(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極と、
第二の電極と、
前記第一の電極および前記第二の電極の間に存在する、ｎ型有機半導体およびｐ型有機半導体を含む光電変換層と、
を有し、
前記ｐ型有機半導体は、下記一般式２で表される部分構造を有する共役系高分子化合物を含む、有機光電変換素子；
【化１】
0005853852.tif 000035
ただし、Ｘ１〜Ｘ４は、それぞれ独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ（＝Ｏ）−、−ＳＯ２−、−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−、−Ｓｉ（Ｒ３）（Ｒ４）−、−Ｎ（Ｒ５）−、−Ｂ（Ｒ６）−、−Ｐ（Ｒ７）−、または−Ｐ（＝Ｏ）（Ｒ８）−を表し； 
Ｙ１〜Ｙ４は、それぞれ独立して、−Ｃ（Ｒ９）＝、または−Ｎ＝を表し；
Ｚ１〜Ｚ２は、それぞれ独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｎ（Ｒ１０）−、−Ｃ（Ｒ１１）＝Ｃ（Ｒ１２）−、または−Ｃ（Ｒ１３）＝Ｎ−を表し；
Ｒ１〜Ｒ１３は、それぞれ独立して、水素原子（Ｈ）、ハロゲン原子、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数１〜２４のアルキル基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基、炭素原子数３〜２０のシクロアルキル基、炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数１〜２４のアルコキシ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルコキシ基、炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数６〜３０のアリール基、炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基、炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基、炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基、またはシアノ基を表し；
Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、複素芳香族環からなるドナー性ユニットを表し；
Ａは、アクセプター性ユニットを表し；
ｐおよびｑは、それぞれ独立して、１〜４の整数を表し、ｒは１〜４の整数を表す。
【請求項２】
前記一般式２において、Ｚ１〜Ｚ２は、それぞれ独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、または−Ｎ（Ｒ１０）−である、請求項１に記載の有機光電変換素子。
【請求項３】
前記一般式２において、Ｚ１〜Ｚ２は、−Ｓ−である、請求項１または２に記載の有機光電変換素子。
【請求項４】
前記一般式２において、Ｙ１及びＹ２が、それぞれ独立して、−Ｃ（Ｒ９）＝である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機光電変換素子。
【請求項５】
前記一般式２において、Ｙ３及びＹ４が、それぞれ独立して、−Ｃ（Ｒ９）＝である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機光電変換素子。
【請求項６】
前記一般式２において、Ｘ１およびＸ２のうち少なくとも一方、ならびにＸ３およびＸ４のうちの少なくとも一方が、それぞれ独立して、−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機光電変換素子。
【請求項７】
前記一般式２において、Ｘ１およびＸ２のうち少なくとも一方、ならびにＸ３およびＸ４のうちの少なくとも一方が、それぞれ独立して、−Ｏ−である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機光電変換素子。
【請求項８】
前記一般式２において、Ｄ１およびＤ２で表わされるドナー性ユニットが、下記Ｄ１〜Ｄ２４からなる群より選択される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機光電変換素子。
【化２】
0005853852.tif 000036
【化３】
0005853852.tif 000037
ただし、Ｒは、それぞれ独立して、水素原子（Ｈ）、置換された若しくは非置換の、炭素原子数１〜２４のアルキル基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基、炭素原子数３〜２４のシクロアルキル基、炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数１〜２４のアルコキシ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルコキシ基、炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数６〜３０のアリール基、炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基、炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基、または炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基を表す。
【請求項９】
前記一般式２において、Ａで表わされるアクセプター性ユニットが、下記Ａ−１〜Ａ−５１からなる群より選択される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機光電変換素子。
【化４】
0005853852.tif 000038
【化５】
0005853852.tif 000039
【化６】
0005853852.tif 000040
ただし、Ｒは、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数１〜２４の、アルキル基、フッ化アルキル基、アルコキシ基、フッ化アルコキシ基、アルキルチオ基もしくはフッ化アルキルチオ基、または炭素原子数６〜３０の、アリール基もしくはフッ化アリール基である。
【請求項１０】
前記共役系高分子化合物の数平均分子量は、１０，０００〜１００，０００である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の有機光電変換素子。
【請求項１１】
前記第一の電極は透明電極であり、
前記第二の電極は対電極であり、
前記光電変換層と前記第二の電極との間に、さらに正孔輸送層を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機光電変換素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の有機光電変換素子を有する、太陽電池。
【請求項１３】
前記一般式２で表される部分構造を有する共役系高分子化合物。
【化７】
0005853852.tif 000041
ただし、Ｘ１〜Ｘ４は、それぞれ独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ（＝Ｏ）−、−ＳＯ２−、−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−、−Ｓｉ（Ｒ３）（Ｒ４）−、−Ｎ（Ｒ５）−、−Ｂ（Ｒ６）−、−Ｐ（Ｒ７）−、または−Ｐ（＝Ｏ）（Ｒ８）−を表し； 
Ｙ１〜Ｙ４は、それぞれ独立して、−Ｃ（Ｒ９）＝、または−Ｎ＝を表し；
Ｚ１〜Ｚ２は、それぞれ独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｎ（Ｒ１０）−、−Ｃ（Ｒ１１）＝Ｃ（Ｒ１２）−、または−Ｃ（Ｒ１３）＝Ｎ−を表し；
Ｒ１〜Ｒ１３は、それぞれ独立して、水素原子（Ｈ）、ハロゲン原子、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数１〜２４のアルキル基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基、炭素原子数３〜２０のシクロアルキル基、炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数１〜２４のアルコキシ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルコキシ基、炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数６〜３０のアリール基、炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基、炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基、炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基、またはシアノ基を表し；
Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、複素芳香族環からなるドナー性ユニットを表し；
Ａは、アクセプター性ユニットを表し；
ｐおよびｑは、それぞれ独立して、１〜４の整数を表し、ｒは１〜４の整数を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共役系高分子化合物およびこれを用いた有機光電変換素子に関する。より詳しくは、本発明は、有機光電変換素子の光電変換効率等を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の削減が切に望まれている。また、近い将来、石油、石炭、および天然ガスなどの化石燃料が枯渇することが予想されており、これらに替わる地球に優しいエネルギー資源の確保が急務となっている。そこで、太陽光、風力、地熱、原子力など利用した発電技術の開発が盛んに行われているが、なかでも太陽光発電は、安全性の高さから特に注目されている。
【０００３】
太陽光発電では、光起電力効果を利用した光電変換素子を用いて、光エネルギーを直接電力に変換する。光電変換素子は、一般的に、一対の電極の間に光電変換層（光吸収層）が挟持されてなる構造を有し、当該光電変換層において光エネルギーが電気エネルギーに変換される。光電変換素子は、光電変換層に用いられる材料や、素子の形態により、単結晶・多結晶・アモルファスのＳｉを用いたシリコン系光電変換素子、ＧａＡｓやＣＩＧＳ（銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）からなる半導体）等の化合物半導体を用いた化合物系光電変換素子、色素増感型光電変換素子（グレッツェルセル）などが提案・実用化されている。
【０００４】
しかしながら、これらの太陽電池を用いた場合の発電コストは、依然として化石燃料を用いて発電・送電する場合のコストと比較して高く、これが太陽光発電の普及の妨げとなっていた。また、基板に重いガラスを用いなければならないため、屋根などに設置する場合に補強工事が必要であり、これらも発電コストを高騰させる一因であった。
【０００５】
太陽光発電における発電コストを低減させるための技術として、透明電極と対電極との間に、電子供与性有機化合物（ｐ型有機半導体）と電子受容性有機化合物（ｎ型有機半導体）との混合物を光電変換層として含むバルクへテロジャンクション（ＢＨＪ）型の光電変換素子が提案されている。２００７年には５％を超える光電変換効率が報告され（非特許文献１）、さらに、理論的には光電変換効率１０％の達成も可能であるとの見通しがなされている（非特許文献２）。このような高い光電変換効率の達成には、ｐ型有機半導体材料のＬＵＭＯが−３．９〜−４．０ｅＶ、バンドギャップが１．４〜１．６ｅＶであることが必要であると予測されている。なお、これらは曲線因子（ＦＦ）および外部量子効率（ＥＱＥ）がともに０．６５を達成しうる場合の予測である。
【０００６】
バルクへテロジャンクション型有機光電変換素子は、軽量で柔軟性に富むことから、様々な製品への応用が期待されている。また、構造が比較的単純であり、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体を塗布することによって光電変換層を形成できることから、ロール・トゥ・ロールでの大量生産によってコストダウンが期待でき、太陽電池の早期普及にも寄与するものと考えられる。より具体的には、バルクへテロジャンクション型有機光電変換素子において、電極（陽極および陰極）や、正孔輸送層等を構成する金属酸化物層は、塗布プロセス以外の手法（例えば、真空蒸着法など）により形成されうる。その一方で、これら以外の層は塗布プロセスを用いて形成することができる。したがって、バルクへテロジャンクション型光電変換素子の製造は高速でかつ安価に行うことが可能であると期待され、上述した発電コストの課題を解決できる可能性があると考えられるのである。さらに、従来のシリコン系光電変換素子、化合物系光電変換素子、色素増感型光電変換素子などの製造とは異なり、１６０℃よりも高温の製造プロセスを必須に伴うものではないため、安価でかつ軽量なプラスチック基板上への形成も可能であると期待される。
【０００７】
しかしながら、有機光電変換素子は、他のタイプの光電変換素子と比較して、未だ光電変換効率や、熱や光に対する耐久性が十分とはいえない。そこで、光電変換効率や耐久性を向上させるために、各種改良が進められている。特に、耐久性を向上させることを目的として、例えば、通常の有機光電変換素子とは逆順に各層を積層し、透明電極側から電子を取り出し、仕事関数の深い安定な金属電極側から正孔を取り出す、いわゆる逆層型の有機光電変換素子が提案されている（特許文献１）。このような逆層型の有機光電変換素子は、光透過性に劣る導電性ポリマーから構成される正孔輸送層が、対電極（陽極）と光電変換層との間に存在する構成を有する。一般に、対電極（陽極）は金属材料から構成されるが、光透過性の低い正孔輸送層の存在により、対電極で反射される光を効率的に光電変換層に再利用することができないため、逆層型は光の利用の観点からいえば不利な構成である（非特許文献３）。よって、逆層型において十分な光電変換効率を得るためには、一般的に順層型よりも光電変換層の膜厚を大きくするなどの対応が必要となり、そのためには高い移動度の有機半導体材料が求められる。特に、前述の曲線因子（ＦＦ）＞０．６５および外部量子効率（ＥＱＥ）＞０．６５を達成するためには、高い移動度の有機半導体材料が必要とされていた。
【０００８】
このような課題に対し、例えば、特許文献２および非特許文献４，５では、５縮環の構造を有する共役系高分子化合物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１４６９８１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０２０３２９号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ａ．Ｈｅｅｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔ．，ｖｏｌ．６（２００７），ｐ４９７
【非特許文献２】Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈ  Ｊ．Ｂｒａｂｅｃ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００６，１８，ｐ７８９
【非特許文献３】Ｊ．  Ｐｅｅｔ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，９８，０４３３０１（２０１１）
【非特許文献４】Ｍａｏｊｉｅ  Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．，２０１１，２３（１８），ｐｐ．４２６４
【非特許文献５】Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．  ２０１１，２３，７６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献２および非特許文献４，５に記載の共役系高分子化合物は、縮環度の高い構造を有するため移動度は高いものの、このような共役系高分子化合物をｐ型有機半導体材料として使用する順層構成の有機薄膜太陽電池は耐久性に乏しかった。このように、上記特許文献２および非特許文献４，５に記載の材料の耐久性は未知であった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、有機光電変換素子において高い耐久性を発揮できる共役系高分子化合物、および、これを用いた有機光電変換素子（特に、耐久性の面で有利な逆層構成においても優れた光電変換効率を発揮できる有機光電変換素子）を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、有機光電変換素子において、高い移動度および高い光電変換効率を有し、かつ高い耐久性を発揮できる共役系高分子化合物、および、これを用いた有機光電変換素子（特に、耐久性の面で有利な逆層構成においても優れた光電変換効率を発揮できる有機光電変換素子）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を行った。そして、下記一般式１で表される新規な共役系高分子化合物を用いることにより、十分な光電変換効率及び耐久性を発揮できる有機光電変換素子を提供することが可能となることを見出し、本発明を完成させた。
【００１５】
すなわち、本発明の一形態によれば、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極および前記第二の電極の間に存在する、ｎ型有機半導体およびｐ型有機半導体を含む光電変換層と、を有し、前記ｐ型有機半導体は、下記一般式１で表される部分構造を有する共役系高分子化合物を含む、有機光電変換素子が提供される。
【００１６】
