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JP5283980B2 - Organic thin film solar cell material and organic thin film solar cell using the same - Google Patents
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Description

本発明は、有機薄膜太陽電池用材料及びそれを用いた有機薄膜太陽電池に関する。   The present invention relates to an organic thin film solar cell material and an organic thin film solar cell using the same.

太陽電池は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードや撮像素子と同様、光入力に対して電気出力を示す装置であり、電気入力に対して光出力を示すエレクトロルミネッセンス(EL)素子とは逆の応答を示す装置である。この太陽電池は、化石燃料の枯渇問題や地球温暖化問題を背景に、クリーンエネルギー源として近年大変注目されてきており、研究開発が盛んに行なわれるようになってきた。これまでに、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどを用いたシリコン系太陽電池が実用化されてきたが、シリコン系太陽電池が高価であることや原料シリコンの不足の問題などが表面化してきたことにより、次世代太陽電池開発の要望が高まりつつある。そのようななか、安価で毒性が低く、かつ原材料不足の懸念も無い有機薄膜太陽電池が、シリコン系太陽電池に次ぐ次世代の太陽電池として大変注目を集めている。   A solar cell is a device that exhibits an electrical output with respect to an optical input, similar to a photodiode or an imaging device that converts an optical signal into an electrical signal. What is an electroluminescence (EL) device that exhibits an optical output with respect to an electrical input? It is a device that shows the opposite response. This solar cell has been attracting much attention as a clean energy source in recent years against the background of fossil fuel depletion and global warming, and research and development have been actively conducted. So far, silicon solar cells using single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, etc. have been put into practical use, but the problems such as the high cost of silicon solar cells and the lack of raw material silicon have surfaced. As a result, there is a growing demand for the development of next-generation solar cells. Under such circumstances, organic thin-film solar cells that are inexpensive, low in toxicity, and have no fear of shortage of raw materials are attracting much attention as next-generation solar cells after silicon-based solar cells.

有機薄膜太陽電池の研究は、当初メロシアニン色素などを用いた単層膜をもとに進められてきた。しかし更なる研究開発により、電子を輸送する「p層」と正孔を輸送する「n層」とを有する多層膜にすることで、光入力から電気出力への変換効率(光電変換効率)が向上することが見出されて以降、多層膜が主流になってきている。多層膜の検討当初に用いられた材料は、p層としては銅フタロシアニン(CuPc)、n層としてはペリレンイミド類(PTCBI)であった。その後、p層とn層の間に「i層(p材料とn材料との混合層)」を挿入して積層を増やすことにより、光電変換効率が向上することが見出されたが、依然として、p層及びn層には、それぞれ同じ材料が使用されていた。
その後、「p層/i層/n層」を何層も繰り返し積層するというスタックセル構成により、さらに光電変換効率が向上することが見出された。この時に使用された材料は、p層としてはフタロシアニン類、n層としてはフラーレン(C60)であった。
Research on organic thin-film solar cells has initially been based on single-layer films using merocyanine dyes. However, by further research and development, the conversion efficiency from light input to electrical output (photoelectric conversion efficiency) can be improved by making a multilayer film with “p layer” for transporting electrons and “n layer” for transporting holes. Since it has been found to improve, multilayer films have become mainstream. The materials used at the beginning of the study of the multilayer film were copper phthalocyanine (CuPc) for the p layer and peryleneimides (PTCBI) for the n layer. After that, it was found that the photoelectric conversion efficiency is improved by inserting “i layer (mixed layer of p material and n material)” between the p layer and the n layer to increase the number of layers. The same material was used for each of the p layer and the n layer.
Thereafter, it has been found that the photoelectric conversion efficiency is further improved by the stack cell configuration in which “p layer / i layer / n layer” is repeatedly laminated. The materials used at this time were phthalocyanines for the p layer and fullerene (C 60 ) for the n layer.

一方、高分子を用いた有機薄膜太陽電池では、p層の材料として導電性高分子を用い、n層の材料としてC60誘導体を用いてそれらを混合し、熱処理することによりミクロ層分離を誘起してヘテロ界面を増やし、光電変換効率を向上させるという、所謂バルクヘテロ構造の研究が主に行なわれてきた。ここで用いられてきた材料系は、主に、p層の材料としてはポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、n層の材料としてはC60誘導体(PCBM)であった。
このように、有機薄膜太陽電池では、各層の材料は初期の頃からあまり進展がなく、依然としてフタロシアニン誘導体、ペリレンイミド誘導体、C60誘導体が用いられている。従って、光電変換効率を高めるべく、これら従来の材料に代わる新規な材料の開発が熱望されている。
On the other hand, in the organic thin-film solar cells using a polymer, induce microlayer separation by using a conductive polymer as a material of the p-layer, using a C 60 derivative as the material of the n-layer mixture thereof, a heat treatment Research on so-called bulk heterostructures, in which the number of heterointerfaces is increased and the photoelectric conversion efficiency is improved, has been mainly conducted. The material system used here was mainly poly-3-hexylthiophene (P3HT) as the material for the p layer and C 60 derivative (PCBM) as the material for the n layer.
Thus, in the organic thin film solar cell, the material of each layer has not progressed much from the early days, and phthalocyanine derivatives, perylene imide derivatives, and C 60 derivatives are still used. Therefore, in order to increase the photoelectric conversion efficiency, development of a new material replacing these conventional materials is eagerly desired.

ところで、一般に有機太陽電池の動作過程は、(1)光吸収及び励起子生成、(2)励起子拡散、(3)電荷分離、(4)キャリア移動、(5)起電力発生の素過程からなっており、有機物は概して太陽光スペクトルに合致する吸収特性を示すものが多くないため、高い光電変換効率を達成できないことが多かった。例えば、近年精力的に開発が行なわれている有機EL素子において、優れた正孔輸送材料及び正孔注入材料であるアミン化合物が見出されているが、それらは、有機薄膜太陽電池用のp層の材料として使用しても、太陽光スペクトルに対する吸収特性が不十分であり、光電変換効率が十分得られないという欠点を有している。   By the way, in general, the operation process of an organic solar cell is as follows: (1) light absorption and exciton generation, (2) exciton diffusion, (3) charge separation, (4) carrier movement, and (5) electromotive force generation. In general, organic substances do not generally have an absorption characteristic that matches the solar spectrum, and thus high photoelectric conversion efficiency cannot often be achieved. For example, in organic EL devices that have been energetically developed in recent years, excellent hole transport materials and amine compounds that are hole injection materials have been found. Even if it is used as a material for the layer, it has a drawback that the absorption characteristics with respect to the sunlight spectrum are insufficient and the photoelectric conversion efficiency cannot be sufficiently obtained.

有機化合物において可視光領域に吸収を持たせるためには、π電子共役構造を拡大して吸収極大波長を長波長化すればよいことが知られている。ただし、あまりに共役系を拡張して分子量が大きくなり過ぎると、溶媒に対する溶解性が低下して精製が困難になり、かつ昇華温度が上昇して昇華精製できなくなるなどの難点がある。そこで、ある程度分子量を抑えながら効率的に吸収波長を長波長化した材料として、チエノアセン類が開発されてきた(特許文献1及び非特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1や非特許文献1に記載のチエノアセン類は、(i)可視吸収領域を広げるためにポリアセン構造部位の縮合環数を増やすと、光や酸素に対する安定性が低下するため、精製や取り扱いが困難となり、高純度化が困難であること、(ii)側鎖に三重結合やシリル基を有しているため、熱や光に対して不安定であり、機械的性能及び光電変換効率が十分ではないこと、などから実用性に乏しいという問題があった。
In order to give absorption in the visible light region in an organic compound, it is known that the π-electron conjugated structure may be enlarged to increase the absorption maximum wavelength. However, if the conjugated system is expanded too much and the molecular weight becomes too large, the solubility in the solvent is lowered and purification becomes difficult, and the sublimation temperature rises and sublimation purification becomes impossible. Thus, thienoacenes have been developed as materials that efficiently lengthen the absorption wavelength while suppressing the molecular weight to some extent (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).
However, the thienoacenes described in Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1 (i) increase the number of condensed rings in the polyacene structure portion in order to widen the visible absorption region, so that the stability to light and oxygen decreases. It is difficult to handle and high purity is difficult. (Ii) Since it has a triple bond or silyl group in the side chain, it is unstable to heat and light, and has mechanical performance and photoelectric conversion. There was a problem that it was poor in practicality because of its insufficient efficiency.

特開2007−335760号公報JP 2007-335760 A Journal of American Chemical Society,129巻,9144頁(2007)Journal of American Chemical Society, 129, 9144 (2007)

本発明は、このような状況下になされたもので、光、酸素、及び熱に対して安定であり、かつ有機薄膜太陽電池に利用したときに高効率の光電変換特性を示しうる新規な材料を提供することを目的とする。   The present invention has been made under such circumstances, and is a novel material that is stable to light, oxygen, and heat and can exhibit highly efficient photoelectric conversion characteristics when used in an organic thin film solar cell. The purpose is to provide.

本発明者らは上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定のチエノアセン骨格を有する化合物を用いることで、光、酸素、及び熱に対して安定であり、かつ高効率の光電変換特性を示す有機薄膜太陽電池を得られることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have used a compound having a specific thienoacene skeleton, and are stable to light, oxygen, and heat, and have high efficiency. It discovered that the organic thin-film solar cell which shows a characteristic could be obtained, and completed this invention.

