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JP7567223B2 - Photoelectric conversion element and composition for forming photoelectric conversion layer - Google Patents

Photoelectric conversion element and composition for forming photoelectric conversion layer Download PDF

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JP7567223B2 JP2020106206A JP2020106206A JP7567223B2 JP 7567223 B2 JP7567223 B2 JP 7567223B2 JP 2020106206 A JP2020106206 A JP 2020106206A JP 2020106206 A JP2020106206 A JP 2020106206A JP 7567223 B2 JP7567223 B2 JP 7567223B2
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Description

本発明は、光電変換素子及び光電変換層形成用組成物に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element and a composition for forming a photoelectric conversion layer.

光エネルギーを電気エネルギーに変える光電変換素子は、太陽電池、光センサー、複写機などに利用されている。これらの内、光エネルギーとして近赤外光を使用した光センサーは、暗視、測距、セキュリティ、半導体ウエハ検査等への用途展開が注目されている。量子ドットは、ナノサイズの半導体粒子であり、ブロードな吸収スペクトル示し、粒径の大きさにより吸収端の波長を制御できることから、近年、光電変換素子や太陽電池等の光電変換の材料に用いた研究が行われている。特に、光電変換素子の特性を向上するために量子ドット表面に配位するリガンドの検討が行われている。 Photoelectric conversion elements that convert light energy into electrical energy are used in solar cells, optical sensors, copiers, etc. Among these, optical sensors that use near-infrared light as light energy are attracting attention for their potential applications in night vision, distance measurement, security, semiconductor wafer inspection, etc. Quantum dots are nano-sized semiconductor particles that exhibit broad absorption spectra and the wavelength of the absorption edge can be controlled by the particle size. In recent years, research has been conducted into their use as photoelectric conversion materials for photoelectric conversion elements and solar cells. In particular, investigations are being conducted into ligands that coordinate to the surface of quantum dots in order to improve the properties of photoelectric conversion elements.

例えば、特許文献1には、PbSeからなる量子ドット表面のリガンドをオレイン酸から1,3-ベンゼンジチオールに替えることよって、量子ドット同士が近接化し、光活性層の電気伝導性が増大することが報告されている。
また、特許文献2では、ベンゼンチオール、ベンゼンジチオール、3-メルカプトプロピオン酸、エチレンジアミン、テトラブチルアンモニウムのハライド塩等をリガンドとして用いることで、量子ドットのエネルギーレベルを制御し、光電変換素子特性が向上することが開示されている。
また、非特許文献1には、桂皮酸、4-シアノ桂皮酸、4-トリフルオロメチル桂皮酸、3,5-ジフルオロ桂皮酸、2,6-ジフルオロ桂皮酸、4-メトキシ桂皮酸、4-ジメチルアミノ桂皮酸をリガンドとして用いることで、量子ドットのエネルギーレベルを制御し、光電変換素子特性が向上することが開示されている。
For example, Patent Document 1 reports that by changing the ligand on the surface of quantum dots made of PbSe from oleic acid to 1,3-benzenedithiol, the quantum dots are brought into close proximity with each other, and the electrical conductivity of the photoactive layer is increased.
Furthermore, Patent Document 2 discloses that the energy level of quantum dots can be controlled by using benzenethiol, benzenedithiol, 3-mercaptopropionic acid, ethylenediamine, a halide salt of tetrabutylammonium, or the like as a ligand, thereby improving the characteristics of a photoelectric conversion element.
In addition, Non-Patent Document 1 discloses that the energy level of quantum dots can be controlled and the characteristics of photoelectric conversion elements can be improved by using cinnamic acid, 4-cyanocinnamic acid, 4-trifluoromethylcinnamic acid, 3,5-difluorocinnamic acid, 2,6-difluorocinnamic acid, 4-methoxycinnamic acid, or 4-dimethylaminocinnamic acid as a ligand.

特表2016-532301号公報Special table 2016-532301 publication 特表2017-516320号公報Special table 2017-516320 publication

Daniel M.Kropaら著、「Tuning colloidal quantum dot band edge position through solution-phase surface chemistry modification」(NATURE COMMUNICATIONS | DOI:10.1038/noomms15257)Daniel M. Kropa et al., “Tuning colloidal quantum dot band edge position through solution-phase surface chemistry modification” (NATURE COMMUNICATION S | DOI: 10.1038/noomms15257)

しかしながら、上記の技術では、量子ドットを用いて作成した素子性能の経時安定性に 乏しく耐久性が劣ることが問題となっていた。したがって、本発明が解決しようとする 課題は、耐久性に優れた光電変換素子と光電変換層形成用組成物を提供することにある 。 However, the above technology has the problem that the performance of elements created using quantum dots is poorly stable over time and has poor durability. Therefore, the problem that the present invention aims to solve is to provide a photoelectric conversion element and a composition for forming a photoelectric conversion layer that are excellent in durability.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、一対の電極間に光電変換層を有してなる光電変換素子であって、光電変換層が、表面処理剤と半導体粒子とを含んでなり、表面処理剤が、ジアリールアミン骨格、キノリン骨格及びインドール骨格からなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造と、カルボキシル基及びスルファニル基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基とを有する光電変換素子に関する。
The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems and have arrived at the present invention.
That is, the present invention relates to a photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer between a pair of electrodes, the photoelectric conversion layer comprising a surface treatment agent and semiconductor particles, and the surface treatment agent has at least one partial structure selected from the group consisting of a diarylamine skeleton, a quinoline skeleton, and an indole skeleton, and at least one group selected from the group consisting of a carboxyl group and a sulfanyl group.

また、本発明は、表面処理剤が、下記一般式(1)、一般式(2)又は一般式(3)で 表される構造を有する上記光電変換素子に関する。
一般式(1)
The present invention also relates to the above photoelectric conversion element, wherein the surface treatment agent has a structure represented by the following general formula (1), general formula (2) or general formula (3):
General formula (1)

Figure 0007567223000001
Figure 0007567223000001

[一般式(1)中、X1は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、又は置換基を有してもよいアシル基であり、R1~R8は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよいアシル基、置換基を有してもよいアミノ基、置換基を有してもよい(ポリ)オルガノシロキシ基、カルボキシル基又はスルファニル基であり、X1及びR1~R8の内、少なくとも一つが、カルボキシル基、スルファニル基、カルボキシル基を有する基又はスルファニル基を有する基である。]

一般式(2)
[In general formula (1), X 1 is a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or an acyl group which may have a substituent; R 1 to R 8 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, an acyl group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, a (poly)organosiloxy group which may have a substituent, a carboxyl group, or a sulfanyl group; and at least one of X 1 and R 1 to R 8 is a carboxyl group, a sulfanyl group, a group having a carboxyl group, or a group having a sulfanyl group.]

General formula (2)

Figure 0007567223000002
Figure 0007567223000002

[一般式(2)中、R11~R25は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよいアシル基、置換基を有してもよい(ポリ)オルガノシロキシ基、ニトロ基、置換基を有してもよいアミノ基、カルボキシル基又はスルファニル基であり、R11~R25の内、少なくとも一つが、カルボキシル基、スルファニル基、カルボキシル基を有する基又はスルファニル基を有する基である。]

一般式(3)
[In general formula (2), R 11 to R 25 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, an acyl group which may have a substituent, a (poly)organosiloxy group which may have a substituent, a nitro group, an amino group which may have a substituent, a carboxyl group, or a sulfanyl group, and at least one of R 11 to R 25 is a carboxyl group, a sulfanyl group, a group having a carboxyl group, or a group having a sulfanyl group.]

General formula (3)

Figure 0007567223000003
Figure 0007567223000003

[一般式(3)中、X2は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基(ただしフェニル基を除く)、又は置換基を有してもよいアシル基であり、R26~R35は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよい(ポリ)オルガノシロキシ基、置換基を有してもよいアミノ基、置換基を有してもよいアシル基、カルボキシル基又はスルファニル基であり、X2及びR26~R35の内、少なくとも一つが、カルボキシル基、スルファニル基、カルボキシル基を有する基又はスルファニル基を有する基である。] [In general formula (3), X 2 is a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent (excluding a phenyl group), or an acyl group which may have a substituent; R 26 to R 35 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, a (poly)organosiloxy group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, an acyl group which may have a substituent, a carboxyl group, or a sulfanyl group; and at least one of X 2 and R 26 to R 35 is a carboxyl group, a sulfanyl group, a group having a carboxyl group, or a group having a sulfanyl group.]

また、本発明は、半導体粒子が、波長700~2500nmの電磁波を吸収し得る請求 項1又は2記載の光電変換素子に関する。 The present invention also relates to a photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, in which the semiconductor particles are capable of absorbing electromagnetic waves having a wavelength of 700 to 2500 nm.

また、本発明は、半導体粒子が、PbS、PbSe及びAg2Sからなる群より選ばれ る一種以上を含んでなる上記光電変換素子に関する。 The present invention also relates to the above photoelectric conversion element, wherein the semiconductor particles contain at least one member selected from the group consisting of PbS, PbSe and Ag 2 S.

また、本発明は、ジアリールアミン骨格、キノリン骨格及びインドール骨格からなる群 から選ばれる少なくとも一種の部分構造と、カルボキシル基及びスルファニル基からな る群から選ばれる少なくとも一種の基とを有する表面処理剤と半導体粒子とを含んでな る光電変換層形成用組成物に関する。 The present invention also relates to a composition for forming a photoelectric conversion layer, comprising a surface treatment agent having at least one partial structure selected from the group consisting of a diarylamine skeleton, a quinoline skeleton, and an indole skeleton, and at least one group selected from the group consisting of a carboxyl group and a sulfanyl group, and semiconductor particles.

本発明によれば、耐久性に優れる光電変換素子を得ることができる。 According to the present invention, a photoelectric conversion element with excellent durability can be obtained.

以下、本発明の実施形態について説明する。
<光電変換層>
光電変換層は、電荷分離に寄与し、電磁波(主として光)の吸収によって生じた電子及び正孔をそれぞれ反対方向の電極に向かって輸送する機能を有しているが、本発明に用いられる光電変換層は、ジアリールアミン骨格、キノリン骨格及びインドール骨格からなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造と、カルボキシル基及びスルファニル基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基とを有する表面処理剤と半導体粒子とを含んでなる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
<Photoelectric conversion layer>
The photoelectric conversion layer contributes to charge separation and has the function of transporting electrons and holes generated by absorption of electromagnetic waves (mainly light) toward electrodes in the opposite directions, respectively. The photoelectric conversion layer used in the present invention comprises semiconductor particles and a surface treatment agent having at least one partial structure selected from the group consisting of a diarylamine skeleton, a quinoline skeleton, and an indole skeleton, and at least one group selected from the group consisting of a carboxyl group and a sulfanyl group.