また、本発明の他の形態によれば、下記一般式１で表される部分構造を有する共役系高分子化合物が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、有機光電変換素子において、高い移動度および高い光電変換効率を有し、かつ高い耐久性を発揮できる共役系高分子化合物を提供することが可能となる。さらに、当該共役系高分子化合物を用いた有機光電変換素子は、十分な光電変換効率を発揮でき、耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る、順層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。
【図２】本発明の他の一実施形態に係る、逆層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。
【図３】本発明の他の一実施形態に係る、タンデム型の光電変換層を備えた有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい形態を説明する。
【００２０】
＜有機光電変換素子＞
本発明の一形態は、下記一般式１で表される部分構造を有する共役系高分子化合物を光電変換層に含む有機光電変換素子に関する。すなわち、本形態に係る有機光電変換素子は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極および前記第二の電極の間に存在する、ｎ型有機半導体およびｐ型有機半導体を含む光電変換層とを有し、前記ｐ型有機半導体は、下記一般式１で表される部分構造を有する共役系高分子化合物を含む。
【００２１】
また、本発明の他の一形態によれば、下記一般式１で表される部分構造を有する共役系高分子化合物が提供される。なお、本発明の共役系高分子化合物は一般式１で表される部分構造を１または２以上含むが、当該部分構造が２以上存在する場合には、各部分構造における、Ｘ１〜Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ４、Ｚ１〜Ｚ２、およびＲ１〜Ｒ１３は、互いに同一であってもよいし、異なってもよい。
【００２２】
【化１】
0005853852.tif 000002
【００２３】
本発明は、上記一般式１に示されるような縮環度の高い構造を用いる点を特徴とする。かかる構造を有することで、移動度が高く、耐久性に優れる共役系高分子化合物を提供することが可能となり、当該共役系高分子化合物を用いた有機光電変換素子は、十分な光電変換効率を発揮でき、また、耐久性に優れる。ここで、本願発明の共役系高分子化合物および有機光電変換素子が上記効果を奏するメカニズムは明らかではないが、以下のように推測される。ただし、本願発明は下記推測に限定されるものではない。
【００２４】
上記特許文献２および非特許文献４，５に記載の共役系高分子化合物では、移動度を高めるためには、縮環度の高い構造を用いることが有用であるものの、このような共役系高分子化合物は溶解性が低下するため、アルキル基等の長い溶解性基を導入する必要があると考えられる。しかしながら、このような溶解性基を導入した構造では、ドメインを形成するフラーレン等のｎ型有機半導体材料との相溶性が乏しく、経時的にドメイン構造が変化するため、耐久性が低下しやすいと推定している。
【００２５】
このような推定に基づき、上記移動度と耐久性とのトレードオフを解決するために、本発明者らが、移動度が向上し、その結果、高い光電変換効率の有機光電変換素子を提供できるｐ型有機半導体としての共役系高分子化合物についてさらに鋭意検討を行った。その結果、一般式１のような縮環度の高い構造において、芳香族環の架橋部に複数の原子を用いると、若干のねじれが発生し、溶解性を向上できることが判明した。また、このような共役系高分子化合物を用いた有機光電変換素子に用いると、共役系高分子化合物の溶解性が高いため、本発明に係るｐ型有機半導体としての共役系高分子化合物とｎ型有機半導体としてのフラーレン類との相溶性が向上して、熱等を印加した加速条件でも相分離構造が保たれる（熱等の印加前後でｐｎ接合面積を維持できる）。したがって、本発明の共役系高分子化合物を用いた有機光電変換素子は、高い光電変換効率及び優れた耐久性を達成しうる。
【００２６】
上記一般式１中、Ｘ１〜Ｘ４は、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ（＝Ｏ）−、−ＳＯ２−、−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−、−Ｓｉ（Ｒ３）（Ｒ４）−、−Ｎ（Ｒ５）−、−Ｂ（Ｒ６）−、−Ｐ（Ｒ７）−または−Ｐ（＝Ｏ）（Ｒ８）−を表す。ここで、Ｘ１〜Ｘ４は、それぞれ、同一であってもよいし、異なっていてもよいが、結晶性を高め、高い移動度の材料を得やすい点で、Ｘ１およびＸ４ならびにＸ２およびＸ３のうち少なくとも一方が同一であることが好ましく、Ｘ１およびＸ４ならびにＸ２およびＸ３がそれぞれ同一であることがより好ましい。
【００２７】
中でも、Ｘ１〜Ｘ４は、溶解性と結晶性を両立しやすい点で、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ（＝Ｏ）−、−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−、−Ｓｉ（Ｒ３）（Ｒ４）−、−Ｎ（Ｒ５）−、または−Ｐ（＝Ｏ）（Ｒ８）−であることが好ましく、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ（＝Ｏ）−、−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−、−Ｎ（Ｒ５）−、または−Ｐ（＝Ｏ）（Ｒ８）−であることがより好ましい。ここで、Ｘ１およびＸ２のうち少なくとも一方、ならびにＸ３およびＸ４のうちの少なくとも一方は、電子供与性のユニットである（電子供与性基を有する）ことが好ましい。電子供与性のユニットとすることで、後述するアクセプターユニットと共重合する場合に、長波長まで吸収する共役高分子とすることができる。すなわち、Ｘ１およびＸ２のうち少なくとも一方、ならびにＸ３およびＸ４のうちの少なくとも一方は、それぞれ独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｎ（Ｒ５）−、または−Ｐ（Ｒ７）−であることが好ましく、中でも、−Ｏ−、または−Ｎ（Ｒ５）−であることがより好ましく、最も好ましくは−Ｏ−である。また、Ｘ１およびＸ２のうち少なくとも一方、ならびにＸ３およびＸ４のうちの少なくとも一方は、溶解性のユニットである（溶解性基を有する）こともまた好ましい。溶解性のユニットとすることで、得られる共役系高分子化合物の溶解性が向上できる。すなわち、Ｘ１およびＸ２のうち少なくとも一方、ならびにＸ３およびＸ４のうちの少なくとも一方は、それぞれ独立して、−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−、−Ｓｉ（Ｒ３）（Ｒ４）−、−Ｎ（Ｒ５）−、−Ｂ（Ｒ６）−、−Ｐ（Ｒ７）−、または−Ｐ（＝Ｏ）（Ｒ８）−であることが好ましい。より優れた溶解性を達成しうるという点で、Ｘ１およびＸ２のうち少なくとも一方、ならびにＸ３およびＸ４のうちの少なくとも一方は、複数の溶解性基を導入できる−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−、または−Ｓｉ（Ｒ３）（Ｒ４）−であることがより好ましく、最も好ましくは−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−である。このため、Ｘ１およびＸ２のうち少なくとも一方、ならびにＸ３およびＸ４のうちの少なくとも一方が、−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−であり、かつＸ１およびＸ２の他方、ならびにＸ３およびＸ４の他方が、−Ｏ−である形態が特に好ましい。
【００２８】
また、上記一般式１中、Ｙ１〜Ｙ４は、−Ｃ（Ｒ９）＝、または−Ｎ＝を表す。ここで、Ｙ１〜Ｙ４は、それぞれ、同一であってもよいし、異なっていてもよいが、結晶性を高め、高い移動度の材料を得やすい点で、Ｙ１およびＹ２ならびにＹ３およびＹ４のうち少なくとも一方が同一であることが好ましく、Ｙ１およびＹ２ならびにＹ３およびＹ４がそれぞれ同一であることがより好ましい。
【００２９】
中でも、高い移動度および合成のしやすさなどの観点から、Ｙ１及びＹ２が、それぞれ独立して、−Ｃ（Ｒ９）＝である形態、およびＹ３及びＹ４が、それぞれ独立して、−Ｃ（Ｒ９）＝である形態が好ましく、Ｙ１及びＹ２が、−Ｃ（Ｒ９）＝であり、かつＹ３及びＹ４が、−Ｃ（Ｒ９）＝である形態がより好ましい。このような場合には、共役系高分子化合物は、高い移動度を有し、また、合成的な観点からも収率が高い。
【００３０】
また、上記一般式１中、Ｚ１〜Ｚ２は、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｎ（Ｒ１０）−、−Ｃ（Ｒ１１）＝Ｃ（Ｒ１２）−、または−Ｃ（Ｒ１３）＝Ｎ−を表す。ここで、Ｚ１〜Ｚ２は、それぞれ、同一であってもよいし、異なっていてもよいが、結晶性を高め、高い移動度の材料を得やすい点でそれぞれ同一であることが好ましい。中でも、Ｚ１〜Ｚ２が、−Ｏ−、−Ｓ−、または−Ｎ（Ｒ１０）−であることが好ましい。この場合には、一般式１の部分構造の両末端（Ｚ１〜Ｚ２を有する環部分）が５員環となり、隣接するモノマーと平面的に結合するため、高い移動度が達成できる。より好ましくは、Ｚ１〜Ｚ２は、−Ｓ−である。このような場合には、一般式１の部分構造の両末端（Ｚ１〜Ｚ２を有する複素芳香族環部分）がチオフェンまたはチアゾールとなり、どちらも移動度が高く、キャリア輸送性に優れるユニットである。
【００３１】
また、上記一般式１中、Ｒ１〜Ｒ１３は、それぞれ独立して、水素原子（Ｈ）、ハロゲン原子、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数１〜２４のアルキル基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基、炭素原子数３〜２０のシクロアルキル基、炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数１〜２４のアルコキシ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルコキシ基、炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数６〜３０のアリール基、炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基、炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基、炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基、またはシアノ基（−ＣＮ）を表す。ここで、Ｒ１〜Ｒ１３は、それぞれ、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００３２】
上記ハロゲン原子としては、特に制限はなく、フッ素原子（Ｆ）、塩素原子（Ｃｌ）、臭素原子（Ｂｒ）、ヨウ素原子（Ｉ）のいずれであってもよい。このうち、重合時に副反応を起こしにくい（Ｂｒ，Ｉはスズと反応する可能性がある）という観点からフッ素原子（Ｆ）または塩素原子であることが好ましく、フッ素原子（Ｆ）であることがより好ましい。
【００３３】
上記炭素原子数１〜２４のアルキル基としては、特に制限はないが、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル、ネオペンチル、ｎ−ヘキシル基、シクロヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、２−エチルヘキシル基、ｎ−ノニル基、ｎ−デシル基、ｎ−ウンデシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−トリデシル基、ｎ−テトラデシル基、２−テトラオクチル基、ｎ−ペンタデシル基、ｎ−ヘキサデシル基、２−ヘキシルデシル基、ｎ−ヘプタデシル基、１−オクチルノニル基、ｎ−オクタデシル基、ｎ−ノナデシル基、ｎ−イコシル基、２−デシルテトラデシル基などの直鎖または分岐鎖のアルキル基が挙げられる。このうち、溶解性を向上させるという観点から、炭素原子数８〜２４のアルキル基であることが好ましく、炭素原子数８〜１６のアルキル基であることがより好ましい。
【００３４】
上記炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基としては、特に制限はないが、例えば、上記で例示したアルキル基に含まれる水素原子の少なくとも１つがフッ素原子で置換された基が挙げられる。このうち、より高いＶｏｃ（深いＨＯＭＯ準位）を達成する観点から、環（Ｚ１またはＺ２を含む芳香環、Ｘ１およびＸ２を含む芳香環、Ｘ３およびＸ４を含む芳香環、Ｙ１およびＹ２を含む芳香環）との結合部位に最も近い炭素原子（すなわちアルキル基中の１位の炭素原子）のみがフッ素原子で置換された基であることが好ましい。具体的には、フルオロメチル基、１−フルオロエチル基、１−フルオロプロピル基、１−フルオロブチル基、１−フルオロオクチル基、１−フルオロデシル基、１−フルオロヘキサデシル基、１−フルオロ−２−エチルヘキシル基、１−フルオロ−２−ヘキシルデシル基などのモノフルオロアルキル基；ジフルオロメチル基、１，１−ジフルオロエチル基、１，１−ジフルオロプロピル基、１，１−ジフルオロブチル基、１，１−ジフルオロオクチル基、１，１−ジフルオロデシル基、１，１−ジフルオロヘキサデシル基、１，１−ジフルオロ−２−エチルヘキシル基、１，１−ジフルオロ−２−ヘキシルデシル基などのジフルオロアルキル基；トリフルオロメチル基等のトリフルオロアルキル基；−ＣＨ２ＣＨ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３などが挙げられる。また、上層の塗布性を維持するという観点から、炭素原子数１〜８のフッ化アルキル基であることが好ましく、炭素原子数１〜５のフッ化アルキル基であることがより好ましい。このような炭素原子数であれば、他の溶解性基に比して十分短く（溶解性を付与するための置換基は、一般に炭素原子数６以上を用いる）、上層塗布性に対する影響が少ないためである。なかでも、炭素原子数が１であるトリフルオロメチル基、炭素原子数が５である−ＣＨ２ＣＨ２ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ３がさらにより好ましく、炭素原子数が１であるトリフルオロメチル基であることが特に好ましい。
【００３５】
上記炭素原子数３〜２０のシクロアルキル基としては、特に制限はないが、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などが挙げられる。このうち、溶解性を向上させるという観点から、炭素原子数４〜８のシクロアルキル基であることが好ましい。
【００３６】
上記炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基としては、特に制限はないが、例えば、上記で例示したシクロアルキル基に含まれる水素原子の少なくとも１つがフッ素原子で置換された基が挙げられる。このうち、より高いＶｏｃ（深いＨＯＭＯ準位）を達成する観点から、上記で例示したシクロアルキル基に含まれる全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であることが好ましいが、塗布性との兼ね合いからフッ素原子の個数・位置は適切に調節されることが好ましい。また、溶解性を向上させるという観点から、炭素原子数４〜８のフッ化シクロアルキル基であることが好ましい。
【００３７】
上記炭素原子数１〜２４のアルコキシ基としては、特に制限はないが、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、ｎ−オクチルオキシ基、ｎ−デシルオキシ基、ｎ−ドデシルオキシ基、ｎ−ヘキサデシルオキシ基、２−エチルヘキシルオキシ基、２−ヘキシルデシルオキシ基、２−デシルテトラデシルオキシ基などが挙げられる。
【００３８】
上記炭素数１〜２４のフッ化アルコキシ基（フッ化アルキルオキシ基）としては、特に制限はないが、例えば、上記で例示したフッ化アルキル基の根元に酸素原子が結合されてなる基が挙げられる。このうち、より高いＶｏｃ（深いＨＯＭＯ準位）達成の観点から、上記で例示したアルキル鎖中に含まれる全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であることが好ましいが、塗布性との兼ね合いから適切な個数・位置に調節されることもまた好ましい。溶解性と深いＨＯＭＯ準位の両立をしやすいのは、置換部位の炭素原子近傍のみがフッ素原子であるフッ化アルキル鎖を有するフッ化アルコキシ基である。また、上層の塗布性を維持するという観点から、炭素原子数１〜５のフッ化アルキル基の根元に酸素原子が結合されてなる基が好ましく、特に好ましくは、炭素原子数が１であるトリフルオロメトキシ基である。
【００３９】
上記炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基としては、特に制限はないが、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ｎ−ブチルチオ基、ｓｅｃ−ブチルチオ基、ｔｅｒｔ−ブチルチオ基、ｉｓｏ−プロピルチオ基、ｎ−ドデシルチオ基等が挙げられる。このうち、溶解性と結晶性の両立の観点から、炭素原子数１〜１６のアルキルチオ基が好ましく、炭素原子数６〜１２のアルキルチオ基がより好ましい。
【００４０】
上記炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基としては特に制限はないが、例えば、上記で例示したフッ化アルキル基の根元に硫黄原子が結合されてなる基が挙げられる。このうち、より高いＶｏｃ（深いＨＯＭＯ準位）達成の観点の観点から、上記で例示したアルキル鎖中に含まれる全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であることが好ましいが、塗布性との兼ね合いから適切な個数・位置に調節されることもまた好ましい。また、上層の塗布性を維持するという観点からは、炭素原子数１〜１２のフッ化アルキル基の根元に硫黄原子が結合されてなる基が好ましく、特に好ましくは、炭素原子数が１であるトリフルオロメチルチオ基である。