すなわち、本発明は、
[1]一般式(I)及び/又は一般式(II)で示される化合物からなる有機薄膜太陽電池用材料、
That is, the present invention
[1] Organic thin film solar cell material comprising a compound represented by general formula (I) and / or general formula (II),

Figure 0005283980
Figure 0005283980

(式(I)及び(II)中、X1、X2、Y1及びY2は、それぞれ独立して環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基、又は一般式(III)で示される基を表す。また、式(I)〜(III)中、R1〜R7は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキル基、環形成炭素数3〜10の置換もしくは無置換のシクロアルキル基、炭素数2〜40の置換もしくは無置換のアルケニル基、炭素数2〜40の置換もしくは無置換のアルキニル基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基、環形成原子数6〜40の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルコキシ基、環形成炭素数3〜10の置換もしくは無置換のシクロアルコキシ基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールアミノ基又は炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基を表す。)
[2]前記R1〜R7が、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキル基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルコキシ基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールオキシ基又は環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールアミノ基である前記[1]に記載の有機薄膜太陽電池材料、
[3]前記R1〜R7が、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキル基又は環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基である前記[1]に記載の有機薄膜太陽電池材料、
[4]前記R1〜R7が、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキル基である前記[1]に記載の有機薄膜太陽電池材料、
[5]前記R6及びR7が、水素原子である前記[1]〜[4]のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池材料、
[6]一対の電極の間に少なくともp層を有し、該p層が前記[1]〜[5]のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池用材料を含有する、有機薄膜太陽電池、及び
[7]前記[6]に記載の有機薄膜太陽電池を具備する装置、
を提供するものである。
(In Formulas (I) and (II), X 1 , X 2 , Y 1 and Y 2 are each independently a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 ring carbon atoms, or General Formula (III) In the formulas (I) to (III), R 1 to R 7 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 40 carbon atoms. A substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 10 ring carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms, or a ring forming carbon number A substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 6 to 40 ring atoms, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 40 carbon atoms, and 3 to 10 carbon atoms forming a ring Replaced or unsubstituted shik An alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 40 ring carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylamino group having 6 to 40 ring carbon atoms, or a substituted or unsubstituted alkylamino group having 1 to 40 carbon atoms Represents a group.)
[2] R 1 to R 7 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 ring carbon atoms, carbon A substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 40 ring carbon atoms, or a substituted or unsubstituted arylamino group having 6 to 40 ring carbon atoms [ 1], an organic thin film solar cell material,
[3] R 1 to R 7 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 ring carbon atoms. The organic thin-film solar cell material according to [1],
[4] The organic thin-film solar cell material according to [1], wherein R 1 to R 7 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 40 carbon atoms,
[5] The organic thin-film solar cell material according to any one of [1] to [4], wherein R 6 and R 7 are hydrogen atoms.
[6] An organic thin film solar cell having at least a p layer between a pair of electrodes, the p layer containing the material for an organic thin film solar cell according to any one of [1] to [5], and [7] A device comprising the organic thin-film solar cell according to [6],
Is to provide.

本発明によれば、光、酸素及び熱に対して安定であり、かつ有機薄膜太陽電池に利用したときに高効率の光電変換特性を示す材料を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the material which is stable with respect to light, oxygen, and a heat | fever, and shows a highly efficient photoelectric conversion characteristic when utilized for an organic thin film solar cell can be provided.

<有機薄膜太陽電池用材料>
本発明の有機薄膜太陽電池用材料は、前記の通り、下記一般式(I)及び/又は一般式(II)で示される化合物からなるものである。
<Materials for organic thin film solar cells>
As described above, the organic thin film solar cell material of the present invention comprises a compound represented by the following general formula (I) and / or general formula (II).

Figure 0005283980
Figure 0005283980

式(I)及び(II)中、X1、X2、Y1及びY2は、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基、環形成原子数6〜40の置換又は一般式(III)で示される基を表す。また、式(I)〜(III)中、R1〜R7は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキル基、環形成炭素数3〜10の置換もしくは無置換のシクロアルキル基、炭素数2〜40の置換もしくは無置換のアルケニル基、炭素数2〜40の置換もしくは無置換のアルキニル基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基、環形成原子数6〜40の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルコキシ基、環形成炭素数3〜10の置換もしくは無置換のシクロアルコキシ基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールアミノ基又は炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基を表す。 In formulas (I) and (II), X 1 , X 2 , Y 1 and Y 2 are substituted or unsubstituted aryl groups having 6 to 40 ring carbon atoms, substituted or unsubstituted 6 to 40 ring atoms or general Represents a group represented by formula (III). In formulas (I) to (III), R 1 to R 7 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, or a ring forming carbon number of 3 to 3. 10 substituted or unsubstituted cycloalkyl groups, substituted or unsubstituted alkenyl groups having 2 to 40 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkynyl groups having 2 to 40 carbon atoms, substituted or unsubstituted rings having 6 to 40 carbon atoms Substituted aryl group, substituted or unsubstituted heteroaryl group having 6 to 40 ring atoms, substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 40 carbon atoms, substituted or unsubstituted cyclocarbon having 3 to 10 ring carbon atoms An alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 40 ring carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylamino group having 6 to 40 ring carbon atoms, or a substitution having 1 to 40 carbon atoms Represents a non-substituted alkyl amino group.

1、X2、Y1及びY2が表す環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基としては、フェニル基、2−ビフェニリル基、3−ビフェニリル基、4−ビフェニリル基、ターフェニリル基、3,5−ジフェニルフェニル基、3,4−ジフェニルフェニル基、ペンタフェニルフェニル基、フルオレニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、9−アントリル基、2−アントリル基、9−フェナントリル基、1−ピレニル基、クリセニル基、テトラセニル基、コロニル基などが挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、環形成炭素数6〜18のアリール基が好ましく、環形成炭素数6〜14のアリール基がより好ましく、フェニル基、4−ビフェニリル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、9−フェナントリル基がさらに好ましい。該アリール基は置換基を有していてもよく、置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;ヒドロキシル基;メチル基、トリフルオロメチル基、エチル基、各種プロピル基、各種ブチル基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルキル基;ビニル基、2,2−ジフェニルビニル基、1,2,2−トリフェニルビニル基などのアルケニル基;メトキシ基、エトキシ基、各種プロポキシ基、各種ブトキシ基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルコキシ基;フェニル基、トリル基、ナフチル基などの好ましくは環形成炭素数6〜14のアリール基;シアノ基などが挙げられる。置換基を有するアリール基の具体例としては、2−トリル基、4−トリル基、4−トリフルオロメチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−シアノフェニル基、4−(2,2−ジフェニルビニル)フェニル基、4−(1,2,2−トリフェニルビニル)フェニル基などが挙げられる。 Examples of the substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 ring carbon atoms represented by X 1 , X 2 , Y 1 and Y 2 include a phenyl group, a 2-biphenylyl group, a 3-biphenylyl group, a 4-biphenylyl group, and a terphenylyl group. Group, 3,5-diphenylphenyl group, 3,4-diphenylphenyl group, pentaphenylphenyl group, fluorenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, 9-anthryl group, 2-anthryl group, 9-phenanthryl group 1-pyrenyl group, chrycenyl group, tetracenyl group, coronyl group and the like. Among these, from the viewpoint of availability of raw materials, an aryl group having 6 to 18 ring carbon atoms is preferable, an aryl group having 6 to 14 ring carbon atoms is more preferable, a phenyl group, a 4-biphenylyl group, 1- A naphthyl group, a 2-naphthyl group, and a 9-phenanthryl group are more preferable. The aryl group may have a substituent, and examples of the substituent include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom and iodine atom; hydroxyl group; methyl group, trifluoromethyl group, ethyl group, various types An alkyl group having preferably 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms) such as propyl group and various butyl groups; vinyl group, 2,2-diphenylvinyl group, 1,2,2-triphenylvinyl group Alkenyl groups such as methoxy groups, ethoxy groups, various propoxy groups, various butoxy groups, etc., preferably alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms); phenyl groups, tolyl groups, naphthyl groups, etc. Preferably an aryl group having 6 to 14 ring carbon atoms; and a cyano group. Specific examples of the aryl group having a substituent include 2-tolyl group, 4-tolyl group, 4-trifluoromethylphenyl group, 4-methoxyphenyl group, 4-cyanophenyl group, 4- (2,2-diphenyl). Vinyl) phenyl group, 4- (1,2,2-triphenylvinyl) phenyl group and the like.

次に、一般式(I)〜(III)におけるR1〜R7が表すハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
1〜R7が表す炭素数1〜40のアルキル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。該アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、各種ペンチル基(「各種」は、直鎖及びあらゆる分岐鎖を含むことを示す。以下同様。)、各種ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、各種オクチル基、3,7−ジメチルオクチル基、各種デシル基、各種ドデシル基、各種デシル基、各種ドデシル基、各種テトラデシル基、各種ヘキサデシル基、各種オクタデシル基、各種イコサニル基、各種ドコサニル基、各種テトラコサニル基などが挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、炭素数1〜5のアルキル基がより好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基がさらに好ましい。該アルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;ヒドロキシル基;メトキシ基、エトキシ基、各種プロポキシ基、各種ブトキシ基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルコキシ基;フェニル基、トリル基、ナフチル基などの好ましくは環形成炭素数6〜14のアリール基;シアノ基などが挙げられる。置換基を有するアルキル基の具体例としては、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、ベンジル基、α,α−ジメチルベンジル基、2−フェニルエチル基、1−フェニルエチル基などが挙げられる。
Next, examples of the halogen atom represented by R 1 to R 7 in the general formulas (I) to (III) include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
The alkyl group having 1 to 40 carbon atoms represented by R 1 to R 7 may be linear or branched. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, and various pentyl groups (“various” is linear and This indicates that any branched chain is included. The same shall apply hereinafter.), Various hexyl groups, 2-ethylhexyl groups, various octyl groups, 3,7-dimethyloctyl groups, various decyl groups, various dodecyl groups, various decyl groups, various dodecyl groups. And various tetradecyl groups, various hexadecyl groups, various octadecyl groups, various icosanyl groups, various docosanyl groups, various tetracosanyl groups, and the like. Among these, from the viewpoint of availability of raw materials, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms is preferable, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, A tert-butyl group is more preferred. The alkyl group may have a substituent. Examples of the substituent include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom and iodine atom; hydroxyl group; methoxy group, ethoxy group, various propoxy groups and various butoxy groups. An alkoxy group having preferably 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms) such as a group; an aryl group having 6 to 14 ring carbon atoms such as a phenyl group, a tolyl group and a naphthyl group; a cyano group and the like Is mentioned. Specific examples of the alkyl group having a substituent include a trifluoromethyl group, a trichloromethyl group, a benzyl group, an α, α-dimethylbenzyl group, a 2-phenylethyl group, and a 1-phenylethyl group.

1〜R7が表す環形成炭素数3〜40のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、ノルボルニル基などが挙げられる。なかでも、環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基が好ましく、環形成炭素数3〜10のシクロアルキル基がより好ましく、シクロヘキシル基がさらに好ましい。該シクロアルキル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;ヒドロキシル基;メチル基、トリフルオロメチル基、エチル基、各種プロピル基、各種ブチル基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、各種プロポキシ基、各種ブトキシ基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルコキシ基;フェニル基、トリル基、ナフチル基などの好ましくは環形成炭素数6〜14のアリール基;シアノ基などが挙げられる。 Examples of the cycloalkyl group having 3 to 40 ring carbon atoms represented by R 1 to R 7 include a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a 1-adamantyl group, a 2-adamantyl group, and a norbornyl group. Among these, a cycloalkyl group having 3 to 20 ring carbon atoms is preferable, a cycloalkyl group having 3 to 10 ring carbon atoms is more preferable, and a cyclohexyl group is further preferable. The cycloalkyl group may have a substituent, and examples of the substituent include a halogen atom such as a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom; a hydroxyl group; a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, Preferably various alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms) such as various propyl groups and various butyl groups; preferably methoxy groups, ethoxy groups, various propoxy groups, various butoxy groups and the like. An alkoxy group having 10 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms); an aryl group having 6 to 14 ring carbon atoms such as a phenyl group, a tolyl group and a naphthyl group; and a cyano group.

