JP5742204B2 - Photoelectric conversion element, solar cell and solar cell module - Google Patents
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Description
本発明はフラーレン化合物を半導体材料に用いた光電変換素子に関する。特に、有機太陽電池に用いて好適な有機光電変換素子、これを用いた太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element using a fullerene compound as a semiconductor material. In particular, the present invention relates to an organic photoelectric conversion element suitable for use in an organic solar battery, a solar battery using the same, and a solar battery module.
有機薄膜太陽電池としては塗布系高分子有機半導体層又は蒸着系低分子有機半導体層を使用するものが従来知られており、また近年、テトラベンゾポルフィリン等を用いた塗布変換系低分子有機半導体層を使用する有機薄膜太陽電池が提案されている(特許文献1、非特許文献1)。
塗布系高分子有機薄膜太陽電池としては、p型半導体に可溶性の共役高分子であるポリヘキシルチオフェン(P3HT)等が、n型半導体にPCBM等のフラーレンの溶解度を高めた誘導体が用いられることが多い。半導体層の層構造としては、p型半導体とn型半導体の分子が共存したバルクヘテロ層のみで構成される場合が大半である。
As organic thin-film solar cells, those using a coating-type high-molecular organic semiconductor layer or a vapor-deposited low-molecular-weight organic semiconductor layer are conventionally known. An organic thin-film solar cell using the above has been proposed (Patent Document 1, Non-Patent Document 1).
As a coating type polymer organic thin film solar cell, polyhexylthiophene (P3HT), which is a conjugated polymer soluble in a p-type semiconductor, or a derivative having increased solubility of fullerene, such as PCBM, is used in an n-type semiconductor. Many. In most cases, the layer structure of the semiconductor layer is composed of only a bulk hetero layer in which molecules of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor coexist.
蒸着系低分子有機薄膜太陽電池としては、p型半導体にフタロシアニン類、ペンタセン、オリゴチオフェンが、n型半導体にC60が用いられることが多い。半導体層の層構造としては、p型半導体からなるp層、n型半導体からなるn層に加えp−n接合界面にp型半導体とn型半導体が共存するi層を導入したp−i−n積層構造を取る場合もある(非特許文献2)。 The evaporation-based low molecular organic thin film solar cell, phthalocyanines in p-type semiconductor, pentacene, oligothiophene is, C 60 to n-type semiconductor is often used. As a layer structure of the semiconductor layer, in addition to a p layer made of a p-type semiconductor and an n layer made of an n-type semiconductor, an i-layer in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor coexist is introduced at a pn junction interface. There may be an n-layer structure (Non-patent Document 2).
塗布変換系低分子有機薄膜太陽電池としては、p型半導体にテトラベンゾポルフィリン等が、n型半導体にフラーレン化合物等が用いられている。半導体層の層構造は低分子蒸着系のものと同様である(特許文献1、非特許文献1)。
フラーレン化合物はn型半導体材料として注目され、特に置換基を有するフラーレン化
合物は塗布製膜が容易になることから注目を集めている。
As a coating conversion type low molecular organic thin film solar cell, tetrabenzoporphyrin or the like is used for a p-type semiconductor, and a fullerene compound or the like is used for an n-type semiconductor. The layer structure of the semiconductor layer is the same as that of the low molecular vapor deposition system (Patent Document 1, Non-Patent Document 1).
Fullerene compounds are attracting attention as n-type semiconductor materials, and fullerene compounds having substituents are particularly attracting attention because they facilitate film formation.
置換基を有するフラーレン化合物としては、[6,6]−Phenyl−C61−Butyric Acid Methyl Ester(フェニルC61酪酸メチルエステル、PCBM)が一般的に用いられてきたが、さらなる光電変換効率の向上が望まれてきた。最近、シリルメチル基を置換基として有するフラーレン化合物が低コストで製造が可能であることが報告されている(特許文献2、3)。またこのフラーレン化合物を用いた光電変換素子である有機薄膜太陽電池において、PCBMよりも高い変換効率が達成されることが報告されている(特許文献4)。 The fullerene compound having a substituent group, [6,6] -Phenyl-C 61 -Butyric Acid Methyl Ester ( phenyl C 61 butyric acid methyl ester, PCBM) but have been generally used, further improvement in photoelectric conversion efficiency Has been desired. Recently, it has been reported that fullerene compounds having a silylmethyl group as a substituent can be produced at low cost (Patent Documents 2 and 3). In addition, it has been reported that an organic thin-film solar cell that is a photoelectric conversion element using the fullerene compound achieves higher conversion efficiency than PCBM (Patent Document 4).
本発明者らの検討によれば、特許文献1、4に記載のフラーレン化合物は熱安定性が低く、光電変換素子の全層を積層したあとにその素子全体を加熱処理した場合、加熱処理後の光電変換効率が急激に下がることが判明した。特に太陽電池用途においては高温条件下での耐久性が求められるため、素子全体の加熱処理により光電変換効率が低下することは高温条件下での耐久性がないことにつながると予想され、実用化にあたり課題となる。またこのフラーレン化合物を用いた場合、開放端電圧(Voc)が必ずしも充分ではないという課題も判明した。 According to the study by the present inventors, the fullerene compounds described in Patent Documents 1 and 4 have low thermal stability, and when the entire device is subjected to heat treatment after all layers of the photoelectric conversion device are laminated, It has been found that the photoelectric conversion efficiency of the abruptly decreases. Especially in solar cell applications, durability under high-temperature conditions is required. Therefore, a decrease in photoelectric conversion efficiency due to heat treatment of the entire device is expected to lead to lack of durability under high-temperature conditions. It will be a challenge. Moreover, when this fullerene compound was used, the subject that the open circuit voltage (Voc) was not necessarily enough also became clear.
一方、高分子塗布系半導体層を有する有機薄膜太陽電池は、光電変換効率が5%程度と比較的優れるものの光電変換素子としての耐久性に課題があることが判明した。また高分子材料の高純度精製が必須であることや、分子量や分子量分布の制御の点で材料の安定供給が困難であることも懸念される。 On the other hand, although the organic thin film solar cell having a polymer-coated semiconductor layer has a relatively excellent photoelectric conversion efficiency of about 5%, it has been found that there is a problem in durability as a photoelectric conversion element. In addition, there is a concern that high-purity purification of the polymer material is essential and that it is difficult to stably supply the material in terms of controlling the molecular weight and molecular weight distribution.
本発明者らは、上記従来の実情に鑑み、熱安定性に優れ高い開放端電圧を付与しうるフラーレン化合物と、材料の高純度精製及び大量合成が容易であり、かつ熱安定性に優れる低分子有機半導体化合物とを組み合わせることにより、太陽電池に用いた場合に優れた性能を有する光電変換素子が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
[1]少なくとも活性層と一対の電極とを含む光電変換素子であって、該活性層が、フラーレンに4員環以上の環が縮合してなるフラーレン化合物と低分子有機半導体化合物とを含有し、該フラーレン化合物が下記のフラーレン化合物A又は下記のフラーレン化合物Bであることを特徴とする光電変換素子。
In view of the above-described conventional situation, the present inventors have a fullerene compound that is excellent in thermal stability and can provide a high open-circuit voltage, a high-purity purification and mass synthesis of materials, and low thermal stability. It has been found that a photoelectric conversion element having excellent performance when used in a solar cell can be obtained by combining with a molecular organic semiconductor compound, and the present invention has been completed.
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A photoelectric conversion element including at least an active layer and a pair of electrodes, wherein the active layer contains a fullerene compound obtained by condensing a fullerene with a ring having four or more members and a low molecular organic semiconductor compound. The photoelectric conversion device , wherein the fullerene compound is the following fullerene compound A or the following fullerene compound B.
[2]前記低分子有機半導体化合物が結晶性を有する、[1]に記載の光電変換素子。[2] The photoelectric conversion element according to [1], wherein the low-molecular organic semiconductor compound has crystallinity.
[3]前記低分子有機半導体化合物がフタロシアニン化合物及びその金属錯体、並びにポルフィリン化合物及びその金属錯体から選択される化合物であることを特徴とする[1]に記載の光電変換素子。[3] The photoelectric conversion element according to [1], wherein the low-molecular organic semiconductor compound is a phthalocyanine compound and a metal complex thereof, and a porphyrin compound and a metal complex thereof.
[4]前記光電変換素子が更にバッファ層を含む、[1]〜[3]のいずれかに記載の光電変換素子。[4] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [3], wherein the photoelectric conversion element further includes a buffer layer.
[5][1]〜[4]のいずれかに記載の光電変換素子を含むことを特徴とする太陽電池。[5] A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4].
[6][5]に記載の太陽電池を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。[6] A solar cell module comprising the solar cell according to [5].
本発明によれば、熱安定性、開放端電圧が高く、光電変換効率に優れるのみならず、耐久性にも優れた光電変換素子、これを用いた太陽電池及び太陽電池モジュールを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a photoelectric conversion element that has high thermal stability, high open-circuit voltage, excellent photoelectric conversion efficiency, and excellent durability, and a solar cell and a solar cell module using the photoelectric conversion device. .
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明のその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。
<光電変換素子>
本発明に係る光電変換素子は、少なくとも活性層とこれを挟む1対の電極とを有し、活性層が4員環以上の環構造が縮合してなるフラーレン化合物と低分子有機半導体とを含有する。また、本発明の光電変換素子は更にバッファ層を有していることが好ましい。バッファ層は、通常、電極と活性層の間に配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and is not specified in these contents unless it exceeds the gist of the present invention.
<Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion device according to the present invention includes at least an active layer and a pair of electrodes sandwiching the active layer, and the active layer contains a fullerene compound formed by condensation of a ring structure of four or more members and a low molecular organic semiconductor. To do. Moreover, it is preferable that the photoelectric conversion element of this invention has a buffer layer further. The buffer layer is usually disposed between the electrode and the active layer.
図1に一般的な有機薄膜太陽電池に用いられる光電変換素子の構成の一例を表す。本発明の一実施形態としての光電変換素子109は、基板100上にカソード(透明電極)101、正孔取り出し層102、活性層108(p型半導体化合物層103、p型半導体化合物とn型半導体化合物の混合層104及びn型半導体化合物層105)、電子取り出し層106、アノード(対向電極)107が順次形成された層構造を有する。 FIG. 1 shows an example of the configuration of a photoelectric conversion element used in a general organic thin film solar cell. A photoelectric conversion element 109 according to an embodiment of the present invention includes a cathode (transparent electrode) 101, a hole extraction layer 102, an active layer 108 (a p-type semiconductor compound layer 103, a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor) on a substrate 100. A compound mixed layer 104 and an n-type semiconductor compound layer 105), an electron extraction layer 106, and an anode (counter electrode) 107 are sequentially formed.
<活性層108>
本発明に係る光電変換素子において、活性層108はp型半導体化合物とn型半導体化合物を含む。光電変換素子109が光を受けると、光が活性層108に吸収され、p型半導体化合物とn型半導体化合物の界面で電気が発生し、発生した電気が電極101及び107から取り出される。
<Active layer 108>
In the photoelectric conversion element according to the present invention, the active layer 108 includes a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound. When the photoelectric conversion element 109 receives light, the light is absorbed by the active layer 108, electricity is generated at the interface between the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound, and the generated electricity is extracted from the electrodes 101 and 107.
活性層の層構成としては、p型半導体化合物とn型半導体化合物が積層された薄膜積層型構造や、図1のようにp型半導体化合物層103とn型半導体化合物層105からなる薄膜積層型の中間層としてp型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層(i層)104を有するp−i−n積層構造等が挙げられる。
<n型半導体化合物>
本発明においては、n型半導体化合物として、フラーレンに4員環以上の環が縮合してなる、下記一般式(1)で表されるフラーレン化合物を用いることを特徴のひとつとする。
As the layer structure of the active layer, a thin film laminated structure in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are laminated, or a thin film laminated type comprising a p-type semiconductor compound layer 103 and an n-type semiconductor compound layer 105 as shown in FIG. Examples of the intermediate layer include a pin stack structure including a layer (i layer) 104 in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed.
<N-type semiconductor compound>
In the present invention, as an n-type semiconductor compound, one of the characteristics is to use a fullerene compound represented by the following general formula (1), which is formed by condensing a fullerene with a 4-membered ring or more.
式中、環Aは、フラーレン(以下、FLNと称する場合がある。)に炭素数2以上の2価の置換基Rが結合し、該置換基Rとフラーレン中の2以上の炭素とで形成された4員環以上の環である。簡潔のため、本発明においてはこの状態を「フラーレンに4員環以上の環が縮合してなる」と称する。
置換基Rはフラーレンに対してどのように結合してもよい。例えば下式のように、置換基Rがフラーレン環上の隣接する2つの炭素原子に対して結合して環Aを形成してもよい。また、置換基Rがフラーレン環上で1つの炭素原子を挟んで位置する2つの炭素原子に対して結合して環Aを形成してもよい。さらには、置換基Rがフラーレン環上で2つ以上の炭素原子を挟んで位置する2つの炭素原子に対して結合して環Aを形成してもよい。また、置換基Rは、フラーレン骨格中の同一の五員環又は六員環に結合されていることが好ましい。さらに、置換基Rがフラーレン骨格中の同一の五員環又は六員環上の隣接する2つの炭素原子に対して結合されていることが特に好ましい。
In the formula, ring A is formed by combining a fullerene (hereinafter sometimes referred to as FLN) with a divalent substituent R having 2 or more carbon atoms, and the substituent R and two or more carbons in fullerene. It is a 4 or more membered ring. For the sake of brevity, in the present invention, this state is referred to as “a fullerene is condensed with a ring of four or more membered rings”.
The substituent R may be bonded to the fullerene in any manner. For example, as shown in the following formula, the substituent R may be bonded to two adjacent carbon atoms on the fullerene ring to form a ring A. In addition, the substituent R may be bonded to two carbon atoms located on the fullerene ring with one carbon atom interposed therebetween to form a ring A. Further, the substituent R may be bonded to two carbon atoms located on the fullerene ring with two or more carbon atoms sandwiched therebetween to form a ring A. In addition, the substituent R is preferably bonded to the same five-membered ring or six-membered ring in the fullerene skeleton. Furthermore, it is particularly preferable that the substituent R is bonded to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton.
環Aは4員環以上であり、好ましくは5員環以上である。また、環Aは10員環以下が好ましく、より好ましくは7員環以下、さらに好ましくは6員環以下である。環Aは脂肪族環であっても芳香族環であってもよいが好ましくは脂肪族環である。更に、環Aは脂肪族炭化水素環であってもよいし窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を含む脂肪族複素環であってもよい。より好ましくは脂肪族炭化水素環である。 Ring A is a 4-membered ring or more, preferably a 5-membered ring or more. Ring A is preferably a 10-membered ring or less, more preferably a 7-membered ring or less, and still more preferably a 6-membered ring or less. Ring A may be an aliphatic ring or an aromatic ring, but is preferably an aliphatic ring. Further, ring A may be an aliphatic hydrocarbon ring or an aliphatic heterocyclic ring containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom. More preferably, it is an aliphatic hydrocarbon ring.
環Aの具体例としては、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、ビシクロ[2,2,1]ヘプタン又はビシクロ[2,2,2]オクタン等の脂肪族炭化水素環;ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、テトラヒドロフラン、モルホリン、アザビシクロ[2,2,1]ヘプタン、
オキサビシクロ[2,2,1]ヘプタン、チアビシクロ[2,2,1]ヘプタン又はジアザビシクロ[2,2,2]オクタン等の脂肪族複素環が挙げられる。
Specific examples of ring A include aliphatic hydrocarbons such as cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, cyclodecane, bicyclo [2,2,1] heptane, and bicyclo [2,2,2] octane. Ring; pyrrolidine, piperidine, piperazine, tetrahydrofuran, morpholine, azabicyclo [2,2,1] heptane,
Aliphatic heterocycles such as oxabicyclo [2,2,1] heptane, thiabicyclo [2,2,1] heptane or diazabicyclo [2,2,2] octane.
なかでも好ましくはシクロペンタン、シクロヘキサン又はビシクロ[2,2,1]ヘプタンであり、より好ましくはシクロペンタン又はシクロヘキサンである。
mは整数を表し、通常1以上であり、好ましくは2以上である。一方、mは通常10以下であり、好ましくは6以下である。mが2以上である場合、各々の環Aは同一でも良いし異なっていてもよい。また、これら環同士が直接又は置換基を介してさらに環を形成していてもよい。なお、mが2以上の場合は環Aの縮合位置により異性体が存在し得るが、本発明のフラーレン化合物としては、単一の異性体を用いてもよいし複数の異性体の混合物を用いてもよい。
Among them, preferred is cyclopentane, cyclohexane or bicyclo [2,2,1] heptane, and more preferred is cyclopentane or cyclohexane.
m represents an integer and is usually 1 or more, preferably 2 or more. On the other hand, m is usually 10 or less, preferably 6 or less. When m is 2 or more, each ring A may be the same or different. These rings may further form a ring directly or via a substituent. When m is 2 or more, an isomer may exist depending on the condensation position of ring A. However, as the fullerene compound of the present invention, a single isomer or a mixture of a plurality of isomers may be used. May be.
本発明に係るフラーレンは閉殻構造を有する炭素クラスターである。フラーレンの炭素数は、通常、60〜130の偶数である。フラーレンとしては、例えば、C60 、C70 、C76、C78 、C82 、C84 、C90 、C94、C96及びこれらより多くの
炭素を有する高次の炭素クラスター等が挙げられる。中でもC60又はC7 0が好ましく
、C60 がさらに好ましい。
The fullerene according to the present invention is a carbon cluster having a closed shell structure. The carbon number of fullerene is usually an even number of 60 to 130. Examples of fullerenes include C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 94 , C 96 and higher carbon clusters having more carbon than these. Among these, C 60 or C 70 is preferable, and C 60 is more preferable.
本発明において、フラーレンは一部のフラーレン環上の炭素−炭素結合が切れていてもよい。また、一部の炭素原子が他の原子に置き換えられていてもよい。さらに、金属原子、非金属原子或いはこれらから構成される原子団をフラーレンケージ内に内包していてもよい。
本発明のフラーレン化合物としては、環Aにさらに他の環が縮合していることが好ましい。なかでも好ましくは下記一般式(2)に表すフラーレン化合物である。
In the present invention, fullerenes may have broken carbon-carbon bonds on some fullerene rings. Some carbon atoms may be replaced with other atoms. Further, a metal atom, a non-metal atom, or an atomic group composed of these may be included in the fullerene cage.
In the fullerene compound of the present invention, it is preferable that ring A is further condensed with another ring. Among these, fullerene compounds represented by the following general formula (2) are preferable.
一般式(2)において、環Aには環Bが縮合してなる。環Bは脂肪族環であっても芳香族環であってもよいが好ましくは芳香族環である。芳香族環としては芳香族炭化水素環であっても芳香族複素環であってもよい。また環構造を形成する原子数は通常5〜20であり、好ましくは原子数が5〜18であり、より好ましくは原子数が5〜12である。
環Bに係る脂肪族炭化水素環の具体例としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン又はシクロデカン等が挙げられる。中でも好ましくはシクロペンタン又はシクロヘキサンである。
In the general formula (2), ring A is condensed with ring B. Ring B may be an aliphatic ring or an aromatic ring, but is preferably an aromatic ring. The aromatic ring may be an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocyclic ring. Moreover, the number of atoms which form a ring structure is 5-20 normally, Preferably the number of atoms is 5-18, More preferably, the number of atoms is 5-12.
Specific examples of the aliphatic hydrocarbon ring related to ring B include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, and cyclodecane. Among them, preferred is cyclopentane or cyclohexane.
環Bに係る脂肪族複素環の具体例としては、ピペリジン、ピペラジン、テトラヒドロフラン又はモルホリン等が挙げられる。中でも好ましくはピペリジン又はモルホリンである。
環Bに係る芳香族炭化水素環の具体例としては、ベンゼン、ナフタレン、フルオレン、アントラセン又はピレン等が挙げられる。中でも好ましくはベンゼンである。さらに縮合していてもよい芳香族複素環の具体例としては、フラン、チオフェン、ピロール、オキサ
ゾール、チアゾール、イミダゾール、ピラゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、キノリン又はキノキサリン等が挙げられる。中でも好ましくはフラン又はチオフェンである。
Specific examples of the aliphatic heterocyclic ring related to ring B include piperidine, piperazine, tetrahydrofuran or morpholine. Of these, piperidine or morpholine is preferable.
Specific examples of the aromatic hydrocarbon ring according to ring B include benzene, naphthalene, fluorene, anthracene, or pyrene. Of these, benzene is preferred. Furthermore, specific examples of the aromatic heterocyclic ring which may be condensed include furan, thiophene, pyrrole, oxazole, thiazole, imidazole, pyrazole, pyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, quinoline or quinoxaline. Among them, furan or thiophene is preferable.
以上説明した環A及び環Bは、他に置換基を有していてもよい。置換基を複数有する場合、各々の置換基は同一でもよいし異なっていてもよい。
環A及び環Bの置換基としては、本発明の目的を損なわないものであれば特に制限は無く、具体例としては、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、エステル基、カルボキシル基、カルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基又は芳香族基等が挙げられる。
Ring A and ring B described above may have another substituent. When there are a plurality of substituents, each substituent may be the same or different.
The substituent for ring A and ring B is not particularly limited as long as it does not impair the object of the present invention. Specific examples include a halogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, an ester group, a carboxyl group, a carbonyl group. Group, acetyl group, sulfonyl group, silyl group, boryl group, nitrile group, alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, aryloxy group, alkylthio group, arylthio group or aromatic group.
アルキル基としては炭素数1〜20のものが好ましく、具体例としてはメチル基、エチル基、i−プロピル基、n−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基又はシクロヘキシル基等が挙げられる。
アルケニル基としては炭素数2〜20のものが好ましく、具体例としてはビニル基、スチリル基又はジフェニルビニル基等が挙げられる。
The alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms, and specific examples include methyl, ethyl, i-propyl, n-propyl, n-butyl, t-butyl, n-hexyl or cyclohexyl. Groups and the like.
The alkenyl group preferably has 2 to 20 carbon atoms, and specific examples thereof include a vinyl group, a styryl group, and a diphenylvinyl group.
アルキニル基としては炭素数2〜20のものが好ましく、具体例としてはメチルエチニル基、フェニルエチニル基又はトリメチルシリルエチニル基等が挙げられる。
アルコキシ基としては炭素数1〜20のものが好ましく、具体例としてはメトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基又はt−ブトキシ基等が挙げられる。
As the alkynyl group, those having 2 to 20 carbon atoms are preferable, and specific examples include a methylethynyl group, a phenylethynyl group, a trimethylsilylethynyl group, and the like.
The alkoxy group is preferably one having 1 to 20 carbon atoms, and specific examples include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group or t-butoxy group. Can be mentioned.
アリールオキシ基としては炭素数2〜20のものが好ましく、具体例としてはフェノキシ基等が挙げられる。
アルキルチオ基としては炭素数1〜20のものが好ましく、具体例としてはメチルチオ基又はエチルチオ基等が挙げられる。
アリールチオ基としては炭素数2〜20のものが好ましく、具体例としてはフェニルチオ基等が挙げられる。
The aryloxy group preferably has 2 to 20 carbon atoms, and specific examples include a phenoxy group.
The alkylthio group preferably has 1 to 20 carbon atoms, and specific examples thereof include a methylthio group and an ethylthio group.
The arylthio group is preferably one having 2 to 20 carbon atoms, and specific examples thereof include a phenylthio group.
アミノ基の具体例としては、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基又はジイソプロピルアミノ基等のアルキルアミノ基;ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基又はカルバゾイル基等のアリールアミノ基が挙げられる。
シリル基の具体例としては、トリメチルシリル基等のアルキルシリル基;ジメチルフェニル基又はトリフェニルシリル基等のアリールシリル基が挙げられる。
Specific examples of the amino group include alkylamino groups such as dimethylamino group, diethylamino group or diisopropylamino group; arylamino groups such as diphenylamino group, ditolylamino group or carbazoyl group.
Specific examples of the silyl group include alkylsilyl groups such as a trimethylsilyl group; arylsilyl groups such as a dimethylphenyl group or a triphenylsilyl group.
ボリル基の具体例としては、アリール基で置換されたジメチルボリル基等が挙げられる。
芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ビフェニレニル基、トリフェニレン基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基、トリフェニレニル基又はクオーターフェニル基等の芳香族炭化水素基;ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロール基、オキサゾール基、チアゾール基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾイル基、イミダゾイル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾイル基、フェノキサチエニル基、キサンテニル基、ベンゾフラニル基、チアントレニル基、インドリジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基又はキノキサリニル基等の芳香族複素環基が挙げられる。なかでも好ましくは、芳香族炭化水素基としてはフェニル基、ナフチル基
、フェナントリル基、トリフェニレン基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ペリレニル基又はトリフェニレニル基であり、芳香族複素環基としてはピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾイル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾイル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、キノキサリニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾイル基、キサンテニル基又はフェノキサジニル基である。
Specific examples of the boryl group include a dimethylboryl group substituted with an aryl group.
As an aromatic group, phenyl group, naphthyl group, phenanthryl group, biphenylenyl group, triphenylene group, anthryl group, pyrenyl group, fluorenyl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluoranthenyl group, naphthacenyl group, perylenyl group, pentacenyl group, Aromatic hydrocarbon group such as triphenylenyl group or quarterphenyl group; pyridyl group, thienyl group, furyl group, pyrrole group, oxazole group, thiazole group, oxadiazole group, thiadiazole group, pyrazyl group, pyrimidyl group, pyrazoyl group, imidazoyl Group, benzothienyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, phenylcarbazoyl group, phenoxathienyl group, xanthenyl group, benzofuranyl group, thiantenyl group, indolizinyl group, phenoxazinyl group, phenoxy group Thiazinyl group, acridinyl group, phenanthridinyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, an aromatic heterocyclic group such as indolyl, or quinoxalinyl group. Among them, the aromatic hydrocarbon group is preferably a phenyl group, a naphthyl group, a phenanthryl group, a triphenylene group, an anthryl group, a pyrenyl group, a fluorenyl group, an acenaphthenyl group, a fluoranthenyl group, a perenylenyl group, or a triphenylenyl group. As the heterocyclic group, pyridyl group, pyrazyl group, pyrimidyl group, pyrazoyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, imidazolyl group, acridinyl group, phenanthridinyl group, quinoxalinyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, phenylcarbazoyl group Group, xanthenyl group or phenoxazinyl group.
本発明のフラーレン化合物として特に好ましいのは、下記一般式(3)又は(4)に表すフラーレン化合物である。 Particularly preferred as the fullerene compound of the present invention is a fullerene compound represented by the following general formula (3) or (4).
一般式(3)及び(4)において、Xは、酸素原子、硫黄原子、アミノ基、アルキレン基又はアリーレン基である。アルキレン基としては炭素数1〜2が好ましい。アリーレン基としては炭素数5〜12が好ましく、例えばフェニレン基である。
アミノ基は、メチル基やエチル基等の炭素数1〜6のアルキル基で置換されていてもよい。
In general formula (3) and (4), X is an oxygen atom, a sulfur atom, an amino group, an alkylene group, or an arylene group. The alkylene group preferably has 1 to 2 carbon atoms. As an arylene group, C5-C12 is preferable, for example, is a phenylene group.
The amino group may be substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group or an ethyl group.
アルキレン基は、メトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜20の芳香族複素環基で置換されていてもよい。
アリーレン基は、メトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜20の芳香族複素環基で置換されていてもよい。
The alkylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or an aromatic complex having 2 to 20 carbon atoms. It may be substituted with a cyclic group.
The arylene group is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group, an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, or an aromatic complex having 2 to 20 carbon atoms. It may be substituted with a cyclic group.
Ar1は、環Bにおいて芳香族環である場合と同義である。好ましい範囲及び例示も環Bに準ずる。
nは整数を表し、通常1以上であり、好ましくは2以上である。一方、nは通常10以下であり、好ましくは6以下である。nが2以上である場合、フラーレンに縮合してなる各々の環構造は同一でも良いし異なっていてもよい。また、これら環同士が直接又は置換基を介してさらに環を形成していてもよい。なお、nが2以上の場合は環構造の縮合位置により異性体が存在し得るが、本発明のフラーレン化合物としては、単一の異性体を用いてもよいし複数の異性体の混合物を用いてもよい。
Ar 1 has the same meaning as in the case of ring B being an aromatic ring. Preferred ranges and examples are also the same as in ring B.
n represents an integer and is usually 1 or more, preferably 2 or more. On the other hand, n is usually 10 or less, preferably 6 or less. When n is 2 or more, each ring structure formed by condensation with fullerene may be the same or different. These rings may further form a ring directly or via a substituent. When n is 2 or more, an isomer may exist depending on the condensation position of the ring structure. However, as the fullerene compound of the present invention, a single isomer or a mixture of a plurality of isomers may be used. May be.
なお、本発明のフラーレン化合物において、環A、環B及びそれらの置換基が金属への配位能を有する場合、金属原子との配位結合を介して金属錯体を形成していてもよい。
また、本発明に係わるフラーレン化合物は、下記一般式(n1) 又は(n2)で表される
部分構造を有することが望ましい。
In addition, in the fullerene compound of this invention, when the ring A, the ring B, and those substituents have the coordination ability to a metal, the metal complex may be formed through the coordinate bond with a metal atom.
The fullerene compound according to the present invention preferably has a partial structure represented by the following general formula (n1) or (n2).
一般式(n1)及び(n2)中、FLNはフラーレンを表す。一般式(n1)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して、−R1と−(CH2)Lとがそれぞれ付加している。一般式(n2)では、フラーレン骨格中の同一の5員環又は6員環上の隣接する2つの炭素原子に対して−C(R5)(R6)が付加し3員環を形成してなる。d及びeはそれぞれ独立して整数であり、d及びeの合計は通常1以上であり、一方、通常5以下であり、好ましくは3以下である。Lは整数であって通常1以上であり、一方、通常8以下であり、好ましくは4以下である。Lはより好ましくは1又は2である。 In the general formulas (n1) and (n2), FLN represents fullerene. In the general formula (n1), —R 1 and — (CH 2 ) L are respectively added to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered ring or 6-membered ring in the fullerene skeleton. In the general formula (n2), —C (R 5 ) (R 6 ) is added to two adjacent carbon atoms on the same 5-membered or 6-membered ring in the fullerene skeleton to form a 3-membered ring. It becomes. d and e are each independently an integer, and the sum of d and e is usually 1 or more, and usually 5 or less, preferably 3 or less. L is an integer and is usually 1 or more, while it is usually 8 or less, preferably 4 or less. L is more preferably 1 or 2.
一般式(n1)中のR1は置換基を有していてもよい炭素数1〜14のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜14のアルコキシ基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。
アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基又はイソブチル基がより好ましく、メチル基又はエチル基が更に好ましい。
R 1 in the general formula (n1) has an optionally substituted alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, an optionally substituted alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, or a substituent. An aromatic group that may be used.
As an alkyl group, a C1-C10 alkyl group is preferable, a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, or an isobutyl group is more preferable, and a methyl group or an ethyl group is still more preferable.
