有机半导体组合物、光伏元件、光电转换装置和光伏元件的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于，提供光电转换效率高、且加工性·低环境负荷性优异的光伏元件。具体而言，本发明专利技术是包含单环或二环的芳族环被特定数量的烷基、烷氧基、烷酰基或烷硫基取代得到的化合物作为添加剂的有机半导体组合物、以及使用该组合物得到的光伏元件的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有机半导体组合物、光伏元件、光电转换装置和光伏元件的制造方法
本专利技术涉及有机半导体组合物和使用其得到的光伏元件、光电转换装置和光伏元件的制造方法。
技术介绍
太阳能电池对于当今日益严重的能源问题而言作为有效环保的能源来源而受到关注。当今，作为太阳能电池的光伏元件的半导体材料，使用单晶硅、多晶硅、非晶硅、化合物半导体等无机物。但是，使用无机半导体制造的太阳能电池与火力发电等发电方式相比成本高，因此尚未广泛普及至一般家庭。成本高的主要原因在于主要在真空且高温下形成半导体薄膜的工艺。因此，作为期待使制造工艺简化的半导体材料，研究了使用共轭系高分子、有机晶体等有机半导体、有机色素得到的有机太阳能电池。在这样的有机太阳能电池中，由于能够通过涂布法制作半导体材料层，因此能够大幅简化制造工艺。但是，使用共轭系高分子等得到的有机太阳能电池与以往的使用无机半导体得到的太阳能电池相比光电转换效率低，因此尚未实用化。为了使有机太阳能电池实用化，必须进一步提高光电转换效率。作为提高有机太阳能电池的光电转换效率的方法之一，经常使用下述方法：在涂布形成由供电子性有机半导体(例如为共轭系聚合物等)和受电子性有机半导体(例如为富勒烯化合物等)组成的光电转换层时，并非使用单一溶剂，而是添加1,8-二碘辛烷作为添加剂来进行涂布形成(例如，非专利文献1、专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第5482973号说明书非专利文献非专利文献1：AdvancedMaterials，2010年，22卷，E135-E138页。
技术实现思路
专利技术要解决的问题在涂布形成由供电子性有机半导体和受电子性有机半导体组成的光电转换层时，其相分离结构受到供电子性有机半导体、受电子性有机半导体、溶剂、或添加剂彼此之间的亲和性·排斥性的影响，可以认为该相分离结构由它们复杂地相互影响来决定。其中，根据本专利技术人等的见解，可以认为特别重要的是受电子性有机半导体与溶剂的亲和性、或者受电子性有机半导体与添加剂的亲和性。此外，由有机半导体溶液涂布形成光电转换层时，在单一溶剂体系中，由于受电子性有机半导体与溶剂的亲和性不充分，导致在涂布溶液后逐渐干燥·浓缩的过程中，容易产生受电子性有机半导体的过度凝集等。因此，光电转换层的相分离尺寸变得过大以致大于20nm(可以认为适合的是，相分离尺寸为有机半导体的激子扩散距离(通常约为10nm)的2倍左右的20nm左右)，作为光电转换层而难以调整至适当的大小。此外，与受电子性有机半导体的亲和性高的溶剂的沸点过高，这样的单一溶剂体系难以以适当的厚度进行涂布。作为解决这些问题的方法，可以举出组合溶剂和添加剂的方法。如前述非专利文献1(AdvancedMaterials，2010年，22卷，E135-E138页)中公开的那样，报告了通过向用于形成光电转换层的溶液中加入特定的添加剂(1,8-二碘辛烷等)，供电子性有机半导体与受电子性有机半导体的相分离结构(相分离尺寸、共连续性、取向性等)发生变化，光电转换效率提高。进一步，如果是以少量也能够得到性能提高的效果的添加剂，则容易通过与廉价的溶剂进行组合而得到成本方面的益处。此外，根据溶剂的选择而能够确定溶液的粘性、干燥性等，因此容易配合所使用的涂布方法来调整组合物的特性。此外，作为溶剂，即使是难以干燥的高沸点化合物、在常温常压下为固体之类的化合物，也可以想到通过以少量添加剂的形式进行添加而使干燥变得容易、或者能够以溶液的形式进行应用等工艺方面的益处。本专利技术人等能够确认的是，在涂布形成由供电子性有机半导体和受电子性有机半导体组成的光电转换层时，通过加入1,8-二碘辛烷作为添加剂，光电转换效率确实得到提高。然而还考虑到的是，1,8-二碘辛烷的沸点高且挥发性低、干燥缓慢，由此导致加工性变差，因卤素化合物的不稳定而导致的对耐久性的担忧成为问题。进一步，由于1,8-二碘辛烷为卤素化合物，因此从环境负荷的观点出发，还认为优选利用非卤素化合物对其进行替代。本专利技术的目的在于，提供可得到与使用1,8-二碘辛烷作为添加剂的情况相比同等的高光电转换效率、且具有良好的加工性、并且环境负荷低的有机半导体组合物以及使用其得到的光伏元件。用于解决问题的方案本专利技术人等着眼于1,8-二碘辛烷与受电子性有机半导体的亲和性高，并认为该高亲和性是控制结构的主要因素。此外，进行反复研究的结果是，还认为1,8-二碘辛烷与受电子性有机半导体的高亲和性来源于卤素原子。因此认为，为了将1,8-二碘辛烷替换成非卤素化合物，需要与受电子性有机半导体的亲和性高的完全不同的骨架、取代基。