(57)【要約】活性層を形成するのに有用な組成物を含む、改善された有機光起電力電池を開示する。前記組成物は、(a) 少なくとも1つのp型材料と、(b) 少なくとも1つのn型材料と、(c) 少なくとも1つの第1の溶媒と、 (d) 少なくとも1つの第2の溶媒とを含み、第1の溶媒は第2の溶媒と異なり、かつ第1の溶媒は少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ第2の溶媒は少なくとも1つの炭素環式化合物を含む。第2の溶媒は、より少ない量で使用可能であるが、電池の効率を改善することができる。2012500500.tif 000009
2012500500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つの第1の溶媒と、少なくとも1つの第2の溶媒とを含む組成物であって、
第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、
ハロゲン化化合物を実質的に含まない前記組成物。
【請求項２】
ハロゲン化化合物を含まない、請求項1記載の組成物。
【請求項３】
前記少なくとも1つのn型材料が、下記式で表される少なくとも1つのフラーレン誘導体、ならびにその溶媒和物、塩、および混合物を含む、請求項1記載の組成物:
F*-(R)n
式中、nは少なくとも1であり、F*は、6員環および5員環を含む表面を有するフラーレンを含み; かつRは、フラーレンに直接結合している、少なくとも1つの、置換されていてもよい不飽和または飽和の炭素環式または複素環式の第1の環を含む。
【請求項４】
Rが、置換されていてもよいインデン、置換されていてもよいナフチル、置換されていてもよいフェニル、置換されていてもよいピリジニル、置換されていてもよいキノリニル、置換されていてもよいシクロヘキシル、または置換されていてもよいシクロペンチルである、請求項3記載の組成物。
【請求項５】
前記少なくとも1つの第1の溶媒が、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、テトラリン、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1記載の組成物。
【請求項６】
前記少なくとも1つの第2の溶媒が、サリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、アニソール、テトラリン、シクロペンタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、安息香酸メチル、アニスアルデヒド、メシチレン、2-メトキシベンズアルデヒド、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1記載の組成物。
【請求項７】
約0.01重量%〜10重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、請求項1記載の組成物。
【請求項８】
アノードと、
カソードと、
請求項1記載の組成物より調製され、アノードとカソードの間に位置する活性層と
を含む、光起電力素子。
【請求項９】
少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つの第1の溶媒と、少なくとも1つの第2の溶媒とを含む組成物であって、
第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、第2の溶媒が約15 MPa0.5〜約20 MPa0.5の分散ハンセン溶解度パラメータ、約5 MPa0.5〜約15 MPa0.5の極性ハンセン溶解度パラメータ、および約0.5 MPa0.5〜約18 MPa0.5の水素結合ハンセン溶解度パラメータを有する、
ハロゲン化化合物を実質的に含まない前記組成物。
【請求項１０】
ハロゲン化化合物を含まない、請求項9記載の組成物。
【請求項１１】
前記少なくとも1つのp型材料が、少なくとも1つのレジオレギュラーポリチオフェン誘導体を含む、請求項9記載の組成物。
【請求項１２】
前記少なくとも1つのn型材料が、下記式で表される少なくとも1つのフラーレン誘導体、ならびにその溶媒和物、塩、および混合物を含む、請求項9記載の組成物:
F*-(R)n
式中、nは少なくとも1であり、F*は、6員環および5員環を含む表面を有するフラーレンを含み; かつRは、フラーレンに直接結合している、少なくとも1つの、置換されていてもよい不飽和または飽和の炭素環式または複素環式の第1の環を含む。
【請求項１３】
Rが、置換されていてもよいインデン、置換されていてもよいナフチル、置換されていてもよいフェニル、置換されていてもよいピリジニル、置換されていてもよいキノリニル、置換されていてもよいシクロヘキシル、または置換されていてもよいシクロペンチルである、請求項12記載の組成物。
【請求項１４】
前記少なくとも1つの第1の溶媒が、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、テトラリン、またはそれらの組み合わせを含む、請求項9記載の組成物。
【請求項１５】
前記少なくとも1つの第2の溶媒が、サリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、アニソール、テトラリン、シクロペンタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、安息香酸メチル、アニスアルデヒド、メシチレン、2-メトキシベンズアルデヒド、またはそれらの組み合わせを含む、請求項9記載の組成物。
【請求項１６】
約0.01重量%〜10重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、請求項9記載の組成物。
【請求項１７】
アノードと、カソードと、請求項9記載の組成物より調製され、アノードとカソードの間に位置する活性層とを含む、光起電力素子。
【請求項１８】
少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つの第1の溶媒と、少なくとも1つの第2の溶媒とを含む組成物であって、
第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ第2の溶媒が、該第2の溶媒のハンセン溶解度パラメータにより予想されるサリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、またはアニソールと同様の溶解度を有する、
ハロゲン化化合物を実質的に含まない前記組成物。
【請求項１９】
ハロゲン化化合物を含まない、請求項18記載の組成物。
【請求項２０】
前記少なくとも1つのp型材料が、少なくとも1つのレジオレギュラーポリチオフェン誘導体を含む、請求項18記載の組成物。
【請求項２１】
前記少なくとも1つのn型材料が、下記式で表される少なくとも1つのフラーレン誘導体、ならびにその溶媒和物、塩、および混合物を含む、請求項18記載の組成物:
F*-(R)n
式中、nは少なくとも1であり、F*は、6員環および5員環を含む表面を有するフラーレンを含み; かつRは、フラーレンに直接結合している、少なくとも1つの、置換されていてもよい不飽和または飽和の炭素環式または複素環式の第1の環を含む。
【請求項２２】
Rが、置換されていてもよいインデン、置換されていてもよいナフチル、置換されていてもよいフェニル、置換されていてもよいピリジニル、置換されていてもよいキノリニル、置換されていてもよいシクロヘキシル、または置換されていてもよいシクロペンチルである、請求項21記載の組成物。
【請求項２３】
前記少なくとも1つの第1の溶媒が、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、テトラリン、またはそれらの組み合わせを含む、請求項18記載の組成物。
【請求項２４】
前記少なくとも1つの第2の溶媒が、サリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、アニソール、テトラリン、シクロペンタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、安息香酸メチル、アニスアルデヒド、メシチレン、2-メトキシベンズアルデヒド、またはそれらの組み合わせを含む、請求項18記載の組成物。
【請求項２５】
約0.01重量%〜10重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、請求項18記載の組成物。
【請求項２６】
アノードと、カソードと、請求項18記載の組成物より調製され、アノードとカソードの間に位置する活性層とを含む、光起電力素子。
【請求項２７】
少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つの第1の溶媒と、少なくとも1つの第2の溶媒とを組み合わせて組成物を形成する工程であって、
第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、かつ
第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、前記工程; および
ハロゲン化化合物を実質的に含まない前記組成物を、少なくとも1つの表面に塗布する工程
を含む方法。
【請求項２８】
少なくとも99重量%の第1および第2の溶媒を蒸発させるのに十分な温度および持続時間で組成物を少なくとも表面に塗布した後、該組成物を焼鈍する工程をさらに含む、請求項27記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも1つの表面が、光起電力素子の要素の表面である、請求項27記載の方法。
【請求項３０】
前記組成物がハロゲン化化合物を含まない、請求項27記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも1つの第1の溶媒が、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、テトラリン、またはそれらの組み合わせを含む、請求項27記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも1つの第2の溶媒が、サリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、アニソール、テトラリン、シクロペンタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、安息香酸メチル、アニスアルデヒド、メシチレン、2-メトキシベンズアルデヒド、またはそれらの組み合わせを含む、請求項27記載の方法。
【請求項３３】
前記組成物が、約0.01重量%〜10重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、請求項27記載の方法。
【請求項３４】
アノードと、
カソードと、
請求項27記載の方法に従ってアノードとカソードの間に形成された活性層と
を含む、光起電力素子。
【請求項３５】
アノードを提供する工程; 
カソードを提供する工程; および
少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つの第1の溶媒と、少なくとも1つの第2の溶媒とを含む組成物を、アノードとカソードの間の少なくとも1つの表面に塗布することによって、アノードとカソードの間に活性層を形成する工程であって、