1〜R7が表す炭素数2〜40のアルケニル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。該アルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、オレイル基(9−オクタデセニル基)、エイコサペンタエニル基、ドコサヘキサエニル基などが挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、炭素数2〜20のアルケニル基が好ましく、炭素数2〜5のアルケニル基がより好ましく、ビニル基がさらに好ましい。かかるアルケニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;ヒドロキシル基;メトキシ基、エトキシ基、各種プロポキシ基、各種ブトキシ基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルコキシ基;フェニル基、トリル基、ナフチル基などの好ましくは環形成炭素数6〜14のアリール基;シアノ基などが挙げられる。置換基を有するアルケニル基の具体例としては、スチリル基、2,2−ジフェニルビニル基、1,2,2−トリフェニルビニル基、2−フェニル−2−プロペニル基などが挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、スチリル基、2,2−ジフェニルビニル基が好ましい。 The alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms represented by R 1 to R 7 may be linear or branched. Examples of the alkenyl group include a vinyl group, a propenyl group, a 2-butenyl group, a 3-butenyl group, an oleyl group (9-octadecenyl group), an eicosapentaenyl group, and a docosahexaenyl group. Among these, from the viewpoint of availability of raw materials, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, an alkenyl group having 2 to 5 carbon atoms is more preferable, and a vinyl group is further preferable. Such an alkenyl group may have a substituent. Examples of the substituent include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom and iodine atom; hydroxyl group; methoxy group, ethoxy group, various propoxy groups and various butoxy groups. An alkoxy group having preferably 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms) such as a group; an aryl group having 6 to 14 ring carbon atoms such as a phenyl group, a tolyl group and a naphthyl group; a cyano group and the like Is mentioned. Specific examples of the alkenyl group having a substituent include a styryl group, 2,2-diphenylvinyl group, 1,2,2-triphenylvinyl group, 2-phenyl-2-propenyl group and the like. Of these, a styryl group and a 2,2-diphenylvinyl group are preferred from the viewpoint of availability of raw materials.

1〜R7が表す炭素数2〜40のアルキニル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。該アルキニル基としては、エチニル基、プロピニル基などが挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、炭素数2〜20のアルキニル基が好ましく、炭素数2〜5のアルキニル基が好ましく、エチニル基がさらに好ましい。該アルキニル基は置換基を有していてもよく、置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;ヒドロキシル基;メトキシ基、エトキシ基、各種プロポキシ基、各種ブトキシ基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルコキシ基;フェニル基、トリル基、ナフチル基などの好ましくは環形成炭素数6〜14のアリール基;シアノ基などが挙げられる。置換基を有するアルキニル基の具体例としては、2−フェニルエチニル基などが好ましく挙げられる。 The alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms represented by R 1 to R 7 may be linear or branched. Examples of the alkynyl group include ethynyl group and propynyl group. Among these, from the viewpoint of availability of raw materials, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, an alkynyl group having 2 to 5 carbon atoms is preferable, and an ethynyl group is more preferable. The alkynyl group may have a substituent. Examples of the substituent include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom and iodine atom; hydroxyl group; methoxy group, ethoxy group, various propoxy groups and various butoxy groups. An alkoxy group having preferably 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms) such as a group; an aryl group having 6 to 14 ring carbon atoms such as a phenyl group, a tolyl group and a naphthyl group; a cyano group and the like Is mentioned. Specific examples of the alkynyl group having a substituent include 2-phenylethynyl group.

1〜R7が表す環形成炭素数6〜40のアリール基は、X及びYが表す環形成炭素数6〜40のアリール基と同じである。
1〜R7が表す環形成原子数6〜40のヘテロアリール基としては、フラニル基、チオフェニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ベンゾピラゾリル基、トリアゾリル基、オキサジアゾリル基、ピリジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、キノリニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基などが挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、環形成原子数6〜20のヘテロアリール基が好ましく、環形成原子数6〜14のヘテロアリール基がより好ましく、フラニル基、チオフェニル基、ピリジニル基、カルバゾリル基がさらに好ましい。かかるヘテロアリール基は置換基を有していてもよく、置換基としては、ヒドロキシル基;メチル基、トリフルオロメチル基、エチル基、各種プロピル基、各種ブチル基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、各種プロポキシ基、各種ブトキシ基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルコキシ基;フェニル基、トリル基、ナフチル基などの好ましくは環形成炭素数6〜14のアリール基などが挙げられる。
The aryl group having 6 to 40 ring carbon atoms represented by R 1 to R 7 is the same as the aryl group having 6 to 40 ring carbon atoms represented by X and Y.
Examples of the heteroaryl group having 6 to 40 ring atoms represented by R 1 to R 7 include furanyl group, thiophenyl group, pyrrolyl group, imidazolyl group, benzoimidazolyl group, pyrazolyl group, benzopyrazolyl group, triazolyl group, oxadiazolyl group, pyridinyl Group, pyrazinyl group, triazinyl group, quinolinyl group, benzofuranyl group, dibenzofuranyl group, benzothiophenyl group, dibenzothiophenyl group, carbazolyl group and the like. Among these, from the viewpoint of availability of raw materials, a heteroaryl group having 6 to 20 ring atoms is preferable, a heteroaryl group having 6 to 14 ring atoms is more preferable, and a furanyl group, a thiophenyl group, and a pyridinyl group. A carbazolyl group is more preferable. Such a heteroaryl group may have a substituent, and the substituent is preferably a hydroxyl group; a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, various propyl groups, various butyl groups or the like, preferably 1 to 10 carbon atoms. An alkyl group (more preferably having 1 to 5 carbon atoms); an alkoxy group having preferably 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms) such as a methoxy group, an ethoxy group, various propoxy groups, and various butoxy groups; Preferred examples include a phenyl group, a tolyl group, a naphthyl group and the like, and an aryl group having 6 to 14 ring carbon atoms.

1〜R7が表す炭素数1〜40のアルコキシ基としては、アルキル基部位が、前記したR1〜R7が表す炭素数1〜40のアルキル基と同様のものが挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、炭素数1〜20のアルコキシ基が好ましく、炭素数1〜5のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、tert−ブチルオキシ基がさらに好ましい。かかるアルコキシ基が有していてもよい置換基としても、前記したR1〜R7が表す炭素数1〜40のアルキル基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。 The alkoxy group having 1 to 40 carbon atoms represented by R 1 to R 7, the alkyl group moiety may include the same ones as the alkyl groups for the above-mentioned R 1 to R 7 are carbon atoms represented 1-40. Among these, from the viewpoint of availability of raw materials, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms is preferable, an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms is more preferable, and a methoxy group, an ethoxy group, and a tert-butyloxy group are further preferable. Examples of the substituent that the alkoxy group may have include the same substituents that the alkyl group having 1 to 40 carbon atoms represented by R 1 to R 7 may have.

1〜R7が表す環形成炭素数3〜10のシクロアルコキシ基及びその好ましい例としては、シクロアルキル基部位及びその好ましい例が、前記したR1〜R7が表す環形成炭素数3〜40のシクロアルキル基及びその好ましい例と同様のものが挙げられる。該シクロアルコキシ基が有していてもよい置換基としても、前記したR1〜R7が表す炭素数3〜40のシクロアルキル基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。 The cycloalkoxy group having 3 to 10 ring carbon atoms represented by R 1 to R 7 and preferred examples thereof include a cycloalkyl group moiety and preferred examples thereof having 3 to 3 ring carbon atoms represented by R 1 to R 7 described above. Examples include 40 cycloalkyl groups and preferred examples thereof. Examples of the substituent that the cycloalkoxy group may have include the same substituents that the cycloalkyl group having 3 to 40 carbon atoms represented by R 1 to R 7 may have. .

1〜R7が表す環形成炭素数6〜40のアリールオキシ基及びその好ましい例としては、アリール基部位及びその好ましい例が、前記したR1〜R7が表す環形成炭素数6〜40のアリール基及びその好ましい例と同様のものが挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、環形成炭素数6〜20のアリールオキシ基が好ましく、環形成炭素数6〜14のアリールオキシ基がより好ましく、フェノキシ基、ナフトキシ基、フェナントリルオキシ基がさらに好ましい。かかるアリールオキシ基が有していてもよい置換基としても、前記したR1〜R7が表す炭素数6〜40のアリール基が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。 As the aryloxy group having 6 to 40 ring carbon atoms represented by R 1 to R 7 and preferred examples thereof, the aryl group part and preferred examples thereof are those having 6 to 40 ring carbon atoms represented by R 1 to R 7 described above. And the same aryl groups and preferred examples thereof. Among these, from the viewpoint of availability of raw materials, an aryloxy group having 6 to 20 ring carbon atoms is preferable, an aryloxy group having 6 to 14 ring carbon atoms is more preferable, and a phenoxy group, a naphthoxy group, and phenane. A tolyloxy group is more preferred. Examples of the substituent that the aryloxy group may have include the same substituents that the aryl group having 6 to 40 carbon atoms represented by R 1 to R 7 may have.