本专利技术人等进一步反复研究的结果发现，对于与受电子性有机半导体的亲和性高的骨架而言有效的是苯等芳香环，对于与受电子性有机半导体的亲和性高的取代基而言有效的是烷氧基、烷酰基、烷硫基。即，本专利技术是有机半导体组合物，其包含供电子性有机半导体、受电子性有机半导体、溶剂和沸点高于该溶剂的添加剂，该添加剂为选自后述通式(1)~(3)中任一者所示的化合物中的1种或2种以上的化合物。专利技术的效果通过由本专利技术的组合物形成光电转换层，可提供光电转换效率高、且加工性·低环境负荷性优异的光伏元件。附图说明图1是示出本专利技术的光伏元件的一个方式的截面图。具体实施方式<有机半导体组合物>针对本专利技术的有机半导体组合物进行说明。本专利技术是有机半导体组合物，其包含供电子性有机半导体、受电子性有机半导体、溶剂和沸点高于该溶剂的添加剂，该添加剂为选自后述通式(1)~(3)中任一者所示的化合物中的1种或2种以上的化合物。[供电子性有机半导体]供电子性有机半导体是指示出p型半导体特性或者具有空穴传输性的有机化合物，只要是具有这些特性的化合物则没有特别限定。作为示出p型半导体特性或者具有空穴传输性的有机化合物，可以举出例如聚噻吩系聚合物、2,1,3-苯并噻二唑-噻吩系共聚物、喹喔啉-噻吩系共聚物、噻吩并噻吩-苯并二噻吩系共聚物、噻吩并吡咯二酮系共聚物、异靛青系共聚物、二酮吡咯并吡咯系共聚物、聚对亚苯基亚乙烯基系聚合物、聚对亚苯基系聚合物、聚芴系聚合物、聚吡咯系聚合物、聚苯胺系聚合物、聚乙炔系聚合物、聚亚噻吩基亚乙烯基系聚合物等共轭系聚合物、H2酞菁(H2Pc)、酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(ZnPc)等酞菁衍生物、卟啉衍生物、N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-4,4'-二苯基-1,1'-二胺(TPD)、N,N'-二萘基-N,N'-二苯基-4,4'-二苯基-1,1'-二胺(NPD)等三芳基胺衍生物、4,4'-二(咔唑-9-基)联苯(CBP)等咔唑衍生物、低聚噻吩衍生物(三联噻吩、四联噻吩、六联噻吩、八联噻吩等)等低分子有机化合物等。可以使用它们中的2种以上。聚噻吩系聚合物是指在主链上具有噻吩骨架的共轭系聚合物，还包括具有侧链的聚合物。具体而言，可以举出聚-3-甲基噻吩、聚-3-丁基噻吩、聚-3-己基噻吩、聚-3-辛基噻吩、聚-3-癸基噻吩等聚-3-烷基噻吩；聚-3-甲氧基噻吩、聚-3-乙氧基噻吩、聚-3-十二烷氧基噻吩等聚-3-烷氧基噻吩；聚-3-甲氧基-4-甲基噻吩、聚-3-十二烷氧基-4-甲基噻吩等聚-3-烷氧基-4-烷基噻吩等。2,1,3-苯并噻二唑-噻吩系共聚物是指在主链上具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
有机半导体组合物，其包含供电子性有机半导体、受电子性有机半导体、溶剂和沸点高于该溶剂的添加剂，该添加剂为选自下述通式(1)~(3)中任一者所示的化合物中的1种或2种以上的化合物，[化学式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.14 JP 2014-2097031.有机半导体组合物，其包含供电子性有机半导体、受电子性有机半导体、溶剂和沸点高于该溶剂的添加剂，该添加剂为选自下述通式(1)~(3)中任一者所示的化合物中的1种或2种以上的化合物，[化学式1]上述通式(1)中，A表示任意的单环芳族烃基或单环杂芳族基团；n为2以上的自然数；R1为在A的任意位置上键合的n个取代基，彼此可以相同也可以不同，表示烷基、烷氧基或烷酰基；此外，多个R1之中，至少1个是烷氧基或烷酰基中的任一者；此外，多个R1任选键合而形成环，上述通式(2)中，B表示任意的二环芳族烃基或二环杂芳族基团；n为1以上的自然数；R2为在B的任意位置上键合的n个取代基，彼此可以相同也可以不同，表示烷基、烷氧基、烷酰基或烷硫基；此外，R2之中，至少1个是烷氧基、烷酰基或烷硫基中的任一者；此外，多个R2任选键合而形成环，上述通式(3)中，C表示任意的单环芳族烃基或单环杂芳族基团；n为1以上的自然数；R3为在C的任意位置上键合的n个取代基，彼此可以相同也可以不同，表示烷基、烷氧基、烷酰基或烷硫基；此外，R3之中，至少1个是烷硫基；此外，多个R3任选键合而形成环。2.根据权利要求1所述的有机半导体组合物，其中，所述添加剂是所述通式(1)中的A为苯环的化合物、所述通式(2)中的B为萘环的化合物、或者所述通式(3)中的C为苯环的化合物。3.根据权利要求1或2所述的有机半导体组合物，其中，所述添加剂是所述通式(1)中的2个以上R1为烷氧基的化合物、或者所述通式(1)中的至少2个R1为烷酰基和烷基且形成了环的化合物。4.根据权利要求3所述的有机半导体组合物，其中，所述添加剂是所述通式(1)中的n为3以上、且3个以上的R1为烷氧基的化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本修平，北泽大辅，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP