent photoelectric conversion efficiency, and can be used in the present invention (also used in the present invention). See, for example, ACSApl. Polymer.
Among the small molecule compounds as the electron-donating organic material, the compound represented by the following general formula (A) is preferable.
ただし、前記一般式(A)中、nは、1〜3の整数を表す。
R1は、n−ブチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、及びn−ドデシル基のいずれかを表す。
R2は、炭素数6〜22のアルキル基を有する酸素原子、炭素数6〜22のアルキル基を有する硫黄原子、炭素数6〜22のアルキル基を有する炭素原子、又は下記一般式(B)で表される基を表す。中でも、炭素数6〜20のアルキル基を有する酸素原子、炭素数6〜20のアルキル基を有する硫黄原子、炭素数6〜20のアルキル基を有する炭素原子、又は下記一般式(B)で表される基が好ましい。
However, in the general formula (A), n represents an integer of 1 to 3.
R 1 represents any of an n-butyl group, an n-hexyl group, an n-octyl group, an n-decyl group, and an n-dodecyl group.
R 2 represents an oxygen atom having an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms, a sulfur atom with an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms, carbon atoms having an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms, or the following general formula (B) Represents a group represented by. Among them, an oxygen atom having an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, a sulfur atom having an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, a carbon atom having an alkyl group having 6 to 20 carbon atoms, or a table represented by the following general formula (B). Is preferred.
ただし、前記一般式(B)中、R3及びR4は、水素原子若しくは炭素数6〜12のアルキル基を表す。
R5は、炭素数6〜22の分岐していてもよいアルキル基を表す。中でも、炭素数6〜12の分岐していてもよいアルキル基が好ましい。
However, in the general formula (B), R 3 and R 4 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 6 to 12 carbon atoms.
R 5 represents a branched alkyl group having 6 to 22 carbon atoms. Of these, an alkyl group having 6 to 12 carbon atoms which may be branched is preferable.
前記電子供与性有機材料としての低分子化合物としては、より具体的には、下記一般式(C)で表される化合物が好ましい。 More specifically, as the small molecule compound as the electron-donating organic material, a compound represented by the following general formula (C) is preferable.
ただし、前記一般式(C)中、R3及びR4は、水素原子若しくは炭素数6〜12のアルキル基を表し、水素原子若しくは炭素数6〜10のアルキル基であることが好ましい。
R5は、炭素数6〜22の分岐していてもよいアルキル基を表し、炭素数6〜12の分岐していてもよいアルキル基であることが好ましい。
However, in the general formula (C), R 3 and R 4 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 6 to 12 carbon atoms, and are preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 6 to 10 carbon atoms.
R 5 represents a branched alkyl group having 6 to 22 carbon atoms, and is preferably a branched alkyl group having 6 to 12 carbon atoms.
ここで、前記一般式(C)で表される化合物について、具体例を下記に示すがこれに限定されるものではない。 Here, specific examples of the compound represented by the general formula (C) are shown below, but the present invention is not limited thereto.
<<<電子求引性有機材料(N型有機半導体)>>>
前記電子求引性有機材料としては、例えば、イミド誘導体、フラーレン、フラーレン誘導体などが挙げられる。これらの中でも、電荷分離及び電荷輸送の点から、フラーレン誘導体が好ましい。
<<< Electron-Attractive Organic Material (N-Type Organic Semiconductor) >>>
Examples of the electron-attracting organic material include an imide derivative, a fullerene, and a fullerene derivative. Among these, fullerene derivatives are preferable from the viewpoint of charge separation and charge transport.
前記フラーレン誘導体としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよく、例えば、PC71BM(フェニルC71酪酸メチルエステル、フロンティアカーボン社製)、PC61BM(フェニルC61酪酸メチルエステル、フロンティアカーボン社製)、PC85BM(フェニルC85酪酸メチルエステル、フロンティアカーボン社製)、ICBA(フラーレンインデン2付加体、フロンティアカーボン社製)等が挙げられる。また、この他にも、下記一般式(D)に示すフラロピロリジン系フラーレン誘導体などが挙げられる。
As the fullerene derivative, an appropriately synthesized derivative may be used, or a commercially available product may be used. For example, PC71BM (phenyl C71 butyrate methyl ester, manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.), PC61BM (phenyl C61 butyrate methyl ester) may be used. , Frontier Carbon Co., Ltd.), PC85BM (Phenyl C85 Methyl Butyrate, Frontier Carbon Co., Ltd.), ICBA (
ただし、前記一般式(D)中、Y1及びY2は、同一でも異なっていてもよく、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ルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアラルキル基のいずれかを表す。
なお、Y1とY2が同時に水素原子であることはない。
However, in the general formula (D), Y 1 and Y 2 may be the same or different, and may have a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, and an alkenyl which may have a substituent. It represents any of a group, an alkynyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, and an aralkyl group which may have a substituent.
It should be noted that Y 1 and Y 2 are not hydrogen atoms at the same time.
Arは、置換基を有していてもよいアリール基を表す。
前記アリール基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、アントラリル基、フェナントリル基などが挙げられる。これらの中でも、フェニル基が好ましい。
Ar represents an aryl group which may have a substituent.
Specific examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthralyl group, a phenanthryl group and the like. Among these, a phenyl group is preferable.
Arで表される置換基を有するアリール基の置換基としては、酸素原子を除くことが好ましい。置換基としては、例えば、アリール基、アルキル基、シアノ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基などが挙げられる。
これらの置換基のうちで、アリール基としては、フェニル基等が挙げられる。
アルキル基、及びアルコキシ基のアルキル基部分としては、後述するY1及びY2で表されるアルキル基と同様に例えば炭素数1〜22のアルキル基等が挙げられる。
これらの置換基の数、及び置換位置については、特に限定されないが、例えば、1〜3個の置換基がArで表されるアリール基の任意の位置に存在することができる。
As the substituent of the aryl group having a substituent represented by Ar, it is preferable to remove an oxygen atom. Examples of the substituent include an aryl group, an alkyl group, a cyano group, an alkoxy group, an alkoxycarbonyl group and the like.
Among these substituents, examples of the aryl group include a phenyl group and the like.
Examples of the alkyl group portion of the alkyl group and the alkoxy group include an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, as in the case of the alkyl group represented by Y 1 and Y 2 described later.
The number of these substituents and the substitution position are not particularly limited, but for example, 1 to 3 substituents can be present at any position of the aryl group represented by Ar.
Y1及びY2で表される基のうちで、アルキル基としては、炭素数1〜22のアルキル基が好ましく、炭素数1〜12のアルキル基がより好ましく、炭素数6〜12のアルキル基が特に好ましい。これらのアルキル基は、直鎖状及び分枝鎖状のいずれでもよいが、特に、直鎖状であることが好ましい。
なお、アルキル基には、炭素鎖中に更にS、Oなどの異種元素が1個又は2個以上含まれていてもよい。
Among the groups represented by Y 1 and Y 2 , the alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and an alkyl group having 6 to 12 carbon atoms. Is particularly preferable. These alkyl groups may be linear or branched, but are particularly preferably linear.
The alkyl group may further contain one or two or more different elements such as S and O in the carbon chain.
Y1及びY2で表される基のうちで、アルケニル基としては、炭素数2〜10のアルケニル基が好ましく、特に好ましい具体例としては、ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、イソプロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、1−メチル−2−プロペニル基、1,3−ブタジエニル基等の炭素数2〜4の直鎖状又は分岐鎖状アルケニル基を挙げることができる。 Among the groups represented by Y 1 and Y 2 , the alkenyl group is preferably an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and particularly preferable specific examples are a vinyl group, a 1-propenyl group, an allyl group and an isopropenyl. A linear or branched alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms such as a group, a 1-butenyl group, a 2-butenyl group, a 3-butenyl group, a 1-methyl-2-propenyl group, a 1,3-butadienyl group, etc. Can be mentioned.
Y1及びY2で表される基のうちで、アルキニル基としては、炭素数1〜10のアルキニル基が好ましく、特に好ましい具体例として、エチニル基、1−プロピニル基、2−プロピニル基、1−メチル−2−プロピニル基、1−ブチニル基、2−ブチニル基、3−ブチニル基等の炭素数2〜4の直鎖状又は分岐鎖状アルキニル基などが挙げられる。 Among the groups represented by Y 1 and Y 2 , the alkynyl group preferably has an alkynyl group having 1 to 10 carbon atoms, and as particularly preferable specific examples, an ethynyl group, a 1-propynyl group, a 2-propynyl group, 1 Examples thereof include a linear or branched alkynyl group having 2 to 4 carbon atoms such as a methyl-2-propynyl group, a 1-butynyl group, a 2-butynyl group and a 3-butynyl group.
Y1及びY2で表される基のうちで、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラリル基、フェナントリル基などが挙げられる。 Among the groups represented by Y 1 and Y 2 , examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthralyl group, and a phenanthryl group.
Y1及びY2で表される基のうちで、アラルキル基としては、2−フェニルエチル、ベンジル、1−フェニルエチル、3−フェニルプロピル、4−フェニルブチル等の炭素数7〜20のアラルキル基などが挙げられる。 Among the groups represented by Y 1 and Y 2 , the aralkyl group includes an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms such as 2-phenylethyl, benzyl, 1-phenylethyl, 3-phenylpropyl and 4-phenylbutyl. And so on.
上述のように、Y1及びY2で表される基の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、及びアラルキル基は置換基を有する場合と、置換基を有しない場合を含む。
Y1及びY2で表される基が有することができる置換基としては、例えばアルキル基、アルコキシカルボニル基、ポリエーテル基、アルカノイル基、アミノ基、アミノカルボニ
ル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、基:−CONHCOR’(ただし、式中、R’はアルキル基である)、基:−C(=NR’)−R”(ただし、式中、R’及びR”はアルキル基である)、基:−NR’=CR”R’”(ただし、式中、R’、R”及びR’”はアルキル基である)などが挙げられる。
As described above, the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, and aralkyl group of the groups represented by Y 1 and Y 2 include the case where they have a substituent and the case where they do not have a substituent.
Examples of the substituent that the group represented by Y 1 and Y 2 can have include an alkyl group, an alkoxycarbonyl group, a polyether group, an alkanoyl group, an amino group, an aminocarbonyl group, an alkoxy group, an alkylthio group and a group. -CONHCOR'(where R'is an alkyl group in the formula), group: -C (= NR')-R "(where R'and R" are alkyl groups in the formula), group: -NR'= CR "R'" (where R', R "and R'" are alkyl groups in the formula) and the like.
これらの置換基のうちで、前記ポリエーテル基としては、例えば、式:Y3−(OY4)n−O−で表される基が挙げられる。ここで、Y3はアルキル基等の1価の炭化水素基を表し、Y4は2価の脂肪族炭化水素基を表す。
上記式で表されるポリエーテル基において、−(OY4)n−で表される繰り返し単位の具体例としては、−(OCH2)n−、−(OC2H4)n−、−(OC3H6)n−等のアルコキシ鎖等が挙げられる。これらの繰り返し単位の繰り返し数nは、1〜20が好ましく、1〜5がより好ましい。−(OY4)n−で表される繰り返し単位には、同一の繰り返し単位だけではなく、2種以上の異なる繰り返し単位が含まれていてもよい。上記した繰り返し単位のうちで、−OC2H4−及び−OC3H6−については、直鎖状及び分枝鎖状のいずれであってもよい。
Among these substituents, examples of the polyether group include a group represented by the formula: Y 3- (OY 4 ) n-O-. Here, Y 3 represents a monovalent hydrocarbon group such as an alkyl group, and Y 4 represents a divalent aliphatic hydrocarbon group.
In the polyether group represented by the above formula, specific examples of the repeating unit represented by − (OY 4 ) n − are − (OCH 2 ) n −, − (OC 2 H 4 ) n −, − ( OC 3 H 6 ) Alkoxy chains such as n − and the like can be mentioned. The number of repetitions n of these repeating units is preferably 1 to 20, more preferably 1 to 5. The repeating unit represented by − (OY 4 ) n − may include not only the same repeating unit but also two or more different repeating units. Of the repeating units described above, -OC 2 H 4 - and -OC 3 H 6 - For, may be either straight-chain and branched-chain.
また、前記置換基のうちで、アルキル基と、アルコキシカルボニル基、アルカノイル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、ポリエーテル基、基:−CONHCOR’、基:−C(=NR’)−R”、及び基:−NR’=CR”R’”におけるアルキル基部分(R’、R”)は、前述したアルキル基と同様に、炭素数1〜22のアルキル基が好ましく、炭素数1〜12のアルキル基がより好ましく、炭素数6〜12のアルキル基が特に好ましい。 Further, among the above-mentioned substituents, an alkyl group, an alkoxycarbonyl group, an alkanoyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, a polyether group, a group: -CONHCOR', a group: -C (= NR')-R ", and Group: The alkyl group moiety (R', R ") in -NR'= CR" R'" is preferably an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, and an alkyl having 1 to 12 carbon atoms, similar to the above-mentioned alkyl group. A group is more preferable, and an alkyl group having 6 to 12 carbon atoms is particularly preferable.
前記アミノ基、及びアミノカルボニル基におけるアミノ基部分としては、特に、炭素数1〜20のアルキル基が1個又は2個以上結合したアミノ基が好ましい。 As the amino group portion of the amino group and the aminocarbonyl group, an amino group in which one or two or more alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms are bonded is particularly preferable.
前記一般式(D)で表されるフラーレン誘導体のうちで、好適な性能を有する化合物の例としては、Arが、置換基を有するか、若しくは置換基を有しないフェニル基であって、Y1及びY2のいずれか一方が水素原子であり、他方が、置換基としてアルコキシカルボニル基を有するアルキル基、置換基としてアルコキシ基を有するアルキル基、置換基としてポリエーテル基を有するアルキル基、置換基としてアミノ基を有するアルキル基、又は置換基を有するか若しくは置換基を有しないフェニル基である化合物が挙げられる。 Among the fullerene derivatives represented by the general formula (D), as an example of a compound having suitable performance, Ar is a phenyl group having a substituent or no substituent, and Y 1 One of and Y 2 is a hydrogen atom, and the other is an alkyl group having an alkoxycarbonyl group as a substituent, an alkyl group having an alkoxy group as a substituent, an alkyl group having a polyether group as a substituent, and a substituent. Examples thereof include a compound having an alkyl group having an amino group, or a compound having a substituent or a phenyl group having no substituent.
このような化合物のうちで、特に優れた性能を有する化合物の一例としては、Arが置換基としてフェニル基、シアノ基、アルコキシ基、アルコシキカルボニル基、又はアルキル基を有するか若しくは置換基を有しないフェニル基であって、Y1及びY2のいずれか一方が水素原子であり、他方が、置換基としてアルコキシカルボニル基を有するアルキル基、置換基としてアルコキシ基を有するアルキル基、置換基としてポリエーテル基を有するアルキル基、フェニル基、置換基としてアルキル基を有するフェニル基、置換基としてアルコキシカルボニル基を有するフェニル基、又は置換基としてアルコキシ基を有するフェニル基である化合物が挙げられる。 Among such compounds, as an example of a compound having particularly excellent performance, Ar has a phenyl group, a cyano group, an alkoxy group, an alcoholiccarbonyl group, or an alkyl group as a substituent, or has a substituent. Not a phenyl group, one of Y 1 and Y 2 is a hydrogen atom, the other is an alkyl group having an alkoxycarbonyl group as a substituent, an alkyl group having an alkoxy group as a substituent, and a poly as a substituent. Examples thereof include an alkyl group having an ether group, a phenyl group, a phenyl group having an alkyl group as a substituent, a phenyl group having an alkoxycarbonyl group as a substituent, and a compound having a phenyl group having an alkoxy group as a substituent.
これらの化合物は、ピロリジン骨格上に適度な極性を有する基を含むものであり、自己組織化性が良好であるために、バルクヘテロジャンクション構造の光電変換層を形成する際に、適切な層分離構造を有するバルクヘテロジャンクション構造の光電変換部を形成できる。これにより、電子移動度などが向上して高い変換効率が発現されるものと考えられる。 These compounds contain groups having appropriate polarity on the pyrrolidine skeleton and have good self-assembling properties, so that they have an appropriate layer separation structure when forming a photoelectric conversion layer having a bulk heterojunction structure. It is possible to form a photoelectric conversion part having a bulk heterojunction structure having the above. As a result, it is considered that the electron mobility and the like are improved and high conversion efficiency is exhibited.
最も好ましい化合物としては、Arがフェニル基であり、Y1又はY2のいずれか一方が水素原子であり、他方が無置換のアルキル基(炭素数4〜6のアルキル基)、無置換のフェニル基、1−ナフチル基、又は2−ナフチル基である化合物である。 As the most preferable compound, Ar is a phenyl group, either Y 1 or Y 2 is a hydrogen atom, the other is an unsubstituted alkyl group (alkyl group having 4 to 6 carbon atoms), and an unsubstituted phenyl. A compound that is a group, a 1-naphthyl group, or a 2-naphthyl group.
前記バルクヘテロ接合層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スピンコート塗布、ブレードコート塗布、スリットダイコート塗布、スクリーン印刷塗布、バーコーター塗布、鋳型塗布、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法、スプレー法、真空蒸着法などが挙げられる。これらの中から、厚み制御や配向制御など、作製しようとする有機材料薄膜の特性に応じて適宜選択することができる。 The method for forming the bulk heterojunction layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, spin coating coating, blade coating coating, slit die coating coating, screen printing coating, bar coater coating, and mold coating , Print transfer method, immersion pulling method, inkjet method, spray method, vacuum deposition method and the like. From these, it can be appropriately selected according to the characteristics of the organic material thin film to be produced, such as thickness control and orientation control.
例えば、前記スピンコート塗布を行う場合には、P型有機半導体及びN型有機半導体の濃度が5mg/mL以上40mg/mL以下であることが好ましい。この濃度にすることにより均質な有機材料薄膜を容易に作製することができる。 For example, when the spin coating is applied, the concentrations of the P-type organic semiconductor and the N-type organic semiconductor are preferably 5 mg / mL or more and 40 mg / mL or less. By setting this concentration, a homogeneous organic material thin film can be easily produced.
作製した有機材料薄膜から有機溶媒を除去するため、減圧下又は不活性雰囲気下(窒素やアルゴン雰囲気下)でアニーリング処理を行ってもよい。前記アニーリング処理の温度は、40℃以上300℃以下が好ましく、50℃以上200℃以下がより好ましい。また、前記アニーリング処理を行うことにより、積層した層が界面で互いに浸透して接触する実効面積が増加し、短絡電流を増大させることができる。なお、前記アニーリング処理は、電極の形成後に行ってもよい。 In order to remove the organic solvent from the produced organic material thin film, the annealing treatment may be performed under reduced pressure or under an inert atmosphere (under a nitrogen or argon atmosphere). The temperature of the annealing treatment is preferably 40 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and more preferably 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. Further, by performing the annealing treatment, the effective area in which the laminated layers permeate and contact each other at the interface is increased, and the short-circuit current can be increased. The annealing treatment may be performed after the electrodes are formed.
前記有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、トルエン、キシレン、o−クロロフェノール、アセトン、酢酸エチル、エチレングリコール、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、クロロナフタレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、クロロベンゼン、クロロホルム、オルトジクロロベンゼンが好ましい。 The organic solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, methanol, ethanol, butanol, toluene, xylene, o-chlorophenol, acetone, ethyl acetate, ethylene glycol, tetrahydrofuran, dichloromethane, chloroform, dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, chloronaphthalene, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, Examples thereof include N-methylpyrrolidone and γ-butyrolactone. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, chlorobenzene, chloroform and orthodichlorobenzene are preferable.
また、前記P型有機半導体と前記N型有機半導体の相分離構造制御のために、前記有機溶媒に0.1質量%以上10質量%以下の添加剤を加えてもよい。前記添加剤としては、例えば、ジヨードアルカン(1,8−ジヨードオクタン、1,6−ジヨードヘキサン、1,10−ジヨードデカンなど)、アルカンジチオール(1,8−オクタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、1,10−デカンジチオールなど)、1−クロロナフタレン、ポリジメチルシロキサン誘導体などが挙げられる。 Further, in order to control the phase separation structure of the P-type organic semiconductor and the N-type organic semiconductor, an additive of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less may be added to the organic solvent. Examples of the additive include diiodoalkane (1,8-diiodooctane, 1,6-diiodohexane, 1,10-diiododecane, etc.) and alkanedithiol (1,8-octanedithiol, 1,6--. Hexanedithiol, 1,10-decandithiol, etc.), 1-chloronaphthalene, polydimethylsiloxane derivative and the like.
前記光電変換層の平均厚みは、50nm以上400nm以下が好ましく、60nm以上250nm以下がより好ましい。前記平均厚みが、50nm以上であれば、光電変換層による光吸収が少なくてキャリア発生が不充分となることはなく、400nm以下であれば、光吸収により発生したキャリアの輸送効率が一段と低下するようなことはない。 The average thickness of the photoelectric conversion layer is preferably 50 nm or more and 400 nm or less, and more preferably 60 nm or more and 250 nm or less. When the average thickness is 50 nm or more, the light absorption by the photoelectric conversion layer is small and the carrier generation is not insufficient, and when the average thickness is 400 nm or less, the transport efficiency of the carriers generated by the light absorption is further lowered. There is no such thing.
<有機塩、無機塩>
光電変換素子は、光電変換層とホール輸送層の間に、有機塩及び無機塩の少なくともいずれかの塩を含有する。
光電変換素子が、光電変換層とホール輸送層の間に前記塩を含有することで、界面の物性を制御することが期待できる。
なお、前記光電変換層が、ペロブスカイト層である場合、前記塩は、前記ペロブスカイト層を構成する塩と異なる塩であることが好ましい。
<Organic salt, inorganic salt>
The photoelectric conversion element contains at least one salt of an organic salt and an inorganic salt between the photoelectric conversion layer and the hole transport layer.
It can be expected that the photoelectric conversion element contains the salt between the photoelectric conversion layer and the hole transport layer to control the physical characteristics of the interface.
When the photoelectric conversion layer is a perovskite layer, the salt is preferably a salt different from the salt constituting the perovskite layer.
前記塩としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、特にペロブスカイト化合物を光電変換層に用いた場合には、相溶性の点で、カチオンにハロゲン原子を有することが好ましい。ハロゲン原子としては、例えば、塩素、ヨウ素、臭素などが挙げられる。 The salt is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, when a perovskite compound is used in the photoelectric conversion layer, the cation may have a halogen atom in terms of compatibility. preferable. Examples of the halogen atom include chlorine, iodine and bromine.
前記有機塩としては、特にペロブスカイト化合物を光電変換層に用いた場合には、相溶性の点から、アミンのハロゲン化水素酸塩であることが好ましい。
前記無機塩としては、特にペロブスカイト化合物を光電変換層に用いた場合には、相溶性の点から、アルカリ金属のハロゲン化物であることが好ましい。アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどが挙げられる。
The organic salt is preferably an amine hydrohalide from the viewpoint of compatibility, especially when a perovskite compound is used in the photoelectric conversion layer.
The inorganic salt is preferably a halide of an alkali metal from the viewpoint of compatibility, especially when a perovskite compound is used in the photoelectric conversion layer. Examples of the alkali metal include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and the like.
前記アミンのハロゲン化水素酸塩としては、例えば、n−ブチルアミン臭化水素酸塩、n−ブチルアミンヨウ化水素酸塩、n−ヘキシルアミン臭化水素酸塩、n−ヘキシルアミンヨウ化水素酸塩、n−デシルアミン臭化水素酸塩、n−オクタデシルアミンヨウ化水素酸塩、ピリジン臭化水素酸塩、アニリンヨウ化水素酸塩、ヒドラジンジ臭化水素酸塩、エチレンジアミンジヨウ化水素酸塩、2−フェニルエチルアミンヨウ化水素酸塩、フェニレンジアミンジ塩化水素酸塩、ジフェニルアミン臭化水素酸塩、ジフェニルアミンヨウ化水素酸塩、ベンジルアミンヨウ化水素酸塩、4−ジフェニルアミノフェネチルアミンヨウ化水素酸塩等が挙げられる。
前記アルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、ヨウ化セシウム、臭化セシウム、ヨウ化ルビジウム、ヨウ化カリウム等が挙げられる。
Examples of the amine halide hydride include n-butylamine hydrobromide, n-butylamine iodide, n-hexylamine hydrobromide, and n-hexylamine iodide. , N-decylamine hydrobromide, n-octadecylamine hydroiodide, pyridine hydrobromide, aniline hydroiodide, hydrazinedi hydrobromide, ethylenediamine diiohydrate, 2- Phenylethylamine hydroiodide, phenylenediamine dihydrochloride, diphenylamine hydrobromide, diphenylamine hydroiodide, benzylamine iodide, 4-diphenylaminophenethylamine hydroiodide, etc. Can be mentioned.
Examples of the alkali metal halide include cesium iodide, cesium bromide, rubidium iodide, potassium iodide and the like.
光電変換層とホール輸送層の間に、有機塩及び無機塩の少なくともいずれかの塩を配する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、光電変換層上に、前記塩を含有する溶液を塗布した後に、乾燥し、更にその後、その上に、ホール輸送層する形成する方法が挙げられる。前記溶液としては、例えば、水溶液、アルコール溶液などが挙げられる。
塗布方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法などが挙げられる。
溶液を塗布した後の乾燥処理の際の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The method of arranging at least one of an organic salt and an inorganic salt between the photoelectric conversion layer and the hole transport layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, photoelectric conversion Examples thereof include a method in which a solution containing the salt is applied onto the layer, dried, and then a hole transport layer is formed on the layer. Examples of the solution include an aqueous solution and an alcohol solution.
The coating method is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a dip method, a spray method, a wire bar method, a spin coating method, a roller coating method, a blade coating method, a gravure coating method and the like can be used. Can be mentioned.
The temperature at the time of the drying treatment after applying the solution is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
また、有機塩及び無機塩は、ペロブスカイト層とホール輸送層の界面において、均一に分布させる必要はなく、例えば、局所的に複数の領域に存在するようにしてもよい(アイランド状など)。また、ペロブスカイト層のペロブスカイト化合物、ホール輸送層のホール輸送材料と反応させることでペロブスカイト層内やホール輸送層内に分布させるようにしてもよい。つまり、有機塩及び無機塩が存在しないペロブスカイト層と、有機塩及び無機塩が存在しないホール輸送層と、の間に有機塩及び無機塩が存在する領域があればよい。 Further, the organic salt and the inorganic salt do not need to be uniformly distributed at the interface between the perovskite layer and the hole transport layer, and may be locally present in a plurality of regions (island-like or the like). Further, it may be distributed in the perovskite layer or the hole transport layer by reacting with the perovskite compound of the perovskite layer and the hole transport material of the hole transport layer. That is, it is sufficient that there is a region in which the organic salt and the inorganic salt are present between the perovskite layer in which the organic salt and the inorganic salt are not present and the whole transport layer in which the organic salt and the inorganic salt are not present.
<ホール輸送層>
ホール輸送層とは、光電変換層で生成されたホール(正孔)を後述する第2の電極まで輸送する層を意味する。このため、ホール輸送層は、前記塩を介して光電変換層に隣接して配置されることが好ましい。
<Hall transport layer>
The hole transport layer means a layer that transports holes (holes) generated in the photoelectric conversion layer to a second electrode described later. Therefore, it is preferable that the hole transport layer is arranged adjacent to the photoelectric conversion layer via the salt.
ホール輸送層は、例えば、固体のホール輸送性材料を含み、必要に応じてその他の材料を含む。
固体のホール輸送性材料(以下では、単に「ホール輸送性材料」と称することがある)としては、ホールを輸送できる性質を持つ材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機化合物を含有することが好ましい。
The hole transport layer includes, for example, a solid hole transport material and optionally other materials.
The solid hole-transporting material (hereinafter, may be simply referred to as “hole-transporting material”) is not particularly limited as long as it has the property of transporting holes, and may be appropriately selected according to the purpose. However, it is preferable to contain an organic compound.
ホール輸送性材料として有機化合物を用いる場合、ホール輸送層は、例えば、複数の種類の化合物を含有する。 When an organic compound is used as the hole transporting material, the hole transport layer contains, for example, a plurality of types of compounds.
