有機薄膜太陽電池用材料及びそれを用いた有機薄膜太陽電池
【課題】光や酸素、熱に対して安定であり、有機薄膜太陽電池に用いたときに高効率の光電変換特性を示す有機薄膜太陽電池用材料を提供する。
【解決手段】下記式（１）で表されるチエノアセン誘導体を含有する有機薄膜太陽電池用材料。
【解決手段】下記式（１）で表されるチエノアセン誘導体を含有する有機薄膜太陽電池用材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜太陽電池用材料及びそれを用い有機薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜太陽電池は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードや撮像素子、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に代表されるように、光入力に対して電気出力を示す装置であり、電気入力に対して光出力を示すエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子とは逆の応答を示す装置である。中でも太陽電池は、化石燃料の枯渇問題や地球温暖化問題を背景に、クリーンエネルギー源として近年大変注目されてきており、研究開発が盛んに行なわれるようになってきた。
従来、実用化されてきたのは、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ等に代表されるシリコン系太陽電池であるが、高価であることや原料Ｓｉの不足問題等が表面化するにつれて、次世代太陽電池への要求が高まりつつある。このような背景の中で、有機太陽電池は、安価で毒性が低く、原材料不足の懸念もないことから、シリコン系太陽電池に次ぐ次世代の太陽電池として大変注目を集めている。
【０００３】
有機太陽電池は、基本的には電子を輸送するｎ層と正孔を輸送するｐ層を有しており、各層を構成する材料によって大きく２種類に分類される。
ｎ層として、チタニア等の無機半導体表面にルテニウム色素等の増感色素を単分子吸着させ、ｐ層として電解質溶液を用いたものは、色素増感太陽電池（所謂グレッツエルセル）と呼ばれている。変換効率の高さから、１９９１年以降精力的に研究されてきたが、溶液を用いるため、長時間の使用に際して液漏れする等の欠点を有していた。
そこで、このような欠点を克服するため、最近、電解質溶液を固体化して全固体型の色素増感太陽電池を模索する研究がなされている。しかしながら、多孔質チタニアの細孔に有機物をしみ込ませる技術は難易度が高く、再現性よく高変換効率が発現できるセルは完成していないのが現状である。
一方、ｎ層、ｐ層ともに有機薄膜からなる有機薄膜太陽電池は、全固体型のため液漏れ等の欠点がなく、作製が容易であり、稀少金属であるルテニウム等を用いないこと等から最近注目を集め、精力的に研究がなされている。
【０００４】
有機薄膜太陽電池は、最初メロシアニン色素等を用いた単層膜で研究が進められてきたが、ｐ層／ｎ層の多層膜にすることで変換効率が向上することが見出され、それ以降多層膜が主流になってきている。このとき用いられた材料はｐ層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、ｎ層としてペリレンイミド類（ＰＴＣＢＩ）であった。
【０００５】
その後、ｐ層とｎ層の間にｉ層（ｐ材料とｎ材料の混合層）を挿入して積層を増やすことにより、変換効率が向上することが見出された。しかしこのとき用いられた材料は、依然としてフタロシアニン類とペリレンイミド類であった。またその後、ｐ／ｉ／ｎ層を何層も積層するというスタックセル構成によりさらに変換効率が向上することが見出されたが、このときの材料系はフタロシアニン類とＣ６０であった。
【０００６】
一方、高分子を用いた有機薄膜太陽電池では、ｐ材料として導電性高分子を用い、ｎ材料としてＣ６０誘導体を用いてそれらを混合し、熱処理することによりミクロ層分離を誘起してヘテロ界面を増やし、変換効率を向上させるという、所謂バルクヘテロ構造の研究が主に行なわれてきた。ここで用いられてきた材料系はおもに、ｐ材料としてＰ３ＨＴと呼ばれる可溶性ポリチオフェン誘導体、ｎ材料としてＰＣＢＭと呼ばれる可溶性Ｃ６０誘導体であった。
【０００７】
このように、有機薄膜太陽電池では、セル構成及びモルフォロジーの最適化により変換効率の向上がもたらされてきたが、そこで用いられる材料系は初期の頃からあまり進展がなく、依然としてフタロシアニン類、ペリレンイミド類、Ｃ６０類が用いられてきた。従って、それらに代わる新たな材料系の開発が熱望されていた。特に、実用のために有機薄膜太陽電池材料として、高い変換効率を示すとともに、より溶解性が良く、かつ光や酸素、熱に対して安定な材料が望まれている。
【０００８】
一般に有機太陽電池の動作過程は、（１）光吸収及び励起子生成、（２）励起子拡散、（３）電荷分離、（４）キャリア移動、（５）起電力発生の素過程からなっている。有機物は概して太陽光スペクトルに合致する吸収特性を示すものが多くないため、高い変換効率は達成できないことが多かった。
【０００９】
上記の課題の関し、例えば、特許文献１又は２ではアントラセン骨格をさらに直線状に縮環させた構造が提案されている。ポリアセン類は、π電子共役系を直線状に拡大することで、分子量の増加を抑えながら光の吸収を可視光領域に長波長化することができるので、太陽電池の変換効率を向上させるのに有効である。
【００１０】
また、非特許文献１では、テトラセノ［２，３−ｂ］チオフェンが提案されている。この化合物は、π電子共役系を直線状に拡大して、分子量を抑えながら光の吸収を可視光領域に長波長化するのに有効な構造である。
さらに、特許文献３ではチエノアセン骨格が提案されている。
【００１１】
しかしながら、上記の材料は光や酸素に対して安定性に欠け、精製や取り扱いが困難であり、高純度化が困難である。従って、実用的な光電変換素子材料とは言いがたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−３４７６４号公報
【特許文献２】特開２００７−３３５７６０号公報
【特許文献３】特表２００８−５３７３３０号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００７年、９１巻、２２３５０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、光や酸素、熱に対して安定であり、有機薄膜太陽電池に用いたときに高効率の光電変換特性を示す有機薄膜太陽電池用材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、以下の有機薄膜太陽電池用材料等が提供される。
１．下記式（１）で表されるチエノアセン誘導体を含有する有機薄膜太陽電池用材料。
【化１】
（式中、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１〜Ｒ６のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
２．前記Ｒ１〜Ｒ６のいずれかがアリールアミノ基である１に記載の有機薄膜太陽電池用材料。
３．前記式（１）で表わされるチエノアセン誘導体が、下記式（２）で表わされるチエノアセン誘導体である１に記載の有機薄膜太陽電池用材料。
【化２】
（式中、Ｒ１，Ｒ４及びＲ５は、式（１）と同様である。
Ｒ１１〜Ｒ１４はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１１〜Ｒ１４のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
４．一対の電極の間に、少なくともｐ層を有し、前記ｐ層が１〜３のいずれかに記載の材料からなる有機薄膜太陽電池。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光や酸素、熱に対して安定であり、有機薄膜太陽電池として用いたときに高効率の光電変換特性を示す材料が提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の有機薄膜太陽電池用材料は、下記式（１）で表されるチエノアセン誘導体を含有する。
