[发明专利]茚并苝化合物、含有茚并苝衍生物而成的有机薄膜太阳能电池用材料、以及使用其的有机薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及新型茚并苝衍生物、包含该新型茚并苝衍生物的有机薄膜太阳能电池用材料以及使用该材料的有机薄膜太阳能电池。另外，本发明涉及含有茚并苝衍生物而成的有机薄膜太阳能电池用材料、以及使用该材料的有机薄膜太阳能电池。

背景技术

有机薄膜太阳能电池是相对于光输入显示电输出的装置，是显示与相对于电输入显示光输出的电致发光(EL)元件不同的响应的装置。对于分类中属于有机薄膜太阳能电池的一种的太阳能电池，在化石燃料的枯竭问题、地球温暖化问题的背景下，作为绿色能源在近年来受到很大关注，其研究开发正盛行起来。

以往，被实用化的是，以单晶体Si、多晶体Si、无定形Si等为代表的硅系太阳能电池，但伴随着高价、以及原料Si的不足问题等的表面化，对下一代太阳能电池的要求逐渐提高。在这样的背景中，有机太阳能电池由于廉价且没有原材料不足的担心，因而作为硅系太阳能电池之后的下一代的太阳能电池受到较大的注目。

有机太阳能电池基本上由输送电子的n层和输送空穴的p层构成。

作为n层，在二氧化钛等的无机半导体表面单分子吸附钌色素等的敏化色素，作为p层使用电解质溶液的有机太阳能电池被称为色素敏化太阳能电池(所谓Graetzel cell)，由于其光电转换效率(以下，有时简记做转换效率)高，因而在1991年以后被认真研究起来，但由于使用溶液，具有长时间使用时漏液等缺点。

因此，为了克服这样的缺点，最近还进行了使电解质溶液固体化而摸索全固体型的色素敏化太阳能电池的研究，但在多孔二氧化钛的细孔中掺入有机物的技术难度高，现状是无法完成能够再现性良好地表现高转换效率的电池。

另一方面，对于n层、p层都由有机薄膜形成的有机薄膜太阳能电池，其没有由于全固体型而存在漏液等缺点，容易制作，不使用作为稀少金属的钌等这样的优点等，而最近受到注目，被认真研究起来。

对于有机薄膜太阳能电池，最初以使用部花青色素等的单层膜进行研究，但发现通过制成p层/n层的多层膜，提高了转换效率，在此以后配置有多层膜的有机薄膜太阳能电池成为主流。此时使用的材料是作为p层的铜酞菁(CuPc)、作为n层的苝亚胺类(PTCBI)。

然后，还发现：通过在p层与n层之间插入i层(p材料与n材料的混合层)，提高了转换效率。然而，此时使用的材料依然是酞菁类和苝亚胺类。另外，还发现：然后，通过将几层p/i/n层层叠这样的堆伐结构，进一步提高了转换效率，此时的材料系为酞菁类和富勒烯C₆₀。

另一方面，主要进行以下所谓本体异质结结构的研究：在使用高分子的有机薄膜太阳能电池中，作为p材料(用于p层的材料)使用导电性高分子，作为n材料(用于n层的材料)使用C₆₀衍生物，将它们混合，进行热处理，由此引起p层与n层的微层分离而使异质结面增加，使转换效率提高。这里使用的材料系主要是作为p材料的被称为P3HT(聚(3-己基噻吩))的可溶性聚噻吩衍生物、作为n材料的被称为PCBM(苯基C61丁酸甲基醚)的可溶性C₆₀衍生物。

由此，有机薄膜太阳能电池中，通过电池单元结构以及p材料和n材料的形态的最适化，使转换效率提高，所用的材料系从初期开始始终没有太多进展，依然使用酞菁类、苝亚胺类、C₆₀类。因而，热切期待代替它们的新材料系的开发。

通常，有机太阳能电池的工作过程由(1)光吸收以及激发子生成、(2)激发子扩散、(3)电荷分离、(4)电荷移动、(5)电动势产生的基本过程组成，有机物大体上显示与太阳光光谱一致的吸收特性的情况并不多，因而大多无法达成高转换效率。

对于上述基本过程中的任一个，作为使性能提高、并使转换效率提高的方法，研究了新型材料系。

例如，专利文献1中公开了使用二茚并芘衍生物的有机光电转换元件。然而，由于基本上由在苝骨架的两侧具有苯并荧蒽骨架的结构组成，因而分子量大，在利用蒸镀法制造有机薄膜太阳能电池的情况下，存在容易引起难以升华等制造上的问题的可能性。

专利文献2中公开了使用在苊并荧蒽骨架导入了芳香族胺部位的化合物的有机薄膜太阳能电池。在该实施例中公开了高转换效率，但还要求更高的效率提高。