<半導体粒子>
光電変換層は、半導体粒子を含有する。本明細書における半導体粒子とは、半導体からなる平均粒径0.5nm~100nmの粒子を指す。半導体粒子の平均粒径は、安定性及び光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは1nm以上、より好ましくは1.5nm以上、更に好ましくは2nm以上であり、成膜性及び光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは20nm以下、より好ましくは10nm以下である。尚、本明細書における半導体粒子の粒径は、透過型電子顕微鏡観察によって測定した数値である。半導体粒子は、化合物半導体を含有することが好ましい。化合物半導体としては、周期表1族元素、2族元素、10族元素、11族元素、12族元素、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素及び17族元素からなる群から選ばれる少なくとも2種以上の元素を含む化合物からなる半導体であることが好ましい。半導体粒子は、波長700~2500nmの電磁波を吸収し得ることが好ましい。波長700~2500nmの電磁波は、一般に近赤外光(近赤外線ともいう)と呼称され、半導体粒子が波長700~2500nmの電磁波を吸収し得るためには、半導体粒子が波長700~2500nmの電磁波を吸収し得る化合物半導体を含有することが好ましい。波長700~2500nmの電磁波を吸収し得る化合物半導体としては、例えば、ペロブスカイト結晶構造を有する化合物半導体や金属カルコゲナイド(例えば、酸化物、硫化物、セレン化物、及びテルル化物など)が挙げられる。ペロブスカイト結晶構造を有する化合物半導体としては、具体的には、CH3NH3PbF3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbI3、CsPbF3、CsPbCl3、CsPbBr3、CsPbI3、RbPbF3、RbPbCl3、RbPbBr3、RbPbI3、KPbF3、KPbCl3、KPbBr3、KPbI3などが挙げられる。また、金属カルコゲナイドとしては、具体的には、PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Sb23、Bi23、Ag2S、Ag2Se、Ag2Te、Au2S、Au2Se、Au2Te、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te、Fe2S、Fe2Se、Fe2Te、In2S3、SnS、SnSe、SnTe、CuInS2、CuInSe2、CuInTe2、EuS、EuSe、EuTeなどが挙げられる。これらの中でも、PbS、PbSe、Ag2Sが好ましい。
<Semiconductor particles>
The photoelectric conversion layer contains semiconductor particles. In this specification, the semiconductor particles refer to particles made of a semiconductor and having an average particle size of 0.5 nm to 100 nm. The average particle size of the semiconductor particles is preferably 1 nm or more, more preferably 1.5 nm or more, and even more preferably 2 nm or more, from the viewpoint of improving stability and photoelectric conversion efficiency, and is preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, from the viewpoint of improving film formability and photoelectric conversion efficiency. The particle size of the semiconductor particles in this specification is a value measured by observation with a transmission electron microscope. The semiconductor particles preferably contain a compound semiconductor. The compound semiconductor is preferably a semiconductor made of a compound containing at least two or more elements selected from the group consisting of Group 1 elements, Group 2 elements, Group 10 elements, Group 11 elements, Group 12 elements, Group 13 elements, Group 14 elements, Group 15 elements, Group 16 elements, and Group 17 elements of the periodic table. The semiconductor particles are preferably capable of absorbing electromagnetic waves with a wavelength of 700 to 2500 nm. Electromagnetic waves with wavelengths of 700 to 2500 nm are generally called near-infrared light (also called near-infrared rays), and in order for semiconductor particles to be able to absorb electromagnetic waves with wavelengths of 700 to 2500 nm, it is preferable that the semiconductor particles contain a compound semiconductor capable of absorbing electromagnetic waves with wavelengths of 700 to 2500 nm. Examples of compound semiconductors capable of absorbing electromagnetic waves with wavelengths of 700 to 2500 nm include compound semiconductors having a perovskite crystal structure and metal chalcogenides (e.g., oxides, sulfides, selenides, tellurides, etc.). Specific examples of compound semiconductors having a perovskite crystal structure include CH3NH3PbF3 , CH3NH3PbCl3 , CH3NH3PbBr3 , CH3NH3PbI3 , CsPbF3 , CsPbCl3 , CsPbBr3 , CsPbI3 , RbPbF3 , RbPbCl3 , RbPbBr3 , RbPbI3 , KPbF3 , KPbCl3 , KPbBr3 , KPbI3 , etc. Specific examples of metal chalcogenides include PbS , PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe , Sb2S3 , Bi2S3 , Ag2S , Ag2Se , Ag2Te , Au2S, Au2Se , Au2Te , Cu2S , Cu2Se, Cu2Te, Fe2S , Fe2Se , Fe2Te , In2S3 , SnS, SnSe, SnTe, CuInS2 , CuInSe2 , CuInTe2 , EuS, EuSe , EuTe , etc. Among these, PbS, PbSe, and Ag2S are preferred .

<表面処理剤>
本発明における表面処理剤は、ジアリールアミン骨格、キノリン骨格及びインドール骨格からなる群から選ばれる少なくとも一種の部分構造と、カルボキシル基及びスルファニル基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基とを有する。ここで、カルボキシル基及びスルファニル基は、半導体粒子表面に対する吸着部位として作用する。表面処理剤は、1種を単独で、又は2種以上を併用して用いることができる。上記ジアリールアミン骨格は、更にアミン窒素原子上にアリール基を有するトリアリールアミン骨格や、アリール基同士が結合して環を形成したカルバゾール骨格を包含する。
<Surface treatment agent>
The surface treatment agent in the present invention has at least one partial structure selected from the group consisting of a diarylamine skeleton, a quinoline skeleton, and an indole skeleton, and at least one group selected from the group consisting of a carboxyl group and a sulfanyl group. Here, the carboxyl group and the sulfanyl group act as adsorption sites for the semiconductor particle surface. The surface treatment agent can be used alone or in combination of two or more types. The diarylamine skeleton further includes a triarylamine skeleton having an aryl group on the amine nitrogen atom, and a carbazole skeleton in which aryl groups are bonded to each other to form a ring.

表面処理剤は、光電変換素子の経時での耐久性から、ジアリールアミン骨格を有することが好ましい。より好ましくは、一般式(1)、一般式(2)又は一般式(3)で表される構造を有する表面処理剤である。これは、半導体粒子を劣化させる酸素や水への遮蔽効果に優れているものと推測される。 From the viewpoint of durability over time of the photoelectric conversion element, it is preferable that the surface treatment agent has a diarylamine skeleton. More preferably, the surface treatment agent has a structure represented by general formula (1), general formula (2), or general formula (3). This is presumed to have an excellent shielding effect against oxygen and water that deteriorate semiconductor particles.

以下に、上記一般式(1)~(3)における置換基について説明する。
アルキル基は、直鎖、分岐のアルキル基であり、組成物中における半導体微粒子の含有率を高めることが可能となる点から、処理剤の分子量は小さいことが好ましく、アルキル基の炭素数が1~30であることが好ましい。 上記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ヘキシル基、ドデシル基、エイコシル基等の直鎖アルキル基;2-エチルヘキシル基等の分岐アルキル基が挙げられる。
The substituents in the above general formulas (1) to (3) will be described below.
The alkyl group is a straight-chain or branched alkyl group, and since it is possible to increase the content of semiconductor fine particles in the composition, it is preferable that the molecular weight of the treating agent is small, and the number of carbon atoms of the alkyl group is preferably from 1 to 30. Examples of the alkyl group include straight-chain alkyl groups such as a methyl group, an ethyl group, a hexyl group, a dodecyl group, and an eicosyl group; and branched alkyl groups such as a 2-ethylhexyl group.

アリール基は、芳香炭化水素環から形式的に水素原子を1つ取り除いた残基であり、より好ましくは、炭素数6から30の芳香炭化水素環から形式的に水素原子を1つ取り除いた残基である。芳香炭化水素環としては例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、ピレン環ビフェニル基、ターフェニル基等を挙げることができる。 An aryl group is a residue in which one hydrogen atom has been formally removed from an aromatic hydrocarbon ring, and more preferably, a residue in which one hydrogen atom has been formally removed from an aromatic hydrocarbon ring having 6 to 30 carbon atoms. Examples of aromatic hydrocarbon rings include a benzene ring, a naphthalene ring, a pyrene ring, a biphenyl group, and a terphenyl group.

アルコキシ基は、酸素原子上にアルキル基が結合した基であり、当該アルキル基としては、上記アルキル基と同義である。組成物中における半導体粒子の含有率を高めるためには、表面処理剤の分子量は小さいことが好ましく、アルキル基の炭素数は1~6であることが好ましい。 An alkoxy group is a group in which an alkyl group is bonded to an oxygen atom, and the alkyl group has the same meaning as the alkyl group described above. In order to increase the content of semiconductor particles in the composition, it is preferable that the molecular weight of the surface treatment agent is small, and the number of carbon atoms in the alkyl group is preferably 1 to 6.

アリールオキシ基は、酸素原子上にアリール基が結合した基であり、当該アリール基としては、上記アリール基と同義である。組成物中における半導体粒子の含有率を高めるためには、表面処理剤の分子量は小さいことが好ましく、アリール基の数は1~2であることが好ましい。 An aryloxy group is a group in which an aryl group is bonded to an oxygen atom, and the aryl group has the same meaning as the aryl group described above. In order to increase the content of semiconductor particles in the composition, it is preferable that the molecular weight of the surface treatment agent is small, and the number of aryl groups is preferably 1 to 2.

アシル基は、カルボニル基を介してアルキル基又はアリール基が結合した基であり、当該アルキル基及びアリール基としては、上記アルキル基及びアリール基と同義である。組成物中における半導体粒子の含有率を高めるためには、表面処理剤の分子量は小さいことが好ましく、アルキル基の場合には、炭素数は1~6であることが好ましい。また、アリール基の場合には、アリール基の数は1~2であることが好ましい。 The acyl group is a group in which an alkyl group or an aryl group is bonded via a carbonyl group, and the alkyl group and the aryl group have the same meaning as the alkyl group and the aryl group described above. In order to increase the content of semiconductor particles in the composition, it is preferable that the molecular weight of the surface treatment agent is small, and in the case of an alkyl group, the number of carbon atoms is preferably 1 to 6. In the case of an aryl group, the number of aryl groups is preferably 1 to 2.

置換基を有してもよいアミノ基としては、アミノ基及び置換アミノ基が挙げられる。置換アミノ基の置換基としては、アルキル基、アリール基又はアシル基が挙げられる。上記アルキル基、アリール基及びアシル基は、上記アルキル基、アリール基又はアシル基と同義である。組成物中における半導体粒子の含有率を高めるためには、表面処理剤の分子量は小さいことが好ましく、アルキル基及びアシル基を構成するアルキル基は、炭素数が1~4であることが好ましい。また、アリール基の及びアシル基を構成するアリール基は、アリール基数が1~2であることが好ましい。 Examples of the amino group which may have a substituent include an amino group and a substituted amino group. Examples of the substituent of the substituted amino group include an alkyl group, an aryl group, and an acyl group. The above alkyl group, aryl group, and acyl group are synonymous with the above alkyl group, aryl group, and acyl group. In order to increase the content of semiconductor particles in the composition, it is preferable that the molecular weight of the surface treatment agent is small, and the alkyl group and the alkyl group constituting the acyl group preferably have 1 to 4 carbon atoms. In addition, it is preferable that the aryl group and the aryl group constituting the acyl group have 1 to 2 aryl groups.