【００４１】
上記炭素原子数６〜３０のアリール基としては、特に制限はないが、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などの非縮合炭化水素基；ペンタレニル基、インデニル基、ナフチル基、アズレニル基、ヘプタレニル基、ビフェニレニル基、フルオレニル基、アセナフチレニル基、プレイアデニル基、アセナフテニル基、フェナレニル基、フェナントリル基、アントリル基、フルオランテニル基、アセフェナントリレニル基、アセアントリレニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基などの縮合多環炭化水素基が挙げられる。
【００４２】
上記炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基としては、特に制限はないが、例えば、上記で例示したアリール基に含まれる水素原子の少なくとも１つがフッ素原子で置換された基が挙げられる。このうち、より高いＶｏｃ（深いＨＯＭＯ準位）を達成する観点から、上記で例示したアリール基に含まれる全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であることが好ましいが、塗布性との兼ね合いからフッ素原子の個数・位置は適切調節されることが好ましい。溶解性と結晶性の両立の観点から、炭素原子数６〜１２のフッ化アリール基が好ましく、２，４−フルオロフェニル基が特に好ましい。
【００４３】
上記炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基としては、特に制限はないが、例えば、ピリジル基、ピリミジル基、ピラジニル基、トリアジニル基、フラニル基、ピロリル基、チオフェニル基（チエニル基）、キノリル基、フリル基、ピペリジル基、クマリニル基、シラフルオレニル基、ベンゾフラニル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、オキサゾリル基、イソオキサゾリル基、チアゾリル基、インダゾリル基、ピリダジニル基、シンノリル基、キナゾリル基、キノキサリル基、フタラジニル基、フタラジンジオニル基、フタルアミジル基、クロモニル基、ナフトラクタミル基、キノロニル基、ナフタリジニル基、ベンズイミダゾロニル基、ベンズオキサゾロニル基、ベンゾチアゾロニル基、ベンゾチアゾチオニル基、キナゾロニル基、キノキサロニル基、フタラゾニル基、ジオキソピリミジニル基、ピリドニル基、イソキノロニル基、イソキノリニル基、イソチアゾリル基、ベンズイソキサゾリル基、ベンズイソチアゾリル基、インダジロニル基、アクリジニル基、アクリドニル基、キナゾリンジオニル基、キノキサリンジオニル基、ベンゾオキサジンジオニル基、ベンゾキサジノニル基、ナフタルイミジル基、ジチエノシクロペンタジエニル基、ジチエノシラシクロペンタジエニル基、ジチエノピロリル基、ベンゾジチオフェニル基などが挙げられる。
【００４４】
上記炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基としては、特に制限はないが、例えば、上記で例示したヘテロアリール基に含まれる水素原子の少なくとも１つがフッ素原子で置換された基が挙げられる。このうち、より高いＶｏｃ（深いＨＯＭＯ準位）を達成する観点から、上記で例示したヘテロアリール基に含まれる全ての水素原子がフッ素原子で置換された基であることが好ましいが、塗布性との兼ね合いからフッ素原子の個数・位置は適切に調節されることが好ましい。
【００４５】
上記Ｒ１〜Ｒ１３に場合によって存在する置換基は、特に制限はないが、例えば、置換または非置換の、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シリル基、スルホニル基、スルフィニル基、ウレイド基、リン酸アミド基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、メルカプト基、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基などを挙げることができる。なお、上記において、同一の置換基で置換されることはない。すなわち、置換のアルキル基は、アルキル基で置換されることはない。
【００４６】
本発明に係る一般式１の共役系高分子化合物は、（ａ）溶解性に優れた構造を有する；（ｂ）得られる共役高分子の分子量を高いものとすることができる；（ｃ）高い移動度を達成できる；および（ｄ）高い短絡電流を得ることができる、のうちの少なくとも１つの効果を奏する。
【００４７】
上記のような、Ｘ１〜Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ４、およびＺ１〜Ｚ２を適宜選択した場合の、一般式１で表わされる部分構造（ユニット）の具体的な構造例を記載する。なお、以下の具体的な部分構造（ユニット）において、Ｒは、それぞれ独立して、水素原子（Ｈ）、置換された若しくは非置換の、炭素原子数１〜２４のアルキル基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基、炭素原子数３〜２４のシクロアルキル基、炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数１〜２４のアルコキシ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルコキシ基、炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数６〜３０のアリール基、炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基、炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基、または炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基を表す。これらの基の好ましい形態は、上記一般式１で説明したのと同様である。
【００４８】
【化２】
0005853852.tif 000003
【００４９】
【化３】
0005853852.tif 000004
【００５０】
前記一般式１の部分構造は、一般的にアクセプター性ユニットと呼ばれる部分構造であり、ドナーとして機能するユニット（ドナー性ユニット）と結合させることで狭いバンドギャップの材料、すなわち太陽光を長波長まで効率良く吸収できる材料となる。このため、本発明に係る共役系高分子化合物は、上記一般式１で現れる部分構造だけを繰り返し単位として有する共役系高分子化合物であってもよいが、さらなる吸収の長波長化を得るには、いわゆるドナー性ユニットをさらに有することが好ましい。
【００５１】
なお、本明細書において、「ドナー性ユニット」とは、同じπ電子数を有する炭化水素芳香環（ベンゼン、ナフタレン、アントラセンなど）よりもＬＵＭＯ準位またはＨＯＭＯ準位が浅くなるような部分構造（ユニット）をいう。一方、本明細書において、「アクセプター性ユニット」とは、一般に、同じπ電子数を有する炭化水素芳香環（ベンゼン、ナフタレン、アントラセンなど）よりもＬＵＭＯ準位またはＨＯＭＯ準位が深くなるような部分構造（ユニット）をいう。また、「ユニット群」とは、それぞれ、２以上のユニットが連結されてなる部分構造を意味する。
【００５２】
好ましくは、本形態の共役系高分子化合物は、ドナー性ユニット（群）と、アクセプター性ユニット（群）とが交互に配列した構造を有する共重合体（以下、「Ｄ−Ａポリマー」とも称する）である。Ｄ−Ａポリマーとすることにより、吸収域を長波長域に拡大することができる。したがって、このような共役系高分子化合物は、従来のｐ型有機半導体の吸収域（例えば、４００〜７００ｎｍ）に加え、長波長域（例えば、７００〜１０００ｎｍ）の光も吸収することが可能となる。これにより、光電変換素子として広い範囲のスペクトルを吸収し、一層高い短絡電流密度を得ることが可能となる。
【００５３】
すなわち、好ましくは、本形態の共役系高分子化合物は、下記一般式２で表される部分構造を有する。前記一般式１で表わされる部分構造が、さらにＤ１−Ａ−Ｄ２で表わされるドナー性ユニットとアクセプター性ユニットとをともに含む構造とすることで、得られる共役系高分子化合物は、長波長まで太陽光を吸収することが可能となり、高い短絡電流（Ｊｓｃ）が得られる有機薄膜太陽電池とすることができ。本実施形態の共役系高分子化合物には、一般式２で表される部分構造が１または２以上含まれるが、当該部分構造が２以上存在する場合には、各部分構造におけるＸ１〜Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ４、Ｚ１〜Ｚ２、Ｒ１〜Ｒ１３、Ｄ１、Ａ、Ｄ２、ｐ、ｑおよびｒは、互いに同一であってもよいし、異なってもよい。
【００５４】
【化４】
0005853852.tif 000005
【００５５】
上記一般式２中、Ｘ１〜Ｘ４は、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｓ（＝Ｏ）−、−ＳＯ２−、−Ｃ（Ｒ１）（Ｒ２）−、−Ｓｉ（Ｒ３）（Ｒ４）−、−Ｎ（Ｒ５）−、−Ｂ（Ｒ６）−、−Ｐ（Ｒ７）−または−Ｐ（＝Ｏ）（Ｒ８）−を表す。ここで、Ｘ１〜Ｘ４の好ましい形態に関しては、上記一般式１で説明したのと同様である。
【００５６】
上記一般式２中、Ｙ１〜Ｙ４は、−Ｃ（Ｒ９）＝、または−Ｎ＝を表す。ここで、Ｙ１〜Ｙ４の好ましい形態に関しては、上記一般式１で説明したのと同様である。
【００５７】
上記一般式２中、Ｚ１〜Ｚ２は、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｎ（Ｒ１０）−、−Ｃ（Ｒ１１）＝Ｃ（Ｒ１２）−、または−Ｃ（Ｒ１３）＝Ｎ−を表す。ここで、Ｚ１〜Ｚ２の好ましい形態に関しては、上記一般式１で説明したのと同様である。
【００５８】
上記一般式２中、Ｒ１〜Ｒ１３は、それぞれ独立して、水素原子（Ｈ）、ハロゲン原子、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数１〜２４のアルキル基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基、炭素原子数３〜２０のシクロアルキル基、炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数１〜２４のアルコキシ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルコキシ基、炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数６〜３０のアリール基、炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基、炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基、炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基、またはシアノ基（−ＣＮ）を表す。ここで、Ｒ１〜Ｒ１３の好ましい形態に関しては、上記一般式１で説明したのと同様である。
【００５９】
上記一般式２中、ｐおよびｑは、それぞれ独立して、０〜４の整数を表し、ｒは１〜４の整数を表す。
【００６０】
上記一般式２中、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、複素芳香族環からなるドナー性ユニットを表す。ここで、Ｄ１およびＤ２は、特に制限されず、公知のドナー性ユニットが使用できるが、硫黄原子（Ｓ）を含む複素芳香族環からなるドナー性ユニット（群）（より詳しくは、ドナー性複素芳香族環基および／またはドナー性複素縮合芳香族環基）を表すことが好ましい。なお、Ｄ１およびＤ２は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、Ｄ１またはＤ２が一つの部分構造中に複数個存在する（ｐ＝２〜４またはｒ＝２〜４）場合には、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ、同じであってもあるいは異なるものであってもよい。
【００６１】
上記一般式２中、Ａは、アクセプター性ユニットを表す。ここで、Ａは、特に制限されず、公知のアクセプター性ユニットが使用できるが、窒素原子（Ｎ）を含む複素芳香族環からなるアクセプター性ユニット（群）（より詳しくは、アクセプター性複素芳香族環基および／またはアクセプター性複素縮合芳香族環基）を表すことが好ましい。なお、アクセプターユニットＡは１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、Ａが一つの部分構造中に複数個存在する（ｑ＝２〜４）場合には、Ａは、同じであってもあるいは異なるものであってもよい。中でも、Ａは、塩基性窒素原子を２つ以上有する含窒素複素芳香族環由来の２価の基を表わすことが好ましい。ここで、「塩基性窒素原子」とは、非局在化していない不対電子を有する窒素原子を指し、窒素原子を含む複素芳香族環において、窒素原子の不対電子がπ共役系に組み込まれていない窒素原子を有している構造であることを表わす。すなわち、ピロールのような−ＮＲ−で表わされる窒素原子ではなく、ピリジンのような−Ｎ＝で表わされる窒素原子であることを示す。上記一般式２で表される部分構造を有する共役系高分子化合物においては、Ａ中に含まれる塩基性窒素原子の不対電子が、Ａ環と結合している左右のドナー性ユニットと反発することにより、高分子主鎖中のコンフォメーションが揃いやすくなり、その結果、ｐ型有機半導体材料の移動度の向上が期待される。
【００６２】
以下に、アクセプター性ユニットの好ましい具体例を示す。
【００６３】
【化５】
0005853852.tif 000006
【００６４】
【化６】
0005853852.tif 000007
【００６５】
【化７】
0005853852.tif 000008
【００６６】
上記Ａ−１〜Ａ−５１のアクセプター性ユニット（群）において、Ｒは、それぞれ独立して、水素原子（Ｈ）、または、置換もしくは非置換の、炭素原子数１〜２４のアルキル基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基、炭素原子数３〜２４のシクロアルキル基、炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数１〜２４のアルコキシ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルコキシ基、炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数６〜３０のアリール基、炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基、炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基、または炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基を表す。ユニット中に複数のＲが含まれる場合、複数のＲは互いに結合して置換基を有してもよい環を形成してもよく、または、複数のＲが縮環していてもよい。中でも好ましくは、Ｒは、溶解性と結晶性を両立しやすい点で、水素原子、炭素原子数１〜２４の、アルキル基、フッ化アルキル基、アルコキシ基、フッ化アルコキシ基、アルキルチオ基、フッ化アルキルチオ基、ならびに炭素原子数６〜３０の、アリール基、フッ化アリール基である。Ｒの具体的な基、および、Ｒに場合によって存在する置換基は、上記一般式１におけるＲ１〜Ｒ１３で説明したのと同様である。
【００６７】
これらＡ−１〜Ａ−５１のユニットの中でも、Ａは２環以上が縮環した複素芳香族縮合多環（複素芳香族縮合多環）由来の２価の基であることが好ましい。すなわち、Ａ−１〜Ａ−２５、Ａ−３２〜Ａ−４０、Ａ−４５〜Ａ−４９であることが好ましい。このような化合物とすることで、ｐ型有機半導体材料の長波長化による短絡電流の向上、およびπ平面面積の向上による移動度の向上が期待されるためである。また、このような構造のアクセプター性ユニットは、長波長まで吸収可能な材料とすることができる。さらに好ましくは、Ａは前記Ａ−１〜Ａ−２４、Ａ−４０で表わされるような構造、すなわち下記一般式３Ａ〜３Ｃのいずれかで表わされる構造であることが好ましく、下記一般式３Ａまたは３Ｂで表わされる構造（前記Ａ−１〜Ａ−１８、Ａ−４０）であることがより好ましい。
【００６８】
【化８】
0005853852.tif 000009
【００６９】
上記一般式３Ａ〜３Ｃ中、Ｚ３〜Ｚ５は、それぞれ独立して、−Ｏ−、−ＮＲ１８−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｒ１９）＝Ｃ（Ｒ２０）−、または−Ｎ＝Ｃ（Ｒ２１）−を表す。一般式３Ａ〜３Ｃにおいて、Ｚ３〜Ｚ５は、それぞれ、同一であってもよいし、異なっていてもよいが、結晶性を高め、高い移動度の材料を得やすい点で同一であることが好ましい。中でも、Ｚ３〜Ｚ５は、重なり積分を高め、高い移動度の材料を得やすいの点から、それぞれ独立して、−Ｏ−、−ＮＲ１８−、または−Ｓ−であることが好ましく、−Ｓ−であることがさらに好ましい。これらの化合物では、深いＨＯＭＯ準位と高い移動度の両立が期待される。
【００７０】