有機化合物としては、例えば、高分子材料が挙げられる。
ホール輸送層に用いる高分子材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリチオフェン化合物、ポリフェニレンビニレン化合物、ポリフルオレン化合物、ポリフェニレン化合物、ポリアリールアミン化合物、ポリチアジアゾール化合物などが挙げられる。
ポリチオフェン化合物としては、例えば、ポリ(3−n−ヘキシルチオフェン)、ポリ(3−n−オクチルオキシチオフェン)、ポリ(9,9’−ジオクチル−フルオレン−コ−ビチオフェン)、ポリ(3,3’’’−ジドデシル−クォーターチオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(2,5−ビス(3−デシルチオフェン−2−イル)チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,4−ジデシルチオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)、ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チオフェン)若しくはポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−ビチオフェン)等が挙げられる。
ポリフェニレンビニレン化合物としては、例えば、ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ[2−メトキシ−5−(3,7−ジメチルオクチルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]若しくはポリ[(2−メトキシ−5−(2−エチルフェキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン)−コ−(4,4’−ビフェニレン−ビニレン)]等が挙げられる。
ポリフルオレン化合物としては、例えば、ポリ(9,9’−ジドデシルフルオレニル−2,7−ジイル)、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(9,10−アントラセン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(4,4’−ビフェニレン)]、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレン)−alt−コ−(2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン)]若しくはポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジイル)−コ−(1,4−(2,5−ジヘキシルオキシ)ベンゼン)]等が挙げられる。
ポリフェニレン化合物としては、例えば、ポリ[2,5−ジオクチルオキシ−1,4−フェニレン]、ポリ[2,5−ジ(2−エチルヘキシルオキシ−1,4−フェニレン]等が挙げられる。
ポリアリールアミン化合物としては、例えば、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(N,N’−ジフェニル)−N,N’−ジ(p−ヘキシルフェニル)−1,4−ジアミノベンゼン]、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(N,N’−ビス(4−オクチルオキシフェニル)ベンジジン−N,N’−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[(N,N’−ビス(4−オクチルオキシフェニル)ベンジジン−N,N’−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[(N,N’−ビス(4−(2−エチルヘキシルオキシ)フェニル)ベンジジン−N,N’−(1,4−ジフェニレン)]、ポリ[フェニルイミノ−1,4−フェニレンビニレン−2,5−ジオクチルオキシ−1,4−フェニレンビニレン−1,4−フェニレン]、ポリ[p−トリルイミノ−1,4−フェニレンビニレン−2,5−ジ(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン−1,4−フェニレン]、ポリ[4−(2−エチルヘキシルオキシ)フェニルイミノ−1,4−ビフェニレン]等が挙げられる。
ポリチアジアゾール化合物としては、例えば、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)−alt−コ−(1,4−ベンゾ(2,1’,3)チアジアゾール]、ポリ(3,4−ジデシルチオフェン−コ−(1,4−ベンゾ(2,1’,3)チアジアゾール)等が挙げられる。
これらの中でも、キャリア移動度やイオン化ポテンシャルを考慮すると、ポリチオフェン化合物、ポリアリールアミン化合物が好ましく、更には、下記一般式(3)で表される繰り返し構造を有する高分子化合物を用いることが好ましい。
Examples of the organic compound include polymer materials.
The polymer material used for the hole transport layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a polythiophene compound, a polyphenylene vinylene compound, a polyfluorene compound, a polyphenylene compound, a polyarylamine compound, and a polythiadiazole can be selected. Examples include compounds.
Examples of the polythiophene compound include poly (3-n-hexylthiophene), poly (3-n-octyloxythiophene), poly (9,9'-dioctyl-fluorene-co-bithiophene), and poly (3,3'. ''-Gidodecyl-quarterthiophene), poly (3,6-dioctylthiophene [3,2-b] thiophene), poly (2,5-bis (3-decylthiophen-2-yl) thieno [3,2- b] Thiophene), poly (3,4-didecylthiophene-cothieno [3,2-b] thiophene), poly (3,6-dioctylthiophene [3,2-b] thiophene-cothieno [3] , 2-b] thiophene), poly (3,6-dioctylthiophene [3,2-b] thiophene-co-thiophene) or poly (3,6-dioctylthiophene [3,2-b] thiophene-co-bithiophene) ) Etc. can be mentioned.
Examples of the polyphenylene vinylene compound include poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene vinylene] and poly [2-methoxy-5- (3,7-dimethyloctyloxy) -1. , 4-Phenylene vinylene] or poly [(2-methoxy-5- (2-ethylphenyloxy) -1,4-phenylene vinylene) -co- (4,4'-biphenylene-vinylene)] and the like. ..
Examples of the polyfluorene compound include poly (9,9'-zidodecylfluorenyl-2,7-diyl) and poly [(9,9-dioctyl-2,7-dibiphenylene fluorene) -alt-co-. (9,10-anthracene)], poly [(9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorene) -alt-co- (4,4'-biphenylene)], poly [(9,9-dioctyl-) 2,7-Divinylenefluorene) -alt-co- (2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene)] or poly [(9,9-dioctyl-2,7-diyl) -Co- (1,4- (2,5-dihexyloxy) benzene)] and the like can be mentioned.
Examples of the polyphenylene compound include poly [2,5-dioctyloxy-1,4-phenylene] and poly [2,5-di (2-ethylhexyloxy-1,4-phenylene]].
Examples of the polyarylamine compound include poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (N, N'-diphenyl) -N, N'-di (p-). Hexylphenyl) -1,4-diaminobenzene], poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (N, N'-bis (4-octyloxyphenyl) benzidine) -N, N'-(1,4-diphenylene)], poly [(N, N'-bis (4-octyloxyphenyl) benzidine-N, N'-(1,4-diphenylene)], poly [( N, N'-bis (4- (2-ethylhexyloxy) phenyl) benzidine-N, N'-(1,4-diphenylene)], poly [phenylimino-1,4-phenylene vinylene-2,5-dioctyl Oxy-1,4-phenylene vinylene-1,4-phenylene], poly [p-triluimino-1,4-phenylene vinylene-2,5-di (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylene vinylene-1, 4-Phenylene], poly [4- (2-ethylhexyloxy) phenylimino-1,4-biphenylene] and the like can be mentioned.
Examples of the polythiadiazole compound include poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -alt-co- (1,4-benzo (2,1', 3) thiadiazole]] and poly ( Examples thereof include 3,4-didecylthiophene-co- (1,4-benzo (2,1', 3) thiadiazole).
Among these, a polythiophene compound and a polyarylamine compound are preferable in consideration of carrier mobility and ionization potential, and further, a polymer compound having a repeating structure represented by the following general formula (3) is preferably used.
上記一般式(3)におけるAr1はアリール基を表す。アリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、9−アントラセニル基等が挙げられる。アリール基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アリール基などが挙げられる。Ar2、Ar3及びAr4はそれぞれ独立してアリーレン基、2価のヘテロ環基などを表す。アリーレン基としては、例えば、1,4−フェニレン、1,1’−ビフェニレン、9,9’−ジ−n−ヘキシルフルオレン等が挙げられる。2価のヘテロ環基としては、例えば、2,5−チオフェン等が挙げられる。R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アリール基などが挙げられる。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基等が挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、2−ナフチル基等が挙げられる。前記アルキル基、及び前記アリール基は置換基を有していてもよい。 Ar 1 in the above general formula (3) represents an aryl group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a 1-naphthyl group, a 9-anthrasenyl group and the like. The aryl group may have a substituent. Examples of the substituent include an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group and the like. Ar 2 , Ar 3 and Ar 4 independently represent an arylene group, a divalent heterocyclic group and the like. Examples of the arylene group include 1,4-phenylene, 1,1'-biphenylene, 9,9'-di-n-hexylfluorene and the like. Examples of the divalent heterocyclic group include 2,5-thiophene and the like. Independently, R 1 to R 4 include a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group and the like. Examples of the alkyl group include a methyl group and an ethyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group and a 2-naphthyl group. The alkyl group and the aryl group may have a substituent.
上記一般式(3)で表される繰り返し構造を有する高分子化合物の具体例としては、下記(B−01)〜(B−20)を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。 Specific examples of the polymer compound having a repeating structure represented by the general formula (3) include, but are not limited to, the following (B-01) to (B-20). ..
ホール輸送層は、上記高分子化合物だけでなく低分子化合物単独あるいは低分子と高分子の混合物を含有してもよい。
低分子ホール輸送性材料としては特に化学構造に制限はなく、例えば、オキサジアゾール化合物、トリフェニルメタン化合物、ピラゾリン化合物、ヒドラゾン化合物、テトラアリールベンジジン化合物、スチルベン化合物、スピロビフルオレン化合物、チオフェンオリゴマーなどが挙げられる。
オキサジアゾール化合物としては、例えば、特公昭34−5466号公報、特開昭56−123544号公報等に示されているオキサジアゾール化合物などが挙げられる。
トリフェニルメタン化合物としては、例えば、特公昭45−555号公報等に示されているトリフェニルメタン化合物などが挙げられる。
ピラゾリン化合物としては、例えば、特公昭52−4188号公報等に示されているピラゾリン化合物などが挙げられる。
ヒドラゾン化合物としては、例えば、特公昭55−42380号公報等に示されているヒドラゾン化合物などが挙げられる。
テトラアリールベンジジン化合物としては、例えば、特開昭54−58445号公報等に示されているテトラアリールベンジジン化合物などが挙げられる。
スチルベン化合物としては、例えば、特開昭58−65440号公報、特開昭60−98437号公報等に示されているスチルベン化合物などが挙げられる。
スピロビフルオレン化合としては、例えば、特開2007−115665号公報、特開2014−72327号公報、特開2001−257012号公報、WO2004/063283号公報、WO2011/030450号公報、WO2011/45321号公報、WO2013/042699号公報、WO2013/121835号公報に示されているスピロビフルオレン化合物などが挙げられる。
チオフェンオリゴマーとしては、例えば、特開平2−250881号公報、特開2013−033868号公報に示されているチオフェンオリゴマーなどが挙げられる。
The hole transport layer may contain not only the above polymer compound but also a small molecule compound alone or a mixture of a small molecule and a polymer.
The chemical structure of the low molecular weight hole transporting material is not particularly limited, and for example, an oxadiazole compound, a triphenylmethane compound, a pyrazoline compound, a hydrazone compound, a tetraarylbenzidine compound, a stillben compound, a spirobifluorene compound, a thiophene oligomer, etc. Can be mentioned.
Examples of the oxadiazole compound include oxadiazole compounds shown in Japanese Patent Publication No. 34-5466, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-123544 and the like.
Examples of the triphenylmethane compound include the triphenylmethane compound shown in Japanese Patent Publication No. 45-555.
Examples of the pyrazoline compound include pyrazoline compounds shown in Japanese Patent Publication No. 52-4188 and the like.
Examples of the hydrazone compound include hydrazone compounds shown in Japanese Patent Publication No. 55-42380.
Examples of the tetraarylbenzidine compound include tetraarylbenzidine compounds shown in JP-A-54-58445 and the like.
Examples of the stilbene compound include stilbene compounds shown in JP-A-58-65440 and JP-A-60-98437.
Examples of the spirobifluorene compound include JP-A-2007-115665, JP-A-2014-72327, JP-A-2001-2570112, WO2004 / 063283, WO2011 / 03450, and WO2011 / 45321. , WO2013 / 042699, and spirobifluorene compounds shown in WO2013 / 121835.
Examples of the thiophene oligomer include thiophene oligomers shown in JP-A-2-2508881 and JP-A-2013-033868.
高分子化合物と低分子化合物を混合する場合、それぞれのイオン化ポテンシャルの差が、0.2eV以下であることが好ましい。イオン化ポテンシャルとは分子から1個の電子を取り出すのに必要なエネルギーであり、電子ボルト(eV)の単位で表されるものである。イオン化ポテンシャルの測定方法に特に制限はないが、光電子分光法による測定が好ましい。 When a high molecular weight compound and a low molecular weight compound are mixed, the difference in ionization potential between them is preferably 0.2 eV or less. The ionization potential is the energy required to extract one electron from a molecule, and is expressed in units of electron volt (eV). The method for measuring the ionization potential is not particularly limited, but the measurement by photoelectron spectroscopy is preferable.
ホール輸送層に含まれるその他の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、添加剤、酸化剤などが挙げられる。 The other material contained in the hole transport layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include additives and oxidizing agents.
添加剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ヨウ素、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化銅、ヨウ化鉄若しくはヨウ化銀等の金属ヨウ化物、ヨウ化テトラアルキルアンモニウム若しくはヨウ化ピリジニウム等の4級アンモニウム塩、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム若しくは臭化カルシウム等の金属臭化物、臭化テトラアルキルアンモニウム若しくは臭化ピリジニウム等の4級アンモニウム化合物の臭素塩、塩化銅若しくは塩化銀等の金属塩化物、酢酸銅、酢酸銀若しくは酢酸パラジウム等の酢酸金属塩、硫酸銅若しくは硫酸亜鉛等の金属硫酸塩、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩若しくはフェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、ポリ硫化ナトリウム若しくはアルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン等、ピリジン、4−t−ブチルピリジン若しくはベンズイミダゾール等の塩基性化合物を挙げることができる。 The additive is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, iodine, lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide, cesium iodide, calcium iodide, copper iodide, etc. Metal iodides such as iron iodide or silver iodide, quaternary ammonium salts such as tetraalkylammonium iodide or pyridinium iodide, lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide, cesium bromide or calcium bromide, etc. Metal bromide, quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide or pyridinium bromide, bromine salts, metal chlorides such as copper chloride or silver chloride, metal acetates such as copper acetate, silver acetate or palladium acetate, copper sulfate or Metal sulfates such as zinc sulfate, metal complexes such as ferrocyanate-ferricate or ferrocene-ferricinium ion, sulfur compounds such as polysodium sulfide or alkylthiol-alkyldisulfide, viologen dyes, hydroquinone and the like, pyridine, Basic compounds such as 4-t-butylpyridine or benzimidazole can be mentioned.
更に、酸化剤を加えることができる。酸化剤の種類としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ヘキサクロロアンチモン酸トリス(4−ブロモフェニル)アミニウム、ヘキサフルオロアンチモネート銀、ニトロソニウムテトラフルオボラート、硝酸銀、コバルト錯体、4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどが挙げられる。なお、酸化剤により、ホール輸送性材料の全体が酸化される必要はなく、一部が酸化されていれば有効である。また、酸化剤は、反応後に系外に取り出しても、取り出さなくてもよい。
ホール輸送層が酸化剤を含むことにより、ホール輸送性材料の一部又は全部をラジカルカチオンにすることができるため、導電性が向上し、出力特性の耐久性や安定性を高めることが可能になる。
In addition, an oxidant can be added. The type of oxidizing agent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, tris (4-bromophenyl) hexachloroantimonate, silver hexafluoroantimonate, nitrosonium tetrafluovorate, etc. Examples include silver nitrate, cobalt complex, 4-isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate and the like. It is not necessary for the oxidant to oxidize the entire hole-transporting material, and it is effective if a part of the material is oxidized. Further, the oxidizing agent may or may not be taken out of the system after the reaction.
Since the hole transport layer contains an oxidizing agent, a part or all of the hole transport material can be converted into a radical cation, so that the conductivity is improved and the durability and stability of the output characteristics can be improved. Become.
ホール輸送層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、光電変換層上においては、0.01μm以上20μm以下が好ましく、0.1μm以上10μm以下がより好ましく、0.2μm以上2μm以下が更に好ましい。 The average thickness of the hole transport layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, on the photoelectric conversion layer, 0.01 μm or more and 20 μm or less is preferable, and 0.1 μm or more and 10 μm or less is more preferable. It is preferable, and more preferably 0.2 μm or more and 2 μm or less.