また、一般式(1)~(3)におけるアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アミノ基、アリールオキシ基及びアシル基は、置換基を有していてもよい。有してもよい置換基としては、例えば、ハロゲノ基、シアノ基、水酸基、ニトロ基、アルコキシ基、アルキル基、アラルキル基、アリール基、アリールオキシ基、シロキシ基、アルコノイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシアルコノイル基、アミノ基、アニリノ基、アルコノイルアミノ基、カルバモイルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルスルホニルアミノ基、カルバモイルアリールアミノ基、スルファニル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基、シロキサン結合を含む基、カルボキシル基、スルファニル基等が挙げられる。
本発明における有してもよい置換基は、上述の一価の置換基と、アルキレン基、アリーレン基、エーテル基、エステル基、スルフィド基、カルボニル基、イミノ基等の二価の連結基とが結合した一価の基であってもよい。
In addition, the alkyl group, aryl group, alkoxy group, amino group, aryloxy group and acyl group in the general formulae (1) to (3) may have a substituent. Examples of the substituent that may be had include a halogeno group, a cyano group, a hydroxyl group, a nitro group, an alkoxy group, an alkyl group, an aralkyl group, an aryl group, an aryloxy group, a siloxy group, an alconoyloxy group, an alkoxycarbonyloxy group, an aryloxyalconoyl group, an amino group, an anilino group, an alconoylamino group, a carbamoylamino group, an aryloxycarbonylamino group, a sulfamoylamino group, an alkylsulfonylamino group, a carbamoylarylamino group, a sulfanyl group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkylsulfinyl group, an arylsulfinyl group, an alkylsulfonyl group, an arylsulfonyl group, an imido group, a phosphino group, a phosphinyl group, a phosphinyloxy group, a phosphinylamino group, a silyl group, a group containing a siloxane bond, a carboxyl group, and a sulfanyl group.
The substituent that may be possessed in the present invention may be a monovalent group in which the above-mentioned monovalent substituent is bonded to a divalent linking group such as an alkylene group, an arylene group, an ether group, an ester group, a sulfide group, a carbonyl group, or an imino group.

また、カルボキシル基又はスルファニル基を有する基としては、置換基としてカルボキシル基又はスルファニル基を有する、アルキル基、アルキレン基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基等の一価の基が挙げられる。 In addition, examples of groups having a carboxyl group or a sulfanyl group include monovalent groups such as alkyl groups, alkylene groups, aryl groups, alkoxy groups, and aryloxy groups, each of which has a carboxyl group or a sulfanyl group as a substituent.

カルボキシル基を有するアルキル基、又はカルボキシル基を有するアリール基としては、例えば、2-カルボキシルエチル基、2,2-ジカルボキシルエチル基、2-カルボキシルエテニル基、2-シアノ-2-カルボキシルエテニル基、2-トリフルオロメチル-2-カルボキシルエテニル基、2-フルオロ-2-カルボキシルエテニル基等が挙げられる。
カルボキシル基は、ジアリールアミン骨格、キノリン骨格及びインドール骨格に直接結合しているか、又は、カルボキシル基がジアリールアミン骨格、キノリン骨格及びインドール骨格と共役可能な位置に結合していることが好ましい。
Examples of the alkyl group having a carboxyl group or the aryl group having a carboxyl group include a 2-carboxyethyl group, a 2,2-dicarboxyethyl group, a 2-carboxylethenyl group, a 2-cyano-2-carboxylethenyl group, a 2-trifluoromethyl-2-carboxylethenyl group, and a 2-fluoro-2-carboxylethenyl group.
The carboxyl group is preferably directly bonded to the diarylamine skeleton, the quinoline skeleton, or the indole skeleton, or is preferably bonded to a position where the carboxyl group can be conjugated with the diarylamine skeleton, the quinoline skeleton, or the indole skeleton.

スルファニル基を有するアルキル基、スルファニル基を有するアリール基、又はスルファニル基を有するアシル基としては、例えば、[(3-スルファニルプロパノイル)オキシ]エチル基、[(2-スルファニルアセチル)オキシ]エチル基、4-(スルファニルメチル)フェニル基、[(3-スルファニルプロパノイル)オキシ]プロピル基、3-スルファニル[(3-スルファニルプロパノイル)オキシ]エチル基、{[(2-スルファニルエトキシ)プロパノイル]オキシ}エチル基等が挙げられる。組成物中における半導体粒子の含有率を高めるためには、表面処理剤の分子量は小さいことが好ましく、スルファニル基を有するアルキル基、スルファニル基を有するアリール基、又はスルファニル基を有するアシル基の分子量は、200以下であることが好ましい。 Examples of the alkyl group having a sulfanyl group, the aryl group having a sulfanyl group, or the acyl group having a sulfanyl group include the [(3-sulfanylpropanoyl)oxy]ethyl group, the [(2-sulfanylacetyl)oxy]ethyl group, the 4-(sulfanylmethyl)phenyl group, the [(3-sulfanylpropanoyl)oxy]propyl group, the 3-sulfanyl[(3-sulfanylpropanoyl)oxy]ethyl group, and the {[(2-sulfanylethoxy)propanoyl]oxy}ethyl group. In order to increase the content of semiconductor particles in the composition, it is preferable that the molecular weight of the surface treatment agent is small, and the molecular weight of the alkyl group having a sulfanyl group, the aryl group having a sulfanyl group, or the acyl group having a sulfanyl group is preferably 200 or less.

表面処理剤は、シス型及びトランス型の幾何異性体が存在する場合には、シス型であってもよく、トランス型であってもよく、シス型及びトランス型の異性体混合物であってもよい。シン-アンチの幾何異性についても同様である。 When cis- and trans-geometric isomers exist, the surface treatment agent may be either the cis- or trans-type, or may be a mixture of cis- and trans-type isomers. The same applies to syn-anti geometric isomerism.

<光電変換素子>
本発明の光電変換素子は、一対の電極間に上記光電変換層を有するものである。本発明の光電変換素子において、公知の光電変換素子の構成を適用することができる。また、本発明の光電変換素子は、光電変換層以外は公知の方法で製造することができる。
<Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element of the present invention has the photoelectric conversion layer between a pair of electrodes. The photoelectric conversion element of the present invention can be configured as a known photoelectric conversion element. The photoelectric conversion element of the present invention can be manufactured by a known method except for the photoelectric conversion layer.

ここで、本発明の光電変換層形成用組成物を用いて作成することができる光電変換素子について詳細に説明する。一般的に、半導体粒子を用いた光電変換素子は、少なくとも一対の電極と光電変換層から構成される。光電変換効率の向上などを目的に、電極と半導体粒子のエネルギー的なマッチングや半導体粒子から成る光電変換層の作製方法などによってさまざまな形の素子構造が提案されている。例えば、本発明の光電変換層形成用組成物を用いて以下に示す公知の構成からなる光電変換素子を作製することができる。 Here, we will explain in detail the photoelectric conversion element that can be produced using the photoelectric conversion layer forming composition of the present invention. Generally, a photoelectric conversion element using semiconductor particles is composed of at least a pair of electrodes and a photoelectric conversion layer. With the aim of improving photoelectric conversion efficiency, various types of element structures have been proposed, such as by matching the energy between the electrodes and the semiconductor particles and by using a method for producing a photoelectric conversion layer made of semiconductor particles. For example, a photoelectric conversion element having the known configuration shown below can be produced using the photoelectric conversion layer forming composition of the present invention.

1.ショットキー型光電変換素子
電子供与性(p型)又は電子受容性(n型)の半導体粒子と電極との界面において形成されるショットキー障壁を利用し、光起電力を得る光電変換素子である。例えば、p型の光電変換層を用いた場合には、一対の電極の内仕事関数が小さいほうの電極との界面にショットキー障壁が形成され、その界面に電荷分離が生じ光電変換が行われる。
1. Schottky-type photoelectric conversion element This is a photoelectric conversion element that obtains photovoltaic power by utilizing a Schottky barrier formed at the interface between an electron-donating (p-type) or electron-accepting (n-type) semiconductor particle and an electrode. For example, when a p-type photoelectric conversion layer is used, a Schottky barrier is formed at the interface with the electrode having the smaller work function of the pair of electrodes, and charge separation occurs at the interface to perform photoelectric conversion.

2.バイレイヤーヘテロ接合型光電変換素子
一対の電極の間に、電子供与性(p型)及び電子受容性(n型)の半導体粒子やその他の半導体材料を個々に形成し、pn接合界面に光電荷分離を生じさせ光電流を得る光電変換素子である。
2. Bilayer heterojunction photoelectric conversion element This is a photoelectric conversion element in which electron-donating (p-type) and electron-accepting (n-type) semiconductor particles or other semiconductor materials are individually formed between a pair of electrodes, and photoinduced charge separation occurs at the pn junction interface to obtain a photocurrent.

3.バルクヘテロ接合型光電変換素子
一対の電極の間に、電子供与性(p型)及び電子受容性(n型)の半導体粒子やその他の半導体材料を任意の比率で混合させ有機半導体層を形成する。この際、p型及びn型の材料は均一に分散していても、不均一であっても構わない。個々のp型材料、n型材料が形成する界面で光電荷分離が起こるため、バイレイヤーヘテロ接合型よりもpn接合を広く形成させることが出来る。
3. Bulk heterojunction photoelectric conversion element An organic semiconductor layer is formed by mixing electron-donating (p-type) and electron-accepting (n-type) semiconductor particles and other semiconductor materials in any ratio between a pair of electrodes. In this case, the p-type and n-type materials may be uniformly or non-uniformly dispersed. Since photocharge separation occurs at the interface formed by the individual p-type and n-type materials, a wider pn junction can be formed than in the bilayer heterojunction type.

<電極>
光電変換素子を構成する一対の電極の内、少なくとも一つは光を透過することが好ましい。具体的な例としては、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、白金、クロム、ニッケル、リチウム、インジウム、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物などが挙げられる。
<Electrodes>
At least one of the pair of electrodes constituting the photoelectric conversion element is preferably light-transmitting. Specific examples include conductive metal oxides such as tin oxide, zinc oxide, indium oxide, and indium tin oxide (ITO), metals such as gold, silver, platinum, chromium, nickel, lithium, indium, aluminum, calcium, and magnesium, and mixtures or laminates of these metals and conductive metal oxides.