1〜R7が表す環形成炭素数6〜40のアリールアミノ基は、アミノ基に結合する置換基のうち少なくともひとつがアリール基であればよい。かかるアリールアミノ基としては、フェニルアミノ基などのモノアリールアミノ基;メチルフェニルアミノ基、フェニルt−ブチルアミノ基などのアルキルアリールアミノ基;ジフェニルアミノ基、フェニル−1−ナフチルアミノ基、フェニル−2−ナフチルアミノ基などのジアリールアミノ基などが挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ビス(4−メトキシフェニル)アミノ基が好ましい。該アリールアミノ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;ヒドロキシル基;メチル基、トリフルオロメチル基、エチル基、各種プロピル基、各種ブチル基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルキル基;ビニル基、2,2−ジフェニルビニル基、1,2,2−トリフェニルビニル基などのアルケニル基;メトキシ基、エトキシ基、各種プロポキシ基、各種ブトキシ基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルコキシ基;フェニル基、トリル基、ナフチル基などの好ましくは環形成炭素数6〜14のアリール基;シアノ基などが挙げられる。置換基を有するアリールアミノ基の具体例としては、ジp−トリルアミノ基、ジm−トリルアミノ基、フェニルm−トリルアミノ基、フェニル(sec−ブチルフェニル)アミノ基、ビス(4−メトキシフェニル)アミノ基などが挙げられる。 In the arylamino group having 6 to 40 ring carbon atoms represented by R 1 to R 7, at least one of the substituents bonded to the amino group may be an aryl group. Such arylamino groups include monoarylamino groups such as phenylamino groups; alkylarylamino groups such as methylphenylamino groups and phenyl t-butylamino groups; diphenylamino groups, phenyl-1-naphthylamino groups, and phenyl-2 -Diarylamino groups such as a naphthylamino group. Of these, a diphenylamino group, a ditolylamino group, and a bis (4-methoxyphenyl) amino group are preferable from the viewpoint of availability of raw materials. The arylamino group may have a substituent, and examples of the substituent include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom and iodine atom; hydroxyl group; methyl group, trifluoromethyl group, ethyl group, Preferred alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms) such as various propyl groups and various butyl groups; vinyl groups, 2,2-diphenylvinyl groups, 1,2,2-triphenylvinyl Alkenyl groups such as methoxy groups; methoxy groups, ethoxy groups, various propoxy groups, various butoxy groups, etc., preferably alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms); phenyl groups, tolyl groups, naphthyl groups And preferably an aryl group having 6 to 14 ring carbon atoms; a cyano group and the like. Specific examples of the arylamino group having a substituent include di-p-tolylamino group, dim-tolylamino group, phenyl m-tolylamino group, phenyl (sec-butylphenyl) amino group, and bis (4-methoxyphenyl) amino group. Etc.

1〜R7が表す炭素数1〜40のアルキルアミノ基は、ジアルキルアミノ基においては、アミノ基に結合するアルキル基は同じでも異なっていてもよく、互いに結合して環(環の一部は窒素原子や酸素原子で置換されていてもよい。)を形成していてもよい。該アルキルアミノ基としては、メチルアミノ基などのモノアルキルアミノ基;ジメチルアミノ基、メチルエチルアミノ基、ジエチルアミノ基などのジアルキルアミノ基;ピロリジニル基、ピペリジノ基、ピペラジニル基、モルホリノ基などの環形成原子数5〜20(好ましくは5〜10)の含窒素複素環基が挙げられる。なかでも、原料の入手容易性などの観点から、ジアルキルアミノ基、含窒素複素環基が好ましく、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピペリジノ基がさらに好ましい。なお、モノアルキルアミノ基及びジアルキルアミノ基において、アルキル基部位の炭素数は、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜5である。
アルキルアミノ基は置換基を有していてもよく、置換基としては、ヒドロキシル基;メチル基、トリフルオロメチル基、エチル基、各種プロピル基、各種ブチル基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基、各種プロポキシ基、各種ブトキシ基などの好ましくは炭素数1〜10(より好ましくは炭素数1〜5)のアルコキシ基などが挙げられる。置換基を有するアルキルアミノ基の具体例としては、ビス(2−ヒドロキシエチル)アミノ基、ビス(2−メトキシエチル)アミノ基、ピペコリノ基などが挙げられる。
In the dialkylamino group, the alkylamino group having 1 to 40 carbon atoms represented by R 1 to R 7 may be the same or different, and the alkyl group bonded to the amino group may be bonded to each other to form a ring (part of the ring). May be substituted with a nitrogen atom or an oxygen atom. Examples of the alkylamino group include a monoalkylamino group such as a methylamino group; a dialkylamino group such as a dimethylamino group, a methylethylamino group, and a diethylamino group; The nitrogen-containing heterocyclic group of several 5-20 (preferably 5-10) is mentioned. Of these, from the viewpoint of availability of raw materials, a dialkylamino group and a nitrogen-containing heterocyclic group are preferable, and a dimethylamino group, a diethylamino group, and a piperidino group are more preferable. In the monoalkylamino group and dialkylamino group, the alkyl group moiety preferably has 1 to 20, more preferably 1 to 10, and even more preferably 1 to 5 carbon atoms.
The alkylamino group may have a substituent, and the substituent is preferably a hydroxyl group; a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, various propyl groups, various butyl groups, etc., preferably 1 to 10 carbon atoms ( More preferably, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms; an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms (more preferably 1 to 5 carbon atoms) such as a methoxy group, an ethoxy group, various propoxy groups, and various butoxy groups. Can be mentioned. Specific examples of the alkylamino group having a substituent include a bis (2-hydroxyethyl) amino group, a bis (2-methoxyethyl) amino group, and a pipecolino group.

1〜R7は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキル基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルコキシ基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールオキシ基又は環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールアミノ基であることが好ましく、水素原子、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキル基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基であることがより好ましく、水素原子、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキル基であることがさらに好ましい。また、R6及びR7は、水素原子であることが特に好ましい。 R 1 to R 7 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 ring carbon atoms, or 1 to 40 carbon atoms. A substituted or unsubstituted alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 40 ring carbon atoms, or a substituted or unsubstituted arylamino group having 6 to 40 ring carbon atoms, preferably a hydrogen atom More preferably a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 40 carbon atoms or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 ring carbon atoms, a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted group having 1 to 40 carbon atoms More preferably, it is an alkyl group. R 6 and R 7 are particularly preferably hydrogen atoms.

以下に、上記一般式(I)及び(II)で示される化合物の好ましい具体例を下記に挙げるが、特にこれらに限定されるものではない。   Specific preferred examples of the compounds represented by the general formulas (I) and (II) are listed below, but are not particularly limited thereto.

Figure 0005283980
Figure 0005283980

上記したもののうち、有機薄膜太陽電池用材料としては、以下の化合物が好ましい。   Among the materials described above, the following compounds are preferable as the organic thin film solar cell material.

Figure 0005283980
Figure 0005283980

<有機薄膜太陽電池用材料の製造方法>
本発明の有機薄膜太陽電池用材料の製造方法に特に制限は無いが、例えば、アントラキノン誘導体を出発原料とする合成経路は、原料が入手しやすいこと、反応条件が温和なこと、高収率で目的物を得られることなどから好ましい。アントラキノン誘導体を出発原料とした合成経路による製造方法の一例を以下に示す。
<Method for producing organic thin-film solar cell material>
The method for producing the organic thin film solar cell material of the present invention is not particularly limited. For example, the synthesis route using an anthraquinone derivative as a starting material is easy to obtain the raw material, the reaction conditions are mild, and the yield is high. It is preferable because the desired product can be obtained. An example of a production method by a synthetic route using an anthraquinone derivative as a starting material is shown below.

Figure 0005283980
Figure 0005283980

(式中、R1a〜R5a及びR1b〜R5bは、各々前記R1〜R5と同じであり、R6及びR7は前記と同じである。) (Wherein, R 1a to R 5a and R 1b to R 5b are the same as each said R 1 ~R 5, R 6 and R 7 are as defined above.)

(工程1)
工程1は、アントラキノン誘導体と有機金属試薬とを反応させてジオールを合成する工程である。この反応に供する有機金属試薬としては、例えばアリールマグネシウムブロミドに代表されるGrignard試薬やアリールリチウムに代表されるリチウム試薬を挙げることができる。これらのうち、良好な収率を与えることから、リチウム試薬が好ましい。
(Process 1)
Step 1 is a step of synthesizing a diol by reacting an anthraquinone derivative with an organometallic reagent. Examples of the organometallic reagent used for this reaction include a Grignard reagent typified by arylmagnesium bromide and a lithium reagent typified by aryllithium. Of these, lithium reagents are preferred because they give good yields.

(工程2)
工程2は、工程1で得られたジオールを還元して芳香族化させる工程であり、その際に用いることのできる還元剤としては、ヨウ化カリウム、ヨウ化ナトリウムに代表されるヨウ化物、塩化第一スズ(SnCl2)に代表されるスズ試薬などが挙げられる。これらのうち、有害な廃棄物を発生しないことや反応条件が温和なことからヨウ化物が好ましい。
(Process 2)
Step 2 is a step of reducing and aromatizing the diol obtained in Step 1, and as the reducing agent that can be used at that time, potassium iodide, iodides typified by sodium iodide, chloride, etc. Examples thereof include a tin reagent typified by stannous (SnCl 2 ). Of these, iodide is preferred because no harmful waste is generated and the reaction conditions are mild.

(アントラキノン誘導体の合成方法)
出発原料であるアントラキノン誘導体は、以下に表すようなチオフェン誘導体とアントラキノンとのアルドール縮合反応を利用する方法が簡便であり好ましい。このアルドール縮合反応を利用して得られるアントラキノン誘導体は、アンチ異性体とシン異性体との混合物となり、一般にこれらの異性体の分離は困難である。このような場合には、アントラキノン誘導体は、アンチ異性体とシン異性体の混合物のまま分離せずに、上記した本発明の有機薄膜太陽電池用材料の製造方法における出発原料とすることができる。
(Method for synthesizing anthraquinone derivatives)
As an anthraquinone derivative as a starting material, a method using an aldol condensation reaction between a thiophene derivative and an anthraquinone as shown below is simple and preferable. Anthraquinone derivatives obtained by utilizing this aldol condensation reaction are a mixture of an anti isomer and a syn isomer, and it is generally difficult to separate these isomers. In such a case, the anthraquinone derivative can be used as a starting material in the above-described method for producing a material for an organic thin film solar cell of the present invention without being separated as a mixture of an anti isomer and a syn isomer.

Figure 0005283980
Figure 0005283980

(式中、R6及びR7は、前記と同じである。) (Wherein R 6 and R 7 are the same as described above.)

前記アルドール縮合反応は、通常酸又は塩基の存在下で行う。酸としては、酢酸、プロピオン酸などの有機酸などが挙げられる。塩基としては、トリエチルアミン、リチウムジイソプロピルアミドなどの有機アミン類;水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物;水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物などが挙げられる。酸を使用する場合、その使用量は、アントラキノンに対して、通常0.01〜1倍モルであることが好ましい。一方、塩基を使用する場合、その使用量は、アントラキノンに対して、通常0.01〜1倍モルであることが好ましい。
また、アルドール縮合反応は、溶媒の存在下に実施してもよい。溶媒としては、メタノール、エタノールなどが挙げられる。反応温度は、通常、室温〜100℃であることが好ましく、反応時間に特に制限は無いが、通常1〜24時間である。
The aldol condensation reaction is usually performed in the presence of an acid or a base. Examples of the acid include organic acids such as acetic acid and propionic acid. Examples of the base include organic amines such as triethylamine and lithium diisopropylamide; alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; alkaline earth metal hydroxides such as magnesium hydroxide and the like. When using an acid, it is preferable that the usage-amount is 0.01-1 times mole normally with respect to anthraquinone. On the other hand, when using a base, it is preferable that the usage-amount is 0.01-1 times mole normally with respect to anthraquinone.
The aldol condensation reaction may be performed in the presence of a solvent. Examples of the solvent include methanol and ethanol. The reaction temperature is usually preferably room temperature to 100 ° C., and the reaction time is not particularly limited, but is usually 1 to 24 hours.