ホール輸送層は、光電変換層の上に直接形成することができる。ホール輸送層の作製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真空蒸着等の真空中で薄膜を形成する方法、湿式製膜法などが挙げられる。これらの中でも、製造コストなどの点で、特に湿式製膜法が好ましく、光電変換層上に塗布する方法がより好ましい。
湿式製膜法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法などが挙げられる。また、湿式印刷方法としては、例えば、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷などの方法を用いてもよい。
The hole transport layer can be formed directly on the photoelectric conversion layer. The method for producing the hole transport layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a method of forming a thin film in vacuum such as vacuum deposition and a wet film forming method. Among these, the wet film forming method is particularly preferable in terms of manufacturing cost and the like, and the method of coating on the photoelectric conversion layer is more preferable.
The wet film forming method is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a dip method, a spray method, a wire bar method, a spin coating method, a roller coating method, a blade coating method, and a gravure coating method. And so on. Further, as the wet printing method, for example, a method such as letterpress, offset, gravure, intaglio, rubber plate, or screen printing may be used.
また、ホール輸送層は、例えば、超臨界流体又は臨界点より低い温度及び圧力の亜臨界流体中で製膜することにより作製してもよい。
超臨界流体とは、気体と液体が共存できる限界(臨界点)を超えた温度及び圧力領域において非凝集性高密度流体として存在し、圧縮しても凝集せず、臨界温度以上、かつ臨界圧力以上の状態である流体である流体を意味する。超臨界流体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、臨界温度が低いものが好ましい。
亜臨界流体としては、臨界点近傍の温度及び圧力領域において、高圧液体として存在する流体であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。超臨界流体として挙げられる流体は、亜臨界流体としても好適に使用することができる。
Further, the hole transport layer may be formed, for example, by forming a film in a supercritical fluid or a subcritical fluid having a temperature and pressure lower than the critical point.
A supercritical fluid exists as a non-aggregating high-density fluid in a temperature and pressure region exceeding the limit (critical point) at which a gas and a liquid can coexist, does not aggregate even when compressed, is above the critical temperature, and has a critical pressure. It means a fluid that is a fluid in the above state. The supercritical fluid is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but a fluid having a low critical temperature is preferable.
The subcritical fluid is not particularly limited as long as it exists as a high-pressure liquid in the temperature and pressure regions near the critical point, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. A fluid listed as a supercritical fluid can also be suitably used as a subcritical fluid.
超臨界流体としては、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、窒素、水、アルコール溶媒、炭化水素溶媒、ハロゲン溶媒、エーテル溶媒などが挙げられる。
アルコール溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、n−ブタノールなどが挙げられる。
炭化水素溶媒としては、例えば、エタン、プロパン、2,3−ジメチルブタン、ベンゼン、トルエンなどが挙げられる。ハロゲン溶媒としては、例えば、塩化メチレン、クロロトリフロロメタンなどが挙げられる。
エーテル溶媒としては、例えば、ジメチルエーテルなどが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、二酸化炭素が、臨界圧力7.3MPa、臨界温度31℃であることから、容易に超臨界状態をつくり出せるとともに、不燃性で取扱いが容易である点で好ましい。
Examples of the supercritical fluid include carbon monoxide, carbon dioxide, ammonia, nitrogen, water, alcohol solvent, hydrocarbon solvent, halogen solvent, ether solvent and the like.
Examples of the alcohol solvent include methanol, ethanol, n-butanol and the like.
Examples of the hydrocarbon solvent include ethane, propane, 2,3-dimethylbutane, benzene, toluene and the like. Examples of the halogen solvent include methylene chloride, chlorotrifluoromethane and the like.
Examples of the ether solvent include dimethyl ether and the like.
These may be used alone or in combination of two or more.
Among these, carbon dioxide is preferable because it has a critical pressure of 7.3 MPa and a critical temperature of 31 ° C., so that a supercritical state can be easily created, and it is nonflammable and easy to handle.
超臨界流体の臨界温度及び臨界圧力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。超臨界流体の臨界温度としては、−273℃以上300℃以下が好ましく、0℃以上200℃以下がより好ましい。 The critical temperature and critical pressure of the supercritical fluid are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. The critical temperature of the supercritical fluid is preferably -273 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and more preferably 0 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
さらに、超臨界流体及び亜臨界流体に加え、有機溶媒やエントレーナーを併用することもできる。有機溶媒及びエントレーナーを添加することにより、超臨界流体中での溶解度の調整をより容易に行うことができる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケトン溶媒、エステル溶媒、エーテル溶媒、アミド溶媒、ハロゲン化炭化水素溶媒、炭化水素溶媒などが挙げられる。
ケトン溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。
エステル溶媒としては、例えば、ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチルなどが挙げられる。
エーテル溶媒としては、例えば、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジオキサンなどが挙げられる。
アミド溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどが挙げられる。
ハロゲン化炭化水素溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、1−クロロナフタレンなどが挙げられる。
炭化水素溶媒としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、クメンなどが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
Furthermore, in addition to supercritical fluids and subcritical fluids, organic solvents and entrainers can also be used in combination. By adding an organic solvent and an entrainer, the solubility in a supercritical fluid can be adjusted more easily.
The organic solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a ketone solvent, an ester solvent, an ether solvent, an amide solvent, a halogenated hydrocarbon solvent and a hydrocarbon solvent.
Examples of the ketone solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and the like.
Examples of the ester solvent include ethyl formate, ethyl acetate, n-butyl acetate and the like.
Examples of the ether solvent include diisopropyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, dioxane and the like.
Examples of the amide solvent include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like.
Examples of the halogenated hydrocarbon solvent include dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, 1-chloronaphthalene and the like. ..
Examples of the hydrocarbon solvent include n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, and the like. Ethylbenzene, cumene and the like can be mentioned.
These may be used alone or in combination of two or more.
また、光電変換層上に、ホール輸送性材料を積層した後、プレス処理工程を施してもよい。プレス処理を施すことによって、ホール輸送性材料が光電変換層とより密着するため、発電効率が改善できる場合がある。
プレス処理の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、IR(infrared spectroscopy)錠剤成形器に代表されるような平板を用いたプレス成形法、ローラー等を用いたロールプレス法などを挙げることができる。
プレス処理する際の圧力としては、10kgf/cm2以上が好ましく、30kgf/cm2以上がより好ましい。
プレス処理する時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1時間以下が好ましい。また、プレス処理時に熱を加えてもよい。
Further, the hole transporting material may be laminated on the photoelectric conversion layer, and then a press treatment step may be performed. By performing the press treatment, the hole transportable material comes into close contact with the photoelectric conversion layer, so that the power generation efficiency may be improved.
The press processing method is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. A press molding method using a flat plate as represented by an IR (infrared spectroscopy) tablet molding machine, a roller or the like was used. The roll press method and the like can be mentioned.
The pressure during the press treatment is preferably 10 kgf / cm 2 or more, and more preferably 30 kgf / cm 2 or more.
The press processing time is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 1 hour or less. Further, heat may be applied during the pressing process.
プレス処理の際、プレス機と電極との間に離型剤を挟んでもよい。
離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリ四フッ化エチレン、ポリクロロ三フッ化エチレン、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体、ペルフルオロアルコキシフッ化樹脂、ポリフッ化ビニリデン、エチレン四フッ化エチレン共重合体、エチレンクロロ三フッ化エチレン共重合体、ポリフッ化ビニル等のフッ素樹脂などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
During the pressing process, a mold release agent may be sandwiched between the press machine and the electrodes.
The release agent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, tetrafluoride ethylene hexafluoride propylene copolymer, perfluoroalkoxy Fluororesin, polyvinylidene fluoride, ethylene tetrafluoride ethylene copolymer, ethylene chlorotrifluorinated ethylene copolymer, fluororesin such as polyvinyl fluoride and the like can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
<金属酸化物を含む膜>
プレス処理工程を行った後、第2の電極を設ける前に、ホール輸送層と第2の電極との間に金属酸化物を含む膜を設けてもよい。
金属酸化物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化ニッケルなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、酸化モリブデンが好ましい。
金属酸化物を含む膜をホール輸送層上に設ける方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタリング、真空蒸着等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法などが挙げられる。
<Membrane containing metal oxide>
A film containing a metal oxide may be provided between the hole transport layer and the second electrode after the press treatment step and before the second electrode is provided.
The metal oxide is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include molybdenum oxide, tungsten oxide, vanadium oxide and nickel oxide. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, molybdenum oxide is preferable.
The method of providing the film containing the metal oxide on the hole transport layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a method of forming a thin film in vacuum such as sputtering or vacuum deposition A wet film forming method and the like can be mentioned.
金属酸化物を含む膜を形成する際の湿式製膜法としては、金属酸化物の粉末又はゾルを分散したペーストを調製し、ホール輸送層上に塗布する方法が好ましい。
湿式製膜法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法などが挙げられる。また、湿式印刷方法としては、例えば、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷などの方法を用いてもよい。
As a wet film forming method for forming a film containing a metal oxide, a method of preparing a paste in which a metal oxide powder or a sol is dispersed and applying the paste on the hole transport layer is preferable.
The wet film forming method is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a dip method, a spray method, a wire bar method, a spin coating method, a roller coating method, a blade coating method, and a gravure coating method. And so on. Further, as the wet printing method, for example, a method such as letterpress, offset, gravure, intaglio, rubber plate, or screen printing may be used.
金属酸化物を含む膜の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.1nm以上50nm以下が好ましく、1nm以上10nm以下がより好ましい。 The average thickness of the film containing the metal oxide is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 0.1 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 1 nm or more and 10 nm or less.
<第2の電極>
第2の電極は、ホール輸送層上、又は金属酸化物を含む膜上に形成することが好ましい。また、第2の電極は、第1の電極と同様のものを用いることができる。
第2の電極としては、その形状、構造、大きさについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
第2の電極の材質としては、例えば、金属、炭素化合物、導電性金属酸化物、導電性高分子などが挙げられる。
金属としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウムなどが挙げられる。
炭素化合物としては、例えば、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェンなどが挙げられる。
導電性金属酸化物としては、例えば、ITO、FTO、ATOなどが挙げられる。
導電性高分子としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリンなどが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<Second electrode>
The second electrode is preferably formed on the hole transport layer or on a film containing a metal oxide. Further, as the second electrode, the same one as that of the first electrode can be used.
The shape, structure, and size of the second electrode are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
Examples of the material of the second electrode include metals, carbon compounds, conductive metal oxides, and conductive polymers.
Examples of the metal include platinum, gold, silver, copper and aluminum.
Examples of the carbon compound include graphite, fullerene, carbon nanotube, graphene and the like.
Examples of the conductive metal oxide include ITO, FTO, ATO and the like.
Examples of the conductive polymer include polythiophene and polyaniline.
These may be used alone or in combination of two or more.
第2の電極は、用いられる材料の種類やホール輸送層の種類により、適宜ホール輸送層上に塗布、ラミネート、真空蒸着、CVD、貼り合わせなどの方法を用いることにより形成可能である。 The second electrode can be formed by appropriately applying a method such as coating, laminating, vacuum deposition, CVD, or bonding on the hole transport layer depending on the type of material used and the type of hole transport layer.
また、光電変換素子においては、第1の電極と第2の電極の少なくともいずれかは実質的に透明であることが好ましい。例えば、第1の電極を透明にして、入射光を第1の電極側から入射させることが好ましい。この場合、第2の電極には光を反射させる材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、金属薄膜などが好ましく用いられる。また、入射光側の電極に反射防止層を設けることも有効な手段である。 Further, in the photoelectric conversion element, it is preferable that at least one of the first electrode and the second electrode is substantially transparent. For example, it is preferable to make the first electrode transparent so that the incident light is incident from the first electrode side. In this case, it is preferable to use a material that reflects light for the second electrode, and a metal, glass on which a conductive oxide is vapor-deposited, plastic, a metal thin film, or the like is preferably used. It is also an effective means to provide an antireflection layer on the electrode on the incident light side.
ここで、光電変換素子の一例について、図面を用いて説明する。
図1は、光電変換素子の一実施形態としての太陽電池セルの一例の概略図である。
図1の太陽電池セル50は、第1の電極2と、緻密な電子輸送層3と、光電変換層であるペロブスカイト層5と、ホール輸送層6と、第2の電極7とを有する。
第1の電極2は、緻密な電子輸送層3と接している。
緻密な電子輸送層3は、ペロブスカイト層5と接している。
ペロブスカイト層5は、ホール輸送層6と不図示の塩を介して接している。
ホール輸送層6は、第2の電極7と接している。
Here, an example of the photoelectric conversion element will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of an example of a solar cell as an embodiment of a photoelectric conversion element.
The
The
The dense
The
The
(光電変換モジュール)
本発明の光電変換モジュールは、複数の本発明の光電変換素子が、直列又は並列に電気的に接続されてなる。
光電変換モジュールは、例えば、基板上に複数の本発明の光電変換素子を有し、前述の基板とは異なる第2の基板、封止部材を更に有することが好ましく、必要に応じてその他の部材を有する。
前記光電変換モジュールとしては、例えば、光電変換モジュールが挙げられる。
(Photoelectric conversion module)
The photoelectric conversion module of the present invention comprises a plurality of photoelectric conversion elements of the present invention electrically connected in series or in parallel.
The photoelectric conversion module preferably has, for example, a plurality of photoelectric conversion elements of the present invention on a substrate, and further has a second substrate and a sealing member different from the above-mentioned substrate, and other members as needed. Have.
Examples of the photoelectric conversion module include a photoelectric conversion module.
前記光電変換モジュールは、複数の本発明の光電変換素子が、基板上に複数設けられている光電変換モジュールであって、互いに隣接する少なくとも2つの光電変換素子において、ホール輸送層が、互いに連続しており、互いに隣接する少なくとも2つの光電変換素子における第1の電極、電子輸送層、及び光電変換層が、ホール輸送層により隔てられていることが好ましい。そのような光電変換モジュールにおいては、電子輸送層、及び光電変換層が切断されていることにより、拡散による電子の再結合が少なくなっているため、長時間にわたって高照度光に晒された後においても、発電効率を維持することが可能である。 The photoelectric conversion module is a photoelectric conversion module in which a plurality of photoelectric conversion elements of the present invention are provided on a substrate, and hole transport layers are continuous with each other in at least two photoelectric conversion elements adjacent to each other. It is preferable that the first electrode, the electron transport layer, and the photoelectric conversion layer in at least two photoelectric conversion elements adjacent to each other are separated by a hole transport layer. In such a photoelectric conversion module, since the electron transport layer and the photoelectric conversion layer are cut off, the recombination of electrons due to diffusion is reduced, so that after being exposed to high-intensity light for a long period of time, However, it is possible to maintain power generation efficiency.