第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、かつ
第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含み、かつ
前記組成物がハロゲン化化合物を実質的に含まない、前記工程
を含む、光起電力素子を形成する方法。
【請求項３６】
少なくとも99重量%の第1および第2の溶媒を蒸発させるのに十分な温度および持続時間で組成物を少なくとも表面に塗布した後、該組成物を焼鈍する工程をさらに含む、請求項35記載の方法。
【請求項３７】
前記組成物がハロゲン化化合物を実質的に含まない、請求項35記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも1つの第1の溶媒が、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、テトラリン、またはそれらの組み合わせを含む、請求項35記載の方法。
【請求項３９】
前記少なくとも1つの第2の溶媒が、サリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、アニソール、テトラリン、シクロペンタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、安息香酸メチル、アニスアルデヒド、メシチレン、2-メトキシベンズアルデヒド、またはそれらの組み合わせを含む、請求項35記載の方法。
【請求項４０】
前記組成物が、約0.01重量%〜10重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、請求項35記載の方法。
【請求項４１】
請求項35記載の方法に従って作製された光起電力素子。
【請求項４２】
活性層インク組成物より形成される活性層の平均表面粗さを増加させるのに十分な量の少なくとも1つの第2の溶媒を、活性層インク組成物に加える工程であって、
前記活性層インク組成物が、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒とを含み、かつ少なくとも1つの第2の溶媒が、少なくとも1つの炭素環式化合物を含み、かつ
前記活性層インク組成物がハロゲン化化合物を実質的に含まない、前記工程
を含む、光起電力素子の効率を改善する方法。
【請求項４３】
前記第2の溶媒が平均表面粗さを約5nm〜約20nmに増加させる、請求項42記載の方法。
【請求項４４】
前記第2の溶媒が平均表面粗さを約6nm〜約15nmに増加させる、請求項42記載の方法。
【請求項４５】
前記第2の溶媒が平均表面粗さを約8nm〜約10nmに増加させる、請求項42記載の方法。
【請求項４６】
活性層を形成するインク組成物に、一定量の少なくとも1つの第2の溶媒を加える工程であって、
前記インク組成物が、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つのp型材料と、少なくともアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒とを含み、
第2の溶媒が約15 MPa0.5〜約20 MPa0.5の分散ハンセン溶解度パラメータ、約5 MPa0.5〜約15 MPa0.5の極性ハンセン溶解度パラメータ、および約0.5 MPa0.5〜約18 MPa0.5の水素結合ハンセン溶解度パラメータを有する有機化合物であり、かつ
前記インク組成物がハロゲン化化合物を実質的に含まない、前記工程
を含む、光起電力素子の効率を改善する方法。
【請求項４７】
活性層を形成するインク組成物に、一定量の少なくとも1つの第2の溶媒を加える工程であって、
前記インク組成物が、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つのp型材料と、少なくともアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒と、少なくとも1つの第2の溶媒とを含み、
第2の溶媒が、該第2の溶媒のハンセン溶解度パラメータにより予想されるサリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、またはアニソールと同様の溶解度を有する有機化合物であり、かつ
前記インク組成物がハロゲン化化合物を実質的に含まない、前記工程
を含む、平均表面粗さを含む活性層を含む光起電力素子の効率を改善する方法。
【請求項４８】
アノードと、
カソードと、
アノードとカソードの間に位置する活性層と
を含む光起電力素子であって、
前記活性層が少なくとも1つの共役ポリマーおよび少なくとも1つのフラーレン誘導体を含み、かつ
前記活性層の平均表面粗さが約5nm〜約20nmであり、かつ
前記活性層がハロゲン化化合物を実質的に含まない、
前記光起電力素子。
【請求項４９】
活性層の平均表面粗さが約6nm〜約15nmである、請求項48記載の素子。
【請求項５０】
活性層の平均表面粗さが約8nm〜約10nmである、請求項48記載の素子。
【請求項５１】
素子効率が少なくとも約5%である、請求項48記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる2008年8月20日出願の米国仮出願第61/090,464号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
背景
有機光起電力(OPV)は、環境に優しい電力源を提供する重要な技術分野を代表する。しかし、OPV素子活性層を形成するために使用する改善されたインク組成物を開発することが依然として引き続き必要である。特に、非ハロゲン化溶媒を有する組成物などの、工業的に許容されかつ商業的に好都合なインク組成物が関心の対象である。OPVの効率を改善することも引き続き必要である。素子効率を改善する1つの方法は、OPV素子中の活性層の性能を改善することを包含し得る。
【発明の概要】
【０００３】
概要
組成物、素子、そのような組成物および素子を作製する方法および使用する方法が特に本明細書で提供される。例えば、工業的および商業的必要性を満たすのに役立つインク組成物を形成するために使用可能な溶媒システム、ならびに改善された効率を有するOPV素子を例えば形成するために使用可能なインク組成物が本明細書に記載される。
【０００４】
一態様では、(a) 少なくとも1つのp型材料と、(b) 少なくとも1つのn型材料と、(c) 少なくとも1つの第1の溶媒と、(d) 少なくとも1つの第2の溶媒とを含む組成物であって、第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、かつ第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、前記組成物が提供される。
【０００５】
別の態様では、(a) 共役ポリマーを含む少なくとも1つのp型材料と、(b) フラーレン誘導体を含む少なくとも1つのn型材料と、(c) 少なくとも1つの第1の溶媒と、(d) 少なくとも1つの第2の溶媒とを含む組成物であって、第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、前記組成物が提供され、前記組成物はハロゲン化化合物を実質的に含まない。
【０００６】
さらなる態様では、アノード電極と、カソード電極と、提供される組成物を使用して形成され、アノード電極とカソード電極の間に位置する活性層とを含む、光起電力素子が提供される。
【０００７】
別の態様では、(a) 少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つの第1の溶媒と、少なくとも1つの第2の溶媒とを組み合わせて組成物を形成する工程であって、第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼン化合物を含み、第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、前記工程、および(b) 組成物を表面に塗布する工程を含む方法が提供される。
【０００８】
さらに別の態様では、活性層インク組成物より形成される活性層の平均表面粗さを増加させるのに十分な量の少なくとも1つの第2の溶媒を、活性層インク組成物に加える工程であって、活性層インク組成物が、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒とを含み、少なくとも1つの第2の溶媒が、少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、前記工程を含む、光起電力素子の効率を改善する方法が提供される。
【０００９】
別のさらなる態様では、アノード電極と、カソード電極と、提供される方法に従って形成され、アノード電極とカソード電極の間に位置する活性層とを含む、光起電力素子が提供される。
【００１０】
いくつかの態様の1つの利点は、光起電力素子の効率を改善する能力である。
【００１１】
いくつかの態様の別の利点は、危険性がより低い活性層インク組成物を提供することにある。
【００１２】
いくつかの態様の別の利点は、光起電力素子活性層を形成する、危険性がより低い方法を提供することにある。
【００１３】
いくつかの態様のさらに別の利点は、活性層インク組成物を調製する工業的に好都合な方法を提供することにある。
【００１４】
いくつかの態様のさらに別の利点は、光起電力素子を作製する工業的に好都合な方法を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】トルエンのみを溶媒として形成した典型的な活性層のAFM三次元表面画像である。
【図２】トルエン94%およびサリチルアルデヒド6%を共溶媒として形成した典型的な活性層の別のAFM三次元表面画像である。
【図３】トルエン98%およびアニソール2%を共溶媒として形成した典型的な活性層の別のAFM三次元表面画像である。
【図４】トルエン98%およびサリチル酸メチル2%を共溶媒として形成した典型的な活性層の別のAFM三次元表面画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
詳細な説明
本明細書に記載の溶媒システムを使用することで、工業的プロセスに有害かつ/または望ましくない恐れがあるハロゲン化溶媒の使用なしにOPV活性層を形成することができる。さらに、溶媒システムを活性層インク組成物中に使用することで、性能のより良い活性層を得ることができる。これらの溶媒システムは、2つ以上の溶媒を含み得るものであり、例えばポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT)およびフラーレン誘導体などの活性層成分と組み合わせることで活性層インク組成物を形成することができる。溶媒システムは第1の溶媒および第2の溶媒を含み得るものであり、いずれも以下でさらに説明する。第2の溶媒は、典型的にはインク組成物の小さいパーセンテージを構成するが、活性層の効率を劇的に増加させることができる。
【００１７】
有機光起電力素子(OPV)
太陽電池は、図面を含めて参照により本明細書に組み入れられる、Hoppe and Sariciftci, J. Mater. Res., Vol. 19, No. 7, July 2004, 1924-1945に例えば記載されている。例えば、素子効率、電力変換効率(PCE)および試験法に関する説明および章を含む、Sun, Saricifcti (Eds.), Organic Photovoltaics, Mechanisms, Materials, Devicesも参照。
【００１８】
Hoppeらの図1は、通常の太陽電池のいくつかの成分を図示する。例えば図4および5を含むDennler et al., "Flexible Conjugated Polymer-Based Plastic Solar Cells: From Basics to Applications," Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 8, August 2005, 1429-1439も参照。反転太陽電池を含む太陽電池の各種構成を使用することができる。重要な要素としては活性層、アノード、カソードおよびより大きい構造を支持するための基板が挙げられる。さらに、正孔輸送層を使用することができ、1つまたは複数の調節層を使用することができる。活性層は、P/Nバルクヘテロ接合を含むP/N複合体を含み得る。
【００１９】
以下の参考文献に光起電力材料および光起電力素子が記載されている:
実施例および図面を含めて参照により本明細書に組み入れられる、Williamsらに対する米国特許出願公開第2006/0076050号「Heteroatomic Regioregular Poly(3-Substitutedthiophenes) for Photovoltaic Cells」(Plextronics)。
実施例および図面を含めて参照により本明細書に組み入れられる、米国特許出願公開第2006/0237695号(Plextronics)「Copolymers of Soluble Poly(thiophenes) with Improved Electronic Performance」。
Louwetらに対する米国特許第7,147,936号。
【００２０】
さらに、実施例および図面を含めて参照により本明細書に組み入れられる、米国特許出願公開第2006/0175582号「Hole Injection/Transport Layer Compositions and Devices」(Plextronics)では、正孔注入層技術が記載されている。
【００２１】
本明細書に記載の組成物はOPVの文脈で記載されているが、これらの組成物は、有機光活性層を使用する他の素子にも同等に適用可能であり得る。例えば、その全体が参照により本明細書に組み入れられる2008年4月9日出願の米国仮出願第61/043,654号を参照。そのような素子は、本出願の組成物および方法が適用可能であり得る正孔収集層（hole collection layer）、正孔注入層または正孔輸送層を有し得る。
【００２２】
OPV電極、正孔注入層、および正孔輸送層
アノードおよびカソードを含む電極は光起電力素子の技術分野で公知である。例えばHoppeらの前掲論文を参照。公知の電極材料を使用することができる。透明導電性酸化物を使用することができる。透明性は特定の用途に適応可能である。例えば、アノードは、基板上に支持されるITOを含むインジウムスズ酸化物(ITO)であり得る。基板はリジッドでもフレキシブルでもよい。
【００２３】
望まれる場合は、正孔注入層および正孔輸送層を使用することができる。正孔輸送層(HTL)は、例えば当技術分野で公知のPEDOT:PSSであり得る。例えばHoppeらの前掲論文を参照。
【００２４】
OPV活性層
OPVの活性層は、n型材料およびp型材料などの半導体材料を含み得る。本態様では、活性層はp型材料とn型材料との両方を含む。いくつかの場合では、活性層は微量の溶媒をさらに含み得る。
【００２５】
本態様の1つの利点は、活性層内の光キャリア生成を依然として維持しながら、n型のLUMOレベルとp型のHOMOレベルとの間の差を最大化するように、n型材料およびp型材料を選択できるということである。
【００２６】
活性層p型材料
p型材料は、有機ポリマー材料などの有機材料を含み得る。例えば、p型材料は、一連の共役二重結合を有するポリマー主鎖を含む、共役ポリマーまたは導電性ポリマーを含み得る。それはホモポリマー、またはブロック共重合体もしくはランダム共重合体を含む共重合体、またはターポリマーを含み得る。例としてはポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ならびにそれらの誘導体、共重合体、および混合物が挙げられる。
【００２７】
一態様では、p型材料は、主鎖中に少なくともいくつかの共役不飽和を含む共役ポリマーを含む。p型材料は、有機溶媒または水に可溶性または分散性の共役ポリマーを含み得る。共役ポリマーは、例えばT. A. Skotheim, Handbook of Conducting Polymers, 3rd Ed. (two vol), 2007; Meijer et al., Materials Science and Engineering, 32 (2001), 1-40; およびKim, Pure Appl. Chem., 74, 11, 2031-2044, 2002に記載されている。p型活性材料は、共通のポリマー主鎖を有するがポリマーの特性に合わせて誘導体化側基が異なる、同様のポリマーのファミリーのメンバーを含み得る。例えば、メチル、エチル、ヘキシル、ドデシルなどを含むアルキル側基でポリチオフェンを誘導体化することができる。
【００２８】
別の態様では、p型材料は、共重合体およびブロック共重合体を含み、これらは例えば、共役および非共役ポリマーセグメントの組み合わせまたは第1の種類の共役セグメントと第2の種類の共役セグメントとの組み合わせを含む。例えば、これらはABまたはABAまたはBABシステムで表すことができ、ここで例えばAなどの1つのブロックは共役ブロックであり、Bなどの別のブロックは非共役ブロックまたは絶縁ブロックである。あるいは、各ブロックAおよびBが共役していることもある。非共役または絶縁ブロックは、例えば、熱可塑性型のポリマー、ポリオレフィン、ポリシラン、ポリエステル、PETなどを例えば含む付加ポリマーブロックまたは縮合ポリマーブロックを例えば含む、有機ポリマーブロック、無機ポリマーブロックまたはハイブリッド有機-無機ポリマーブロックであり得る。ブロック共重合体は、いずれもその全体が参照により本明細書に組み入れられるMcCulloughらに対する米国特許第6,602,974号および2006年12月14日公開のMcCulloughらに対する米国特許出願公開第2006/0278867号に例えば記載されている。
【００２９】
特定の態様では、p型材料はポリチオフェンを含む。ポリチオフェンおよびその誘導体は当技術分野で公知である。それらは、チオフェンを主鎖中に含むポリマーであり得る。それらはホモポリマー、またはブロック共重合体を含む共重合体であり得る。それらは可溶性または分散性であり得る。それらはレジオレギュラー（regioregular）であり得る。例えば、それらは少なくとも80%、または少なくとも90%、または少なくとも95%、または少なくとも98%、または少なくとも99%のレジオレギュラリティー（regioregularity）を有し得る。特に、置換されていてもよいアルコキシおよび置換されていてもよいアルキルで置換されたポリチオフェンを使用することができる。特に、McCulloughらに対する米国特許第6,602,974号および第6,166,172号ならびにMcCullough et al., J. Am. Chem. Soc. 115:4910 (1993)に例えば記載の、ホモポリマーおよびブロック共重合体を含むレジオレギュラーポリチオフェンを使用することができる。Plextronics(ペンシルベニア州ピッツバーグ)の市販品も参照。ポリ(3-ヘキシルチオフェン)を含む可溶性のアルキル置換およびアルコキシ置換のポリマーおよび共重合体を使用することができる。他の例はKochemらに対する米国特許第5,294,372号および第5,401,537号に見ることができる。米国特許第6,454,880号および第5,331,183号では活性層がさらに記載されている。
【００３０】
可溶性材料または高分散性材料を積層中に使用することで加工を容易にすることができる。
【００３１】
p型材料およびポリチオフェンのさらなる例はWO2007/011739(Gaudianaら)に見ることができる。WO2007/011739は例えば置換シクロペンタジチオフェン部分であるモノマーを有するポリマーが記載されており、式を含めてその全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【００３２】
活性層n型材料
活性層は、少なくとも1つのフラーレン構造を含むn型材料を含み得る。フラーレンは当技術分野で公知である。フラーレンは球状炭素化合物として記述することができる。例えば、当技術分野で公知のように、フラーレン表面は[6,6]結合および[6,5]結合を提示し得る。フラーレンは、6員環および5員環を含む表面を有し得る。フラーレンは例えばC60、C70またはC84であり得るものであり、誘導体基を経由してさらなる炭素原子を付加することができる。例えば、フラーレンの命名法および合成反応、誘導体化反応、還元反応(第2章)、求核反応(第3章)、環化付加(第4章)、水素化(第5章)、ラジカル付加(第6章)、遷移金属錯体形成(第7章)、酸化および求電子剤との反応(第8章)、ハロゲン化(第9章)、位置化学(第10章)、クラスター修飾(第11章)、ヘテロフラーレン(第12章)ならびに高級フラーレン(第13章)に関する教示を含めて参照により本明細書に組み入れられる、Hirsch, A.; Brettreich, M., Fullerenes: Chemistry and Reactions, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2005を参照。本明細書に記載の方法を使用して、フラーレン誘導体および付加体を合成することができる。
【００３３】
n型材料は少なくとも1つのフラーレン誘導体を含み得る。誘導体化合物は例えば付加体であり得る。例えばフラーレン誘導体は、いずれも例えば球状炭素化合物中の1個または2個の炭素に共有結合した1〜84個、1〜70個、1〜60個、1〜20個、1〜18個、1〜10個、または1〜6個、1〜5個、または1〜3個の置換基を含むフラーレンであり得る。フラーレン誘導体は、[4+2]環化付加により、少なくとも1つの誘導体部分Rに共有結合したフラーレンを含み得る。
【００３４】
n型材料の構造は、下記式、ならびにその溶媒和物、塩、および混合物で表すことができる:
F*-(R)n
式中、
nは少なくとも1であり;
Fは、6員環および5員環を含む表面を有する球状フラーレンであり; かつ
Rは、フラーレンに直接結合している、少なくとも1つの、置換されていてもよい不飽和または飽和の炭素環式または複素環式の第1の環を含む。
【００３５】
式(I)は、C60がn個のR基に結合しておりかつ結合が一般的に表される態様を表す。
(I)
2012500500.tif 000003
【００３６】
第1の環は置換されていてもそうでなくてもよい。第1の環は飽和環または不飽和環であり得る。第1の環は炭素環または複素環であり得る。
【００３７】
第1の環は、置換されていてもよい4員環、5員環、または6員環であり得る。それは特に、置換されていてもよい5員環であり得る。
【００３８】
R基は、第1の環と結合または縮合している第2の環をさらに含み得る。第2の環は置換されていてもよい。第2の環は、例えば第1の環と縮合しているアリール基であり得る。
【００３９】