Ｒ１４〜Ｒ２１は、それぞれ独立して、水素原子（Ｈ）、ハロゲン原子、置換されたもしくは非置換の、炭素原子数１〜２４のアルキル基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基、炭素原子数３〜２０のシクロアルキル基、炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数１〜２４のアルコキシ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルコキシ基、炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数６〜３０のアリール基、炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基、炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基、または炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基を表す。一般式３Ａまたは３Ｂにおいて、Ｒ１４〜Ｒ１５およびＲ１６〜Ｒ１７は、それぞれ、同一であってもよいし、異なっていてもよいが、結晶性を高め、高い移動度の材料を得やすい点で同一であることが好ましい。一般式３ＡにおけるＲ１４〜Ｒ１５、または一般式３Ａ〜３ＣにおけるＲ１９およびＲ２０はそれぞれ、互いに結合して置換基を有してもよい環を形成してもよく、または、縮環していてもよい。
【００７１】
本形態の共役系高分子化合物に含まれるアクセプター性ユニットＡは、上記で例示した部分構造以外にも、他の部分構造（電子求引性を有する構造）を含んでもよい。ただし、より高い光電変換効率を達成するためには、共役系高分子化合物に含まれるアクセプター性ユニットのうち、上記部分構造の割合が多いほど好ましい。具体的には、共役系高分子化合物に含まれる全アクセプター性ユニットの数に対して、上記部分構造（Ａ−１〜Ａ−４０）の数が５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましく、９５％以上であることが特に好ましく、１００％であることが最も好ましい。
【００７２】
上記一般式２中、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、複素芳香族環からなるドナー性ユニットを表し、それぞれ独立して、複素芳香族環からなるドナー性ユニット（群）（より詳しくは、ドナー性複素芳香族環基および／またはドナー性複素縮合芳香族環基）を表すことが好ましい。ここで、ドナー性ユニットＤ１およびＤ２は１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよく、Ｄ１とＤ２とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、Ｄ１およびＤ２が一つの部分構造中に複数個存在する（ｐ＝２〜４またはｒ＝２〜４）場合には、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ、同じであってもあるいは異なるものであってもよい。
【００７３】
以下に、ドナー性ユニットの好ましい具体例を示す。
【００７４】
【化９】
0005853852.tif 000010
【００７５】
【化１０】
0005853852.tif 000011
【００７６】
上記Ｄ１〜２４のドナー性ユニット（群）において、Ｒは、それぞれ独立して、水素原子（Ｈ）、置換された若しくは非置換の、炭素原子数１〜２４のアルキル基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキル基、炭素原子数３〜２４のシクロアルキル基、炭素原子数３〜２０のフッ化シクロアルキル基、炭素原子数１〜２４のアルコキシ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルコキシ基、炭素原子数１〜２４のアルキルチオ基、炭素原子数１〜２４のフッ化アルキルチオ基、炭素原子数６〜３０のアリール基、炭素原子数６〜３０のフッ化アリール基、炭素原子数１〜２０のヘテロアリール基、または炭素原子数１〜２０のフッ化ヘテロアリール基を表す。これらの基の好ましい形態は、上記一般式１で説明したのと同様である。
【００７７】
これらのドナー性ユニット（Ｄ）うち、共役高分子主鎖の平面性の点から、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ９、Ｄ１０、Ｄ１１、Ｄ１６、Ｄ１７、Ｄ１８、Ｄ１９、Ｄ２０、Ｄ２１、Ｄ２３、Ｄ２４で表されるドナー性ユニット、すなわち５員環で隣接基と連結するドナー性ユニットであることが好ましく、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ８〜Ｄ１１、Ｄ１７〜Ｄ１９、Ｄ２４で表されるドナー性ユニットであることがより好ましい。一般にこれらの共役系高分子材料は、分子量が大きいほど分子間の粒界が少なくなり、ホール移動度が増大する傾向がある（Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  ２０１１，  １３３，  ｐ２６０５  参照）。一方、一般に共役系高分子の溶解性は低いうえ、分子量の増大とともに溶解度がさらに低下する傾向がある。かかる観点から、ホール移動度を向上させつつ十分な溶解性を確保するためには、高い溶解性を有するモノマーを用いて分子量を増大させることが好ましい。このように溶解性の高いモノマーとするには、分岐鎖を有する側鎖を導入することが有効であり、さらには主鎖の共役平面から分岐するような構造が好ましいため、この点では、Ｄ５、Ｄ８、Ｄ１８で表わされるユニットであることが好ましい。
【００７８】
本形態の共役系高分子化合物の分子量は特に制限はないが、共役系高分子化合物に良好なモルフォロジーを与えるためには、適度に大きい分子量を有することが好ましい。他方で分子量が高すぎると溶解性が低くなることがある。かような観点から、共役系高分子化合物の数平均分子量（Ｍｎ）が１０，０００〜１００，０００であることが好ましく、１５，０００〜７０，０００であることがより好ましく、１５，０００〜７０，０００であることがさらにより好ましく、２０，０００〜５０，０００であることが特に好ましい。特に、本形態の共役系高分子化合物をｐ型有機半導体として用いてバルクヘテロジャンクション型の光電変換層を構成する場合、ｎ型有機半導体として低分子化合物（例えば、フラーレン誘導体）が広く用いられているが、ｐ型有機半導体として用いられる共役系高分子化合物の分子量が上記範囲内であると、ミクロ相分離構造が良好に形成されるため、ｐｎ接合界面で発生した正孔と電子とを運ぶキャリアパスが形成されやすくなるという利点もある。本明細書における数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ；標準物質ポリスチレン）で測定することができる。
【００７９】
本形態の共役系高分子化合物は、上記一般式１で表される部分構造を少なくとも１種有する限りにおいて、（１）上記一般式１で表される部分構造のみからなる共重合体であってもよいし、（２）上記一般式１で表される部分構造と、他の部分構造１つ以上とを含む共重合体であってもよい。
【００８０】
以下、本形態の共役系高分子化合物の好ましい形態（例示化合物１〜４０）を例示するが、本発明が以下の形態のみに限定されるわけではない。なお、以下では、一般式１で表される部分構造を下記番号にて規定する。すなわち、例えば、下記１の化合物は、「例示化合物１」と称する。また、下記例示化合物において、前記一般式１におけるＸ１〜Ｘ４の位置が適宜入れ替わった異性体構造のユニットを一部含んでいても、本願の例示化合物に含まれる。
【００８１】
【化１１】
0005853852.tif 000012
【００８２】
【化１２】
0005853852.tif 000013
【００８３】
【化１３】
0005853852.tif 000014
【００８４】
【化１４】
0005853852.tif 000015
【００８５】
【化１５】
0005853852.tif 000016
【００８６】
【化１６】
0005853852.tif 000017
【００８７】
【化１７】
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【００８８】
【化１８】
0005853852.tif 000019
【００８９】
上述の本形態の共役系高分子化合物を光電変換層のｐ型有機半導体として用いることにより、優れた耐久性を有するとともに、十分な光電変換効率を発揮する素子とすることができる。すなわち、本発明の一形態に係る有機光電変換素子は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極および前記第二の電極の間に存在する、ｎ型有機半導体およびｐ型有機半導体を含む光電変換層とを有し、前記ｐ型有機半導体は、上述の共役系高分子化合物を含む。
【００９０】
以下、添付した図面を参照しながら本形態を説明するが、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載により定められるべきものであり、以下の形態のみに制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００９１】
図１は、本発明の一実施形態に係る、順層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。具体的には、図１の有機光電変換素子１０は、基板２５上に、陽極（透明電極）１１、正孔輸送層２６、光電変換層１４、電子輸送層２７、および陰極（対電極）１２がこの順に積層されてなる構成を有する。なお、基板２５は、主に、その上の陽極（透明電極）１１を塗布方式で形成するのを容易にするために任意に設けられる部材である。
【００９２】
図１に示す有機光電変換素子１０の作動時において、光は基板２５側から照射される。本実施形態において、陽極（透明電極）１１は、照射された光が光電変換層１４へと届くようにするため、透明な電極材料（例えば、ＩＴＯ）で構成される。基板２５側から照射された光は、透明な陽極（透明電極）１１および正孔輸送層２６を経て光電変換層１４へと届く。
【００９３】
なお、正孔輸送層２６は、正孔の移動度が高い材料で形成されており、光電変換層１４のｐｎ接合界面で生成した正孔を効率よく陽極（透明電極）１１へと輸送する機能を担っている。一方、電子輸送層２７は、電子の移動度が高い材料で形成されており、光電変換層１４のｐｎ接合界面で生成した電子を効率よく陰極（対電極）１２へと輸送する機能を担っている。
【００９４】
図２は、本発明の他の一実施形態に係る、逆層型の有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。図２の有機光電変換素子２０は、図１の有機光電変換素子１０と比較して、陽極１１と陰極１２とが逆の位置に配置され、また、正孔輸送層２６と電子輸送層２７とが逆の位置に配置されている点が異なる。すなわち、逆層型の有機光電変換素子は、第一の電極が陰極（透明電極）１２であり、第二の電極が陽極（対電極）１１であり、第二の電極および光電変換層１４の間に正孔輸送層２６が含まれる点に特徴を有する。図２の有機光電変換素子２０は、基板２５上に、陰極（透明電極）１２、電子輸送層２７、光電変換層１４、正孔輸送層２６、および陽極（対電極）１１がこの順に積層されてなる構成を有している。このような構成を有することにより、光電変換層１４のｐｎ接合界面で生成される電子は電子輸送層２７を経て陰極（透明電極）１２へと輸送され、正孔は正孔輸送層２６を経て陽極（対電極）１１へと輸送される。
【００９５】
図３は、本発明の他の一実施形態に係る、タンデム型（多接合型）の光電変換層を備えた有機光電変換素子を模式的に表した断面概略図である。図３の有機光電変換素子３０は、図１の有機光電変換素子１０と比較して、光電変換層１４に代えて、第１の光電変換層１４ａと、第２の光電変換層１４ｂと、これら２つの光電変換層の間に介在する電荷再結合層３８と、の積層体が配置されている点が異なる。図３に示すタンデム型の有機光電変換素子３０では、第１の光電変換層１４ａおよび第２の光電変換層１４ｂに、それぞれ吸収波長の異なる光電変換材料（ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体）を用いることにより、より広い波長域の光を効率よく電気に変換することが可能となる。
【００９６】
以下、本発明に係る有機光電変換素子の各構成について詳細に説明する。
【００９７】
［電極］
本形態の有機光電変換素子は、第一の電極および第二の電極を必須に含む。第一の電極および第二の電極は、各々、陽極または陰極として機能する。本明細書において、「第一の」および「第二の」とは、陽極または陰極としての機能を区別するための用語である。したがって、第一の電極が陽極として機能し、第二の電極が陰極として機能する場合もあるし、逆に、第一の電極が陰極として機能し、第二の電極が陽極として機能する場合もある。上述したように、光電変換層１４で生成されるキャリア（正孔・電子）は、電極間を移動し、正孔は陽極１１へ、電子は陰極１２へと到達する。なお、本発明においては主に正孔が流れる電極を陽極と呼び、主に電子が流れる電極を陰極と呼ぶ。また、タンデム構成をとる場合には電荷再結合層（中間電極）を用いることでタンデム構成を達成することができる。さらに、電極が透光性を有するものであるか否かという機能面から、透光性を有する電極を透明電極と呼び、透光性のない電極を対電極と呼び分ける場合もある。順層構成の場合、通常、陽極は透光性のある透明電極であり、陰極は透光性のない対電極である。
【００９８】
本形態の電極に使用される材料は、光電変換素子として駆動する限りにおいては特に制限はなく、本技術分野で使用されうる電極材料を適宜採用することができる。中でも、陽極は陰極と比較して相対的に仕事関数が大きい材料から構成されることが好ましく、逆に陰極は陽極と比較して相対的に仕事関数が小さい材料から構成から構成されることが好ましい。
【００９９】
上述の図１に示す順層型の有機光電変換素子１０における陽極１１は、相対的に仕事関数が大きく、透明な（３８０〜８００ｎｍの光を透過可能な）電極材料から構成されることが好ましい。一方、陰極１２は、相対的に仕事関数が小さく（例えば、４ｅＶ以下）、通常、透光性の低い電極材料から構成されうる。
【０１００】
このような、順層型の有機光電変換素子１０において、陽極（透明電極）に使用される電極材料としては、例えば、金、銀、白金などの金属；インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの透明な導電性金属酸化物；金属ナノワイヤー、カーボンナノチューブなどの炭素材料などが挙げられる。また、陽極の電極材料として導電性高分子を用いることも可能である。陽極に使用されうる導電性高分子としては、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン、ポリナフタレンおよびこれらの誘導体などが挙げられる。これらの電極材料は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上の材料を混合して使用してもよい。また、各材料からなる層を２種以上積層させて電極を構成することも可能である。なお、陽極（透明電極）の厚さは特に制限はないが、通常１０ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１０００ｎｍである。
【０１０１】
一方、順層型の有機光電変換素子において、陰極（対電極）に使用される電極材料としては、金属、合金、電子電導性化合物、およびこれらの混合物が使用されうる。具体的には、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属、金、銀、白金などの金属などが挙げられる。このうち、電子の取り出し性能や、酸化などに対する耐久性の観点から、仕事関数が低い第一の金属と、第一の金属よりも仕事関数が大きく安定な金属である第二の金属との混合物、例えば、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、リチウム／アルミニウム混合物や、安定な金属であるアルミニウムなどを用いることが好ましい。また、これらの材料のうち金属を用いることも好ましく、これにより、第一の電極側から入射し光電変換層で吸収されずに透過した光を、第二の電極で反射させて光電変換に再利用することができ、光電変換効率を向上させることが可能である。これらの電極材料は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上の材料を混合して使用してもよい。また、各材料からなる層を２種以上積層させて電極を構成することも可能である。なお、陰極（対電極）の厚さは特に制限はないが、通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは１００〜１０００ｎｍである。
【０１０２】
図２に示す逆層型の有機光電変換素子では、光が入射する基板２５側に陰極１２が位置し、反対側に陽極１１が位置する。したがって、図２に示す逆層型の形態における陽極１１は、相対的に仕事関数が大きく、通常、透光性の低い電極材料から構成されることが好ましい。一方、陰極１２は、相対的に仕事関数が小さく、透明な電極材料から構成される。
【０１０３】
逆層型の有機光電変換素子において、陰極（透明電極）に使用される電極材料としては、例えば、金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウムなどの金属、金属化合物、および合金；カーボンナノ粒子、カーボンナノワイヤー、カーボンナノ構造体などの炭素材料；が挙げられる。このうち、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明な導電性金属酸化物を用いることが好ましい。これらの電極材料は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上の材料を混合して使用してもよい。また、各材料からなる層を２種以上積層させて電極を構成することも可能である。このうち、カーボンナノワイヤーを用いることにより、透明で導電性の高い陰極を塗布法により形成できるため好ましい。また、金属系の材料を使用する場合、陽極（対電極）と対向する側に、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀化合物などを用いて、１〜２０ｎｍ程度の厚さの補助電極を作製した後、上述の順層型の有機光電変換素子の陽極（透明電極）材料として例示した導電性高分子の膜を設けることで、陰極（透明電極）とすることができる。なお、陰極（透明電極）の厚さは特に制限はないが、通常１０ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍである。