電極の形状としては、フラットな形状が一般的であるが、エネルギー変換効率を向上させるために、波型、ピラミッド型、くし型等の形状であっても良い。これら電極の形成方法としては、一般的な電極の形成方法を用いることができ、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法、CVD法、化学反応法(ゾルゲル法など)、キャスト法、スプレーコーティング法、インクジェット法、スピンコート法などを挙げることができる。
光電変換素子は、一対の電極の間に光電変換層以外の層を備えていてもよく、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び/又は、電子注入層を有していてもよい。
The electrode generally has a flat shape, but may have a corrugated, pyramidal, comb-like shape, etc., in order to improve the energy conversion efficiency. As a method for forming these electrodes, a general electrode formation method can be used, and examples of the method include PVD methods such as vacuum deposition, sputtering, and ion plating, CVD, chemical reaction methods (such as the sol-gel method), casting, spray coating, inkjet, and spin coating.
The photoelectric conversion element may include a layer other than the photoelectric conversion layer between the pair of electrodes, and may have a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and/or an electron injection layer.

<正孔注入層>
正孔注入層には、光電変換層に対して優れた正孔注入効果を示し、かつ陽極界面との密着性と薄膜形成性に優れた正孔注入層を形成できる正孔注入材料が用いられる。また、このような材料を多層積層させ、正孔注入効果の高い材料と正孔輸送効果の高い材料とを多層積層させた場合、それぞれに用いる材料を正孔注入材料、正孔輸送材料と呼ぶことがある。これら正孔注入材料や正孔輸送材料は、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常5.5eV以下と小さい必要がある。このような正孔注入層としては、より低い電界強度で正孔を発光層に輸送する材料が好ましく、更に正孔の移動度が、例えば104~1
6V/cmの電界印加時に、少なくとも10-6cm2/V・秒であるものが好ましい。正孔注入材料及び正孔輸送材料としては、上記の好ましい性質を有するものであれば特に制限はなく、従来、光導伝材料において正孔の電荷輸送材料として慣用されているものや、有機EL素子の正孔注入層に使用されている公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
<Hole injection layer>
For the hole injection layer, a hole injection material is used that can form a hole injection layer that exhibits an excellent hole injection effect for the photoelectric conversion layer and has excellent adhesion to the anode interface and thin film formability. When such materials are laminated in multiple layers, and a material with a high hole injection effect and a material with a high hole transport effect are laminated in multiple layers, the materials used for each layer may be called a hole injection material and a hole transport material. These hole injection materials and hole transport materials must have a high hole mobility and a small ionization energy, usually 5.5 eV or less. For such a hole injection layer, a material that transports holes to the light emitting layer at a lower electric field strength is preferable, and further, a material that has a hole mobility of, for example, 10 4 to 1
It is preferable that the electric field strength is at least 10-6 cm2 /Vsec when an electric field of 0.6 V/cm is applied. There are no particular limitations on the hole injection material and hole transport material as long as they have the above-mentioned preferable properties, and any material may be selected and used from those conventionally used as charge transport materials for holes in photoconductive materials and known materials used in the hole injection layer of organic EL elements.

このような正孔注入材料や正孔輸送材料としては、例えばトリアゾール誘導体(米国特許3,112,197号明細書等参照)、オキサジアゾール誘導体(米国特許3,189,447号明細書等参照)、イミダゾール誘導体(特公昭37-16096号公報等参照)、ポリアリールアルカン誘導体(米国特許3,615,402号明細書、同第3,820,989号明細書、同第3,542,544号明細書、特公昭45-555号公報、同51-10983号公報、特開昭51-93224号公報、同55-17105号公報、同56-4148号公報、同55-108667号公報、同55-156953号公報、同56-36656号公報等参照)、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体(米国特許第3,180,729号明細書、同第4,278,746号明細書、特開昭55-88064号公報、同55-88065号公報、同49-105537号公報、同55-51086号公報、同56-80051号公報、同56-88141号公報、同57-45545号公報、同54-112637号公報、同55-74546号公報等参照)、フェニレンジアミン誘導体(米国特許第3,615,404号明細書、特公昭51-10105号公報、同46-3712号公報、同47-25336号公報、特開昭54-53435号公報、同54-110536号公報、同54-119925号公報等参照)、アリールアミン誘導体(米国特許第3,567,450号明細書、同第3,180,703号明細書、同第3,240,597号明細書、同第3,658,520号明細書、同第4,232,103号明細書、同第4,175,961号明細書、同第4,012,376号明細書、特公昭49-35702号公報、同39-27577号公報、特開昭55-144250号公報、同56-119132号公報、同56-22437号公報、西独特許第1,110,518号明細書等参照)、アミノ置換カルコン誘導体(米国特許第3,526,501号明細書等参照)、オキサゾール誘導体(米国特許第3,257,203号明細書等に開示のもの)、スチリルアントラセン誘導体(特開昭56-46234号公報等参照)、フルオレノン誘導体(特開昭54-110837号公報等参照)、ヒドラゾン誘導体(米国特許第3,717,462号明細書、特開昭54-59143号公報、同55-52063号公報、同55-52064号公報、同55-46760号公報、同55-85495号公報、同57-11350号公報、同57-148749号公報、特開平2-311591号公報等参照)、スチルベン誘導体(特開昭61-210363号公報、同第61-228451号公報、同61-14642号公報、同61-72255号公報、同62-47646号公報、同62-36674号公報、同62-10652号公報、同62-30255号公報、同60-93455号公報、同60-94462号公報、同60-174749号公報、同60-175052号公報等参照)、シラザン誘導体(米国特許第4,950,950号明細書)、ポリシラン系(特開平2-204996号公報)、アニリン系共重合体(特開平2-282263号公報)、特開平1-211399号公報に開示されている導電性高分子オリゴマー(特にチオフェンオリゴマー)等が挙げられる。 Examples of such hole injection materials and hole transport materials include triazole derivatives (see U.S. Patent No. 3,112,197, etc.), oxadiazole derivatives (see U.S. Patent No. 3,189,447, etc.), imidazole derivatives (see Japanese Patent Publication No. 37-16096, etc.), polyarylalkane derivatives (see U.S. Patent Nos. 3,615,402, 3,820,989, and 3,54 No. 2,544, JP-B-45-555, JP-B-51-10983, JP-A-51-93224, JP-A-55-17105, JP-A-56-4148, JP-A-55-108667, JP-A-55-156953, JP-A-56-36656, etc.), pyrazoline derivatives and pyrazolone derivatives (see U.S. Pat. Nos. 3,180,729 and 4,278,746, phenylenediamine derivatives (see U.S. Pat. No. 3,615,404, JP-B-5105, JP-B-51086, JP-B-55088064, JP-B-55088065, JP-B-49105537, JP-B-55051086, JP-B-560051081, JP-B-56088141081, JP-B-574545085, JP-B-54112637085, JP-B-55074546, etc.) arylamine derivatives (see U.S. Pat. Nos. 3,567,450, 3,180,703, 3,240,597, 3,658,520, 4,232,103, and 4,175,961); JP-B-4,012,376, JP-B-49-35702, JP-B-39-27577, JP-A-55-144250, JP-A-56-119132, JP-A-56-22437, West German Patent No. 1,110,518, etc.), amino-substituted chalcone derivatives (see U.S. Pat. No. 3,526,501, etc.), oxazole derivatives (see U.S. Pat. No. 3,257,203, etc. those disclosed in the specification, etc.), styrylanthracene derivatives (see JP-A-56-46234, etc.), fluorenone derivatives (see JP-A-54-110837, etc.), hydrazone derivatives (U.S. Pat. No. 3,717,462, JP-A-54-59143, JP-A-55-52063, JP-A-55-52064, JP-A-55-46760, JP-A-55-85495, JP-A-55-17126, JP-A-55-17127, JP-A-55-17128, JP-A-55-17129 ... 1350, 57-148749, JP 2-311591, etc.), stilbene derivatives (JP 61-210363, JP 61-228451, JP 61-14642, JP 61-72255, JP 62-47646, JP 62-47646, etc.) -36674 publication, 62-10652 publication, 62-30255 publication, 60-93455 publication, 60-60 Examples include silazane derivatives (see U.S. Patent No. 4,950,950), polysilanes (JP Patent Publication No. 2-204996), aniline copolymers (JP Patent Publication No. 2-282263), and conductive polymer oligomers (particularly thiophene oligomers) disclosed in JP Patent Publication No. 1-211399.

また、正孔注入材料や正孔輸送材料として、ポルフィリン化合物(特開昭63-2956965号公報)、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物(米国特許第4,127,412号明細書、特開昭53-27033号公報、同54-58445号公報、同54-149634号公報、同54-64299号公報、同55-79450号公報、同55-144250号公報、同56-119132号公報、同61-295558号公報、同61-98353号公報、同63-295695号公報等参照)を用いることもできる。例えば、米国特許第5,061,569号に記載されている2個の縮合芳香族環を分子内に有する4,4’-ビス(N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ)ビフェニル等や、特開平4-308688号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが3つスターバースト型に連結された4,4’,4”-トリス(N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ)トリフェニルアミン等をあげることができる。また、正孔注入材料として銅フタロシアニンや水素フタロシアニン等のフタロシアニン誘導体も挙げられる。更に、その他、芳香族ジメチリデン系化合物、p型Si、p型SiC等の無機化合物も正孔注入材料や正孔輸送材料として使用することができる。 In addition, porphyrin compounds (JP Patent Publication No. 63-2956965), aromatic tertiary amine compounds and styrylamine compounds (see U.S. Patent No. 4,127,412, JP Patent Publication Nos. 53-27033, 54-58445, 54-149634, 54-64299, 55-79450, 55-144250, 56-119132, 61-295558, 61-98353, 63-295695, etc.) can also be used as hole injection materials and hole transport materials. For example, 4,4'-bis(N-(1-naphthyl)-N-phenylamino)biphenyl having two condensed aromatic rings in the molecule, as described in U.S. Pat. No. 5,061,569, and 4,4',4"-tris(N-(3-methylphenyl)-N-phenylamino)triphenylamine having three triphenylamine units linked in a starburst configuration, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-308688, can be mentioned. In addition, phthalocyanine derivatives such as copper phthalocyanine and hydrogen phthalocyanine can also be used as hole injection materials. Furthermore, aromatic dimethylidene compounds, p-type Si, p-type SiC, and other inorganic compounds can also be used as hole injection materials or hole transport materials.

更に、正孔注入層に使用できる材料としては、酸化モリブデン(MnOx)、酸化バナジウム(VOx)、酸化ルテニウム(RuOx)、酸化銅(CuOx)、酸化タングステン(WOx)、酸化イリジウム(IrOx)等の無機酸化物及びそれらのドープ体も挙げられる。 Additionally, materials that can be used for the hole injection layer include inorganic oxides such as molybdenum oxide ( MnOx ), vanadium oxide ( VOx ), ruthenium oxide ( RuOx ), copper oxide ( CuOx ), tungsten oxide ( WOx ), iridium oxide ( IrOx ), and doped versions thereof.