第1の環はフラーレンに直接結合している。例えば、R基は、[4+2]環化付加によりフラーレンに共有結合し得る。2個の炭素-炭素結合を含む、2個の共有結合を含む1個または2個の共有結合により、R基はフラーレンに共有結合し得る。R基の1個の原子に対する共有結合により、R基はフラーレン表面に結合し得る。あるいは、R基の2個の原子に対する共有結合により、R基はフラーレン表面に結合し得る。フラーレンに結合しているR基の2個の原子は、互いに隣接し得るか、またはR基の1〜3個の他の原子により互いに隔離され得る。フラーレン[6,6]位の2個の炭素-炭素結合により、R基はフラーレンに共有結合し得る。
【００４０】
フラーレンは炭素のみを含み得る。フラーレンは、R以外にフラーレンに結合している少なくとも1個の誘導体基を含み得る。
【００４１】
例えば、電子吸引性基または電子供与性基でフラーレンを誘導体化することができる。電子吸引性基および電子供与性基は当技術分野で公知であり、Advanced Organic Chemistry, 5th Ed, by Smith, March, 2001に見ることができる。
【００４２】
電子吸引性基は、フラーレンケージに直接またはPCBM構造と同様のメタノ架橋を経由して結合し得る。
【００４３】
電子供与性基は、フラーレンケージに直接またはPCBM構造と同様のメタノ架橋を経由して結合し得る。
【００４４】
フラーレンを誘導体化することで、可視域内のそれらの吸収をC60-PCBMに比べて改善することができる。可視域内の吸収の改善により、誘導体化フラーレンを含む光起電力素子の光電流を増加させるかまたは改善することができる。
【００４５】
一態様では、F*はC60、C70、およびC84、ならびにそれらの組み合わせより選択される。
【００４６】
一態様では、Rは、置換されていてもよいアリールおよび置換されていてもよいヘテロアリールより選択される。
【００４７】
一態様では、Rは、置換されていてもよいインデン、置換されていてもよいナフチル、置換されていてもよいフェニル、置換されていてもよいピリジニル、置換されていてもよいキノリニル、置換されていてもよいシクロヘキシル、および置換されていてもよいシクロペンチルより選択される。
【００４８】
一態様では、Rはインデン、ナフチル、フェニル、ピリジニル、キノリニル、シクロヘキシル、およびシクロペンチルより選択される。
【００４９】
n値は整数であり得る。一態様では、nは1〜84、または1〜70、または1〜60、または1〜30、または1〜10であり得る。一態様では、nは1〜6である。一態様では、nは1〜3である。
【００５０】
一態様では、nは1である。一態様では、nは2である。一態様では、nは3である。
【００５１】
一態様では、第1の環は、ヒドロキシル、アシル、アシルアミノ、アシルオキシ、アルキル、置換アルキル、アルコキシ、置換アルコキシ、アルケニル、置換アルケニル、アルキニル、置換アルキニル、アミノ、置換アミノ、アミノアシル、アリール、置換アリール、アリールオキシ、置換アリールオキシ、シクロアルコキシ、置換シクロアルコキシ、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、チオール、チオアルキル、置換チオアルキル、チオアリール、置換チオアリール、チオヘテロアリール、置換チオヘテロアリール、チオシクロアルキル、置換チオシクロアルキル、チオ複素環、置換チオ複素環、シクロアルキル、置換シクロアルキル、ハロ、ニトロ、ヘテロアリール、置換ヘテロアリール、複素環、置換複素環、ヘテロアリールオキシ、置換ヘテロアリールオキシ、ヘテロシクリルオキシもしくは置換ヘテロシクリルオキシ、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1個の置換基で置換されていてもよい。
【００５２】
一態様では、nは1であり、Rはインデンである。一態様では、nは2であり、Rはインデンである。一態様では、nは3であり、Rはインデンである。一態様では、nは4であり、Rはインデンである。一態様では、nは5であり、Rはインデンである。一態様では、nは6であり、Rはインデンである。
【００５３】
一態様では、Rは、[4+2]環化付加によりフラーレンに共有結合し得るものであり、これをあるいは[4+2]環化付加体とも呼ぶ。[4+2]環化付加反応およびディールス-アルダー反応を含む反応は当技術分野で一般に公知である。ジエノフィル二重結合がジエンと反応して6員環を生成することがある。例えば、炭素-炭素多重結合に対する付加に関する章(例えば第15章)を含む、Advanced Organic Chemistry, Reactions, Mechanisms, and Structure, 2nd Ed., J. March, 1977を参照。Belik et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993, 32, 1, 78-80 (フラーレンおよび誘導体部分を含むC68化合物を形成する、C60とC8 o-キノジメタン化合物との反応を示す); およびPuplovskis et al., Tetrahedron Letters, 38, 2, 285-288, 1997, 285-288 (フラーレンおよび誘導体部分を含むC69化合物を形成する、C60とC9インデンとの反応を示す)も参照。環化付加反応により、[6,5]二重結合よりもむしろ[6,6]フラーレン二重結合において反応が生じ得る。環化付加反応はHirsch、BrettreichのテクストFullerenes, Chemistry and Reactions, 2005の第4章、101〜183頁に詳細に記載されている。
【００５４】
フラーレン誘導体の一例はインデン誘導体である。さらに、インデンそれ自体を誘導体化することができる。参照により本明細書に組み入れられるBelik et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1993, 32, No. 1, pages 78-80に例えば記載されている方法でフラーレンを誘導体化することができる。この論文では、o-キノジメタンなどのラジカルを付加可能な、電子不足の超アルケンC60に対する付加が記載されている。それは、異なる官能基を含む原位置（in situ）で調製することができ、最も反応性の低いジエノフィルを用いても[4+2]環化付加体を形成可能な非常に反応性の高いジエンを形成することができる。この方法は良好な選択性および安定性を与える。
【００５５】
フラーレンは、ビス付加体を形成する少なくとも2つの誘導体部分R、またはトリス付加体を形成する少なくとも3つの誘導体部分Rを含み得る。これらの置換基を[4+2]環化付加によりフラーレンに加えることができる。例えば、Belikらは、スキーム1において、2つの誘導体部分を含むフラーレン化合物である式3を示している。さらに、Belikらのスキーム2に示すように、2つのフラーレンが1つの誘導体部分により共有結合し得る。
【００５６】
各種態様は理論により限定されないが、誘導体化がフラーレンケージの共役を中断させ得ると考えられる。共役を中断させることで誘導体化フラーレンのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が得られる。
【００５７】
一態様では、活性層は、電子吸引性基を含む少なくとも1つのフラーレン誘導体を含む。
【００５８】
活性層n型材料は、いずれもその全体が参照により本明細書に組み入れられる、2007年5月2日出願の米国特許出願第11/743,587号; および2007年12月21日出願の米国特許出願第61/016,420号にも記載されている。
【００５９】
活性層の形態
活性層は、p-n複合体であり得るものであり、バルクヘテロ接合を含むヘテロ接合を例えば形成することができる。例えば、Dennler et al., "Flexible Conjugated Polymer-Based Plastic Solar Cells: From Basics to Applications," Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 8, August 2005, 1429-1439におけるバルクヘテロ接合でのナノスケール相分離に関する考察を参照。
【００６０】
ヘテロ接合層は、原子間力顕微鏡(AFM)で測定される約5〜50nmスケールの相分離ドメインを有し得る。AFM分析を使用して表面粗さおよび相挙動を測定することができる。
【００６１】
本明細書に記載の溶媒システムは、p型またはn型材料の大きいドメインを有する活性層の形成を可能にし得る。任意の特定の理論に拘束されることは望まないが、大きいドメインが形成される場合に活性層効率がより大きくなると考えられる。
【００６２】
言及したように、溶媒システムは第1および第2の溶媒を含み得る。第2の溶媒は活性層の表面粗さに寄与し得る。表面粗さに対する第2の溶媒の影響は、実施例で説明する図1〜4に見ることができる。やはり任意の特定の理論に拘束されることは望まないが、表面粗さの増加が活性層効率に影響を与え得ると考えられる。したがって、一態様では、光起電力システムの効率を改善する方法は、インク組成物より形成される活性層の平均表面粗さを増加させるのに十分な量の少なくとも1つの第2の溶媒を活性層インク組成物に加える工程を含む。平均表面粗さの増加は少なくとも約1nmであることが好ましい。好ましくは、平均表面粗さは約5nm〜約20nm、または約6nm〜約15nm、または約8nm〜10nmに増加する。
【００６３】
活性層溶媒
本態様では、活性層を形成するために使用される組成物は、少なくとも1つのn型材料、少なくとも1つのp型材料、少なくとも1つの第1の溶媒および少なくとも1つの第2の溶媒を含み得る。あるいは、組成物は本質的に、少なくとも1つのn型材料、少なくとも1つのp型材料、少なくとも1つの第1の溶媒および少なくとも1つの第2の溶媒からなり得る。第1の溶媒および第2の溶媒は、有機化合物の異なる群より選択される。これらの群はいくつかの化合物を共有することがあるが、第1および第2の溶媒は、それらが構造的に同一の化合物でないように選択される。
【００６４】
第1の溶媒
いくつかの態様では、第1の溶媒は少なくとも1つのアルキルベンゼンを含む。アルキルベンゼンは、ベンゼン環上に1個または複数のアルキル置換基を有し得る。好ましくは、置換基中の炭素原子の組み合わせ総数は1〜6である。より好ましくは、置換基中の炭素原子の組み合わせ総数は1〜3である。
【００６５】
各置換基は1〜6個の炭素原子、好ましくは1〜3個の炭素原子を有し得る。
【００６６】
置換基は直鎖状、分岐状、または環状であり得る。
【００６７】
アルキルベンゼンは1〜6個のアルキル置換基、好ましくは1〜3個のアルキル置換基を有し得る。非限定的な例としては、アルキルベンゼンはモノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン、トリアルキルベンゼン、またはテトラアルキルベンゼンであり得る。さらなる非限定的な例としては、アルキルベンゼンはトルエン、o-キシレン、m-キシレン、またはp-キシレンであり得る。
【００６８】
第1の溶媒が2個以上のアルキル置換基を有するアルキルベンゼンであるいくつかの態様では、2個のアルキル置換基は共にベンゼン環の炭素原子と一緒になって5〜7員環を形成し得る。例えば、特定の態様では、第1の溶媒はベンゾシクロヘキサン(テトラリン)またはその誘導体を含む。
【００６９】
特定の態様では、第1の溶媒は本質的にベンゾシクロヘキサン(テトラリン)からなる。
【００７０】