<基板>
基板としては、その形状、構造、大きさについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。なお、以下では、上述の基板を第1の基板と称することがある。
第1の基板の材質としては、透光性及び絶縁性を有するものが好ましい。そのような材質としては、例えば、ガラス、プラスチックフィルム、セラミックなどが挙げられる。これらの中でも、電子輸送層を形成する際に焼成する工程を含む場合は、焼成温度に対して耐熱性を有する材質のものが好ましい。また、第1の基板としては、可とう性を有するものが好ましい。
<Board>
The shape, structure, and size of the substrate are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. In the following, the above-mentioned substrate may be referred to as a first substrate.
As the material of the first substrate, a material having translucency and insulation is preferable. Examples of such a material include glass, plastic film, ceramic and the like. Among these, when a step of firing is included when forming the electron transport layer, a material having heat resistance to the firing temperature is preferable. Further, as the first substrate, one having flexibility is preferable.
<第2の基板>
第2の基板は、複数の本発明の光電変換素子を挟むように第1の基板と対向して配置される。
基板としては、その形状、構造、大きさについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
第2の基板の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス、プラスチックフィルム、金属箔、セラミックなどが挙げられる。
<Second board>
The second substrate is arranged to face the first substrate so as to sandwich the plurality of photoelectric conversion elements of the present invention.
The shape, structure, and size of the substrate are not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
The material of the second substrate is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include glass, plastic film, metal leaf and ceramic.
第2の基板と後述する封止部材との接合部には、密着性を上げるため、凹凸部を形成してもよい。
凹凸部の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、サンドブラスト法、ウォーターブラスト法、化学エッチング法、レーザー加工法、研磨紙を用いた方法などが挙げられる。
第2の基板と封止部材との密着性を上げる方法としては、例えば、第2の基板の表面の有機物を除去する方法でもよく、第2の基板の親水性を向上させる方法でもよい。第2の基板の表面の有機物を除去する手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、UVオゾン洗浄、酸素プラズマ処理などが挙げられる。
An uneven portion may be formed at the joint portion between the second substrate and the sealing member described later in order to improve the adhesion.
The method for forming the uneven portion is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a sandblasting method, a waterblasting method, a chemical etching method, a laser processing method, and a method using abrasive paper. Be done.
As a method of increasing the adhesion between the second substrate and the sealing member, for example, a method of removing organic substances on the surface of the second substrate or a method of improving the hydrophilicity of the second substrate may be used. The means for removing organic substances on the surface of the second substrate is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include UV ozone cleaning and oxygen plasma treatment.
<封止部材>
封止部材は、第1の基板と第2の基板の間に配置され、光電変換素子を封止する。
封止部材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル樹脂の硬化物、エポキシ樹脂の硬化物などが挙げられる。
アクリル樹脂の硬化物は、分子内にアクリル基を有するモノマーあるいはオリゴマーが硬化したものであれば、公知のいずれの材料でも使用することが可能である。
エポキシ樹脂の硬化物は、分子内にエポキシ基を有するモノマーあるいはオリゴマーが硬化したものであれば、公知のいずれの材料でも使用することが可能である。
<Sealing member>
The sealing member is arranged between the first substrate and the second substrate to seal the photoelectric conversion element.
The material of the sealing member is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a cured product of an acrylic resin and a cured product of an epoxy resin.
As the cured product of the acrylic resin, any known material can be used as long as the monomer or oligomer having an acrylic group in the molecule is cured.
As the cured product of the epoxy resin, any known material can be used as long as the monomer or oligomer having an epoxy group in the molecule is cured.
エポキシ樹脂としては、例えば、水分散系、無溶剤系、固体系、加熱硬化型、硬化剤混合型、紫外線硬化型などが挙げられる。これらの中でも熱硬化型及び紫外線硬化型が好ましく、紫外線硬化型がより好ましい。なお、紫外線硬化型であっても、加熱を行うことは可能であり、紫外線硬化した後であっても加熱を行うことが好ましい。 Examples of the epoxy resin include an aqueous dispersion type, a solvent-free type, a solid type, a heat-curable type, a curing agent mixed type, and an ultraviolet curable type. Among these, the thermosetting type and the ultraviolet curable type are preferable, and the ultraviolet curable type is more preferable. Even if it is an ultraviolet curable type, it is possible to heat it, and it is preferable to heat it even after it is cured by ultraviolet rays.
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ノボラック型、環状脂肪族型、長鎖脂肪族型、グリシジルアミン型、グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the epoxy resin include bisphenol A type, bisphenol F type, novolak type, cyclic aliphatic type, long chain aliphatic type, glycidylamine type, glycidyl ether type, glycidyl ester type and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
エポキシ樹脂には、必要に応じて硬化剤や各種添加剤を混合することが好ましい。 It is preferable to mix a curing agent and various additives with the epoxy resin, if necessary.
硬化剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アミン系、酸無水物系、ポリアミド系、その他の硬化剤などに分類される。
アミン系硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどの脂肪族ポリアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族ポリアミンなどが挙げられる。
酸無水物系硬化剤としては、例えば、無水フタル酸、テトラ及びヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水ピロメリット酸、無水ヘット酸、ドデセニル無水コハク酸などが挙げられる。
その他の硬化剤としては、例えば、イミダゾール類、ポリメルカプタンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
The curing agent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, and is classified into, for example, amine-based, acid anhydride-based, polyamide-based, and other curing agents.
Examples of the amine-based curing agent include aliphatic polyamines such as diethylenetriamine and triethylenetetramine, and aromatic polyamines such as metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, and diaminodiphenylsulfone.
Examples of the acid anhydride-based curing agent include phthalic anhydride, tetra and hexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylnadic anhydride, pyromellitic anhydride, hetic anhydride, dodecenyl succinic anhydride and the like. ..
Examples of other curing agents include imidazoles, polyethercaptans, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
添加剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、充填材(フィラー)、ギャップ剤、重合開始剤、乾燥剤(吸湿剤)、硬化促進剤、カップリング剤、可とう化剤、着色剤、難燃助剤、酸化防止剤、有機溶剤などが挙げられる。これらの中でも、充填材、ギャップ剤、硬化促進剤、重合開始剤、乾燥剤(吸湿剤)が好ましく、充填材及び重合開始剤がより好ましい。 The additive is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a filler, a gap agent, a polymerization initiator, a desiccant (moisture absorbent), a curing accelerator, and a coupling agent. , Flexible agents, colorants, flame retardant aids, antioxidants, organic solvents and the like. Among these, fillers, gap agents, curing accelerators, polymerization initiators and desiccants (moisture absorbents) are preferable, and fillers and polymerization initiators are more preferable.
添加剤として充填材を含むことにより、水分や酸素の浸入を抑制し、さらには硬化時の体積収縮の低減、硬化時あるいは加熱時のアウトガス量の低減、機械的強度の向上、熱伝導性や流動性の制御などの効果を得ることができる。そのため、添加剤として充填材を含むことは、様々な環境で安定した出力を維持する上で非常に有効である。 By including a filler as an additive, it suppresses the infiltration of water and oxygen, further reduces volume shrinkage during curing, reduces the amount of outgas during curing or heating, improves mechanical strength, and provides thermal conductivity. Effects such as control of fluidity can be obtained. Therefore, including a filler as an additive is very effective in maintaining a stable output in various environments.
また、光電変換素子の出力特性やその耐久性に関しては、侵入する水分や酸素の影響だけでなく、封止部材の硬化時あるいは加熱時に発生するアウトガスの影響が無視できない。特に、加熱時に発生するアウトガスの影響は、高温環境保管における出力特性に大きな影響を及ぼす。
封止部材に充填材やギャップ剤、乾燥剤を含有させることにより、これら自身が水分や酸素の浸入を抑制できるほか、封止部材の使用量を低減できることにより、アウトガスを低減させる効果を得ることができる。封止部材に充填材やギャップ剤、乾燥剤を含有させることは、硬化時だけでなく、光電変換素子を高温環境で保存する際にも有効である。
Further, regarding the output characteristics of the photoelectric conversion element and its durability, not only the influence of invading moisture and oxygen but also the influence of outgas generated when the sealing member is cured or heated cannot be ignored. In particular, the influence of outgas generated during heating has a great influence on the output characteristics in high temperature environment storage.
By containing a filler, a gap agent, and a desiccant in the sealing member, these themselves can suppress the infiltration of water and oxygen, and the amount of the sealing member used can be reduced, so that the effect of reducing outgas can be obtained. Can be done. Inclusion of a filler, a gap agent, and a desiccant in the sealing member is effective not only at the time of curing but also at the time of storing the photoelectric conversion element in a high temperature environment.
充填材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、結晶性あるいは不定形のシリカ、タルク、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム等の無機系充填材などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
充填材の平均一次粒径は、0.1μm以上10μmが好ましく、1μm以上5μm以下がより好ましい。充填材の平均一次粒径が上記の好ましい範囲内であると、水分や酸素の侵入を抑制する効果を十分に得ることができ、粘度が適正となり、基板との密着性や脱泡性が向上し、封止部の幅の制御や作業性に対しても有効である。
充填材の含有量としては、封止部材全体(100質量部)に対し、10質量部以上90質量部以下が好ましく、20質量部以上70質量部以下がより好ましい。充填材の含有量が上記の好ましい範囲内であることにより、水分や酸素の浸入抑制効果が十分に得られ、粘度も適正となり、密着性や作業性も良好となる。
The filler is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, an inorganic type such as crystalline or amorphous silica, talc, alumina, aluminum nitride, silicon nitride, calcium silicate, calcium carbonate and the like. Examples include fillers. These may be used alone or in combination of two or more.
The average primary particle size of the filler is preferably 0.1 μm or more and 10 μm, and more preferably 1 μm or more and 5 μm or less. When the average primary particle size of the filler is within the above-mentioned preferable range, the effect of suppressing the invasion of water and oxygen can be sufficiently obtained, the viscosity becomes appropriate, and the adhesion to the substrate and the defoaming property are improved. However, it is also effective for controlling the width of the sealing portion and workability.
The content of the filler is preferably 10 parts by mass or more and 90 parts by mass or less, and more preferably 20 parts by mass or more and 70 parts by mass or less with respect to the entire sealing member (100 parts by mass). When the content of the filler is within the above-mentioned preferable range, the effect of suppressing the infiltration of water and oxygen is sufficiently obtained, the viscosity is appropriate, and the adhesion and workability are also good.
ギャップ剤は、ギャップ制御剤あるいはスペーサー剤とも称される。添加剤としてギャップ剤を含むことにより、封止部のギャップを制御することが可能になる。例えば、第1の基板又は第1の電極の上に、封止部材を付与し、その上に第2の基板を載せて封止を行う場合、封止部材がギャップ剤を混合していることにより、封止部のギャップがギャップ剤のサイズに揃うため、容易に封止部のギャップを制御することができる。
ギャップ剤としては、粒状でかつ粒径が均一であり、耐溶剤性や耐熱性が高いものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。ギャップ剤としては、エポキシ樹脂と親和性が高く、粒子形状が球形であるものが好ましい。具体的には、ガラスビーズ、シリカ微粒子、有機樹脂微粒子などが好ましい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ギャップ剤の粒径としては、設定する封止部のギャップに合わせて選択可能であるが、1μm以上100μm以下が好ましく、5μm以上50μm以下がより好ましい。
The gap agent is also called a gap control agent or a spacer agent. By including a gap agent as an additive, it becomes possible to control the gap of the sealing portion. For example, when a sealing member is provided on a first substrate or a first electrode and a second substrate is placed on the sealing member for sealing, the sealing member is mixed with a gap agent. As a result, the gap of the sealing portion is aligned with the size of the gap agent, so that the gap of the sealing portion can be easily controlled.
The gap agent is not particularly limited as long as it is granular and has a uniform particle size and has high solvent resistance and heat resistance, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. As the gap agent, one having a high affinity with the epoxy resin and having a spherical particle shape is preferable. Specifically, glass beads, silica fine particles, organic resin fine particles and the like are preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
The particle size of the gap agent can be selected according to the gap of the sealing portion to be set, but is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 50 μm or less.
重合開始剤としては、熱や光を用いて重合を開始させるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。 The polymerization initiator is not particularly limited as long as it uses heat or light to initiate polymerization, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a thermal polymerization initiator and a photopolymerization initiator. Be done.
熱重合開始剤は、加熱によってラジカルやカチオンなどの活性種を発生する化合物であり、例えば、2,2’−アゾビスブチロニトリル(AIBN)のようなアゾ化合物や、過酸化ベンゾイル(BPO)などの過酸化物などが挙げられる。熱カチオン重合開始剤としては、ベンゼンスルホン酸エステルやアルキルスルホニウム塩等が用いられる。
一方、光重合開始剤は、エポキシ樹脂の場合光カチオン重合開始剤が好ましく用いられる。エポキシ樹脂に光カチオン重合開始剤を混合し、光照射を行うと光カチオン重合開始剤が分解して、酸を発生し、酸がエポキシ樹脂の重合を引き起こし、硬化反応が進行する。光カチオン重合開始剤は、硬化時の体積収縮が少なく、酸素阻害を受けず、貯蔵安定性が高いといった効果を有する。
The thermal polymerization initiator is a compound that generates active species such as radicals and cations by heating, and is, for example, an azo compound such as 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN) or benzoyl peroxide (BPO). Peroxides such as. As the thermal cationic polymerization initiator, a benzenesulfonic acid ester, an alkylsulfonium salt, or the like is used.
On the other hand, as the photopolymerization initiator, in the case of an epoxy resin, a photocationic polymerization initiator is preferably used. When a photocationic polymerization initiator is mixed with an epoxy resin and light irradiation is performed, the photocationic polymerization initiator is decomposed to generate an acid, and the acid causes the epoxy resin to polymerize, and the curing reaction proceeds. The photocationic polymerization initiator has the effects of less volume shrinkage during curing, no oxygen inhibition, and high storage stability.
光カチオン重合開始剤としては、例えば、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、メタセロン化合物、シラノール・アルミニウム錯体などが挙げられる。
また、重合開始剤として、光を照射することにより酸を発生する機能を有する光酸発生剤も使用できる。光酸発生剤は、カチオン重合を開始する酸として作用し、例えば、カチオン部とアニオン部からなるイオン性のスルホニウム塩系やヨードニウム塩系などのオニウム塩などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
Examples of the photocationic polymerization initiator include aromatic diazonium salts, aromatic iodonium salts, aromatic sulfonium salts, metatheron compounds, silanol-aluminum complexes and the like.
Further, as the polymerization initiator, a photoacid generator having a function of generating an acid by irradiating with light can also be used. The photoacid generator acts as an acid that initiates cationic polymerization, and examples thereof include onium salts such as ionic sulfonium salts and iodonium salts, which are composed of a cationic portion and an anionic portion. These may be used alone or in combination of two or more.