芳香族第三級アミン化合物の具体例としては、例えば、N,N’-ジフェニル-N,N’-(3-メチルフェニル)-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン、N,N,N’,N’-(4-メチルフェニル)-1,1’-フェニル-4,4’-ジアミン、N,N,N’,N’-(4-メチルフェニル)-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジナフチル-1,1’-ビフェニル-4,4’-ジアミン、N,N’-(メチルフェニル)-N,N’-(4-n-ブチルフェニル)-フェナントレン-9,10-ジアミン、N,N-ビス(4-ジ-4-トリルアミノフェニル)-4-フェニル-シクロヘキサン、N,N’-ビス(4’-ジフェニルアミノ-4-ビフェニリル)-N,N’-ジフェニルベンジジン、N,N’-ビス(4’-ジフェニルアミノ-4-フェニル)-N,N’-ジフェニルベンジジン、N,N’-ビス(4’-ジフェニルアミノ-4-フェニル)-N,N’-ジ(1-ナフチル)ベンジジン、N,N’-ビス(4’-フェニル(1-ナフチル)アミノ-4-フェニル)-N,N’-ジフェニルベンジジン、N,N’-ビス(4’-フェニル(1-ナフチル)アミノ-4-フェニル)-N,N’-ジ(1-ナフチル)ベンジジン等があげられ、これらは正孔注入材料、正孔輸送材料いずれにも使用することができる。
正孔注入材料として、特に好ましい例を表1及び2に示す。
Specific examples of the aromatic tertiary amine compound include N,N'-diphenyl-N,N'-(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine, N,N,N',N'-(4-methylphenyl)-1,1'-phenyl-4,4'-diamine, N,N,N',N'-(4-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine, N,N'-diphenyl-N,N'-dinaphthyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine, N,N'-(methylphenyl)-N,N'-(4-n-butylphenyl)-phenanthrene-9,10-diamine, and N,N-bis(4-di-4-tolylaminophenyl)-4-phenyl-cyclohexane. n-hexane, N,N'-bis(4'-diphenylamino-4-biphenylyl)-N,N'-diphenylbenzidine, N,N'-bis(4'-diphenylamino-4-phenyl)-N,N'-diphenylbenzidine, N,N'-bis(4'-diphenylamino-4-phenyl)-N,N'-di(1-naphthyl)benzidine, N,N'-bis(4'-phenyl(1-naphthyl)amino-4-phenyl)-N,N'-diphenylbenzidine, N,N'-bis(4'-phenyl(1-naphthyl)amino-4-phenyl)-N,N'-di(1-naphthyl)benzidine, and the like. These can be used as either a hole injection material or a hole transport material.
Particularly preferred examples of the hole injection material are shown in Tables 1 and 2.

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正孔注入層を形成するには、上述の化合物を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ラングミュア-ブロジェット法(LB法)等の公知の方法により薄膜化する。正孔注入層の膜厚は、特に制限はないが、通常は5nm~5μmである。 To form the hole injection layer, the above-mentioned compound is formed into a thin film by a known method such as vacuum deposition, spin coating, casting, or the Langmuir-Blodgett method (LB method). There are no particular limitations on the thickness of the hole injection layer, but it is usually 5 nm to 5 μm.

<電子注入層>
電子注入層には、光電変換層に対して優れた電子注入効果を示し、かつ陰極界面との密着性と薄膜形成性に優れた電子注入層を形成できる電子注入材料が用いられる。そのような電子注入材料の例としては、金属錯体化合物、含窒素五員環誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェノキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、ペリレンテトラカルボン酸誘導体、フレオレニリデンメタン誘導体、アントロン誘導体、シロール誘導体、トリアリールホスフィンオキシド誘導体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、カルシウムアセチルアセトナート、酢酸ナトリウム等が挙げられる。また、セシウム等の金属をバソフェナントロリンにドープした無機/有機複合材料(高分子学会予稿集,第50巻,4号,660頁,2001年発行)や、第50回応用物理学関連連合講演会講演予稿集、No.3、1402頁、2003年発行記載のBCP、TPP、T5MPyTZ等も電子注入材料の例として挙げられるが、素子作成に必要な薄膜を形成し、陰極からの電子を注入できて、電子を輸送できる材料であれば、特にこれらに限定されるものではない。
<Electron injection layer>
For the electron injection layer, an electron injection material is used that can form an electron injection layer that exhibits excellent electron injection effect for the photoelectric conversion layer and has excellent adhesion to the cathode interface and excellent thin film formability. Examples of such electron injection materials include metal complex compounds, nitrogen-containing five-membered ring derivatives, fluorenone derivatives, anthraquinodimethane derivatives, diphenoquinone derivatives, thiopyran dioxide derivatives, perylene tetracarboxylic acid derivatives, fluorenylidenemethane derivatives, anthrone derivatives, silole derivatives, triarylphosphine oxide derivatives, polyquinoline and its derivatives, polyquinoxaline and its derivatives, polyfluorene and its derivatives, calcium acetylacetonate, sodium acetate, etc. In addition, inorganic/organic composite materials in which a metal such as cesium is doped into bathophenanthroline (Proceedings of the Society of Polymer Science, Vol. 50, No. 4, p. 660, published in 2001) and Proceedings of the 50th Joint Conference on Applied Physics, No. No. 3, p. 1402, published in 2003, BCP, TPP, T5MPyTZ, and the like are given as examples of the electron injection material, but the material is not particularly limited to these, so long as it can form a thin film necessary for element production, can inject electrons from the cathode, and can transport electrons.

上記電子注入材料の中で好ましいものとしては、金属錯体化合物、含窒素五員環誘導体、シロール誘導体、トリアリールホスフィンオキシド誘導体が挙げられる。好ましい金属錯体化合物としては、8-ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体が好適である。8-ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体の具体例としては、トリス(8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(4-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(5-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(5-フェニル-8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナート)(1-ナフトラート)アルミニウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナート)(2-ナフトラート)アルミニウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナート)(フェノラート)アルミニウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナート)(4-シアノ-1-ナフトラート)アルミニウム、ビス(4-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)(1-ナフトラート)アルミニウム、ビス(5-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)(2-ナフトラート)アルミニウム、ビス(5-フェニル-8-ヒドロキシキノリナート)(フェノラート)アルミニウム、ビス(5-シアノ-8-ヒドロキシキノリナート)(4-シアノ-1-ナフトラート)アルミニウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナート)クロロアルミニウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナート)(o-クレゾラート)アルミニウム等のアルミニウム錯体化合物、トリス(8-ヒドロキシキノリナート)ガリウム、トリス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)ガリウム、トリス(4-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)ガリウム、トリス(5-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)ガリウム、トリス(2-メチル-5-フェニル-8-ヒドロキシキノリナート)ガリウム、ビス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)(1-ナフトラート)ガリウム、ビス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)(2-ナフトラート)ガリウム、ビス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)(フェノラート)ガリウム、ビス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)(4-シアノ-1-ナフトラート)ガリウム、ビス(2、4-ジメチル-8-ヒドロキシキノリナート)(1-ナフトラート)ガリウム、ビス(2、5-ジメチル-8-ヒドロキシキノリナート)(2-ナフトラート)ガリウム、ビス(2-メチル-5-フェニル-8-ヒドロキシキノリナート)(フェノラート)ガリウム、ビス(2-メチル-5-シアノ-8-ヒドロキシキノリナート)(4-シアノ-1-ナフトラート)ガリウム、ビス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)クロロガリウム、ビス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナート)(o-クレゾラート)ガリウム等のガリウム錯体化合物の他、8-ヒドロキシキノリナートリチウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナート)銅、ビス(8-ヒドロキシキノリナート)マンガン、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)ベリリウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナート)亜鉛、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)亜鉛等の金属錯体化合物が挙げられる。 Among the above electron injection materials, preferred are metal complex compounds, nitrogen-containing five-membered ring derivatives, silole derivatives, and triarylphosphine oxide derivatives. Preferred metal complex compounds are metal complexes of 8-hydroxyquinoline or its derivatives. Specific examples of metal complexes of 8-hydroxyquinoline or derivatives thereof include tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum, tris(2-methyl-8-hydroxyquinolinato)aluminum, tris(4-methyl-8-hydroxyquinolinato)aluminum, tris(5-methyl-8-hydroxyquinolinato)aluminum, tris(5-phenyl-8-hydroxyquinolinato)aluminum, bis(8-hydroxyquinolinato)(1-naphtholate)aluminum, bis(8-hydroxyquinolinato)(2-naphtholate)aluminum, bis(8-hydroxyquinolinato)(phenolate)aluminum, and bis(8-hydroxyquinolinato)(4-cyano-1-naphtholate)aluminum. aluminum complex compounds such as bis(4-methyl-8-hydroxyquinolinate)(1-naphtholate)aluminum, bis(5-methyl-8-hydroxyquinolinate)(2-naphtholate)aluminum, bis(5-phenyl-8-hydroxyquinolinate)(phenolate)aluminum, bis(5-cyano-8-hydroxyquinolinate)(4-cyano-1-naphtholate)aluminum, bis(8-hydroxyquinolinate)chloroaluminum, and bis(8-hydroxyquinolinate)(o-cresolate)aluminum; tris(8-hydroxyquinolinate)gallium, tris(2-methyl-8-hydroxyquinolinate)gallium, and tris(4-methyl-8-hydroxyquinolinate ) gallium, tris(5-methyl-8-hydroxyquinolinato)gallium, tris(2-methyl-5-phenyl-8-hydroxyquinolinato)gallium, bis(2-methyl-8-hydroxyquinolinato)(1-naphtholate)gallium, bis(2-methyl-8-hydroxyquinolinato)(2-naphtholate)gallium, bis(2-methyl-8-hydroxyquinolinato)(phenolate)gallium, bis(2-methyl-8-hydroxyquinolinato)(4-cyano-1-naphtholate)gallium, bis(2,4-dimethyl-8-hydroxyquinolinato)(1-naphtholate)gallium, bis(2,5-dimethyl-8-hydroxyquinolinato)(2-naphtholate)gallium, bis(2-methyl- In addition to gallium complex compounds such as 5-phenyl-8-hydroxyquinolinate) (phenolate), bis(2-methyl-5-cyano-8-hydroxyquinolinate) (4-cyano-1-naphtholate) gallium, bis(2-methyl-8-hydroxyquinolinate) chlorogallium, and bis(2-methyl-8-hydroxyquinolinate) (o-cresolate) gallium, metal complex compounds such as 8-hydroxyquinolinate lithium, bis(8-hydroxyquinolinate) copper, bis(8-hydroxyquinolinate) manganese, bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinate) beryllium, bis(8-hydroxyquinolinate) zinc, and bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinate) zinc are also included.