このようにして得られる有機薄膜太陽電池用材料を、適宜、カラムクロマトグラフィー、再結晶、昇華精製などの、通常の有機化合物の精製手段により精製することにより、純度を高めることができる。   Purity can be increased by appropriately purifying the organic thin-film solar cell material obtained in this way by a conventional means for purifying organic compounds such as column chromatography, recrystallization and sublimation purification.

<有機薄膜太陽電池>
本発明の有機薄膜太陽電池用材料を含む有機薄膜太陽電池は、電極以外の層が本発明の材料単独から形成されていてもよいし、本発明の材料と他の成分の混合物から形成されていてもよい。
本発明の材料を用いる有機薄膜太陽電池は、高効率の光電変換特性を示す。
<Organic thin film solar cell>
In the organic thin film solar cell including the organic thin film solar cell material of the present invention, layers other than the electrode may be formed of the material of the present invention alone or a mixture of the material of the present invention and other components. May be.
The organic thin film solar cell using the material of the present invention exhibits highly efficient photoelectric conversion characteristics.

本発明の有機薄膜太陽電池のセル構造は、一対の電極の間に本発明の有機薄膜太陽電池用材料を含有する構造であれば特に限定はない。具体的には、安定な絶縁性基板上に下記の構成を有する構造が挙げられる。
(1)下部電極/本発明の有機薄膜太陽電池用材料の単独層/上部電極
(2)下部電極/p層/n層/上部電極
(3)下部電極/p層/i層(p層の材料とn層の材料の混合層)/n層/上部電極
(4)下部電極/p層の材料とn層の材料の混合層/上部電極
(5)下部電極/[p層/(i層/)n層の繰り返し層]/上部電極
及び上記(2)、(3)の構成のp層とn層を置換した構造が挙げられる。
The cell structure of the organic thin film solar cell of the present invention is not particularly limited as long as it is a structure containing the organic thin film solar cell material of the present invention between a pair of electrodes. Specifically, a structure having the following configuration on a stable insulating substrate can be given.
(1) Lower electrode / single layer of organic thin film solar cell material of the present invention / upper electrode (2) lower electrode / p layer / n layer / upper electrode (3) lower electrode / p layer / i layer (p layer Mixed layer of material and n layer material) / n layer / upper electrode (4) lower electrode / mixed layer of material of p layer and n layer material / upper electrode (5) lower electrode / [p layer / (i layer) /) Repeating layer of n layers] / A structure in which the upper electrode and the p layer and the n layer having the configurations of (2) and (3) above are replaced.

また、必要に応じて、電極と有機層の間にバッファー層を設けてもよい。例えば具体例として、上記構成(1)にバッファー層を設けた場合、下記構成を有する構造が挙げられる。
(6)下部電極/バッファー層/p層/(i層/)n層/上部電極
(7)下部電極/p層/(i層/)n層/バッファー層/上部電極
(8)下部電極/バッファー層/p層/(i層/)n層/バッファー層/上部電極
(9)下部電極/バッファー層/[p層/(i層/)n層の繰り返し層]/上部電極
(10)下部電極/[p層/(i層/)n層の繰り返し層]/バッファー層/上部電極
(11)下部電極/バッファー層/[p層/(i層/)n層の繰り返し層]/バッファー層/上部電極
Moreover, you may provide a buffer layer between an electrode and an organic layer as needed. For example, as a specific example, when a buffer layer is provided in the configuration (1), a structure having the following configuration can be given.
(6) Lower electrode / buffer layer / p layer / (i layer /) n layer / upper electrode (7) lower electrode / p layer / (i layer /) n layer / buffer layer / upper electrode (8) lower electrode / Buffer layer / p layer / (i layer /) n layer / buffer layer / upper electrode (9) lower electrode / buffer layer / [p layer / (i layer /) repetitive layer of n layer] / upper electrode (10) lower part Electrode / [p layer / (i layer /) n layer repeat layer] / buffer layer / upper electrode (11) lower electrode / buffer layer / [p layer / (i layer /) n layer repeat layer] / buffer layer / Upper electrode

本発明の有機薄膜太陽電池用材料は、両電極間に単独層として使用できるが、例えば上記p層、n層、i層、バッファー層にも使用することもできる。
本発明の有機薄膜太陽電池用材料を含まない層の材料や、本発明の有機薄膜太陽電池用材料と混合する層の材料としては、有機薄膜太陽電池で使用される公知の材料を使用することができる。
次に、上記構成において使用しうる各層の材料について説明する。
The organic thin film solar cell material of the present invention can be used as a single layer between both electrodes, but can also be used for the p layer, n layer, i layer, and buffer layer, for example.
As the material of the layer not including the organic thin film solar cell material of the present invention and the material of the layer mixed with the organic thin film solar cell material of the present invention, a known material used in the organic thin film solar cell should be used. Can do.
Next, the material of each layer that can be used in the above configuration will be described.

(下部電極、上部電極)
下部電極、上部電極の材料に特に制限はなく、公知の導電性材料を使用できる。
例えば、p層と接続する電極としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)や金(Au)、オスミウム(Os)、パラジウム(Pd)などの金属が使用できる。また、n層と接続する電極としては、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、カルシウム(Ca)、白金(Pt)、リチウム(Li)などの一成分金属や、マグネシウム(Mg)−Ag、Mg−In、Al−Liなどの二成分金属、さらには、上記のp層と接続する電極として例示した金属が使用できる。
なお、一対の電極構成の好ましい構成は、電極部の一方が仕事関数の大きな金属を含み、他方は仕事関数の小さな金属を含む構成である。仕事関数の大きな電極材料としては、ITO、Os、Pdなどであり、仕事関数の小さな電極材料としては、Al、In、Mg−Agの合金、Ca、Li、Mgなどが挙げられる。
(Lower electrode, upper electrode)
There is no restriction | limiting in particular in the material of a lower electrode and an upper electrode, A well-known electroconductive material can be used.
For example, a metal such as tin-doped indium oxide (ITO), gold (Au), osmium (Os), or palladium (Pd) can be used as the electrode connected to the p layer. In addition, as an electrode connected to the n layer, one component metal such as silver (Ag), aluminum (Al), indium (In), calcium (Ca), platinum (Pt), lithium (Li), magnesium (Mg) ) -Ag, Mg-In, Al-Li, and other binary metals, and further, the metals exemplified as the electrodes connected to the p layer can be used.
Note that a preferable configuration of the pair of electrode configurations is a configuration in which one of the electrode portions includes a metal having a high work function and the other includes a metal having a low work function. Examples of the electrode material having a high work function include ITO, Os, and Pd. Examples of the electrode material having a low work function include Al, In, Mg—Ag alloys, Ca, Li, and Mg.

高効率の光電変換特性を得るためには、太陽電池の少なくとも一方の面は太陽光スペクトルにおいて充分透明にすることが望ましい。そのためには、公知の導電性材料を使用し、蒸着やスパッタリングなどの方法で所定の透光性が確保するように電極を形成すればよい。受光面の電極の光透過率としては、10%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。
膜厚は材料により適宜選択可能であるが、好ましくは1nm〜10μmであり、より好ましくは5nm〜1μmである。
In order to obtain highly efficient photoelectric conversion characteristics, it is desirable that at least one surface of the solar cell be sufficiently transparent in the sunlight spectrum. For this purpose, a known conductive material is used, and an electrode may be formed by a method such as vapor deposition or sputtering so as to ensure a predetermined translucency. The light transmittance of the electrode on the light receiving surface is preferably 10% or more, more preferably 60% or more, and still more preferably 90% or more.
The film thickness can be appropriately selected depending on the material, but is preferably 1 nm to 10 μm, and more preferably 5 nm to 1 μm.

(p層)
p層に使用しうる材料としては、正孔受容体としての機能を有する公知の材料を使用することができる。
p層の材料としては、N,N’−ビス(3−トリル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(mTPD)、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニルベンジジン(NPD)、4,4’,4’’−トリス(フェニル−3−トリルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)などのアミン化合物;フタロシアニン(Pc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)、チタニルフタロシアニン(TiOPc)などのフタロシアニン類;オクタエチルポルフィリン(OEP)、白金オクタエチルポルフィリン(PtOEP)、亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)などのポルフィリン類;ポリヘキシルチオフェン(P3HT)、メトキシエチルヘキシロキシフェニレンビニレン(MEHPPV)などの主鎖型共役高分子類やポリビニルカルバゾールなどの側鎖型高分子類などの高分子化合物などが挙げられる。
p層の膜厚は、好ましくは5nm〜5μmであり、より好ましくは10nm〜1μmである。
(P layer)
As a material that can be used for the p layer, a known material having a function as a hole acceptor can be used.
As the material of the p layer, N, N′-bis (3-tolyl) -N, N′-diphenylbenzidine (mTPD), N, N′-dinaphthyl-N, N′-diphenylbenzidine (NPD), 4, Amine compounds such as 4 ′, 4 ″ -tris (phenyl-3-tolylamino) triphenylamine (MTDATA); phthalocyanine (Pc), copper phthalocyanine (CuPc), zinc phthalocyanine (ZnPc), titanyl phthalocyanine (TiOPc), etc. Phthalocyanines; porphyrins such as octaethylporphyrin (OEP), platinum octaethylporphyrin (PtOEP), and zinc tetraphenylporphyrin (ZnTPP); main chains such as polyhexylthiophene (P3HT) and methoxyethylhexyloxyphenylene vinylene (MEHPPV) Type conjugated polymer And polymer compounds such as side chain polymers such as polyvinylcarbazole.
The film thickness of the p layer is preferably 5 nm to 5 μm, more preferably 10 nm to 1 μm.