重合開始剤の添加量としては、使用する材料によって異なる場合があるが、封止部材全体(100質量部)に対し、0.5質量部以上10質量部以下が好ましく、1質量部以上5質量部以下がより好ましい。添加量が上記の好ましい範囲内であることにより、硬化が適正に進み、未硬化物の残存を低減することができ、またアウトガスが過剰になるのを防止できる。 The amount of the polymerization initiator added may vary depending on the material used, but is preferably 0.5 parts by mass or more and 10 parts by mass or less, and 1 part by mass or more and 5 parts by mass with respect to the entire sealing member (100 parts by mass). Less than a part is more preferable. When the addition amount is within the above-mentioned preferable range, the curing proceeds appropriately, the residual uncured matter can be reduced, and the outgas can be prevented from becoming excessive.
乾燥剤は、吸湿剤とも称され、水分を物理的あるいは化学的に吸着、吸湿する機能を有する材料であり、封止部材に含有させることにより、耐湿性を更に高め、アウトガスの影響を低減できる。
乾燥剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、粒子状であるものが好ましく、例えば、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、塩化カルシウム、シリカゲル、モレキュラーシーブ、ゼオライトなどの無機吸水材料が挙げられる。これらの中でも、吸湿量が多いゼオライトが好ましい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
A desiccant, also called a hygroscopic agent, is a material having a function of physically or chemically adsorbing and absorbing moisture. By containing it in a sealing member, moisture resistance can be further enhanced and the influence of outgas can be reduced. ..
The desiccant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably in the form of particles, for example, calcium oxide, barium oxide, magnesium oxide, magnesium sulfate, sodium sulfate, calcium chloride, etc. Examples thereof include inorganic water-absorbing materials such as silica gel, molecular sieve, and zeolite. Among these, zeolite having a large amount of moisture absorption is preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
硬化促進剤は、硬化触媒とも称され、硬化速度を速める材料であり、主に熱硬化型のエポキシ樹脂に用いられる。
硬化促進剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、DBU(1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7)やDBN(1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)−ノネン−5)等の三級アミンあるいは三級アミン塩、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾールや2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール系、トリフェニルホスフィンやテトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等のホスフィンあるいはホスホニウム塩などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
The curing accelerator, also called a curing catalyst, is a material that accelerates the curing rate, and is mainly used for thermosetting epoxy resins.
The curing accelerator is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, DBU (1,8-diazabicyclo (5,4,0) -undesen-7) or DBN (1,5-). Tertiary amines or tertiary amine salts such as diazabicyclo (4,3,0) -nonen-5), imidazoles such as 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole, Examples thereof include phosphine such as triphenylphosphine and tetraphenylphosphonium / tetraphenylborate, or phosphonium salts. These may be used alone or in combination of two or more.
カップリング剤は、分子結合力を高める効果を有する材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シランカップリング剤などが挙げられ、より具体的には、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルメチルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、N−(2−(ビニルベンジルアミノ)エチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The coupling agent is not particularly limited as long as it is a material having an effect of enhancing the molecular binding force, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a silane coupling agent, and more specifically, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, N-phenyl-γ -Aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) 3-aminopropylmethyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3- Examples include silane coupling agents such as mercaptopropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, N- (2- (vinylbenzylamino) ethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane hydrochloride, and 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane. Be done. These may be used alone or in combination of two or more.
また、封止部材としては、封止材、シール材、又は接着剤などとして市販されているエポキシ樹脂組成物が知られており、本実施形態においても有効に使用することができる。中でも、太陽電池や有機EL素子用途向けに開発、市販されているエポキシ樹脂組成物もあり、本実施形態において特に有効に使用できる。市販されているエポキシ樹脂組成物としては、例えば、TB3118、TB3114、TB3124、TB3125F(スリーボンド社製)、WorldRock5910、WorldRock5920、WorldRock8723(協立化学社製)、WB90US(P)(モレスコ社製)等が挙げられる。 Further, as the sealing member, an epoxy resin composition commercially available as a sealing material, a sealing material, an adhesive or the like is known, and it can be effectively used in this embodiment as well. Among them, there are epoxy resin compositions developed and commercially available for applications such as solar cells and organic EL devices, which can be particularly effectively used in the present embodiment. Examples of commercially available epoxy resin compositions include TB3118, TB3114, TB3124, TB3125F (manufactured by ThreeBond Co., Ltd.), WorldRock5910, WorldRock5920, WorldRock8723 (manufactured by Kyoritsu Kagaku Co., Ltd.), and WB90US (P) (manufactured by Moresco). Can be mentioned.
封止部材として、シート状封止材を用いることができる。
シート状封止材とは、シート上に予めエポキシ樹脂層を形成したもので、シートにはガラスやガスバリア性の高いフィルム等が用いられる。シート状封止材を、第2の基板上に貼り付け、その後硬化させることにより、封止部材及び第2の基板を一度に形成することができる。シート上に形成するエポキシ樹脂層の形成パターンにより、中空部を設けた構造にすることもできる。
A sheet-shaped sealing material can be used as the sealing member.
The sheet-shaped encapsulant is a sheet in which an epoxy resin layer is formed in advance, and glass, a film having a high gas barrier property, or the like is used for the sheet. The sealing member and the second substrate can be formed at one time by pasting the sheet-shaped sealing material on the second substrate and then curing the sheet-like sealing material. Depending on the formation pattern of the epoxy resin layer formed on the sheet, a structure having a hollow portion can be formed.
封止部材の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ディスペンス法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法などが挙げられる。また、封止部材の形成方法としては、例えば、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷などの方法を用いてもよい。
更に、封止部材と第2の電極との間にパッシベーション層を設けてもよい。パッシベーション層としては、封止部材が第2の電極に接しないように配置されていれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化シリコンなどが挙げられる。
The method for forming the sealing member is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the dispensing method, the wire bar method, the spin coating method, the roller coating method, the blade coating method, the gravure coating method and the like. Can be mentioned. Further, as a method for forming the sealing member, for example, a method such as letterpress, offset, gravure, intaglio, rubber plate, or screen printing may be used.
Further, a passivation layer may be provided between the sealing member and the second electrode. The passivation layer is not particularly limited as long as the sealing member is arranged so as not to be in contact with the second electrode, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxide, etc. Can be mentioned.
<その他の部材>
その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Other parts>
The other members are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
本発明の光電変換モジュールは、発生した電流を制御する回路基盤等と組み合わせることにより電源装置に応用できる。電源装置を利用している機器類として、例えば、電子卓上計算機や腕時計が挙げられる。また、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等に本発明の光電変換素子を有する電源装置を適用することもできる。また、充電式や乾電池式の電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源、2次電池などと組み合わせることにより夜間等でも利用できる電源などとしても、本発明の光電変換素子を有する電源装置を用いることができる。さらに、電池交換や電源配線等が不要な自立型電源として、IoTデバイスや人工衛星などに用いることもできる。 The photoelectric conversion module of the present invention can be applied to a power supply device by combining it with a circuit board or the like that controls the generated current. Examples of devices that use a power supply device include an electronic desk calculator and a wristwatch. Further, a power supply device having the photoelectric conversion element of the present invention can be applied to a mobile phone, an electronic organizer, an electronic paper, or the like. Further, the power supply device having the photoelectric conversion element of the present invention can be used as an auxiliary power source for prolonging the continuous use time of a rechargeable or dry battery type electric appliance, or as a power source that can be used even at night by combining with a secondary battery or the like. Can be used. Further, it can be used for IoT devices, artificial satellites, etc. as a self-supporting power source that does not require battery replacement or power supply wiring.
(電子機器)
本発明の電子機器は、本発明の光電変換モジュールと、前記光電変換モジュールが光電変換することによって発生した電力によって動作する装置と、を有し、更に必要に応じてその他の装置を有する。
(Electronics)
The electronic device of the present invention includes a photoelectric conversion module of the present invention, an apparatus operated by electric power generated by the photoelectric conversion of the photoelectric conversion module, and further includes other apparatus as needed.
(電源モジュール)
本発明の電源モジュールは、本発明の光電変換モジュールと、電源IC(Integrated Circuit)と、を有し、更に必要に応じてその他の装置を有する。
(Power supply module)
The power supply module of the present invention includes a photoelectric conversion module of the present invention, a power supply IC (Integrated Circuit), and further has other devices as needed.
次に、本発明の光電変換モジュールと、これらが発電することによって得られた電力により動作する装置を有する電子機器の具体的な実施形態について説明する。 Next, a specific embodiment of the photoelectric conversion module of the present invention and an electronic device having a device operated by the electric power obtained by generating electric power thereof will be described.
図2は、本発明の電子機器の一例としてのパソコン用マウスのブロック図である。
図2に示すように、光電変換モジュールと電源IC、更に蓄電デバイスとを組み合わせ、供給される電力をマウスの制御回路の電源に接続する。これにより、マウスを使用していない時に蓄電デバイスに充電し、その電力でマウスを動作させることができ、配線や電池交換が不要なマウスを得ることができる。また、電池が不要になることで軽量化も可能となり、有効である。
FIG. 2 is a block diagram of a mouse for a personal computer as an example of the electronic device of the present invention.
As shown in FIG. 2, the photoelectric conversion module, the power supply IC, and the power storage device are combined, and the supplied power is connected to the power supply of the mouse control circuit. As a result, the power storage device can be charged when the mouse is not in use, and the mouse can be operated with the electric power, and a mouse that does not require wiring or battery replacement can be obtained. In addition, the weight can be reduced by eliminating the need for batteries, which is effective.
図3は、図2に示したマウスの一例を示す概略外観図である。
図3に示すように、光電変換モジュール及び電源IC、蓄電デバイスはマウス内部に実装されるが、光電変換モジュールの光電変換素子に光が当たるように光電変換素子の上部は透明の筐体で覆われている。また、マウスの筐体すべてを透明な樹脂で成形することも可能である。光電変換素子の配置はこれに限られるものではなく、例えばマウスを手で覆っていても光が照射される位置に配置することも可能であり、好ましい場合がある。
FIG. 3 is a schematic external view showing an example of the mouse shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the photoelectric conversion module, the power supply IC, and the power storage device are mounted inside the mouse, but the upper part of the photoelectric conversion element is covered with a transparent housing so that the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion module is exposed to light. It has been It is also possible to mold the entire mouse housing with a transparent resin. The arrangement of the photoelectric conversion element is not limited to this, and for example, even if the mouse is covered with a hand, it can be arranged at a position where light is irradiated, which may be preferable.
次に、本発明の光電変換モジュールと、これらが発電することによって得られた電力により動作する装置を有する電子機器の他の実施形態について説明する。 Next, the photoelectric conversion module of the present invention and another embodiment of the electronic device having the device operated by the electric power obtained by generating electricity thereof will be described.
図4は、本発明の電子機器の一例としてのパソコン用キーボードのブロック図である。
図4に示すように、光電変換モジュールの光電変換素子と電源IC、蓄電デバイスを組み合わせ、供給される電力をキーボードの制御回路の電源に接続する。これにより、キーボードを使用していない時に蓄電デバイスに充電し、その電力でキーボードを動作させることができ、配線や電池交換が不要なキーボードを得ることができる。また、電池が不要になることで軽量化も可能となり、有効である。
FIG. 4 is a block diagram of a keyboard for a personal computer as an example of the electronic device of the present invention.
As shown in FIG. 4, the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion module, the power supply IC, and the power storage device are combined, and the supplied power is connected to the power supply of the keyboard control circuit. As a result, the power storage device can be charged when the keyboard is not in use, and the keyboard can be operated with the electric power, and a keyboard that does not require wiring or battery replacement can be obtained. In addition, the weight can be reduced by eliminating the need for batteries, which is effective.
図5は、図4に示したキーボードの一例を示す概略外観図である。
図5に示すように、光電変換モジュールの光電変換素子及び電源IC、蓄電デバイスはキーボード内部に実装されるが、光電変換素子に光が当たるように光電変換素子の上部は透明の筐体で覆われている。キーボードの筐体すべてを透明な樹脂で成形することも可能である。光電変換素子の配置はこれに限られるものではない。光電変換素子を組み込むスペースが小さい小型のキーボードの場合には、図6に示すように、キーの一部に小型の光電変換素子を埋め込むことも可能であり、有効である。
FIG. 5 is a schematic external view showing an example of the keyboard shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the photoelectric conversion element, the power supply IC, and the power storage device of the photoelectric conversion module are mounted inside the keyboard, but the upper part of the photoelectric conversion element is covered with a transparent housing so that the photoelectric conversion element is exposed to light. It has been. It is also possible to mold the entire keyboard housing with transparent resin. The arrangement of the photoelectric conversion element is not limited to this. In the case of a small keyboard in which the space for incorporating the photoelectric conversion element is small, as shown in FIG. 6, it is possible and effective to embed the small photoelectric conversion element in a part of the keys.
次に、本発明の光電変換モジュールと、これらが発電することによって得られた電力により動作する装置を有する電子機器の他の実施形態について説明する。 Next, the photoelectric conversion module of the present invention and another embodiment of the electronic device having the device operated by the electric power obtained by generating electricity thereof will be described.
図7は、本発明の電子機器の一例としてのセンサのブロック図である。
図7に示すように、光電変換モジュールの光電変換素子と電源IC、蓄電デバイスを組み合わせ、供給される電力をセンサ回路の電源に接続する。これにより、外部電源に接続する必要がなく、また電池交換を行う必要もなく、センサモジュールを構成することが可能となる。センシング対象としては、温湿度、照度、人感、CO2、加速度、UV、騒音、地磁気、気圧など、様々なセンサに応用でき、有効である。センサモジュールは、図7に示すように、定期的に測定対象をセンシングし、読み取ったデータをPCやスマートフォンなどに無線通信で送信する構成になっている。
IoT(Internet of Things)社会の到来により、センサは急増することが予想されている。この無数のセンサの電池を一つ一つ交換するには大きな手間がかかり、現実的ではない。またセンサは、天井や壁など、電池交換しにくい場所にあることも作業性を悪くしている。光電変換素子により電力供給できることもメリットは非常に大きい。また、本発明の光電変換モジュールは、低照度でも高い出力を得ることができ、かつ出力の光入射角依存性が小さいことから、設置自由度が高いといったメリットも得られる。
FIG. 7 is a block diagram of a sensor as an example of the electronic device of the present invention.
As shown in FIG. 7, the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion module, the power supply IC, and the power storage device are combined, and the supplied power is connected to the power supply of the sensor circuit. This makes it possible to configure the sensor module without the need to connect to an external power source and to replace the battery. As sensing targets, it can be applied to various sensors such as temperature / humidity, illuminance, human sensation, CO 2 , acceleration, UV, noise, geomagnetism, and atmospheric pressure, and is effective. As shown in FIG. 7, the sensor module is configured to periodically sense a measurement target and transmit the read data to a PC, a smartphone, or the like by wireless communication.