また、好ましい含窒素五員環誘導体としては、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体があげられ、具体的には、2,5-ビス(1-フェニル)-1,3,4-オキサゾール、2,5-ビス(1-フェニル)-1,3,4-チアゾール、2,5-ビス(1-フェニル)-1,3,4-オキサジアゾール、2-(4’-tert-ブチルフェニル)-5-(4”-ビフェニル)1,3,4-オキサジアゾール、2,5-ビス(1-ナフチル)-1,3,4-オキサジアゾール、1,4-ビス[2-(5 -フェニルオキサジアゾリル)]ベンゼン、1,4-ビス[2-(5-フェニルオキサジアゾリル)-4-tert-ブチルベンゼン]、2-(4’-tert- ブチルフェニル)-5-(4”-ビフェニル)-1,3,4-チアジアゾール、2,5-ビス(1-ナフチル)-1,3,4-チアジアゾール、1,4-ビス[2-(5-フェニルチアジアゾリル)]ベンゼン、2-(4’-tert-ブチルフェニル)-5-(4”-ビフェニル)-1,3,4-トリアゾール、2,5-ビス(1-ナフチル)-1,3,4-トリアゾール、1,4-ビス[2-(5-フェニルトリアゾリル)]ベンゼン等が挙げられる。 In addition, preferred nitrogen-containing five-membered ring derivatives include oxazole derivatives, thiazole derivatives, oxadiazole derivatives, thiadiazole derivatives, and triazole derivatives. Specific examples of the nitrogen-containing five-membered ring derivatives include 2,5-bis(1-phenyl)-1,3,4-oxazole, 2,5-bis(1-phenyl)-1,3,4-thiazole, 2,5-bis(1-phenyl)-1,3,4-oxadiazole, 2-(4'-tert-butylphenyl)-5-(4"-biphenyl)1,3,4-oxadiazole, 2,5-bis(1-naphthyl)-1,3,4-oxadiazole, 1,4-bis[2-(5-phenyloxadiazolyl)]benzene, 1,4-bis[2-(5-phenyloxadiazolyl)-4-tert-butylbenzene], 2-(4'-tert- butylphenyl)-5-(4"-biphenyl)-1,3,4-thiadiazole, 2,5-bis(1-naphthyl)-1,3,4-thiadiazole, 1,4-bis[2-(5-phenylthiadiazolyl)]benzene, 2-(4'-tert-butylphenyl)-5-(4"-biphenyl)-1,3,4-triazole, 2,5-bis(1-naphthyl)-1,3,4-triazole, 1,4-bis[2-(5-phenyltriazolyl)]benzene, etc.

更に、電子注入層に使用できる材料としては、酸化亜鉛(ZnOx)、酸化チタン(TiOx)、等の無機酸化物及びそれらのドープ体も挙げられる。 Additionally, materials that can be used for the electron injection layer include inorganic oxides such as zinc oxide (ZnO x ), titanium oxide (TiO x ), and doped versions thereof.

特に好ましいオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体及びシロール誘導体の具体例を下記に示す。尚、表中のPhはフェニル基を表わす。 Specific examples of particularly preferred oxadiazole derivatives, triazole derivatives, and silole derivatives are shown below. In the table, Ph represents a phenyl group.

Figure 0007567223000006
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Figure 0007567223000007
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Figure 0007567223000008
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光電変換素子は、紫外線等による光劣化を防止するために紫外線遮断層を設けてもよい。
光電変換素子は、外部からの衝撃に対して光電変換層を保護する目的で、保護膜を備えていても良い。保護膜は、例えば、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンポリビニルアルコール共重合体等のポリマー膜、酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等の無機酸化膜や窒化膜、アルミニウム等の金属板もしくは金属箔、あるいはこれらの積層膜などにより構成することができる。なお、これらの保護膜の材料は、一種のみを用いてもよく、二種以上を用いても良い。
The photoelectric conversion element may be provided with an ultraviolet blocking layer in order to prevent photodegradation due to ultraviolet rays or the like.
The photoelectric conversion element may have a protective film for the purpose of protecting the photoelectric conversion layer against external impact. The protective film may be composed of, for example, a polymer film such as styrene resin, epoxy resin, acrylic resin, polyurethane, polyimide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polyethylene polyvinyl alcohol copolymer, inorganic oxide film or nitride film such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, metal plate or metal foil such as aluminum, or a laminate film thereof. Note that only one type of material for these protective films may be used, or two or more types may be used.

一般に半導体粒子は、空気中の水分や酸素により劣化を招くといわれている。それを防ぐため、バリア膜を備えていても良い。例えば、金属又は無機酸化物が好ましく、Ti、Al、Mg、Zr、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化ホウ素、酸化カルシウム等を挙げることができる。これら各種機能性膜を積層させる順番は特になく、これらの機能を併せ持つ機能性膜を用いても良い。 It is generally said that semiconductor particles are subject to deterioration due to moisture and oxygen in the air. To prevent this, a barrier film may be provided. For example, metal or inorganic oxides are preferred, such as Ti, Al, Mg, Zr, silicon oxide, aluminum oxide, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, magnesium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, yttrium oxide, boron oxide, and calcium oxide. There is no particular order in which these various functional films are stacked, and a functional film that combines these functions may be used.

<光電変換層形成用組成物>
本発明の光電変換層形成用組成物は、上述の表面処理剤、半導体粒子を含んでなり、さらに溶媒を含有しても良い。光電変換層形成用組成物が含んでもよい溶媒は、半導体粒子を分散させ、ガラス基板等の基板上に本発明の光電変換層形成用組成物を乾燥膜厚が所望の膜厚になるように塗布することを容易にするために用いられる。
<Photoelectric conversion layer forming composition>
The photoelectric conversion layer forming composition of the present invention contains the above-mentioned surface treatment agent and semiconductor particles, and may further contain a solvent. The solvent that may be contained in the photoelectric conversion layer forming composition is used to disperse the semiconductor particles and to facilitate coating the photoelectric conversion layer forming composition of the present invention on a substrate such as a glass substrate so that the dry film thickness becomes a desired film thickness.

(溶媒)
溶媒としては、特に制限されず、例えば、1,2,3-トリクロロプロパン、1,3-ブチレングリコール、1,3-ブチレングリコールジアセテート、1,4-ジオキサン、2-ヘプタノン、2-メチル-1,3-プロパンジオール、3,5,5-トリメチル-2-シクロヘキセン-1-オン、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノン、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メチル-1,3-ブタンジオール、3-メトキシ-3-メチル-1-ブタノール、3-メトキシ-3-メチルブチルアセテート、3-メトキシブタノール、3-メトキシブチルアセテート、4-ヘプタノン、m-キシレン、m-ジエチルベンゼン、m-ジクロロベンゼン、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、n-ブチルアルコール、n-ブチルベンゼン、n-プロピルアセテート、N-メチルピロリドン、トルエン、オクタン、ノナン、ヘキサン、o-キシレン、o-クロロトルエン、o-ジエチルベンゼン、o-ジクロロベンゼン、P-クロロトルエン、P-ジエチルベンゼン、sec-ブチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、γ―ブチロラクトン、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ターシャルターシャルブタノール、イソブチルアルコール、イソホロン、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジイソブチルケトン、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノール、シクロヘキサノールアセテート、シクロヘキサノン、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ダイアセトンアルコール、トリアセチン、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、ベンジルアルコール、メチルイソブチルケトン、メチルシクロヘキサノール、酢酸n-アミル、酢酸n-ブチル、酢酸イソアミル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、及び二塩基酸エステル等が挙げられる。これらの溶剤は、一種を単独で、又は必要に応じて任意の比率で二種以上混合して用いることができる。
(solvent)
The solvent is not particularly limited, and examples thereof include 1,2,3-trichloropropane, 1,3-butylene glycol, 1,3-butylene glycol diacetate, 1,4-dioxane, 2-heptanone, 2-methyl-1,3-propanediol, 3,5,5-trimethyl-2-cyclohexen-1-one, 3,3,5-trimethylcyclohexanone, 3-ethoxyethylpropionate, 3-methyl-1,3-butanediol, 3-methoxy-3-methyl-1-butanol, 3-methoxy-3-methylbutyl acetate, 3-methoxybutanol, 3-methoxybutyl acetate, 4-heptanone, m-xylene, m-diethylbenzene, m-dichlorobenzene, N,N-dimethylacetamide, N,N-dimethylformamide, n-butyl alcohol, n-butylbenzene, n-propyl acetate, and N-methylpyrrolidone. , toluene, octane, nonane, hexane, o-xylene, o-chlorotoluene, o-diethylbenzene, o-dichlorobenzene, p-chlorotoluene, p-diethylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene, gamma-butyrolactone, water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, tert-tert-butanol, isobutyl alcohol, isophorone, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monotert-butyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, diisobutyl ketone, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monoisopropyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether, cyclohexanol, cyclohexanol acetate, cyclohexanone, dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol methyl ether acetate, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol Examples of the solvent include pyrene glycol monomethyl ether, diacetone alcohol, triacetin, tripropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, propylene glycol diacetate, propylene glycol phenyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether propionate, benzyl alcohol, methyl isobutyl ketone, methylcyclohexanol, n-amyl acetate, n-butyl acetate, isoamyl acetate, isobutyl acetate, propyl acetate, and dibasic acid esters. These solvents can be used alone or in a mixture of two or more in any ratio as necessary.

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明する。特に断りのない限り、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を表す。なお、特に断りのない限り、全ての測定は25℃で行った。実施例に用いた表面処理剤の構造を表6と表7に、比較例に用いた表面処理剤の構造を表8に示す。 The present invention will now be described in detail with reference to examples. Unless otherwise specified, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass". Unless otherwise specified, all measurements were performed at 25°C. The structures of the surface treatment agents used in the examples are shown in Tables 6 and 7, and the structures of the surface treatment agents used in the comparative examples are shown in Table 8.