【化３】
【００１８】
式（１）の誘導体では、ポリアセン類に比べπ電子共役系を一部非直線状に拡大しているため、化合物の安定性を確保することができる。また、ヘテロ原子を導入することにより、正孔輸送性が向上し、高い変換効率を得ることができる。
【００１９】
式（１）のＲ１〜Ｒ６は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。
尚、Ｃｘ〜Ｃｙは炭素数がｘ〜ｙであることを意味する。
【００２０】
式（１）の誘導体のうち、下記式（２）で表わされる誘導体が好ましい。この誘導体では、π共役系がさらに拡張されることにより、最大吸収波長が長波長化しているため、より太陽光を吸収しやすくなり、高い変換効率を望める。
【化４】
（式中、Ｒ１，Ｒ４及びＲ５は、式（１）と同様である。
Ｒ１１〜Ｒ１４はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１１〜Ｒ１４のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
【００２１】
上記式（１）又は（２）において、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよい。具体例としては、メチル、エチル、１−プロピル、２−プロピル、１−ブチル、２−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、２−エチルヘキシル、３，７−ジメチルオクチル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、１−アダマンチル、２−アダマンチル、ノルボルニル、トリフルオロメチル、トリクロロメチル、ベンジル、α，α−ジメチルベンジル、２−フェニルエチル、１−フェニルエチル等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｔｅｒｔ−ブチル、ヘキシル、シクロヘキシル等が好ましい。
【００２２】
Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、それらの具体例としては、ビニル、プロペニル、ブテニル、オレイル、エイコサペンタエニル、ドコサヘキサエニル、スチリル、２，２−ジフェニルビニル、１，２，２−トリフェニルビニル、２−フェニル−２−プロペニル等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、ビニル、スチリル、２，２−ジフェニルビニル等が好ましい。
【００２３】
Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、それらの具体例としては、エチニル、プロピニル、２−フェニルエチニル、（トリエチルシリル）エチニル等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、エチニル、２−フェニルエチニル等が好ましい。
【００２４】
Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基の具体例としては、フェニル、２−トリル、４−トリル、４−トリフルオロメチルフェニル、４−メトキシフェニル、４−シアノフェニル、２−ビフェニリル、３−ビフェニリル、４−ビフェニリル、ターフェニリル、３，５−ジフェニルフェニル、３，４−ジフェニルフェニル、ペンタフェニルフェニル、４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル、４−（１，２，２−トリフェニルビニル）フェニル、フルオレニル、１−ナフチル、２−ナフチル、９−アントリル、２−アントリル、９−フェナントリル、１−ピレニル、クリセニル、ナフタセニル、コロニル等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、フェニル、４−ビフェニリル、１−ナフチル、２−ナフチル、９−フェナントリル等が好ましい。
【００２５】
Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基について、含窒素アゾール系へテロ環の場合の結合位置は、炭素だけでなく窒素で結合することができる。それらの具体例としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ピラゾール、ベンズピラゾール、トリアゾール、オキサジアゾール、ピリジン、ピラジン、トリアジン、キノリン、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、カルバゾール等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、フラン、チオフェン、ピリジン、カルバゾール等が好ましい。
【００２６】
Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルコキシ基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、それらの具体例としては、メトキシ、エトキシ、１−プロピルオキシ、２−プロピルオキシ、１−ブチルオキシ、２−ブチルオキシ、ｓｅｃ−ブチルオキシ、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシ、デシルオキシ、ドデシルオキシ、２−エチルヘキシルオキシ、３，７−ジメチルオクチルオキシ、シクロプロピルオキシ、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ、１−アダマンチルオキシ、２−アダマンチルオキシ、ノルボルニルオキシ、トリフルオロメトキシ、ベンジロキシ、α，α−ジメチルベンジロキシ、２−フェニルエトキシ、１−フェニルエトキシ等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、メトキシ、エトキシ、ｔｅｒ−ブチルオキシ等が好ましい。
【００２７】
Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、それらの具体例としては、前記アリール基が酸素を介して結合した置換基が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、フェノキシ、ナフトキシ、フェナントリルオキシ等が好ましい。
【００２８】
Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基は、アミノ基に結合する置換基のうち少なくともひとつがアリール基であればよく、具体的には、フェニルアミノ、メチルフェニルアミノ、ジフェニルアミノ、ジｐ−トリルアミノ、ジｍ−トリルアミノ、フェニルｍ−トリルアミノ、フェニル−１−ナフチルアミノ、フェニル−２−ナフチルアミノ、フェニル（ｓｅｃ−ブチルフェニル）アミノ、フェニルｔ−ブチルアミノ、ビス（４−メトキシフェニル）アミノ、フェニル−４−カルバゾリルフェニルアミノ等を挙げることができる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノ、ビス（４−メトキシフェニル）アミノ等が好ましい。
【００２９】
Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基は、アミノ基に結合するアルキル基は同じでも異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。具体的には、メチルアミノ、ジメチルアミノ、メチルエチルアミノ、ジエチルアミノ、ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ、ビス（２−メトキシエチル）アミノ、ピペリジノ、モルホリノ等を挙げることができる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ピペリジノ等が好ましい。
【００３０】
上記式（１）又は（２）のＲ１〜Ｒ１４基のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。環としては、ベンゼン環等のアリール環、チオフェン環等の複素環、又は、これらの基からなる縮合環（ナフタレン環、ベンゾチオフェン環等）等が挙げられる。環は、上述したＲ１〜Ｒ１４基で例示した基を置換基として有していてもよい。
【００３１】
本発明では、上記式（１）のＲ１〜Ｒ６のいずれか、又は式（２）のＲ１〜Ｒ１４基のいずれかがアリールアミノ基であることが好ましい。これにより、最大吸収波長が長波長化し、より太陽光を吸収しやすくなり、高い変換効率を望める。
【００３２】
本発明で用いることのできる化合物としては、例えば以下の化合物を挙げることができる。
【化５】
【化６】
【００３３】
本発明におけるチエノアセン誘導体は、例えば、下図のような合成経路で合成することができる。
【化７】
【００３４】
工程１では、出発原料をハロゲン化して中間体Ａを合成する過程であり、その際に用いる試薬としては臭素、Ｎ−ブロモスクシンイミド、Ｎ−ヨードスクシンイミド、Ｎ−クロロスクシンイミド等が挙げられる。このうち、良好な収率を与えることから臭素を用いることが望ましい。
【００３５】
工程２では、置換基を導入して最終体Ｂを合成する工程であり、その際に用いる反応としては鈴木−宮浦カップリング反応、Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応、根岸カップリング反応、檜山カップリング反応、Ｕｌｌｍａｎｎカップリング反応、溝呂木−Ｈｅｃｋ反応、Ｂｕｃｈｗａｌｄ−Ｈａｒｔｗｉｇカップリング反応等を用いることができる。このうち、良好な収率を与えることからＢｕｃｈｗａｌｄ−Ｈａｒｔｗｉｇカップリング反応が好ましい。
【００３６】
本発明の有機薄膜太陽電池の構造は、一対の電極の間に上記式（１）の誘導体を含有する構造であれば特に限定されるものでない。具体的には、安定な絶縁性基板上に下記の構成を有する構造が挙げられる。
（１）下部電極／有機化合物層／上部電極
（２）下部電極／ｐ層／ｎ層／上部電極
（３）下部電極／ｐ層／ｉ層（又はｐ材料とｎ材料の混合層）／ｎ層／上部電極
（４）下部電極／ｐ材料とｎ材料の混合層／上部電極
及び上記（２）、（３）の構成のｐ層とｎ層を置換した構造が挙げられる。
また、必要に応じて、電極と有機層の間にバッファー層を設けてもよい。例えば具体例として、上記構成（１）にバッファー層を設けた場合、下記構成を有する構造が挙げられる。
（５）下部電極／バッファー層／ｐ層／ｎ層／上部電極
（６）下部電極／ｐ層／ｎ層／バッファー層／上部電極
（７）下部電極／バッファー層／ｐ層／ｎ層／バッファー層／上部電極
【００３７】
本発明の有機薄膜太陽電池用材料は、例えば、有機化合物層、ｐ層、ｎ層、ｉ層、ｐ材料とｎ材料の混合層、バッファー層に使用できるが、ｐ層の材料として使用することが好ましい。
【００３８】
本発明の有機薄膜太陽電池では、電池を構成するいずれかの部材に本発明の材料を含有していればよい。また、本発明の材料を含有する部材は、他の成分を併せて含んでいてもよい。本発明の材料を含まない部材や混合材料については、有機薄膜太陽電池で使用される公知の部材や材料を使用することができる。
以下、各構成部材について簡単に説明する。
【００３９】
１．下部電極、上部電極
下部電極、上部電極の材料は特に制限はなく、公知の導電性材料を使用できる。例えば、ｐ層と接続する電極としては、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）や金（Ａｕ）、オスミウム（Ｏｓ），パラジウム（Ｐｄ）等の金属が使用でき、ｎ層と接続する電極としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ），カルシウム（Ｃａ），白金（Ｐｔ）リチウム（Ｌｉ）等の金属やＭｇ：Ａｇ、Ｍｇ：ＩｎやＡｌ：Ｌｉ等の二成分金属系，さらには上記Ｐ層と接続する電極例示材料が使用できる。
【００４０】
尚、高効率の光電変換特性を得るためには、例えば有機薄膜太陽電池が太陽電池の場合、太陽電池の少なくとも一方の面は太陽光スペクトルにおいて充分透明にすることが望ましい。透明電極は、公知の導電性材料を使用して、蒸着やスパッタリング等の方法で所定の透光性が確保するように形成する。受光面の電極の光透過率は１０％以上とすることが望ましい。一対の電極構成の好ましい構成では、電極部の一方が仕事関数の大きな金属を含み、他方は仕事関数の小さな金属を含む。
【００４１】
２．有機化合物層
ｐ層、ｐ材料とｎ材料の混合層又はｎ層のいずれかである。本発明の材料を有機化合物層に使用するとき、具体的には、下部電極／本発明の材料の単独層／上部電極や、下部電極／本発明の材料と、後述するｎ層材料又はｐ層材料の混合層／上部電極等の構成が挙げられる。
【００４２】
３．ｐ層、ｎ層、ｉ層
本発明の材料をｐ層に用いるときは、ｎ層は特に限定されないが、電子受容体としての機能を有する化合物が好ましい。例えば有機化合物であれば、Ｃ６０等のフラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等、高分子系ではＣＮ−ポリ（フェニレン−ビニレン）、ＭＥＨ−ＣＮ−ＰＰＶ、−ＣＮ基又はＣＦ３基含有ポリマー、それらの−ＣＦ３置換ポリマー、ポリ（フルオレン）誘導体等を挙げることができる。電子の移動度が高い材料が好ましい。さらに、好ましくは、電子親和力が小さい材料が好ましい。このように電子親和力の小さい材料をｎ層として組み合わせることで充分な開放端電圧を実現することができる。
【００４３】
また、無機化合物であれば、ｎ型特性の無機半導体化合物を挙げることができる。具体的には、ｎ−Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＰｂＳ、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ、Ｎｂ２Ｏ５，ＷＯ３，Ｆｅ２Ｏ３等のドーピング半導体及び化合物半導体、また、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、一酸化チタン（ＴｉＯ）、三酸化二チタン（Ｔｉ２Ｏ３）等の酸化チタン、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の導電性酸化物が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましくは、酸化チタン、特に好ましくは、二酸化チタンを用いる。
本発明の材料をｎ層に用いるときは、ｐ層は特に限定されないが、正孔受容体としての機能を有する化合物が好ましい。例えば有機化合物であれば、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−トリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ｍＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（フェニル−３−トリルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）等に代表されるアミン化合物、フタロシアニン（Ｐｃ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）、チタニルフタロシアニン（ＴｉＯＰｃ）等のフタロシアニン類、オクタエチルポルフィリン（ＯＥＰ）、白金オクタエチルポルフィリン（ＰｔＯＥＰ）、亜鉛テトラフェニルポルフィリン（ＺｎＴＰＰ）等に代表されるポルフィリン類、高分子化合物であれば、ポリヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、メトキシエチルヘキシロキシフェニレンビニレン（ＭＥＨＰＰＶ）等の主鎖型共役高分子類、ポリビニルカルバゾール等に代表される側鎖型高分子類等が挙げられる。
【００４４】
本発明の材料をｉ層に用いるときは、上記ｐ層化合物もしくはｎ層化合物と混合してｉ層を形成してもよいが、本発明の材料を単独でｉ層として用いることもできる。その場合のｐ層もしくはｎ層は、上記例示化合物のいずれも用いることができる。
【００４５】
４．バッファー層
一般に、有機薄膜太陽電池は総膜厚が薄いことが多く、そのため上部電極と下部電極が短絡し、セル作製の歩留まりが低下することが多い。このような場合には、バッファー層を積層することによってこれを防止することが好ましい。
【００４６】
バッファー層に好ましい化合物としては、膜厚を厚くしても短絡電流が低下しないようにキャリア移動度が充分に高い化合物が好ましい。例えば、低分子化合物であれば下記に示すＮＴＣＤＡに代表される芳香族環状酸無水物等が挙げられ、高分子化合物であればポリ（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）、ポリアニリン：カンファースルホン酸（ＰＡＮＩ：ＣＳＡ）等に代表される公知の導電性高分子等が挙げられる。
【化８】
（ｎ，ｍは繰り返し数である。）
【００４７】
また、バッファー層には、励起子が電極まで拡散して失活してしまうのを防止する役割を持たせることも可能である。このように励起子阻止層としてバッファー層を挿入することは、高効率化のために有効である。励起子阻止層は陽極側、陰極側のいずれにも挿入することができ、両方同時に挿入することも可能である。この場合、励起子阻止層として好ましい材料としては、例えば有機ＥＬ用途で公知な正孔障壁層用材料又は電子障壁層用材料等が挙げられる。正孔障壁層として好ましい材料は、イオン化ポテンシャルが充分に大きい化合物であり、電子障壁層として好ましい材料は、電子親和力が充分に小さい化合物である。具体的には有機ＥＬ用途で公知な材料であるバソクプロイン（ＢＣＰ）、バソフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）等が陰極側の正孔障壁層材料として挙げられる。
【化９】
【００４８】
さらに、バッファー層には、上記ｎ層材料として例示した無機半導体化合物を用いてもよい。また、ｐ型無機半導体化合物としてはＣｄＴｅ、ｐ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＷＯ３等を用いることができる。
【００４９】
５．基板
基板は、機械的、熱的強度を有し、透明性を有するものが好ましい。例えば、ガラス基板及び透明性樹脂フィルムがある。透明性樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルフォン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリプロピレン等が挙げられる。
【００５０】
本発明の有機薄膜太陽電池の各層の形成は、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティング等の乾式成膜法やスピンコーティング、ディップコート、キャスティング、ロールコート、フローコーティング、インクジェット等の湿式成膜法を適用することができる。
【００５１】
各層の膜厚は特に限定されないが、適切な膜厚に設定する。一般に有機薄膜の励起子拡散長は短いことが知られているため、膜厚が厚すぎると励起子がヘテロ界面に到達する前に失活してしまうため光電変換効率が低くなる。膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生してしまうため、充分なダイオード特性が得られないため、変換効率が低下する。通常の膜厚は１ｎｍから１０μｍの範囲が適しているが、５ｎｍから０．２μｍの範囲がさらに好ましい。
【００５２】
乾式成膜法の場合、公知の抵抗加熱法が好ましく、混合層の形成には、例えば、複数の蒸発源からの同時蒸着による成膜方法が好ましい。さらに好ましくは、成膜時に基板温度を制御する。
【００５３】
湿式成膜法の場合、各層を形成する材料を、適切な溶媒に溶解又は分散させて発光性有機溶液を調製し、薄膜を形成するが、任意の溶媒を使用できる。例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン等のハロゲン系炭化水素系溶媒や、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール等のエーテル系溶媒、メタノールやエタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール等のアルコール系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ヘキサン、オクタン、デカン、テトラリン等の炭化水素系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル系溶媒等が挙げられる。なかでも、炭化水素系溶媒又はエーテル系溶媒が好ましい。また、これらの溶媒は単独で使用しても複数混合して用いてもよい。尚、使用可能な溶媒は、これらに限定されるものではない。
【００５４】
本発明においては、有機薄膜太陽電池のいずれの有機薄膜層においても、成膜性向上、膜のピンホール防止等のため適切な樹脂や添加剤を使用してもよい。使用の可能な樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース等の絶縁性樹脂及びそれらの共重合体、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリシラン等の光導電性樹脂、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性樹脂を挙げられる。
【００５５】
また、添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等が挙げられる。
【実施例】
【００５６】
[チエノアセン誘導体の合成]
製造例１
下記の反応により、化合物Ａを合成した。
【化１０】
【００５７】
（１）中間体Ａ１の合成
２００ｍＬフラスコに１，２−ベンゾジフェニレンサルファイド（０．７０ｇ，３．０ｍｍｏｌ）を秤りとり、ジクロロメタン（３０ｍＬ）に溶解させた。臭素（０．２ｍＬ，４．１ｍｍｏｌ）を加え、室温で４時間攪拌した。水酸化ナトリウム水溶液を加えた後、有機層をジクロロメタンで抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥した。これを濃縮し、中間体Ａ１（０．８５ｇ，２．７ｍｍｏｌ）を白色粉末として得た（収率９０％）。
この固体の核磁気共鳴測定（１Ｈ−ＮＭＲ）を以下に示す。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．５０（ｓ，１Ｈ），８．４０−８．３８（ｍ，１Ｈ），８．１８（ｄｄ，Ｊ＝６．８，３．０Ｈｚ，１Ｈ），８．１４（ｄｄ，Ｊ＝６．８，３．０Ｈｚ，１Ｈ）
【００５８】
（２）化合物Ａの合成
３００ｍＬフラスコに中間体Ａ１（０．８５ｇ，２．７ｍｍｏｌ）を秤りとり、ジフェニルアミン（０．６８ｇ，４．０ｍｍｏｌ），トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）（０．１５ｇ，０．１６ｍｍｏｌ），ナトリウムターシャルブトキシド（０．３７ｇ，３．９ｍｍｏｌ）を加え、系内をアルゴン置換した。無水トルエン（３０ｍＬ）に溶解させ、ターシャルブチルホスフィンの６６ｗｔ％トルエン溶液（１６μＬ，０．１３ｍｍｏｌ）を加えた後、５時間加熱還流した。反応溶液をセライト濾過した後、カラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物Ａ（０．５５ｇ，１．５ｍｍｏｌ）を白色粉末として得た。（収率５５％）
この固体の１Ｈ−ＮＭＲ、電解離脱質量分析（ＦＤＭＳ）、及び液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）による純度の測定結果を以下に示す。
【００５９】
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．１７（ｄ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，１Ｈ），８．１０−８．０５（ｍ，３Ｈ），７．９７−７．９５（ｍ，１Ｈ），７．５９（ｂｒｔ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，１Ｈ），７．４８−７．４５（ｍ，２Ｈ），７．２３−７．１９（ｍ，４Ｈ），７．１２−７．１０（ｍ，４Ｈ），６．９４（ｂｒｔ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，２Ｈ）