一態様では、第1の溶媒は2つ以上の異なるアルキルベンゼンの混合物である。すなわち、混合物中の少なくとも2つのアルキルベンゼンは構造的に同一ではない。2つ以上の異なるアルキルベンゼンのそれぞれは1つまたは複数のアルキル置換基を有し得るものであり、置換基中の炭素原子の総数は1〜6である。一例では、置換基中の炭素原子の組み合わせ総数は3または4である。別の例では、置換基中の炭素原子の組み合わせ総数は4または5である。置換基は直鎖状、分岐状、または環状であり得る。
【００７１】
非限定的な一例では、第1の溶媒は、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン、トリアルキルベンゼン、およびテトラアルキルベンゼンより選択される2つ以上のアルキルベンゼンの混合物を含む。
【００７２】
非限定的な別の例では、第1の溶媒はC9〜10ジアルキルおよびトリアルキルベンゼンの混合物を含む。
【００７３】
非限定的な別の例では、第1の溶媒は、プロピルベンゼン、ブチルベンゼン、エチルメチルベンゼン、1,3,5-トリメチルベンゼン、および1,2,4-トリメチルベンゼンより選択される2つ以上のアルキルベンゼンの混合物を含む。
【００７４】
アルキルベンゼンの混合物を商業的に得ることができる。例えば、ExxonMobil Corp.(テキサス州ヒューストン)より入手可能なAromatic 100およびAromatic 150(それぞれSolvesso 100およびSolvesso 150としても知られる)を第1の溶媒として使用することができる。これらの商業的混合物は微量のナフタレンまたはアルキルナフタレンを含有することがある。
【００７５】
特定の態様では、第1の溶媒は非ハロゲン化溶媒である。さらなる態様では、第1の溶媒はヘテロ原子を含有しない。
【００７６】
別の態様では、第1の溶媒は本質的に、少なくとも1つのアルキルベンゼンからなる。
【００７７】
さらに別の態様では、第1の溶媒は下記式で表されるアルキルベンゼンを含む:
2012500500.tif 000004
式中、R1はC1〜3アルキルであり、R2、R3、R4、R5、およびR6はそれぞれ独立して水素またはC1〜3アルキルであり; 但し、R1、R2、R3、R4、R5、およびR6の組み合わせは1〜6の炭素原子の総数を有する。
【００７８】
好ましくは、上記式において、置換基R1、R2、R3、R4、R5、およびR6の組み合わせは合計1個、2個、または3個の炭素原子を有する。好ましい態様では、R1はメチルである。
【００７９】
一例では、R2、R3、R4、R5、またはR6の1つはC1〜3アルキルである。
【００８０】
別の例では、R2、R3、R4、R5、またはR6の2つは独立してC1〜3アルキルである。
【００８１】
別の例では、R2、R3、R4、R5、またはR6の3つは独立してC1〜3アルキルである。
【００８２】
別の例では、R2、R3、R4、R5、またはR6の4つは独立してC1〜3アルキルである。
【００８３】
別の例では、R2、R3、R4、R5、またはR6のすべては独立してC1〜3アルキルである。
【００８４】
一例では、R2、R3、R4、R5、またはR6のすべては水素である。
【００８５】
第2の溶媒
本態様では、第2の溶媒は少なくとも1つの炭素環式化合物を含み得る。炭素環式化合物は、環を形成する炭素原子の環式配置を含む。非限定的な例としては、炭素環式化合物は、ベンゼン環、シクロヘキサン環、もしくはシクロペンタン環を含み得るか、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【００８６】
炭素環式化合物は、ヘテロ原子、アルキル基、またはその両方を含む置換基をさらに含み得る。特に、炭素環式化合物は、ヒドロキシル、アシル、アシルオキシ、カルボキシルエステル、アルキル、アルコキシ、ケトン、またはそれらの組み合わせより選択される置換基を含有し得る。
【００８７】
いくつかの態様では、第2の溶媒は、炭素原子を含む少なくとも1個の置換基(例えばアルキル、アルケニルなど)を有するベンゼン環を含む、炭素環式化合物である。
【００８８】
別の態様では、第2の溶媒は、ヘテロ原子を含む少なくとも1個の置換基(例えばアミノ、チオール、ヒドロキシルなど)を有するベンゼン環を含む、炭素環式化合物である。
【００８９】
別の態様では、第2の溶媒は、シクロヘキサンまたはシクロペンタン環を含む炭素環式化合物である。特に、炭素環式化合物はシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロペンタノン、およびシクロヘキサノンより選択することができる。
【００９０】
炭素環式化合物はC5〜20、好ましくはC5〜10化合物であり得る。すなわち、もしあればその置換基を含むこの化合物は、合計5〜15個の炭素原子または好ましくは5〜10個の炭素原子を含有する。
【００９１】
第2の溶媒は、シクロペンタン、シクロヘキサン、およびベンゼンより選択される2つ以上の異なる炭素環式化合物の混合物を含み得る。
【００９２】
非限定的な例では、第2の溶媒は、サリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、アニソール、テトラリン、シクロペンタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、安息香酸メチル、アニスアルデヒド、メシチレン、および2-メトキシベンズアルデヒドより選択される少なくとも1つの炭素環式化合物を含む。
【００９３】
一態様では、第2の溶媒は本質的に炭素環式化合物からなる。
【００９４】
別の態様では、第2の溶媒はハロゲン化されていない（non-halogenated）。
【００９５】
特定の態様では、第2の溶媒はベンゾシクロヘキサンを含む。
【００９６】
特定の態様では、第2の溶媒は本質的にベンゾシクロヘキサンからなる。
【００９７】
別の態様では、第2の溶媒は下記式で表される化合物を含む:
2012500500.tif 000005
式中、R7、R8、R9、R10、R11、およびR12はそれぞれ独立して水素、ヒドロキシル、アシル、アシルオキシ、カルボキシルエステル、C1〜5アルキルまたはアルコキシである。もしあれば置換基中の炭素原子を含む化合物中の炭素原子の総数は、15未満、好ましくは10未満である。
【００９８】
本態様における最も好ましい溶媒システムは、第1の溶媒がトルエンでありかつ第2の溶媒がサリチルアルデヒドである溶媒システムである。
【００９９】
溶媒特性
第1および第2の溶媒は、改善された性能を有する活性層(またはバルクヘテロ接合層)を形成する上で重要な役割を果たす。第1の溶媒、第2の溶媒、および溶媒システム全体のある種の物性が、最適な活性層の形態を得る上で考慮されるものであり、これを以下でさらに説明する。例えば、第1または第2の溶媒は、活性層中のn型またはp型材料を選択的に溶解させることができる。
【０１００】
第1および第2の溶媒の個々のまたは相対的沸点が重要であり得る。例えば、一態様では、第2の溶媒の沸点は第1の溶媒のそれよりも高い。別の態様では、第1の溶媒の沸点は第2の溶媒のそれよりも高い。
【０１０１】
別の態様では、第1の溶媒の沸点は109℃よりも高い。非限定的な例としては、第1の溶媒の沸点は約109℃〜210℃であり得るものであり、これはこの範囲内のすべての個々の値を含む。
【０１０２】
一態様では、第2の溶媒の沸点は約49℃よりも高い。非限定的な例としては、第2の溶媒の沸点は約49℃〜225℃または約49℃〜250℃であり得るものであり、これはこれらの範囲内のすべての個々の値を含む。
【０１０３】
また、溶解度パラメータを使用して、例えば好適な第2の溶媒、第1の溶媒、またはその両方を選択することができる。特に、ハンセン溶解度パラメータを使用することができる。ハンセン溶解度パラメータとしては分散パラメータ、水素パラメータ、および極性パラメータが挙げられる。各種化合物についてのこれらのパラメータの値は、その全体が参照により本明細書に組み入れられるHansen, Charles M., Hansen Solubility Parameters; A User's Handbook, CRC Press, 2000に見ることができる。
【０１０４】
具体的には、候補化合物のリストより第1または第2の溶媒を選択するための1つのアプローチは、ハンセン溶解度パラメータにより予想される同様の溶解度を有する化合物を、高性能活性層を形成するために好適であると既に決定されている溶媒として選択することを包含し得る。同様の溶解度を有する溶媒は全3つのハンセン溶解度パラメータについて同様の値を有し得る。しかし、同様の溶解度を有する溶媒が全3つのパラメータの2つ以下について同様の値を有し得るという可能性があり得る。非限定的な例では、第1の溶媒は、o-ジクロロベンゼン、トルエン、またはo-キシレンと同様のハンセン溶解度パラメータを有する化合物である。非限定的な別の例では、第2の溶媒の溶解度パラメータはサリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、アニスアルデヒド、またはアニソールの溶解度パラメータと同様である。2つの溶媒の溶解度パラメータは、互いに約5 MPa0.5以下、約2 MPa0.5以下、または約1 MPa0.5以下だけ異なる場合、同様であると考えることができる。
【０１０５】
分散パラメータ、極性パラメータ、および水素結合パラメータの値は第1の溶媒と第2の溶媒とで変動し得る。非限定的な態様としては、第1の溶媒は約17 MPa0.5〜約20 MPa0.5の分散パラメータ、約0.5 MPa0.5〜7.0 MPa0.5の極性パラメータ、および約1.0 MPa0.5〜7.0 MPa0.5の水素結合パラメータを有し得る。非限定的な別の態様としては、第2の溶媒は約15 MPa0.5〜約20 MPa0.5の分散パラメータ、約0.5 MPa0.5〜約15 MPa0.5、例えば約7 MPa0.5〜11 MPa0.5の極性パラメータ、および約0.5 MPa0.5〜18.0 MPa0.5、例えば約1.0 MPa0.5〜7.0 MPa0.5の水素結合パラメータを有し得る。
【０１０６】
論じたように、第1および第2の溶媒はハロゲン化されていないことがある。代替的態様では、第1および第2の溶媒はハロゲン化化合物を実質的に含まない。例えば、溶媒システム中のハロゲン化化合物の重量パーセンテージは10%未満、5%未満、または1%未満であり得る。
【０１０７】
溶媒の量
本明細書に記載の溶媒システムにおいて、第1の溶媒の量は第2の溶媒の量よりも多いことがある。例えば、第1の溶媒 対 第2の溶媒の重量比は約1000:1〜2:1であり得る。より好ましくは、第1の溶媒 対 第2の溶媒の質量比は100:1〜10:1である。
【０１０８】
典型的には、本明細書に記載の溶媒システム中の第1の溶媒は、質量比で大部分の成分である。例えば、組成物中の第1の溶媒の質量パーセントは50%超であり得る。非限定的な例では、第1の溶媒の質量パーセントは約50%〜99%であり、これはこの範囲内のすべての値を含む。非限定的な別の例では、第1の溶媒は約90質量%〜99質量%で存在し、これはこの範囲内のすべての値を含む。したがって、組成物中の第2の溶媒の質量パーセントは、典型的には50質量%未満である。非限定的な例としては、第2の溶媒の質量パーセントは約50重量%〜0.01%、より好ましくは約10%〜0.01%であり、これはこの範囲内のすべての個々の値を含む。
【０１０９】
一態様では、溶媒システムは、1つの第1の溶媒および2つ以上の異なる第2の溶媒を含む。好ましくは、そのような場合では、2つ以上の第2の溶媒の組み合わせの質量パーセントは、溶媒システムの50%未満である。非限定的な例としては、溶媒システムは、第1の溶媒および2つの異なる第2の溶媒を含み得る。第1の溶媒の質量パーセントは例えば約50〜98%であり得るものであり、第2の溶媒のそれぞれは溶媒システムの1〜25質量%を構成する。