Figure 0007567223000009
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<半導体粒子PbS-0の調製>
まず、硫黄源溶液として、単体硫黄0.40部とオレイルアミン6.0部を反応容器中、窒素雰囲気下、120℃に加熱して均一な溶液をした後、25℃に冷却した。次に、鉛源溶液として、塩化鉛0.32部、オレイルアミン6.0部を別の反応容器中、窒素雰囲気下、120℃に加熱した。その後、鉛源溶液を40℃に調製した後、上記の硫黄源溶液1.8部を一気に加えた。30秒間反応させた後、容器を氷浴に漬けて急冷した後、ヘキサン13部で希釈した。遠心分離(4000rpm、5分間)を行って未反応の原料を除去した後、ブタノール:メタノール=2:1(体積比)からなる混合液を12部加えて半導体粒子を沈降させ、遠心分離(4000rpm、5分間)を行い半導体粒子を回収した。その後、ヘキサン:オレイン酸=1:2(体積比)からなる混合液を24部加えて30分間攪拌し、遠心分離を行い、上澄みを回収した。半導体粒子沈降、再分散、不純物沈降を更に2回繰り返し、最後に半導体粒子を沈降させ、真空乾燥した後、n-オクタンを用いて固形分濃度5%に調製し、半導体粒子PbS-0を得た(平均粒径3.5nm)。
<Preparation of semiconductor particles PbS-0>
First, 0.40 parts of elemental sulfur and 6.0 parts of oleylamine were heated to 120°C in a reaction vessel under a nitrogen atmosphere to obtain a homogeneous solution, and then cooled to 25°C. Next, 0.32 parts of lead chloride and 6.0 parts of oleylamine were heated to 120°C in a separate reaction vessel under a nitrogen atmosphere to obtain a lead source solution. After that, the lead source solution was prepared at 40°C, and 1.8 parts of the above sulfur source solution were added at once. After reacting for 30 seconds, the vessel was immersed in an ice bath to rapidly cool, and then diluted with 13 parts of hexane. After centrifuging (4000 rpm, 5 minutes) to remove unreacted raw materials, 12 parts of a mixture consisting of butanol:methanol = 2:1 (volume ratio) was added to precipitate the semiconductor particles, and centrifuging (4000 rpm, 5 minutes) was performed to recover the semiconductor particles. Then, 24 parts of a mixed solution consisting of hexane:oleic acid = 1:2 (volume ratio) was added, stirred for 30 minutes, centrifuged, and the supernatant was collected. Semiconductor particle sedimentation, redispersion, and impurity sedimentation were repeated two more times, and finally the semiconductor particles were sedimented and dried in vacuum, and then the solid content was adjusted to 5% using n-octane, to obtain semiconductor particles PbS-0 (average particle size 3.5 nm).

<半導体粒子PbSe-0の合成>
鉛源溶液として、酸化鉛0.22部、オレイン酸0.73部、1-オクタデセン10部を反応容器中、窒素雰囲気下、150℃に加熱した。その後、1M-トリオクチルホスフィン-セレン溶液を2.5部とジフェニルホスフィン0.028部からなる混合物を素早く加え、反応溶液を180℃に加熱した後、160℃に保温し、2分間反応させた後、反応溶液を急冷した。10部のヘキサンで希釈した後、アセトンで沈殿させた。沈殿物をアセトンで5回洗浄し、真空乾燥させて半導体粒子PbSe-0を得た(平均粒径2.7nm)。
<Synthesis of semiconductor particles PbSe-0>
As a lead source solution, 0.22 parts of lead oxide, 0.73 parts of oleic acid, and 10 parts of 1-octadecene were heated to 150°C in a reaction vessel under a nitrogen atmosphere. Then, a mixture consisting of 2.5 parts of 1M-trioctylphosphine-selenium solution and 0.028 parts of diphenylphosphine was quickly added, and the reaction solution was heated to 180°C, and then kept at 160°C and reacted for 2 minutes, after which the reaction solution was quenched. The solution was diluted with 10 parts of hexane and precipitated with acetone. The precipitate was washed five times with acetone and dried in vacuum to obtain semiconductor particles PbSe-0 (average particle size 2.7 nm).

<半導体微粒子Ag2S-0の合成>
0.04部のオレイン酸銀と、8部のオクタンチオールと、4部のドデシルアミンとを反応容器中、Ar雰囲気下、200℃で0.5時間加熱した。この溶液を室温に放冷した後、40部の無水エタノールを添加した。得られた混合物を遠心分離し、真空乾燥させて半導体粒子Ag2S-0を得た(平均粒径2.5nm)。
<Synthesis of semiconductor fine particles Ag 2 S-0>
0.04 parts of silver oleate, 8 parts of octanethiol, and 4 parts of dodecylamine were heated in a reaction vessel under an Ar atmosphere at 200° C. for 0.5 hours. After the solution was allowed to cool to room temperature, 40 parts of absolute ethanol were added. The resulting mixture was centrifuged and vacuum dried to obtain semiconductor particles Ag 2 S-0 (average particle size 2.5 nm).

<光電変換層形成用組成物の調製>
<実施例1>
半導体粒子PbS-0を固形分濃度1%のトルエン溶液に調製した。調製した溶液1部と5%表面処理剤1のトルエン溶液1部とを混合した後、12時間撹拌した。トルエンとエタノールを用いて再沈殿法で精製を行った。沈殿を真空乾燥し、n‐オクタンの5質量%溶液として、光電変換形成用組成物PbS-1を調製した。
<Preparation of Photoelectric Conversion Layer Forming Composition>
Example 1
Semiconductor particles PbS-0 were prepared in a toluene solution with a solid content concentration of 1%. One part of the prepared solution was mixed with one part of a toluene solution of 5% surface treatment agent 1, and then stirred for 12 hours. Purification was performed by a reprecipitation method using toluene and ethanol. The precipitate was vacuum dried and made into a 5 mass % solution in n-octane to prepare a photoelectric conversion forming composition PbS-1.

<実施例2~25、比較例1~7>
表面処理剤1を表9に示す表面処理剤に変更した以外は、実施例1と同様にしてPbS-2~26、PbSe-1~3、Ag2S-1~3をそれぞれ調製した。この内、PbS-2~21、PbSe-1及び2、Ag2S-1及び2は、本発明の光電変換層形成用組成物であり、PbS-22~26、PbSe-3、Ag2S-3は、本発明の光電変換層形成用組成物ではない組成物である。
<Examples 2 to 25 and Comparative Examples 1 to 7>
PbS-2 to 26, PbSe-1 to 3, and Ag 2 S-1 to 3 were prepared in the same manner as in Example 1, except that surface treatment agent 1 was changed to the surface treatment agent shown in Table 9. Of these, PbS-2 to 21, PbSe-1 and 2, and Ag 2 S-1 and 2 are compositions for forming a photoelectric conversion layer of the present invention, and PbS-22 to 26, PbSe-3, and Ag 2 S-3 are compositions that are not the composition for forming a photoelectric conversion layer of the present invention.

Figure 0007567223000012
Figure 0007567223000012

<実施例101>
(光電変換素子の作製)
以下に光電変換素子の作製と評価について説明する。蒸着は、10-6Torrの真空中にて基板の加熱や冷却等の温度制御は行わない条件下で行った。素子の評価は、素子面積2mm×2mmの光電変換素子を用いて測定した。まず、洗浄したITO電極付きガラス板上に、PEDOT/PSS(ポリ(3,4-エチレンジオキシ)-2,5-チオフェン/ポリスチレンスルホン酸、Heraeus社製CLEVIOUS(登録商標) PVP CH8000)をスピンコート法にて塗工し、110℃にて20分間乾燥させて、厚み35nmの正孔注入層を得た。正孔注入層上に、光電変換層形成用組成物PbS-1をスピンコート法で塗工し、厚み150nmの光電変換層を形成した。 次いで、光電変換層上に、Avantama社製ZnO分散液N-10をスピンコートで製膜して厚み50nmの電子輸送層を形成した。次いで、電子輸送層上に、厚み200nmでアルミニウム(以下、Al)を蒸着して電極を形成し、光電変換素子を得た。
<Example 101>
(Fabrication of photoelectric conversion element)
The preparation and evaluation of the photoelectric conversion element will be described below. The deposition was performed in a vacuum of 10 -6 Torr under conditions where temperature control such as heating or cooling of the substrate was not performed. The element was evaluated using a photoelectric conversion element with an element area of 2 mm x 2 mm. First, PEDOT/PSS (poly(3,4-ethylenedioxy)-2,5-thiophene/polystyrene sulfonic acid, CLEVIOS (registered trademark) PVP CH8000 manufactured by Heraeus) was applied by spin coating on a cleaned glass plate with an ITO electrode, and dried at 110°C for 20 minutes to obtain a hole injection layer with a thickness of 35 nm. The photoelectric conversion layer forming composition PbS-1 was applied by spin coating on the hole injection layer to form a photoelectric conversion layer with a thickness of 150 nm. Next, a 50 nm-thick electron transport layer was formed on the photoelectric conversion layer by spin coating ZnO Dispersion N-10 manufactured by Avantama Corp. Next, an electrode was formed on the electron transport layer by vapor deposition of aluminum (hereinafter, Al) to a thickness of 200 nm, thereby obtaining a photoelectric conversion element.

(光電変換素子の評価)
得られた素子について、以下に示す方法によって耐久性を評価した。素子の保存前後のI-V曲線を測定し、測定値の比を算出することにより、耐久性を算出した。セルのI-V曲線は、キセノンランプ白色光を光源(ペクセル・テクノロジーズ株式会社製、PEC―L01)とし、太陽光(AM1.5)相当の光強度(100 mW/cm2)にて、光照射面積0.0363cm2(2mm角)のマスク下、I-V特性計測装置(ペクセル・テクノロジーズ株式会社製、PECK2400-N)を用いて走査速度0.1V/sec(0.01Vstep)、電圧設定後待ち時間50 msec、測定積算時間50msec、開始
電圧-0.1V、終了電圧1.1Vの条件で測定した。耐久性は、光電変換素子を保存前(素子作製直後)、及び遮光、25℃、湿度60%の条件下で4日間保存した後のI―V曲線を測定し、保存前(素子作製直後)の変換効率に対する保存後の変換効率の比として算出した。
(評価基準)
◎:比が95%以上 :良好
○:比が90%以上95%未満 :実用上使用可能
△:比が80%以上90%未満 :実用上使用不可
×:比が80%未満 :不良
(Evaluation of photoelectric conversion element)
The durability of the obtained element was evaluated by the method shown below. The IV curves of the element before and after storage were measured, and the durability was calculated by calculating the ratio of the measured values. The IV curve of the cell was measured using a xenon lamp white light source (PEC-L01, manufactured by Peccell Technologies, Inc.) with a light intensity (100 mW/cm 2 ) equivalent to sunlight (AM1.5) under a mask with a light irradiation area of 0.0363 cm 2 (2 mm square) using an IV characteristic measuring device (PECK2400-N, manufactured by Peccell Technologies, Inc.) under the conditions of a scanning speed of 0.1 V/sec (0.01 Vstep), a waiting time after voltage setting of 50 msec, a measurement integration time of 50 msec, a starting voltage of -0.1 V, and an end voltage of 1.1 V. The durability was calculated by measuring the I-V curves of the photoelectric conversion element before storage (immediately after the element was fabricated) and after storage for 4 days under conditions of light-shielded, 25°C, and 60% humidity, and calculating the ratio of the conversion efficiency after storage to the conversion efficiency before storage (immediately after the element was fabricated).
(Evaluation Criteria)
◎: Ratio is 95% or more: Good ○: Ratio is 90% or more but less than 95%: Usable for practical use △: Ratio is 80% or more but less than 90%: Unusable for practical use ×: Ratio is less than 80%: Poor

<実施例102~125>
実施例101で使用したPbS-1の替わりに、PbS-2~21、PbSe-1、2、Ag2S-1、2をそれぞれ使用した以外は、実施例1と同様にして光電変換素子をそれぞれ作製、評価した。結果を表10に示した。
<Examples 102 to 125>
Photoelectric conversion elements were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that PbS-2 to 21, PbSe-1, 2, Ag 2 S-1, 2 were used instead of PbS-1 used in Example 101. The results are shown in Table 10.