・ＦＤＭＳ：計算値Ｃ２８Ｈ１９ＮＳ＝４０１、実測値ｍ／ｚ＝４０１（Ｍ＋，１００）
・ＨＰＬＣ：９４．５％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００６０】
得られた固体（０．５５ｇ）を２２０℃／４．２ｘ１０−１Ｐａで昇華精製することにより白色アモルファス固体（０．５ｇ）を得た。
・ＨＰＬＣ：９７．７％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００６１】
製造例２
下記の反応により、化合物Ｂを合成した。
【化１１】
【００６２】
（１）中間体Ｂ１の合成
チアナフテン−２−ボロン酸（５．０ｇ，２８ｍｍｏｌ）、２−ブロモ−５−クロロベンズアルデヒド（５．６ｇ，２６ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）（０．２９ｇ，０．２６ｍｍｏｌ）を１，２−ジメトキシエタン（５０ｍｌ）に懸濁し、２Ｍ炭酸ナトリウム水溶液（３８ｍＬ，７６ｍｍｏｌ）を加えて５時間還流した。反応混合物に塩化メチレン（５０ｍＬ）、水（５０ｍＬ）を加え、有機層を抽出し、飽和食塩水（５０ｍＬ）で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒留去して得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製して中間体Ｂ１（４．１ｇ，１５ｍｍｏｌ）を白色固体として得た（収率５８％）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ１０．２（ｓ，１Ｈ），８．０１（ｓ，１Ｈ），７．８９−７．８３（ｍ，２Ｈ），７．６３−７．５８（ｍ，２Ｈ），７．４６−７．３９（ｍ，２Ｈ），７．２８（ｓ，１Ｈ）
【００６３】
（２）中間体Ｂ２の合成
水素化ナトリウム（６０％ｉｎパラフィン，０．４３ｇ，１１ｍｍｏｌ）をヘキサンで２回洗浄後、ジメチルスルホキシド（５０ｍｌ）に懸濁させ、５分間室温で撹拌した。この系にトリメチルスルホオキソニウムヨージド（２．４ｇ，１１ｍｍｏｌ）を加えて３０分間撹拌した。さらに中間体Ａ１（２．７ｇ，１０ｍｍｏｌ）を滴下ロートで１０分間かけて滴下後、６０℃で７時間還流した。反応混合物に、冷水（２００ｍＬ）、酢酸エチル（４００ｍＬ）を加え、飽和食塩水（５０ｍＬ）で洗浄、無水硫酸マグネシウムで乾燥、溶媒留去して中間体Ｂ２（３．３ｇ）を黄色油状物として得た（収率ｑｕａｎｔ．）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ７．３２−７．８７（ｍ，８Ｈ），４．１５−４．０８（ｍ，１Ｈ），３．１９（ｄｄ，Ｊ＝４，２Ｈｚ，１Ｈ），２．８２（ｄｄ，Ｊ＝３Ｈｚ，１Ｈ）
【００６４】
（３）中間体Ｂ３の合成
中間体Ｂ２（３．３ｇ，１２ｍｍｏｌ）をジエチルエーテル（５０ｍｌ）に懸濁させた。氷冷下、三フッ化ホウ素ジエチエルエーテル錯体（１４ｍｌ，１１３ｍｍｏｌ）を１０分間かけて滴下した。０℃で３０分間撹拌後、室温で７時間撹拌した。反応混合物に、冷水（５０ｍＬ）、塩化メチレン（１００ｍＬ）を加え、有機層を抽出した。さらに１０％炭酸水素ナトリウム水溶液（５０ｍＬ）で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒留去して淡黄色固体を得た。これをカラムクロマトグラフィーで精製して中間体Ｂ３（１．３ｇ，４．９ｍｍｏｌ）を得た（収率４３％）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３，ＴＭＳ）
δ８．２２−８．１９（ｍ，２Ｈ），８．０１（ｄ，Ｊ＝９Ｈｚ，１Ｈ），７．９８−７．９４（ｍ，２Ｈ），７．７９（ｄ，Ｊ＝９Ｈｚ，１Ｈ），７．５８−７．４８（ｍ，３Ｈ）
【００６５】
（４）化合物Ｂの合成
窒素雰囲気下、中間体Ｂ３（１．３ｇ，４．９ｍｍｏｌ）、ジフェニルアミン（１．０ｇ，５．９ｍｍｏｌ）、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）（０．０６ｇ，０．０７ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ−ブトキシド（０．８ｇ，６．９ｍｍｏｌ）を無水トルエン（５０ｍｌ）に懸濁し、トリ（ｔ−ブチル）ホスフィン／トルエン溶液（６６ｗｔ％，０．０５ｍｌ，０．１４ｍｍｏｌ）を加えて５時間還流した。反応混合物をシリカゲルに通してろ別し、溶媒留去して褐色油状物を得た。これをカラムクロマトグラフィーで精製後、化合物Ｂ（０．７ｇ，１．７ｍｍｏｌ）を白色固体として得た。（収率３５％）
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．１６−８．１８（ｍ，１Ｈ），８．０８（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），８．０１（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），７．９８−７．９４（ｍ，１Ｈ），７．６１（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），７．５５−７．３９（ｍ，４Ｈ），７．３２−７．２７（ｍ，４Ｈ），７．１９−７．１６（ｍ，４Ｈ），７．１０−７．０５（ｍ，２Ｈ），
・ＦＤＭＳ：計算値Ｃ２８Ｈ１９ＮＳ＝４０１、実測値ｍ／ｚ＝４０１（Ｍ＋，１００）
・ＨＰＬＣ：９８．２％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
得られた固体（０．７ｇ）を２８０℃／８．２ｘ１０−１Ｐａで昇華精製することにより白色アモルファス固体（０．６ｇ）を得た。
ＨＰＬＣ，９９．２％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００６６】
製造例３
下記の反応により、化合物Ｃを合成した。
【化１２】
【００６７】
（１）中間体Ｃ１の合成
５００ｍＬフラスコにメチルトリフェニルホスフィンヨージド（２６．７ｇ，６６．０ｍｍｏｌ）を秤りとり、無水ＤＭＳＯ（２００ｍＬ）に溶解させた。反応溶液を１０℃に冷却し、水素化ナトリウム６０％鉱油分散物（２．６１ｇ，６５．２ｍｍｏｌ）を加え、１時間攪拌した。ベンゾ［ｂ］チオフェン−３−カルバルデヒド（１０．６ｇ，６５．３ｍｍｏｌ）を加え、１０時間攪拌した。メタノール、水をゆっくり加えた後、有機層を酢酸エチルで抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体Ｃ１（６．４０ｇ，３９．９ｍｍｏｌ）を無色透明油状物として得た（６１％）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ７．９３（ｄ，Ｊ＝１．２Ｈｚ，１Ｈ），７．９１（ｄ，Ｊ＝１．２Ｈｚ，１Ｈ），７．４７（ｓ，１Ｈ），７．４３−７．３４（ｍ，２Ｈ），６．９８（ｄｄ，Ｊ＝１０．４，１８．４Ｈｚ，１Ｈ），５．８１（ｄ，Ｊ＝１８．４Ｈｚ，１Ｈ），５．３９（ｄ，Ｊ＝１０．４Ｈｚ，１Ｈ）
【００６８】
（２）中間体Ｃ２の合成
３００ｍＬフラスコに中間体Ｃ１（３．４０ｇ，２１．５ｍｍｏｌ），１，４−ナフトキノン（１０．２ｇ，６４．５ｍｍｏｌ）を秤りとり、酢酸（１００ｍＬ）に溶解させた。反応溶液を１３時間加熱還流した。水を加え、析出した沈殿物を濾過し、水、メタノールで洗浄した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体Ｃ２（８．６４ｇ，２１．５ｍｍｏｌ）を黄色粉末として得た（ｑｕａｎｔ．）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．２９（ｓ，１Ｈ），８．１８（ｓ，１Ｈ），８．１１（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），７．９２（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），７．８２−７．８０（ｍ，４Ｈ），７．７６−７．７２（ｍ，３Ｈ），７．７０−７．６８（ｍ，３Ｈ），７．６２−７．５９（ｍ，４Ｈ），７．４３−７．３２（ｍ，４Ｈ）