【０１１０】
活性層組成物
本明細書に記載の組成物を使用して、光起電力素子の活性層を形成することができる。特に、それらはOPV中の活性層を形成するための「インク」として商業的に流通し得る。例えば、組成物を、OPV中の材料の表面に塗布し、続いて焼鈍することで、活性層を形成することができる。したがって、活性層は溶媒を実質的に含まない。例えば、2%未満または1%未満の溶媒が活性層中に残留することがある。
【０１１１】
素子の製造
本明細書で特許請求される発明を使用する素子は、当技術分野で公知の方法に従って作製することができる。例えば、基板上のアノード材料としてITOを使用して素子を作製することができる。他のアノード材料としては、Auなどの金属、カーボンナノチューブ(単層または多層)および他の透明導電性酸化物を例えば挙げることができる。アノードの抵抗率は、例えば15Ω/sq以下、25以下、50以下、または100以下、または200以下、または250以下に維持することができる。基板は、例えばガラス、プラスチック(PTFE、ポリシロキサン、熱可塑性プラスチック、PET、PENなど)、金属(Al、Au、Ag)、金属箔、金属酸化物(TiOx、ZnOx)、およびSiなどの半導体であり得る。基板上のITOは、素子層堆積の前に当技術分野で公知の技術を用いて洗浄可能である。スピンキャスト法、インクジェット法、ドクターブレード法、スプレーキャスト法、ディップコート法、蒸着法、または任意の他の公知の堆積法を例えば使用して、任意の正孔輸送層(HTL)を付加することができる。HTLは例えばPEDOT、PEDOT/PSSまたはTBD、またはNPB、またはPlexcore HTL(ペンシルベニア州ピッツバーグ、Plextronics)であり得る。
【０１１２】
HTL層の厚さは、例えば約10nm〜約300nm厚、または30nm〜60nm、60nm〜100nm、もしくは100nm〜200nmであり得る。次に薄膜を110〜200℃で1分〜1時間、任意で不活性雰囲気中で、乾燥/焼鈍してもよい。焼鈍用の方法は当技術分野で公知である。
【０１１３】
活性層の組成は成分の量に関して変動し得る。n型材料とp型材料とは、例えば約0.1〜4.0(p型) 対 約1(n型)の重量比、または約1.1〜約3.0(p型) 対 約1(n型)の比、または約1.1〜約1.5(p型) 対 約1(n型)の比で混合可能である。各種類の材料の量、または2種類の成分間の比は、特定の用途について変動し得る。
【０１１４】
一態様では、n型材料とp型材料の組み合わせは、活性層インク組成物の約0.01重量%〜約0.1重量%を構成する。他の場合では、n型材料とp型材料の組み合わせは、活性層インク組成物の約0.8重量%〜約4重量%を構成する。
【０１１５】
一態様では、本態様のインク組成物を少なくとも1つの表面に塗布することで薄膜を形成する。好ましくは、堆積表面は光起電力素子要素の表面を含む。最も好ましくは、表面は正孔輸送層の表面、アノードの表面、またはインク組成物膜の表面を含む。インク組成物は、複数の層として、例えば、連続した層としてまたは各堆積膜の間に中間層を置いて、堆積させることができる。
【０１１６】
種々の公知の方法を使用してインク組成物を堆積させることで、活性層を形成することができる。例えば、インク組成物を、スピンキャスト法、インクジェット法、ドクターブレード法、スプレーキャスト法、ディップコート法、蒸着法または任意の他の公知の堆積法によってHTL膜上に堆積させることができる。次に薄膜を約40〜約250℃または約150〜180℃で約1分間〜2時間、例えば10分間〜1時間、不活性雰囲気中で焼鈍する。
【０１１７】
次に、例えば1つまたは複数の金属の熱蒸着を一般に使用して、カソード層を素子に付加することができる。例えば、シャドウマスクを通じて1〜15nmのCa層を活性層上に熱蒸着させた後、10〜300nmのAl層を堆積させる。
【０１１８】
いくつかの態様では、活性層とカソードの間、および/またはHTLと活性層の間に任意の中間層を包含させることができる。この中間層は0.5nm〜約100nmまたは約1〜3nmの厚さであり得る。中間層は、電子調節材料、正孔ブロッキング材料または抽出材料、例えばLiF、BCP、バトクプリン(bathocuprine)、フラーレンまたはフラーレン誘導体、例えばC60ならびに本明細書で論じる他のフラーレンおよびフラーレン誘導体を含み得る。
【０１１９】
次に素子を、硬化性接着剤で封止したガラスカバースリップを使用して、または他のエポキシもしくはプラスチックコーティングで、封入することができる。ゲッター/乾燥剤を有する空洞ガラスも使用可能である。
【０１２０】
さらに、活性層は、界面活性剤、分散剤、ならびに酸素捕捉剤および水捕捉剤を例えば含む、さらなる成分を含み得る。
【０１２１】
活性層は、複数の層を含み得るか、または多層状であり得る。
【０１２２】
活性層組成物は薄膜の形式の混合物を含み得る。
【０１２３】
活性層はフレキシブル基板上に形成可能である。
【０１２４】
太陽電池の効率は例えば少なくとも3.75%、または少なくとも4%、または少なくとも4.5%、または少なくとも5%、または少なくとも6%であり得る。効率の特定の上限は存在しないが、効率の範囲は例えば3.75%〜15%または3.75%〜10%であり得る。当技術分野で公知の方法を使用して効率を測定することができる。
【０１２５】
第2の溶媒の使用による効率の改善は、例えば少なくとも1%、または少なくとも10%、または少なくとも25%、または少なくとも50%であり得る。
【実施例】
【０１２６】
各種の特許請求される態様を、非限定的な実施例の使用によりさらに説明する。以下の実施例では、「C-60インデン」はインデン二置換C60フラーレンを表す。
【０１２７】
実施例1:
インク組成物1  −  トルエンのみ
P3HT 45.50mgおよびC-60インデン45.50mgをトルエン5.13gに溶解させることで不活性雰囲気中で活性層インク組成物を作製した。活性層インクを振盪機上に70℃で終夜配置して、活性層堆積の前に材料を完全に溶解させた。
【０１２８】
実施例2:
インク組成物2  −  o-キシレン(80%)およびテトラリン(20%)
P3HT 60.6mgおよびC-60インデン60.6mgを、テトラリン0.70グラムおよびo-キシレン2.80グラムを含む溶媒システムに溶解させることにより、不活性雰囲気中で活性層インク組成物を作製した。活性層インクを振盪機上に70℃で終夜配置して、活性層堆積の前に材料を完全に溶解させた。
【０１２９】
実施例3:
インク組成物3  −  トルエン(94%)およびサリチルアルデヒド(6%)
P3HT 18.90mgおよびC-60インデン18.90mgを、サリチルアルデヒド0.09グラムおよびトルエン2.07グラムを含む溶媒システムに溶解させることにより、不活性雰囲気中で活性層インク組成物を作製した。活性層インクを振盪機上に70℃で終夜配置して、活性層堆積の前に材料を完全に溶解させた。
【０１３０】
実施例4:
インク組成物4  −  o-キシレン(96%)およびサリチルアルデヒド(4%)
P3HT 37.90mgおよびC-60インデン37.90mgを、サリチルアルデヒド0.18グラムおよびo-キシレン4.20グラムを含む溶媒システムに溶解させることにより、不活性雰囲気中で活性層インク組成物を作製した。活性層インクを振盪機上に70℃で終夜配置して、活性層堆積の前に材料を完全に溶解させた。
【０１３１】
実施例5:
インク組成物5  −  o-キシレン(74%)、テトラリン(20%)、およびサリチルアルデヒド(6%)
P3HT 45.5mgおよびC-60インデン45.5mgを、サリチルアルデヒド0.16グラム、テトラリン0.53グラム、およびo-キシレン1.97グラムを含む溶媒システムに溶解させることにより、不活性雰囲気中で活性層インク組成物を作製した。活性層インクを振盪機上に70℃で終夜配置して、活性層堆積の前に材料を完全に溶解させた。
【０１３２】
実施例6:
インク組成物6  −  トルエン(94%)およびサリチル酸メチル(6%)
P3HT 15.2mgおよびC-60インデン15.2mgを、サリチル酸メチル0.11グラムおよびトルエン1.66グラムを含む溶媒システムに溶解させることにより、不活性雰囲気中で活性層インク組成物を作製した。活性層インクを振盪機上に70℃で終夜配置して、活性層堆積の前に材料を完全に溶解させた。
【０１３３】
実施例7:
インク組成物7  −  トルエン(98%)およびアニソール(2%)
P3HT 15.2mgおよびC-60インデン15.2mgを、アニソール0.03グラムおよびトルエン1.71グラムを含む溶媒システムに溶解させることにより、不活性雰囲気中で活性層インク組成物を作製した。活性層インクを振盪機上に70℃で終夜配置して、活性層堆積の前に材料を完全に溶解させた。
【０１３４】
実施例8:
インク組成物8  −  テトラリン(80%)、トルエン(15%)、およびサリチルアルデヒド(5%)
P3HT 60.6mgおよびC-60インデン60.6mgを、サリチルアルデヒド0.38グラム、トルエン1.14グラム、およびテトラリン6.07グラムを含む溶媒システムに溶解させることにより、不活性雰囲気中で活性層インク組成物を作製した。活性層インクを振盪機上に70℃で終夜配置して、活性層堆積の前に材料を完全に溶解させた。
【０１３５】
実施例9:
インク組成物8  −  テトラリン(80%)、トルエン(15%)、およびアニスアルデヒド(5%)
P3HT 60.6mgおよびC-60インデン60.6mgを、アニスアルデヒド0.38グラム、トルエン1.14グラム、およびテトラリン6.06グラムを含む溶媒システムに溶解させることにより、不活性雰囲気中で活性層インク組成物を作製した。活性層インクを振盪機上に70℃で終夜配置して、活性層堆積の前に材料を完全に溶解させた。
【０１３６】
実施例10〜16:
活性層および素子の形成
以下の手順を使用して、組成物1〜9のそれぞれを使用する素子を形成した。表1は、各組成物に対応する素子の効率を示す。
【０１３７】
素子を作製するために、ITOコーティング基板を最初にUV/オゾン下で10分間処理した。正孔輸送層をスピンキャスト法でITOコーティング基板上に堆積させた。HTLはPlexcore OC HTLまたはポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT/PSS)のいずれかとした(いずれもSigma-Aldrichより入手可能)。HTL約1mLを濾過して、それを基板上に堆積させた。次にHTL材料を回転させて60nm厚の薄膜を得た。例えばPEDOT/PSSの場合、350rpmで5秒間を第1段階とし、次の6000rpmで1分間を第2段階とする2段階プロセスでHTL材料を回転させた。不活性雰囲気中ではなくクリーンルーム環境中でHTL材料を回転させた。次にHTL/ITOコーティング基板を不活性雰囲気中175℃で30分間焼鈍した。
【０１３８】
活性層形成、カソード形成およびガラス封入をすべて不活性雰囲気中で行った。活性層インク組成物約1mLを濾過し、HTLコーティング基板上に堆積させた。次にインク組成物を600rpmで4分間の単一段階プロセスで回転させた。次に基板を175℃で30分間焼鈍した。焼鈍後、カソード堆積のために素子をMBraun MB200MOD (1800/750)真空室内に配置した。この室内で、カルシウムおよびアルミニウムをそれぞれ10nmおよび200nmで蒸着させた。次に素子を紫外線硬化接着剤でコーティングし、ガラスの小片を取り付け、接着剤を硬化させた。次に完成した素子を試験した。