アルコキシ基としては、炭素数1〜10のアルコキシ基が好ましく、炭素数1〜6のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基が特に好ましい。
芳香族基としては、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜20の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。
As an alkoxy group, a C1-C10 alkoxy group is preferable, a C1-C6 alkoxy group is more preferable, and a methoxy group or an ethoxy group is especially preferable.
As an aromatic group, a C6-C20 aromatic hydrocarbon group or a C2-C20 aromatic heterocyclic group is preferable, a phenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group is more preferable, a phenyl group or More preferred is a thienyl group.
上記アルキル基、アルコキシ基及び芳香族基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子又はシリル基が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。シリル基としては、ジアリールアルキルシリル基、ジアルキルアリールシリル基、トリアリールシリル基又はトリアルキルシリル基が好ましく、ジアルキルアリールシリル基がより好ましく、ジメチルアリールシリル基がさらに好ましい。 The substituent that the alkyl group, alkoxy group and aromatic group may have is preferably a halogen atom or a silyl group. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The silyl group is preferably a diarylalkylsilyl group, a dialkylarylsilyl group, a triarylsilyl group or a trialkylsilyl group, more preferably a dialkylarylsilyl group, and even more preferably a dimethylarylsilyl group.
一般式(n1)中のR2〜R4は各々独立して置換基を表し、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜14のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。
アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基又はn−ヘキシル基が好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基としてはハロゲン原子が好ましい。ハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。フッ素原子で置換されたアルキル基としては、パーフルオロオクチル基、パーフルオロヘキシル基又はパーフルオロブチル基が好ましい。
R 2 to R 4 in the general formula (n1) each independently represent a substituent, which has a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 14 carbon atoms or a substituent. It is also a good aromatic group.
As an alkyl group, a C1-C10 alkyl group is preferable and a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, or n-hexyl group is preferable. The substituent that the alkyl group may have is preferably a halogen atom. As the halogen atom, a fluorine atom is preferable. The alkyl group substituted with a fluorine atom is preferably a perfluorooctyl group, a perfluorohexyl group or a perfluorobutyl group.
芳香族基は、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜20の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基がより好ましく、フェニル基又はチエニル基が更に好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、フッ素原子、炭素数1〜14のアルキル基、炭素数1〜14のフッ化アルキル基、炭素数1〜14のアルコキシ基又は炭素数3〜10の芳香族基が好ましく、フッ素原子又は炭素数1〜14のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、n−ブトキシ基又は2−エチルヘキシルオキシ基が更に好ましい。芳香族基が置換基を有する場合、その数に限定は無いが、1以上3以下が好ましく、1がより好ましい。芳香族基が置換基を複数有する場合、その置換基の種類は異なっていてもよいが、好ましくは同一である。 The aromatic group is preferably an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms, more preferably a phenyl group, a thienyl group, a furyl group or a pyridyl group, and a phenyl group or a thienyl group. Groups are more preferred. Examples of the substituent that the aromatic group may have include a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, or 3 carbon atoms. Is preferably a fluorine atom or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, more preferably a methoxy group, an n-butoxy group or a 2-ethylhexyloxy group. When the aromatic group has a substituent, the number is not limited, but is preferably 1 or more and 3 or less, and more preferably 1. When the aromatic group has a plurality of substituents, the types of the substituents may be different, but are preferably the same.
一般式(n2)中のR5〜R6は各々独立して、水素原子、アルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜14のアルキル基又は置換基を有していてもよい芳香族基である。
アルコキシカルボニル基におけるアルコキシ基としては、炭素数1〜12のアルコキシ基又は炭素数1〜12のフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数1〜12のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、n−ヘキソキシ基、オクトキシ基、2−プロピルペントキシ基、2−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基又はn−ヘキソキシ基が特に好ましい。
R 5 to R 6 in the general formula (n2) each independently have a hydrogen atom, an alkoxycarbonyl group, an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms which may have a substituent, or a substituent. It is also a good aromatic group.
The alkoxy group in the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group, n -Propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, n-hexoxy group, octoxy group, 2-propylpentoxy group, 2-ethylhexoxy group, cyclohexylmethoxy group or benzyloxy group are more preferable, methoxy group, An ethoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group or n-hexoxy group is particularly preferred.
アルキル基としては、炭素数1〜8の直鎖アルキル基が好ましく、n−プロピル基がより好ましい。アルキル基が有していてもよい置換基には特に限定は無いが、好ましくはアルコキシカルボニル基である。アルコキシカルボニル基のアルコキシ基としては、炭素数1〜14のアルコキシ基又はフッ化アルコキシ基が好ましく、炭素数1〜14の炭化水素基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、n−ヘキソキシ基、オクトキシ基、2−プロピルペントキシ基、2−エチルヘキソキシ基、シクロヘキシルメトキシ基又はベンジルオキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又はn−ブトキシ基が特に好ましい。 As the alkyl group, a linear alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferable, and an n-propyl group is more preferable. The substituent that the alkyl group may have is not particularly limited, but is preferably an alkoxycarbonyl group. The alkoxy group of the alkoxycarbonyl group is preferably an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms or a fluorinated alkoxy group, more preferably a hydrocarbon group having 1 to 14 carbon atoms, a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an iso group. Propoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, n-hexoxy group, octoxy group, 2-propylpentoxy group, 2-ethylhexoxy group, cyclohexylmethoxy group or benzyloxy group are more preferable, and methoxy group or n-butoxy group is more preferable. Particularly preferred.
芳香族基としては、炭素数6〜20の芳香族炭化水素基又は炭素数2〜20の芳香族複素環基が好ましく、フェニル基、ビフェニル基、チエニル基、フリル基又はピリジル基が好ましく、フェニル基又はチエニル基がさらに好ましい。芳香族基が有していてもよい置換基としては、炭素数1〜14のアルキル基、炭素数1〜14のフッ化アルキル基又は炭素数1〜14のアルコキシ基が好ましく、炭素数1〜14のアルコキシ基がさらに好ましく、メトキシ基又は2−エチルヘキシルオキシ基が特に好ましい。置換基を有する場合、その数に限定は無いが、好ましくは1以上3以下であり、より好ましくは1である。置換基の種類は異なっていても同一でもよく、好ましくは同一である。 As the aromatic group, an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or an aromatic heterocyclic group having 2 to 20 carbon atoms is preferable, and a phenyl group, a biphenyl group, a thienyl group, a furyl group, or a pyridyl group is preferable. A group or a thienyl group is more preferred. The substituent that the aromatic group may have is preferably an alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, a fluorinated alkyl group having 1 to 14 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 14 carbon atoms, 14 alkoxy groups are more preferable, and a methoxy group or 2-ethylhexyloxy group is particularly preferable. When it has a substituent, the number is not limited, but it is preferably 1 or more and 3 or less, more preferably 1. The types of substituents may be different or the same, preferably the same.
一般式(n2)の構造として好ましくは、R5、R6が共にアルコキシカルボニル基であるか、R5、R6が共に芳香族基であるか又はR5が芳香族基でかつR6が3−(アルコキシカルボニル)プロピル基である。
なお、本発明に用いられるn型半導体化合物は一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
As the structure of the general formula (n2), preferably, R 5 and R 6 are both alkoxycarbonyl groups, R 5 and R 6 are both aromatic groups, or R 5 is an aromatic group and R 6 is 3- (alkoxycarbonyl) propyl group.
The n-type semiconductor compound used in the present invention may be a single compound or a mixture of multiple compounds.
フラーレンに4員環以上の環が縮合してなるフラーレン化合物の具体的構造の例としては以下が挙げられる。 Examples of the specific structure of the fullerene compound obtained by condensing a fullerene with a 4-membered ring or more include the following.
本発明のフラーレン化合物は、後述する低分子有機半導体化合物と併用することにより、従来と比較して、耐久性に優れた光電変換素子及び有機太陽電池を製造できる点、該光電変換素子及び有機太陽電池に高い開放端電圧を付与しうる点で好ましい。
[フラーレン化合物の製膜方法]
本発明のフラーレン化合物の製膜方法としては蒸着法、塗布法などがあるが、プロセス性能に鑑み、塗布法による製膜が可能なフラーレン化合物がより好ましい。このため、フラーレン化合物自体が液状で塗布可能であること又はフラーレン化合物が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。
The fullerene compound of the present invention can be used in combination with a low-molecular organic semiconductor compound described later to produce a photoelectric conversion element and an organic solar cell that are superior in durability compared to conventional ones. This is preferable in that a high open-circuit voltage can be applied to the battery.
[Film formation method of fullerene compound]
The fullerene compound film forming method of the present invention includes a vapor deposition method, a coating method, and the like. In view of process performance, a fullerene compound that can be formed by a coating method is more preferable. For this reason, it is preferable that the fullerene compound itself can be applied in a liquid state or that the fullerene compound is highly soluble in some solvent and can be applied as a solution.
本発明のフラーレン化合物の塗布溶媒は、フラーレン化合物の溶解性が高ければ特に制限はないが、非極性有機溶媒が好ましく、環境負荷の面等から非ハロゲン系溶媒がより好ましい。非ハロゲン系溶媒としては、例えば非ハロゲン系の芳香族炭化水素類が挙げられる。なかでも好ましくはトルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン等である。
[熱安定性]
本発明のフラーレン化合物のガラス転移温度は観測されてもよいし観測されなくてもよいが、好ましくは、ガラス転移温度が観測されないか、180℃以上である。製膜過程における温度範囲で化合物がアモルファス状態と結晶状態に変化しないため、n型半導体としての機能安定性が損なわれず光電変換素子効率が低下することがない利点がある。ガラス転移温度が観測される場合、より好ましくは200℃以上であり、更に好ましくは250℃以上であり、特に好ましくは280℃以上である。一方、上限は特に限定されないが
通常400℃以下であり、好ましくは350℃以下である。
The coating solvent for the fullerene compound of the present invention is not particularly limited as long as the solubility of the fullerene compound is high, but a nonpolar organic solvent is preferable, and a non-halogen solvent is more preferable from the viewpoint of environmental burden. Examples of the non-halogen solvent include non-halogen aromatic hydrocarbons. Of these, toluene, xylene, cyclohexylbenzene and the like are preferable.
[Thermal stability]
The glass transition temperature of the fullerene compound of the present invention may or may not be observed, but preferably the glass transition temperature is not observed or is 180 ° C. or higher. Since the compound does not change between an amorphous state and a crystalline state in the temperature range in the film forming process, there is an advantage that the functional stability as an n-type semiconductor is not impaired and the photoelectric conversion element efficiency is not lowered. When the glass transition temperature is observed, it is more preferably 200 ° C. or higher, further preferably 250 ° C. or higher, and particularly preferably 280 ° C. or higher. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is usually 400 ° C. or lower, preferably 350 ° C. or lower.
ガラス転移温度は公知の方法で測定すれば良く、たとえばDSC法が挙げられる。DSC法とは、JIS K−0129“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法(示差走査熱量測定法)である。有機材料の非晶質固体状態がガラス転移温度は、ガラス状態から分子運動が開始する温度であり、比熱の変化する温度としてDSCで測定できる。ガラス転移温度をより明確に決める為に、一度ガラス点移転以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定することが望ましい。 What is necessary is just to measure a glass transition temperature by a well-known method, for example, DSC method is mentioned. The DSC method is a thermophysical property measurement method (differential scanning calorimetry method) defined in JIS K-0129 “General Rules for Thermal Analysis”. The glass transition temperature of the amorphous solid state of the organic material is a temperature at which molecular motion starts from the glass state, and can be measured by DSC as the temperature at which the specific heat changes. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is desirable to measure after quenching a sample once heated to a temperature higher than the glass point transfer.
本発明のフラーレン化合物の最低空分子軌道(LUMO)の値は、特に限定はされないが、例えばサイクリックボルタモグラム測定法により算出される真空準位に対する値が、通常−3.85eV以上、好ましくは−3.80eV以上である。電子供与体層(p型半導体層)から効率良く電子受容体層(n型半導体層)へと電子を移動させるためには、各電子供与体層及び電子受容体層に用いられる材料の最低空軌道(LUMO)の相対関係が重要である。具体的には、電子供与体層の材料のLUMOが、電子受容体層の材料のLUMOより所定のエネルギーだけ上にあること、言い換えると、電子受容体の電子親和力が電子供与体の電子親和力より所定のエネルギーだけ大きいことが好ましい。開放電圧(Voc)は電子供与体層の材料の最高被占軌道(HOMO)と電子受容体層の材料のLUMOの差で決定されるため、電子受容体のLUMOを高くすると、Vocが高くなる傾向がある。一方、LUMOの値は通常−1.0eV以下、好ましくは−2.0eV以下、より好ましくは−3.0eV以下、更に好ましくは−3.3eV以下である。電子受容体のLUMOを低くすることで、電子の移動が起こりやすくなり、短絡電流(Jsc)が高くなる傾向がある。 The value of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the fullerene compound of the present invention is not particularly limited. 3.80 eV or more. In order to efficiently move electrons from the electron donor layer (p-type semiconductor layer) to the electron acceptor layer (n-type semiconductor layer), the minimum vacancy of the materials used for each electron donor layer and electron acceptor layer is required. The relative relationship of the orbit (LUMO) is important. Specifically, the LUMO of the material of the electron donor layer is higher than the LUMO of the material of the electron acceptor layer by a predetermined energy, in other words, the electron affinity of the electron acceptor is higher than the electron affinity of the electron donor. It is preferable that the energy is larger by a predetermined energy. Since the open circuit voltage (Voc) is determined by the difference between the highest occupied orbit (HOMO) of the electron donor layer material and the LUMO of the electron acceptor layer material, increasing the LUMO of the electron acceptor increases the Voc. Tend. On the other hand, the value of LUMO is usually −1.0 eV or less, preferably −2.0 eV or less, more preferably −3.0 eV or less, and further preferably −3.3 eV or less. Lowering the LUMO of the electron acceptor tends to cause electron migration and increase the short-circuit current (Jsc).
該フラーレン化合物のLUMOの値の算出方法は、理論的に計算値で求める方法と実際に測定する方法が挙げられる。理論的に計算値で求める方法としては、半経験的分子軌道法及び非経験的分子軌道法が挙げられ、実際に測定する方法としては、紫外可視吸収スペクトル測定法やサイクリックボルタモグラム測定法が挙げられる。その中でも好ましくは、サイクリックボルタモグラム測定法である。 As a method for calculating the LUMO value of the fullerene compound, there are a theoretically calculated method and a method of actually measuring. The theoretically calculated values include semi-empirical molecular orbital methods and non-empirical molecular orbital methods, and the actual measurement methods include ultraviolet-visible absorption spectrum measurement method and cyclic voltammogram measurement method. It is done. Among them, the cyclic voltammogram measurement method is preferable.
[フラーレン化合物の製造方法]
本発明のフラーレン化合物の製造方法としては、特に制限はないが、例えば、一般式(II)に表すフラーレンの合成方法としては、Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 78−80、Tetrahedron Lett. 1997, 38, 285−288、国際公開第2008/018931号、国際公開第2009/086210号に記載されている公知文献によって実施可能である。その中でもディールス・アルダー反応法が好ましい。
[Production method of fullerene compound]
Although there is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of the fullerene compound of this invention, For example, as a synthesis method of the fullerene represented by general formula (II), Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 78-80, Tetrahedron Lett. 1997, 38, 285-288, International Publication No. 2008/018931 and International Publication No. 2009/086212 can be implemented. Of these, the Diels-Alder reaction method is preferred.
ディールス・アルダー反応によって形成されるフラーレンの製造方法とは、具体的には以下の反応式に代表される反応による製造方法であり、フラーレンへの[4+2]環化付加反応によって置換基が共有結合を形成する反応による。付加する置換基ひとつあたり2つの共有結合が生成し、該共有結合が生成するフラーレン上の2つの炭素原子はそれぞれ隣接して位置する。反応式中の反応物のpは置換基の付加数を表わし、pは通常1以上、より好ましくは2以上の整数、一方、通常10以下、より好ましくは6以下の整数であり、反応式中のEは該付加基への置換基を表し、既に上記で述べた置換基を有していてもよい置換基と同様である。 The production method of fullerene formed by the Diels-Alder reaction is specifically a production method by a reaction represented by the following reaction formula, and a substituent is covalently bonded by a [4 + 2] cycloaddition reaction to fullerene. Depends on the reaction to form. Two covalent bonds are generated for each substituent to be added, and two carbon atoms on the fullerene formed by the covalent bonds are adjacent to each other. P in the reaction formula represents the number of substituents added, and p is usually an integer of 1 or more, more preferably an integer of 2 or more, and usually 10 or less, more preferably an integer of 6 or less. E in the formula represents a substituent to the additional group, and is the same as the substituent which may have the substituent described above.
(n1)で表される付加基を有するフラーレンの合成方法としては、国際公開第2008/059771号及びJ.Am.Chem.Soc.,2008,130(46),15429−15436に記載されている公知文献によって、実施可能である。
(n2)で表される付加基を有するフラーレンの合成方法としては、J.Chem.Soc., Perkin Trans.1,1997 1595、Thin Solid
Films 489(2005)251−256、Adv.Funct.Mater.2005,15,1979−1987及びJ.Org.Chem.1995,60,532−538に記載されている公知文献によって、実施可能である。
As a method for synthesizing fullerene having an addition group represented by (n1), International Publication No. 2008/059771 and J. Org. Am. Chem. Soc. , 2008, 130 (46), 15429-15436.
As a method for synthesizing a fullerene having an addition group represented by (n2), J. et al. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1997 1595, Thin Solid
Films 489 (2005) 251-256, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1979-1987 and J. Org. Org. Chem. It can be carried out according to known documents described in 1995, 60, 532-538.
<p型半導体化合物>
本発明においては、p型半導体化合物として低分子有機半導体化合物を用いる。
本発明のフラーレン化合物と低分子有機半導体化合物と併用することにより、従来と比較して、耐久性に優れた光電変換素子及び有機太陽電池を製造できる点、該光電変換素子及び有機太陽電池に高い開放端電圧を付与しうる点で好ましい。
<P-type semiconductor compound>
In the present invention, a low molecular organic semiconductor compound is used as the p-type semiconductor compound.
The combined use of the fullerene compound of the present invention and a low-molecular organic semiconductor compound makes it possible to produce a photoelectric conversion element and an organic solar battery that are superior in durability compared to the prior art, and is high in the photoelectric conversion element and the organic solar battery. It is preferable at the point which can provide an open end voltage.
低分子有機半導体化合物の分子量は、上限、下限ともに特に制限されないが、通常5000以下、好ましくは2000以下であり、一方、通常100以上、好ましくは200以上である。
また、低分子有機半導体化合物は結晶性を有するものが好ましい。結晶性を有するp型半導体化合物は分子間相互作用が強く、活性層においてp型半導体とn型半導体の混合物層界面で生成した正孔(ホール)を効率よく正極へ輸送できることが期待されるためである。
The molecular weight of the low-molecular organic semiconductor compound is not particularly limited both at the upper limit and the lower limit, but is usually 5000 or less, preferably 2000 or less, and is usually 100 or more, preferably 200 or more.
Further, the low molecular organic semiconductor compound preferably has crystallinity. Since the p-type semiconductor compound having crystallinity has a strong intermolecular interaction, it is expected that holes generated at the interface between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor in the active layer can be efficiently transported to the positive electrode. It is.
本発明における結晶性とは、分子間相互作用等によって配向の揃った3次元周期配列をとる化合物の性質である。
結晶性の測定方法としては、X線回折法(XRD)又は電界効果移動度測定等が挙げられる。特に電界効果移動度測定において、正孔移動度が1.0×10(−5)cm2/(Vs)以上である結晶性化合物が好ましく、1.0×10(−4)cm2/(Vs)以上である結晶性化合物がより好ましい。一方、正孔移動度が通常1.0×10(4)cm2/(Vs)以下である結晶性化合物が好ましく、1.0×10(3)cm2/(Vs)以下である結晶性化合物がより好ましく、1.0×10(2)cm2/(Vs)以下である結晶性化合物が更に好ましい。
The crystallinity in the present invention is a property of a compound that takes a three-dimensional periodic array in which orientation is aligned by intermolecular interaction or the like.
Examples of the method for measuring crystallinity include X-ray diffraction (XRD) or field effect mobility measurement. In particular, in the field effect mobility measurement, a crystalline compound having a hole mobility of 1.0 × 10 (−5) cm 2 / (Vs) or more is preferable, and 1.0 × 10 (−4) cm 2 / ( Vs) or more is more preferable. On the other hand, a crystalline compound having a hole mobility of usually 1.0 × 10 (4) cm 2 / (Vs) or less is preferable, and a crystallinity of 1.0 × 10 (3) cm 2 / (Vs) or less. A compound is more preferable, and a crystalline compound of 1.0 × 10 (2) cm 2 / (Vs) or less is still more preferable.
該低分子有機半導体化合物は、上記性能を満たせば特段の制限はないが、具体的には、ナフタセン、ペンタセン又はピレン等の縮合芳香族炭化水素;α−セキシチオフェン等のチオフェン環を4個以上含むオリゴチオフェン類;チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも一つ以上を含み、かつ合計4個以上連結したもの;フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体、等の大環状化合物等が挙げられる。好ましくは、フタロシアニン化合物及びその金属錯体又はポルフィリン化合物及びその金属錯体である。
上記低分子有機半導体化合物、特にフタロシアニン化合物等やポルフィリン化合物等は
、熱安定性が優れているために好ましい。つまり、本発明の熱安定性の優れたフラーレンと組み合せることで、高温条件下における耐久性に優れた光電変換素子となりうる。
The low-molecular organic semiconductor compound is not particularly limited as long as it satisfies the above performance. Specifically, the low-molecular organic semiconductor compound has four condensed aromatic hydrocarbons such as naphthacene, pentacene or pyrene; and four thiophene rings such as α-sexithiophene. Oligothiophenes containing above: those containing at least one of thiophene ring, benzene ring, fluorene ring, naphthalene ring, anthracene ring, thiazole ring, thiadiazole ring and benzothiazole ring, and a total of four or more linked; phthalocyanine compound And a metal complex thereof, or a porphyrin compound such as tetrabenzoporphyrin and a macrocycle compound thereof such as a metal complex thereof. Preferably, they are a phthalocyanine compound and its metal complex, or a porphyrin compound and its metal complex.
The above low-molecular organic semiconductor compounds, particularly phthalocyanine compounds and porphyrin compounds are preferred because of their excellent thermal stability. That is, by combining with the fullerene having excellent thermal stability of the present invention, a photoelectric conversion element having excellent durability under high temperature conditions can be obtained.
p型半導体化合物として用いられるポルフィリン化合物及びその金属錯体(図中のQがCH)、フタロシアニン化合物及びその金属錯体(図中のQがN)としては、例えば、以下のような構造の化合物が挙げられる。 Examples of the porphyrin compound and its metal complex (Q in the figure are CH), the phthalocyanine compound and its metal complex (Q in the figure are N) used as the p-type semiconductor compound include compounds having the following structures: It is done.
ここで、Mは金属あるいは2個の水素原子を表し、金属としては、Cu、Zn、Pb、Mg、Co又はNi等の2価の金属のほか、軸配位子を有する3価以上の金属、例えば、TiO、VO、SnCl2、AlCl、InCl又はSi等も挙げられる。
Y1〜Y4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜24のアルキル基である。炭素数1〜24のアルキル基とは、炭素数が1〜24の飽和もしくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が3〜24の飽和もしくは不飽和の環式炭化水素である。その中でも好ましく
は炭素数1〜12の飽和もしくは不飽和の鎖状炭化水素基又は炭素数が3〜12の飽和もしくは不飽和の環式炭化水素である。
Here, M represents a metal or two hydrogen atoms. As the metal, in addition to a divalent metal such as Cu, Zn, Pb, Mg, Co or Ni, a trivalent or higher metal having an axial ligand. Examples thereof include TiO, VO, SnCl 2 , AlCl, InCl, and Si.
Y 1 to Y 4 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 24 carbon atoms is a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 to 24 carbon atoms. Of these, a saturated or unsaturated chain hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms or a saturated or unsaturated cyclic hydrocarbon group having 3 to 12 carbon atoms is preferable.
フタロシアニン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、29H,31H−フタロシアニン、銅フタロシアニン錯体、亜鉛フタロシアニン錯体、チタンフタロシアニンオキシド錯体、マグネシウムフタロシアニン錯体、鉛フタロシアニン錯体又は銅4,4’,4’’,4’’’−テトラアザ−29H,31H−フタロシアニン錯体であり、より好ましくは、29H,31H−フタロシアニン又は銅フタロシアニン錯体である。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。 Among the phthalocyanine compounds and metal complexes thereof, 29H, 31H-phthalocyanine, copper phthalocyanine complex, zinc phthalocyanine complex, titanium phthalocyanine oxide complex, magnesium phthalocyanine complex, lead phthalocyanine complex or copper 4,4 ′, 4 ″, 4 '' '-Tetraaza-29H, 31H-phthalocyanine complex, more preferably 29H, 31H-phthalocyanine or copper phthalocyanine complex. In addition, the above kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds may be used.
ポルフィリン化合物及びその金属錯体の中でも、好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンコバルト(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン銅(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン亜鉛(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンニッケル(II)、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィンバナジウム(IV)オキシド、5,10,15,20−テトラ(4−ピリジル)−21H,23H−ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンコバルト(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン銅(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィン亜鉛(II)、29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンニッケル(II)又は29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンバナジウム(IV)オキシドであり、好ましくは、5,10,15,20−テトラフェニル−21H,23H−ポルフィン又は29H,31H−テトラベンゾ[b,g,l,q]ポルフィンである。なお、上記一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。 Among the porphyrin compounds and metal complexes thereof, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine, 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine cobalt (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine copper (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine zinc (II), 5,10,15,20- Tetraphenyl-21H, 23H-porphine nickel (II), 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine vanadium (IV) oxide, 5,10,15,20-tetra (4-pyridyl)- 21H, 23H-porphine, 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine, 2 H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine cobalt (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine copper (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine zinc (II), 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine nickel (II) or 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine vanadium (IV) oxide And preferably 5,10,15,20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine or 29H, 31H-tetrabenzo [b, g, l, q] porphine. In addition, the above kind of compound or a mixture of plural kinds of compounds may be used.
低分子有機半導体化合物の製膜方法としては、蒸着法によって製膜する方法や低分子有機半導体化合物前駆体を塗布後に低分子有機半導体化合物に変換することで製膜する方法がある。塗布製膜できるというプロセス上の利点からは後者が好ましい。
[低分子有機半導体化合物前駆体]
低分子有機半導体化合物前駆体とは、例えば加熱や光照射等の外的刺激を与えることにより、その化学構造が変化し、低分子有機半導体化合物に変換される物質である。本発明に係る低分子有機半導体化合物前駆体は成膜性に優れるものが好ましい。特に、塗布法を適用できるようにするためには、前駆体自体が液状で塗布可能であるか又は前駆体が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。このため、低分子有機半導体化合物前駆体の溶媒に対する溶解性は、通常0.1重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上である。一方、上限に特段の制限はないが、通常50重量%以下、好ましくは40重量%以下である。
As a method for forming a low molecular organic semiconductor compound, there are a method of forming a film by vapor deposition and a method of forming a film by converting a low molecular organic semiconductor compound precursor into a low molecular organic semiconductor compound after coating. The latter is preferred because of the process advantage that coating can be formed.
[Low molecular organic semiconductor compound precursor]
A low molecular organic semiconductor compound precursor is a substance that changes its chemical structure and is converted into a low molecular organic semiconductor compound by applying an external stimulus such as heating or light irradiation. The low molecular weight organic semiconductor compound precursor according to the present invention is preferably excellent in film formability. In particular, in order to be able to apply the coating method, it is preferable that the precursor itself can be applied in a liquid state, or the precursor is highly soluble in some solvent and can be applied as a solution. For this reason, the solubility with respect to the solvent of a low molecular organic-semiconductor compound precursor is usually 0.1 weight% or more, Preferably it is 0.5 weight% or more, More preferably, it is 1 weight% or more. On the other hand, the upper limit is not particularly limited, but is usually 50% by weight or less, preferably 40% by weight or less.
溶媒の種類としては、半導体前駆体化合物を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン又はデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;メタノール、エタノール又はプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル又は乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類;ジメチルホルムアミド又はジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。なかでも好ましくは、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、クロ
ロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。なお、溶媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
The type of the solvent is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the semiconductor precursor compound. For example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane or decane; toluene, xylene , Aromatic hydrocarbons such as cyclohexylbenzene, chlorobenzene or orthodichlorobenzene; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate Esters such as: Chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, and other halogen hydrocarbons; Ethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, and other ethers; Dimethyl Formamide or amides such as dimethylacetamide and the like. Of these, aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene, or orthodichlorobenzene; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, or cyclohexanone; chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, or trichloroethylene Halogen hydrocarbons; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane. More preferably, non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene or cyclohexylbenzene; non-halogen ketones such as cyclopentanone or cyclohexanone; non-halogen aliphatic ethers such as tetrahydrofuran or 1,4-dioxane is there. Particularly preferred are non-halogen aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene or cyclohexylbenzene. In addition, a solvent may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
さらに、本発明に係る低分子有機半導体化合物前駆体は、容易に半導体化合物に変換できることが好ましい。後述する低分子有機半導体化合物前駆体から半導体化合物への変換工程において、どのような外的刺激を半導体前躯体に与えるかは任意であるが、通常は、熱処理、光処理等を行なう。好ましくは、熱処理である。この場合には、低分子有機半導体化合物前駆体の骨格の一部に逆ディールス・アルダー反応によって脱離可能な所定の溶媒に対する親溶媒性の基を有するものが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the low molecular weight organic semiconductor compound precursor according to the present invention can be easily converted into a semiconductor compound. In the step of converting a low-molecular organic semiconductor compound precursor to a semiconductor compound, which will be described later, what kind of external stimulus is given to the semiconductor precursor is arbitrary, but usually heat treatment, light treatment, etc. are performed. Preferably, it is heat treatment. In this case, it is preferable that a part of the skeleton of the low molecular organic semiconductor compound precursor has a solvophilic group with respect to a predetermined solvent that can be eliminated by a reverse Diels-Alder reaction.
また、本発明に係る低分子有機半導体化合物前駆体は、変換工程を経て、高い収率で半導体化合物に変換されることが好ましい。この際、低分子有機半導体化合物前駆体から変換して得られる半導体化合物の収率は有機光電変換素子の性能を損なわない限り任意であるが、低分子有機半導体化合物前躯体から得られる低分子有機半導体化合物の収率は、通常90モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは99モル%以上である。 Moreover, it is preferable that the low molecular organic-semiconductor compound precursor which concerns on this invention is converted into a semiconductor compound with a high yield through a conversion process. At this time, the yield of the semiconductor compound obtained by conversion from the low molecular organic semiconductor compound precursor is arbitrary as long as the performance of the organic photoelectric conversion element is not impaired, but the low molecular organic obtained from the precursor of the low molecular organic semiconductor compound The yield of the semiconductor compound is usually 90 mol% or more, preferably 95 mol% or more, more preferably 99 mol% or more.