(n層)
n層に使用しうる材料としては、電子受容体としての機能を有する公知の材料を使用できる。
n層の材料としては、有機化合物であれば、C60、C70、C76、C78、C84などのフラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドンなどや、ビニル基の水素原子がシアノ基に置換したCN−ポリ(フェニレン−ビニレン)[CN−PPV]又はMEH−CN−PPV、シアノ基又はトリフルオロメチル基含有ポリマー、ポリ(フルオレン)誘導体などを挙げることができる。なかでも、電子の移動度が高い材料、さらには、電子親和力が小さい材料が好ましい。このように、電子親和力の小さい材料をn層として組み合わせることで、充分な開放端電圧を実現することができる。
また、n層の材料としては、無機化合物であれば、n型シリコン(n−Si)、GaAs、CdS、PbS、CdSe、InP、Nb25、WO3、Fe23などのドーピング半導体及び化合物半導体や、二酸化チタン(TiO2)、一酸化チタン(TiO)、三酸化二チタン(Ti23)などの酸化チタン、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)などの導電性酸化物が挙げられる。これらの中でも、酸化チタンが好ましく、二酸化チタンがより好ましい。n層の材料として無機化合物を用いる場合、無機化合物は、1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、n層には上記公知の材料を使用し、p層に本発明の有機薄膜太陽電池用材料を用いて得られる有機薄膜太陽電池が、光電変換効率の観点から好ましい。この場合、n層の公知材料としては、フラーレン誘導体が好ましく、フラーレン(C60)がより好ましい。
n層の膜厚は、好ましくは5nm〜5μmであり、より好ましくは10nm〜1μmである。
(N layers)
As a material that can be used for the n-layer, a known material having a function as an electron acceptor can be used.
As the material of the n-layer, if it is an organic compound, fullerene derivatives such as C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 84 , carbon nanotubes, perylene derivatives, polycyclic quinones, quinacridones, etc., vinyl group hydrogen CN-poly (phenylene-vinylene) [CN-PPV] or MEH-CN-PPV in which an atom is substituted with a cyano group, a cyano group or trifluoromethyl group-containing polymer, a poly (fluorene) derivative, and the like can be given. Among these, a material having a high electron mobility and a material having a low electron affinity are preferable. Thus, a sufficient open-circuit voltage can be realized by combining materials having a low electron affinity as the n layer.
In addition, as an n-layer material, if it is an inorganic compound, a doping semiconductor such as n-type silicon (n-Si), GaAs, CdS, PbS, CdSe, InP, Nb 2 O 5 , WO 3 , Fe 2 O 3 And compound semiconductors, titanium oxides such as titanium dioxide (TiO 2 ), titanium monoxide (TiO), and dititanium trioxide (Ti 2 O 3 ), and conductive materials such as zinc oxide (ZnO) and tin oxide (SnO 2 ). An oxide is mentioned. Among these, titanium oxide is preferable and titanium dioxide is more preferable. When an inorganic compound is used as the material for the n layer, the inorganic compound may be used alone or in combination of two or more.
In addition, the organic thin film solar cell obtained by using the said well-known material for n layer and using the organic thin film solar cell material of this invention for p layer is preferable from a viewpoint of photoelectric conversion efficiency. In this case, the known material for the n layer is preferably a fullerene derivative, and more preferably fullerene (C 60 ).
The film thickness of the n layer is preferably 5 nm to 5 μm, more preferably 10 nm to 1 μm.

(i層)
n層とp層の間にi層を設ける場合、i層の材料としては、通常、n層に使用する材料とp層に使用する材料の混合物を使用する。つまり、本発明の有機薄膜太陽電池用材料をn層に用いるときは、本発明の有機薄膜太陽電池用材料と上記p層の公知材料との混合物であり、本発明の有機薄膜太陽電池用材料をp層に用いるときは、本発明の有機薄膜太陽電池用材料と上記n層の公知材料との混合物である。また、本発明の有機薄膜太陽電池用材料を単独でi層として用い、p層、n層の材料として上記公知材料を使用することもできる。
n層の材料とp層の材料との混合比は、体積比で1:5〜5:1が好ましく、1:2〜2:1がより好ましく、0.9:1.1〜1.1:0.9がさらに好ましい。
i層を設ける場合、その膜厚は、好ましくは1nm〜2μmであり、より好ましくは5nm〜1μmである。
(I layer)
When the i layer is provided between the n layer and the p layer, a mixture of the material used for the n layer and the material used for the p layer is usually used as the material of the i layer. That is, when the organic thin film solar cell material of the present invention is used for the n layer, it is a mixture of the organic thin film solar cell material of the present invention and the known material of the p layer, and the organic thin film solar cell material of the present invention. Is used for the p layer, it is a mixture of the organic thin film solar cell material of the present invention and the known material of the n layer. In addition, the organic thin film solar cell material of the present invention can be used alone as the i layer, and the above-mentioned known materials can be used as the material for the p layer and the n layer.
The mixing ratio of the material of the n layer and the material of the p layer is preferably 1: 5 to 5: 1 by volume, more preferably 1: 2 to 2: 1, and 0.9: 1.1 to 1.1. : 0.9 is more preferable.
When providing i layer, the film thickness becomes like this. Preferably it is 1 nm-2 micrometers, More preferably, it is 5 nm-1 micrometer.

(バッファー層)
一般に、有機薄膜太陽電池はその総膜厚が薄いため、上部電極と下部電極が短絡し、セル作製の歩留まりが低下することが多い。このような場合には、バッファー層を積層することによってこれを防止することが好ましい。
バッファー層に好ましい化合物としては、膜厚を厚くしても短絡電流が低下しないようにキャリア移動度が充分に高い化合物が好ましい。例えば、低分子化合物であれば下記のNTCDAに代表される芳香族環状酸無水物などが挙げられ、高分子化合物であればポリ(3,4−エチレンジオキシ)チオフェン;下記のポリスチレンスルホネート(PEDOT:PSS)、ポリアニリン;カンファースルホン酸(PANI:CSA)などに代表される公知の導電性高分子などが挙げられる。
(Buffer layer)
In general, an organic thin film solar cell has a thin total film thickness, so that the upper electrode and the lower electrode are short-circuited, and the yield of cell fabrication often decreases. In such a case, it is preferable to prevent this by laminating a buffer layer.
As a preferable compound for the buffer layer, a compound having sufficiently high carrier mobility is preferable so that the short-circuit current does not decrease even when the film thickness is increased. For example, if it is a low molecular weight compound, aromatic cyclic acid anhydrides represented by the following NTCDA can be mentioned. If it is a high molecular weight compound, poly (3,4-ethylenedioxy) thiophene; the following polystyrene sulfonate (PEDOT) : PSS), polyaniline; known conductive polymers represented by camphorsulfonic acid (PANI: CSA) and the like.

Figure 0005283980
Figure 0005283980

また、バッファー層には、励起子が電極まで拡散して失活してしまうのを防止する役割を持たせることも可能である。このように励起子阻止層としてバッファー層を挿入することは、高効率化のために有効である。バッファー層に励起子阻止層としての役割を持たせる場合の好ましい材料としては、例えば有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)用途で公知な正孔障壁層用材料又は電子障壁層用材料などが挙げられる。正孔障壁層として好ましく利用されている材料は、イオン化ポテンシャルが充分に大きい化合物であり、電子障壁層として好ましく利用されている材料は、電子親和力が充分に小さい化合物である。陰極側の正孔障壁層材料としては、具体的には、下記のバソクプロイン(BCP)、下記のバソフェナントロリン(BPhen)などが挙げられる。   In addition, the buffer layer may have a role of preventing excitons from diffusing to the electrodes and deactivating. Inserting a buffer layer as an exciton blocking layer in this way is effective for increasing efficiency. As a preferable material when the buffer layer has a role as an exciton blocking layer, for example, a well-known material for a hole barrier layer or a material for an electron barrier layer for organic electroluminescence (organic EL) applications may be used. A material preferably used as the hole blocking layer is a compound having a sufficiently high ionization potential, and a material preferably used as the electron blocking layer is a compound having a sufficiently low electron affinity. Specific examples of the cathode-side hole barrier layer material include the following bathocuproin (BCP) and the following bathophenanthroline (BPhen).

Figure 0005283980
Figure 0005283980

さらに、バッファー層には、n層の材料として例示した無機化合物を用いてもよい。また、p型特性の公知の無機化合物である、CdTe、p型シリコン(p−Si)、SiC、GaAs、WO3などを用いてもよい。
バッファー層の膜厚は、好ましくは1nm〜3μmであり、より好ましくは5nm〜1μmである。
Furthermore, you may use the inorganic compound illustrated as a material of n layer for a buffer layer. Further, CdTe, p-type silicon (p-Si), SiC, GaAs, WO 3 or the like, which are known inorganic compounds having p-type characteristics, may be used.
The film thickness of the buffer layer is preferably 1 nm to 3 μm, more preferably 5 nm to 1 μm.

なお、有機薄膜太陽電池のセル構造を、「下部電極/本発明の有機薄膜太陽電池用材料の単独層/上部電極」とする場合は、単独層の膜圧は、好ましくは1nm〜10μmであり、より好ましくは5nm〜1μmである。   In addition, when the cell structure of the organic thin film solar cell is “lower electrode / single layer / upper electrode of the organic thin film solar cell material of the present invention”, the film pressure of the single layer is preferably 1 nm to 10 μm. More preferably, the thickness is 5 nm to 1 μm.

(基板)
基板は、通常、有機薄膜太陽電池に用いられる基板でよく、なかでも機械的、熱的強度を有し、透明性を有するガラス基板や透明性樹脂フィルムを使用することが好ましい。
透明性樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルフォン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリプロピレンなどが挙げられる。
(substrate)
The substrate may be a substrate usually used for an organic thin film solar cell, and among them, a glass substrate or a transparent resin film having mechanical and thermal strength and having transparency is preferably used.
Transparent resin films include polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polypropylene, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, nylon, polyether ether ketone. , Polysulfone, polyethersulfone, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, Examples include polyvinylidene fluoride, polyester, polycarbonate, polyurethane, polyimide, polyetherimide, polyimide, and polypropylene. It is.

(有機薄膜太陽電池の各層の形成方法)
本発明の有機薄膜太陽電池の各層の形成方法に特に制限はなく、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティングなどの乾式成膜法や、スピンコーティング、ディップコート、キャスティング、ロールコート、フローコーティング、インクジェットなどの湿式成膜法を採用することができる。この方法により、各層を前記した各層の膜厚に調整することが好ましい。一般に有機薄膜の励起子拡散長は短いことが知られているため、膜厚が厚すぎると励起子がヘテロ界面に到達する前に失活してしまうため光電変換効率が低くなる。膜厚が薄すぎるとピンホールなどが発生してしまうため、充分なダイオード特性が得られないため、変換効率が低下する。
(Method for forming each layer of organic thin film solar cell)
There are no particular restrictions on the method of forming each layer of the organic thin film solar cell of the present invention, dry deposition methods such as vacuum deposition, sputtering, plasma, ion plating, spin coating, dip coating, casting, roll coating, flow coating, A wet film forming method such as an ink jet can be employed. By this method, it is preferable to adjust each layer to the thickness of each layer described above. Since it is generally known that the exciton diffusion length of an organic thin film is short, if the film thickness is too thick, the exciton is deactivated before reaching the heterointerface, resulting in low photoelectric conversion efficiency. If the film thickness is too thin, pinholes and the like are generated, so that sufficient diode characteristics cannot be obtained, resulting in a decrease in conversion efficiency.