With the advent of the IoT (Internet of Things) society, it is expected that the number of sensors will increase rapidly. Replacing the batteries of these innumerable sensors one by one takes a lot of time and effort, which is not realistic. In addition, the sensor is located in a place where it is difficult to replace the battery, such as a ceiling or a wall, which also deteriorates workability. The ability to supply power with a photoelectric conversion element is also a great advantage. Further, the photoelectric conversion module of the present invention can obtain a high output even in low illuminance and has a small dependence on the light incident angle of the output, so that it has an advantage that the degree of freedom of installation is high.
次に、本発明の光電変換モジュールと、これらが発電することによって得られた電力により動作する装置を有する電子機器の他の実施形態について説明する。 Next, the photoelectric conversion module of the present invention and another embodiment of the electronic device having the device operated by the electric power obtained by generating electricity thereof will be described.
図8は、本発明の電子機器の一例としてのターンテーブルのブロック図である。
図8に示すように、光電変換素子と電源IC、蓄電デバイスを組み合わせ、供給される電力をターンテーブル回路の電源に接続する。これにより、外部電源に接続する必要がなく、また電池交換を行う必要もなく、ターンテーブルを構成することが可能となる。
ターンテーブルは、例えば商品を陳列するショーケースなどに用いられるが、電源の配線は見栄えが悪く、また電池交換の際には陳列物を撤去しなければならず、大きな手間がかかっていた。本発明の光電変換モジュールを用いることで、そのような不具合を解消でき、有効である。
FIG. 8 is a block diagram of a turntable as an example of the electronic device of the present invention.
As shown in FIG. 8, the photoelectric conversion element, the power supply IC, and the power storage device are combined, and the supplied power is connected to the power supply of the turntable circuit. This makes it possible to configure the turntable without the need to connect to an external power source and to replace the battery.
Turntables are used, for example, in showcases for displaying products, but the wiring of the power supply does not look good, and the displayed items must be removed when replacing the batteries, which takes a lot of time and effort. By using the photoelectric conversion module of the present invention, such a problem can be solved and it is effective.
以上、本発明の光電変換モジュールと、これらが発電することによって得られた電力により動作する装置を有する電子機器、及び電源モジュールについて説明したが、これらはごく一部であり、本発明の光電変換モジュールが、これらの用途に限定されるものではない。 The photoelectric conversion module of the present invention, an electronic device having a device operated by the electric power obtained by generating electric power thereof, and a power supply module have been described above, but these are only a few, and the photoelectric conversion of the present invention is described. Modules are not limited to these uses.
<用途>
本発明の光電変換モジュールは、自立型電源として機能させることができ、光電変換によって発生した電力を用いて、装置を動作させることが可能である。本発明の光電変換モジュールは、光が照射されることにより発電することが可能であるため、電子機器を電源に接続したり、あるいは電池交換したりする必要がない。そのため、電源設備がない場所でも電子機器を動作させたり、身に着けて持ち歩いたり、電池交換が困難な場所でも電池を交換することなく、電子機器を動作させたりすることが可能である。また、乾電池を用いる場合は、その分電子機器が重くなったり、サイズが大きくなったりするため、壁や天井への設置、あるいは持ち運びに支障を来すことがあるが、本発明の光電変換モジュールは、軽量で薄いため、設置自由度が高く、身に着けたり、持ち歩く上でもメリットが大きい。
<Use>
The photoelectric conversion module of the present invention can function as a self-supporting power source, and the device can be operated by using the electric power generated by the photoelectric conversion. Since the photoelectric conversion module of the present invention can generate electricity by being irradiated with light, it is not necessary to connect an electronic device to a power source or replace a battery. Therefore, it is possible to operate the electronic device even in a place where there is no power supply facility, to carry it around, and to operate the electronic device even in a place where it is difficult to replace the battery without replacing the battery. In addition, when a dry battery is used, the electronic device becomes heavier and larger in size, which may hinder installation on a wall or ceiling, or portability. However, the photoelectric conversion module of the present invention may be used. Because it is lightweight and thin, it has a high degree of freedom in installation, and it has great advantages for wearing and carrying around.
このように、本発明の光電変換モジュールは、自立型電源として使用でき、様々な電子機器に組み合わせることができる。例えば、電子卓上計算機、腕時計、携帯電話、電子手帳、電子ペーパーなどの表示機器、マウスやキーボードなどのパソコンの付属機器、温湿度センサや人感センサなどの各種センサ機器、ビーコンやGPSなどの発信機、補助灯、リモコン等数多くの電子機器と組み合わせて使用することができる。 As described above, the photoelectric conversion module of the present invention can be used as a self-supporting power source and can be combined with various electronic devices. For example, electronic desk computers, wristwatches, mobile phones, electronic organizers, electronic paper and other display devices, personal computer accessories such as mice and keyboards, various sensor devices such as temperature and humidity sensors and human sensor, and transmission of beacons and GPS. It can be used in combination with many electronic devices such as machines, auxiliary lights, and remote controls.
本発明の光電変換モジュールは、特に低照度の光でも発電できるため、室内でも、更に薄暗い影のところでも発電することが可能であるため、適用範囲が広い。また、乾電池のように液漏れがなく、ボタン電池のように誤飲することもなく安全性が高い。更に、充電式や乾電池式の電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源として用いることができる。このように、本発明の光電変換モジュールと、それが光電変換することによって発生した電力によって動作する装置とを組み合わせることで、軽量で使い勝手がよく、設置自由度が高く、交換が不要で、安全性に優れ、かつ環境負荷低減にも有効な電子機器に生まれ変わることができる。 Since the photoelectric conversion module of the present invention can generate electricity even with light of low illuminance, it can generate electricity indoors or even in a dim shadow, and therefore has a wide range of application. In addition, unlike dry batteries, there is no liquid leakage, and unlike button batteries, there is no accidental ingestion, and safety is high. Further, it can be used as an auxiliary power source for prolonging the continuous use time of rechargeable or dry battery type electric appliances. In this way, by combining the photoelectric conversion module of the present invention and the device that operates by the electric power generated by the photoelectric conversion, it is lightweight, easy to use, has a high degree of freedom of installation, does not require replacement, and is safe. It can be reborn as an electronic device that has excellent properties and is also effective in reducing the environmental burden.
本発明の光電変換モジュールと、それが光電変換することによって発生した電力によって動作する装置とを組み合わせた電子機器の基本構成図を図9に示す。これは、光電変換素子に光が照射されると発電し、電力を取り出すことができる。機器の回路は、その電力によって動作することが可能になる。 FIG. 9 shows a basic configuration diagram of an electronic device in which the photoelectric conversion module of the present invention and a device operated by the electric power generated by the photoelectric conversion module are combined. This can generate electric power and extract electric power when the photoelectric conversion element is irradiated with light. The circuit of the device can be operated by its electric power.
しかし、光電変換モジュールの光電変換素子は周囲の照度によって出力が変化するため、図9に示す電子機器は安定に動作することができない場合がある。この場合、図10に示すように、回路側に安定した電圧を供給するために、光電変換素子と機器の回路の間に光電変換素子用の電源ICを組み込むことが可能であり、有効である。
しかし、光電変換モジュールの光電変換素子は十分な照度の光が照射されていれば発電できるが、発電するだけの照度が足りなくなると、所望の電力が得られなくなり、これが光電変換素子の欠点でもある。この場合には、図11に示すように、キャパシタ等の蓄電デバイスを電源ICと機器回路の間に搭載することによって、光電変換素子からの余剰電力を蓄電デバイスに充電することが可能となり、照度が低すぎる場合や、光電変換素子に光が当たらない場合でも、蓄電デバイスに蓄えられた電力を機器回路に供給することが可能になり、安定に動作させることが可能となる。
However, since the output of the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion module changes depending on the ambient illuminance, the electronic device shown in FIG. 9 may not be able to operate stably. In this case, as shown in FIG. 10, in order to supply a stable voltage to the circuit side, it is possible and effective to incorporate a power supply IC for the photoelectric conversion element between the photoelectric conversion element and the circuit of the device. ..
However, the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion module can generate electricity if it is irradiated with light of sufficient illuminance, but if the illuminance sufficient to generate electricity is insufficient, the desired power cannot be obtained, which is also a drawback of the photoelectric conversion element. be. In this case, as shown in FIG. 11, by mounting a power storage device such as a capacitor between the power supply IC and the device circuit, it becomes possible to charge the power storage device with surplus power from the photoelectric conversion element, and the illuminance. Even if the value is too low or the photoelectric conversion element is not exposed to light, the power stored in the power storage device can be supplied to the device circuit, and stable operation can be performed.
このように、本発明の光電変換モジュールと、機器回路とを組み合わせた電子機器において、電源ICや蓄電デバイスを組み合わせることで、電源のない環境でも動作可能であり、また電池交換が不要で、安定に駆動させることが可能になり、光電変換素子のメリットを最大限に活かすことができる。 In this way, in an electronic device that combines the photoelectric conversion module of the present invention and a device circuit, by combining a power supply IC and a power storage device, it can operate even in an environment without a power supply, and it is stable without battery replacement. It becomes possible to make the best use of the merit of the photoelectric conversion element.
一方、本発明の光電変換モジュールは、電源モジュールとしても使用することが可能であり、有用である。例えば、図12に示すように、本発明の光電変換モジュールと、光電変換素子用の電源ICを接続すると、光電変換モジュールの光電変換素子が光電変換することによって発生した電力を電源ICにて一定の電圧レベルで供給することが可能な直流電源モジュールを構成することができる。
更に、図13に示すように、電源ICに蓄電デバイスを追加することにより、光電変換モジュールの光電変換素子が発生させた電力を蓄電デバイスに充電することが可能になり、照度が低すぎる場合や、光電変換素子に光が当たらない状態になっても、電力を供給することが可能な電源モジュールを構成することができる。
図12及び図13に示した本発明の電源モジュールは、従来の一次電池のように電池交換をすることなく、電源モジュールとして使用することが可能である。
On the other hand, the photoelectric conversion module of the present invention can also be used as a power supply module and is useful. For example, as shown in FIG. 12, when the photoelectric conversion module of the present invention and the power supply IC for the photoelectric conversion element are connected, the power generated by the photoelectric conversion of the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion module is constant in the power supply IC. It is possible to configure a DC power supply module that can supply at the voltage level of.
Further, as shown in FIG. 13, by adding a power storage device to the power supply IC, it becomes possible to charge the power storage device with the electric power generated by the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion module, and the illuminance is too low. It is possible to configure a power supply module capable of supplying electric power even when the photoelectric conversion element is not exposed to light.
The power supply module of the present invention shown in FIGS. 12 and 13 can be used as a power supply module without battery replacement unlike a conventional primary battery.
以下、本発明を実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、本発明はここに例示される実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to the examples exemplified here.
<製造例1:高分子化合物の合成>
下記反応により下記で表される高分子化合物(B−05)を合成した。
<Production Example 1: Synthesis of polymer compound>
The polymer compound (B-05) represented by the following was synthesized by the following reaction.
100ml四つ口フラスコに、上記のジアルデヒド化合物0.66g(2.0mmol)及びジホスホネート1.02g(2.0mmol)を入れ、窒素置換してテトラヒドロフラン75mlを加えた。この溶液にカリウムt−ブトキシドの1.0mol・dm−3テトラヒドロフラン溶液6.75ml(6.75mmol)を滴下し室温で2時間撹拌した後、ベンジルホスホン酸ジエチル及びベンズアルデヒドを順次加え、更に2時間撹拌した。
酢酸およそ1mlを加えて反応を終了し、溶液を水洗した。溶媒を減圧留去した後テトラヒドロフラン及びメタノールを用いて再沈澱による精製を行い、高分子化合物(B−05)を0.95g得た。ゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の数平均分子量は8500、重量平均分子量は20,000であった。理研計器製光電子分光装置AC−2を用いて測定したイオン化ポテンシャルは5.20eVであった。以下、記載されているイオン化ポテンシャルは全てAC−2にて測定した値である。
0.66 g (2.0 mmol) of the above dialdehyde compound and 1.02 g (2.0 mmol) of diphosphonate were placed in a 100 ml four-necked flask, and 75 ml of tetrahydrofuran was added after substitution with nitrogen. 6.75 ml (6.75 mmol) of a 1.0 mol · dm- 3tetrahydrofuran solution of potassium t-butoxide was added dropwise to this solution and stirred at room temperature for 2 hours, then diethyl benzylphosphonate and benzaldehyde were sequentially added, and the mixture was further stirred for 2 hours. bottom.
Approximately 1 ml of acetic acid was added to complete the reaction and the solution was washed with water. After distilling off the solvent under reduced pressure, purification was carried out by reprecipitation using tetrahydrofuran and methanol to obtain 0.95 g of the polymer compound (B-05). The polystyrene-equivalent number average molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC) was 8500, and the weight average molecular weight was 20,000. The ionization potential measured using the RIKEN KEIKI photoelectron spectrometer AC-2 was 5.20 eV. The ionization potentials described below are all values measured by AC-2.
(実施例1)
<太陽電池セルの作製>
基板及び第1の電極として、ITO(Indium Tin Oxide)ガラス基板を用いた。
(Example 1)
<Manufacturing of solar cells>
An ITO (Indium Tin Oxide) glass substrate was used as the substrate and the first electrode.
酸化スズコロイド溶液(アルファエーサー製)をITOガラス基板上に塗布し、100℃で1時間加熱乾燥した。次いで、(1−アミノエチル)ホスホン酸(Aldrich製)を溶解したエタノール0.1mM(なお、Mは、mol/dm3を意味する)の溶液を、スピンコート法を用いて上述の膜上に塗布し、70℃で10分間乾燥し、電子輸送層を得た。 A tin oxide colloidal solution (manufactured by Alpha Acer) was applied onto an ITO glass substrate and dried by heating at 100 ° C. for 1 hour. Next, a solution of 0.1 mM ethanol (where M means mol / dm 3 ) in which (1-aminoethyl) phosphonic acid (manufactured by Aldrich) was dissolved was applied onto the above-mentioned membrane by a spin coating method. It was applied and dried at 70 ° C. for 10 minutes to obtain an electron transport layer.
次いで、ヨウ化鉛(II)(0.5306g)、臭化鉛(II)(0.0736g)、臭化メチルアミン(0.0224g)、及びヨウ化ホルムアミジン(0.1876g)を、N,N−ジメチルホルムアミド(0.8ml)、及びジメチルスルホキシド(0.2ml)に加え、60℃で加熱攪拌して得た溶液を、上記の電子輸送層上にスピンコート法を用いて塗布しながらクロロベンゼン(0.3ml)を加えて、ペロブスカイト膜を形成し、150℃で30分間乾燥させることにより、ペロブスカイト層(光電変換層)を作製した。なお、ペロブスカイト層の平均厚みは、200nm〜350nmとなるようにした。更に、形成したペロブスカイト層上に、ヨウ化−n−ヘキシルトリメチルアミンを溶解したエタノール20mMの溶液を、スピンコートを用いて塗布した。 Next, lead iodide (II) (0.5306 g), lead (II) bromide (0.0736 g), methylamine bromide (0.0224 g), and formamidine iodide (0.1876 g) were added to N, In addition to N-dimethylformamide (0.8 ml) and dimethyl sulfoxide (0.2 ml), a solution obtained by heating and stirring at 60 ° C. is applied onto the above electron transport layer by a spin coating method while chlorobenzene. (0.3 ml) was added to form a perovskite film, which was dried at 150 ° C. for 30 minutes to prepare a perovskite layer (photoelectric conversion layer). The average thickness of the perovskite layer was set to 200 nm to 350 nm. Further, a solution of 20 mM ethanol in which -n-hexyltrimethylamine iodide was dissolved was applied onto the formed perovskite layer by spin coating.