本発明に係る低分子有機半導体化合物前駆体は上記特徴を有するものであれば特に制限はないが、具体的には特開2007−324587に記載の化合物などが用いられうる。なかでも好ましい例としては、下記式(5)で表わされる化合物が挙げられる。 The low molecular organic semiconductor compound precursor according to the present invention is not particularly limited as long as it has the above-described characteristics, but specifically, compounds described in JP-A-2007-324587 can be used. Among these, a preferred example is a compound represented by the following formula (5).
式(5)において、X1及びX2の少なくとも一方はπ共役した2価の芳香族環を形成する基を表わし、Z1−Z2は熱又は光により脱離可能な基であって、Z1−Z2が脱離して得られるπ共役化合物が顔料分子となるものを表わす。また、X1及びX2のうちπ共役した2価の芳香族環を形成する基でないものは、置換又は無置換のエテニレン基を表わす。 In Formula (5), at least one of X 1 and X 2 represents a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring, and Z 1 -Z 2 is a group that can be removed by heat or light, The π-conjugated compound obtained by elimination of Z 1 -Z 2 represents a pigment molecule. X 1 and X 2 which are not a group that forms a π-conjugated divalent aromatic ring represent a substituted or unsubstituted ethenylene group.
式(5)で表わされる化合物は、下記化学反応式に示すように熱又は光によりZ1−Z2が脱離して、平面性の高いπ共役化合物を生成する。この生成されたπ共役化合物が本発明に係る半導体化合物である。本発明においては、この半導体化合物が半導体特性を示すことが好ましい。 In the compound represented by the formula (5), Z 1 -Z 2 is eliminated by heat or light as shown in the following chemical reaction formula to form a π-conjugated compound having high planarity. This produced π-conjugated compound is a semiconductor compound according to the present invention. In the present invention, the semiconductor compound preferably exhibits semiconductor characteristics.
式(5)で表わされる化合物の例としては、以下のものが挙げられる。なお、t−Buはt−ブチル基を表わす。Mは、2価の金属原子又は3価以上の金属と他の原子とが結合した原子団を表わす。 Examples of the compound represented by the formula (5) include the following. T-Bu represents a t-butyl group. M represents an atomic group in which a divalent metal atom or a trivalent or higher metal is bonded to another atom.
上記低分子有機半導体化合物前駆体の半導体化合物への変換の具体例としては、例えば以下が挙げられる。 Specific examples of the conversion of the low-molecular organic semiconductor compound precursor into a semiconductor compound include the following.
式(5)で表わされる低分子有機半導体化合物前駆体は、位置異性体が存在する構造であってもよく、またその場合、複数の位置異性体の混合物から成っていてもよい。複数の位置異性体からなる低分子有機半導体化合物前駆体は、単一異性体成分からなる低分子有機半導体化合物前駆体と比較して溶媒に対する溶解度が向上するため、塗布製膜が行いやすく好ましい。複数の位置異性体の混合物とすると溶解度が向上する理由は、詳細なメカニズムは明確ではないが、化合物そのものの結晶性が潜在的に保持されつつも、複数の異性体混合物が溶液内に混在することで、三次元規則的な分子間相互作用が困難になるためと想定される。本発明においては、複数の異性体化合物からなる前駆体混合物の非ハロゲン性溶媒への溶解度は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、より好ましくは5重量%以上である。上限に制限は無いが、通常50重量%以下、より好ましくは40重量%以下である。 The low molecular organic semiconductor compound precursor represented by the formula (5) may have a structure in which positional isomers exist, and in that case, may consist of a mixture of a plurality of positional isomers. A low-molecular organic semiconductor compound precursor composed of a plurality of positional isomers is preferable because it has a higher solubility in a solvent than a low-molecular organic semiconductor compound precursor composed of a single isomer component, so that coating film formation is easy. The reason why the solubility is improved when a mixture of multiple positional isomers is used is that the detailed mechanism is not clear, but the crystallinity of the compound itself is potentially retained, but the mixture of multiple isomers is mixed in the solution. Therefore, it is assumed that the three-dimensional regular intermolecular interaction becomes difficult. In the present invention, the solubility of the precursor mixture composed of a plurality of isomeric compounds in a non-halogen solvent is usually 0.1% by weight or more, preferably 1% by weight or more, more preferably 5% by weight or more. Although there is no restriction | limiting in an upper limit, Usually, it is 50 weight% or less, More preferably, it is 40 weight% or less.
<p−i−n積層構造>
本発明における活性層の層構成としては、図1に示すようなp型半導体化合物層103とn型半導体化合物層105からなる薄膜積層型の中間層としてp型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層(i層)104を有するp−i−n積層構造をとることが好ましい。p−i−n積層構造は光電流を発生しうる活性層を厚く形成できる利点がある。
更に、p−i−n積層構造においてi層104がナノ構造を有すると、混合接合層から発生する電子とホールを輸送するルートができ、光電流を増大しうるため特に好ましい。ナノ構造とは例えば、p型半導体化合物とn型半導体化合物とが1nm〜500nm程度の深さの凹凸を形成して互いに接触している状態を指す。
<P-i-n laminated structure>
As the layer structure of the active layer in the present invention, a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are mixed as an intermediate layer of a thin film laminated type composed of a p-type semiconductor compound layer 103 and an n-type semiconductor compound layer 105 as shown in FIG. It is preferable to adopt a pin stack structure including the layer (i layer) 104 formed. The p-i-n stacked structure has an advantage that an active layer capable of generating a photocurrent can be formed thick.
Further, it is particularly preferable that the i layer 104 has a nanostructure in the p-i-n stacked structure because a route for transporting electrons and holes generated from the mixed junction layer can be formed and the photocurrent can be increased. For example, the nanostructure refers to a state in which a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound are in contact with each other by forming irregularities with a depth of about 1 nm to 500 nm.
i層に用いるn型半導体化合物としては、本発明に係わるフラーレン化合物を用いてもよいし他のn型半導体化合物を用いてもよい。
i層の製造方法について説明する。i層はp型半導体化合物とn型半導体化合物を混合し塗布することで製膜できるが、望ましい形状のナノ構造に制御するために、ナノ構造形成用化合物を用いてもよい。
As the n-type semiconductor compound used for the i layer, the fullerene compound according to the present invention may be used, or another n-type semiconductor compound may be used.
The manufacturing method of i layer is demonstrated. The i layer can be formed by mixing and applying a p-type semiconductor compound and an n-type semiconductor compound, but a nanostructure-forming compound may be used to control the nanostructure in a desired shape.
即ち、まずp型半導体化合物とナノ構造形成用化合物とを用いてナノ構造を形成し、その後ナノ構造形成用化合物とn型半導体化合物とを置換することで製膜してもよい。ナノ構造形成用化合物としては、溶解性その他ナノ構造の制御に適した性質を持つn型半導体化合物を用いることができ、例えば後述するSIMEF2等が挙げられる。
本方法によれば、光電変換素子に適したフラーレン化合物を用いながら、ナノ構造を好
ましく制御することができ、ひいては光電流の増大と開放端電圧の向上とをそれぞれ独立に達成しうる利点がある。
That is, first, a nanostructure may be formed using a p-type semiconductor compound and a nanostructure-forming compound, and then the nanostructure-forming compound and the n-type semiconductor compound may be replaced to form a film. As the compound for forming a nanostructure, an n-type semiconductor compound having solubility and other properties suitable for controlling the nanostructure can be used, and examples thereof include SIMEF2 described later.
According to this method, it is possible to preferably control the nanostructure while using a fullerene compound suitable for a photoelectric conversion element, and thus there is an advantage that an increase in photocurrent and an improvement in open-circuit voltage can be achieved independently. .
<電極101、107>
本発明に係る電極(101及び107)は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有するものである。したがって、一対の電極には、正孔の捕集に適した電極101(以下、アノードと記載する場合もある)と電子の捕集に適した電極107(以下、カソードと記載する場合もある)を用いることが好ましい。1対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは太陽光が40%以上透過する程度のものである。また、透明電極の太陽光線透過率が70%以上であることが、透明電極を透過させて活性層に光を到達させるためには、好ましい。なお、光の透過率は、通常の分光光度計で測定可能できる。
<Electrodes 101, 107>
The electrodes (101 and 107) according to the present invention have a function of collecting holes and electrons generated by light absorption. Therefore, the pair of electrodes includes an electrode 101 suitable for collecting holes (hereinafter also referred to as an anode) and an electrode 107 suitable for collecting electrons (hereinafter also referred to as a cathode). Is preferably used. Any one of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucency means that sunlight passes through 40% or more. In addition, it is preferable that the transparent electrode has a solar ray transmittance of 70% or more in order to allow light to reach the active layer through the transparent electrode. The light transmittance can be measured with a normal spectrophotometer.
正孔の捕集に適した電極101(アノード)とは、一般には仕事関数がカソードよりも高い値を有する導電性材料で、活性層108で発生した正孔をスムーズに取り出す機能を有する電極である。
アノード101の材料を挙げると、例えば、酸化ニッケル、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)、インジウムージルコニウム酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。
The electrode 101 (anode) suitable for collecting holes is generally an electroconductive material having a work function higher than that of the cathode, and is an electrode having a function of smoothly extracting holes generated in the active layer 108. is there.
Examples of the material of the anode 101 include conductive metal oxidation such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide, or zinc oxide. A metal such as gold, platinum, silver, chromium or cobalt, or an alloy thereof.
これらの物質は高い仕事関数を有するため、好ましく、さらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルフォン酸をドーピングしたPEDOT/PSSで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、その導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料でなくとも、AlやMg等のカソードに適した金属も広く用いることが可能である。 Since these substances have a high work function, they are preferable, and further, a conductive polymer material represented by PEDOT / PSS in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid can be laminated. When laminating such a conductive polymer, the work function of the conductive polymer material is high, so that it is suitable for cathodes such as Al and Mg, even if it is not a material with a high work function as described above. Metals can also be widely used.
ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルフォン酸をドーピングしたPEDOT/PSSや、ポリピロール又はポリアニリン等にヨウ素等のドーピングした導電性高分子材料をアノードの材料として使用することもできる。
また、アノード101が透明電極である場合には、ITO、酸化亜鉛又は酸化錫等の透光性がある導電性金属酸化物を用いることが好ましく、特にITOが好ましい。
PEDOT / PSS doped with polystyrene sulfonic acid in a polythiophene derivative, or a conductive polymer material doped with iodine or the like in polypyrrole or polyaniline can also be used as the anode material.
When the anode 101 is a transparent electrode, it is preferable to use a conductive metal oxide having translucency such as ITO, zinc oxide or tin oxide, and ITO is particularly preferable.
アノード101の膜厚は特に制限は無いが、通常10nm以上、好ましくは20nm以上、さらに好ましくは、50nm以上である。一方、通常10μm以下、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは500nm以下である。アノード101の膜厚が10nm以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、アノード101の膜厚が10μm以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。 The film thickness of the anode 101 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, and more preferably 50 nm or more. On the other hand, it is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less. When the film thickness of the anode 101 is 10 nm or more, the sheet resistance is suppressed, and when the film thickness of the anode 101 is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without decreasing the light transmittance. it can. When used for a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance.
アノード101のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常1Ω/□以上、一方、1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。
アノード101の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。
The sheet resistance of the anode 101 is not particularly limited, but is usually 1Ω / □ or more, on the other hand, 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less.
A method for forming the anode 101 includes a vacuum film formation method such as vapor deposition or sputtering, or a method of forming a film by applying an ink containing nanoparticles or a precursor.
電子の捕集に適した電極107(カソード)とは、一般には仕事関数がアノードよりも高い値を有する導電性材料で、活性層108で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極であり、本発明の電子取り出し層106と隣接することを特徴とする。
カソード107の材料を挙げると、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金;フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩;酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料のため、好ましい。カソード107についてもアノード101と同様に、電子取り出し層106にチタニアのようなn型半導体で導電性を有するものを用いることにより、アノード101に適した高い仕事関数を有する材料も用いることができる。電極保護の観点から、アノード101材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、カルシウム又はインジウム等の金属及びこれらの金属を用いた合金である。
The electrode 107 (cathode) suitable for collecting electrons is a conductive material generally having a higher work function than that of the anode, and is an electrode having a function of smoothly extracting electrons generated in the active layer 108. It is characterized by being adjacent to the electron extraction layer 106 of the present invention.
Examples of the material of the cathode 107 include metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, and magnesium, and alloys thereof; Examples include inorganic salts such as lithium and cesium fluoride; metal oxides such as nickel oxide, aluminum oxide, lithium oxide, and cesium oxide. These materials are preferred because they have a low work function. Similarly to the anode 101, a material having a high work function suitable for the anode 101 can also be used for the cathode 107 by using an n-type semiconductor such as titania having conductivity for the electron extraction layer 106. From the viewpoint of electrode protection, the anode 101 material is preferably a metal such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum, calcium, or indium and an alloy using these metals.
カソード107の膜厚は特に制限は無いが、通常10nm以上、好ましくは20nm以上下、より好ましくは50nm以上である。一方、通常10μm以下、好ましくは500nm以下、より好ましくは1μm以下である。透明電極に用いる場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。カソード107の膜厚が10nm以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、カソード107の膜厚が10μm以下であることにより、光透過率が低下せずに効率よく光を電気に変換することができる。 The film thickness of the cathode 107 is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 20 nm or more, and more preferably 50 nm or more. On the other hand, it is usually 10 μm or less, preferably 500 nm or less, more preferably 1 μm or less. When used for a transparent electrode, it is necessary to select a film thickness that achieves both light transmittance and sheet resistance. When the film thickness of the cathode 107 is 10 nm or more, the sheet resistance is suppressed, and when the film thickness of the cathode 107 is 10 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without decreasing the light transmittance. it can.
カソード107のシート抵抗は、特に制限は無いが、通常1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。下限に制限は無いが、通常は1Ω/□以上である。
カソード107の形成方法は、蒸着若しくはスパッタ等の真空成膜方法又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する方法等がある。
The sheet resistance of the cathode 107 is not particularly limited, but is usually 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, and more preferably 100Ω / □ or less. Although there is no restriction on the lower limit, it is usually 1Ω / □ or more.
As a method for forming the cathode 107, there are a vacuum film forming method such as vapor deposition or sputtering, or a method of forming a film by applying an ink containing nanoparticles or a precursor.
さらに、アノード101あるいはカソード107は2層以上積層してもよく、表面処理により特性(電気特性やぬれ特性等)を改良してもよい。
アノード101及びカソード107を積層した後に、当該光電変換素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい(この工程をアニール処理工程と称する場合がある)。該アニール処理工程の温度を50℃以上にすることで、電子取り出し層106と電極107及び/又は電子取り出し層106と活性層108の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。該アニール処理工程の温度が300℃以下にすることで、活性層の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。
Further, the anode 101 or the cathode 107 may be laminated in two or more layers, and characteristics (electric characteristics, wetting characteristics, etc.) may be improved by surface treatment.
After laminating the anode 101 and the cathode 107, the photoelectric conversion element is usually 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable to heat (this process may be referred to as an annealing process). It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 50 ° C. or higher because an effect of improving the adhesion between the electron extraction layer 106 and the electrode 107 and / or the electron extraction layer 106 and the active layer 108 can be obtained. It is preferable that the temperature of the annealing process be 300 ° C. or lower because the possibility that the organic compound in the active layer is thermally decomposed is reduced.
なお、温度操作については上記範囲内で段階的に加熱してもよい。
加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。該アニール処理は太陽電池性能のパラメーターである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、該アニール処理の雰囲気は常圧下、かつ不活性ガス雰囲気で実施することが好ましい。
In addition, about temperature operation, you may heat in steps within the said range.
The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter. The annealing treatment is preferably terminated when the open circuit voltage, the short circuit current, and the fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a certain value. Further, it is preferable that the annealing is performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.
該アニール処理工程により、電子取り出し層と電極及び/又は電子取り出し層と活性層の密着性を向上させることで、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上する効果とともに、有機活性層の自己組織化が促進される効果が得られる。
加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に当該光電変換素子を載せても良いし、オーブン等の加熱雰囲気下に当該光電変換素子を入れても良い。また、バッチ式であっても連続方式であっても構わない。
The annealing treatment step improves the adhesion between the electron extraction layer and the electrode and / or the electron extraction layer and the active layer, thereby improving the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element. The effect of promoting self-organization is obtained.
As a method for heating, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be put in a heating atmosphere such as an oven. Moreover, it may be a batch type or a continuous type.
<基板>
本発明に係る光電変換素子は、通常は支持体となる基板を有する。すなわち、基板上に
電極、活性層、及び好ましくは後述のバッファー層が形成される。基板の材料(基板材料)は本発明効果を著しく損なわない限り任意である。基板材料の好適な例を挙げると、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニルやポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネンやエポキシ樹脂等の有機材料;紙や合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に表面をコート又はラミネートして絶縁性を付与した複合材料等が挙げられる。ガラスとしてはソーダガラス、青板ガラス又は無アルカリガラス等が挙げられる。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ないことから無アルカリガラスが好ましい。
<Board>
The photoelectric conversion element according to the present invention usually has a substrate serving as a support. That is, an electrode, an active layer, and preferably a buffer layer described later are formed on the substrate. The material of the substrate (substrate material) is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Preferred examples of the substrate material include inorganic materials such as quartz, glass, sapphire and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluorine Resin film, polyolefin such as vinyl chloride and polyethylene; organic materials such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene and epoxy resin; paper materials such as paper and synthetic paper; stainless steel, Examples thereof include a composite material obtained by coating or laminating a surface of a metal such as titanium or aluminum to provide insulation. Examples of the glass include soda glass, blue plate glass, and non-alkali glass. About the material of glass, since there are few elution ions from glass, an alkali free glass is preferable.
基板の形状に制限はなく、例えば、板、フィルム又はシート等の形状を用いることができる。基板の厚みは特段の制限はないが、通常5μm以上、好ましくは20μm以上であり、また、通常20mm以下、好ましくは10mm以下である。基板の厚みをこの範囲とすることで、半導体デバイスの強度が充分に保つことができ、かつ基板にかかるコストが抑えられ、重量が重くなることがないので好ましい。また、基板がガラスの場合は、好ましくは0.01mm以上、より好ましくは0.1mm以上がよい。一方、好ましくは1cm以下、より好ましくは0.5cm以下である。ガラス基板の厚みをこの範囲とすることで、機械的強度が充分に保つことができ割れる可能性が低くなり、かつ基板の重量が重くなることがないので好ましい。 There is no restriction | limiting in the shape of a board | substrate, For example, shapes, such as a board, a film, or a sheet | seat, can be used. The thickness of the substrate is not particularly limited, but is usually 5 μm or more, preferably 20 μm or more, and is usually 20 mm or less, preferably 10 mm or less. By setting the thickness of the substrate within this range, it is preferable because the strength of the semiconductor device can be sufficiently maintained, the cost for the substrate is suppressed, and the weight does not increase. Moreover, when a board | substrate is glass, Preferably it is 0.01 mm or more, More preferably, 0.1 mm or more is good. On the other hand, it is preferably 1 cm or less, more preferably 0.5 cm or less. By setting the thickness of the glass substrate within this range, it is preferable because the mechanical strength can be sufficiently maintained, the possibility of cracking is reduced, and the weight of the substrate is not increased.
<バッファ層(102、106)>
本発明の光電変換素子は、1対の電極(101、107)、及びその間に配置された活性層108の他に、さらにバッファ層を1以上有することが好ましい。バッファ層としては、正孔取り出し層及び電子取り出し層に分類することができ、それぞれ、活性層108と電極(101、107)の間に設けることができる。
<Buffer layer (102, 106)>
The photoelectric conversion element of the present invention preferably further includes one or more buffer layers in addition to the pair of electrodes (101, 107) and the active layer 108 disposed therebetween. The buffer layer can be classified into a hole extraction layer and an electron extraction layer, and can be provided between the active layer 108 and the electrodes (101, 107), respectively.
<電子取り出し層106>
電子取り出し層の材料は、電子取り出し層には、p半導体化合物とn半導体化合物を含む活性層108から電極(カソード107)へ電子の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
<Electron extraction layer 106>
The material of the electron extraction layer is not particularly limited as long as it can improve the efficiency of extracting electrons from the active layer 108 containing the p semiconductor compound and the n semiconductor compound to the electrode (cathode 107). . Specifically, an inorganic compound or an organic compound is mentioned.
無機化合物の材料としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型の酸化物半導体が望ましい。
アルカリ金属塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が望ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等の電子取り出し電極(カソード)と組み合わされてカソードの仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。
As the material of the inorganic compound, an alkali metal salt such as Li, Na, K, or Cs; an n-type oxide semiconductor such as titanium oxide (TiOx) or zinc oxide (ZnO) is desirable.
As the alkali metal salt, a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF is desirable. Although the operation mechanism of such a material is unknown, it is conceivable to reduce the work function of the cathode in combination with an electron extraction electrode (cathode) such as Al and increase the voltage applied to the inside of the solar cell element.
有機化合物の材料としては、具体的には、バソキュプロイン(BCP)、バソフェナントレン(Bphen)、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)、ホウ素化合物、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)、ペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)、又はホスフィンオキサイド化合物若しくはホスフィンスルフィド化合物等の第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物が挙げられる。なかでも好ましくは、アリール基で置換されたホスフィンオキサイド化合物又はアリール基で置換されたホスフィンスルフィド化合物等のアリール基で置換された第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物であり、
より好ましくは、トリアリールホスフィンオキサイド化合物、トリアリールホスフィンスルフィド化合物、ジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物、ジアリールホスフィンスルフィドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物又はジアリールホスフィンオキシドユニットを2つ以上有する芳香族炭化水素化合物である。上記アリール基にはフッ素原子又はパーフルオロアルキル基等のフッ素原子が置換されたアルキル基が置換されていてもよい。上記材料に加えてアルカリ金属又はアルカリ土類金属をドープしてもよい。
Specific examples of organic compound materials include bathocuproin (BCP), bathophenanthrene (Bphen), (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3), boron compounds, oxadiazole compounds, benzimidazole compounds, and naphthalenetetracarboxylic acids. Examples include acid anhydrides (NTCDA), perylene tetracarboxylic acid anhydrides (PTCDA), and phosphine compounds having a double bond with a Group 16 element such as a phosphine oxide compound or a phosphine sulfide compound. Among them, a phosphine compound having a double bond with a group 16 element substituted with an aryl group, such as a phosphine oxide compound substituted with an aryl group or a phosphine sulfide compound substituted with an aryl group,
More preferably, a triarylphosphine oxide compound, a triarylphosphine sulfide compound, an aromatic hydrocarbon compound having two or more diarylphosphine oxide units, an aromatic hydrocarbon compound or diarylphosphine oxide unit having two or more diarylphosphine sulfide units Is an aromatic hydrocarbon compound having two or more. The aryl group may be substituted with an alkyl group substituted with a fluorine atom such as a fluorine atom or a perfluoroalkyl group. In addition to the above materials, alkali metal or alkaline earth metal may be doped.
アリール基で置換された第16族元素と二重結合を有するホスフィン化合物とは、下記一般式(6)で表される。 The group 16 element substituted with an aryl group and the phosphine compound having a double bond are represented by the following general formula (6).
式中、R8、R9は各々独立して置換基を有しても良い芳香族基を表わし、nは1以上の整数を表す。R10は芳香族基である。Uは第16族元素である。
式中、R8、R9は各々独立して置換基を有していてもよい芳香族基である。好ましくは、R8及びR9のうち少なくとも一つは置換基を有していてもよい縮合多環芳香族基である。
In the formula, R 8 and R 9 each independently represents an aromatic group which may have a substituent, and n represents an integer of 1 or more. R 10 is an aromatic group. U is a Group 16 element.
In the formula, R 8 and R 9 are each independently an aromatic group which may have a substituent. Preferably, at least one of R 8 and R 9 is a condensed polycyclic aromatic group which may have a substituent.
芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ビフェニレニル基、トリフェニレン基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はトリフェニレニル基等の芳香族炭化水素基;ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロール基、オキサゾール基、チアゾール基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾイル基、イミダゾイル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾイル、フェノキサチエニル基、キサンテニル基、ベンゾフラニル基、チアントレニル基、インドリジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基又はキノキサリニル基等の芳香族複素環基が挙げられる。好ましくは、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、トリフェニレン基、アントリル基、ピレニル基、フルオレニル基、アセナフテニル基、フルオランテニル基、ペリレニル基又はトリフェニレニル基等の芳香族炭化水素基;ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾイル基、キノリル基、イソキノリル基、イミダゾイル基、アクリジニル基、フェナントリジニル基、キノキサリニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、フェニルカルバゾイル、キサンテニル基又はフェノキサジニル基等の芳香族複素環基である。 Aromatic groups include phenyl, naphthyl, phenanthryl, biphenylenyl, triphenylene, anthryl, pyrenyl, fluorenyl, azulenyl, acenaphthenyl, fluoranthenyl, naphthacenyl, perylenyl, pentacenyl or Aromatic hydrocarbon group such as triphenylenyl group; pyridyl group, thienyl group, furyl group, pyrrole group, oxazole group, thiazole group, oxadiazole group, thiadiazole group, pyrazyl group, pyrimidyl group, pyrazoyl group, imidazoyl group, benzothienyl group Group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, phenylcarbazoyl, phenoxathienyl group, xanthenyl group, benzofuranyl group, thianthenyl group, indolizinyl group, phenoxazinyl group, phenothiazinyl group, acridin Group, phenanthridinyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, an aromatic heterocyclic group such as indolyl, or quinoxalinyl group. Preferably, an aromatic hydrocarbon group such as phenyl group, naphthyl group, phenanthryl group, triphenylene group, anthryl group, pyrenyl group, fluorenyl group, acenaphthenyl group, fluoranthenyl group, perylenyl group or triphenylenyl group; pyridyl group, pyrazyl group , Pyramidyl group, pyrazoyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, imidazoyl group, acridinyl group, phenanthridinyl group, quinoxalinyl group, dibenzofuryl group, dibenzothienyl group, phenylcarbazoyl, xanthenyl group or phenoxazinyl group It is a cyclic group.
また、縮合多環芳香族基を形成する環として好ましくは、置換基を有していてもよい環状アルキル基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族複素環基である。
環状アルキル基の具体例としては、シクロペンチル基やシクロヘキシル基が挙げられる。芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基である。芳香族複素環基の具体例としては、ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロール基、オキサゾール基、チアゾール基、オキサジアゾール基、チアジアゾール基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾイル基又はイミダゾイル基等が挙げられる。芳香族複素環基として好ましくは、ピリジル基やチエ
ニル基である。
The ring forming the condensed polycyclic aromatic group preferably has a cyclic alkyl group which may have a substituent, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or a substituent. An aromatic heterocyclic group that may be used.
Specific examples of the cyclic alkyl group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. A specific example of the aromatic hydrocarbon group is a phenyl group. Specific examples of the aromatic heterocyclic group include pyridyl group, thienyl group, furyl group, pyrrole group, oxazole group, thiazole group, oxadiazole group, thiadiazole group, pyrazyl group, pyrimidyl group, pyrazoyl group or imidazolyl group. Can be mentioned. The aromatic heterocyclic group is preferably a pyridyl group or a thienyl group.
環状アルキル基、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が有していてもよい置換基としては、特に限定はないが、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、アセチル基、スルホニル基、シリル基、ボリル基、ニトリル基、アルキル基、フッ化アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基が好ましい。 The substituent that the cyclic alkyl group, aromatic hydrocarbon group and aromatic heterocyclic group may have is not particularly limited, but includes a halogen atom, a hydroxyl group, a cyano group, an amino group, a carboxyl group, a carbonyl group, Acetyl group, sulfonyl group, silyl group, boryl group, nitrile group, alkyl group, fluorinated alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, aromatic hydrocarbon group or aromatic heterocyclic group are preferred.
縮合多環芳香族基は、前記環が縮合した基である。好ましくは、フェナントリル基、アントリル基、ピレニル基、フルオランテニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基又はトリフェニレニル基等の縮合多環式炭化水素基;フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、アクリジニル基又はフェナントリジニル基等の縮合多環式複素環基が挙げられる。 The condensed polycyclic aromatic group is a group in which the ring is condensed. Preferably, a condensed polycyclic hydrocarbon group such as a phenanthryl group, an anthryl group, a pyrenyl group, a fluoranthenyl group, a naphthacenyl group, a perylenyl group, a pentacenyl group, or a triphenylenyl group; a phenoxazinyl group, a phenothiazinyl group, an acridinyl group, or a phenant Examples thereof include condensed polycyclic heterocyclic groups such as lysinyl groups.
Uは第16族元素である。その中でも好ましくは、酸素原子又は硫黄原子である。
本発明のアリール基で置換されたホスフィンオキサイド化合物又はアリール基で置換されたホスフィンスルフィド化合物の好ましい具体例としては、例えば、以下に例示されるものが挙げられる。ただし、本発明の要旨を超えない限り、これらに限定されるものではない。
U is a Group 16 element. Among these, an oxygen atom or a sulfur atom is preferable.
Preferable specific examples of the phosphine oxide compound substituted with an aryl group or the phosphine sulfide compound substituted with an aryl group of the present invention include those exemplified below. However, as long as the gist of the present invention is not exceeded, it is not limited to these.
また、上記アリール基で置換されたホスフィンオキサイド化合物、アリール基で置換されたホスフィンスルフィド化合物以外の例としては、次に示すものが挙げられる。 Examples other than the phosphine oxide compound substituted with the aryl group and the phosphine sulfide compound substituted with the aryl group include the following.
本発明に係る電子取り出し層で使用される有機化合物のガラス転移温度としては、特に限定はないが、50℃以上が好ましく、さらに好ましくは80℃以上である。上限は特に限定はないが、DSC法によるガラス転移温度が300℃以下に観測されない化合物である。
本発明に係るガラス転移温度とは、有機化合物のアモルファス状態の固体が、熱エネルギーにより局所的な分子運動が開始される温度とされており、比熱が変化する点として定義される。さらに温度が上がると、固体構造が変化して結晶化が起こる(この時の温度を結晶化温度(Tc)とする)。さらに温度が上がると、融点(Tm)で融解し液体状態に変化するのが一般的である。但し、高温で分子が分解したり、昇華したりして、それらの相転移が見られないこともある。ガラス転移温度は公知の方法で測定すれば良く、たとえば上述のDSC法が挙げられる。
The glass transition temperature of the organic compound used in the electron extraction layer according to the present invention is not particularly limited, but is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher. The upper limit is not particularly limited, but it is a compound whose glass transition temperature by DSC method is not observed below 300 ° C.
The glass transition temperature according to the present invention is defined as the point at which the specific heat of an organic compound in an amorphous state is changed to a temperature at which local molecular motion is initiated by thermal energy. When the temperature further increases, the solid structure changes and crystallization occurs (the temperature at this time is defined as the crystallization temperature (Tc)). When the temperature rises further, it generally melts at the melting point (Tm) and changes to a liquid state. However, the molecules may be decomposed or sublimated at a high temperature, and their phase transition may not be observed. What is necessary is just to measure a glass transition temperature by a well-known method, for example, the above-mentioned DSC method is mentioned.