上記乾式成膜法を採用する場合、抵抗加熱法を用いて材料を加熱蒸発させることが好ましい。また、混合層を形成する場合には、例えば、複数の蒸発源からの同時蒸着による成膜方法が好ましい。成膜時には、基板温度を一定に制御することが好ましい。
上記湿式成膜法を適用する場合、材料を適切な溶媒に溶解又は分散させて発光性有機溶液を調製してから薄膜を形成する。かかる溶媒としては任意の溶媒を使用でき、例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエンなどのハロゲン系炭化水素系溶媒;ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソールなどのエーテル系溶媒;メタノールやエタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコールなどのアルコール系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ヘキサン、オクタン、デカン、テトラリンなどの炭化水素系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルなどのエステル系溶媒などが挙げられる。なかでも、炭化水素系溶媒又はエーテル系溶媒が好ましい。また、これらの溶媒は、単独で使用しても複数混合して用いてもよい。なお、溶媒は特にこれらに限定されるものではない。
When the dry film forming method is employed, the material is preferably heated and evaporated using a resistance heating method. Moreover, when forming a mixed layer, the film-forming method by simultaneous vapor deposition from a several evaporation source is preferable, for example. During film formation, it is preferable to control the substrate temperature to be constant.
When the wet film forming method is applied, a thin film is formed after preparing a light-emitting organic solution by dissolving or dispersing the material in an appropriate solvent. As such a solvent, any solvent can be used, for example, halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, dichloroethane, chloroform, carbon tetrachloride, tetrachloroethane, trichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, chlorotoluene; dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane. , Ether solvents such as anisole; alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol; benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, hexane, octane, Examples thereof include hydrocarbon solvents such as decane and tetralin; ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate and amyl acetate. Of these, hydrocarbon solvents or ether solvents are preferable. These solvents may be used alone or in combination. The solvent is not particularly limited to these.

本発明においては、有機薄膜太陽電池のいずれの有機薄膜層においても、成膜性向上、膜のピンホール防止などのため、適切な樹脂や添加剤を含有させてもよい。使用可能な樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロースなどの絶縁性樹脂及びそれらの共重合体;ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリシランなどの光導電性樹脂;ポリチオフェン、ポリピロールなどの導電性樹脂などが挙げられる。
また、添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤などが挙げられる。
In the present invention, in any organic thin film layer of the organic thin film solar cell, an appropriate resin or additive may be contained in order to improve film formability and prevent pinholes in the film. Usable resins include polystyrene, polycarbonate, polyarylate, polyester, polyamide, polyurethane, polysulfone, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, cellulose and other insulating resins and copolymers thereof; poly-N-vinylcarbazole And photoconductive resins such as polysilane; and conductive resins such as polythiophene and polypyrrole.
Examples of the additive include an antioxidant, an ultraviolet absorber, and a plasticizer.

このようにして得られる、本発明の有機薄膜太陽電池用材料を「下部電極/p層/n層/上部電極」のセル構造においてp層に用いると、0.98%以上の光電変換効率、材料によっては、1.48%以上の光電変換効率を得られる。   When the organic thin film solar cell material of the present invention thus obtained is used for the p layer in the cell structure of “lower electrode / p layer / n layer / upper electrode”, a photoelectric conversion efficiency of 0.98% or more, Depending on the material, a photoelectric conversion efficiency of 1.48% or more can be obtained.

本発明で得られる有機薄膜太陽電池材料を用いた有機薄膜太陽電池は、太陽電池モジュール、太陽光発電パネル、時計、携帯情報端末、パーソナルコンピューターなどの装置に有効に利用される。   The organic thin film solar cell using the organic thin film solar cell material obtained in the present invention is effectively used for devices such as a solar cell module, a photovoltaic power generation panel, a watch, a portable information terminal, and a personal computer.

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
なお、各例において、ソーラーシミュレーター(装置名「SS−50XIL」、英弘精機株式会社製)を用いて、AM1.5条件(光強度100mW/cm2)下で、I−V特性を測定し、開放端電圧(Voc)、短絡電流密度(Jsc)、曲線因子(FF)、変換効率(η)を求めた。同じPin(光強度)において、Voc、Jsc及びFFがいずれも大きな化合物ほど優れた変換効率を示す。なお、光電変換効率は下記式によって導出した。

Figure 0005283980
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited at all by these examples.
In each example, using a solar simulator (device name “SS-50XIL”, manufactured by Eihiro Seiki Co., Ltd.), the IV characteristics were measured under AM1.5 conditions (light intensity 100 mW / cm 2 ). The open circuit voltage (Voc), short circuit current density (Jsc), fill factor (FF), and conversion efficiency (η) were determined. For the same Pin (light intensity), compounds with larger Voc, Jsc, and FF all exhibit better conversion efficiency. The photoelectric conversion efficiency was derived from the following formula.
Figure 0005283980

(製造例1)
以下の合成経路で、下記有機薄膜太陽電池用材料Aを製造した。
(Production Example 1)
The following organic thin film solar cell material A was produced by the following synthesis route.

Figure 0005283980
Figure 0005283980

《中間体A1の製造》
チオフェン−2,3−ジカルボキサルデヒド(5.0g,34mmol)、1,4−シクロヘキサンジオン(2.4g,21mmol)をエタノール(500ml)に溶かし、これに15%水酸化カリウム水溶液(20ml)を加えて室温で1時間撹拌した。反応混合物をろ別し、水、エタノールで洗浄して黄色固体の中間体A1(5.7g,収率:59%)を得た。
得られた中間体A1の1H−NMR測定結果を以下に示す。
<< Production of Intermediate A1 >>
Thiophene-2,3-dicarboxaldehyde (5.0 g, 34 mmol) and 1,4-cyclohexanedione (2.4 g, 21 mmol) were dissolved in ethanol (500 ml), and 15% aqueous potassium hydroxide solution (20 ml) was dissolved therein. And stirred at room temperature for 1 hour. The reaction mixture was filtered off and washed with water and ethanol to obtain a yellow solid intermediate A1 (5.7 g, yield: 59%).
The 1 H-NMR measurement result of the obtained intermediate A1 is shown below.

1H−NMR(400MHz,CDCl3,TMS)δ:7.62(2H,s)、7.79(2H,s)、8.84(2H,s)、8.93(2H,s) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , TMS) δ: 7.62 (2H, s), 7.79 (2H, s), 8.84 (2H, s), 8.93 (2H, s)

《中間体A2の製造》
アルゴン雰囲気下、中間体A1(5.7g,18mmol)を無水THF(140ml)に懸濁し、ドライアイス/メタノール浴で−78℃に冷却した。これにフェニルリチウム/エーテル溶液(1.9mol/l,24ml,46mmolを加えて、冷却浴をはずし、室温で1時間撹拌した。反応混合物を水(100ml)で失活させ、有機層を分取し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、溶媒留去して赤色固体を得た。これをカラムクロマトグラフィ(「シリカゲル/ヘキサン+50%ジクロロメタン」、次いで「ジクロロメタン」、最後に「ジクロロメタン+3%メタノール」)で精製して淡褐色固体の中間体A2(4.5g,収率:53%)を得た。
得られた中間体A2の1H−NMR測定結果を以下に示す。
<< Production of Intermediate A2 >>
Under an argon atmosphere, Intermediate A1 (5.7 g, 18 mmol) was suspended in anhydrous THF (140 ml) and cooled to −78 ° C. in a dry ice / methanol bath. To this was added phenyllithium / ether solution (1.9 mol / l, 24 ml, 46 mmol), the cooling bath was removed, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour.The reaction mixture was quenched with water (100 ml), and the organic layer was separated. After drying over anhydrous sodium sulfate and evaporation of the solvent, a red solid was obtained, which was purified by column chromatography (“silica gel / hexane + 50% dichloromethane”, then “dichloromethane” and finally “dichloromethane + 3% methanol”). As a result, a light brown solid intermediate A2 (4.5 g, yield: 53%) was obtained.
The 1 H-NMR measurement result of the obtained intermediate A2 is shown below.

1H−NMR(400MHz,CDCl3,TMS)δ:3.06(3H,s)、6.94−7.01(10H,m)、7.38(2H,s)、7.50(2H,s)、8.24(2H,s)、8.32(2H,s) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , TMS) δ: 3.06 (3H, s), 6.94-7.01 (10H, m), 7.38 (2H, s), 7.50 (2H , S), 8.24 (2H, s), 8.32 (2H, s)

《有機薄膜太陽電池用材料Aの製造》
中間体A2(4.5g,9.4mmmol)、ヨウ化カリウム(6.2g,38mmol,4eq.)、ホスフィン酸ナトリウム一水和物(8.0g,75mmol)を酢酸(50ml)に溶かし、4時間還流した。得られた反応混合物をろ別し、水、メタノールで洗浄して橙色固体(4.3g)を得た。これをカラムクロマトグラフィ(「シリカゲル/ヘキサン+33%ジクロロメタン」、次いで「ヘキサン+50%ジクロロメタン」、最後に「ヘキサン+66%ジクロロメタン」)で精製して橙色固体(3.7g,収率85%)を得た。これをヘキサン及びトルエンで再結晶して橙色針状晶の化合物A(2.2g)を得た。
得られた化合物Aの物性を以下に示す。
<< Manufacture of Material A for Organic Thin Film Solar Cells >>
Intermediate A2 (4.5 g, 9.4 mmol), potassium iodide (6.2 g, 38 mmol, 4 eq.), Sodium phosphinate monohydrate (8.0 g, 75 mmol) were dissolved in acetic acid (50 ml). Reflux for hours. The resulting reaction mixture was filtered off and washed with water and methanol to give an orange solid (4.3 g). This was purified by column chromatography (“silica gel / hexane + 33% dichloromethane”, then “hexane + 50% dichloromethane” and finally “hexane + 66% dichloromethane”) to give an orange solid (3.7 g, yield 85%). . This was recrystallized from hexane and toluene to obtain Compound A (2.2 g) as orange needle crystals.
The physical properties of the obtained compound A are shown below.