【０１０４】
一方、逆層型の有機光電変換素子において、陽極（対電極）に使用される電極材料は、上記陰極（透明電極）よりも相対的に仕事関数が大きい電極材料であることが好ましい。一例を挙げると、銀、ニッケル、モリブデン、金、白金、タングステン、および銅などの金属材料を用いて陽極（対電極）が形成されうる。なお、陽極（対電極）の厚さは特に制限はないが、通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは１００〜１０００ｎｍである。
【０１０５】
前述のとおり、本発明においては、酸素や水分等で劣化しにくい材料を陽極・陰極の双方に用いることができる、図２の逆層型の有機光電変換素子であることが好ましい。このように逆層型の有機光電変換素子とすることで、対極の酸化に起因する素子の劣化を大幅に抑制することができ、順層型の素子よりも更に高い安定性を提供できる。すなわち、本発明の有機光電変換素子は、前記第一の電極は透明電極であり、前記第二の電極は対電極であり、および前記光電変換層と前記第二の電極との間に、さらに正孔輸送層を有する、逆層型の有機光電変換素子であることが好ましい。逆層構成において好ましい陽極・陰極の組合せの例としては、例えば、
１）  第１電極（陰極）ＩＴＯ，  第２電極（陽極）銀
２）  第１電極（陰極）ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ，  第２電極（陽極）銀
３）  第１電極（陰極）ＩＴＯ，  第２電極（陽極）銅
４）  第１電極（陰極）ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ，  第２電極（陽極）金
５）  第１電極（陰極）ＩＴＯ，  第２電極（陽極）ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ
等を挙げることができる。
【０１０６】
［光電変換層］
光電変換層は、光起電力効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有する。本形態の有機光電変換素子は、光電変換層に、ｎ型有機半導体および上述の本発明に係る共役系高分子化合物をｐ型有機半導体として必須に含む点に特徴を有する。これらの光電変換材料に光が吸収されると、励起子が発生し、これがｐｎ接合界面において、正孔と電子とに電荷分離される。
【０１０７】
本形態の光電変換層は、上述の本発明の共役系高分子化合物を必須に含み、必要に応じて、他のｐ型有機半導体材料を含みうる。他のｐ型有機半導体材料の一例を以下に示す。
【０１０８】
縮合多環芳香族低分子化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、へプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体、ビスエチレンジチオテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴＴＴＦ）−過塩素酸錯体、およびこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。
【０１０９】
また上記の縮合多環を有する誘導体の例としては、国際公開第０３／１６５９９号、国際公開第０３／２８１２５号、米国特許第６，６９０，０２９号明細書、特開２００４−１０７２１６号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第２００３／１３６９６４号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ１２７．Ｎｏ１４．４９８６、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１２３、ｐ９４８２、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１３０（２００８）、Ｎｏ．９、２７０６等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物等が挙げられる。
【０１１０】
共役系ポリマーとしては、例えば、ポリ３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）等のポリチオフェンおよびそのオリゴマー、またはＴｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＶＳＥＣ−１７，Ｆｕｋｕｏｋａ，Ｊａｐａｎ，２００７，Ｐ１２２５に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ，（２００６）ｖｏｌ．５，ｐ３２８に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、国際公開第２００８／０００６６４号に記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Ａｄｖ  Ｍａｔｅｒ，２００７，ｐ４１６０に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体、Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔ．ｖｏｌ．６（２００７），ｐ４９７に記載のＰＣＰＤＴＢＴ等のようなポリチオフェン共重合体、ポリピロールおよびそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレンおよびそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレンおよびそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレンおよびそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー、等のポリマー材料が挙げられる。
【０１１１】
また、ポリマー材料ではなく、オリゴマー材料としては、チオフェン６量体であるα−セクシチオフェンα，ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α，ω−ビス（３−ブトキシプロピル）−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。
【０１１２】
これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、かつ乾燥後は結晶性薄膜を形成し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。より好ましくは、本発明で好ましく使用されうるｎ型有機半導体材料であるフラーレン誘導体と適度な相溶性を有するような化合物（適度な相分離構造形成し得る化合物）であることが好ましい。
【０１１３】
また、バルクへテロジャンクション層上にさらに溶液プロセスで電子輸送層や正孔ブロック層を形成する際には、一度塗布した層の上にさらに塗布することができれば、容易に積層することができるが、通常溶解性のよい材料からなる層の上にさらに層を溶液プロセスによって積層使用とすると、下地の層を溶かしてしまうために積層することができないという課題を有していた。したがって、溶液プロセスで塗布した後に不溶化できるような材料が好ましい。
【０１１４】
このような材料としては、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＶＳＥＣ−１７，Ｆｕｋｕｏｋａ，Ｊａｐａｎ，２００７，Ｐ１２２５に記載の重合性基を有するようなポリチオフェンのような、塗布後に塗布膜を重合架橋して不溶化できる材料、または米国特許出願公開第２００３／１３６９６４号、および特開２００８−１６８３４等に記載されているような、熱等のエネルギーを加えることによって可溶性置換基が反応して不溶化する（顔料化する）材料などを挙げることができる。
【０１１５】
なお、本形態の光電変換層に含まれるｐ型有機半導体は、本発明に係る共役系高分子化合物を含む限りにおいては、上記他のｐ型有機半導体材料の含有量は特に制限はない。また、本形態において、ｐ型有機半導体は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用しても構わない。ただし、より高い光電変換効率を達成するためには、光電変換層に含まれるｐ型有機半導体の総量（光電変換層が２層以上含まれる場合には、全ての層における総量）に対して、上述の共役系高分子化合物の割合が多いほど好ましい。具体的には、ｐ型有機半導体の総量に対する共役系高分子化合物の割合が、５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましく、９５質量％以上であることが特に好ましく、１００質量％であることが最も好ましい。
【０１１６】
本形態の光電変換層に使用されうるｎ型有機半導体は、前記ｐ型有機半導体に対してアクセプター性（電子受容性）である有機化合物であれば特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。このような化合物としては、前記ｐ型有機半導体のＬＵＭＯ準位に対して０．２〜０．５ｅＶ以上深い化合物であればよく、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、オクタアザポルフィリン、上記ｐ型有機半導体の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体（例えば、パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニンなど）、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミドなどの芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む高分子化合物などが挙げられる。
【０１１７】
このうち、ｐ型有機半導体と高速（〜５０ｆｓ）かつ効率的に電荷分離を行うことができるという観点から、フラーレンもしくはカーボンナノチューブまたはこれらの誘導体を用いることが好ましい。より具体的には、フラーレンＣ６０、フラーレンＣ７０、フラーレンＣ７６、フラーレンＣ７８、フラーレンＣ８４、フラーレンＣ２４０、フラーレンＣ５４０、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、単層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン（円錐型）など、およびこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子（フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、置換されたまたは非置換の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基などによって置換されたフラーレン誘導体が挙げられる。
【０１１８】
特に、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−ブチリックアシッドメチルエステル（略称ＰＣ６０ＢＭ，ＰＣ６１ＢＭ）、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−ブチリックアシッド−ｎブチルエステル（ＰＣＢｎＢ）、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−ブチリックアシッド−イソブチルエステル（ＰＣＢｉＢ）、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−ブチリックアシッド−ｎヘキシルエステル（ＰＣＢＨ）、［６，６］−フェニル−Ｃ７１−ブチリックアシッドメチルエステル（略称ＰＣ７０ＢＭ）、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，ｖｏｌ．２０（２００８），ｐ２１１６に記載のｂｉｓ−ＰＣＢＭ、特開２００６−１９９６７４号公報に記載のアミノ化フラーレン、特開２００８−１３０８８９号公報に記載のメタロセン化フラーレン、米国特許第７，３２９，７０９号明細書に記載の環状エーテル基を有するフラーレンなどのような、置換基により溶解性が向上されてなるフラーレン誘導体を用いることが好ましい。なお、本形態において、ｎ型有機半導体は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用しても構わない。
【０１１９】
本形態の光電変換層における、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体の接合形態は、特に制限はなく、平面へテロ接合であってもよいし、バルクへテロ接合（バルクヘテロジャンクション）であってもよい。平面ヘテロ接合とは、ｐ型有機半導体を含むｐ型有機半導体層と、ｎ型有機半導体を含むｎ型有機半導体層とが積層され、これら２つの層が接触する面がｐｎ接合界面となる接合形態である。一方、バルクヘテロジャンクションとは、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合物を塗布することにより形成され、この単一の層中において、ｐ型有機半導体のドメインとｎ型有機半導体のドメインとがミクロ相分離構造をとっている。したがって、バルクヘテロジャンクションでは、平面へテロ接合と比較して、ｐｎ接合界面が層全体にわたって数多く存在することになる。よって、光吸収により生成した励起子の多くがｐｎ接合界面に到達できることになり、電荷分離に至る効率を高めることができる。このような理由から、本形態の光電変換層における、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との接合は、バルクヘテロジャンクションであることが好ましい。
【０１２０】
また、バルクヘテロジャンクション層は、通常の、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料とが混合されてなる単一の層（ｉ層）からなる場合の他に、当該ｉ層がｐ型有機半導体からなるｐ層およびｎ型有機半導体からなるｎ層により挟持されてなる３層構造（ｐ−ｉ−ｎ構造）を有する場合がある。このようなｐ−ｉ−ｎ構造は、正孔および電子の整流性がより高くなり、電荷分離した正孔・電子の再結合等によるロスが低減され、一層高い光電変換効率を得ることができる。
【０１２１】
本発明において、光電変換層に含まれるｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合比は、質量比で２：８〜８：２の範囲が好ましく、より好ましくは３．３：６．７〜５：５の範囲である。また、光電変換層１層の膜厚（乾燥膜厚）は、好ましくは５０〜４００ｎｍであり、より好ましくは８０〜３００ｎｍであり、特に好ましくは１００〜２００ｎｍである。一般に、より多くの光を吸収させる観点から、光電変換層の膜厚は大きい方が好ましいが、膜厚が大きくなるとキャリア（正孔・電子）の取り出し効率が低下するために光電変換効率が低下する傾向がある。しかしながら、上述の本形態の共役系高分子化合物をｐ型有機半導体材料として用いて光電変換層を形成すると、従来のｐ型有機半導体材料を用いた光電変換層と比較して、１００ｎｍ以上の膜厚とした場合であってもキャリア（正孔・電子）の取り出し効率が低下しにくいため、高い光電変換効率を維持することができる。よって、逆層型の光電変換素子において、光電変換層の膜厚を大きくした場合であっても十分な光電変換効率を達成することが可能となる。
【０１２２】
（基板）
本発明の有機光電変換素子は、必要に応じて基板を含みうる。基板は、電極を塗布方式で形成する場合における、塗布液の被塗布部材としての役割を有する。
【０１２３】
基板側から光電変換される光が入射する場合、基板はこの光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材であることが好ましい。基板は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が好適に挙げられるが、軽量性と柔軟性の観点から透明樹脂フィルムを用いることが望ましい。
【０１２４】
本発明で透明基板として好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限がなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂フィルム、ポリサルホン（ＰＳＦ）樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂フィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）樹脂フィルム等を挙げることができるが、可視域の波長（３８０〜８００ｎｍ）における透過率が８０％以上である樹脂フィルムであれば、本発明に係る透明樹脂フィルムに好ましく適用することができる。なかでも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度およびコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリカーボネートフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであることがより好ましい。
【０１２５】
本発明に用いられる透明基板には、塗布液の濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理や易接着層については従来公知の技術を使用できる。例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。
【０１２６】
また、酸素および水蒸気の透過を抑制する目的で、透明基板にはバリアコート層が予め形成されていてもよいし、透明導電層を転写する反対側にはハードコート層が予め形成されていてもよい。
【０１２７】
（正孔輸送層）