電子取り出し層で使用される有機化合物のガラス転移温度が50℃以上であることにより、該化合物は、印加される電場、流れる電流、曲げや温度変化による応力等の外部ストレスに対して構造が変化しにくいため、耐久性の面で好ましい。さらに、該有機化合物の薄膜の結晶化が進みにくい傾向も有すことから、使用温度範囲において該有機化合物がアモルファス状態と結晶状態に変化しにくくなることにより電子取り出し層としての安定性が良くなるため、耐久性の面で好ましい。本発明の電子取り出し層で使用される化合物の中には、DSC法によるガラス転移温度が300℃以下に観測されないものが存在し、それは熱的に高い安定性を有しており好ましいものである。 When the glass transition temperature of the organic compound used in the electron extraction layer is 50 ° C. or higher, the structure of the compound changes with respect to external stress such as applied electric field, flowing current, stress due to bending or temperature change. This is preferable in terms of durability. Furthermore, since there is a tendency that the crystallization of the thin film of the organic compound does not proceed easily, the stability of the organic extraction layer is improved by making the organic compound difficult to change between the amorphous state and the crystalline state in the operating temperature range. Therefore, it is preferable in terms of durability. Among the compounds used in the electron extraction layer of the present invention, there are compounds in which the glass transition temperature by DSC method is not observed below 300 ° C., which is preferable because it has high thermal stability. .
電子取り出し層106の膜厚は特に限定はないが、通常0.01nm以上である。一方、通常40nm以下、好ましくは20nm以下である。電子取り出し層106の膜厚が0.01nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、電子取り出し層106の膜厚が40nm以下であることで、電子が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。 The thickness of the electron extraction layer 106 is not particularly limited, but is usually 0.01 nm or more. On the other hand, it is usually 40 nm or less, preferably 20 nm or less. When the film thickness of the electron extraction layer 106 is 0.01 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the electron extraction layer 106 is 40 nm or less, electrons are easily extracted, and photoelectric conversion is performed. Efficiency is improved.
<正孔取り出し層102>
正孔取り出し層102の材料は、p型半導体化合物とn型半導体化合物を含む活性層108から電極101(アノード)へ正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン又はトリフェニレンジアミン等の導電性有機化合物等が挙げられる。また、Au、In、Ag又はPd等の金属等の薄膜も使用することができる。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
<Hole extraction layer 102>
The material of the hole extraction layer 102 is not particularly limited as long as the hole extraction efficiency from the active layer 108 including the p-type semiconductor compound and the n-type semiconductor compound to the electrode 101 (anode) can be improved. Specific examples include conductive organic compounds such as polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, and triphenylenediamine. A thin film of metal such as Au, In, Ag, or Pd can also be used. Furthermore, a thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.
正孔取り出し層102の膜厚は特に限定はないが、通常2nm以上である。一方、通常40nm以下、好ましくは20nm以下である。正孔取り出し層102の膜厚が2nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、正孔取り出し層102の膜厚が40nm以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上する。
[太陽電池モジュール]
本発明の光電変換素子は、太陽電池素子として薄膜太陽電池として使用されることが好ましい。
The thickness of the hole extraction layer 102 is not particularly limited, but is usually 2 nm or more. On the other hand, it is usually 40 nm or less, preferably 20 nm or less. When the film thickness of the hole extraction layer 102 is 2 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the hole extraction layer 102 is 40 nm or less, holes are easily extracted, Conversion efficiency is improved.
[Solar cell module]
It is preferable that the photoelectric conversion element of this invention is used as a thin film solar cell as a solar cell element.
図2は本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10とをこの順に備え、更に、耐候性保護フィルム1とバックシート10の縁部をシールするシール材11を備えている。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin film solar cell as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the thin film solar cell 14 of this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and a solar cell element. 6, a sealing material 7, a getter material film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 in this order, and further a sealing material 11 that seals the edges of the weatherproof protective film 1 and the back sheet 10. I have. And light is irradiated from the side (downward in the figure) where the weather-resistant protective film 1 is formed, and the solar cell element 6 generates power. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet in which a fluororesin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. Good.
[耐候性保護フィルム1]
耐候性保護フィルム1は天候変化から太陽電池素子6を保護するフィルムである。
太陽電池素子6の構成部品のなかには、温度変化、湿度変化、自然光及び/又は風雨による侵食等により劣化するものがある。そこで、耐候性保護フィルム1で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を天候変化等から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。
[Weather-resistant protective film 1]
The weather-resistant protective film 1 is a film that protects the solar cell element 6 from weather changes.
Some components of the solar cell element 6 are deteriorated by temperature change, humidity change, natural light, and / or erosion caused by wind and rain. Therefore, by covering the solar cell element 6 with the weather-resistant protective film 1, the solar cell element 6 and the like are protected from weather changes and the like, and the power generation capacity is kept high.
耐候性保護フィルム1は、薄膜太陽電池14の最表層に位置するため、耐候性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性及び/又は機械強度等の、薄膜太陽電池14の表面被覆材として好適な性能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持する性質を有することが好ましい。
また、耐候性保護フィルム1は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、特に好ましくは95%である。
Since the weather resistant protective film 1 is located on the outermost layer of the thin film solar cell 14, the surface covering material of the thin film solar cell 14 such as weather resistance, heat resistance, transparency, water repellency, stain resistance and / or mechanical strength is provided. It is preferable to have a property suitable for the above and to maintain it for a long period of time in outdoor exposure.
Moreover, the weather-resistant protective film 1 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95%.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、耐候性保護フィルム1も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、耐候性保護フィルム1の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時に耐候性保護フィルム1が融解・劣化する可能性を低減できる。 Furthermore, since the thin-film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the weather-resistant protective film 1 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the weather-resistant protective film 1 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower. Preferably it is 300 degrees C or less. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the weather resistant protective film 1 is melted and deteriorated when the thin film solar cell 14 is used.
耐候性保護フィルム1を構成する材料は、天候変化から太陽電池素子6を保護することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、AS(アクリロニトリル−スチレン)樹脂、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル系樹脂、各種ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、シリコーン系樹脂又はポリカーボネート樹脂等が挙げられる。 The material which comprises the weather-resistant protective film 1 is arbitrary as long as it can protect the solar cell element 6 from a weather change. Examples of the material include polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, AS (acrylonitrile-styrene) resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) resin, polyvinyl chloride resin, fluorine resin, polyethylene terephthalate, polyethylene Examples thereof include polyester resins such as naphthalate, phenol resins, polyacrylic resins, polyamide resins such as various nylons, polyimide resins, polyamide-imide resins, polyurethane resins, cellulose resins, silicone resins, and polycarbonate resins.
中でも好ましくはフッ素系樹脂が挙げられ、その具体例を挙げるとポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、4−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体(PFA)、4−フッ化エチレン−6−フッ化プロピレン共重合体(FEP)、2−エチレン−4−フッ化エチレン共重合体(ETFE)、ポリ3−フッ化塩化エチレン(PCTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)又はポリフッ化ビニル(PVF)等が挙げられる。 Among them, fluorine resin is preferable, and specific examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE), 4-fluoroethylene-perchloroalkoxy copolymer (PFA), 4-fluoroethylene-6-fluoride. Propylene copolymer (FEP), 2-ethylene-4-fluoroethylene copolymer (ETFE), poly-3-fluoroethylene chloride (PCTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), etc. Can be mentioned.
なお、耐候性保護フィルム1は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、耐候性保護フィルム1は単層フィルムにより形成されていても良いが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
耐候性保護フィルム1の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上、好ましくは15μm以上、より好ましくは20μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。
In addition, the weather-resistant protective film 1 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Moreover, although the weather-resistant protective film 1 may be formed with the single layer film, the laminated | multilayer film provided with the film of 2 or more layers may be sufficient as it.
The thickness of the weather-resistant protective film 1 is not particularly specified, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility.
また耐候性保護フィルム1には、他のフィルムとの接着性の改良のために、コロナ処理及び/又はプラズマ処理等の表面処理を行なってもよい。
耐候性保護フィルム1は、薄膜太陽電池14においてできるだけ外側に設けることが好ましい。薄膜太陽電池14の構成部材のうちより多くのものを保護できるようにするためである。
Moreover, you may perform surface treatments, such as a corona treatment and / or a plasma treatment, for the weather-resistant protective film 1 in order to improve adhesiveness with another film.
The weatherproof protective film 1 is preferably provided on the outer side as much as possible in the thin-film solar cell 14. This is because more of the constituent members of the thin-film solar cell 14 can be protected.
[紫外線カットフィルム2]
紫外線カットフィルム2は紫外線の透過を防止するフィルムである。
薄膜太陽電池14の構成部品のなかには紫外線により劣化するものがある。また、ガスバリアフィルム3、9等は種類によっては紫外線により劣化するものがある。そこで、
紫外線カットフィルム2を薄膜太陽電池14の受光部分に設け、紫外線カットフィルム2で太陽電池素子6の受光面6aを覆うことにより、太陽電池素子6及び必要に応じてガスバリアフィルム3、9等を紫外線から保護し、発電能力を高く維持することができるようになっている。
[UV cut film 2]
The ultraviolet cut film 2 is a film that prevents the transmission of ultraviolet rays.
Some components of the thin film solar cell 14 are deteriorated by ultraviolet rays. Some of the gas barrier films 3, 9 and the like are deteriorated by ultraviolet rays depending on the type. there,
The ultraviolet cut film 2 is provided in the light receiving portion of the thin-film solar cell 14, and the ultraviolet cut film 2 covers the light receiving surface 6a of the solar cell element 6, so that the solar cell element 6 and, if necessary, the gas barrier films 3 and 9 are exposed to ultraviolet rays. The power generation capacity can be maintained at a high level.
紫外線カットフィルム2に要求される紫外線の透過抑制能力の程度は、紫外線(例えば、波長300nm)の透過率が50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましく、特に好ましくは10%以下である。
また、紫外線カットフィルム2は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率
が80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、特に好ましくは95%以上である。
The degree of the ability to suppress the transmission of ultraviolet rays required for the ultraviolet cut film 2 is such that the transmittance of ultraviolet rays (for example, wavelength 300 nm) is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and particularly preferably. 10% or less.
Further, the ultraviolet cut film 2 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、紫外線カットフィルム2も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、紫外線カットフィルム2の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点が低すぎると薄膜太陽電池14の使用時に紫外線カットフィルム2が融解する可能性がある。 Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the ultraviolet cut film 2 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the ultraviolet cut film 2 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. Is 300 ° C. or lower. If the melting point is too low, the ultraviolet cut film 2 may melt when the thin film solar cell 14 is used.
また、紫外線カットフィルム2は、柔軟性が高く、隣接するフィルムとの接着性が良好であり、水蒸気や酸素をカットしうるものが好ましい。
紫外線カットフィルム2を構成する材料は、紫外線の強度を弱めることができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系又はエステル系の樹脂に紫外線吸収剤を配合して成膜したフィルム等が挙げられる。また、紫外線吸収剤を樹脂中に分散あるいは溶解させたものの層(以下、適宜「紫外線吸収層」という)を基材フィルム上に形成したフィルムを用いてもよい。
Moreover, the ultraviolet cut film 2 has a high softness | flexibility, its adhesiveness with an adjacent film is favorable, and what can cut water vapor | steam and oxygen is preferable.
The material which comprises the ultraviolet cut film 2 is arbitrary if the intensity | strength of an ultraviolet-ray can be weakened. Examples of the material include films formed by blending an ultraviolet absorber with an epoxy, acrylic, urethane, or ester resin. Further, a film in which a layer of an ultraviolet absorbent dispersed or dissolved in a resin (hereinafter referred to as “ultraviolet absorbing layer” as appropriate) is formed on a base film may be used.
紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸系、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、シアノアクリレート系のものを用いることができる。中でもベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系が好ましい。この例としては、ベンゾフェノン系やベンゾトリアゾール系の種々の芳香族系有機化合物等が挙げられる。なお、紫外線吸収剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As the ultraviolet absorber, for example, salicylic acid-based, benzophenone-based, benzotriazole-based, and cyanoacrylate-based ones can be used. Of these, benzophenone and benzotriazole are preferable. Examples of this include various aromatic organic compounds such as benzophenone and benzotriazole. In addition, a ultraviolet absorber may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
前記したように、紫外線吸収フィルムとしては紫外線吸収層を基材フィルム上に形成したフィルムを用いることもできる。このようなフィルムは、例えば、紫外線吸収剤を含む塗布液を基材フィルム上に塗布し、乾燥させることで作製できる。
基材フィルムの材質は特に限定されないが、耐熱性、柔軟性のバランスが良好なフィルムが得られる点で、例えばポリエステルが挙げられる。
As described above, a film in which an ultraviolet absorbing layer is formed on a base film can be used as the ultraviolet absorbing film. Such a film can be produced, for example, by applying a coating solution containing an ultraviolet absorber on a substrate film and drying it.
Although the material of a base film is not specifically limited, For example, polyester is mentioned at the point from which the balance of heat resistance and a softness | flexibility is obtained.
塗布は任意の方法で行うことができる。例えば、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。また、これらの方法は1種を単独で行なってもよく、2種以上を任意に組み合わせて行うこともできる。 Application | coating can be performed by arbitrary methods. Examples thereof include reverse roll coating, gravure coating, kiss coating, roll brushing, spray coating, air knife coating, wire barber coating, pipe doctor method, impregnation / coating method and curtain coating method. In addition, these methods may be performed alone or in any combination of two or more.
塗布液に用いる溶剤は、紫外線吸収剤を均一に溶解あるいは分散できるものであれば特に限定されない。例えば液状の樹脂を溶剤として用いることができ、その例を挙げると、ポリエステル系、アクリル系、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリカ−ボネ−ト系又はポリスチレン系等の各種合成樹脂等が挙げられる。また、例えば、ゼラチンやセルロース誘導体等の天然高分子;水、水とエタノール等のアルコール混合溶液等も溶剤として用いることができる。さらに、溶剤として有機溶剤を使用してもよい。有機溶剤を使用すれば、色素や樹脂を溶解又は分散させることが可能となり、塗工性を向上させることが可能となる。なお、溶剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 The solvent used for the coating solution is not particularly limited as long as it can uniformly dissolve or disperse the UV absorber. For example, a liquid resin can be used as a solvent, and examples thereof include various synthetic resins such as polyester, acrylic, polyamide, polyurethane, polyolefin, polycarbonate, or polystyrene. It is done. Further, for example, natural polymers such as gelatin and cellulose derivatives; water, alcohol mixed solutions such as water and ethanol, and the like can also be used as the solvent. Further, an organic solvent may be used as the solvent. If an organic solvent is used, it becomes possible to dissolve or disperse the pigment and the resin, and to improve the coatability. In addition, 1 type may be used for a solvent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
塗布液にはさらに界面活性剤も含有させてもよい。界面活性剤の使用により、紫外線吸収色素の樹脂への分散性が向上する。これにより、紫外線吸収層において、微小な泡によるヌケ、異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程でのハジキ等の発生が抑制される。
界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤又はノニオン系界面活性剤)を用いることができる。中でも、シリコン系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
The coating solution may further contain a surfactant. Use of the surfactant improves the dispersibility of the ultraviolet absorbing dye in the resin. Thereby, in an ultraviolet absorption layer, generation | occurrence | production of the dent by the adhesion | attachment of the leakage of a micro bubble, a foreign material, etc. and / or a repellency in a drying process is suppressed.
As the surfactant, a known surfactant (cationic surfactant, anionic surfactant or nonionic surfactant) can be used. Among these, a silicon-based surfactant or a fluorine-based surfactant is preferable. In addition, 1 type may be used for surfactant and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
なお、塗布液を基材フィルムに塗布した後の乾燥は、例えば熱風乾燥、赤外線ヒーターによる乾燥等の公知の乾燥方法が採用できる。中でも、乾燥速度が速い熱風乾燥が好適である。
紫外線カットフィルム2の具体的な商品の例を挙げると、カットエース(MKVプラスティック株式会社)等が挙げられる。
In addition, the drying after apply | coating a coating liquid to a base film can employ | adopt well-known drying methods, such as hot air drying and drying by an infrared heater, for example. Among these, hot air drying with a high drying speed is preferable.
Examples of specific products of the ultraviolet cut film 2 include cut ace (MKV Plastic Co., Ltd.).
なお、紫外線カットフィルム2は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、紫外線カットフィルム2は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
紫外線カットフィルム2の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで紫外線の吸収が高まる傾向にあり、薄くすることで可視光の透過率を増加させられる傾向にある。
In addition, the ultraviolet cut film 2 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Further, the ultraviolet cut film 2 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.
The thickness of the ultraviolet cut film 2 is not particularly defined, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase the absorption of ultraviolet rays, and decreasing the thickness tends to increase the transmittance of visible light.
紫外線カットフィルム2は、太陽電池素子6の受光面6aの少なくとも一部を覆う位置に設ければよいが、好ましくは太陽電池素子6の受光面6aの全てを覆う位置に設ける。
ただし、太陽電池素子6の受光面6aを覆う位置以外の位置にも紫外線カットフィルム2が設けられていてもよい。
[ガスバリアフィルム3]
ガスバリアフィルム3は水及び酸素の透過を防止するフィルムである。
Although the ultraviolet cut film 2 should just be provided in the position which covers at least one part of the light-receiving surface 6a of the solar cell element 6, Preferably it is provided in the position which covers all the light-receiving surfaces 6a of the solar cell element 6. FIG.
However, the ultraviolet cut film 2 may be provided at a position other than the position covering the light receiving surface 6 a of the solar cell element 6.
[Gas barrier film 3]
The gas barrier film 3 is a film that prevents permeation of water and oxygen.
太陽電池素子6は湿気及び酸素に弱い傾向があり、特に、ZnO:Al等の透明電極や、化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子が水分及び酸素により劣化することがある。そこで、ガスバリアフィルム3で太陽電池素子6を被覆することにより、太陽電池素子6を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。
ガスバリアフィルム3に要求される防湿能力の程度は、太陽電池素子6の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子6が化合物半導体系太陽電池素子である場合には、単位面積(1m2)の1日あたりの水蒸気透過率が、1×10−1g/m2/day以下であることが好ましく、1×10−2g/m2/day以下であることがより好ましく、1×10−3g/m2/day以下であることが更に好ましく、1×10−4g/m2/day以下であることが中でも好ましく、1×10−5g/m2/day以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6g/m2/day以下であることが特に好ましい。
The solar cell element 6 tends to be vulnerable to moisture and oxygen. In particular, transparent electrodes such as ZnO: Al, compound semiconductor solar cell elements, and organic solar cell elements may be deteriorated by moisture and oxygen. Therefore, by covering the solar cell element 6 with the gas barrier film 3, the solar cell element 6 can be protected from water and oxygen, and the power generation capacity can be kept high.
The degree of moisture resistance required for the gas barrier film 3 varies depending on the type of the solar cell element 6 and the like. For example, when the solar cell element 6 is a compound semiconductor solar cell element, the water vapor permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 g / m 2 / day or less. Is preferably 1 × 10 −2 g / m 2 / day or less, more preferably 1 × 10 −3 g / m 2 / day or less, and further preferably 1 × 10 −4 g / m 2. / Day or less is particularly preferable, 1 × 10 −5 g / m 2 / day or less is particularly preferable, and 1 × 10 −6 g / m 2 / day or less is particularly preferable.
また、太陽電池素子6が有機太陽電池素子である場合には、単位面積(1m2)の1日あたりの水蒸気透過率が、1×10−1g/m2/day以下であることが好ましく、1×10−2g/m2/day以下であることがより好ましく、1×10−3g/m2/day以下であることが更に好ましく、1×10−4g/m2/day以下であることが中でも好ましく、1×10−5g/m2/day以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6g/m2/day以下であることが特に好ましい。水蒸気が透過しなければしないほど、太陽電池素子6及び当該素子6のZnO:Al等の透明電極の水分との反応に起因する劣化が抑えられるので、発電効率が上がると共に寿命が延びる。 Moreover, when the solar cell element 6 is an organic solar cell element, it is preferable that the water vapor permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 g / m 2 / day or less. It is more preferably 1 × 10 −2 g / m 2 / day or less, further preferably 1 × 10 −3 g / m 2 / day or less, and further preferably 1 × 10 −4 g / m 2 / day. Among them, the following is particularly preferable, and it is particularly preferably 1 × 10 −5 g / m 2 / day or less, and particularly preferably 1 × 10 −6 g / m 2 / day or less. The more water vapor has to pass through, the lower the degradation caused by the reaction of the solar cell element 6 and the transparent electrode such as ZnO: Al of the element 6 with moisture, thus increasing the power generation efficiency and extending the life.
ガスバリアフィルム3に要求される酸素透過性の程度は、太陽電池素子6の種類等に応じて様々である。例えば、太陽電池素子6が化合物半導体系太陽電池素子である場合には
、単位面積(1m2)の1日あたりの酸素透過率が、1×10−1cc/m2/day/atm以下であることが好ましく、1×10−2cc/m2/day/atm以下であることがより好ましく、1×10−3cc/m2/day/atm以下であることが更に好ましく、1×10−4cc/m2/day/atm以下であることが中でも好ましく、1×10−5cc/m2/day/atm以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6cc/m2/day/atm以下であることが特に好ましい。また、例えば、太陽電池素子6が有機太陽電池素子である場合には、単位面積(1m2)の1日あたりの酸素透過率が、1×10−1cc/m2/day/atm以下であることが好ましく、1×10−2cc/m2/day/atm以下であることがより好ましく、1×10−3cc/m2/day/atm以下であることが更に好ましく、1×10−4cc/m2/day/atm以下であることが中でも好ましく、1×10−5cc/m2/day/atm以下であることがとりわけ好ましく、1×10−6cc/m2/day/atm以下であることが特に好ましい。酸素が透過しなければしないほど、太陽電池素子6及び当該素子6のZnO:Al等の透明電極の酸化による劣化が抑えられる。
The degree of oxygen permeability required for the gas barrier film 3 varies depending on the type of the solar cell element 6 and the like. For example, when the solar cell element 6 is a compound semiconductor solar cell element, the oxygen permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 cc / m 2 / day / atm or less. Preferably, it is 1 × 10 −2 cc / m 2 / day / atm or less, more preferably 1 × 10 −3 cc / m 2 / day / atm or less, and further preferably 1 × 10 2. −4 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −5 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −6 cc / m 2 / day. / Atm or less is particularly preferable. For example, when the solar cell element 6 is an organic solar cell element, the oxygen permeability per unit area (1 m 2 ) per day is 1 × 10 −1 cc / m 2 / day / atm or less. Preferably, it is 1 × 10 −2 cc / m 2 / day / atm or less, more preferably 1 × 10 −3 cc / m 2 / day / atm or less, and further preferably 1 × 10 2. −4 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −5 cc / m 2 / day / atm or less is particularly preferable, and 1 × 10 −6 cc / m 2 / day. / Atm or less is particularly preferable. The deterioration due to oxidation of the solar cell element 6 and the transparent electrode such as ZnO: Al of the element 6 is suppressed as the oxygen does not permeate.
従来はこのように高い防湿及び酸素遮断能力を有するガスバリアフィルム3の実装が困難であったため、化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子のように優れた太陽電池素子を備えた太陽電池を実現することが困難であったが、このようなガスバリアフィルム3を適用することにより化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子等の優れた性質を活かした薄膜太陽電池14の実施が容易となる。 Conventionally, it has been difficult to mount the gas barrier film 3 having such a high moisture-proof and oxygen-blocking capability, so that a solar cell including an excellent solar cell element such as a compound semiconductor solar cell element and an organic solar cell element is realized. Although it was difficult to carry out, implementation of the thin film solar cell 14 which utilized the outstanding properties, such as a compound semiconductor type solar cell element and an organic solar cell element, becomes easy by applying such a gas barrier film 3.
また、ガスバリアフィルム3は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。 Further, the gas barrier film 3 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the light absorption of the solar cell element 6. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more. Preferably it is 90% or more, Especially preferably, it is 95% or more, Especially preferably, it is 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、ガスバリアフィルム3も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ガスバリアフィルム3の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時にガスバリアフィルム3が融解・劣化する可能性を低減できる。 Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the gas barrier film 3 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the gas barrier film 3 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. It is 300 degrees C or less. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the gas barrier film 3 is melted and deteriorated when the thin film solar cell 14 is used.
ガスバリアフィルム3の具体的な構成は、太陽電池素子6を水から保護できる限り任意である。ただし、ガスバリアフィルム3を透過しうる水蒸気や酸素の量を少なくできるフィルムほど製造コストが高くなるため、これらの点を総合的に勘案して適切なものを使用することが好ましい。
以下、ガスバリアフィルム3の構成について、例を挙げて説明する。
The specific configuration of the gas barrier film 3 is arbitrary as long as the solar cell element 6 can be protected from water. However, since the manufacturing cost increases as the amount of water vapor or oxygen that can permeate the gas barrier film 3 increases, it is preferable to use an appropriate film considering these points comprehensively.
Hereinafter, the configuration of the gas barrier film 3 will be described with examples.
ガスバリアフィルム3の構成として好ましいものは以下の2例が挙げられる。
一つ目の例は、プラスチックフィルム基材に無機バリア層を配置したフィルムである。この際、無機バリア層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。
The following two examples are preferable as the configuration of the gas barrier film 3.
The first example is a film in which an inorganic barrier layer is disposed on a plastic film substrate. In this case, the inorganic barrier layer may be formed only on one side of the plastic film substrate, or may be formed on both sides of the plastic film substrate. When forming on both surfaces, the number of inorganic barrier layers formed on both surfaces may be the same or different.
二つ目の例は、プラスチックフィルム基材に、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された2層からなるユニット層が形成されたフィルムである。この際、無機バリア層とポリマー層とが互いに隣接して配置された2層からなるユニット層を1単位とし
て、このユニット層が1単位(無機バリア層1層とポリマー層1層を合わせて1単位の意味)のみを形成しても良いが、2単位以上形成しても良い。例えば2〜5単位、積層してもよい。
The second example is a film in which a unit layer composed of two layers in which an inorganic barrier layer and a polymer layer are arranged adjacent to each other is formed on a plastic film substrate. At this time, a unit layer composed of two layers in which an inorganic barrier layer and a polymer layer are arranged adjacent to each other is regarded as one unit, and this unit layer is composed of one unit (one inorganic barrier layer and one polymer layer are combined into one unit). (Meaning of unit) may be formed, but two or more units may be formed. For example, 2 to 5 units may be laminated.
ユニット層は、プラスチックフィルム基材の片面のみに形成してもよいし、プラスチックフィルム基材の両面に形成してもよい。両面に形成するときは、両面に形成する無機バリア層及びポリマー層の数が、それぞれ一致していていもよく、異なっていてもよい。また、プラスチックフィルム基材上にユニット層を形成する場合、無機バリア層を形成してからその上にポリマー層を形成してもよいし、ポリマー層を形成してから無機バリア層を形成してもよい。 The unit layer may be formed only on one side of the plastic film substrate, or may be formed on both sides of the plastic film substrate. When forming on both surfaces, the numbers of inorganic barrier layers and polymer layers formed on both surfaces may be the same or different. In addition, when forming a unit layer on a plastic film substrate, an inorganic barrier layer may be formed and then a polymer layer may be formed thereon, or after forming a polymer layer and forming an inorganic barrier layer. Also good.
(プラスチックフィルム基材)
ガスバリアフィルム3に使用されるプラスチックフィルム基材は、上記の無機バリア層及びポリマー層を保持しうるフィルムであれば特に制限はなく、ガスバリアフィルム3の使用目的等から適宜選択することができる。
プラスチックフィルム基材の材料の例を挙げると、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂又はアクリロイル化合物が挙げられる。また、スピロビインダン、スピロビクロマンを含む縮合ポリマーを用いるのも好ましい。ポリエステル樹脂の中でも、二軸延伸を施したポリエチレンテレフタレート(PET)又は同じく二軸延伸したポリエチレンナフタレート(PEN)は、熱的寸度安定性に優れるため、プラスチックフィルム基材として好ましく用いられる。
(Plastic film substrate)
The plastic film substrate used for the gas barrier film 3 is not particularly limited as long as it is a film capable of holding the above-described inorganic barrier layer and polymer layer, and can be appropriately selected from the purpose of use of the gas barrier film 3 and the like.
Examples of the material for the plastic film substrate include polyester resin, polyarylate resin, polyethersulfone resin, fluorene ring-modified polycarbonate resin, alicyclic modified polycarbonate resin, and acryloyl compound. It is also preferable to use a condensation polymer containing spirobiindane or spirobichroman. Among the polyester resins, biaxially stretched polyethylene terephthalate (PET) or biaxially stretched polyethylene naphthalate (PEN) is excellent in thermal dimensional stability, and is preferably used as a plastic film substrate.
なおプラスチックフィルム基材の材料は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
プラスチックフィルム基材の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上、好ましくは15μm以上、より好ましくは20μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。
In addition, 1 type may be used for the material of a plastic film base material, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
The thickness of the plastic film substrate is not particularly defined, but is usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility.
プラスチックフィルム基材は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。 The plastic film substrate is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more. Preferably it is 90% or more, Especially preferably, it is 95% or more, Especially preferably, it is 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.
プラスチックフィルム基材には、無機バリア層との密着性向上のため、アンカーコート剤の層(アンカーコート層)を形成してもよい。通常、アンカーコート層はアンカーコート剤を塗布して形成される。アンカーコート剤としては、例えば、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂、イソシアネート含有樹脂及びこれらの共重合体等が挙げられる。中でも、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂及びアクリル樹脂の中から選ばれる少なくとも1種類以上の樹脂と、オキサゾリン基含有樹脂、カルボジイミド基含有樹脂、エポキシ基含有樹脂及びイソシアネート基含有樹脂の中から選ばれる少なくとも1種類以上の樹脂とを組み合わせたものが好ましい。なお、アンカーコート剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 An anchor coat agent layer (anchor coat layer) may be formed on the plastic film substrate in order to improve adhesion to the inorganic barrier layer. Usually, the anchor coat layer is formed by applying an anchor coat agent. Examples of the anchor coating agent include polyester resins, urethane resins, acrylic resins, oxazoline group-containing resins, carbodiimide group-containing resins, epoxy group-containing resins, isocyanate-containing resins, and copolymers thereof. Among them, at least one resin selected from polyester resins, urethane resins and acrylic resins, and at least one resin selected from oxazoline group-containing resins, carbodiimide group-containing resins, epoxy group-containing resins and isocyanate group-containing resins. What combined the above resin is preferable. In addition, an anchor coat agent may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
アンカーコート層の厚さは、通常0.005μm以上、好ましくは0.01μm以上であり、通常5μm以下、好ましくは1μm以下である。この範囲の上限値以下の厚さであ
れば滑り性が良好であり、アンカーコート層自体の内部応力によるプラスチックフィルム基材からの剥離もほとんどない。また、この範囲の下限値以上の厚さであれば、均一な厚さを保つことができ好ましい。
The thickness of the anchor coat layer is usually 0.005 μm or more, preferably 0.01 μm or more, and usually 5 μm or less, preferably 1 μm or less. If the thickness is less than or equal to the upper limit of this range, the slipperiness is good, and there is almost no peeling from the plastic film substrate due to the internal stress of the anchor coat layer itself. Moreover, if it is the thickness more than the lower limit of this range, a uniform thickness can be maintained and it is preferable.