【００６９】
（３）化合物Ｃの合成
３００ｍＬフラスコに中間体Ｃ２（８．７ｇ，２８ｍｍｏｌ）を秤りとり、系内をアルゴン置換した後、無水トルエン（１４０ｍＬ），無水ＴＨＦ（７０ｍＬ）に溶解させた。溶液を−６０℃に冷却した後、フェニルリチウムの１．９Ｍジフェニルエーテル溶液（４４ｍＬ，８４ｍｍｏｌ）を加え、９時間攪拌した。メタノールを加え、得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、粗ジオール（６．８ｇ）を得た。
３００ｍＬフラスコに得られた粗ジオール（６．８ｇ）、ヨウ化カリウム（８．３ｇ，５０ｍｍｏｌ），ホスフィン酸ナトリウム一水和物（２．３ｇ，２２ｍｍｏｌ）を秤りとり、系内をアルゴン置換した後、酢酸（１６０ｍＬ）に溶解させた。反応溶液を１０時間加熱還流した。水を加え、析出した結晶を濾過し、水、メタノールで洗浄した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物Ｃ（２．５ｇ，５．７ｍｍｏｌ）を黄色粉末として得た（収率２１％）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．１４（ｄ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，１Ｈ），８．０２（ｄ，Ｊ＝９．２Ｈｚ，１Ｈ），７．７６−７．７０（ｍ，７Ｈ），７．６５−７．６１（ｍ，２Ｈ），７．５６−７．５２（ｍ，４Ｈ），７．３９−７．３７（ｍ，５Ｈ）．
・ＦＤＭＳ：計算値Ｃ３２Ｈ２０Ｓ＝４３６、実測値ｍ／ｚ＝４３６（Ｍ＋，１００）．
・ＨＰＬＣ：９８．５％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００７０】
得られた固体（２．０ｇ）を２２０℃／２．２ｘ１０−２Ｐａで昇華精製することにより黄色アモルファス固体（１．９ｇ）を得た。
・ＨＰＬＣ，９８．５％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００７１】
製造例４
下記の反応により、化合物Ｄを合成した。
【化１３】
【００７２】
化合物Ｃの合成のＤｉｅｌｓ−Ａｌｄｅｒ反応でベンゼン環を構築する工程において、１，４−ナフトキノンを１，４−アントラキノンに換えたほかは同様の合成経路を用いることで合成した。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．１４（ｄ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，１Ｈ），８．０２（ｄ，Ｊ＝９．２Ｈｚ，１Ｈ），７．７６−７．７０（ｍ，７Ｈ），７．６５−７．６１（ｍ，２Ｈ），７．５６−７．５２（ｍ，４Ｈ），７．３９−７．３７（ｍ，５Ｈ）
・ＦＤＭＳ：計算値Ｃ３６Ｈ２２Ｓ＝４８６、実測値ｍ／ｚ＝４８６（Ｍ＋，１００）
・ＨＰＬＣ：９４．８％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００７３】
得られた固体（０．２ｇ）を２５０℃／１．１ｘ１０−１Ｐａで昇華精製することにより黄色アモルファス固体（０．１ｇ）を得た。
・ＨＰＬＣ，９４．４％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００７４】
［有機薄膜太陽電池］
実施例１
２５ｍｍ×７５ｍｍ×０．７ｍｍ厚のＩＴＯ透明電極付きガラス基板をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を５分間行なった後、ＵＶオゾン洗浄を３０分間実施した。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず下部電極である透明電極ラインが形成されている側の面上に、透明電極を覆うようにして膜厚３０ｎｍの化合物Ａを抵抗加熱蒸着により、１Å／ｓで成膜した。続けて、この化合物Ａ膜上に膜厚６０ｎｍのＣ６０を抵抗加熱蒸着により１Å／ｓで成膜し、その上に１０ｎｍのバソクプロイン（ＢＣＰ）を抵抗加熱蒸着により１Å／ｓで成膜した。最後に、連続して対向電極として金属Ａｌを膜厚８０ｎｍ蒸着させ、有機薄膜太陽電池を形成した。面積は０．５ｃｍ２であった。
【化１４】
【００７５】
作製した有機薄膜太陽電池をＡＭ１．５条件下（光強度（Ｐｉｎ）１００ｍＷ／ｃｍ２）でＩ−Ｖ特性を測定した。開放端電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）、変換効率（η）を表１に示す。
尚、光電変換効率は下記式によって導出した。
【数１】
尚、同じＰｉｎに対して、Ｖｏｃ、Ｊｓｃ及びＦＦがいずれも大きな化合物ほど優れた変換効率を示す。
【００７６】
実施例２−４
実施例１の化合物Ａをそれぞれ化合物Ｂ、化合物Ｃ、化合物Ｄへ変更した以外は実施例１と同様に有機薄膜太陽電池を作製し評価した。結果を表１に示す。
【００７７】
比較例１
実施例１の化合物ＡをｍＴＰＤへ変更した以外は実施例１と同様に有機太陽電池を作製し評価した。結果を表１に示す。
【化１５】
【００７８】
【表１】
【００７９】
表１からわかるように、本発明で使用する化合物は比較例化合物に比べ、優れた変換効率を示すことが明らかになった。
【００８０】
評価例
上記製造例で合成した材料、及び特許文献２で開示された下記化合物（ＴＥＳ−ＡＤＴ）を、それぞれテトラヒドロフランに溶解させた。この溶液を、光照射下（白色蛍光灯下）にて４０分間放置した。光照射前後のＨＰＬＣ純度を比較した結果を表２に示す。
【化１６】
【００８１】
【表２】
【００８２】
本発明の材料は、ＨＰＬＣ純度の変化が微小であったのに対し、ＴＥＳ−ＡＤＴでは合成直後のＨＰＬＣ純度は９８．０％（ＵＶ２５４，面積％）であったが、光照射後のＨＰＬＣ純度は５８．０％（ＵＶ２５４，面積％）と著しく低下していた。この結果から、本発明化合物は化学的安定性が高い有機薄膜太陽電池材料であることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の有機薄膜太陽電池用材料は、電池を構成する有機薄膜層に用いることができる。特に、ｐ層の材料として好適である。
本発明の有機薄膜太陽電池は、時計、携帯電話及びモバイルパソコン等に使用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜太陽電池用材料及びそれを用い有機薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜太陽電池は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードや撮像素子、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に代表されるように、光入力に対して電気出力を示す装置であり、電気入力に対して光出力を示すエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子とは逆の応答を示す装置である。中でも太陽電池は、化石燃料の枯渇問題や地球温暖化問題を背景に、クリーンエネルギー源として近年大変注目されてきており、研究開発が盛んに行なわれるようになってきた。
従来、実用化されてきたのは、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ等に代表されるシリコン系太陽電池であるが、高価であることや原料Ｓｉの不足問題等が表面化するにつれて、次世代太陽電池への要求が高まりつつある。このような背景の中で、有機太陽電池は、安価で毒性が低く、原材料不足の懸念もないことから、シリコン系太陽電池に次ぐ次世代の太陽電池として大変注目を集めている。
【０００３】
有機太陽電池は、基本的には電子を輸送するｎ層と正孔を輸送するｐ層を有しており、各層を構成する材料によって大きく２種類に分類される。
ｎ層として、チタニア等の無機半導体表面にルテニウム色素等の増感色素を単分子吸着させ、ｐ層として電解質溶液を用いたものは、色素増感太陽電池（所謂グレッツエルセル）と呼ばれている。変換効率の高さから、１９９１年以降精力的に研究されてきたが、溶液を用いるため、長時間の使用に際して液漏れする等の欠点を有していた。