<比較例101~107>
実施例101で使用したPbS-1の替わりに、PbS-22~26、PbSe-3、Ag2S-3をそれぞれ使用した以外は、実施例101と同様にして光電変換素子をそれぞれ作製、評価した。結果を表10に示した。
<Comparative Examples 101 to 107>
Photoelectric conversion elements were prepared and evaluated in the same manner as in Example 101, except that PbS-22 to 26, PbSe-3, and Ag 2 S-3 were used instead of PbS-1 used in Example 101. The results are shown in Table 10.

Figure 0007567223000013
Figure 0007567223000013

本発明の光電変換素子(実施例101~125)は、いずれも比較例の素子よりも経時 での耐久性に優れていることが明らかとなった。実施例101~125で用いた表面処 理剤1~21は、カルボキシル基又はスルファニル基が半導体粒子表面への吸着が可能 であり、多くの芳香環を分子中に有する。その結果、芳香環の遮蔽効果により、酸素、 水等による半導体粒子表面への攻撃により引き起こされる劣化が抑制され、素子の耐久 性が向上したのではないかと推察される。実施例101~110、112~114、1 16~125では、特に高い耐久性が認められた。これは、表面処理剤1~10、12 ~14、16~21は、ジフェニルアミノ骨格を有しており、特に、遮蔽効果が有効に 働いた結果と推察される。 It was clear that the photoelectric conversion element of the present invention (Examples 101 to 125) had better durability over time than the comparative example. Surface treatment agents 1 to 21 used in Examples 101 to 125 have carboxyl or sulfanyl groups that can be adsorbed to the semiconductor particle surface and have many aromatic rings in the molecule. As a result, it is presumed that the shielding effect of the aromatic rings suppresses deterioration caused by attacks on the semiconductor particle surface by oxygen, water, etc., and improves the durability of the element. In Examples 101 to 110, 112 to 114, and 116 to 125, particularly high durability was observed. This is presumed to be the result of the surface treatment agents 1 to 10, 12 to 14, and 16 to 21 having a diphenylamino skeleton, and the shielding effect is particularly effective.

Claims (5)

一対の電極間に光電変換層を有してなる光電変換素子であって、光電変換層が、表面処理剤と半導体粒子とを含んでなり、表面処理剤が、下記一般式(1)、一般式(2)又は一般式(3)で表される構造を有し、半導体粒子が、波長700~2500nmの電磁波を吸収し得る光電変換素子。

一般式(1)
[一般式(1)中、X 1 は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、又は置換基を有してもよいアシル基であり、R 1 ~R 8 は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよいアシル基、置換基を有してもよいアミノ基、置換基を有してもよい(ポリ)オルガノシロキシ基、カルボキシル基又はスルファニル基であり、X 1 及びR 1 ~R 8 の内、少なくとも一つが、カルボキシル基、スルファニル基又はスルファニル基を有する基である。]

一般式(2)
[一般式(2)中、R 11 ~R 25 は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよいアシル基、置換基を有してもよい(ポリ)オルガノシロキシ基、ニトロ基、置換基を有してもよいアミノ基、カルボキシル基又はスルファニル基であり、R 11 ~R 25 の内、少なくとも一つが、カルボキシル基、スルファニル基又はスルファニル基を有する基である。]

一般式(3)
[一般式(3)中、X 2 は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基(ただしフェニル基を除く)、又は置換基を有してもよいアシル基であり、R 26 ~R 35 は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよい(ポリ)オルガノシロキシ基、置換基を有してもよいアミノ基、置換基を有してもよいアシル基、カルボキシル基又はスルファニル基であり、X 2 及びR 26 ~R 35 の内、少なくとも一つが、カルボキシル基、スルファニル基、カルボキシル基を有する基又はスルファニル基を有する基である。]
A photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer between a pair of electrodes, the photoelectric conversion layer containing a surface treatment agent and semiconductor particles, the surface treatment agent having a structure represented by the following general formula (1), general formula (2) or general formula (3), and the semiconductor particles being capable of absorbing electromagnetic waves having a wavelength of 700 to 2500 nm .

General formula (1)
[In general formula (1), X 1 is a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or an acyl group which may have a substituent; R 1 to R 8 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, an acyl group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, a (poly)organosiloxy group which may have a substituent, a carboxyl group, or a sulfanyl group; and at least one of X 1 and R 1 to R 8 is a carboxyl group, a sulfanyl group, or a group having a sulfanyl group.]

General formula (2)
[In general formula (2), R 11 to R 25 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, an acyl group which may have a substituent, a (poly)organosiloxy group which may have a substituent, a nitro group, an amino group which may have a substituent, a carboxyl group, or a sulfanyl group, and at least one of R 11 to R 25 is a carboxyl group, a sulfanyl group, or a group having a sulfanyl group.]

General formula (3)
[In general formula (3), X 2 is a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent (excluding a phenyl group), or an acyl group which may have a substituent; R 26 to R 35 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, a (poly)organosiloxy group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, an acyl group which may have a substituent, a carboxyl group, or a sulfanyl group; and at least one of X 2 and R 26 to R 35 is a carboxyl group, a sulfanyl group, a group having a carboxyl group, or a group having a sulfanyl group.]
一般式(1)において、X 1 及びR 1 ~R 8 の内、少なくとも一つが、カルボキシル基であり、
一般式(2)において、R 11 ~R 25 の内、少なくとも一つが、カルボキシル基であり、
一般式(3)において、X 2 及びR 26 ~R 35 の内、少なくとも一つが、カルボキシル基である請求項1に記載の光電変換素子。
In the general formula (1), at least one of X 1 and R 1 to R 8 is a carboxyl group;
In the general formula (2), at least one of R 11 to R 25 is a carboxyl group.
2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein , in formula (3), at least one of X 2 and R 26 to R 35 is a carboxyl group .
一般式(1)において、X 1 及びR 1 ~R 8 の内、少なくとも一つが、スルファニル基を有するアルキル基またはスルファニル基を有するアシル基であり、
一般式(2)において、R 11 ~R 25 の内、少なくとも一つが、スルファニル基を有するアルキル基またはスルファニル基を有するアシル基であり、
一般式(3)において、X 2 及びR 26 ~R 35 の内、少なくとも一つが、スルファニル基を有するアルキル基またはスルファニル基を有するアシル基である請求項1又は2記載の光電変換素子。
In the general formula (1), at least one of X 1 and R 1 to R 8 is an alkyl group having a sulfanyl group or an acyl group having a sulfanyl group;
In the general formula (2), at least one of R 11 to R 25 is an alkyl group having a sulfanyl group or an acyl group having a sulfanyl group;
3. The photoelectric conversion element according to claim 1 , wherein in formula (3), at least one of X 2 and R 26 to R 35 is an alkyl group having a sulfanyl group or an acyl group having a sulfanyl group .
半導体粒子が、PbS、PbSe及びAg2Sからなる群より選ばれる一種以上を含んでなる請求項1~3いずれか記載の光電変換素子。 4. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the semiconductor particles contain at least one member selected from the group consisting of PbS, PbSe and Ag 2 S. 面処理剤と半導体粒子とを含んでなる光電変換層形成用組成物であって、表面処理剤が、下記一般式(1)、一般式(2)又は一般式(3)で表される構造を有し、半導体粒子が、波長700~2500nmの電磁波を吸収し得る光電変換層形成用組成物

一般式(1)
[一般式(1)中、X 1 は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、又は置換基を有してもよいアシル基であり、R 1 ~R 8 は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよいアシル基、置換基を有してもよいアミノ基、置換基を有してもよい(ポリ)オルガノシロキシ基、カルボキシル基又はスルファニル基であり、X 1 及びR 1 ~R 8 の内、少なくとも一つが、カルボキシル基、スルファニル基又はスルファニル基を有する基である。]

一般式(2)
[一般式(2)中、R 11 ~R 25 は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよいアシル基、置換基を有してもよい(ポリ)オルガノシロキシ基、ニトロ基、置換基を有してもよいアミノ基、カルボキシル基又はスルファニル基であり、R 11 ~R 25 の内、少なくとも一つが、カルボキシル基、スルファニル基又はスルファニル基を有する基である。]

一般式(3)
[一般式(3)中、X 2 は、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基(ただしフェニル基を除く)、又は置換基を有してもよいアシル基であり、R 26 ~R 35 は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアルコキシ基、置換基を有してもよいアリールオキシ基、置換基を有してもよい(ポリ)オルガノシロキシ基、置換基を有してもよいアミノ基、置換基を有してもよいアシル基、カルボキシル基又はスルファニル基であり、X 2 及びR 26 ~R 35 の内、少なくとも一つが、カルボキシル基、スルファニル基、カルボキシル基を有する基又はスルファニル基を有する基である。]

The composition for forming a photoelectric conversion layer comprises a surface treatment agent and semiconductor particles , wherein the surface treatment agent has a structure represented by the following general formula (1), general formula (2) or general formula (3), and the semiconductor particles are capable of absorbing electromagnetic waves having a wavelength of 700 to 2500 nm .

General formula (1)
[In general formula (1), X 1 is a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or an acyl group which may have a substituent; R 1 to R 8 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, an acyl group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, a (poly)organosiloxy group which may have a substituent, a carboxyl group, or a sulfanyl group; and at least one of X 1 and R 1 to R 8 is a carboxyl group, a sulfanyl group, or a group having a sulfanyl group.]

General formula (2)
[In general formula (2), R 11 to R 25 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, an acyl group which may have a substituent, a (poly)organosiloxy group which may have a substituent, a nitro group, an amino group which may have a substituent, a carboxyl group or a sulfanyl group, and at least one of R 11 to R 25 is a carboxyl group, a sulfanyl group or a group having a sulfanyl group.]

General formula (3)
[In general formula (3), X 2 is a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent (excluding a phenyl group), or an acyl group which may have a substituent; R 26 to R 35 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, an alkoxy group which may have a substituent, an aryloxy group which may have a substituent, a (poly)organosiloxy group which may have a substituent, an amino group which may have a substituent, an acyl group which may have a substituent, a carboxyl group, or a sulfanyl group; and at least one of X 2 and R 26 to R 35 is a carboxyl group, a sulfanyl group, a group having a carboxyl group, or a group having a sulfanyl group.]

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