また、プラスチックフィルム基材へのアンカーコート剤の塗布性、接着性を改良するため、アンカーコート剤の塗布前に、プラスチックフィルム基材に通常の化学処理、放電処理等の表面処理を施してもよい。
(無機バリア層)
無機バリア層は通常は金属酸化物、窒化物もしくは酸化窒化物により形成される層である。なお、無機バリア層を形成する金属酸化物、窒化物及び酸化窒化物は、1種でもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
In addition, in order to improve the applicability and adhesion of the anchor coating agent to the plastic film substrate, the plastic film substrate may be subjected to a surface treatment such as normal chemical treatment or discharge treatment before application of the anchor coating agent. Good.
(Inorganic barrier layer)
The inorganic barrier layer is usually a layer formed of a metal oxide, nitride or oxynitride. In addition, the metal oxide, nitride, and oxynitride which form an inorganic barrier layer may be 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
金属酸化物としては、例えば、Si、Al、Mg、In、Ni、Sn、Zn、Ti、Cu、Ce又はTa等の酸化物が挙げられる。中でも、高いバリア性と高透明性とを両立させるために、酸化アルミニウム又は酸化珪素を含むことが好ましく、特に水分の透過性、光線透過性の観点から、酸化珪素を含むことが好ましい。
各々の金属原子と酸素原子との比率も任意であるが、無機バリア層の透明度を向上させ着色を防ぐためには、酸素原子の比率が酸化物の化学量論的な比率から極端に少なくないことが望ましい。一方、無機バリア層の緻密性を向上させバリア性を高くするためには、酸素原子を少なくすることが望ましい。この観点から、例えば金属酸化物としてSiOxを用いる場合には前記xの値は1.5〜1.8が特に好ましい。また、例えば金属酸化物としてAlOxを用いる場合には前記xの値は1.0〜1.4が特に好ましい。
Examples of the metal oxide include oxides such as Si, Al, Mg, In, Ni, Sn, Zn, Ti, Cu, Ce, and Ta. Among these, in order to achieve both high barrier properties and high transparency, it is preferable to include aluminum oxide or silicon oxide, and it is particularly preferable to include silicon oxide from the viewpoint of moisture permeability and light transmittance.
The ratio of each metal atom to oxygen atom is also arbitrary, but in order to improve the transparency of the inorganic barrier layer and prevent coloring, the oxygen atom ratio should be extremely small from the stoichiometric ratio of the oxide. Is desirable. On the other hand, in order to improve the denseness of the inorganic barrier layer and increase the barrier property, it is desirable to reduce oxygen atoms. From this viewpoint, for example, when SiO x is used as the metal oxide, the value of x is particularly preferably 1.5 to 1.8. For example, when AlO x is used as the metal oxide, the value of x is particularly preferably 1.0 to 1.4.
また、2種以上の金属酸化物より無機バリア層を構成する場合、金属酸化物としては酸化アルミニウム及び酸化珪素を含むことが望ましい。中でも無機バリア層が酸化アルミニウム及び酸化珪素からなる場合、無機バリア層中のアルミニウムとケイ素との比率は任意に設定することができるが、Si/Alの比率は、通常1/9以上、好ましくは2/8以上であり、また、通常9/1以下、好ましくは2/8以下である。 When the inorganic barrier layer is composed of two or more kinds of metal oxides, it is desirable that the metal oxide includes aluminum oxide and silicon oxide. Among them, when the inorganic barrier layer is made of aluminum oxide and silicon oxide, the ratio of aluminum and silicon in the inorganic barrier layer can be arbitrarily set, but the ratio of Si / Al is usually 1/9 or more, preferably 2/8 or more, and usually 9/1 or less, preferably 2/8 or less.
無機バリア層の厚みを厚くするとバリア性が高まる傾向にあるが、曲げた際にクラックを生じにくくし割れを防ぐためには、厚みを薄くすることが望ましい。そこで無機バリア層の適正な厚みとしては、通常5nm以上、好ましくは10nm以上であり、また、通常1000nm以下、好ましくは200nm以下である。
無機バリア層の成膜方法に制限は無いが、一般的にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法等で行うことができる。例えばスパッタリング法では1種類のあるいは複数の金属ターゲットと酸素ガスを原料とし、プラズマを用いた反応性スパッタ方式で形成することができる。
When the thickness of the inorganic barrier layer is increased, the barrier property tends to be increased. However, it is desirable to reduce the thickness in order to prevent cracking and prevent cracking when bent. Therefore, the appropriate thickness of the inorganic barrier layer is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and is usually 1000 nm or less, preferably 200 nm or less.
Although there is no restriction | limiting in the film-forming method of an inorganic barrier layer, Generally, it can carry out by sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method, plasma CVD method etc. For example, the sputtering method can be formed by a reactive sputtering method using plasma using one or more metal targets and oxygen gas as raw materials.
(ポリマー層)
ポリマー層にはいずれのポリマーでも使用することができ、例えば真空チャンバー内で成膜できるものも用いることができる。なお、ポリマー層を構成するポリマーは、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
前記ポリマーを与える化合物としては多種多様なものを用いることができるが、例えば以下の(i)〜(vii)のようなものが例示される。なお、モノマーは1種を用いてもよ
く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
(Polymer layer)
Any polymer can be used for the polymer layer, and for example, a film that can be formed in a vacuum chamber can be used. In addition, the polymer which comprises a polymer layer may use 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
A wide variety of compounds can be used as the compound that gives the polymer, and examples include the following (i) to (vii). In addition, 1 type may be used for a monomer and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(i)例えばヘキサメチルジシロキサン等のシロキサンが挙げられる。ヘキサメチルジシロキサンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、RF電極を用いた平行平板型のプラズマ装置にヘキサメチルジシロキサンを蒸気として導入し、プラズマ中で重合反応を起こさせ、プラスチックフィルム基材上に堆積させることでポリマー層をポリシ
ロキサン薄膜として形成できる。
(I) Examples include siloxanes such as hexamethyldisiloxane. An example of a method for forming a polymer layer in the case of using hexamethyldisiloxane is to introduce hexamethyldisiloxane as a vapor into a parallel plate type plasma apparatus using an RF electrode, to cause a polymerization reaction in the plasma, The polymer layer can be formed as a polysiloxane thin film by being deposited on a plastic film substrate.
(ii)例えばジパラキシリレン等のパラキシリレンが挙げられる。ジパラキシリレンを用いる場合のポリマー層の形成方法の例を挙げると、まず高真空中でジパラキシリレンの蒸気を650℃〜700℃で加熱することで熱分解させて熱ラジカルを発生させる。そして、そのラジカルモノマー蒸気をチャンバー内に導いて、プラスチックフィルム基材への吸着させると同時にラジカル重合反応を進行させてポリパラキシリレンを堆積させることでポリマー層を形成できる。 (Ii) Examples include paraxylylene such as diparaxylylene. As an example of a method for forming a polymer layer in the case of using diparaxylylene, first, the vapor of diparaxylylene is heated at 650 ° C. to 700 ° C. in a high vacuum to generate thermal radicals. And the polymer layer can be formed by guiding the radical monomer vapor into the chamber and adsorbing it on the plastic film substrate, and at the same time proceeding radical polymerization reaction to deposit polyparaxylylene.
(iii)例えば二種のモノマーを交互に繰り返し付加重合させることができるモノマー
が挙げられる。これにより得られるポリマーは重付加ポリマーである。重付加ポリマーとしては、例えば、ポリウレタン(ジイソシアナート/グリコール)、ポリ尿素(ジイソシアナート/ジアミン)、ポリチオ尿素(ジチオイソシアナート/ジアミン)、ポリチオエーテルウレタン(ビスエチレンウレタン/ジチオール)、ポリイミン(ビスエポキシ/第一アミン)、ポリペプチドアミド(ビスアゾラクトン/ジアミン)又はポリアミド(ジオレフィン/ジアミド)等が挙げられる。
(Iii) For example, a monomer capable of alternately repeating addition polymerization of two kinds of monomers can be mentioned. The polymer thus obtained is a polyaddition polymer. Examples of the polyaddition polymer include polyurethane (diisocyanate / glycol), polyurea (diisocyanate / diamine), polythiourea (dithioisocyanate / diamine), polythioether urethane (bisethyleneurethane / dithiol), polyimine ( Bisepoxy / primary amine), polypeptide amide (bisazolactone / diamine) or polyamide (diolefin / diamide).
(iv)例えばアクリレートモノマーが挙げられる。アクリレートモノマーには単官能、2官能又は多官能のアクリレートモノマーがあるが、いずれを用いてもよい。ただし、適切な蒸発速度、硬化度及び/又は硬化速度等を得るために、前記のアクリレートモノマーを2種以上組み合わせて併用することが好ましい。
また、単官能アクリレートモノマーとしては、例えば脂肪族アクリレートモノマー、脂環式アクリレートモノマー、エーテル系アクリレートモノマー、環状エーテル系アクリレートモノマー、芳香族系アクリレートモノマー、水酸基含有アクリレートモノマー又はカルボキシ基含有アクリレートモノマー等があるが、いずれも用いることができる。
(Iv) For example, an acrylate monomer can be mentioned. The acrylate monomer includes monofunctional, bifunctional or polyfunctional acrylate monomers, and any of them may be used. However, in order to obtain an appropriate evaporation rate, degree of cure and / or cure rate, it is preferable to use a combination of two or more of the above acrylate monomers.
Examples of monofunctional acrylate monomers include aliphatic acrylate monomers, alicyclic acrylate monomers, ether acrylate monomers, cyclic ether acrylate monomers, aromatic acrylate monomers, hydroxyl group-containing acrylate monomers, or carboxy group-containing acrylate monomers. There are, but any can be used.
(v)例えばエポキシ系やオキセタン系等の、光カチオン硬化ポリマーが得られるモノマーが挙げられる。エポキシ系モノマーとしては、例えば、脂環式エポキシ系モノマー、2官能性モノマー又は多官能性オリゴマー等が挙げられる。また、オキセタン系モノマーとしては、例えば、単官能オキセタン、2官能オキセタン又はシルセスキオキサン構造を有するオキセタン等が挙げられる。 (V) Monomers capable of obtaining a photocationically cured polymer, such as epoxy and oxetane, are exemplified. As an epoxy-type monomer, an alicyclic epoxy-type monomer, a bifunctional monomer, or a polyfunctional oligomer etc. are mentioned, for example. Examples of the oxetane-based monomer include monofunctional oxetane, bifunctional oxetane, and oxetane having a silsesquioxane structure.
(vi)例えば酢酸ビニルが挙げられる。モノマーとして酢酸ビニルを用いると、その重合体をケン化することでポリビニルアルコールが得られ、このポリビニルアルコールをポリマーとして使用できる。
(vii)例えば、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、
イタコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、無水マレイン酸又は無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸等が挙げられる。これらは、エチレンとの共重合体を構成させ、この共重合体をポリマーとして使用できる。さらに、これらの混合物、あるいはグリシジルエーテル化合物を混合した混合物、さらにはエポキシ化合物との混合物もポリマーとして用いることができる。
(Vi) An example is vinyl acetate. When vinyl acetate is used as a monomer, polyvinyl alcohol is obtained by saponifying the polymer, and this polyvinyl alcohol can be used as a polymer.
(Vii) For example, acrylic acid, methacrylic acid, ethacrylic acid, fumaric acid, maleic acid,
Examples thereof include unsaturated carboxylic acids such as itaconic acid, monomethyl maleate, monoethyl maleate, maleic anhydride or itaconic anhydride. These constitute a copolymer with ethylene, and the copolymer can be used as a polymer. Furthermore, a mixture thereof, a mixture obtained by mixing glycidyl ether compounds, and a mixture with an epoxy compound can also be used as the polymer.
前記のモノマーを重合してポリマーを生成させる際、モノマーの重合方法に制限は無い。ただし、通常は、モノマーを含む組成物を塗布又は蒸着して成膜した後で重合を行うようにする。重合方法の例を挙げると、熱重合開始剤を用いたときはヒーター等による接触加熱又は赤外線若しくはマイクロ波等の放射加熱等により重合を開始させる。また、光重合開始剤を用いたときは活性エネルギー線を照射して重合を開始させる。活性エネルギー線を照射する場合には様々な光源を使用することができ、例えば、水銀アークランプ、キセノンアークランプ、蛍光ランプ、炭素アークランプ、タングステンーハロゲン輻射ランプ又は日光による照射光等を用いることができる。また、電子線照射や大気圧プラズマ処
理を行うこともできる。
There is no restriction | limiting in the polymerization method of a monomer when superposing | polymerizing the said monomer and producing | generating a polymer. However, the polymerization is usually carried out after a composition containing a monomer is applied or vapor deposited to form a film. As an example of the polymerization method, when a thermal polymerization initiator is used, the polymerization is started by contact heating with a heater or the like, or radiation heating such as infrared rays or microwaves. Moreover, when a photoinitiator is used, an active energy ray is irradiated and polymerization is started. Various light sources can be used when irradiating active energy rays, such as mercury arc lamps, xenon arc lamps, fluorescent lamps, carbon arc lamps, tungsten-halogen radiation lamps, or irradiation light from sunlight. Can do. Further, electron beam irradiation or atmospheric pressure plasma treatment can also be performed.
ポリマー層の形成方法は、例えば、塗布法、真空成膜法等が挙げられる。
塗布法でポリマー層を形成する場合、例えば、ロールコート、グラビアコート、ナイフコート、ディップコート、カーテンフローコート、スプレーコート、バーコート等の方法を用いることができる。また、ポリマー層形成用の塗布液をミスト状で塗布するようにしてもよい。この場合の液滴の平均粒径は適切な範囲に調整すればよく、例えば重合性モノマーを含有する塗布液をミスト状でプラスチックフィルム基材上に成膜して形成する場合には、液滴の平均粒径は通常5μm以下、好ましくは1μm以下である。
Examples of the method for forming the polymer layer include a coating method and a vacuum film forming method.
When the polymer layer is formed by a coating method, for example, methods such as roll coating, gravure coating, knife coating, dip coating, curtain flow coating, spray coating, and bar coating can be used. Moreover, you may make it apply | coat the coating liquid for polymer layer formation in mist form. In this case, the average particle diameter of the droplets may be adjusted to an appropriate range. For example, in the case of forming a coating liquid containing a polymerizable monomer in the form of a mist on a plastic film substrate, the droplets The average particle size of is usually 5 μm or less, preferably 1 μm or less.
他方、真空成膜法でポリマー層を形成する場合、例えば、蒸着やプラズマCVD等の成膜方法が挙げられる。
ポリマー層の厚みについては特に限定はないが、通常10nm以上であり、また、通常5000nm以下、好ましくは2000nm以下、より好ましくは1000nm以下である。ポリマー層の厚みを厚くすることで、厚みの均一性が得やすくなり無機バリア層の構造欠陥を効率よくポリマー層で埋めることができ、バリア性が向上する傾向にある。また、ポリマー層の厚みを薄くする事で、曲げ等の外力によりポリマー層自身がクラックを発生しにくくなるためバリア性が向上しうる。
On the other hand, when forming a polymer layer by a vacuum film-forming method, film-forming methods, such as vapor deposition and plasma CVD, are mentioned, for example.
The thickness of the polymer layer is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, and is usually 5000 nm or less, preferably 2000 nm or less, more preferably 1000 nm or less. By increasing the thickness of the polymer layer, the uniformity of the thickness can be easily obtained, and structural defects of the inorganic barrier layer can be efficiently filled with the polymer layer, and the barrier property tends to be improved. In addition, by reducing the thickness of the polymer layer, the barrier property can be improved because the polymer layer itself is less likely to crack due to an external force such as bending.
中でも好適なガスバリアフィルム3としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)或いはポリエチレンナフタレート(PEN)等の基材フィルムにSiOxを真空蒸着したフィルム等が挙げられる。
なお、ガスバリアフィルム3は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ガスバリアフィルム3は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
Particularly suitable gas barrier film 3 includes, for example, a film obtained by vacuum-depositing SiO x on a base film such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate (PEN).
In addition, the gas barrier film 3 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. The gas barrier film 3 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.
ガスバリアフィルム3の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることでガスバリア性が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。 The thickness of the gas barrier film 3 is not particularly defined, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more, and is usually 200 μm or less, preferably 180 μm or less, more preferably 150 μm or less. Increasing the thickness tends to increase gas barrier properties, and decreasing the thickness tends to increase flexibility and improve visible light transmittance.
ガスバリアフィルム3は、太陽電池素子6を被覆して湿気及び酸素から保護できればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子6の正面(受光面側の面。図2では下側の面)及び背面(受光面とは反対側の面。図2では上側の面)を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池14においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いためである。本実施形態ではガスバリアフィルム3が太陽電池素子6の正面を覆い、後述するガスバリアフィルム9が太陽電池素子6の背面を覆うようになっている。そして、ガスバリアフィルム3、9の縁部をシール材11でシールし、ガスバリアフィルム3、9及びシール材11で囲まれた空間内に太陽電池素子6を納めることにより、太陽電池素子6を湿気及び酸素から保護できるようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。 As long as the gas barrier film 3 covers the solar cell element 6 and can be protected from moisture and oxygen, the formation position is not limited. However, the front surface of the solar cell element 6 (surface on the light receiving surface side, lower surface in FIG. 2) and It is preferable to cover the back surface (the surface opposite to the light receiving surface; the upper surface in FIG. 2). This is because the front and back surfaces of the thin film solar cell 14 are often formed in a larger area than the other surfaces. In this embodiment, the gas barrier film 3 covers the front surface of the solar cell element 6, and a gas barrier film 9 described later covers the back surface of the solar cell element 6. Then, the edges of the gas barrier films 3 and 9 are sealed with the sealing material 11, and the solar cell element 6 is placed in the space surrounded by the gas barrier films 3 and 9 and the sealing material 11. It can be protected from oxygen. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet in which a fluororesin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. Good.
[ゲッター材フィルム4]
ゲッター材フィルム4は水分及び/又は酸素を吸収するフィルムである。太陽電池素子6の構成部品のなかには前記のように水分で劣化するものがあり、また、酸素によって劣化するものもある。そこで、ゲッター材フィルム4で太陽電池素子6を覆うことにより、太陽電池素子6等を水分及び/又は酸素から保護し、発電能力を高く維持するようにして
いる。
[Getter material film 4]
The getter material film 4 is a film that absorbs moisture and / or oxygen. Some components of the solar cell element 6 are deteriorated by moisture as described above, and some are deteriorated by oxygen. Therefore, by covering the solar cell element 6 with the getter material film 4, the solar cell element 6 and the like are protected from moisture and / or oxygen, and the power generation capacity is kept high.
ここで、ゲッター材フィルム4は前記のようなガスバリアフィルム3とは異なり、水分の透過を妨げるものではなく、水分を吸収するものである。水分を吸収するフィルムを用いることにより、ガスバリアフィルム3等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3、9及びシール材11で形成される空間に僅かに浸入する水分をゲッター材フィルム4が捕捉して水分による太陽電池素子6への影響を排除できる。 Here, unlike the gas barrier film 3 as described above, the getter material film 4 does not prevent moisture permeation but absorbs moisture. By using a film that absorbs moisture, when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier film 3 or the like, the getter material film 4 absorbs moisture that slightly enters the space formed by the gas barrier films 3 and 9 and the sealing material 11. Can be captured and the influence of moisture on the solar cell element 6 can be eliminated.
ゲッター材フィルム4の水分吸収能力の程度は、通常0.1mg/cm2以上、好ましくは0.5mg/cm2以上、より好ましくは1mg/cm2以上である。この数値が高いほど水分吸収能力が高く太陽電池素子6の劣化を抑制しうる。また、上限に制限は無いが、通常10mg/cm2以下である。
また、ゲッター材フィルム4が酸素を吸収することにより、ガスバリアフィルム3、9等で太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3、9及びシール材11で形成される空間に僅かに浸入する酸素をゲッター材フィルム4が捕捉して酸素による太陽電池素子6への影響を排除できる。
The degree of water absorption capacity of the getter material film 4 is usually 0.1 mg / cm 2 or more, preferably 0.5 mg / cm 2 or more, more preferably 1 mg / cm 2 or more. The higher this value, the higher the water absorption capacity, and the deterioration of the solar cell element 6 can be suppressed. Moreover, although there is no restriction | limiting in an upper limit, it is usually 10 mg / cm < 2 > or less.
Further, when the solar cell element 6 is covered with the gas barrier films 3, 9, etc., because the getter material film 4 absorbs oxygen, it slightly enters the space formed by the gas barrier films 3, 9 and the sealing material 11. Oxygen is captured by the getter material film 4 and the influence of the oxygen on the solar cell element 6 can be eliminated.
さらに、ゲッター材フィルム4は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。 Furthermore, the getter material film 4 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more. Preferably it is 90% or more, Especially preferably, it is 95% or more, Especially preferably, it is 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せされることが多いため、ゲッター材フィルム4も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、ゲッター材フィルム4の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時にゲッター材フィルム4が融解・劣化する可能性を低減できる。 Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, the getter material film 4 preferably has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the getter material film 4 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 350 ° C. or lower, preferably 320 ° C. or lower, more preferably. Is 300 ° C. or lower. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the getter material film 4 melts and deteriorates when the thin-film solar cell 14 is used.
ゲッター材フィルム4を構成する材料は、水分及び/又は酸素を吸収することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、水分を吸収する物質としてアルカリ金属、アルカリ土類金属又はアルカリ土類金属の酸化物;アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物;シリカゲル、ゼオライト系化合物、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム又は硫酸ニッケル等の硫酸塩;アルミニウム金属錯体又はアルミニウムオキサイドオクチレート等の有機金属化合物等が挙げられる。具体的には、アルカリ土類金属としては、Ca、Sr又はBa等が挙げられる。アルカリ土類金属の酸化物としては、CaO、SrO又はBaO等が挙げられる。その他にZr−Al−BaOやアルミニウム金属錯体等も挙げられる。具体的な商品名を挙げると、例えば、OleDry(双葉電子社製)等が挙げられる。 The material constituting the getter material film 4 is arbitrary as long as it can absorb moisture and / or oxygen. Examples of the material include alkali metal, alkaline earth metal or alkaline earth metal oxides; alkali metal or alkaline earth metal hydroxides; silica gel, zeolitic compounds, magnesium sulfate. And sulfates such as sodium sulfate and nickel sulfate; and organometallic compounds such as aluminum metal complexes and aluminum oxide octylates. Specifically, examples of the alkaline earth metal include Ca, Sr, and Ba. Examples of the alkaline earth metal oxide include CaO, SrO, and BaO. In addition, Zr-Al-BaO and aluminum metal complexes are also included. Specific product names include, for example, OleDry (Futaba Electronics).
酸素を吸収する物質としては、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、モレキュラーシーブ、酸化マグネシウム又は酸化鉄等が挙げられる。またFe、Mn、Zn、及びこれら金属の硫酸塩・塩化物塩・硝酸塩等の無機塩も挙げられる。
なお、ゲッター材フィルム4は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、ゲッター材フィルム4は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
Examples of the substance that absorbs oxygen include activated carbon, silica gel, activated alumina, molecular sieve, magnesium oxide, and iron oxide. In addition, Fe, Mn, Zn, and inorganic salts such as sulfates, chlorides, and nitrates of these metals are also included.
In addition, the getter material film 4 may be formed of one type of material or may be formed of two or more types of materials. The getter material film 4 may be formed of a single layer film, but may be a laminated film including two or more layers.
ゲッター材フィルム4の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上、好ましくは10
μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは180μm以下、より好ましくは150μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。
ゲッター材フィルム4は、ガスバリアフィルム3、9及びシール材11で形成される空間内であればその形成位置に制限は無いが、太陽電池素子6の正面(受光面側の面。図2では下側の面)及び背面(受光面とは反対側の面。図2では上側の面)を覆うことが好ましい。薄膜太陽電池14においてはその正面及び背面が他の面よりも大面積に形成されることが多いため、これらの面を介して水分及び酸素が浸入する傾向があるからである。この観点から、ゲッター材フィルム4はガスバリアフィルム3と太陽電池素子6との間に設けることが好ましい。本実施形態ではゲッター材フィルム4が太陽電池素子6の正面を覆い、後述するゲッター材フィルム8が太陽電池素子6の背面を覆い、ゲッター材フィルム4、8がそれぞれ太陽電池素子6とガスバリアフィルム3、9との間に位置するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。
The thickness of the getter material film 4 is not particularly limited, but is usually 5 μm or more, preferably 10
It is not less than μm, more preferably not less than 15 μm, and is usually not more than 200 μm, preferably not more than 180 μm, more preferably not more than 150 μm. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility.
If the getter material film 4 is in the space formed by the gas barrier films 3 and 9 and the sealing material 11, the formation position is not limited, but the front surface of the solar cell element 6 (surface on the light receiving surface side; lower in FIG. 2). Side surface) and the back surface (surface opposite to the light receiving surface; upper surface in FIG. 2) are preferably covered. This is because, in the thin film solar cell 14, the front and back surfaces are often formed in a larger area than the other surfaces, and therefore moisture and oxygen tend to enter through these surfaces. From this viewpoint, the getter material film 4 is preferably provided between the gas barrier film 3 and the solar cell element 6. In this embodiment, the getter material film 4 covers the front surface of the solar cell element 6, a getter material film 8 described later covers the back surface of the solar cell element 6, and the getter material films 4 and 8 are respectively the solar cell element 6 and the gas barrier film 3. , 9 are located between them. In addition, when using a highly waterproof sheet such as a sheet obtained by bonding a fluororesin film on both surfaces of an aluminum foil as the back sheet 10 described later, the getter material film 8 and / or the gas barrier film 9 may not be used depending on the application. .
ゲッター材フィルム4は吸水剤又は乾燥剤の種類に応じて任意の方法で形成することができるが、例えば、吸水剤又は乾燥剤を分散したフィルムを粘着剤で添付する方法、吸水剤又は乾燥剤の溶液をスピンコート法、インクジェット法又はディスペンサー法等で塗布する方法等を用いることができる。また真空蒸着法やスパッタリング法等の成膜法を使用してもよい。 The getter material film 4 can be formed by any method depending on the type of the water-absorbing agent or desiccant. For example, a method of attaching a film in which the water-absorbing agent or desiccant is dispersed with an adhesive, water-absorbing agent or desiccant The method of apply | coating this solution with a spin coat method, the inkjet method, or a dispenser method etc. can be used. Further, a film forming method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method may be used.
吸水剤又は乾燥剤のためのフィルムとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂又はポリカーボネート系樹脂等を用いることができる。中でも、ポリエチレン系樹脂、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂又はポリカーボネート系樹脂のフィルムが好ましい。なお、前記樹脂は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 As a film for a water absorbing agent or a desiccant, for example, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polyvinyl chloride resin, fluorine resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, or the like can be used. Among these, a film of polyethylene resin, fluorine resin, cyclic polyolefin resin or polycarbonate resin is preferable. In addition, the said resin may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
[封止材5]
封止材5は、太陽電池素子6を補強するフィルムである。太陽電池素子6は薄いため通常は強度が弱く、ひいては薄膜太陽電池の強度が弱くなる傾向があるが、封止材5により強度を高く維持することが可能である。
また、封止材5は、薄膜太陽電池14の強度保持の観点から強度が高いことが好ましい。
[Sealing material 5]
The sealing material 5 is a film that reinforces the solar cell element 6. Since the solar cell element 6 is thin, the strength is usually weak, and thus the strength of the thin film solar cell tends to be weak. However, the strength can be maintained high by the sealing material 5.
Moreover, it is preferable that the sealing material 5 has high strength from the viewpoint of maintaining the strength of the thin-film solar cell 14.
具体的強度については、封止材5以外の耐候性保護フィルム1やバックシート10の強度とも関係することになり一概には規定しにくいが、薄膜太陽電池14全体が良好な曲げ加工性を有し、折り曲げ部分の剥離を生じないような強度を有するのが望ましい。
また、封止材5は、太陽電池素子6の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光(波長360〜830nm)の光の透過率は、通常60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、更に好ましくは80%以上、中でも好ましくは85%以上、とりわけ好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、その中でも特に好ましくは97%以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。
The specific strength is related to the strength of the weatherproof protective film 1 other than the sealing material 5 and the strength of the back sheet 10 and is generally difficult to define, but the thin film solar cell 14 as a whole has good bending workability. However, it is desirable to have a strength that does not cause peeling of the bent portion.
In addition, the sealing material 5 is preferably one that transmits visible light from the viewpoint of not preventing the solar cell element 6 from absorbing light. For example, the transmittance of visible light (wavelength 360 to 830 nm) is usually 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 75% or more, still more preferably 80% or more, and particularly preferably 85% or more. Preferably it is 90% or more, Especially preferably, it is 95% or more, Especially preferably, it is 97% or more. This is to convert more sunlight into electrical energy.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せられることが多いため、封止材5も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、封止材5の構成材料の融点は、通常1
00℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常350℃以下、好ましくは320℃以下、より好ましくは300℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時に封止材5が融解・劣化する可能性を低減できる。
Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the sealing material 5 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the sealing material 5 is usually 1
It is 00 ° C or higher, preferably 120 ° C or higher, more preferably 130 ° C or higher, and is usually 350 ° C or lower, preferably 320 ° C or lower, more preferably 300 ° C or lower. By increasing the melting point, it is possible to reduce the possibility that the sealing material 5 melts and deteriorates when the thin film solar cell 14 is used.
封止材5の厚みは特に規定されないが、通常100μm以上、好ましくは150μm以上、より好ましくは200μm以上であり、また、通常700μm以下、好ましくは600μm以下、より好ましくは500μm以下である。厚みを厚くすることで薄膜太陽電池14全体の強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。 The thickness of the sealing material 5 is not particularly defined, but is usually 100 μm or more, preferably 150 μm or more, more preferably 200 μm or more, and usually 700 μm or less, preferably 600 μm or less, more preferably 500 μm or less. Increasing the thickness tends to increase the strength of the thin-film solar cell 14 as a whole, and decreasing the thickness tends to increase flexibility and improve visible light transmittance.