本形態の有機光電変換素子は、必要に応じて正孔輸送層を含みうる。正孔輸送層は、正孔を輸送する機能を有し、かつ電子を輸送する能力が著しく小さい（例えば、正孔の移動度の１０分の１以下）という性質を有する。正孔輸送層は、光電変換層と陽極との間に設けられ、正孔を陽極へと輸送しつつ、電子の移動を阻止することで、電子と正孔とが再結合するのを防ぐことができる。
【０１２８】
正孔輸送層に用いられる正孔輸送材料は、特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。一例を挙げると、例えば、Ｃｌｅｖｉｏｓ社製、商品名ＢａｙｔｒｏｎＰ等のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、欧州特許第１６４７５６６号等に記載のポリチエノチオフェン類、特開２０１０−２０６１４６号に記載のスルホン化ポリチオフェン類、ポリアニリンおよびそのドープ材料、国際公開第２００６／０１９２７０号等に記載のシアン化合物などが挙げられる。
【０１２９】
また、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、およびピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマーなどもまた、用いられうる。
【０１３０】
また、これら以外にも、ポルフィリン化合物、芳香族第３級アミン化合物、およびスチリルアミン化合物などが使用可能であり、これらのうちでは、芳香族第３級アミン化合物を用いることが好ましい。なお、場合によっては、モリブデン、バナジウム、タングステンなどの金属酸化物やその混合物などの無機化合物を用いて正孔輸送層を形成してもよい。
【０１３１】
さらに上記化合物に含まれる構造単位を高分子鎖に導入した、あるいは、上記化合物を高分子の主鎖とした高分子材料を正孔輸送材料として用いることもできる。また、特開平１１−２５１０６７号公報、Ｊ．Ｈｕａｎｇ  ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，８０（２００２），ｐ．１３９に記載されているような、ｐ型正孔輸送材料を用いることもできる。さらに、不純物をドープしたｐ性の高い正孔輸送材料を用いることもできる。一例を挙げると、特開平４−２９７０７６号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、特開２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）などに記載された材料が挙げられる。なお、これらの正孔輸送材料は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、各材料からなる層を２種以上積層させて正孔輸送層を構成することも可能である。
【０１３２】
正孔輸送層の厚さ（乾燥膜厚）は、特に制限はないが、通常１〜２０００ｎｍである。リーク防止効果をより高める観点からは、厚さ（乾燥膜厚）は５ｎｍ以上であることが好ましい。また、高い透過率と低い抵抗を維持する観点からは、厚さ（乾燥膜厚）は１０００ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましく、３０ｎｍ以下であることがさらにより好ましい。
【０１３３】
正孔輸送層の導電率は、一般的に高い方が好ましいが、高くなりすぎると電子が移動するのを阻止する能力が低下し、整流性が低くなりうる。したがって、正孔輸送層の導電率は、１０−５〜１Ｓ／ｃｍであることが好ましく、１０−４〜１０−２Ｓ／ｃｍであることがより好ましい。
【０１３４】
（電子輸送層）
本形態の有機光電変換素子は、必要に応じて電子輸送層を含みうる。電子輸送層は、電子を輸送する機能を有し、かつ正孔を輸送する能力が著しく小さいという性質を有する。電子輸送層は、光電変換層と陰極との間に設けられ、電子を陰極へと輸送しつつ、正孔の移動を阻止することで、電子と正孔とが再結合するのを防ぐことができる。
【０１３５】
電子輸送層に用いられる電子輸送材料は、特に制限はなく、本技術分野で使用されうる材料を適宜採用することができる。例えば、オクタアザポルフィリン、ｐ型有機半導体のパーフルオロ体（パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等）を用いることができるが、同様に、光電変換層に用いられるｐ型有機半導体のＨＯＭＯ準位よりも深いＨＯＭＯ準位を有する電子輸送層には、光電変換層で生成した正孔を陰極側には流さないような整流効果を有する、正孔ブロック機能が付与される。よって、より好ましくは、ｎ型有機半導体のＨＯＭＯ準位よりも深い材料が電子輸送材料として用いられる。このような電子輸送材料としては、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のｎ型有機半導体、および酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のｎ型無機酸化物およびフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等が用いられうる。また、光電変換層に用いたｎ型有機半導体単体からなる層を用いることもできる。なお、これらの電子輸送材料は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、各材料からなる層を２種以上積層させて電子輸送層を構成することも可能である。
【０１３６】
なお、前述のように耐久性の観点で有利な逆層型の素子とする場合には、第一の電極上に電子輸送層を形成した後に光電変換層が形成されるため、光電変換材料を含む塗布液に対して不溶である化合物が電子輸送材料として好ましい。そのような観点から、電子輸送材料は、酸化チタンや酸化亜鉛といった無機物、および国際公開２００８−１３４４９２号に記載のポリエチレンイミンやアミノシランカップリング剤のような架橋可能な有機物であることが好ましい。中でもアミノシランカップリング剤（一例を挙げると、３−（２−アミノエチル）−アミノプロピルトリメトキシシラン）を用いることが好ましい。
【０１３７】
また、光電変換層を塗布する際に使用する溶剤に対して不溶な材料としては、アルコール類に可溶なπ共役高分子等を挙げることができ、ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ９５（２００９），ｐ０４３３０１、Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔ．，２０１０，ｐ．１９７７、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，２０１１，２３，３０８６、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２０１１，ｐ．８４１６、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１１（Ｖｏｌ  ２３，ｎｏ．４０），ｐ４６３６−４６４３等に記載のポリフルオレン類、ポリチオフェン類等、および下記のポリフルオレン類を用いてもよい。これらのポリマーの場合、上記のシランカップリング剤等と異なり、順層構成、すなわち光電変換層上にも形成することができるために好ましい。また、ＩＴＯ等の金属酸化物だけでなく、金、銀、銅などの金属電極に対しても電子輸送層・正孔ブロック層として機能させることができるため、順層構成においても酸化に安定な金属を陰極に用いることが可能となり、好ましい。
【０１３８】
【化１９】
0005853852.tif 000020
【０１３９】
電子輸送層の厚さ（乾燥膜厚）は、特に制限はないが、通常１〜２０００ｎｍである。リーク防止効果をより高める観点からは、厚さは２ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ以上である。また、高い透過率と低い抵抗を維持する観点からは、厚さは１００ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【０１４０】
（電荷再結合層；中間電極）
図３で示すような、２以上の光電変換層を有するタンデム型（多接合型）の有機光電変換素子において、光電変換層間には、電荷再結合層（中間電極）が配置される。
【０１４１】
電荷再結合層（中間電極）に用いられる材料は、導電性および透光性を併せ持つ材料であれば、特に制限はなく、上述の電極材料として例示した、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、酸化チタンなどの透明金属酸化物、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕなどの金属、およびカーボンナノ粒子、カーボンナノワイヤーなどの炭素材料、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリアニリンなどの導電性高分子などが用いられうる。これらの材料は、１種のみを単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、各材料からなる層を２種以上積層させて電荷再結合層を構成することも可能である。
【０１４２】
電荷再結合層の導電率は、高い変換効率を得る観点から、高いことが好ましく、具体的には、５〜５００００Ｓ／ｃｍであることが好ましく、１００〜１０，０００Ｓ／ｃｍであることがより好ましい。また、電荷再結合層の厚さ（乾燥膜厚）は、特に制限はないが、１〜１０００ｎｍであることが好ましく、５〜５０ｎｍであることが好ましい。厚さが１ｎｍ以上とすることにより、膜面を平滑化することができる。一方、厚さが１０００ｎｍ以下とすることにより、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）の低下を軽減することができる。
【０１４３】
（その他の層）
本形態の有機光電変換素子は、上記の各部材（各層）の他に、光電変換効率の向上や、素子の寿命の向上のために、他の部材（他の層）をさらに設けてもよい。その他の部材としては、例えば、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層、ＵＶ吸収層、光反射層、波長変換層などが挙げられる。また、上層に偏在した金属酸化物微粒子をより安定にするため等にシランカップリング剤等の層を設けてもよい。さらに本発明の光電変換層に隣接して金属酸化物の層を積層してもよい。
【０１４４】
また、本発明の有機光電変換素子は、太陽光のより効率的な受光を目的として、各種の光学機能層を有していてもよい。光学機能層としては、例えば、反射防止膜、マイクロレンズアレイ等の集光層、陰極で反射した光を散乱させて再度発電層に入射させることができるような光拡散層等が挙げられる。
【０１４５】
反射防止層としては、各種公知の反射防止層を設けることができるが、例えば、透明樹脂フィルムが二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率を１．５７〜１．６３とすることで、フィルム基板と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾル等の比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで実施できる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるためには２層以上の構成にしてもよい。
【０１４６】
集光層としては、例えば、支持基板の太陽光受光側にマイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせたりすることにより特定方向からの受光量を高めたり、逆に太陽光の入射角度依存性を低減することができる。
【０１４７】
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が３０μｍでその頂角が９０度となるような四角錐を２次元に配列する。一辺は１０〜１００μｍが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付き、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
【０１４８】
また光散乱層としては、各種のアンチグレア層、金属または各種無機酸化物等のナノ粒子・ナノワイヤー等を無色透明なポリマーに分散した層等を挙げることができる。
【０１４９】
＜有機光電変換素子の製造方法＞
上述の本形態の有機光電変換素子の製造方法は特に制限はなく、従来公知の手法を適宜参照することにより製造することができる。以下、図２に示すような逆層型の有機光電変換素子の製造方法を例に挙げて、本形態の有機光電変換素子の好ましい製造方法を説明する。ただし、当該製造方法における各工程は、逆層型の有機光電変換素子のみならず、図１に示すような順層型の有機光電変換素子や、図３に示すようなタンデム型の製造に適用可能である。
【０１５０】
本形態の有機光電変換素子の製造方法は、陰極を形成する工程と、前記陰極の上に、ｐ型有機半導体材料およびｎ型有機半導体材料を含む光電変換層を形成する工程と、前記光電変換層の上に、陽極を形成する工程とを含む。以下、本形態の有機光電変換素子の製造方法の各工程について、詳細に説明する。
【０１５１】
本形態の製造方法では、まず、陰極を形成する。陰極を形成する方法は、特に制限はないが、操作の容易性や、ダイコータなどの装置を用いてロール・ツー・ロールで生産可能なことから、基板の上に、陰極の構成材料を含む液体を塗布し、乾燥させる方法であることが好ましい。またこれ以外にも、市販の薄膜状の電極材料をそのまま使用しても構わない。
【０１５２】
上記で陰極を形成した後、必要に応じて、この陰極上に、電子輸送層を形成してもよい。電子輸送層を形成する手段としては、蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。溶液塗布法を用いて電子輸送層を形成する場合には、上述した電子輸送材料を適当な溶剤に溶解・分散させた溶液を、適当な塗布法を用いて陰極上に塗布し、乾燥させればよい。
【０１５３】
溶液塗布法に用いられる塗布法としては、キャスト法、スピンコート法、ブレードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、グラビアコート法、スプレーコーティング法、ディッピング（浸漬）コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ（ＬＢ）法等の通常の方法を用いることができる。なかでも、ブレードコーティング法を用いることが特に好ましい。
【０１５４】
なお、塗布法に使用する溶液の固形分濃度は、塗布方法や膜厚によっても変動しうるが、０．０１〜１５質量％が好ましく、より好ましくは０．０２〜１０質量％である。また、なお、塗布の際の塗布液および／または塗布面の温度は、特に制限はないが、塗布・乾燥時の温度変動による析出、ムラを防ぐといった観点から、好ましくは３０〜１２０℃であり、より好ましくは５０〜１１０℃である。さらに、乾燥の具体的な形態についても特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。乾燥条件の一例を挙げると８０〜１４０℃程度の温度で、数十秒間〜数十分間程度といった条件が例示される。乾燥に使用する装置としては、ホットプレート、温風乾燥、赤外線ヒーター、マイクロウエーブ、真空乾燥機などが挙げられるが、これ以外の乾燥装置を用いることも勿論可能である。
【０１５５】
続いて、上記で形成した陰極または電子輸送層上に、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体を含む光電変換層を形成する。ここで、本形態の製造方法は、ｐ型有機半導体として、上述の本発明の共役系高分子化合物を必須に含む。光電変換層を形成するための具体的な手法について特に制限はないが、好ましくは、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体をそれぞれ、または一括して、適当な溶剤に溶解・分散させた溶液を、適当な塗布法（具体的な形態については、上述した通りである）を用いて陰極または電子輸送層上に塗布し、乾燥させればよい。なお、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体を一括して溶剤に溶解・分散させた溶液を、塗布法により塗布する。その後、残留溶媒および水分、ガスの除去、および半導体材料の結晶化による移動度向上・吸収長波化を引き起こすために加熱を行うことが好ましい。製造工程中において所定の温度でアニール処理されると、微視的に一部が凝集または結晶化が促進され、光電変換層を適切な相分離構造とすることができる。その結果、光電変換層の正孔と電子（キャリア）の移動度が向上し、高い効率を得ることができるようになる。このようにして、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体が一様に混合され、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子とすることができる。
【０１５６】
一方、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の混合比の異なる複数層からなる光電変換層（例えば、ｐ−ｉ−ｎ構造）を形成する場合には、一の層を塗布後に、当該層を不溶化（顔料化）し、その後、他の層を塗布することにより形成することが可能である。
【０１５７】
なお、当該光電変換層を形成する工程以降は、酸素や水分に曝さないようにするために窒素雰囲気下のグローブボックス内で行うことが好ましい。このように、窒素雰囲気下で行うことにより、大気中の酸素または水分によりｐ型有機半導体が劣化するのを防ぎ、素子の耐久性を高めることができる。具体的には、前記グローブボックスの酸素および水分の濃度が１０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。最も好ましくは１０ｐｐｍ以下である。
【０１５８】
次に、上記で形成した光電変換層上に、陽極を形成する。陽極を形成するための手段についても特に制限はなく、蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは蒸着法（例えば、真空蒸着法）が用いられる。