次いで、製造例1で製造した(B−05)で示される高分子化合物を73.6mg、4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを7.4mg、計量し、クロロベンゼン3.0mlに溶解した。得た溶液を上記の工程により得られた積層物上にスピンコート法を用いて塗布して、ホール輸送層を作製した。なお、ホール輸送層の平均厚み(ペロブスカイト層上の部分)は、50〜120nmとなるようにした。 Next, 73.6 mg of the polymer compound represented by (B-05) produced in Production Example 1 and 7.4 mg of 4-isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate were weighed, and chlorobenzene was measured. It was dissolved in 3.0 ml. The obtained solution was applied onto the laminate obtained by the above step by a spin coating method to prepare a hole transport layer. The average thickness of the hole transport layer (the portion on the perovskite layer) was set to 50 to 120 nm.
さらに、前述の積層物上に、金を100nm真空蒸着した。
以上により太陽電セル1を得た。
Further, gold was vacuum-deposited at 100 nm on the above-mentioned laminate.
From the above, the solar power cell 1 was obtained.
<<太陽電池特性の評価>>
得られた太陽電池セル1について、ソーラーシミュレーター(AM1.5、100mW/cm2)で光を照射しつつ、太陽電池評価システム(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製、商品名:As−510−PV03)を用いて、太陽電池特性(初期特性)を評価した。結果を表2に示した。
<< Evaluation of solar cell characteristics >>
The obtained solar cell 1 is irradiated with light by a solar simulator (AM1.5, 100 mW / cm 2 ), and a solar cell evaluation system (manufactured by NF Circuit Design Block Co., Ltd., trade name: As-510-PV03). The solar cell characteristics (initial characteristics) were evaluated using. The results are shown in Table 2.
(実施例2〜15)
実施例1において、(1−アミノエチル)ホスホン酸、及びヨウ化−n−ヘキシルトリメチルアミンを、表2に示される化合物に変更した以外は、実施例1と同様にして、太陽電池セルを作製し、評価を行った。結果を表2に示した。
(Examples 2 to 15)
A solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that (1-aminoethyl) phosphonic acid and -n-hexyltrimethylamine iodide were changed to the compounds shown in Table 2. , Evaluated. The results are shown in Table 2.
表2中、ヨウ化−n−ヘキシルトリメチルアミンは、n−ヘキシルアミンヨウ化水素酸塩である。
臭化−n−ヘキシルトリメチルアミンは、n−ヘキシルアミン臭化水素酸塩である。
ヨウ化フェネチルアミンは、2−フェニルエチルアミンヨウ化水素酸塩である。
In Table 2, the iodide-n-hexyltrimethylamine is n-hexylamine hydroiodide.
-N-Hexyltrimethylamine bromide is n-hexylamine hydrobromide.
Phenethylamine iodide is 2-phenylethylamine hydroiodide.
表2及び表3において、各符号の意味は以下の通りである。
「Voc」は、開放電圧を意味する。
「Jsc」は、短絡電流密度を意味する。
「FF」は、形状因子を意味する。
「η」は、光電変換効率を意味する。
In Tables 2 and 3, the meaning of each reference numeral is as follows.
"Voc" means open circuit voltage.
"Jsc" means short circuit current density.
"FF" means Scherrer equation.
“Η” means photoelectric conversion efficiency.
(比較例1〜4)
実施例1において、(1−アミノエチル)ホスホン酸、及びヨウ化−n−ヘキシルトリメチルアミンを、表3に示される化合物に変更した以外は、実施例1と同様にして、太陽電池セルを作製し評価を行った。結果を表3に示した。
(Comparative Examples 1 to 4)
A solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that (1-aminoethyl) phosphonic acid and -n-hexyltrimethylamine iodide were changed to the compounds shown in Table 3. Evaluation was performed. The results are shown in Table 3.
実施例1〜15と比較例1、2から明らかなように、ホスホン酸、スルホン酸、ハロゲン化シリル化合物、又はアルコキシシリル化合物(以下、「酸性化合物」と称する)を用い、かつ有機塩あるいは無機塩を光電変換層とホール輸送層の間に挿入することで、酸性化合物のみを用いた場合、又は有機塩あるいは無機塩を単独で用いた場合に比較して、変換効率が高いことが明らかである。更に、比較例3、4から明らかなように、酸性化合物にカルボン酸を用いても変換効率が増加されないことも明らかである。
また、実施例1〜4と実施例6から明らかなように、酸性化合物としてアミノ基を有している化合物を用いることで変換効率が高くなることが明らかである。
As is clear from Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 and 2, phosphonic acid, sulfonic acid, silyl halide compound, or alkoxysilyl compound (hereinafter referred to as "acidic compound") is used, and an organic salt or an inorganic substance is used. By inserting the salt between the photoelectric conversion layer and the hole transport layer, it is clear that the conversion efficiency is higher than when only the acidic compound is used or when the organic salt or the inorganic salt is used alone. be. Furthermore, as is clear from Comparative Examples 3 and 4, it is also clear that the conversion efficiency is not increased even if a carboxylic acid is used as the acidic compound.
Further, as is clear from Examples 1 to 4 and Example 6, it is clear that the conversion efficiency is increased by using a compound having an amino group as the acidic compound.
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> 第1の電極、電子輸送層、光電変換層、ホール輸送層、及び第2の電極を有する光電変換素子において、
前記電子輸送層が、電子輸送材料を含有し、
前記電子輸送層が、前記光電変換層側の表面の前記電子輸送材料上に、ホスホン酸化合物、ボロン酸化合物、スルホン酸化合物、ハロゲン化シリル化合物、及びアルコキシシリル化合物の少なくともいずれかの化合物を含有し、
前記光電変換層と前記ホール輸送層の間に、有機塩及び無機塩の少なくともいずれかの塩を含有することを特徴とする光電変換素子である。
<2> 前記化合物が、窒素原子を有する前記<1>に記載の光電変換素子である。
<3> 前記化合物が、下記一般式(1)で表される前記<1>から<2>のいずれかに記載の光電変換素子である。
<4> 前記塩が、カチオンにハロゲン原子を有する前記<1>から<3>のいずれかに記載の光電変換素子である。
<5> 前記有機塩が、アミンのハロゲン化水素酸塩であり、
前記無機塩が、アルカリ金属のハロゲン化物である前記<1>から<3>のいずれかに記載の光電変換素子である。
<6> 前記光電変換層が、ペロブスカイト化合物を含有するペロブスカイト層である前記<1>から<5>のいずれかに記載の光電変換素子である。
<7> 前記ペロブスカイト化合物が、下記一般式(2)で表される前記<6>に記載の光電変換素子である。
XαYβMγ ・・・一般式(2)
ただし、前記一般式(2)中、α:β:γの比率は、3:1:1であり、β及びγは、1より大きい整数を表す。Xは、ハロゲンイオン、Yは、アミノ基を有する有機化合物のイオン及びアルカリ金属イオンの少なくとも1つ、Mは、金属イオンを表す。
<8> 前記ホール輸送層が、下記一般式(3)で表される繰り返し構造を有する高分子化合物を含有する前記<1>から<7>のいずれかに記載の光電変換素子である。
<9> 前記電子輸送材料が、金属酸化物である前記<1>から<8>のいずれかに記載の光電変換素子である。
<10> 前記金属酸化物が、酸化スズを含有する前記<9>に記載の光電変換素子である。
<11> 前記電子輸送層の光電変換層側の表面のラフネスファクターが、10以下である前記<1>から<10>のいずれかに記載の光電変換素子である。
<12> 前記<1>から<11>のいずれかに記載の光電変換素子が直列又は並列に電気的に接続されたことを特徴とする光電変換モジュールである。
<13> 前記<12>に記載の光電変換モジュールと、
前記光電変換モジュールが光電変換することによって発生した電力によって動作する装
置と、
を有することを特徴とする電子機器である。
<14> 前記<12>に記載の光電変換モジュールと、
前記光電変換モジュールが光電変換することによって発生した電力を蓄電する蓄電池と、前記光電変換モジュールが光電変換することによって発生した電力及び/又は前記蓄電池に蓄電された電力によって動作する装置を有することを特徴とする電子機器である。
<15> 前記<12>に記載の光電変換モジュールと、
電源ICと、
を有することを特徴とする電源モジュールである。
Aspects of the present invention are, for example, as follows.
<1> In the photoelectric conversion element having the first electrode, the electron transport layer, the photoelectric conversion layer, the hole transport layer, and the second electrode.
The electron transport layer contains an electron transport material and
The electron transporting layer contains at least one of a phosphonic acid compound, a boronic acid compound, a sulfonic acid compound, a halogenated silyl compound, and an alkoxysilyl compound on the electron transporting material on the surface of the photoelectric conversion layer side. death,
The photoelectric conversion element is characterized by containing at least one salt of an organic salt and an inorganic salt between the photoelectric conversion layer and the hole transport layer.
<2> The photoelectric conversion element according to <1>, wherein the compound has a nitrogen atom.
<3> The compound is the photoelectric conversion element according to any one of <1> to <2> represented by the following general formula (1).
<4> The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <3>, wherein the salt has a halogen atom as a cation.
<5> The organic salt is a hydrogen halide of an amine.
The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <3>, wherein the inorganic salt is a halide of an alkali metal.
<6> The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <5>, wherein the photoelectric conversion layer is a perovskite layer containing a perovskite compound.
<7> The perovskite compound is the photoelectric conversion element according to <6> represented by the following general formula (2).
XαYβMγ ・ ・ ・ General formula (2)
However, in the general formula (2), the ratio of α: β: γ is 3: 1: 1, and β and γ represent integers larger than 1. X represents a halogen ion, Y represents at least one of an organic compound ion having an amino group and an alkali metal ion, and M represents a metal ion.
<8> The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <7>, wherein the hole transport layer contains a polymer compound having a repeating structure represented by the following general formula (3).
<9> The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <8>, wherein the electron transport material is a metal oxide.
<10> The photoelectric conversion element according to <9>, wherein the metal oxide contains tin oxide.
<11> The photoelectric conversion element according to any one of <1> to <10>, wherein the roughness factor of the surface of the electron transport layer on the photoelectric conversion layer side is 10 or less.
<12> The photoelectric conversion module according to any one of <1> to <11> is electrically connected in series or in parallel.
<13> The photoelectric conversion module according to <12> and
A device that operates by the electric power generated by the photoelectric conversion module
It is an electronic device characterized by having.
<14> The photoelectric conversion module according to <12> and
Having a storage battery that stores the electric power generated by the photoelectric conversion module, and / or a device that operates by the electric power generated by the photoelectric conversion and / or the electric power stored in the storage battery. It is a characteristic electronic device.
<15> The photoelectric conversion module according to <12> and
Power supply IC and
It is a power supply module characterized by having.
前記<1>から<11>に記載の光電変換素子、前記<12>に記載の光電変換モジュール、前記<13>から<14>のいずれかに記載の電子機器、及び前記<15>に記載の電源モジュールは、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。 The photoelectric conversion element according to <1> to <11>, the photoelectric conversion module according to <12>, the electronic device according to any one of <13> to <14>, and the above-mentioned <15>. The power supply module can solve the conventional problems and achieve the object of the present invention.
2 第1の電極
3 緻密な電子輸送層(緻密層)
5 ペロブスカイト層
6 ホール輸送層
7 第2の電極
50 太陽電池セル
2
5
Claims (15)
前記電子輸送層が、電子輸送材料を含有し、
前記電子輸送層が、前記光電変換層側の表面の前記電子輸送材料上に、ホスホン酸化合物、ボロン酸化合物、スルホン酸化合物、ハロゲン化シリル化合物、及びアルコキシシリル化合物の少なくともいずれかの化合物を含有し、
前記光電変換層と前記ホール輸送層の間に、有機塩及び無機塩の少なくともいずれかの塩を含有することを特徴とする光電変換素子。 In a photoelectric conversion element having a first electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer, a hole transport layer, and a second electrode,
The electron transport layer contains an electron transport material and
The electron transporting layer contains at least one of a phosphonic acid compound, a boronic acid compound, a sulfonic acid compound, a halogenated silyl compound, and an alkoxysilyl compound on the electron transporting material on the surface of the photoelectric conversion layer side. death,
A photoelectric conversion element comprising at least one of an organic salt and an inorganic salt between the photoelectric conversion layer and the hole transport layer.
前記無機塩が、アルカリ金属のハロゲン化物である請求項1から3のいずれかに記載の光電変換素子。 The organic salt is an amine hydrohalide,
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 3, wherein the inorganic salt is a halide of an alkali metal.
XαYβMγ ・・・一般式(2)
ただし、前記一般式(2)中、α:β:γの比率は、3:1:1であり、β及びγは、1より大きい整数を表す。Xは、ハロゲンイオン、Yは、アミノ基を有する有機化合物のイオン及びアルカリ金属イオンの少なくとも1つ、Mは、金属イオンを表す。 The photoelectric conversion element according to claim 6, wherein the perovskite compound is represented by the following general formula (2).
XαYβMγ ・ ・ ・ General formula (2)
However, in the general formula (2), the ratio of α: β: γ is 3: 1: 1, and β and γ represent integers larger than 1. X represents a halogen ion, Y represents at least one of an organic compound ion having an amino group and an alkali metal ion, and M represents a metal ion.
前記光電変換モジュールが光電変換することによって発生した電力によって動作する装
置と、
を有することを特徴とする電子機器。 The photoelectric conversion module according to claim 12 and
A device that operates by the electric power generated by the photoelectric conversion module
An electronic device characterized by having.
前記光電変換モジュールが光電変換することによって発生した電力を蓄電する蓄電池と、前記光電変換モジュールが光電変換することによって発生した電力及び/又は前記蓄電池に蓄電された電力によって動作する装置を有することを特徴とする電子機器。 The photoelectric conversion module according to claim 12 and
Having a storage battery that stores the electric power generated by the photoelectric conversion module, and / or a device that operates by the electric power generated by the photoelectric conversion and / or the electric power stored in the storage battery. Characterized electronic equipment.
電源ICと、
を有することを特徴とする電源モジュール。
The photoelectric conversion module according to claim 12 and
Power supply IC and
A power supply module characterized by having.
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