封止材5を構成する材料としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)樹脂組成物をフィルムにしたもの(EVAフィルム)等を用いることができる。EVAフィルムには通常は耐候性の向上のために架橋剤を配合して架橋構造を構成させる。この架橋剤としては、一般に、100℃以上でラジカルを発生する有機過酸化物が用いられる。このような有機過酸化物としては、例えば、2,5−ジメチルヘキサン、2,5−ジハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン又は3−ジ−t−ブチルパーオキサイド等を用いることができる。これらの有機過酸化物の配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下であり、通常1重量部以上である。なお、架橋剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 As a material which comprises the sealing material 5, what used the ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) resin composition for the film (EVA film) etc. can be used, for example. In order to improve weather resistance, the EVA film is usually blended with a crosslinking agent to form a crosslinked structure. As the crosslinking agent, an organic peroxide that generates radicals at 100 ° C. or higher is generally used. Examples of such organic peroxides include 2,5-dimethylhexane, 2,5-dihydroperoxide, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane, and 3- Di-t-butyl peroxide or the like can be used. The compounding amount of these organic peroxides is usually 5 parts by weight or less, preferably 3 parts by weight or less, and usually 1 part by weight or more with respect to 100 parts by weight of the EVA resin. In addition, 1 type may be used for a crosslinking agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
このEVA樹脂組成物には、接着力向上の目的で、シランカップリング剤を含有させてもよい。この目的に供されるシランカップリング剤としては、例えば、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス−(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン又はβ−(3,4−エトキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等を挙げることができる。これらのシランカップリング剤の配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下、好ましくは2重量部以下であり、通常0.1重量部以上である。なお、シランカップリング剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 This EVA resin composition may contain a silane coupling agent for the purpose of improving the adhesive strength. Examples of the silane coupling agent used for this purpose include γ-chloropropyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane, vinyl-tris- (β-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltri Examples thereof include methoxysilane and β- (3,4-ethoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane. The compounding amount of these silane coupling agents is usually 5 parts by weight or less, preferably 2 parts by weight or less, and usually 0.1 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the EVA resin. In addition, 1 type may be used for a silane coupling agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
更に、EVA樹脂のゲル分率を向上させ、耐久性を向上するために、EVA樹脂組成物に架橋助剤を含有させてもよい。この目的に供される架橋助剤としては、例えば、トリアリルイソシアヌレート又はトリアリルイソシアネート等の3官能の架橋助剤等の単官能の架橋助剤等が挙げられる。これらの架橋助剤の配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常10重量部以下、好ましくは5重量部以下であり、また、通常1重量部以上である。なお、架橋助剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 Furthermore, in order to improve the gel fraction of the EVA resin and improve the durability, a crosslinking aid may be included in the EVA resin composition. Examples of the crosslinking aid provided for this purpose include monofunctional crosslinking aids such as trifunctional crosslinking aids such as triallyl isocyanurate or triallyl isocyanate. The amount of these crosslinking aids is usually 10 parts by weight or less, preferably 5 parts by weight or less, and usually 1 part by weight or more with respect to 100 parts by weight of the EVA resin. In addition, 1 type may be used for a crosslinking adjuvant, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
更に、EVA樹脂の安定性を向上する目的で、EVA樹脂組成物に、例えばハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、p−ベンゾキノン又はメチルハイドロキノンなどを含有させてもよい。これらの配合量は、EVA樹脂100重量部に対して、通常5重量部以下である。
しかし、EVA樹脂の架橋処理には1〜2時間程度の比較的長時間を要するため、薄膜太陽電池14の生産速度及び生産効率を低下させる原因となる場合がある。また、長期間使用の際には、EVA樹脂組成物の分解ガス(酢酸ガス)又はEVA樹脂自体が有する酢酸ビニル基が、太陽電池素子6に悪影響を与えて発電効率が低下させる場合がある。
そこで、封止材5としては、EVAフィルムの他に、プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体のフィルムを用いることもできる。この共重合体としては
、例えば、下記成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物が挙げられる。
Furthermore, for the purpose of improving the stability of the EVA resin, the EVA resin composition may contain, for example, hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, p-benzoquinone, or methylhydroquinone. These compounding quantities are normally 5 weight part or less with respect to 100 weight part of EVA resin.
However, since the EVA resin cross-linking process requires a relatively long time of about 1 to 2 hours, it may cause a reduction in the production rate and production efficiency of the thin-film solar cell 14. In addition, when used for a long time, the decomposition gas (acetic acid gas) of the EVA resin composition or the vinyl acetate group of the EVA resin itself may adversely affect the solar cell element 6 and reduce the power generation efficiency.
Therefore, as the sealing material 5, in addition to the EVA film, a copolymer film made of a propylene / ethylene / α-olefin copolymer can also be used. As this copolymer, the thermoplastic resin composition with which the following component 1 and the component 2 were mix | blended is mentioned, for example.
・成分1:プロピレン系重合体が、通常0重量部以上、好ましくは10重量部以上であり、また、通常70重量部以下、好ましくは50重量部以下である。
・成分2:軟質プロピレン系共重合体が、30重量部以上、好ましくは50重量部以上であり、また、通常100重量部以下、好ましくは90重量部以下である。
なお、成分1及び成分2の合計量は100重量部である。上記のように、成分1および成分2が好ましい範囲にあると、封止材5のシートへの成形性が良好であるとともに、得られる封止材5の耐熱性、透明性及び柔軟性が良好となり、薄膜太陽電池14に好適である。
Component 1: The propylene polymer is usually 0 part by weight or more, preferably 10 parts by weight or more, and usually 70 parts by weight or less, preferably 50 parts by weight or less.
Component 2: The soft propylene copolymer is 30 parts by weight or more, preferably 50 parts by weight or more, and is usually 100 parts by weight or less, preferably 90 parts by weight or less.
The total amount of component 1 and component 2 is 100 parts by weight. As described above, when component 1 and component 2 are in the preferred ranges, the moldability of the encapsulant 5 into a sheet is good, and the resulting encapsulant 5 has good heat resistance, transparency, and flexibility. Therefore, it is suitable for the thin film solar cell 14.
上記の成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物は、メルトフローレート(ASTM D 1238、230度、荷重2.16kg)が、通常0.0001g/10分以上であり、また、通常1000g/10分以下、好ましくは900g/10分以下、より好ましくは800g/10分以下である。
成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物の融点は、通常100℃以上、好ましくは110℃以上である。また通常140℃以下、好ましくは135℃以下である。
The thermoplastic resin composition in which the above components 1 and 2 are blended has a melt flow rate (ASTM D 1238, 230 degrees, load 2.16 kg), usually 0.0001 g / 10 min or more. It is 1000 g / 10 min or less, preferably 900 g / 10 min or less, more preferably 800 g / 10 min or less.
The melting point of the thermoplastic resin composition containing component 1 and component 2 is usually 100 ° C. or higher, preferably 110 ° C. or higher. Moreover, it is 140 degrees C or less normally, Preferably it is 135 degrees C or less.
また成分1及び成分2が配合された熱可塑性樹脂組成物の密度は、0.98g/cm3以下が好ましく、0.95g/cm3以下がより好ましく、0.94g/cm3以下がさらに好ましい。
この封止材5においては、上記成分1及び成分2に、プラスチック等に対する接着促進剤としてカップリング剤を配合することが可能である。カップリング剤は、シラン系、チタネート系、クロム系の各カップリング剤が好ましく用いられ、特にシラン系のカップリング剤(シランカップリング剤)が好適に用いられる。
Density of The thermoplastic resin composition components 1 and 2 is blended is preferably from 0.98 g / cm 3 or less, more preferably 0.95 g / cm 3 or less, more preferably 0.94 g / cm 3 or less .
In this sealing material 5, it is possible to mix | blend a coupling agent with the said component 1 and component 2 as an adhesion promoter with respect to a plastics. As the coupling agent, silane, titanate, and chromium coupling agents are preferably used, and a silane coupling agent (silane coupling agent) is particularly preferably used.
上記シランカップリング剤としては公知のものが使用でき、特に制限はないが、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシーエトキシシラン)、γ−グリシドキシプロピルートリピルトリーメトキシシラン又はγ−アミノプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。なお、カップリング剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 Known silane coupling agents can be used and are not particularly limited. For example, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltris (β-methoxy-ethoxysilane), γ-glycidoxypropyl-tri Examples include piltrimethoxysilane or γ-aminopropyltriethoxysilane. In addition, 1 type may be used for a coupling agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
また、これらは熱可塑性樹脂組成物(成分1及び成分2の合計量)100重量部に対して、上記シランカップリング剤を通常0.1重量部以上含み、また、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下含むことが望ましい。
また、上記カップリング剤は、有機過酸化物を用いて、当該熱可塑性樹脂組成物にグラフト反応させてもよい。この場合、熱可塑性樹脂組成物(成分1及び成分2の合計量)100重量部に対して、上記カップリング剤を0.1〜5重量部含むことが望ましい。シラングラフト化された熱可塑性樹脂組成物を用いても、ガラスやプラスチックに対して、シランカップリング剤ブレンドと同等以上の接着性が得られる。
Further, these usually contain 0.1 parts by weight or more of the silane coupling agent, and usually 5 parts by weight or less, preferably 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition (total amount of Component 1 and Component 2). It is desirable to contain 3 parts by weight or less.
The coupling agent may be grafted to the thermoplastic resin composition using an organic peroxide. In this case, it is desirable to contain 0.1 to 5 parts by weight of the coupling agent with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition (total amount of component 1 and component 2). Even when a silane-grafted thermoplastic resin composition is used, the same or better adhesiveness as that of the silane coupling agent blend can be obtained with respect to glass or plastic.
有機過酸化物を用いる場合、有機過酸化物は、熱可塑性樹脂組成物(成分1及び成分2の合計量)100重量部に対して、通常0.001重量部以上、好ましくは0.01重量部以上であり、また、通常5重量部以下、好ましくは3重量部以下である。
また、封止材5としてエチレン・α−オレフィン共重合体からなる共重合体を用いることもできる。この共重合体としては、下記に示す成分A及び成分Bからなる封止材用樹脂組成物と基材とを積層してなる、ホットタック性が5〜25℃のラミネートフィルムが例示される。
When the organic peroxide is used, the organic peroxide is usually 0.001 part by weight or more, preferably 0.01 part by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition (total amount of Component 1 and Component 2). The amount is usually 5 parts by weight or less, preferably 3 parts by weight or less.
Further, a copolymer made of an ethylene / α-olefin copolymer can be used as the sealing material 5. As this copolymer, a laminate film having a hot tack property of 5 to 25 ° C., which is formed by laminating a resin composition for a sealing material comprising the following components A and B and a substrate, is exemplified.
・成分A:エチレン系樹脂。
・成分B:以下の(a)〜(d)の性状を有するエチレンとα−オレフィンとの共重合体。
(a)密度が0.86〜0.935g/cm3。
(b)メルトフローレート(MFR)が1〜50g/10分。
Component A: ethylene resin.
Component B: a copolymer of ethylene and an α-olefin having the following properties (a) to (d).
(A) Density is 0.86-0.935 g / cm 3 .
(B) Melt flow rate (MFR) is 1 to 50 g / 10 min.
(c)温度上昇溶離分別(TREF)によって得られる溶出曲線のピークが1つであり、かつ該ピーク温度が100℃以下である。
(d)温度上昇溶離分別(TREF)による積分溶出量が、90℃のとき90%以上である。
成分Aと成分Bとの配合割合(成分A/成分B)は、重量比で、通常50/50以上、好ましくは55/45以上、より好ましくは60/40以上であり、また、通常99/1以下、好ましくは90/10以下、より好ましくは85/15以下である。成分Bの配合量を多くすることで透明性やヒートシール性が高まる傾向にあり、成分Bの配合量を少なくすることでフィルムの作業性が高まる傾向にある。
(C) There is one peak in the elution curve obtained by temperature rising elution fractionation (TREF), and the peak temperature is 100 ° C. or lower.
(D) The integrated elution amount by temperature rising elution fractionation (TREF) is 90% or more at 90 ° C.
The blending ratio (component A / component B) of component A and component B is usually 50/50 or more, preferably 55/45 or more, more preferably 60/40 or more, and usually 99 / 1 or less, preferably 90/10 or less, more preferably 85/15 or less. Increasing the amount of component B tends to increase transparency and heat sealability, and decreasing the amount of component B tends to increase the workability of the film.
成分Aと成分Bを配合して生成される封止材用樹脂組成物のメルトフローレート(MFR)は、通常2g/10分以上、好ましくは3g/10分以上であり、通常50g/10分以下、好ましくは40g/10分以下である。なおMFRの測定と評価は、JIS K7210(190℃、2.16kg荷重)に準拠する方法によって実施することができる。 The melt flow rate (MFR) of the resin composition for a sealing material produced by blending component A and component B is usually 2 g / 10 minutes or more, preferably 3 g / 10 minutes or more, and usually 50 g / 10 minutes. Hereinafter, it is preferably 40 g / 10 min or less. In addition, the measurement and evaluation of MFR can be implemented by the method based on JISK7210 (190 degreeC, 2.16kg load).
封止材用樹脂組成物の融点は、好ましくは50℃以上、より好ましくは55℃以上であり、また、通常300℃以下、好ましくは250℃以下、さらに好ましくは200℃以下である。融点を高くすることで薄膜太陽電池14の使用時に融解・劣化する可能性を低減できる。
封止材用樹脂組成物の密度は、0.80g/cm3以上が好ましく、0.85g/cm3以上がより好ましく、また、0.98g/cm3以下が好ましく、0.95g/cm3以下がより好ましく、0.94g/cm3以下がさらに好ましい。なお、密度の測定と評価は、JIS K7112に準拠する方法によって実施することができる。
The melting point of the encapsulant resin composition is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 55 ° C. or higher, and is usually 300 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower. By increasing the melting point, the possibility of melting and deterioration during use of the thin-film solar cell 14 can be reduced.
The density of the resin composition for a sealing material is preferably 0.80 g / cm 3 or more, more preferably 0.85 g / cm 3 or more, and preferably 0.98 g / cm 3 or less, 0.95 g / cm 3. The following is more preferable, and 0.94 g / cm 3 or less is more preferable. The measurement and evaluation of density can be performed by a method based on JIS K7112.
さらに、エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた封止材5において、前記プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体を用いた場合と同様に、カップリング剤を用いることが可能である。
上述した封止材5は、材料由来の分解ガスを発生することがないため、太陽電池素子6への悪影響がなく、良好な耐熱性、機械強度、柔軟性(太陽電池封止性)及び透明性を有する。また、材料の架橋工程を必要としないため、シート成形時及び薄膜太陽電池100の製造時間が大きく短縮できるとともに、使用後の薄膜太陽電池14のリサイクルも容易となる。
Further, in the encapsulant 5 using the ethylene / α-olefin copolymer, a coupling agent can be used as in the case of using the propylene / ethylene / α-olefin copolymer.
Since the sealing material 5 described above does not generate a decomposition gas derived from the material, there is no adverse effect on the solar cell element 6, and good heat resistance, mechanical strength, flexibility (solar cell sealing property) and transparency. Have sex. In addition, since a material cross-linking step is not required, the manufacturing time of the sheet solar cell 100 and the thin film solar cell 100 can be greatly reduced, and the thin film solar cell 14 after use can be easily recycled.
なお、封止材5は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。また、封止材5は単層フィルムにより形成されていてもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
封止材5の厚みは、通常2μm以上、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上であり、また、通常500μm以下、好ましくは300μm以下、より好ましくは100μm以下である。厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた光線透過率が高まる傾向にある。
In addition, the sealing material 5 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials. Moreover, although the sealing material 5 may be formed with the single layer film, the laminated | multilayer film provided with the film of 2 or more layers may be sufficient as it.
The thickness of the sealing material 5 is usually 2 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 500 μm or less, preferably 300 μm or less, more preferably 100 μm or less. Increasing the thickness tends to increase mechanical strength, and decreasing the thickness tends to increase flexibility and light transmittance.
封止材5を設ける位置に制限は無いが、通常は太陽電池素子6を挟み込むように設ける。太陽電池素子6を確実に保護するためである。本実施形態では、太陽電池素子6の正面及び背面にそれぞれ封止材5及び封止材7を設けるようにしている。
[太陽電池素子6]
太陽電池素子6は、前述の光電変換素子と同様である。
Although there is no restriction | limiting in the position which provides the sealing material 5, Usually, it provides so that the solar cell element 6 may be inserted | pinched. This is for reliably protecting the solar cell element 6. In this embodiment, the sealing material 5 and the sealing material 7 are provided on the front surface and the back surface of the solar cell element 6, respectively.
[Solar cell element 6]
The solar cell element 6 is the same as the above-described photoelectric conversion element.
・太陽電池素子同士の接続
太陽電池素子6は、薄膜太陽電池14の1個あたり1個だけを設けてもよいが、通常は2個以上の太陽電池素子6を設ける。具体的な太陽電池素子6の個数は任意に設定すればよい。太陽電池素子6を複数設ける場合、太陽電池素子6はアレイ状に並べて設けられていることが多い。
・ Connection between solar cell elements
Although only one solar cell element 6 may be provided for each thin film solar cell 14, usually two or more solar cell elements 6 are provided. The specific number of solar cell elements 6 may be set arbitrarily. When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are often arranged in an array.
太陽電池素子6を複数設ける場合、通常は、太陽電池素子6同士は電気的に接続され、接続された一群の太陽電池素子6から生じた電気を端子(図示せず)から取り出すようになっていて、この際、電圧を高めるため通常は太陽電池素子は直列に接続される。
このように太陽電池素子6同士を接続する場合には、太陽電池素子6間の距離は小さいことが好ましく、ひいては、太陽電池素子6と太陽電池素子6との間の隙間は狭いことが好ましい。太陽電池素子6の受光面積を広くして受光量を増加させ、薄膜太陽電池14の発電量を増加させるためである。
When a plurality of solar cell elements 6 are provided, the solar cell elements 6 are usually electrically connected to each other, and electricity generated from the connected group of solar cell elements 6 is taken out from a terminal (not shown). At this time, the solar cell elements are usually connected in series in order to increase the voltage.
Thus, when connecting the solar cell elements 6, it is preferable that the distance between the solar cell elements 6 is small, and the clearance between the solar cell element 6 and the solar cell element 6 is preferably narrow. This is because the light receiving area of the solar cell element 6 is widened to increase the amount of received light, and the amount of power generated by the thin film solar cell 14 is increased.
[封止材7]
封止材7は、上述した封止材5と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は封止材7と同様のものを同様に用いることができる。
また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[Encapsulant 7]
The sealing material 7 is a film similar to the sealing material 5 described above, and the same material as the sealing material 7 can be used in the same manner except that the arrangement position is different.
Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.
[ゲッター材フィルム8]
ゲッター材フィルム8は、上述したゲッター材フィルム4と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はゲッター材フィルム4と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。
また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。また使用する水分あるいは酸素吸収剤をゲッター材フィルム4よりも多く含有するフィルムを用いることも可能となる。このような吸収剤としては、水分吸収剤としてCaO、BaO又はZr−Al−BaO等が挙げられ、酸素の吸収剤として活性炭やモレキュラーシーブ等が挙げられる。
[Getter material film 8]
The getter material film 8 is the same film as the getter material film 4 described above, and the same material as the getter material film 4 can be used as necessary, except for the arrangement position.
Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used. It is also possible to use a film containing more water or oxygen absorbent than the getter material film 4. As such an absorbent, CaO, BaO, Zr-Al-BaO, etc. are mentioned as a moisture absorbent, and activated carbon, molecular sieve, etc. are mentioned as an oxygen absorbent.
[ガスバリアフィルム9]
ガスバリアフィルム9は、上述したガスバリアフィルム3と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はガスバリアフィルム9と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。
また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
[Gas barrier film 9]
The gas barrier film 9 is the same film as the gas barrier film 3 described above, and the same material as the gas barrier film 9 can be used as necessary except that the arrangement position is different.
Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used.
[バックシート10]
バックシート10は、上述した耐候性保護フィルム1と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は耐候性保護フィルム1と同様のものを同様に用いることができる。また、このバックシート10が水及び酸素を透過させ難いものであれば、バックシート10をガスバリア層として機能させることも可能である。
[Backsheet 10]
The back sheet 10 is the same film as the weather-resistant protective film 1 described above, and the same material as the weather-resistant protective film 1 can be used in the same manner except that the arrangement position is different. In addition, if the back sheet 10 is difficult to permeate water and oxygen, the back sheet 10 can also function as a gas barrier layer.
また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。このため、バックシート10としては、以下に説明するもの(i)〜(iv)を用いることが特に好ましい。
(i)バックシート10としては、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性及び/又は耐
光性に優れた各種の樹脂のフィルム又はシートを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリルースチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のシートを使用することができる。これらの樹脂のシートの中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のシートを使用することが好ましい。なお、これらは1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
Moreover, since the constituent member on the back side of the solar cell element 6 does not necessarily need to transmit visible light, a member that does not transmit visible light can be used. For this reason, it is particularly preferable to use the following (i) to (iv) as the backsheet 10.
(I) As the back sheet 10, it is possible to use various resin films or sheets having excellent strength and weather resistance, heat resistance, water resistance and / or light resistance. For example, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polyvinyl chloride resin, fluorine Resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, various polyamide resins such as nylon, polyimide resin, polyamideimide resin, polyaryl phthalate resin , Silicone resin, polysulfone resin, polyphenylene sulfide resin, polyethersulfone resin, polyurethane resin, acetal resin, cellulose resin or other resin It can be used. Among these resin sheets, it is preferable to use a fluorine resin, a cyclic polyolefin resin, a polycarbonate resin, a poly (meth) acrylic resin, a polyamide resin, or a polyester resin sheet. In addition, these may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(ii)バックシート10としては、金属薄膜を用いることもできる。例えば、腐蝕防止したアルミニウム金属箔、ステンレス製薄膜等が挙げられる。なお、前記の金属は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
(iii)バックシート10としては、例えばアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フイルムを
接着した防水性の高いシートを用いてもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、一弗化エチレン(商品名:テドラー、デュポン社製)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー(ETFE)、フッ化ビニリデン系樹脂(PVDF)又はフッ化ビニル系樹脂(PVF)等が挙げられる。なお、フッ素系樹脂は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
(Ii) As the back sheet 10, a metal thin film can also be used. For example, corrosion-resistant aluminum metal foil, stainless steel thin film, and the like can be mentioned. In addition, the said metal may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(Iii) As the back sheet 10, for example, a highly waterproof sheet in which a fluorine resin film is bonded to both surfaces of an aluminum foil may be used. Examples of the fluorine resin include ethylene monofluoride (trade name: Tedlar, manufactured by DuPont), polytetrafluoroethylene (PTFE), a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene or propylene (ETFE), and a vinylidene fluoride resin. (PVDF) or vinyl fluoride resin (PVF). In addition, 1 type may be used for fluororesin and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(iv)バックシート10としては、例えば、基材フィルムの片面又は両面に、無機酸化物の蒸着膜を設け、更に、上記の無機酸化物の蒸着膜を設けた基材フィルムの両面に、耐熱性のポリプロピレン系樹脂フィルムを積層したものを用いてもよい。なお、通常は、基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、ラミネート用接着剤で張り合わせることで積層する。無機酸化物の蒸着膜を設けることで、水分及び/又は酸素等の侵入を防止する防湿性に優れたバックシート10として使用できる。 (Iv) As the back sheet 10, for example, an inorganic oxide vapor-deposited film is provided on one side or both sides of the base film, and the base film provided with the inorganic oxide vapor-deposited film has heat resistance on both sides. What laminated | stacked the property polypropylene-type resin film may be used. Usually, when a polypropylene resin film is laminated on the base film, the lamination is performed by laminating with a laminating adhesive. By providing an inorganic oxide vapor-deposited film, it can be used as a back sheet 10 having excellent moisture resistance that prevents intrusion of moisture and / or oxygen.
・基材フィルム
基材フィルムとしては、基本的には、無機酸化物の蒸着膜等との密接着性に優れ、強度に優れ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性に優れた各種の樹脂のフィルムを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリルースチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート若しくはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂又はその他等の各種の樹脂のフィルムを使用することができる。中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂のフィルムを使用することが好ましい。
・ Base film
Basically, as the base film, various resin films having excellent close adhesion with an inorganic oxide vapor deposition film, etc., excellent strength, weather resistance, heat resistance, water resistance, and light resistance are used. Can be used. For example, polyethylene resin, polypropylene resin, cyclic polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polyvinyl chloride resin, fluorine Resin, poly (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate, various polyamide resins such as nylon, polyimide resin, polyamideimide resin, polyaryl phthalate resin , Silicone resins, polysulfone resins, polyphenylene sulfide resins, polyethersulfone resins, polyurethane resins, acetal resins, cellulose resins, and other resins. It is possible to use the beam. Among these, it is preferable to use a film of a fluorine resin, a cyclic polyolefin resin, a polycarbonate resin, a poly (meth) acrylic resin, a polyamide resin, or a polyester resin.
上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ化ビニリデン系樹脂(PVDF)又はフッ化ビニル系樹脂(PVF)等のフッ素系樹脂のフィルムを使用することがより好ましい。更に、このフッ素系樹脂の
フィルムの中でも、特に、ポリフッ化ビニル系樹脂(PVF)又はテトラフルオロエチレンとエチレン若しくはプロピレンとのコポリマー(ETFE)からなるフッ素系樹脂のフィルムが、強度等の観点から特に好ましい。なお、前記樹脂は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
Among the various resin films as described above, for example, a fluororesin film such as polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene fluoride resin (PVDF), or vinyl fluoride resin (PVF) is used. It is more preferable. Further, among these fluororesin films, in particular, a fluororesin film made of polyvinyl fluoride resin (PVF) or a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene or propylene (ETFE) is particularly preferable from the viewpoint of strength and the like. preferable. In addition, the said resin may use 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
また、上記のような各種の樹脂のフィルムのなかでも、シクロペンタジエン及びその誘導体又はシクロヘキサジエン及びその誘導体等の環状ポリオレフィン系樹脂のフィルムを使用することもより好ましい。
基材フィルムの膜厚としては、通常12μm以上、好ましくは20μm以上であり、また、通常300μm以下、好ましくは200μm以下である。
Of the various resin films as described above, it is more preferable to use a film of a cyclic polyolefin resin such as cyclopentadiene and a derivative thereof or cyclohexadiene and a derivative thereof.
The film thickness of the base film is usually 12 μm or more, preferably 20 μm or more, and is usually 300 μm or less, preferably 200 μm or less.
・無機酸化物の蒸着膜
無機酸化物の蒸着膜としては、基本的に金属の酸化物を蒸着した薄膜であれば使用可能である。例えば、ケイ素(Si)やアルミニウム(Al)の酸化物の蒸着膜を使用することができる。この際、酸化ケイ素としては例えばSiOx(x=1.0〜2.0)を用いることができ、酸化アルミニウムとしては例えばAlOx(x=0.5〜1.5)を用いることができる。
・ Deposited film of inorganic oxide
As the inorganic oxide vapor-deposited film, basically any thin film on which a metal oxide is vapor-deposited can be used. For example, a deposited film of an oxide of silicon (Si) or aluminum (Al) can be used. At this time, for example, SiO x (x = 1.0 to 2.0) can be used as silicon oxide, and for example, AlO x (x = 0.5 to 1.5) can be used as aluminum oxide. .
なお、使用する金属及び無機酸化物の種類は1種でもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
無機酸化物の蒸着膜の膜厚としては、通常50Å以上、好ましくは100Å以上であり、また、通常4000Å以下、好ましくは1000Å以下である。
蒸着膜の作製方法としては、プラズマ化学気相成長法、熱化学気相成長法、光化学気相成長法等の化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition法、CVD法)等を用いることができる。具体例を挙げると、基材フィルムの一方の面に、有機珪素化合物等の蒸着用モノマーガスを原料とし、キャリヤーガスとして、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを使用し、更に、酸素供給ガスとして、酸素ガス等を使用し、低温プラズマ発生装置等を利用する低温プラズマ化学気相成長法を用いて酸化珪素等の無機酸化物の蒸着膜を形成することができる。
In addition, the kind of metal and inorganic oxide to be used may be 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
The film thickness of the inorganic oxide vapor deposition film is usually 50 mm or more, preferably 100 mm or more, and is usually 4000 mm or less, preferably 1000 mm or less.
As a method for forming the deposited film, a chemical vapor deposition method (chemical vapor deposition method, CVD method) such as a plasma chemical vapor deposition method, a thermal chemical vapor deposition method, or a photochemical vapor deposition method can be used. As a specific example, on one surface of the base film, a monomer gas for vapor deposition such as an organosilicon compound is used as a raw material, an inert gas such as argon gas or helium gas is used as a carrier gas, and oxygen is supplied. An oxygen oxide vapor or the like can be used as a gas, and a vapor deposition film of an inorganic oxide such as silicon oxide can be formed using a low temperature plasma chemical vapor deposition method using a low temperature plasma generator or the like.
・ポリプロピレン系樹脂フィルム
ポリプロピレン系樹脂としては、例えば、プロピレンの単独重合体又はプロピレンと他のモノマー(例えばα−オレフィン等)との共重合体を使用することができる。また、ポリプロピレン系樹脂としては、アイソタクチック重合体を用いることもできる。
ポリプロピレン系樹脂の融点は通常164℃以上であり、一方、通常170℃以下である。ポリプロピレン系樹脂の比重は通常0.90以上であり、一方、通常0.91以下である。ポリプロピレン系樹脂の分子量は通常10万以上であり、一方、通常20万以下である。
-Polypropylene-type resin film As a polypropylene-type resin, the homopolymer of propylene or the copolymer of propylene and another monomer (for example, alpha-olefin etc.) can be used, for example. Moreover, an isotactic polymer can also be used as a polypropylene resin.
The melting point of the polypropylene resin is usually 164 ° C or higher, and is usually 170 ° C or lower. The specific gravity of the polypropylene resin is usually 0.90 or more, and usually 0.91 or less. The molecular weight of the polypropylene resin is usually 100,000 or more, and usually 200,000 or less.
ポリプロピレン系樹脂は、その結晶性により性質が大きく支配されるが、アイソタクチックの高いポリマーは、引っ張り強さ、衝撃強度に優れ、耐熱性、耐屈曲疲労強度を良好であり、かつ、加工性は極めて良好なものである。
・接着剤
基材フィルムにポリプロピレン系樹脂フィルムを積層する場合には、通常はラミネート用接着剤を用いる。これにより、基材フィルムとポリプロピレン系樹脂フィルムとはラミネート用接着剤層を介して積層されることになる。
Polypropylene resins are largely controlled by their crystallinity, but high isotactic polymers have excellent tensile strength and impact strength, good heat resistance and bending fatigue strength, and workability. Is very good.
·adhesive
When a polypropylene resin film is laminated on the base film, a laminating adhesive is usually used. Thereby, a base film and a polypropylene resin film are laminated | stacked via the adhesive bond layer for lamination.
ラミネート用接着剤層を構成する接着剤としては、例えば、ポリ酢酸ビニル系接着剤、ポリアクリル酸エステル系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エチレン共重合体系接着剤、セルロース系接着剤、ポリエステル系接着剤、ポリアミド系接着剤、ポリイミド系
接着剤、アミノ樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリウレタン系接着剤、反応型(メタ)アクリル系接着剤又はシリコーン系接着剤等が挙げられる。なお、接着剤は1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
Examples of the adhesive constituting the adhesive layer for laminating include, for example, a polyvinyl acetate adhesive, a polyacrylate adhesive, a cyanoacrylate adhesive, an ethylene copolymer adhesive, a cellulose adhesive, and a polyester adhesive. Adhesives, polyamide adhesives, polyimide adhesives, amino resin adhesives, phenol resin adhesives, epoxy adhesives, polyurethane adhesives, reactive (meth) acrylic adhesives, silicone adhesives, etc. Is mentioned. In addition, 1 type may be used for an adhesive agent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
上記の接着剤の組成系は、水性型、溶液型、エマルジョン型又は分散型等のいずれの組成物形態でもよい。また、その性状は、フィルム・シート状、粉末状、固形状等のいずれの形態でもよい。さらに、接着機構については、化学反応型、溶剤揮発型、熱溶融型又は熱圧型等のいずれの形態でもよいものである。
上記の接着剤は、例えば、ロールコート法、グラビアロールコート法、キスコート法又はその他等のコート法あるいは印刷法等によって施すことができる。そのコーティング量としては、乾燥状態で通常0.1g/m2以上が望ましく、一方、通常10g/m2以下が望ましい。
The composition system of the adhesive may be any composition form such as an aqueous type, a solution type, an emulsion type, or a dispersion type. Further, the property may be any of film / sheet, powder, solid and the like. Furthermore, the bonding mechanism may be any form such as a chemical reaction type, a solvent volatilization type, a hot melt type, or a hot pressure type.