そこで、このような欠点を克服するため、最近、電解質溶液を固体化して全固体型の色素増感太陽電池を模索する研究がなされている。しかしながら、多孔質チタニアの細孔に有機物をしみ込ませる技術は難易度が高く、再現性よく高変換効率が発現できるセルは完成していないのが現状である。
一方、ｎ層、ｐ層ともに有機薄膜からなる有機薄膜太陽電池は、全固体型のため液漏れ等の欠点がなく、作製が容易であり、稀少金属であるルテニウム等を用いないこと等から最近注目を集め、精力的に研究がなされている。
【０００４】
有機薄膜太陽電池は、最初メロシアニン色素等を用いた単層膜で研究が進められてきたが、ｐ層／ｎ層の多層膜にすることで変換効率が向上することが見出され、それ以降多層膜が主流になってきている。このとき用いられた材料はｐ層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、ｎ層としてペリレンイミド類（ＰＴＣＢＩ）であった。
【０００５】
その後、ｐ層とｎ層の間にｉ層（ｐ材料とｎ材料の混合層）を挿入して積層を増やすことにより、変換効率が向上することが見出された。しかしこのとき用いられた材料は、依然としてフタロシアニン類とペリレンイミド類であった。またその後、ｐ／ｉ／ｎ層を何層も積層するというスタックセル構成によりさらに変換効率が向上することが見出されたが、このときの材料系はフタロシアニン類とＣ６０であった。
【０００６】
一方、高分子を用いた有機薄膜太陽電池では、ｐ材料として導電性高分子を用い、ｎ材料としてＣ６０誘導体を用いてそれらを混合し、熱処理することによりミクロ層分離を誘起してヘテロ界面を増やし、変換効率を向上させるという、所謂バルクヘテロ構造の研究が主に行なわれてきた。ここで用いられてきた材料系はおもに、ｐ材料としてＰ３ＨＴと呼ばれる可溶性ポリチオフェン誘導体、ｎ材料としてＰＣＢＭと呼ばれる可溶性Ｃ６０誘導体であった。
【０００７】
このように、有機薄膜太陽電池では、セル構成及びモルフォロジーの最適化により変換効率の向上がもたらされてきたが、そこで用いられる材料系は初期の頃からあまり進展がなく、依然としてフタロシアニン類、ペリレンイミド類、Ｃ６０類が用いられてきた。従って、それらに代わる新たな材料系の開発が熱望されていた。特に、実用のために有機薄膜太陽電池材料として、高い変換効率を示すとともに、より溶解性が良く、かつ光や酸素、熱に対して安定な材料が望まれている。
【０００８】
一般に有機太陽電池の動作過程は、（１）光吸収及び励起子生成、（２）励起子拡散、（３）電荷分離、（４）キャリア移動、（５）起電力発生の素過程からなっている。有機物は概して太陽光スペクトルに合致する吸収特性を示すものが多くないため、高い変換効率は達成できないことが多かった。
【０００９】
上記の課題の関し、例えば、特許文献１又は２ではアントラセン骨格をさらに直線状に縮環させた構造が提案されている。ポリアセン類は、π電子共役系を直線状に拡大することで、分子量の増加を抑えながら光の吸収を可視光領域に長波長化することができるので、太陽電池の変換効率を向上させるのに有効である。
【００１０】
また、非特許文献１では、テトラセノ［２，３−ｂ］チオフェンが提案されている。この化合物は、π電子共役系を直線状に拡大して、分子量を抑えながら光の吸収を可視光領域に長波長化するのに有効な構造である。
さらに、特許文献３ではチエノアセン骨格が提案されている。
【００１１】
しかしながら、上記の材料は光や酸素に対して安定性に欠け、精製や取り扱いが困難であり、高純度化が困難である。従って、実用的な光電変換素子材料とは言いがたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−３４７６４号公報
【特許文献２】特開２００７−３３５７６０号公報
【特許文献３】特表２００８−５３７３３０号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００７年、９１巻、２２３５０８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、光や酸素、熱に対して安定であり、有機薄膜太陽電池に用いたときに高効率の光電変換特性を示す有機薄膜太陽電池用材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、以下の有機薄膜太陽電池用材料等が提供される。
１．下記式（１）で表されるチエノアセン誘導体を含有する有機薄膜太陽電池用材料。
【化１】
（式中、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１〜Ｒ６のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
２．前記Ｒ１〜Ｒ６のいずれかがアリールアミノ基である１に記載の有機薄膜太陽電池用材料。
３．前記式（１）で表わされるチエノアセン誘導体が、下記式（２）で表わされるチエノアセン誘導体である１に記載の有機薄膜太陽電池用材料。
【化２】
（式中、Ｒ１，Ｒ４及びＲ５は、式（１）と同様である。
Ｒ１１〜Ｒ１４はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１１〜Ｒ１４のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
４．一対の電極の間に、少なくともｐ層を有し、前記ｐ層が１〜３のいずれかに記載の材料からなる有機薄膜太陽電池。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光や酸素、熱に対して安定であり、有機薄膜太陽電池として用いたときに高効率の光電変換特性を示す材料が提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の有機薄膜太陽電池用材料は、下記式（１）で表されるチエノアセン誘導体を含有する。
【化３】
【００１８】
式（１）の誘導体では、ポリアセン類に比べπ電子共役系を一部非直線状に拡大しているため、化合物の安定性を確保することができる。また、ヘテロ原子を導入することにより、正孔輸送性が向上し、高い変換効率を得ることができる。
【００１９】
式（１）のＲ１〜Ｒ６は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。
尚、Ｃｘ〜Ｃｙは炭素数がｘ〜ｙであることを意味する。
【００２０】
式（１）の誘導体のうち、下記式（２）で表わされる誘導体が好ましい。この誘導体では、π共役系がさらに拡張されることにより、最大吸収波長が長波長化しているため、より太陽光を吸収しやすくなり、高い変換効率を望める。
【化４】
（式中、Ｒ１，Ｒ４及びＲ５は、式（１）と同様である。
Ｒ１１〜Ｒ１４はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１１〜Ｒ１４のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
【００２１】
上記式（１）又は（２）において、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよい。具体例としては、メチル、エチル、１−プロピル、２−プロピル、１−ブチル、２−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、２−エチルヘキシル、３，７−ジメチルオクチル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、１−アダマンチル、２−アダマンチル、ノルボルニル、トリフルオロメチル、トリクロロメチル、ベンジル、α，α−ジメチルベンジル、２−フェニルエチル、１−フェニルエチル等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｔｅｒｔ−ブチル、ヘキシル、シクロヘキシル等が好ましい。
【００２２】
Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、それらの具体例としては、ビニル、プロペニル、ブテニル、オレイル、エイコサペンタエニル、ドコサヘキサエニル、スチリル、２，２−ジフェニルビニル、１，２，２−トリフェニルビニル、２−フェニル−２−プロペニル等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、ビニル、スチリル、２，２−ジフェニルビニル等が好ましい。