【０１３９】
図1〜4は、それぞれ組成物1、3、4、および5より形成した典型的な活性層のAFM画像である。活性層形成について組成物1、3、4、および5を使用して得られた素子効率を表1に示す。この表では、Jscは短絡電流密度であり、Vocは電圧であり、FFは曲線因子であり、E(%)は電池の効率パーセンテージである。
【０１４０】
組成物1を使用して形成した典型的な活性層のAFM画像を図1に示す。AFM画像作成ツールを使用して測定したこの活性層の平均表面粗さは約4nmであった。組成物1を使用して形成した活性層を有する典型的な光起電力素子の効率は3.73%であった。
【０１４１】
図2は、組成物3を使用して形成した典型的な活性層を示す。明らかなように、6重量%のサリチルアルデヒドの付加により、約9nmへのドメインサイズの増加および平均表面粗さの増加が得られた。組成物3を使用して形成した活性層を有する典型的な光起電力素子の効率は約5.12%であった。
【０１４２】
図3に示す活性層は組成物5を使用して形成した。この場合、2重量%のアニソールの付加により、ドメインサイズおよび表面粗さの増加がやはり得られ、約6.6nmであった。組成物5を使用して形成した活性層を有する典型的な光起電力素子の効率は約4.50%であった。
【０１４３】
図4に示す活性層は組成物4を使用して形成した。サリチルアルデヒドおよびアニソールと同様に、6重量%のサリチル酸メチルの付加により、ドメインサイズおよび表面粗さの増加がやはり得られ、約15nmであった。組成物4を使用して形成した活性層を有する典型的な光起電力素子の効率は約4.85%であった。
【表１】
2012500500.tif 000006
【０１４４】
さらなる態様
以下のさらなる態様は米国優先権仮出願第61/0900464号に含まれていた。
態様1
少なくとも1つのp型材料と、
少なくとも1つのn型材料と、
少なくとも1つの第1の溶媒と、
少なくとも1つの第2の溶媒と
を含む組成物であって、
第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、
第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ
第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、
前記組成物。
態様2
少なくとも1つのp型材料が共役ポリマーを含む、態様1記載の組成物。
態様3
共役ポリマーがレジオレギュラーポリチオフェン誘導体を含む、態様1記載の組成物。
態様4
n型材料が、下記式で表される少なくとも1つのフラーレン誘導体、ならびにその溶媒和物、塩、および混合物を含む、態様1記載の組成物:
F*-(R)n
式中、nは少なくとも1であり、
F*は、6員環および5員環を含む表面を有するフラーレンを含み; かつ
Rは、フラーレンに直接結合している、少なくとも1つの、置換されていてもよい不飽和または飽和の炭素環式または複素環式の第1の環を含む。
態様5
Rが、置換されていてもよいインデン、置換されていてもよいナフチル、置換されていてもよいフェニル、置換されていてもよいピリジニル、置換されていてもよいキノリニル、置換されていてもよいシクロヘキシル、または置換されていてもよいシクロペンチルである、態様4記載の組成物。
態様6
第1の溶媒が、1個または複数のアルキル置換基を有する少なくとも1つのアルキルベンゼンを含み、置換基の組み合わせ中の炭素原子の総数が1〜6である、態様1記載の組成物。
態様7
第1の溶媒が、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、テトラリン、またはそれらの組み合わせを含む、態様1記載の組成物。
態様8
第1の溶媒が、2つ以上の異なるアルキルベンゼンの混合物を含む、態様1記載の組成物。
態様9
第1の溶媒が、いかなるヘテロ原子も含まない炭化水素である、態様1記載の組成物。
態様10
第1の溶媒が、下記式で表されるアルキルベンゼンを含む、態様1記載の組成物:
2012500500.tif 000007
式中、R1はC1〜3アルキルであり、R2、R3、R4、R5、およびR6はそれぞれ独立して水素またはC1〜3アルキルであり、
但し、R1、R2、R3、R4、R5、およびR6の組み合わせは1〜6の炭素原子の総数を有する。
態様11
炭素環式化合物が、ベンゼン環、シクロヘキサン環、シクロペンタン環、またはそれらの組み合わせを含む、態様1記載の組成物。
態様12
炭素環式化合物が5〜15個の炭素原子を有する、態様1記載の組成物。
態様13
炭素環式化合物が、ヒドロキシル、アシル、アシルオキシ、カルボキシルエステル、アルキル、アルコキシ、およびケトンより選択される1個または複数の置換基を有する、態様1記載の組成物。
態様14
第2の溶媒が、サリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、アニソール、テトラリン、シクロペンタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、安息香酸メチル、アニスアルデヒド、メシチレン、および2-メトキシベンズアルデヒドより選択される少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、態様1記載の組成物。
態様15
第2の溶媒が、下記式で表される化合物を含む、態様1記載の組成物:
2012500500.tif 000008
式中、R7、R8、R9、R10、R11、およびR12はそれぞれ独立して水素、ヒドロキシル、アシル、アシルオキシ、カルボキシルエステル、C1〜5アルキルまたはアルコキシである。
態様16
少なくとも1つの第1の溶媒、少なくとも1つの第2の溶媒、またはその両方が、ハロゲン化されていない、態様1記載の組成物。
態様17
ハロゲン化化合物を実質的に含まない、態様1記載の組成物。
態様18
第1の溶媒の沸点が約109℃〜210℃である、態様1記載の組成物。
態様19
第2の溶媒の沸点が約49℃〜225℃である、態様1記載の組成物。
態様20
約50重量%〜99重量%の前記少なくとも1つの第1の溶媒を含む、態様1記載の組成物。
態様21
約90重量%〜99重量%の前記少なくとも1つの第1の溶媒を含む、態様1記載の組成物。
態様22
約50重量%〜0.01重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、態様1記載の組成物。
態様23
約10重量%〜0.01重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、態様1記載の組成物。
態様24
前記少なくとも1つの第1の溶媒 対 前記少なくとも1つの第2の溶媒の重量比が、約1000:1〜2:1である、態様1記載の組成物。
態様25
前記少なくとも1つの第1の溶媒 対 前記少なくとも1つの第2の溶媒の重量比が、約100:1〜10:1である、態様1記載の組成物。
態様26
約0.01重量%〜約0.1重量%の、少なくとも1つのn型材料と少なくとも1つのp型材料の組み合わせを含む、態様1記載の組成物。
態様27
アノードと、
カソードと、
態様1記載の組成物を使用して形成され、アノードとカソードの間に位置する活性層と
を含む、光起電力素子。
態様28
前記光起電力素子の効率が約5.0%を超える、態様27記載の光起電力素子。
態様29
活性層とアノード電極の間に位置する正孔輸送層をさらに含む、態様27記載の光起電力素子。
態様30
共役ポリマーを含む少なくとも1つのp型材料と、
フラーレン誘導体を含む少なくとも1つのn型材料と、
少なくとも1つの第1の溶媒と、
少なくとも1つの第2の溶媒と
を含む組成物であって、
第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、
第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ
第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、
ハロゲン化化合物を実質的に含まない前記組成物。
態様31
ハロゲン化化合物を含まない、態様30記載の組成物。
態様32
第1の溶媒が、いかなるヘテロ原子も含まない炭化水素である、態様30記載の組成物。
態様33
約50〜99重量%の前記少なくとも1つの第1の溶媒を含む、態様30記載の組成物。
態様34
約50〜0.01重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、態様30記載の組成物。
態様35
約0.01重量%〜約0.1重量%の、少なくとも1つのn型材料と少なくとも1つのp型材料の組み合わせを含む、態様30記載の組成物。
態様36
前記少なくとも1つの第1の溶媒 対 前記少なくとも1つの第2の溶媒の重量比が、約1000:1〜2:1である、態様30記載の組成物。
態様37
アノードと、
カソードと、
態様30記載の組成物を使用して形成され、アノードとカソードの間に位置する活性層と
を含む、光起電力素子。
態様38
前記光起電力素子の効率が約5.0%を超える、態様37記載の光起電力素子。
態様39
活性層とアノード電極の間に位置する正孔輸送層をさらに含む、態様37記載の光起電力素子。
態様40
少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つの第1の溶媒と、少なくとも1つの第2の溶媒とを組み合わせて組成物を形成する工程であって、
第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、かつ第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、前記工程; および
前記組成物を少なくとも1つの表面に塗布する工程
を含む方法。
態様41
前記組成物をスピンキャスト法、インクジェット法、ドクターブレード法、スプレーキャスト法、ディップコート法、または蒸着法により塗布する、態様40記載の方法。
態様42
組成物を少なくとも1つの表面に塗布した後、該組成物を焼鈍する工程をさらに含む、態様40記載の方法。
態様43
少なくとも99重量%の第1および第2の溶媒を蒸発させるのに十分な温度および持続時間で組成物を少なくとも表面に塗布した後、該組成物を焼鈍する工程をさらに含む、態様40記載の方法。
態様44
アノードとカソードの間の少なくとも1つの表面に前記組成物が塗布されるように該カソードおよび該アノードを提供する工程をさらに含む、態様40記載の方法。
態様45
少なくとも1つの表面が、アノード電極の表面である、態様40記載の方法。
態様46
前記組成物を2つ以上の表面に塗布する、態様40記載の方法。
態様47
アノード電極とカソード電極の間に正孔輸送層を提供する工程をさらに含む、態様40記載の方法。
態様48
少なくとも1つの表面が、光起電力素子中の正孔輸送層の表面である、態様40記載の方法。
態様49
少なくとも1つの表面が、光起電力素子の要素の表面である、態様40記載の方法。
態様50
前記組成物がハロゲン化化合物を実質的に含まない、態様40記載の方法。
態様51
前記組成物がハロゲン化化合物を含まない、態様40記載の方法。
態様52
第1の溶媒が、いかなるヘテロ原子も含まない炭化水素である、態様40記載の方法。
態様53
約50重量%〜99重量%の前記少なくとも1つの第1の溶媒を含む、態様40記載の方法。
態様54
約50重量%〜0.01重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、態様40記載の方法。