The adhesive can be applied by, for example, a coating method such as a roll coating method, a gravure roll coating method, a kiss coating method, or the like, or a printing method. The coating amount is usually preferably 0.1 g / m 2 or more in a dry state, and usually 10 g / m 2 or less.
[シール材11]
シール材11は、上述した耐候性保護フィルム1、紫外線カットフィルム2、ガスバリアフィルム3、ゲッター材フィルム4、封止材5、封止材7、ゲッター材フィルム8、ガスバリアフィルム9及びバックシート10の縁部をシールして、これらのフィルムで被覆された空間内に湿気及び酸素が浸入しないようにシールする部材である。
[Sealant 11]
The sealing material 11 includes the weatherproof protective film 1, the ultraviolet cut film 2, the gas barrier film 3, the getter material film 4, the sealing material 5, the sealing material 7, the getter material film 8, the gas barrier film 9, and the back sheet 10. It is a member that seals the edge so that moisture and oxygen do not enter the space covered with these films.
シール材11に要求される防湿能力の程度は、単位面積(1m2)の1日あたりの水蒸気透過率が0.1g/m2/day以下であることが好ましく、0.05g/m2/day以下であることがより好ましい。従来はこのように高い防湿能力を有するシール材11の実装が困難であったため、化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子のように優れた太陽電池素子を備えた太陽電池を実現することが困難であったが、このようなシール材11を適用することにより化合物半導体系太陽電池素子及び有機太陽電池素子の優れた性質を活かした薄膜太陽電池14の実施が容易となる。 The degree of moisture capacity required for the sealing member 11 is preferably water vapor transmission rate per day unit area (1 m 2) is not more than 0.1g / m 2 / day, 0.05g / m 2 / More preferably, it is not more than day. Conventionally, since it has been difficult to mount the sealing material 11 having such a high moisture-proof capability, it is possible to realize a solar cell including an excellent solar cell element such as a compound semiconductor solar cell element and an organic solar cell element. Although it was difficult, the implementation of the thin-film solar cell 14 utilizing the excellent properties of the compound semiconductor solar cell element and the organic solar cell element is facilitated by applying such a sealing material 11.
さらに、薄膜太陽電池14は光を受けて熱せされることが多いため、シール材11も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、シール材11の構成材料の融点は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは130℃以上であり、また、通常250℃以下、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下である。
融点が低すぎると薄膜太陽電池14の使用時にシール材11が融解する可能性がある。
Furthermore, since the thin film solar cell 14 is often heated by receiving light, it is preferable that the sealing material 11 also has heat resistance. From this viewpoint, the melting point of the constituent material of the sealing material 11 is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, more preferably 130 ° C. or higher, and usually 250 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or lower.
If the melting point is too low, the sealing material 11 may melt when the thin film solar cell 14 is used.
シール材11を構成する材料としては、例えば、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂、アクリル系樹脂等のポリマーが挙げられる。
なお、シール材11は1種の材料で形成されていてもよく、2種以上の材料で形成されていてもよい。
Examples of the material constituting the sealing material 11 include polymers such as a fluorine resin, a silicone resin, and an acrylic resin.
In addition, the sealing material 11 may be formed with 1 type of material, and may be formed with 2 or more types of materials.
シール材11は、少なくともガスバリアフィルム3、9の縁部をシールできる位置に設ける。これにより、少なくともガスバリアフィルム3、9及びシール材11で囲まれた空間を密閉し、この空間内に湿気及び酸素が侵入しないようにすることができる。
このシール材11を形成する方法に制限は無いが、例えば、材料を耐候性保護フィルム1とバックシート10との間に注入することにより形成できる。形成方法の具体例を挙げると、以下の方法が挙げられる。
The sealing material 11 is provided at a position where at least the edges of the gas barrier films 3 and 9 can be sealed. Thereby, the space surrounded by at least the gas barrier films 3 and 9 and the sealing material 11 can be sealed, and moisture and oxygen can be prevented from entering the space.
Although there is no restriction | limiting in the method of forming this sealing material 11, For example, it can form by inject | pouring material between the weather-resistant protective film 1 and the back sheet | seat 10. FIG. Specific examples of the forming method include the following methods.
即ち、例えば封止材5の硬化が進行する途中で、半硬化状態の薄膜太陽電池14を前記ラミネート装置から取り出し、太陽電池素子6の外周部であって耐候性保護シート1とバ
ックシート10との間の部分に液状のポリマーを注入し、このポリマーを封止材5と共に硬化させればよい。また、封止材5の硬化が終了した後にラミネート装置から取り出して単独で硬化させてもよい。なお、前記のポリマーを架橋・硬化させるための温度範囲は通常130℃以上、好ましくは140℃以上であり、通常180℃以下、好ましくは170℃以下である。
That is, for example, while the curing of the sealing material 5 proceeds, the semi-cured thin-film solar cell 14 is taken out from the laminating apparatus, and is the outer peripheral portion of the solar cell element 6, which is the weatherproof protective sheet 1 and the back sheet 10. A liquid polymer may be injected into a portion between the two and the polymer may be cured together with the sealing material 5. Further, after the sealing material 5 has been cured, it may be taken out from the laminating apparatus and cured alone. The temperature range for crosslinking and curing the polymer is usually 130 ° C. or higher, preferably 140 ° C. or higher, and is usually 180 ° C. or lower, preferably 170 ° C. or lower.
[寸法等]
本実施形態の薄膜太陽電池14は、通常、膜状の薄い部材である。このように膜状の部材として薄膜太陽電池14を形成することにより、薄膜太陽電池14を建材、自動車又はインテリア等に容易に設置できるようになっている。薄膜太陽電池14は、軽く、割れにくく、従って安全性の高い太陽電池が得られ、また曲面にも適用可能であるため更に多くの用途に使用しうる。薄くて軽いため輸送や保管等流通面でも好ましい。更に、膜状であるためロール・トゥ・ロール式の製造が可能であり大幅なコストカットが可能である。
[Dimensions]
The thin film solar cell 14 of the present embodiment is usually a thin film member. Thus, by forming the thin film solar cell 14 as a film-like member, the thin film solar cell 14 can be easily installed in a building material, an automobile, an interior, or the like. The thin-film solar cell 14 is light and difficult to break, and thus a highly safe solar cell can be obtained and can be applied to a curved surface, so that it can be used for more applications. Since it is thin and light, it is preferable in terms of distribution such as transportation and storage. Furthermore, since it is in the form of a film, it can be manufactured in a roll-to-roll manner, and the cost can be greatly reduced.
薄膜太陽電池14の具体的な寸法に制限は無いが、その厚みは、通常300μm以上、好ましくは500μm以上、より好ましくは700μm以上であり、また、通常3000μm以下、好ましくは2000μm以下、より好ましくは1500μm以下である。
[製造方法]
本実施形態の薄膜太陽電池14の製造方法に制限は無いが、例えば、耐候性保護フィルム1とバックシート10との間に、1個又は2個以上の太陽電池素子6を直列又は並列接続したものを、紫外線カットフィルム2、ガスバリアフィルム3、9、ゲッター材フィルム4、8及び封止材5、7と共に一般的な真空ラミネート装置でラミネートすることで製造できる。この際、加熱温度は通常130℃以上、好ましくは140℃以上であり、通常180℃以下、好ましくは170℃以下である。また、加熱時間は通常10分以上、好ましくは20分以上であり、通常100分以下、好ましくは90分以下である。圧力は通常0.001MPa以上、好ましくは0.01MPa以上であり、通常0.2MPa以下、好ましくは0.1MPa以下である。圧力をこの範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材5、7がはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。
Although there is no restriction | limiting in the specific dimension of the thin film solar cell 14, The thickness is 300 micrometers or more normally, Preferably it is 500 micrometers or more, More preferably, it is 700 micrometers or more, Moreover, it is 3000 micrometers or less normally, Preferably it is 2000 micrometers or less, More preferably. It is 1500 micrometers or less.
[Production method]
Although there is no restriction | limiting in the manufacturing method of the thin film solar cell 14 of this embodiment, For example, between the weather-resistant protective film 1 and the back sheet | seat 10, the 1 or 2 or more solar cell element 6 was connected in series or in parallel. The product can be manufactured by laminating with a general vacuum laminating apparatus together with the ultraviolet cut film 2, the gas barrier films 3, 9, the getter material films 4, 8, and the sealing materials 5, 7. At this time, the heating temperature is usually 130 ° C. or higher, preferably 140 ° C. or higher, and is usually 180 ° C. or lower, preferably 170 ° C. or lower. The heating time is usually 10 minutes or longer, preferably 20 minutes or longer, usually 100 minutes or shorter, preferably 90 minutes or shorter. The pressure is usually 0.001 MPa or more, preferably 0.01 MPa or more, and usually 0.2 MPa or less, preferably 0.1 MPa or less. By setting the pressure within this range, sealing can be reliably performed, and the sealing materials 5 and 7 from the end can be prevented from protruding or reduced in film thickness due to over-pressurization, thereby ensuring dimensional stability.
[用途]
上述した薄膜太陽電池14の用途に制限はなく任意である。例えば、図3に模式的に示すように、何らかの基材12上に薄膜太陽電池14を設けた太陽電池モジュール13を用意し、これを使用場所に設置して用いればよい。具定例を挙げると、基材12として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けて太陽電池モジュール13として太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。
[Usage]
There is no restriction | limiting in the use of the thin film solar cell 14 mentioned above, It is arbitrary. For example, as schematically shown in FIG. 3, a solar cell module 13 in which a thin film solar cell 14 is provided on a certain base material 12 is prepared and used at a place of use. As a specific example, when a building material plate is used as the base material 12, a thin film solar cell 14 is provided on the surface of the plate material to produce a solar cell panel as the solar cell module 13, and this solar cell panel is attached to the outer wall of the building. It can be installed and used.
基材12は太陽電池素子6を支持する支持部材である。基材12を形成する材料としては、例えば、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル、ポリエチレン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン等の有機材料;紙又は合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。なお、基材の材料は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。また、これら有機材料あるいは紙材料に炭素繊維を含ませ、機械的強度を補強させても良い。 The substrate 12 is a support member that supports the solar cell element 6. Examples of the material for forming the substrate 12 include inorganic materials such as glass, sapphire, and titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluorine. Organic materials such as resin film, vinyl chloride, polyethylene, cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene; paper materials such as paper or synthetic paper; metals such as stainless steel, titanium or aluminum For example, a composite material such as a material whose surface is coated or laminated in order to impart insulating properties can be used. In addition, 1 type may be used for the material of a base material, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio. Moreover, carbon fiber may be included in these organic materials or paper materials to reinforce the mechanical strength.
本発明の薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等に用いて好適である。具体例として以下のようなものを挙げることができる。
1.建築用途
1.1ハウス屋根材として太陽電池
基材として屋根用板材等を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルをハウスの屋根の上に設置して使用すればよい。また、基材として瓦を直接用いることもできる。本発明の太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、瓦の曲線に密着させることができるので好適である。
Examples of fields to which the thin film solar cell of the present invention is applied include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for interiors, solar cells for railways, solar cells for ships, solar cells for airplanes, solar cells for spacecraft. It is suitable for use in batteries, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like. Specific examples include the following.
1. Architectural use
1.1 Solar cell as house roofing material
When a roof plate or the like is used as the base material, a thin film solar cell is provided on the surface of the plate material to produce a solar cell panel as a solar cell unit, and this solar cell panel is installed on the roof of the house. That's fine. Moreover, a roof tile can also be used directly as a base material. The solar cell of the present invention is suitable because it can be brought into close contact with the roof tiles by taking advantage of its flexibility.
1.2屋上
ビルの屋上に取り付けることもできる。基材上に薄膜太陽電池を設けた太陽電池ユニットを用意し、これをビルの屋上に設置することもできる。この時基材とともに防水シートを併用し、防水作用を有するのが望ましい。さらに、本発明の薄膜太陽電池が柔軟性を有するという特性を生かし、平面ではない屋根、例えば折半屋根に密着させることもできる。この場合も防水シートを併用するのが望ましい。
1.2 Rooftop
It can also be installed on the roof of a building. A solar cell unit in which a thin film solar cell is provided on a base material can be prepared and installed on the roof of a building. At this time, it is desirable to use a waterproof sheet together with the base material to have a waterproof action. Furthermore, taking advantage of the property that the thin film solar cell of the present invention has flexibility, it can be brought into close contact with a roof that is not flat, for example, a folded roof. In this case, it is desirable to use a waterproof sheet in combination.
1.3トップライト
エントランスや吹き抜け部分に外装として本発明の薄膜太陽電池を用いることもできる。何らかのデザイン処理を施されたエントランス等は曲線が用いられている場合が多く、そのような場合において本発明の薄膜太陽電池の柔軟性が生かされる。またエントランス等ではシースルーである場合があり、このような場合には、有機太陽電池の緑色系の色合いが、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。
1.3 Top light
The thin-film solar cell of the present invention can also be used as an exterior at the entrance or a blow-off portion. Curves are often used for entrances and the like that have undergone some design processing, and in such a case, the flexibility of the thin film solar cell of the present invention is utilized. In addition, there is a case of see-through in an entrance or the like. In such a case, the green color of the organic solar cell is suitable because a design aesthetic can be obtained in an era when environmental measures are regarded as important.
1.4壁
基材として建材用板材を使用した場合、この板材の表面に薄膜太陽電池を設けて太陽電池ユニットとして太陽電池パネルを作製し、この太陽電池パネルを建物の外壁等に設置して使用すればよい。また、カーテンウオールに設置することもできる。その他、スパンドレルや方立等への取り付けも可能である。
1.4 Wall
When a building material plate is used as the base material, a thin film solar cell is provided on the surface of the plate material to produce a solar cell panel as a solar cell unit, and this solar cell panel may be installed on the outer wall of a building and used. . It can also be installed on curtain walls. In addition, it can be attached to a spandrel or a vertical.
この場合、基材の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。このような基材の例を挙げると、アルポリック(登録商標;三菱樹脂製)等が挙げられる。
1.5窓
また、シースルーの窓に使用することもできる。有機太陽電池の緑色系の色合いが、環境対策が重要視される時代において意匠的な美観も得られるので好適である。
In this case, although there is no restriction | limiting in the shape of a base material, Usually, a board | plate material is used. Moreover, what is necessary is just to set the material of a base material, a dimension, etc. arbitrarily according to the use environment. As an example of such a substrate, Alpolic (registered trademark; manufactured by Mitsubishi Plastics) and the like can be mentioned.
1.5 windows
It can also be used for see-through windows. The green color of the organic solar cell is preferable because a design aesthetic can be obtained in an era when environmental measures are important.
1.6その他
その他建築の外装としてひさし、ルーバー、手摺等にも使用できる。このような場合においても、本発明の薄膜太陽電池の柔軟性が、これら用途にとり好適である。
2.内装
本発明の薄膜太陽電池はブラインドのスラットに取り付けることもできる。本発明の薄膜太陽電池は軽量であり、柔軟性に富むことから、このような用途が可能となる。また、内容用窓についても有機太陽電池素子がシースルーである特性を生かし使用することができる。
1.6 Other
It can also be used for eaves, louvers, handrails, etc. Even in such a case, the flexibility of the thin film solar cell of the present invention is suitable for these applications.
2. Interior
The thin film solar cell of the present invention can also be attached to a blind slat. Since the thin-film solar cell of the present invention is lightweight and rich in flexibility, such a use is possible. Further, the contents window can be used by utilizing the characteristic that the organic solar cell element is see-through.
3.野菜工場
蛍光灯等の照明光を活用する植物工場の設置件数は増えているが、照明に掛かる電気代
や光源の交換費用等によって栽培コストを引き下げにくいというのが現状である。そこで本発明の薄膜太陽電池を野菜工場に設置し、LED又は蛍光灯と組み合わせた照明システムを作製することができる。
3. Vegetable factory
Although the number of plant factories that use illumination light such as fluorescent lamps is increasing, the current situation is that it is difficult to reduce the cultivation cost due to the electricity bill for lighting and the replacement cost of the light source. Then, the thin film solar cell of this invention can be installed in a vegetable factory, and the illumination system combined with LED or the fluorescent lamp can be produced.
このとき蛍光灯よりも寿命が長いLEDと本発明の太陽電池を組み合わせた照明システムを用いることで、照明に要するコストを現状に比べて30%程度減らせることができるので好適である。
また、野菜等を一定温度で輸送するリーファー・コンテナ (reefer container)の屋根や側壁に本発明の太陽電池を用いることもできる。
At this time, it is preferable to use an illumination system that combines an LED having a longer life than a fluorescent lamp and the solar cell of the present invention, because the cost required for illumination can be reduced by about 30% compared to the current situation.
Moreover, the solar cell of this invention can also be used for the roof and side wall of the reefer container (reefer container) which conveys vegetables etc. at fixed temperature.
4.道路資材・土木
本発明の薄膜太陽電池は、駐車場の外壁や高速道路の遮音壁や浄水場の外壁等にも用いることができる。
5.自動車
本発明の薄膜太陽電池は、自動車のボンネット、ルーフ、トランクリッド、ドア、フロントフェンダー、リアフェンダー、ピラー、バンパー又はバックミラー等の表面に用いることができる。なおルーフとしてはトラック車輌の荷台のルーフも含まれる。得られた電力は走行用モータ、モータ駆動用バッテリー、電装品及び電装品用バッテリーのいずれに供給することができる。太陽電池パネルにおける発電状況と該走行用モータ、該モータ駆動用バッテリー、該電装品及び該電装品用バッテリーにおける電力使用状況とに合わせて選択する制御手段とを備えることで、得られた電力が適正にかつ効率的に使用することができる
前記の場合、基材12の形状に制限はないが、通常は板材を使用する。また、基材12の材料、寸法等は、その使用環境に応じて任意に設定すればよい。
4). Road materials and civil engineering
The thin film solar cell of the present invention can be used for an outer wall of a parking lot, a sound insulation wall of an expressway, an outer wall of a water purification plant, and the like.
5. Automobile
The thin film solar cell of the present invention can be used on the surface of an automobile bonnet, roof, trunk lid, door, front fender, rear fender, pillar, bumper, rearview mirror or the like. The roof includes the roof of the truck bed. The obtained electric power can be supplied to any of a traveling motor, a motor driving battery, an electrical component, and an electrical component battery. By providing the power generation status in the solar cell panel and the control means for selecting according to the power usage status in the motor for driving, the battery for driving the motor, the electrical equipment, and the battery for electrical equipment, the obtained power is Can be used properly and efficiently
In the above case, the shape of the substrate 12 is not limited, but a plate material is usually used. Moreover, what is necessary is just to set the material of the base material 12, a dimension, etc. arbitrarily according to the use environment.
このような基材12の例を挙げると、アルポリック(登録商標;三菱樹脂製)等が挙げられる。 Examples of such a substrate 12 include Alpolic (registered trademark; manufactured by Mitsubishi Plastics) and the like.
以下、本発明の実施例を示して本発明について更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
[合成例1]
Dimethylbicyclopyrrole誘導体の製造
窒素雰囲気下、冷却器を備えた500mLの4ツ口フラスコにEthyl−4,7−dihydro−8,8−dimethyl−4,7−ethano−2Hisoindole−1−carboxylate 5.00g (20.4mmol)とあらかじめ乳鉢ですりつぶした水酸化ナトリウム6.25g(150mmol)をエチレングリコール150mLに溶解し、溶媒を脱気し窒素置換した。反応容器を遮光し、170℃、60分撹拌し、室温に冷却した。反応溶液を300mL氷水に投入し、クロロホルムで抽出し、無水硫酸ナトリウムを添加して乾燥した。粉体をろ過後、ろ液を減圧濃縮した。得られたオイルを昇華精製し、Dimethylbicyclopyrrole誘導体を2.54g(14.7mmol,72%)得た。
EXAMPLES Hereinafter, although the Example of this invention is shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to a following example, unless it deviates from the summary.
[Synthesis Example 1]
Preparation of Dimethylylcyclopyrrole Derivatives Ethyl-4,7-dihydro-8,8-dimethyl-4,7-ethano-2Hisindole-1-carboxylate 5.00 g (20 g) in a 500 mL four-necked flask equipped with a condenser under a nitrogen atmosphere. .4 mmol) and 6.25 g (150 mmol) of sodium hydroxide previously ground in a mortar were dissolved in 150 mL of ethylene glycol, and the solvent was degassed and replaced with nitrogen. The reaction vessel was shielded from light, stirred at 170 ° C. for 60 minutes, and cooled to room temperature. The reaction solution was poured into 300 mL ice water, extracted with chloroform, and dried by adding anhydrous sodium sulfate. After filtering the powder, the filtrate was concentrated under reduced pressure. The obtained oil was purified by sublimation to obtain 2.54 g (14.7 mmol, 72%) of a dimethylethylcyclopyrrole derivative.
得られた化合物がDimethylbicyclopyrrole誘導体であることを、1H NMRで確認した。1H NMRの結果を以下に示す。
1H NMR (400 MHz,CDCl3)δ7.46(brs,1H),6.54(m, 1H),6.48(m,1H),6.47(m,1H),6.41(m,1H),3.70(m, 1H), 3.22(d,1H,J.5.9Hz),1.41(dd,1H,J.11.5, 2.7Hz),1.24(dd,1H,J.11.5,2.7Hz),1.04(s,3H), and 0.72(s,3H).
It was confirmed by 1H NMR that the obtained compound was a dimethylcyclopropyl derivative. The results of 1H NMR are shown below.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.46 (brs, 1H), 6.54 (m, 1H), 6.48 (m, 1H), 6.47 (m, 1H), 6.41 (m, 1H), 3.70 (m, 1H), 3.22 (d, 1H, J.5.9 Hz), 1.41 (dd, 1H, J.11.5, 2.7 Hz), 1.24 ( dd, 1H, J.11.5, 2.7 Hz), 1.04 (s, 3H), and 0.72 (s, 3H).
[合成例2]
ビシクロポルフィリン化合物異性体混合物(CP−1)の製造
実施例1で合成したDimethylbicyclopyrrole誘導体3.81g(22mmol)をクロロホルム(アミレン含有)400mLに溶解し、これに窒素雰囲気下で850mgのパラホルムアルデヒドを添加し、ついでp−トルエンスルホン酸一水和物200mgを添加し、室温で5時間撹拌した。続いてp−クロラニル2.17gを添加してさらに5時間撹拌した。反応液を水に注入し、有機層を分離して飽和炭酸水素ナトリウム溶液、水、食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。粉体をろ過後、ろ液を減圧濃縮し、残渣をクロロホルム溶媒としてまずアルミナのカラムクロマトグラフィーで精製し、ついでシリカゲルクロマトグラフィーで酢酸エチル/クロロホルムで精製することで、目的の位置異性体から構成されるビシクロポルフィリン化合物の混合物が2.44g(3.30mmol,60%)得られた(以後、CP−1と表記する)。
[Synthesis Example 2]
Production of Bicycloporphyrin Compound Isomeric Mixture (CP-1) 3.81 g (22 mmol) of the Dimethylcyclopropyl derivative synthesized in Example 1 was dissolved in 400 mL of chloroform (containing amylene), and 850 mg of paraformaldehyde was added thereto under a nitrogen atmosphere. Then, 200 mg of p-toluenesulfonic acid monohydrate was added and stirred at room temperature for 5 hours. Subsequently, 2.17 g of p-chloranil was added and further stirred for 5 hours. The reaction solution was poured into water, the organic layer was separated, washed with saturated sodium bicarbonate solution, water and brine, and dried over anhydrous sodium sulfate. After filtration of the powder, the filtrate was concentrated under reduced pressure, and the residue was first purified by alumina column chromatography using chloroform as the solvent, and then purified by silica gel chromatography with ethyl acetate / chloroform to form the desired regioisomer. As a result, 2.44 g (3.30 mmol, 60%) of a mixture of bicycloporphyrin compounds was obtained (hereinafter referred to as CP-1).
得られた化合物が目的のビシクロポルフィリン化合物の異性体混合物であることを、1HNMR、LC分析、MS分析によって確認した。以下に各種分析結果を示す。LC分析結果については表1に記す。質量分析(FAB−MS法)により、目的物の質量と一致するm/z:736[M+]を検出した。
1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ10.26−10.33(m,4H),7.11−7.26(m,8H),5.63(m,4H),5.12−5.16(m,4H),2.06−2.11(m,4H),1.75−1.88(m,4H),1.55−1.56(m, 12H),0.59−0.80(m,12H),and −4.63(brs,2H).
It was confirmed by 1H NMR, LC analysis, and MS analysis that the obtained compound was an isomer mixture of the target bicycloporphyrin compound. Various analysis results are shown below. The LC analysis results are shown in Table 1. By mass spectrometry (FAB-MS method), m / z: 736 [M + ] corresponding to the mass of the target product was detected.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 10.26-10.33 (m, 4H), 7.11-7.26 (m, 8H), 5.63 (m, 4H), 5.12-5.16 (M, 4H), 2.06-2.11 (m, 4H), 1.75-1.88 (m, 4H), 1.55-1.56 (m, 12H), 0.59-0 .80 (m, 12H), and -4.63 (brs, 2H).
[合成例3]
Tetrakis(bicyclo[2.2.2]octadiene)porphyr
in(CP−2)の製造
特開2003−304014の[0060]〜[0066]の記載を元に合成した。得られた化合物を化合物CP−2と記す。LC分析結果については表1に記す。質量分析(FAB−MS法)により、目的物の質量と一致するm/z:623[M++1]を検出した。
1H NMR (400MHz,CDCl3)δ10.40(m,4H),7.20(m,8H),5.81(m,8H),2.24(m,8H),and −4.80(brs,2H).
[Synthesis Example 3]
Tetrakis (bicyclo [2.2.2] octadiene) porphyr
Production of in (CP-2) Synthesis was performed based on the description of [0060] to [0066] of JP-A-2003-304014. The resulting compound is referred to as compound CP-2. The LC analysis results are shown in Table 1. By mass spectrometry (FAB-MS method), m / z: 623 [M + +1] consistent with the mass of the target product was detected.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 10.40 (m, 4H), 7.20 (m, 8H), 5.81 (m, 8H), 2.24 (m, 8H), and -4.80 (brs) , 2H).
LC分析結果 LC analysis results
[合成例4]
POPy2の合成例
[Synthesis Example 4]
Synthesis example of POPy2
窒素雰囲気下、1−ブロモピレン(東京化成:14g、50mmol)を脱水THF(関東化学:200mL)に溶かし、―78℃に冷却した後、n−BuLi(関東化学:33mL、1.6M)をゆっくり滴下し、―78℃を保持したまま、30分撹拌した。つづ
いて、ジクロロフェニルホスフィン(東京化成:4.3g、9.0mmol)を滴下し、十分攪拌した後、室温まで昇温し、1.5時間撹拌した。得られた反応溶液にメタノール(純正化学)30mLを加え、得られた粗精製物をろ過し、ベンゼンを用いて再結晶することにより、10.7gの目的物を得た。ここで得られた化合物をTHF(純正化学)350mL、CH2Cl2(関東化学)300mL、アセトン(関東化学)100mLに溶かし、過酸化水素水(和光純薬:30%溶液10mL)を加え、室温で30分撹拌した。反応溶液に水30mLを加え600mLまで濃縮後、ろ過することにより、目的物(POPy2)を7.5g得た。
In a nitrogen atmosphere, 1-bromopyrene (Tokyo Kasei: 14 g, 50 mmol) was dissolved in dehydrated THF (Kanto Chemical: 200 mL), cooled to −78 ° C., and then n-BuLi (Kanto Chemical: 33 mL, 1.6 M) was slowly added. The solution was added dropwise and stirred for 30 minutes while maintaining -78 ° C. Subsequently, dichlorophenylphosphine (Tokyo Kasei: 4.3 g, 9.0 mmol) was added dropwise, and after sufficient stirring, the mixture was warmed to room temperature and stirred for 1.5 hours. 30 mL of methanol (Pure Chemical) was added to the resulting reaction solution, and the resulting crude product was filtered and recrystallized using benzene to obtain 10.7 g of the desired product. The compound obtained here was dissolved in 350 mL of THF (Pure Chemical), 300 mL of CH 2 Cl 2 (Kanto Chemical), 100 mL of acetone (Kanto Chemical), hydrogen peroxide (Wako Pure Chemicals: 10 mL of 30% solution) was added, Stir at room temperature for 30 minutes. The reaction solution was added with 30 mL of water, concentrated to 600 mL, and then filtered to obtain 7.5 g of the desired product (POPy 2 ).
[合成例5]
C60(QM)2(フラーレン化合物A)の合成
[Synthesis Example 5]
Synthesis of C 60 (QM) 2 (fullerene compound A)
窒素雰囲気下、500mL三口ナスフラスコ中、フラーレンC60(500mg、0.694mmol)、ヨウ化テトラn−ブチルアンモニウム(TBAI;1.28g、3.47mmol、5当量)、トルエン(230mL)を入れた。減圧脱気後、α、α’−ジブロモ−o−キシレン(916mg、3.47mmol、5当量)を加えて加熱還流した。10時間後、室温に戻し、シリカゲルろ過カラム(トルエン)に供し、濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(二硫化炭素:ヘキサン=1:2)に供した後、GPC精製(クロロホルム)を行うことにより、収率47%(304mg、0.328mmol)で目的物を得た。質量分析(APCI法、negative)により、目的物の質量と一致するm/z:928[M−]を検出した。ガラス転移温度はDSC法において250℃以下では観測されなかった。 Under a nitrogen atmosphere, fullerene C 60 (500 mg, 0.694 mmol), tetra-n-butylammonium iodide (TBAI; 1.28 g, 3.47 mmol, 5 equivalents), and toluene (230 mL) were placed in a 500 mL three-necked eggplant flask. . After degassing under reduced pressure, α, α′-dibromo-o-xylene (916 mg, 3.47 mmol, 5 equivalents) was added and heated to reflux. After 10 hours, the temperature was returned to room temperature, applied to a silica gel filtration column (toluene), and concentrated. After subjecting to silica gel column chromatography (carbon disulfide: hexane = 1: 2), GPC purification (chloroform) was performed to obtain the desired product in a yield of 47% (304 mg, 0.328 mmol). By mass spectrometry (APCI method, negative), m / z: 928 [M − ] corresponding to the mass of the target product was detected. The glass transition temperature was not observed below 250 ° C. in the DSC method.
[合成例6]
C60(Ind)2(フラーレン化合物B)の合成
[Synthesis Example 6]
Synthesis of C 60 (Ind) 2 (fullerene compound B)
C60(Ind)2の合成は、特許文献(国際公開第2008/018931号)を参考にして行い、異性体混合物として取得した。GPC精製(クロロホルム)を行うことにより精製し、質量分析(APCI法、negative)により、目的物の質量と一致する
m/z:952[M−]を検出した。ガラス転移温度はDSC法において200℃以下では観測されなかった。
The synthesis of C 60 (Ind) 2 was performed with reference to a patent document (International Publication No. 2008/018931), and obtained as an isomer mixture. It refine | purified by performing GPC refinement | purification (chloroform), m / z: 952 [M < - >] corresponding to the mass of a target object was detected by mass spectrometry (APCI method, negative). The glass transition temperature was not observed below 200 ° C. in the DSC method.