【０１５９】
なお、光電変換層と陽極との間に正孔輸送層を設ける場合には、蒸着法または溶液塗布法、好ましくは溶液塗布法を用いて、正孔輸送層が形成される。なお、当該正孔輸送層を形成する工程は、上記光電変換層を形成する工程と同様、窒素雰囲気下のグローブボックス内で行うことが好ましい。このように、窒素雰囲気下で行うことにより、大気中の酸素または水分により光電変換層が劣化するのを防ぎ、素子の耐久性を高めることができる。また、本発明に係る共役系高分子化合物は、高い溶媒親和性を有する。よって、溶液塗布法を用いて正孔輸送層を形成する場合、光電変換層の表面において正孔輸送材料を含む塗布溶液がはじかれるのを効果的に防ぐことができ、正孔輸送層の製膜性が向上しうる。
【０１６０】
さらに、上述した各種の層以外の層が含まれる場合には、これらの層を形成するための工程を、溶液塗布法や蒸着法などを用いることで適宜追加して行うことができる。
【０１６１】
上記電極（陰極・陽極）、光電変換層、正孔輸送層、電子輸送層等は、必要に応じてパターニングされうる。パターニングの方法は特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。例えば、バルクへテロジャンクション型の光電変換層や正孔輸送層・電子輸送層などで使用される可溶性の材料をパターニングする場合には、ダイコート、ディップコート等の全面塗布後に不要部だけ拭き取ってもよいし、インクジェット法やスクリーン印刷等の方法を使用して塗布時に直接パターニングしてもよい。一方、電極などで使用される不溶性の材料の場合は、真空蒸着法による堆積時にマスク蒸着を行ったり、エッチングまたはリフトオフなどの公知の方法によってパターニングすることができる。また、別の基板上に形成したパターンを転写することによってパターンを形成してもよい。
【０１６２】
また、本形態の有機光電変換素子は、環境中の酸素、水分などによる劣化を防止するために、必要に応じて封止されうる。封止の方法は特に制限はなく、有機光電変換素子や有機エレクトロルミネッセンス素子などで用いられる公知の手法によって行われうる。例えば、（１）アルミニウムまたはガラスなどでできたキャップを接着剤によって接着することによって封止する手法；（２）アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどのガスバリア層が形成されたプラスチックフィルムと有機光電変換素子上を接着剤で貼合する手法；（３）ガスバリア性の高い有機高分子材料（ポリビニルアルコールなど）をスピンコートする方法；（４）ガスバリア性の高い無機薄膜（酸化ケイ素、酸化アルミニウムなど）または有機膜（パリレン等）を真空下で堆積する方法；ならびに（５）これらを複合的用いて積層する方法などが挙げられる。
【０１６３】
＜有機光電変換素子の用途＞
本発明の他の形態によれば、上述の有機光電変換素子を有する太陽電池が提供される。本形態の有機光電変換素子は、優れた耐久性を有し、十分な光電変換効率を達成することができるため、これを発電素子とする太陽電池に好適に使用されうる。
【０１６４】
また、本発明のさらに他の形態によれば、上述した有機光電変換素子がアレイ状に配列されてなる光センサアレイが提供される。すなわち、本形態の有機光電変換素子は、その光電変換機能を利用して、光センサアレイ上に投影された画像を電気的な信号に変換する光センサアレイとして利用することもできる。
【実施例】
【０１６５】
本発明の作用効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
【０１６６】
＜共役系高分子化合物の合成＞
［例示化合物１５の合成］
【０１６７】
【化２０】
0005853852.tif 000021
【０１６８】
化合物１５−１を、Ｍａｏｊｉｅ  Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．，２０１１，２３（１８），ｐｐ．４２６４を参考にして合成した。
【０１６９】
５．９ｇ（２０ｍｍｏｌ）の化合物１５−１を、窒素置換した３００ｍｌ  ３口フラスコに投入し、トリフルオロ酢酸：クロロホルム＝１：１（重量基準）の混合溶媒１４０ｍｌに溶解した。得られた溶液に過ホウ酸ナトリウム１水和物を加え、２０時間攪拌した。反応液をセライト濾過し、トルエンで洗浄した。ろ液を水、亜硫酸水素ナトリウム、飽和食塩水の順に洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘプタン：トルエン＝２：１〜０：１）および日本分析工業社製ＧＰＣ精製装置ＬＣ（トルエン溶媒）を用いて精製を行い、化合物１５−２（１．２ｇ、１８％）を得た。
【０１７０】
フラスコ内を窒素で置換した３００ｍＬ四つ口フラスコに、得られた化合物１５−２を１．２ｇ（３．７ｍｍｏｌ）と脱水ＴＨＦを１００ｍｌとを入れて均一な溶液とした。フラスコを０℃に保ちながら、別途グリニャール反応により調製したテトラデシルマグネシウムブロミド（３０ｍｍｏｌ）を含むテトラヒドロフラン溶液１００ｍＬ加えた。そのまま３時間攪拌を行った後、さらに１時間６５℃で加熱撹拌後に冷却し、水を加えて反応を停止し、酢酸エチルで反応生成物を抽出した。酢酸エチル溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、ろ過後、酢酸エチル溶液をシリカゲルカラムに通し、ろ液の溶媒を留去し、化合物１５−３を２．６ｇ（６３％）得た。
【０１７１】
フラスコ内を窒素で置換した３００ｍＬ  ３つ口フラスコに、化合物１５−３を２．６ｇ、トルエンを１００ｍＬ入れて均一な溶液とした後、ｐ−トルエンスルホン酸ナトリウム１水和物を１００ｍｇ入れて１２０℃で３時間攪拌を行った。反応液を室温（２５℃）まで冷却後、水５０ｍＬを加え、トルエンで反応生成物を抽出した。トルエン溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、ろ過後、溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラム（溶媒：ヘキサン）で生成し、化合物１５−４を２．３ｇ（９２％）得た。
【０１７２】
フラスコ内を窒素で置換した３つ口２００ｍＬフラスコに、化合物１５−４を２．３ｇ(２．１ｍｍｏｌ)、脱水ＴＨＦを５０ｍＬ入れて均一な溶液とした。該溶液を０℃に保ち、ここにＮ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）  ７８０ｍｇ(４．４ ｍｍｏｌ)を加え、３０分かけて温度を室温に上昇させて一昼夜撹拌を行った後、１Ｍチオ硫酸ナトリウム水溶液５０ｍｌを加えて反応を停止し、ＴＨＦで反応生成物を抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥・ろ過後、溶媒を留去して粗生成物を得た。これをシリカゲルカラム（溶媒：ヘキサン）で精製し、化合物１５−５を２．５ｇ（９３％）得た。
【０１７３】
上記化合物１５−５  ２５０ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ）と、化合物１５−６（国際公開第２０１１０／８５００４号を参考として合成）  ２０５ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ）を２０ｍｌの無水トルエンに溶解させた。この溶液を窒素でパージした後、５．０ｍｇ（０．００５５ｍｍｏｌ）のトリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）と、１３．５ｍｇ（０．０４４ｍｍｏｌ）のトリス（ｏ−トリル）ホスフィンとを加えた。この溶液をさらに１５分間、アルゴンでパージした。その後、１１０〜１２０℃まで溶液を加熱し、７２時間反応させた。さらにエンドキャップを行うため、２−トリブチルスズチオフェン（１１ｍｇ、０．０３ｍｍｏｌ）を添加し、１０時間還流した。さらに２−ブロモチオフェン（１０ｍｇ、０．０６ｍｍｏｌ）を添加し、１０時間還流した。反応完了後、メタノール（５００ｍｌ）に再沈殿し、ろ取したポリマー生成物を、メタノール、アセトン、ヘプタン、クロロホルム、次いでオルトジクロロベンゼンを用いてソックスレー抽出により可溶成分を抽出し、メタノールに再沈殿を行うことで２４０ｍｇの純粋なポリマー（Ｍｎ＝３６，０００）（例示化合物１５）を得た。
【０１７４】
［例示化合物２０の合成］
【０１７５】
【化２１】
0005853852.tif 000022
【０１７６】
上記例示化合物１５の合成に記載の方法と同様にして、例示化合物１５−５を合成した。２００ｍｌ  ４つ口フラスコに、得られた化合物１５−５を２５０ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ）、及び塩化メチレンを４０ｍＬ加え、室温（２５℃）で３０分間アルゴンバブリングを行った。その後、反応溶液にトリス（ジベンジリデンアセトン）パラジウムを４．１ｍｇ（０．００４５ｍｍｏｌ）、［トリ（ターシャリーブチル）ホスホニウム］テトラフルオロボレートを５．２ｍｇ（０．０１８ｍｍｏｌ）、２ｍｏｌ／Ｌのリン酸カリウム水溶液を１．２ｇ（２．４ｍｍｏｌ）加えた。反応溶液をオイルバスの温度が４０℃の条件で撹拌しながら、８５ｍｇの化合物２０−１（特開２０１１−２４９７５７号公報を参考に合成）（０．２０ｍｍｏｌ）を１０ｍＬの塩化メチレンに溶解させた溶液を１０分かけて滴下し、その後一昼夜攪拌した。その後、反応溶液にフェニルホウ酸を１２０ｍｇ（１．０ｍｍｏｌ）加え、さらに１時間攪拌した後、反応を停止した。
【０１７７】
その後、反応溶液にジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム２．５ｇを純水を５０ｍＬに溶解させた水溶液を加え、７０℃で３時間攪拌を行った。反応液中の水層を除去後、有機層を水１５ｍｌで２回、３重量（ｗｔ）％の酢酸水溶液１５ｍＬで２回、さらに水１５ｍＬで２回洗浄し、メタノールに注いでポリマーを析出させた。ろ取したポリマー生成物を、メタノール、アセトン、ヘプタン、クロロホルム、次いでオルトジクロロベンゼンを用いてソックスレー抽出により可溶成分を抽出し、メタノールに再沈殿を行うことで２４０ｍｇの純粋なポリマー（Ｍｎ＝４９，０００）（例示化合物２０）を得た。
【０１７８】
［例示化合物２９の合成］
【０１７９】
【化２２】
0005853852.tif 000023
【０１８０】
Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，１９９１，ｐ．６８を参考として合成した化合物２９−１を４．０ｇ（１０ｍｍｏｌ）、ビス（ピナコラート）ジボロンを６．４ｇ（２５ｍｍｏｌ）、酢酸カリウムを１．６５ｇ（２５ｍｍｏｌ）及び、ジオキサンを１００ｍＬ加え、室温（２５℃）で３０分間アルゴンバブリングを行った。反応溶液にジフェニルホスフィノフェロセンパラジウムジクロリドを０．４０ｇ（０．５０ｍｍｏｌ）、ジフェニルホスフィノフェロセンを０．２８ｇ（０．５０ｍｍｏｌ）加えた後、加熱還流を７２時間行った。冷却後、反応溶液をセライトろ過して不溶分を分離した後、溶媒を除去し褐色固体を得た。得られた褐色固体を日本分析工業社製ＧＰＣ精製装置ＬＣ（トルエン溶媒）を用いて精製を行い、化合物２９−２（２．０ｇ、４１％）を得た。
【０１８１】
次いで、上記例示化合物２０の合成において、化合物２０−１  ８５ｍｇの代わりに化合物２９−２  １００ｍｇを使用した以外は同様にして、１８０ｍｇの例示化合物２９（Ｍｎ＝４１，０００）を得た。
【０１８２】
［例示化合物３１の合成］
【０１８３】
【化２３】
0005853852.tif 000024
【０１８４】
１．５５ｇ（２ｍｍｏｌ）の化合物３１−１（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ２００８，  ｐ１３８５を参考として合成）を、窒素置換した３００ｍｌ  ３口フラスコに投入し、トリフルオロ酢酸：クロロホルム＝１：１（重量基準）の混合溶媒１４０ｍｌに溶解した。得られた溶液に過ホウ酸ナトリウム１水和物を加え、２０時間攪拌した。反応液をセライト濾過し、トルエンで洗浄した。ろ液を水、亜硫酸水素ナトリウム、飽和食塩水の順に洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘプタン：トルエン＝１：０〜２：１）を用いて精製を行い、化合物３１−２（３４０ｍｇ、２１％）を得た。
【０１８５】
次いで、前記例示化合物１５の合成において、化合物１５−５  ２５０ｍｇの代わりに、前記化合物３１−２  １６２ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ）に変更した以外は同様にして、１５０ｍｇの例示化合物３１（Ｍｎ＝１１，０００）を得た。
【０１８６】
［例示化合物３２の合成］
【０１８７】
【化２４】
0005853852.tif 000025
【０１８８】
化合物３２−１（Ｊ．  Ｏｒｇ．  Ｃｈｅｍ．  ２００７，  ７２，  ６３６４を参考として合成）１．４７ｇ（５ｍｍｏｌ）を、窒素置換した３００ｍｌ  ３口フラスコに投入し、トリフルオロ酢酸：クロロホルム＝１：１（重量基準）の混合溶媒１４０ｍｌに溶解した。得られた溶液に過ホウ酸ナトリウム１水和物を加え、２０時間攪拌した。反応液をセライト濾過し、トルエンで洗浄した。ろ液を水、亜硫酸水素ナトリウム、飽和食塩水の順に洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘプタン：トルエン＝２：１〜０：１）および日本分析工業社製ＧＰＣ精製装置ＬＣ（トルエン溶媒）を用いて精製を行い、化合物３２−２（２８０ｍｇ、１７％）を得た。
【０１８９】
フラスコ内を窒素で置換した３００ｍＬ  四つ口フラスコに、化合物３２−２を２８０ｍｇ（０．８６ｍｍｏｌ）と脱水ＴＨＦを１００ｍｌとを入れて均一な溶液とした。フラスコを０℃に保ちながら、別途グリニャール反応により調製したテトラデシルマグネシウムブロミド（６．９ｍｍｏｌ）を含むテトラヒドロフラン溶液７０ｍＬ加えた。そのまま３時間攪拌を行った後、さらに１時間６５℃で加熱撹拌後に冷却し、水を加えて反応を停止し、酢酸エチルで反応生成物を抽出した。酢酸エチル溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、ろ過後、酢酸エチル溶液をシリカゲルカラムに通し、ろ液の溶媒を留去し、化合物３２−３を５９０ｍｇ（６１％）得た。
【０１９０】
フラスコ内を窒素で置換した３００ｍＬ３つ口フラスコに、化合物３２−３を５９０ｍｇ、トルエンを５０ｍＬ入れて均一な溶液とした後、ｐ−トルエンスルホン酸ナトリウム１水和物を１００ｍｇ入れて１２０℃で３時間攪拌を行った。反応液を室温（２５℃）まで冷却後、水５０ｍＬを加え、トルエンで反応生成物を抽出した。トルエン溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、ろ過後、溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラム（溶媒：ヘキサン）で生成し、化合物３２−４を５４０ｍｇ（９５％）得た。
【０１９１】
フラスコ内を窒素で置換した３つ口２００ｍＬフラスコに、化合物３２−４を５４０ｍｇ（０．５ｍｍｏｌ）、脱水ＴＨＦを５０ｍＬ入れて均一な溶液とした。該溶液を０℃に保ち、ここにＮ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）  １９５ｍｇ（１．１  ｍｍｏｌ）を加え、３０分かけて温度を室温に上昇させて一昼夜撹拌を行った後、１Ｍチオ硫酸ナトリウム水溶液５０ｍｌを加えて反応を停止し、ＴＨＦで反応生成物を抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥・ろ過後、溶媒を留去して粗生成物を得た。これをシリカゲルカラム（溶媒：ヘキサン）で精製し、化合物３２−５を５００ｍｇ（７９％）得た。
【０１９２】
次いで、上記例示化合物１５の合成において、化合物１５−５  ２５０ｍｇの代わりに化合物３２−５  ２５２ｍｇを使用した以外は同様にして、１３０ｍｇの例示化合物３２（Ｍｎ＝１５，０００）を得た。
【０１９３】
［例示化合物３３の合成］
【０１９４】
【化２５】
0005853852.tif 000026
【０１９５】
２．２ｇ（５ｍｍｏｌ）の化合物３３−１（Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．  ２００８，  ２０，  ２６１５を参考として合成）を、窒素置換した３００ｍｌ  ３口フラスコに投入し、トリフルオロ酢酸：クロロホルム＝１：１（重量基準）の混合溶媒１４０ｍｌに溶解した。得られた溶液に過ホウ酸ナトリウム１水和物を加え、２０時間攪拌した。反応液をセライト濾過し、トルエンで洗浄した。ろ液を水、亜硫酸水素ナトリウム、飽和食塩水の順に洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘプタン：トルエン＝２：１〜０：１）および日本分析工業社製ＧＰＣ精製装置ＬＣ（トルエン溶媒）を用いて精製を行い、化合物３３−２（２６０ｍｇ、１１％）を得た。
【０１９６】
フラスコ内を窒素で置換した３００ｍＬ四つ口フラスコに、化合物３３−２を２６０ｍｇ（０．５５ｍｍｏｌ）と脱水ＴＨＦを１００ｍｌ入れて均一な溶液とした。フラスコを０℃に保ちながら、別途グリニャール反応により調整したドデシルマグネシウムブロミド（４．４ｍｍｏｌ）を含むテトラヒドロフラン溶液４０ｍＬ加えた。そのまま３時間攪拌を行った後、さらに１時間６５℃で加熱撹拌後に冷却し、水を加えて反応を停止し、酢酸エチルで反応生成物を抽出した。酢酸エチル溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、ろ過後、酢酸エチル溶液をシリカゲルカラムに通し、ろ液の溶媒を留去し、化合物３３−３を４６０ｍｇ（７３％）得た。
【０１９７】
フラスコ内を窒素で置換した３００ｍＬ３つ口フラスコに、化合物３５−３を４６０ｍｇ、トルエンを５０ｍＬ入れて均一な溶液とした後、ｐ−トルエンスルホン酸ナトリウム１水和物を１００ｍｇ入れて１２０℃で３時間攪拌を行った。反応液を室温（２５℃）まで冷却後、水５０ｍＬを加え、トルエンで反応生成物を抽出した。トルエン溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、ろ過後、溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラム（溶媒：ヘキサン）で生成し、化合物３５−４を４３０ｍｇ（９７％）得た。