態様55
約0.01重量%〜約0.1重量%の、少なくとも1つのn型材料と少なくとも1つのp型材料の組み合わせを含む、態様40記載の方法。
態様56
前記少なくとも1つの第1の溶媒 対 前記少なくとも1つの第2の溶媒の重量比が、約1000:1〜2:1である、態様40記載の方法。
態様57
アノードと、
カソードと、
態様40記載の方法に従ってアノードとカソードの間に形成された活性層と
を含む、光起電力素子。
態様58
前記光起電力素子の効率が約5.0%を超える、態様57記載の光起電力素子。
態様59
活性層とアノード電極の間に位置する正孔輸送層をさらに含む、態様57記載の光起電力素子。
態様60
アノードを提供する工程; 
カソードを提供する工程; ならびに
少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つの第1の溶媒と、少なくとも1つの第2の溶媒とを含む組成物を、アノードとカソードの間の少なくとも1つの表面に塗布することによって、アノードとカソードの間に活性層を形成する工程であって、
第1の溶媒が第2の溶媒と異なり、かつ第1の溶媒が少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含み、かつ第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、前記工程
を含む、光起電力素子を形成する方法。
態様61
前記組成物をスピンキャスト法、インクジェット法、ドクターブレード法、スプレーキャスト法、ディップコート法、または蒸着法により塗布する、態様60記載の方法。
態様62
組成物を少なくとも1つの表面に塗布した後、該組成物を焼鈍する工程をさらに含む、態様60記載の方法。
態様63
少なくとも99重量%の第1および第2の溶媒を蒸発させるのに十分な温度および持続時間で組成物を少なくとも表面に塗布した後、該組成物を焼鈍する工程をさらに含む、態様60記載の方法。
態様64
少なくとも1つの表面が、アノード電極の表面である、態様60記載の方法。
態様65
前記組成物を2つ以上の表面に塗布する、態様60記載の方法。
態様66
アノード電極とカソード電極の間に正孔輸送層を提供する工程をさらに含む、態様60記載の方法。
態様67
正孔輸送層を提供する段階をさらに含む方法であって、少なくとも1つの表面が、該正孔輸送層の表面である、態様60記載の方法。
態様68
前記組成物がハロゲン化化合物を実質的に含まない、態様60記載の方法。
態様69
前記組成物がハロゲン化化合物を含まない、態様60記載の方法。
態様70
第1の溶媒が、いかなるヘテロ原子も含まない炭化水素である、態様60記載の方法。
態様71
約50重量%〜99重量%の前記少なくとも1つの第1の溶媒を含む、態様60記載の方法。
態様72
約50重量%〜0.01重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、態様60記載の方法。
態様73
約0.01重量%〜約0.1重量%の、少なくとも1つのn型材料と少なくとも1つのp型材料の組み合わせを含む、態様60記載の方法。
態様74
前記少なくとも1つの第1の溶媒 対 前記少なくとも1つの第2の溶媒の重量比が、約1000:1〜2:1である、態様60記載の方法。
態様75
前記光起電力素子の効率が約5.0%を超える、態様60記載の方法。
態様76
活性層インク組成物より形成される活性層の平均表面粗さを増加させるのに十分な量の少なくとも1つの第2の溶媒を、活性層インク組成物に加える工程であって、
活性層インク組成物が、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒とを含み、かつ少なくとも1つの第2の溶媒が、少なくとも1つの炭素環式化合物を含む、前記工程
を含む、光起電力素子の効率を改善する方法。
態様77
前記組成物がハロゲン化化合物を実質的に含まない、態様76記載の方法。
態様78
前記組成物がハロゲン化化合物を含まない、態様76記載の方法。
態様79
第1の溶媒が、いかなるヘテロ原子も含まない炭化水素である、態様76記載の方法。
態様80
約50重量%〜99重量%の前記少なくとも1つの第1の溶媒を含む、態様76記載の方法。
態様81
約50重量%〜0.01重量%の前記少なくとも1つの第2の溶媒を含む、態様76記載の方法。
態様82
約0.01重量%〜約0.1重量%の、少なくとも1つのn型材料と少なくとも1つのp型材料の組み合わせを含む、態様76記載の方法。
態様83
前記少なくとも1つの第1の溶媒 対 前記少なくとも1つの第2の溶媒の重量比が、約1000:1〜2:1である、態様76記載の方法。
態様84
前記第2の溶媒が、形成される太陽電池活性層の平均表面粗さを約5nm〜約20nmに増加させる、態様76記載の方法。
態様85
前記第2の溶媒が、形成される太陽電池活性層の平均表面粗さを約6nm〜約15nmに増加させる、態様76記載の方法。
態様86
前記第2の溶媒が、形成される太陽電池活性層の平均表面粗さを約8nm〜約10nmに増加させる、態様76記載の方法。
態様87
効率の改善が少なくとも約1%である、態様76記載の方法。
態様88
形成される光起電力素子の効率が約5%を超える、態様76記載の方法。
態様89
少なくとも1つのp型材料が共役ポリマーを含み、少なくとも1つのn型材料がフラーレン誘導体を含む、態様76記載の方法。
態様90
素子活性層を形成する活性層インク組成物に、一定量の少なくとも1つの第2の溶媒を加える工程であって、
活性層インク組成物が、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つのp型材料と、少なくともアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒とを含み、
第2の溶媒が、約15 MPa0.5〜約20 MPa0.5の分散ハンセン溶解度パラメータ、約5 MPa0.5〜約15 MPa0.5の極性ハンセン溶解度パラメータ、および約0.5 MPa0.5〜約18 MPa0.5の水素結合ハンセン溶解度パラメータを有する有機化合物である、前記工程
を含む、光起電力素子の効率を改善する方法。
態様91
効率の改善が少なくとも約1%である、態様90記載の方法。
態様92
光起電力素子の効率が約5%を超える、態様90記載の方法。
態様93
少なくとも1つのp型材料が共役ポリマーを含み、少なくとも1つのn型材料がフラーレン誘導体を含む、態様90記載の方法。
態様94
素子活性層を形成する活性層インク組成物に、一定量の少なくとも1つの第2の溶媒を加える工程であって、
活性層インク組成物が、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つのp型材料と、少なくともアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒とを含み、
第2の溶媒が、該第2の溶媒のハンセン溶解度パラメータにより予想されるサリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、またはアニソールと同様の溶解度を有する有機化合物である、前記工程
を含む、光起電力素子の効率を改善する方法。
態様95
効率の改善が少なくとも約1%である、態様94記載の方法。
態様96
形成される光起電力素子の効率が約5%を超える、態様94記載の方法。
態様97
p型材料が共役ポリマーを含み、かつn型材料がフラーレン誘導体を含む、態様94記載の方法。
態様98
少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つのp型材料と、アルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒とを含む太陽電池活性層インク組成物に、一定量の少なくとも1つの第2の溶媒を加える工程であって、
第2の溶媒が、炭素環式化合物を含み、かつ太陽電池活性層インク組成物の6重量%以下に相当する、前記工程
を含む、光起電力素子の効率を改善する方法。
態様99
効率の改善が少なくとも約1%である、態様98記載の方法。
態様100
形成される光起電力素子の効率が約5%を超える、態様98記載の方法。
態様101
p型材料が共役ポリマーを含み、かつn型材料がフラーレン誘導体を含む、態様98記載の方法。
態様102
少なくとも1つのn型材料と、
少なくとも1つのp型材料と、
少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒と、
約15 MPa0.5〜約20 MPa0.5の分散ハンセン溶解度パラメータ、約5 MPa0.5〜約15 MPa0.5の極性ハンセン溶解度パラメータ、および約0.5 MPa0.5〜約18 MPa0.5の水素結合ハンセン溶解度パラメータを有する少なくとも1つの第2の溶媒と
を含む組成物。
態様103
少なくとも1つのn型材料と、
少なくとも1つのp型材料と、
少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒と、
第2の溶媒のハンセン溶解度パラメータにより予想されるサリチルアルデヒド、サリチル酸メチル、またはアニソールと同様の溶解度を有する少なくとも1つの第2の溶媒と
を含む組成物。
態様104
アノードと、
カソードと、
態様76、90、94、または98のいずれか一項記載の方法に従って形成される活性層と
を含む光起電力素子。
態様105
アノードと、
カソードと、
態様102または103のいずれか一項記載の組成物より形成され、アノードとカソードの間に位置する活性層と
を含む光起電力素子。
態様106
アノードと、
カソードと、
アノードとカソードの間に位置する活性層と、
を含む光起電力素子であって、
活性層が少なくとも1つの共役ポリマーおよび少なくとも1つのフラーレン誘導体を含み、かつ
活性層の平均表面粗さが約5nm〜約20nmである、
前記光起電力素子。
態様107
活性層の平均表面粗さが約6nm〜約15nmである、態様106記載の素子。
態様108
活性層の平均表面粗さが約8nm〜約10nmである、態様106記載の素子。
態様109
素子効率が少なくとも約5%である、態様106記載の素子。
態様110
活性層インク組成物より形成される活性層の平均表面粗さを増加させるのに十分な量の少なくとも1つの第2の溶媒を、活性層インク組成物に加える工程であって、
活性層インク組成物が、少なくとも1つのn型材料と、少なくとも1つのp型材料と、少なくとも1つのアルキルベンゼンまたはベンゾシクロヘキサンを含む少なくとも1つの第1の溶媒とを含み、少なくとも1つの第2の溶媒が少なくとも1つの炭素環式化合物を含み、かつ
第2の溶媒が活性層インク組成物の約10%以下を構成する、前記工程
を含む、光起電力素子の効率を改善する方法。
態様111
活性層の平均表面粗さが約5nm〜約20nmである、態様110記載の方法。
態様112
活性層の平均表面粗さが約6nm〜約15nmである、態様110記載の方法。
態様113
活性層の平均表面粗さが約6nm〜約15nmである、態様110記載の方法。
態様114
第2の溶媒が、活性層インク組成物の約6%以下を構成する、態様110記載の方法。
態様115
第2の溶媒が、活性層インク組成物の約2%以下を構成する、態様110記載の方法。
態様116
素子効率が少なくとも約5%である、態様110記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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