[合成例7]
C60(PCBM)(QM)(フラーレン化合物C)の合成
[Synthesis Example 7]
Synthesis of C60 (PCBM) (QM) (fullerene compound C)
窒素雰囲気下、500mL三口ナスフラスコ中、PCBM(1−(3−メトキシカルボニル)プロピル−1−フェニル(6,6)−C60、フロンティアカーボン社製E100H、1.0g、1.098mmol)、ヨウ化テトラn−ブチルアンモニウム(TBAI;2.03g、5.49mmol、5当量)、トルエン(200mL)を入れた。減圧脱気後、α、α’−ジブロモ−o−キシレン(1.45g、5.49mmol、5当量)を加えて加熱還流した。9時間後、室温に戻し、シリカゲルろ過カラム(トルエン)に供し、濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(トルエン)に供した後、GPC精製(クロロホルム)を行うことにより、収率49%(545mg、0.537mmol)で目的物(C60(PCBM)(QM))を得た。質量分析(APCI法、negative)により、目的物の質量と一致するm/z:1014[M−]を検出した。ガラス転移温度はDSC法において200℃以下では観測されなかった。 PCBM (1- (3-methoxycarbonyl) propyl-1-phenyl (6,6) -C 60 , E100H manufactured by Frontier Carbon Co., 1.0 g, 1.098 mmol), iodine in a 500 mL three-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere Tetra n-butylammonium bromide (TBAI; 2.03 g, 5.49 mmol, 5 equivalents) and toluene (200 mL) were added. After degassing under reduced pressure, α, α′-dibromo-o-xylene (1.45 g, 5.49 mmol, 5 equivalents) was added and heated to reflux. After 9 hours, the temperature was returned to room temperature, applied to a silica gel filtration column (toluene), and concentrated. After subjecting to silica gel column chromatography (toluene), GPC purification (chloroform) was performed to obtain the target product (C60 (PCBM) (QM)) with a yield of 49% (545 mg, 0.537 mmol). By mass spectrometry (APCI method, negative), m / z: 1014 [M − ] corresponding to the mass of the target product was detected. The glass transition temperature was not observed below 200 ° C. in the DSC method.
[合成例8]
C60(PCBM)(Ind)(フラーレン化合物D)の合成
[Synthesis Example 8]
Synthesis of C60 (PCBM) (Ind) (fullerene compound D)
窒素雰囲気下、200mL三口ナスフラスコ中、PCBM(1−(3−メトキシカルボニル)プロピル−1−フェニル(6,6)−C60、フロンティアカーボン社製E100H、300mg、0.329mmol)、インデン(0.46mL、3.95mmol)、o−ジクロロベンゼン(50mL)を入れ、減圧脱気後、21時間加熱還流した。溶媒を濃縮後、GPC精製(クロロホルム)を行うことにより、収率43%(145mg、0
.141mmol)で目的物(C60(PCBM)(Ind))を得た。質量分析(APCI法、positive)により、目的物の質量と一致するm/z:1026[M+]を検出した。ガラス転移温度はDSC法において200℃以下では観測されなかった。
PCBM (1- (3-methoxycarbonyl) propyl-1-phenyl (6,6) -C 60 , E100H manufactured by Frontier Carbon Corporation, 300 mg, 0.329 mmol), indene (0 .46 mL, 3.95 mmol) and o-dichlorobenzene (50 mL) were added, and after degassing under reduced pressure, the mixture was heated to reflux for 21 hours. After concentrating the solvent, GPC purification (chloroform) was performed to obtain a yield of 43% (145 mg, 0
. 141 mmol) to obtain the desired product (C60 (PCBM) (Ind)). By mass spectrometry (APCI method, positive), m / z: 1026 [M + ] corresponding to the mass of the target product was detected. The glass transition temperature was not observed below 200 ° C. in the DSC method.
[合成例9]
SIMEF(フラーレン化合物E)の合成
[Synthesis Example 9]
Synthesis of SIMEF (fullerene compound E)
フラーレン化合物Eの合成は、特許文献(国際公開第2009/008323号)に記載の方法で合成を行った。
[合成例10]
SIMEF2(フラーレン化合物F)の合成
The fullerene compound E was synthesized by the method described in the patent document (International Publication No. 2009/008323).
[Synthesis Example 10]
Synthesis of SIMEF2 (fullerene compound F)
フラーレン化合物Fの合成は、以下のように行った。
[中間体1]
クロロメチル(2−メトキシフェニル)ジメチルシラン、(o−An)Me2SiCH2Cl
The synthesis of fullerene compound F was performed as follows.
[Intermediate 1]
Chloromethyl (2-methoxyphenyl) dimethylsilane, (o-An) Me 2 SiCH 2 Cl
500−mL三口ナスフラスコに、窒素雰囲気下、臭化2−メトキシフェニルマグネシウムの1.0M THF溶液(100mL、0.1mol)を入れて室温で攪拌した。ここに、クロロメチルジメチルクロロシラン(11.25mL、0.085mol)をゆっくり滴下した。室温で1時間攪拌後、40℃で3時間攪拌した。室温に戻し、ゆっくりと水を加えた。酢酸エチルで抽出し、食塩水洗浄後、硫酸ナトリウム上で乾燥、ろ過し、減圧下濃縮した。得られた液体を減圧蒸留することにより、目的物(クロロメチル(2−メトキシフェニル)ジメチルシラン、(o−An)Me2SiCH2Cl)を無色液体として収率52%(11.2g、0.0522mol)で得た。 In a 500-mL three-necked eggplant flask, a 1.0 M THF solution (100 mL, 0.1 mol) of 2-methoxyphenylmagnesium bromide was placed in a nitrogen atmosphere and stirred at room temperature. Chloromethyldimethylchlorosilane (11.25 mL, 0.085 mol) was slowly added dropwise thereto. After stirring at room temperature for 1 hour, the mixture was stirred at 40 ° C. for 3 hours. It returned to room temperature and water was added slowly. The mixture was extracted with ethyl acetate, washed with brine, dried over sodium sulfate, filtered, and concentrated under reduced pressure. The obtained liquid was distilled under reduced pressure to give the target product (chloromethyl (2-methoxyphenyl) dimethylsilane, (o-An) Me 2 SiCH 2 Cl) as a colorless liquid in a yield of 52% (11.2 g, 0 0522 mol).
[中間体2]
1−(ジメチルフェニルシリルメチル)―1,9−ジヒドロ(C60−Ih)[5,6]フラーレン,C60(CH2SiMe2Ph)H
[Intermediate 2]
1- (Dimethylphenylsilylmethyl) -1,9-dihydro (C 60 -I h ) [5,6] fullerene, C 60 (CH 2 SiMe 2 Ph) H
窒素雰囲気下、N,N−ジメチルホルムアミド (6.45mL、83.3mmol)、フラーレンC60(2.00g、2.78mmol)、1,2−ジクロロベンゼン溶液(500mL)を混合し、脱気した後、窒素で復圧した。ここに、(クロロメチル)ジメチルフェニルシランから調整したGrignard試薬(PhMe2SiCH2MgCl、9.80mL、0.850M、8.33mmol)のTHF溶液を25℃で加えた。10分間攪拌した後、脱気した飽和塩化アンモニウム水溶液(1.0mL)を加え攪拌した。得られた溶液を濃縮した後、トルエン(200mL)に溶解させ、シリカゲルろ過カラムを通した後、濃縮した。メタノール(約100〜200mL)を加え、再沈させることにより茶色の固体を得た。得られた固体をHPLC(Buckyprep column,eluent:toluene/2−propanol=7/3)分取することにより、目的物である1−(ジメチルフェニルシリルメチル)―1,9−ジヒドロ(C60−Ih)[5,6]フラーレン(C60(CH2SiMe2Ph)H、1.99g、2.28mmol、82% isolated yield、analytically pure)を得た。 Under a nitrogen atmosphere, N, N-dimethylformamide (6.45 mL, 83.3 mmol), fullerene C 60 (2.00 g, 2.78 mmol) and 1,2-dichlorobenzene solution (500 mL) were mixed and degassed. Then, the pressure was restored with nitrogen. To this was added a THF solution of Grignard reagent (PhMe 2 SiCH 2 MgCl, 9.80 mL, 0.850 M, 8.33 mmol) prepared from (chloromethyl) dimethylphenylsilane at 25 ° C. After stirring for 10 minutes, degassed saturated aqueous ammonium chloride solution (1.0 mL) was added and stirred. The obtained solution was concentrated, dissolved in toluene (200 mL), passed through a silica gel filtration column, and concentrated. Methanol (about 100 to 200 mL) was added and reprecipitated to obtain a brown solid. The resulting solid HPLC (Buckyprep column, eluent: toluene / 2-propanol = 7/3) minute by preparative, the desired product 1- (dimethylphenylsilyl methyl) 1,9-dihydro (C 60 - I h ) [5,6] fullerene (C 60 (CH 2 SiMe 2 Ph) H, 1.99 g, 2.28 mmol, 82% isolated yield, analytically pure) was obtained.
[フラーレン化合物F(C60(CH2SiMe2Ph)[CH2SiMe2(o−An)])] [Fullerene Compound F (C 60 (CH 2 SiMe 2 Ph) [CH 2 SiMe 2 (o-An)])]
窒素雰囲気下、中間体2の製造で得られた1−(ジメチルフェニルシリルメチル)―1,9−ジヒドロ(C60−Ih)[5,6]フラーレン(C60(CH2SiMe2Ph)H、1.02g、1.17mmol)のベンゾニトリル溶液を脱気した後、t−ブトキシカリウム (1.41mL、1.0M、1.41mmol)のTHF溶液を25℃で加えた。10分間攪拌した後、中間体1の製造で得られたクロロメチル(2−メトキシフェニル)ジメチルシラン((o−An)Me2SiCH2Cl、5.03g、23.4mmol)とヨウ化カリウムを加え110℃で17時間攪拌した。得られた溶液に飽和塩化アンモニウム水溶液1.0mLを加え、濃縮した。得られた粗生成物にトルエン(100mL)を加え、ろ過濃縮した後、メタノール(ca.50〜100mL)を加え、再沈を行った。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(eluent: CS2/hexane = 1/1)精製に供し、続いてHPLC分取(Buckyprep
column,eluents:toluene/2−propanol=7/3)精製を行うことにより、目的物(0.810g、0.772mmol、66% isolated yield)を得た。
1- (Dimethylphenylsilylmethyl) -1,9-dihydro (C 60 -I h ) [5,6] fullerene (C 60 (CH 2 SiMe 2 Ph) obtained in the production of intermediate 2 under a nitrogen atmosphere After degassing the benzonitrile solution of H, 1.02 g, 1.17 mmol), a THF solution of t-butoxy potassium (1.41 mL, 1.0 M, 1.41 mmol) was added at 25 ° C. After stirring for 10 minutes, chloromethyl (2-methoxyphenyl) dimethylsilane ((o-An) Me 2 SiCH 2 Cl, 5.03 g, 23.4 mmol) obtained in the preparation of Intermediate 1 and potassium iodide were combined. The mixture was further stirred at 110 ° C. for 17 hours. To the obtained solution, 1.0 mL of a saturated aqueous ammonium chloride solution was added and concentrated. Toluene (100 mL) was added to the obtained crude product, and after concentration by filtration, methanol (ca. 50 to 100 mL) was added to perform reprecipitation. The obtained crude product was subjected to silica gel column chromatography (eluent: CS 2 / hexane = 1/1) purification, followed by HPLC preparative (Buckyprep).
column, elements: toluene / 2-propanol = 7/3) Purification was performed to obtain a target product (0.810 g, 0.772 mmol, 66% isolated yield).
[合成例11]
テトラベンゾポルフィリン(BP)の合成方法
合成例3で製造した化合物(CP−2)2.75gを窒素雰囲気下、三角フラスコの中にいれ、窒素雰囲気中のまま、280℃、3時間加熱した。色が完全に変化したことを確認した後、容器を室温まで戻し、褐色ガラスバイアル瓶に移し変えて、BP2.05g(収率90.9%)を得た。
[Synthesis Example 11]
Synthesis Method of Tetrabenzoporphyrin (BP) 2.75 g of the compound (CP-2) produced in Synthesis Example 3 was placed in an Erlenmeyer flask under a nitrogen atmosphere, and heated at 280 ° C. for 3 hours in the nitrogen atmosphere. After confirming that the color was completely changed, the container was returned to room temperature and transferred to a brown glass vial to obtain 2.05 g of BP (yield 90.9%).
[実施例1]
フラーレン化合物A(C60(QM)2)を用いた塗布変換型有機薄膜太陽電池
ITO電極がパターニングされたガラス基板上に、正孔取り出し層としてポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)水性分散液(エイチ・シー・スタルク社製 商品名「CLEVIOUSTM PVP AI4083」)をスピンコートにより塗布した後、当該基板を120℃のホットプレート上で大気中10分間、加熱処理を施した。その膜厚は約30nmであった。
[Example 1]
Application Conversion Type Organic Thin Film Solar Cell Using Fullerene Compound A (C 60 (QM) 2 ) Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (poly (3,4) as a hole extraction layer on a glass substrate on which an ITO electrode is patterned (Styrenesulfonic acid) aqueous dispersion (trade name “CLEVIOUS ™ PVP AI4083” manufactured by H.C. Starck Co., Ltd.) was applied by spin coating, and then the substrate was subjected to heat treatment on the hot plate at 120 ° C. for 10 minutes in the atmosphere. gave. The film thickness was about 30 nm.
窒素雰囲気下で上記基板をまず180℃で3分間加熱処理してから、合成例2で製造した塗布変換型ビシクロポルフィリン化合物CP−1を0.5重量%含むトルエン溶液を、ろ過し、上記基板上に1500rpmでスピンコートすることにより塗布した。窒素雰囲気下で上記基板を180℃で20分間加熱処理することにより、正孔取り出し層の上に約
25nmのp型半導体テトランベンゾポルフィリン(BP)の層を形成した。
The substrate was first heat-treated at 180 ° C. for 3 minutes under a nitrogen atmosphere, and then the toluene solution containing 0.5 wt% of the coating conversion type bicycloporphyrin compound CP-1 produced in Synthesis Example 2 was filtered, and the substrate was filtered. It was applied by spin coating at 1500 rpm. The substrate was heat-treated at 180 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere to form a p-type semiconductor tetranbenzoporphyrin (BP) layer having a thickness of about 25 nm on the hole extraction layer.
合成例3で製造した塗布変換型ビシクロポルフィリン化合物CP−2を0.75重量%とフラーレン化合物Fを1.75重量%含むクロロホルム:クロロベンゼン=1:1(重量比)溶液を調製し、ろ過し、窒素雰囲気下で得られたろ液を1500rpmでスピンコートし、180℃で20分間加熱した。これによって、p型半導体の層上に約100nmのテトラベンゾポルフィリン(BP)と合成例10で製造したフラーレン化合物Fとを含む混合物層を形成した。 A chloroform: chlorobenzene = 1: 1 (weight ratio) solution containing 0.75% by weight of the coating conversion type bicycloporphyrin compound CP-2 produced in Synthesis Example 3 and 1.75% by weight of the fullerene compound F was prepared and filtered. The filtrate obtained in a nitrogen atmosphere was spin-coated at 1500 rpm and heated at 180 ° C. for 20 minutes. As a result, a mixture layer containing about 100 nm of tetrabenzoporphyrin (BP) and the fullerene compound F produced in Synthesis Example 10 was formed on the p-type semiconductor layer.
次に、トルエンに合成例5で製造したフラーレン化合物Aを0.65重量%溶解した液を調製し、ろ過し、窒素雰囲気下で得られたろ液を3000rpmでスピンコートし、120℃で5分間加熱処理を施した。これによって、混合物層のフラーレン化合物Fはフラーレン化合物Aによって置換され、テトラベンゾポルフィリン(BP)層上にフラーレン化合物Aの層を形成した。 Then, a solution prepared by dissolving the fullerene compound A prepared in Synthesis Example 5 in toluene 0.65 wt% to steel tone, filtered, and spin-coated at 3000rpm The obtained filtrate under a nitrogen atmosphere, 5 at 120 ° C. Heat treatment was performed for a minute. As a result, the fullerene compound F in the mixture layer was replaced by the fullerene compound A, and a fullerene compound A layer was formed on the tetrabenzoporphyrin (BP) layer.
続いて、真空蒸着装置内に配置されたメタルボートに合成例4で合成したPOPy2を入れ、加熱して、膜厚6nmになるまで蒸着し、フラーレン化合物Aの層上にバッファ層を形成した。
更に、バッファ層の上に真空蒸着により厚さが80nmのアルミニウム電極を設けた後、この太陽電池を180℃のホットプレートで10分間、210℃のホットプレートで10分間、220℃のホットプレートで10分間、230℃のホットプレートで10分間、加熱することによって、光電変換素子を作製した。
Subsequently, POPy2 synthesized in Synthesis Example 4 was placed in a metal boat arranged in a vacuum vapor deposition apparatus, heated and evaporated to a film thickness of 6 nm, and a buffer layer was formed on the fullerene compound A layer.
Further, after an aluminum electrode having a thickness of 80 nm is provided on the buffer layer by vacuum deposition, the solar cell is placed on a hot plate at 180 ° C. for 10 minutes, on a hot plate at 210 ° C. for 10 minutes, and on a hot plate at 220 ° C. The photoelectric conversion element was produced by heating for 10 minutes with a 230 degreeC hotplate for 10 minutes.
ガラス板を封止板として用いて封止した太陽電池に、ITO電極側からソーラシミュレーター(AM1.5G)で100mW/cm2の強度の光を照射し、ソースメーター(ケイスレー社製、2400型)にて、ITO電極とアルミニウム電極と間における電流−電圧特性を測定した。その後、基板温度85℃に設定した英弘精機株式会社製屋内太陽電池耐久性試験装置ECL−350で光照射を一定の時間連続照射した。電流−電圧特性を測定する際は、一旦、ECL−350から取り出して、室温下で、電流−電圧特性(耐久性試験)を測定した。各時間の変換効率(%)ならびに初期を100%としたときの各時間の変換効率を耐久性(%)とし、表2に記載した。 A solar cell sealed using a glass plate as a sealing plate was irradiated with light of 100 mW / cm 2 from the ITO electrode side with a solar simulator (AM1.5G), and a source meter (type 2400, manufactured by Keithley) The current-voltage characteristics between the ITO electrode and the aluminum electrode were measured. After that, light irradiation was continuously performed for a certain period of time with an indoor solar cell durability test apparatus ECL-350 manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd. set at a substrate temperature of 85 ° C. When measuring the current-voltage characteristics, the current-voltage characteristics (durability test) were measured at room temperature once taken out from ECL-350. Table 2 shows the conversion efficiency (%) at each time and the conversion efficiency at each time when the initial value is 100% as durability (%).
[実施例2]
フラーレン化合物Bを用いた塗布変換型有機薄膜太陽電池
実施例1において、フラーレン化合物Aの代わりに、合成例6で得られた化合物Bを用いた以外は、同様にして、太陽電池を作製し、耐久性試験を行った。各時間の変換効率(%)ならびに耐久性(%)を表2に記載した。
[Example 2]
Coating Conversion Type Organic Thin Film Solar Cell Using Fullerene Compound B In Example 1, a solar cell was prepared in the same manner except that Compound B obtained in Synthesis Example 6 was used instead of Fullerene Compound A. A durability test was conducted. Table 2 shows the conversion efficiency (%) and durability (%) at each time.
[実施例3]
フラーレン化合物Cを用いた塗布変換型有機薄膜太陽電池
実施例1において、フラーレン化合物Aの代わりに、合成例7で得られたフラーレン化合物Cを用いた以外は、同様にして、太陽電池を作製し、耐久性試験を行った。各時間の変換効率(%)ならびに耐久性(%)を表2に記載した。
[Example 3]
Coating Conversion Organic Thin Film Solar Cell Using Fullerene Compound C In Example 1, a solar cell was prepared in the same manner except that the fullerene compound C obtained in Synthesis Example 7 was used instead of the fullerene compound A. A durability test was conducted. Table 2 shows the conversion efficiency (%) and durability (%) at each time.
[実施例4]
フラーレン化合物Dを用いた塗布変換型有機薄膜太陽電池
実施例1において、フラーレン化合物Aの代わりに、合成例8で得られたフラーレン化合物Dを用いた以外は、同様にして、太陽電池を作製し、耐久性試験を行った。各時間の変換効率(%)ならびに耐久性(%)を表2に記載した。
[Example 4]
Application Conversion Type Organic Thin Film Solar Cell Using Fullerene Compound D In Example 1, a solar cell was prepared in the same manner except that fullerene compound D obtained in Synthesis Example 8 was used instead of fullerene compound A. A durability test was conducted. Table 2 shows the conversion efficiency (%) and durability (%) at each time.
[比較例1]
フラーレン化合物Cを用いた塗布変換型有機薄膜太陽電池
ITO電極がパターニングされたガラス基板上に、正孔取り出し層としてポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)水性分散液(エイチ・シー・スタルク社製 商品名「CLEVIOUSTM PVP AI4083」)をスピンコートにより塗布した後、当該基板を120℃のホットプレート上で大気中10分間、加熱処理を施した。その膜厚は約30nmであった。
[Comparative Example 1]
Application Conversion Type Organic Thin Film Solar Cell Using Fullerene Compound C Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) aqueous dispersion (as a hole extraction layer) on a glass substrate on which an ITO electrode is patterned ( The product name “CLEVIOUS ™ PVP AI4083” manufactured by H.C. Starck Co., Ltd.) was applied by spin coating, and then the substrate was subjected to heat treatment on the hot plate at 120 ° C. for 10 minutes in the air. The film thickness was about 30 nm.
メタルボートに合成例11で合成したテトラベンゾポルフィリン(BP)を入れ、上記基板上に真空蒸着し、その後、窒素雰囲気下で上記基板を180℃で20分間加熱処理することにより、正孔取り出し層の上に約25nmのp型半導体の層を形成した。 A tetrabenzoporphyrin (BP) synthesized in Synthesis Example 11 is placed in a metal boat, vacuum-deposited on the substrate, and then the substrate is heat-treated at 180 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere to thereby obtain a hole extraction layer. A p-type semiconductor layer having a thickness of about 25 nm was formed thereon.
クロロホルム/モノクロロベンゼンの1:1混合溶媒(重量)に、合成例3で得られた化合物CP−2を0.6重量%と合成例9で得られたフラーレン化合物Eを1.4重量%溶解した液を調製し、ろ過し、窒素雰囲気下で得られたろ液を1500rpmでスピンコートし、180℃で20分間加熱した。これによって、p型半導体の層上にテトラベンゾポルフィリン(BP)とフラーレン化合物Eを含む混合物層を形成した。 In a 1: 1 mixed solvent (weight) of chloroform / monochlorobenzene, 0.6% by weight of compound CP-2 obtained in Synthesis Example 3 and 1.4% by weight of fullerene compound E obtained in Synthesis Example 9 were dissolved. The filtrate was prepared, filtered, and the filtrate obtained under a nitrogen atmosphere was spin-coated at 1500 rpm and heated at 180 ° C. for 20 minutes. Thus, a mixture layer containing tetrabenzoporphyrin (BP) and fullerene compound E was formed on the p-type semiconductor layer.
次に、トルエンにフラーレン化合物Eを1.2重量%溶解した液を調整し、ろ過し、窒
素雰囲気下で得られたろ液を3000rpmでスピンコートし、120℃で5分間加熱処理を施した。これによって、混合物層上にフラーレン化合物Eの層を形成した。
その後、80nmの膜厚のアルミニウムを抵抗加熱型真空蒸着法により成膜させ、5mm角のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。ガラス板を封止板として用いて封止した太陽電池に4mm角のメタルマスクを付け、ITO電極側からソーラシミュレーター(AM1.5G)で100mW/cm2の強度の光を照射し、ソースメーター(ケイスレー社製、2400型)にて、ITO電極とアルミニウム電極と間における電流−電圧特性を測定した。その後、基板温度85℃に設定した英弘精機株式会社製屋内太陽電池耐久性試験装置ECL−350で光照射を一定の時間連続照射した。電流−電圧特性を測定する際は、一旦、ECL−350から取り出して、室温下で、電流−電圧特性(耐久性試験)を測定した。各時間の変換効率(%)ならびに初期を100%としたときの各時間の変換効率を耐久性(%)とし、表2に記載した。
Next, a solution in which 1.2% by weight of fullerene compound E was dissolved in toluene was prepared, filtered, and the filtrate obtained in a nitrogen atmosphere was spin-coated at 3000 rpm, and heat-treated at 120 ° C. for 5 minutes. Thus, a fullerene compound E layer was formed on the mixture layer.
Thereafter, aluminum having a thickness of 80 nm was formed by resistance heating vacuum deposition to produce a 5 mm square bulk heterojunction organic thin film solar cell. A solar cell sealed with a glass plate as a sealing plate is attached with a 4 mm square metal mask, irradiated with light of 100 mW / cm 2 with a solar simulator (AM1.5G) from the ITO electrode side, and a source meter ( The current-voltage characteristics between the ITO electrode and the aluminum electrode were measured using a 2400 model manufactured by Keithley. After that, light irradiation was continuously performed for a certain period of time with an indoor solar cell durability test apparatus ECL-350 manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd. set at a substrate temperature of 85 ° C. When measuring the current-voltage characteristics, the current-voltage characteristics (durability test) were measured at room temperature once taken out from ECL-350. Table 2 shows the conversion efficiency (%) at each time and the conversion efficiency at each time when the initial value is 100% as durability (%).
[比較例2]
高分子型有機薄膜太陽電池
電子供与性分子構造を有するレジオレギュラーポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT、Rieke Metals社製)及び合成例6で得られたフラーレン化合物Bを重量比1:0.8で、2.1重量%の濃度でo−ジクロロベンゼンに溶解させた。得られた溶液を、40℃で窒素雰囲気中、4時間スターラーで攪拌混合した。0.45μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過し、光電変換層塗布液を作製した。
[Comparative Example 2]
Polymer type organic thin film solar cell Regioregular poly-3-hexylthiophene (P3HT, manufactured by Rieke Metals) having an electron-donating molecular structure and fullerene compound B obtained in Synthesis Example 6 at a weight ratio of 1: 0.8 And dissolved in o-dichlorobenzene at a concentration of 2.1% by weight. The obtained solution was stirred and mixed with a stirrer at 40 ° C. in a nitrogen atmosphere for 4 hours. The solution was filtered through a 0.45 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter to prepare a photoelectric conversion layer coating solution.
155nmの厚みでインジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を堆積したガラス基板を界面活性剤による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、120℃で大気中5分間加熱乾燥した。最後に紫外線オゾン洗浄を行なった。
この透明基板上に、0.45μmのポリフッ化ビニリデン(PVDF)フィルターで濾過したポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)水性分散液(エイチ・シー・スタルク社製 商品名「CLEVIOUSTM PVP AI4083」)をスピンコートした後、120℃で大気中10分間加熱乾燥した。更に窒素雰囲気下で上記基板を180℃で3分間加熱処理を施した。その膜厚は60nmであった。
A glass substrate on which an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film with a thickness of 155 nm is deposited is cleaned in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant, water with ultrapure water, and ultrasonic cleaning with ultrapure water, followed by nitrogen blowing. And dried by heating at 120 ° C. in the air for 5 minutes. Finally, ultraviolet ozone cleaning was performed.
On this transparent substrate, an aqueous dispersion of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) filtered through a 0.45 μm polyvinylidene fluoride (PVDF) filter (manufactured by HC Starck Co., Ltd.) After spin-coating “CLEVIOUS ™ PVP AI4083”), it was dried by heating at 120 ° C. in air for 10 minutes. Further, the substrate was heat-treated at 180 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere. The film thickness was 60 nm.
窒素雰囲気下でガラス基板上に、前記光電変換層塗布液をスピンコートで塗布することにより、200nmの厚みの活性層を形成させた。窒素雰囲気中150℃で10分アニーリング処理を行った。その後、80nmの膜厚のアルミニウムを抵抗加熱型真空蒸着法により成膜させ、5mm角のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。
照射光源としてエアマス(AM)1.5、放射照度100mW/cm2のソーラシミュレータを用い、ソースメーター(ケイスレー社製、2400型)により、作製した太陽電池の電流電圧特性を4mm角のメタルマスクを付けて測定した。耐久性試験は基板温度85℃に設定した英弘精機株式会社製屋内太陽電池耐久性試験装置ECL−350で擬似太陽光を22時間連続照射することにより評価した。各時間の変換効率(%)ならびに初期を100%としたときの各時間の変換効率を耐久性(%)とし、表2に記載した。
The photoelectric conversion layer coating solution was applied by spin coating on a glass substrate under a nitrogen atmosphere, thereby forming an active layer having a thickness of 200 nm. Annealing treatment was performed at 150 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Thereafter, aluminum having a thickness of 80 nm was formed by resistance heating vacuum deposition to produce a 5 mm square bulk heterojunction organic thin film solar cell.
Using a solar simulator with air mass (AM) 1.5 and irradiance of 100 mW / cm 2 as the irradiation light source, a 4 mm square metal mask is used to measure the current-voltage characteristics of the produced solar cell with a source meter (Type 2400 manufactured by Keithley). It was attached and measured. The durability test was evaluated by continuously irradiating simulated sunlight for 22 hours with an indoor solar cell durability test apparatus ECL-350 manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd. set at a substrate temperature of 85 ° C. Table 2 shows the conversion efficiency (%) at each time and the conversion efficiency at each time when the initial value is 100% as durability (%).
以上より、実施例は比較例と比較して、有機太陽電池素子の光電変換効率及び耐久性が向上したことが判る。 As mentioned above, it turns out that the Example improved the photoelectric conversion efficiency and durability of the organic solar cell element compared with the comparative example.
100 基板
101 アノード(透明電極)
102 正孔取り出し層
103 p型半導体化合物層
104 p型半導体化合物とn型半導体化合物の混合層
105 n型半導体化合物層
106 電子取り出し層
107 カソード(対向電極)
108 活性層
109 光電変換素子
1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3、9 ガスバリアフィルム
4、8 ゲッター材フィルム
5、7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
11 シール材
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
100 Substrate 101 Anode (transparent electrode)
102 hole extraction layer 103 p-type semiconductor compound layer 104 mixed layer 105 of p-type semiconductor compound and n-type semiconductor compound n-type semiconductor compound layer 106 electron extraction layer 107 cathode (counter electrode)
108 Active layer 109 Photoelectric conversion element 1 Weather-resistant protective film
2 UV cut film
3, 9 Gas barrier film
4, 8 Getter material film
5, 7 Sealing material
6 Solar cell elements
10 Back sheet
11 Sealing material
12 Base material
13 Solar cell module
14 Thin film solar cells
Claims (6)
該フラーレン化合物が下記のフラーレン化合物A又は下記のフラーレン化合物Bであることを特徴とする光電変換素子。
The fullerene compound is the following fullerene compound A or the following fullerene compound B, A photoelectric conversion device.
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