1H−NMR(400MHz,CDCl3,TMS)d:7.21(2H,d,J=7Hz),7.37(2H,d,J=8Hz),7.63−7.83(10H,m),7.16(4H,d,J=8Hz)
FDMS:計算値C30182=442、実測値m/z=442(M+,100)
HPLC純度:95.2%(UV254,面積%)
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 , TMS) d: 7.21 (2H, d, J = 7 Hz), 7.37 (2H, d, J = 8 Hz), 7.63-7.83 (10H, m), 7.16 (4H, d, J = 8 Hz)
FDMS: Calculated value C 30 H 18 S 2 = 442, measured value m / z = 442 (M + , 100)
HPLC purity: 95.2% (UV254, area%)

さらに、得られた固体(2.2g)を280℃/5.3×10-1Paで昇華精製することにより赤色アモルファス固体の有機薄膜太陽電池用材料A(1.7g,純度:94.9%)を得た。なお、この固体のアンチ異性体とシン異性体との混合比は1:1であった。 Further, the obtained solid (2.2 g) was purified by sublimation at 280 ° C./5.3×10 −1 Pa to obtain a red amorphous solid organic thin film solar cell material A (1.7 g, purity: 94.9). %). The mixing ratio of the solid anti isomer and syn isomer was 1: 1.

(実施例1)
「25mm×75mm×厚さ0.7mm」のITO透明電極付きガラス基板について、イソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行った後、UVオゾン洗浄を30分間行った。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず、下部電極である透明電極ラインが形成されている側の面上に、前記透明電極を覆うようにして、有機薄膜太陽電池用材料Aを抵抗加熱蒸着により1Å/sで成膜(p層:膜厚30nm)した。次いで、この有機薄膜太陽電池用材料Aの膜上にフラーレン(C60)を抵抗加熱蒸着により1Å/sで成膜(n層:膜厚60nm)し、その上に下記のバソクプロイン(BCP)を抵抗加熱蒸着により1Å/sで成膜(バッファー層:膜厚10nm)した。最後に、連続して対向電極として金属Alを膜厚80nmで蒸着させ、有機薄膜太陽電池を形成した。面積は0.5cm2であった。
得られた有機薄膜太陽電池の性能を第1表に示す。
Example 1
The glass substrate with ITO transparent electrode of “25 mm × 75 mm × thickness 0.7 mm” was subjected to ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 5 minutes and then UV ozone cleaning for 30 minutes. A glass substrate with a transparent electrode line after cleaning is mounted on a substrate holder of a vacuum deposition apparatus. First, the transparent electrode line is formed on the surface where the transparent electrode line, which is the lower electrode, is formed. A thin film solar cell material A was formed by resistance heating vapor deposition at 1 Å / s (p layer: film thickness 30 nm). Next, fullerene (C 60 ) is formed on the film of the organic thin film solar cell material A at 1 蒸 着 / s by resistance heating vapor deposition (n layer: film thickness 60 nm), and the following bathocuproin (BCP) is formed thereon. A film was formed at 1 Å / s by resistance heating vapor deposition (buffer layer: film thickness: 10 nm). Finally, metal Al was continuously deposited as a counter electrode with a film thickness of 80 nm to form an organic thin film solar cell. The area was 0.5 cm 2 .
The performance of the obtained organic thin film solar cell is shown in Table 1.

Figure 0005283980
Figure 0005283980

(実施例2)
実施例1において、p層を設けた後、n層を設ける前に、抵抗加熱蒸着により有機薄膜太陽電池用材料Aを0.2Å/s、フラーレン(C60)を0.2Å/sで共蒸着して成膜(i層:膜厚15nm,混合比p:n=1:1)した以外は、実施例1と同様にして有機薄膜太陽電池を作製した。
得られた有機薄膜太陽電池の性能を第1表に示す。
(Example 2)
In Example 1, after providing the p layer and before providing the n layer, the organic thin film solar cell material A was 0.2 を / s and the fullerene (C 60 ) was 0.2 Å / s by resistance heating vapor deposition. An organic thin film solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the film was formed by vapor deposition (i layer: film thickness 15 nm, mixing ratio p: n = 1: 1).
The performance of the obtained organic thin film solar cell is shown in Table 1.

(実施例3)
実施例2において、i層の混合比をp:n=2:1(成膜速度は各々0.2Å/sと0.1Å/sである。)とした以外は、実施例2と同様にして有機薄膜太陽電池を作製した。
得られた有機薄膜太陽電池の性能を第1表に示す。
(Example 3)
In Example 2, the same as Example 2, except that the mixing ratio of the i layer was p: n = 2: 1 (the film formation rates were 0.2 Å / s and 0.1 に し / s, respectively). Thus, an organic thin film solar cell was produced.
The performance of the obtained organic thin film solar cell is shown in Table 1.

(実施例4)
実施例2において、i層の混合比をp:n=1:2(成膜速度は各々0.1Å/sと0.2Å/sである。)とした以外は、実施例2と同様にして有機薄膜太陽電池を作製した。
得られた有機薄膜太陽電池の性能を第1表に示す。
Example 4
Example 2 is the same as Example 2 except that the mixing ratio of the i layer is p: n = 1: 2 (the film formation rates are 0.1 Å / s and 0.2 Å / s, respectively). Thus, an organic thin film solar cell was produced.
The performance of the obtained organic thin film solar cell is shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1において、有機薄膜太陽電池用材料Aを下記のmTPDへ変更したこと以外は、実施例1と同様にして有機太陽電池を作製した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, the organic solar cell was produced like Example 1 except having changed the organic thin film solar cell material A into the following mTPD.

Figure 0005283980
Figure 0005283980

(比較例2)
特許文献1(特開2007−335760号公報)に開示される下記化合物(TES−ADT)を、非特許文献(Organic Letters,6巻,3325頁(2004))に記載の方法により合成した。
合成直後のHPLC純度は98.0%(UV254,面積%)であったが、そのテトラヒドロフラン溶液を40分間放置して再測定したところ、HPLC純度は58.0%(UV254,面積%)と著しく低下していた。また、製造例と同様にして本材料の昇華精製を試みたが昇華せず、残渣は黒色に変色した。残渣のHPLC純度を測定したところ、目的物(下記化合物)のピークは消失し、多数の不純物に起因するピークを検出するだけであった。これらの結果から、特許文献1で開示される化合物(TES−ADT)は、安定性が低く、実用に耐えうる有機薄膜太陽電池用材料とはなりえないことが確認された。
(Comparative Example 2)
The following compound (TES-ADT) disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-335760) was synthesized by the method described in Non-Patent Document (Organic Letters, Vol. 6, page 3325 (2004)).
The HPLC purity immediately after the synthesis was 98.0% (UV254, area%), but when the tetrahydrofuran solution was left for 40 minutes and remeasured, the HPLC purity was remarkably 58.0% (UV254, area%). It was falling. Moreover, although the sublimation refinement | purification of this material was tried like the manufacture example, it did not sublimate and the residue discolored black. When the HPLC purity of the residue was measured, the peak of the target product (the following compound) disappeared, and only peaks caused by a large number of impurities were detected. From these results, it was confirmed that the compound (TES-ADT) disclosed in Patent Document 1 has low stability and cannot be a material for an organic thin film solar cell that can withstand practical use.

Figure 0005283980
Figure 0005283980

Figure 0005283980
Figure 0005283980

第1表より、本発明の有機薄膜太陽電池用材料を用いると、公知の化合物(mTPD)を用いた比較例1の変換効率0.17%に対して、変換効率1.42〜2.35%と大幅に向上しており、本発明の有機薄膜太陽電池用材料が優れた太陽電池特性を示すことがわかる。   From Table 1, when the organic thin-film solar cell material of the present invention is used, the conversion efficiency of 1.42 to 2.35 compared to the conversion efficiency of 0.17% of Comparative Example 1 using a known compound (mTPD). %, The organic thin film solar cell material of the present invention shows excellent solar cell characteristics.

本発明の有機薄膜太陽電池用材料は、有機薄膜太陽電池の構成材料として利用可能である。   The organic thin film solar cell material of the present invention can be used as a constituent material of an organic thin film solar cell.

Claims (5)

下記一般式(I)及び/又は一般式(II)で示される化合物からなる有機薄膜太陽電池用材料。
Figure 0005283980
(式(I)及び(II)中、X1、X2、Y1及びY2は、それぞれ独立して環形成炭素数6〜40無置換のアリール基表す。また、式(I)及び(II)中、 6 7は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキル基、環形成炭素数3〜10の置換もしくは無置換のシクロアルキル基、炭素数2〜40の置換もしくは無置換のアルケニル基、炭素数2〜40の置換もしくは無置換のアルキニル基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリール基、環形成原子数6〜40の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルコキシ基、環形成炭素数3〜10の置換もしくは無置換のシクロアルコキシ基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、環形成炭素数6〜40の置換もしくは無置換のアリールアミノ基又は炭素数1〜40の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基を表す。)
An organic thin film solar cell material comprising a compound represented by the following general formula (I) and / or general formula (II).
Figure 0005283980
(Formula (I) and (II) in, X 1, X 2, Y 1 and Y 2 each independently represent a ring formed unsubstituted aryl group having 6 to 40 carbon atoms. Further, the formula (I) And (II) , R 6 and R 7 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted ring having 3 to 10 carbon atoms. Cycloalkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 carbon atoms, ring A substituted or unsubstituted heteroaryl group having 6 to 40 atoms, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted cycloalkoxy group having 3 to 10 ring carbon atoms, and a ring-forming carbon As for substitution of number 6-40 Ku denotes an unsubstituted aryloxy group, ring formation substituted or unsubstituted arylamino group or a substituted or unsubstituted alkylamino group having 1 to 40 carbon atoms having 6 to 40 carbon atoms.)
前記XX 11 、X, X 22 、Y, Y 11 及びYAnd Y 22 が、それぞれ独立してフェニル基である請求項1に記載の有機薄膜太陽電池用材料。The organic thin-film solar cell material according to claim 1, wherein each independently represents a phenyl group. 前記R6及びR7が、水素原子である請求項1又は2に記載の有機薄膜太陽電池材料。 Wherein R 6 and R 7 are organic thin film solar cell material according to claim 1 or 2 is a hydrogen atom. 一対の電極の間に少なくともp層を有し、該p層が請求項1〜のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池用材料を含有する、有機薄膜太陽電池。 The organic thin-film solar cell which has at least p layer between a pair of electrodes, and this p layer contains the organic thin-film solar cell material in any one of Claims 1-3 . 請求項に記載の有機薄膜太陽電池を具備する装置。 The apparatus which comprises the organic thin-film solar cell of Claim 4 .
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