【０１９８】
次いで、前記例示化合物１５の合成において、化合物１５−５  ２５０ｍｇの代わりに前記化合物３５−４  ２２４ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ）に変更した以外は同様にして、１３０ｍｇの例示化合物３３（Ｍｎ＝３３，０００）を得た。
【０１９９】
［例示化合物３４の合成］
【０２００】
【化２６】
0005853852.tif 000027
【０２０１】
化合物３４−１（Ｊ．  Ｏｒｇ．  Ｃｈｅｍ．  ２００７，  ７２，  ６３６４を参考として合成）１．４２ｇ（２ｍｍｏｌ）を、窒素置換した３００ｍｌ  ３口フラスコに投入し、トリフルオロ酢酸：クロロホルム＝１：１（重量基準）の混合溶媒１４０ｍｌに溶解した。得られた溶液に過ホウ酸ナトリウム１水和物を加え、２０時間攪拌した。反応液をセライト濾過し、トルエンで洗浄した。ろ液を水、亜硫酸水素ナトリウム、飽和食塩水の順に洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘプタン：トルエン＝９：１〜３：１）および日本分析工業社製ＧＰＣ精製装置ＬＣ（トルエン溶媒）を用いて精製を行い、化合物３４−２（３３０ｍｇ、２３％）を得た。
【０２０２】
フラスコ内を窒素で置換した３つ口２００ｍＬフラスコに、化合物３４−２を３３０ｍｇ（０．４５ｍｍｏｌ）、脱水ＴＨＦを５０ｍＬ入れて均一な溶液とした。該溶液を０℃に保ち、ここにＮ−ブロモスクシンイミド（ＮＢＳ）  １８０ｍｇ（１．０  ｍｍｏｌ）を加え、３０分かけて温度を室温に上昇させて一昼夜撹拌を行った後、１Ｍチオ硫酸ナトリウム水溶液５０ｍｌを加えて反応を停止し、ＴＨＦで反応生成物を抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥・ろ過後、溶媒を留去して粗生成物を得た。これをシリカゲルカラム（溶媒：ヘプタン：トルエン＝９：１）で精製し、化合物３４−３を３４０ｍｇ（８４％）得た。
【０２０３】
次いで例示化合物１５の合成において化合物１５−５  250ｍｇの代わりに化合物３４−３  180ｍｇを使用した以外は同様にして、１６０ｍｇの例示化合物３４（Ｍｎ＝２１，０００）を得た。
【０２０４】
［例示化合物３５の合成］
【０２０５】
【化２７】
0005853852.tif 000028
【０２０６】
２．２ｇ（５ｍｍｏｌ）の化合物３５−１（Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．  ２００８，  ２０，  ２６１５を参考として合成）を、窒素置換した３００ｍｌ  ３口フラスコに投入し、トリフルオロ酢酸：クロロホルム＝１：１（重量基準）の混合溶媒１４０ｍｌに溶解した。得られた溶液に過ホウ酸ナトリウム１水和物を加え、２０時間攪拌した。反応液をセライト濾過し、トルエンで洗浄した。ろ液を水、亜硫酸水素ナトリウム、飽和食塩水の順に洗浄した後、硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘプタン：トルエン＝２：１〜０：１）および日本分析工業社製ＧＰＣ精製装置ＬＣ（トルエン溶媒）を用いて精製を行い、化合物３５−２（３５５ｍｇ、１５％）を得た。
【０２０７】
フラスコ内を窒素で置換した３００ｍＬ四つ口フラスコに、化合物３５−２を３５５ｍｇ（０．７５ｍｍｏｌ）と脱水ＴＨＦを１００ｍｌ入れて均一な溶液とした。フラスコを０℃に保ちながら、別途グリニャール反応により調製したテトラデシルマグネシウムブロミド（６ｍｍｏｌ）を含むテトラヒドロフラン溶液５０ｍＬ加えた。そのまま３時間攪拌を行った後、さらに１時間６５℃で加熱撹拌後に冷却し、水を加えて反応を停止し、酢酸エチルで反応生成物を抽出した。酢酸エチル溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、ろ過後、酢酸エチル溶液をシリカゲルカラムに通し、ろ液の溶媒を留去し、化合物３５−３を４８０ｍｇ（５５％）得た。
【０２０８】
フラスコ内を窒素で置換した３００ｍＬ３つ口フラスコに、化合物３５−３を480mｇ、トルエンを５０ｍＬ入れて均一な溶液とした後、ｐ−トルエンスルホン酸ナトリウム１水和物を１００ｍｇ入れて１２０℃で３時間攪拌を行った。反応液を室温（２５℃）まで冷却後、水５０ｍＬを加え、トルエンで反応生成物を抽出した。トルエン溶液である有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、ろ過後、溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラム（溶媒：ヘキサン）で生成し、化合物３５−４を440mｇ（９５％）得た。
【０２０９】
次いで、前記例示化合物１５の合成において、化合物１５−５  ２５０ｍｇの代わりに前記化合物３５−４  ２２４ｍｇ（０．２０ｍｍｏｌ）に変更した以外は同様にして、１００ｍｇの例示化合物３５（Ｍｎ＝１７，０００）を得た。
【０２１０】
＜逆層型の有機光電変換素子の作製＞
国際公開２００８−１３４４９２号パンフットの記載を参考に、以下のようにして逆層型の有機光電変換素子を作製した。
【０２１１】
［比較例１］
ガラス基板上に、第一の電極（陰極）としてインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）透明導電膜１５０ｎｍ堆積したもの（シート抵抗１２Ω／ｓｑｕａｒｅ  ｃｍ２）を、通常のフォトリソグラフィ技術と湿式エッチングとを用いて１０ｍｍ幅にパターニングし、第一の電極を形成した。パターン形成した第一の電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、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、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。これ以降は基板をグローブボックス（Ｎ２）（酸素濃度１０ｐｐｍ、露点温度−８０℃）中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。
【０２１２】
この第一の電極上に、Ａｌｄｒｉｃｈ社製３−（２−アミノエチル）−アミノプロピルトリメトキシシランの０．０５質量％メトキシエタノール溶液を、乾燥膜厚が約５ｎｍになるようにブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、ホットプレート上で１２０℃１分間の加熱処理をして、電子輸送層を製膜した。
【０２１３】
次いで、ｏ−ジクロロベンゼンに、ｐ型有機半導体材料である比較化合物１（非特許文献４：Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．，  ２０１１，  ２３（１８），ｐｐ．４２６４に基づいて合成）を０．８質量％、ｎ型有機半導体材料であるＰＣ６０ＢＭ（フロンティアカーボン製ｎａｎｏｍ  ｓｐｅｃｔｒａ  Ｅ１００Ｈ）を１．６質量％で混合した溶液を調製し（ｐ型有機半導体材料：ｎ型有機半導体材料＝３３：６７（質量比））、オーブンで１１０℃に加熱しながら一昼夜撹拌して溶解した後、乾燥膜厚が約２００ｎｍになるように基板温度を８０℃に保持したブレードコーターを用いて塗布し、そのまま８０℃で２分間乾燥して、光電変換層を製膜した。
【０２１４】
【化２８】
0005853852.tif 000029
【０２１５】
光電変換層の乾燥完了後、再び大気（ａｉｒ）下に取り出し、次いで正孔輸送層として、導電性高分子及びポリアニオンからなるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（ＣＬＥＶＩＯＳ（登録商標）  Ｐ  ＶＰ  ＡＩ  ４０８３、ヘレオス株式会社製、導電率：１×１０−３Ｓ／ｃｍ）を等量のイソプロパノールで希釈した液を調製し、乾燥膜厚が約３０ｎｍになるようにブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、９０℃の温風で２０秒間加熱処理して、有機物からなる正孔輸送層（有機材料層）を形成した。なお塗布時の大気の温度・湿度は２３℃６５％であった。
【０２１６】
次に、１０ｍｍ幅のシャドウマスクが透明電極と直交するように素子をセットし、１×１０−３Ｐａ以下にまで真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度０．５ｎｍ／秒で銀を２００ｎｍ積層して、第二の電極（陽極）を形成した。
【０２１７】
得られた積層体を窒素チャンバーに移動し、接着剤としてのＵＶ硬化樹脂（ナガセケムテックス株式会社製、ＵＶ  ＲＥＳＩＮ  ＸＮＲ５５７０−Ｂ１）を用いてガラス管封止を行った後に大気下に取り出し、受光部が約１０×１０ｍｍサイズの有機光電変換素子１を得た。
【０２１８】
［比較例２］
比較例１において、光電変換層の形成において、ｐ型有機半導体として比較化合物２（非特許文献５：Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．  ２０１１，２３，７６５に基づいて合成）を用いたことを除いては、上記比較例１と同様の方法で、逆層型の有機光電変換素子２を作製した。
【０２１９】
【化２９】
0005853852.tif 000030
【０２２０】
［実施例１〜８］
比較例１において、光電変換層の形成において、ｐ型有機半導体として下記表１に記載の例示化合物をそれぞれ用いたことを除いては、上記比較例１と同様の方法で、逆層型の有機光電変換素子３〜１０を作製した。
【０２２１】
＜順層型の有機光電変換素子の作製＞
[化合物Ｐ（電子輸送材料）の合成］
下記反応により、化合物Ｐを合成した。
【０２２２】
【化３０】
0005853852.tif 000031
【０２２３】
Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００７，１９，２０１０を参考として、ポリ（９，９−ビス（６−ブロモヘキシル）−４，７−フルオレン）を合成した。この化合物の重量平均分子量は４４００であった。この化合物１．０ｇおよび３，３’−イミノビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピルアミン）（アルドリッチ社製）９．０ｇを、テトラヒドロフラン１００ｍｌおよびＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド１００ｍｌの混合溶媒に溶解し、室温（２５℃）で４８時間撹拌して、反応を行った。反応終了後、溶媒を減圧留去し、さらに水に再沈殿を行うことで、化合物Ｐを１．３ｇ得た（収率９０％）。得られた化合物について、Ｈ−ＮＭＲによって構造を特定した。結果を下記に示す。７．６〜８．０ｐｐｍ（ｂｒ），２．８８ｐｐｍ（ｂｒ），２．１８ｐｐｍ（ｍ），２．０８ｐｐｍ（ｓ），１．５０ｐｐｍ（ｍ），１．０５ｐｐｍ（ｂｒ）。
【０２２４】
［実施例９］
ガラス基板上に、第一の電極（陽極）としてインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）透明導電膜１５０ｎｍ堆積したもの（シート抵抗１２Ω／ｓｑｕａｒｅ）を、通常のフォトリソグラフィ技術と湿式エッチングとを用いて１０ｍｍ幅にパターニングし、第一の電極を形成した。パターン形成した第一の電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、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、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。次いで、正孔輸送層として、導電性高分子及びポリアニオンからなるＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（ＣＬＥＶＩＯＳ（登録商標）  Ｐ  ＶＰ  ＡＩ  ４０８３、ヘレオス株式会社製、導電率：１×１０−３Ｓ／ｃｍ）を２．０質量％で含むイソプロパノール溶液を調製し、乾燥膜厚が約３０ｎｍになるように、基板を６５℃に調温したブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、１２０℃の温風で２０秒間加熱処理して、正孔輸送層を上記第一の電極上に製膜した。これ以降は基板をグローブボックス（Ｎ２）（酸素濃度１０ｐｐｍ、露点温度−８０℃）中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。まず、窒素雰囲気下で上記基板を１２０℃で３分間加熱処理した。これ以降は基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。
【０２２５】
まず、窒素雰囲気下で上記基板を１２０℃で３分間加熱処理した。
【０２２６】
次いで、ｏ−ジクロロベンゼンに、ｐ型有機半導体材料として前記例示化合物１２を０．８質量％、ｎ型有機半導体材料であるＰＣ６１ＢＭ（フロンティアカーボン製ｎａｎｏｍ  ｓｐｅｃｔｒａ  Ｅ１００Ｈ）を１．６質量％を混合した溶液を調製し（ｐ型有機半導体材料：ｎ型有機半導体材料＝３３：６７（質量比））、ホットプレートで１００℃に加熱しながら撹拌（６０分間）して完全に溶解した後、乾燥膜厚が約１７０ｎｍになるように、基板を４０℃に調温したブレードコーターを用いて塗布し、２分間乾燥して、光電変換層を上記正孔輸送層上に製膜した。
【０２２７】
続いて、前記化合物Ｐを、それぞれ、０．０２質量％になるように１-ブタノール：ヘキサフルオロイソプロパノール＝１：１の混合溶媒に溶解して溶液を調製した。この溶液を、乾燥膜厚が約５ｎｍになるように、基板を６５℃に調温したブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、ホットプレート上で１００℃の温風で２分間加熱処理して、電子輸送層を上記光電変換層上に製膜した。
【０２２８】
次に、上記電子輸送層を製膜した基板を真空蒸着装置内に設置した。そして、１０ｍｍ幅のシャドウマスクが透明電極と直交するように素子をセットし、１０−３Ｐａ以下にまでに真空蒸着機内を減圧した後、蒸着速度で２ｎｍ／秒で銀を、それぞれ、１００ｎｍ蒸着して、第二の電極（陰極）を上記電子輸送層上に形成した。
【０２２９】
得られた有機光電変換素子を窒素チャンバーに移動し、２枚の３Ｍ製Ｕｌｔｒａ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｓｏｌａｒ  Ｆｉｌｍ  ＵＢＬ−９Ｌ（水蒸気透過率＜５×１０−４ｇ／ｍ２／ｄ）の間に挟みこみ、接着剤としてのＵＶ硬化樹脂（ナガセケムテックス株式会社製、ＵＶ  ＲＥＳＩＮ  ＸＮＲ５５７０−Ｂ１）を用いて封止を行った後、大気下に取り出し、受光部が約１０×１０ｍｍサイズの有機光電変換素子１１を作製した。
【０２３０】
＜有機光電変換素子の評価＞
（開放電圧、曲線因子、および光電変換効率の評価）
上記実施例１〜９および比較例１〜２で得た有機光電変換素子１〜１１を、それぞれエポキシ樹脂とガラスキャップとで封止した。これにソーラーシミュレーター（ＡＭ１．５Ｇフィルタ）を用いて１００ｍＷ／ｃｍ２の強度の光を照射し、有効面積を１ｃｍ２にしたマスクを受光部に重ね、ＩＶ特性を評価することで、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、および曲線因子ＦＦ測定した。得られたＪｓｃ、Ｖｏｃ、およびＦＦの値から、下記式１に従って光電変換効率η［％］を算出した。結果を表１に示す。
【０２３１】
【数１】
0005853852.tif 000032
【０２３２】
（ＴＥＭによる２次元観察による発電層の安定性評価）
ガラス基板上に、上記実施例１〜９および比較例１〜２で得た有機光電変換素子の電極のみが形成されていないＴＥＭ観察用素子を２枚作製し、１枚はそのまま透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（１０万倍）にて観察を行い、もう１枚は１２０℃のホットプレート上で３０分間アニールを行った後に、同様の条件下でＴＥＭ観察を行った。
【０２３３】
これら２枚のＴＥＭ画像について、以下の方法によりｐｎ接合の面積を求め、アニール前後の値を比較した。結果（表１中の「１２０℃３０分後の相分離」）を表１に示す。
【０２３４】
【化３１】
0005853852.tif 000033
【０２３５】
なお、ｐｎ接合面積の算出方法は以下のとおりである。すなわち、ＴＥＭ（ＪＥＭ２２００ＦＳ、日本電子株式会社製）を加速電圧２００ｋＶで用い、光電変換層の上方から１０００ｎｍ×１０００ｎｍの範囲の層を観察し、得られた白黒のドメイン構造の写真を２値化し、層中の１μｍ３あたりのｐｎ接合の面積を求めた。なお一般に白い方がポリマーのドメインを表し、黒い方がフラーレンのドメインを表している。
【０２３６】
（耐久性評価）
上記実施例１〜９および比較例１〜２で得た各有機光電変換素子を、温度８０℃、湿度８０％に保持した容器内に保存し、定期的に取りだしてＩＶ特性を測定し、初期の光電変換効率を１００として、初期の効率の８０％まで低下した時間をＬＴ８０［時間］として評価した。ＬＴ８０の値が大きいほど、耐久性が良好であることを意味する。結果を表１に示す。
【０２３７】
【表１】
0005853852.tif 000034
【０２３８】
表１の結果より、本発明の共役系高分子化合物を用いた実施例は、比較例と比べて、１２０℃での加速試験下でも発電層の相分離が起こらず、高い耐久性を提供できる。また、このような高い相溶性は、光電変換効率ηの向上にも寄与している。
【符号の説明】
【０２３９】
１０、２０、３０…有機光電変換素子、
１１…陽極、
１２…陰極、
１４…光電変換層、
１４ａ…第１の光電変換層、
１４ｂ…第２の光電変換層、
２５…基板、
２６…正孔輸送層、
２７…電子輸送層、
３８…電荷再結合層。
【図１】
0005853852.tif 000042
【図２】
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【図３】
0005853852.tif 000044