【００２３】
Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、それらの具体例としては、エチニル、プロピニル、２−フェニルエチニル、（トリエチルシリル）エチニル等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、エチニル、２−フェニルエチニル等が好ましい。
【００２４】
Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基の具体例としては、フェニル、２−トリル、４−トリル、４−トリフルオロメチルフェニル、４−メトキシフェニル、４−シアノフェニル、２−ビフェニリル、３−ビフェニリル、４−ビフェニリル、ターフェニリル、３，５−ジフェニルフェニル、３，４−ジフェニルフェニル、ペンタフェニルフェニル、４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル、４−（１，２，２−トリフェニルビニル）フェニル、フルオレニル、１−ナフチル、２−ナフチル、９−アントリル、２−アントリル、９−フェナントリル、１−ピレニル、クリセニル、ナフタセニル、コロニル等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、フェニル、４−ビフェニリル、１−ナフチル、２−ナフチル、９−フェナントリル等が好ましい。
【００２５】
Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基について、含窒素アゾール系へテロ環の場合の結合位置は、炭素だけでなく窒素で結合することができる。それらの具体例としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ピラゾール、ベンズピラゾール、トリアゾール、オキサジアゾール、ピリジン、ピラジン、トリアジン、キノリン、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、カルバゾール等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、フラン、チオフェン、ピリジン、カルバゾール等が好ましい。
【００２６】
Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルコキシ基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、それらの具体例としては、メトキシ、エトキシ、１−プロピルオキシ、２−プロピルオキシ、１−ブチルオキシ、２−ブチルオキシ、ｓｅｃ−ブチルオキシ、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、オクチルオキシ、デシルオキシ、ドデシルオキシ、２−エチルヘキシルオキシ、３，７−ジメチルオクチルオキシ、シクロプロピルオキシ、シクロペンチルオキシ、シクロヘキシルオキシ、１−アダマンチルオキシ、２−アダマンチルオキシ、ノルボルニルオキシ、トリフルオロメトキシ、ベンジロキシ、α，α−ジメチルベンジロキシ、２−フェニルエトキシ、１−フェニルエトキシ等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、メトキシ、エトキシ、ｔｅｒ−ブチルオキシ等が好ましい。
【００２７】
Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基は、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、それらの具体例としては、前記アリール基が酸素を介して結合した置換基が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、フェノキシ、ナフトキシ、フェナントリルオキシ等が好ましい。
【００２８】
Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基は、アミノ基に結合する置換基のうち少なくともひとつがアリール基であればよく、具体的には、フェニルアミノ、メチルフェニルアミノ、ジフェニルアミノ、ジｐ−トリルアミノ、ジｍ−トリルアミノ、フェニルｍ−トリルアミノ、フェニル−１−ナフチルアミノ、フェニル−２−ナフチルアミノ、フェニル（ｓｅｃ−ブチルフェニル）アミノ、フェニルｔ−ブチルアミノ、ビス（４−メトキシフェニル）アミノ、フェニル−４−カルバゾリルフェニルアミノ等を挙げることができる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノ、ビス（４−メトキシフェニル）アミノ等が好ましい。
【００２９】
Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基は、アミノ基に結合するアルキル基は同じでも異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。具体的には、メチルアミノ、ジメチルアミノ、メチルエチルアミノ、ジエチルアミノ、ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノ、ビス（２−メトキシエチル）アミノ、ピペリジノ、モルホリノ等を挙げることができる。これらのうち、原料の入手しやすさ等の観点から、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ピペリジノ等が好ましい。
【００３０】
上記式（１）又は（２）のＲ１〜Ｒ１４基のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。環としては、ベンゼン環等のアリール環、チオフェン環等の複素環、又は、これらの基からなる縮合環（ナフタレン環、ベンゾチオフェン環等）等が挙げられる。環は、上述したＲ１〜Ｒ１４基で例示した基を置換基として有していてもよい。
【００３１】
本発明では、上記式（１）のＲ１〜Ｒ６のいずれか、又は式（２）のＲ１〜Ｒ１４基のいずれかがアリールアミノ基であることが好ましい。これにより、最大吸収波長が長波長化し、より太陽光を吸収しやすくなり、高い変換効率を望める。
【００３２】
本発明で用いることのできる化合物としては、例えば以下の化合物を挙げることができる。
【化５】
【化６】
【００３３】
本発明におけるチエノアセン誘導体は、例えば、下図のような合成経路で合成することができる。
【化７】
【００３４】
工程１では、出発原料をハロゲン化して中間体Ａを合成する過程であり、その際に用いる試薬としては臭素、Ｎ−ブロモスクシンイミド、Ｎ−ヨードスクシンイミド、Ｎ−クロロスクシンイミド等が挙げられる。このうち、良好な収率を与えることから臭素を用いることが望ましい。
【００３５】
工程２では、置換基を導入して最終体Ｂを合成する工程であり、その際に用いる反応としては鈴木−宮浦カップリング反応、Ｓｔｉｌｌｅカップリング反応、根岸カップリング反応、檜山カップリング反応、Ｕｌｌｍａｎｎカップリング反応、溝呂木−Ｈｅｃｋ反応、Ｂｕｃｈｗａｌｄ−Ｈａｒｔｗｉｇカップリング反応等を用いることができる。このうち、良好な収率を与えることからＢｕｃｈｗａｌｄ−Ｈａｒｔｗｉｇカップリング反応が好ましい。
【００３６】
本発明の有機薄膜太陽電池の構造は、一対の電極の間に上記式（１）の誘導体を含有する構造であれば特に限定されるものでない。具体的には、安定な絶縁性基板上に下記の構成を有する構造が挙げられる。
（１）下部電極／有機化合物層／上部電極
（２）下部電極／ｐ層／ｎ層／上部電極
（３）下部電極／ｐ層／ｉ層（又はｐ材料とｎ材料の混合層）／ｎ層／上部電極
（４）下部電極／ｐ材料とｎ材料の混合層／上部電極
及び上記（２）、（３）の構成のｐ層とｎ層を置換した構造が挙げられる。
また、必要に応じて、電極と有機層の間にバッファー層を設けてもよい。例えば具体例として、上記構成（１）にバッファー層を設けた場合、下記構成を有する構造が挙げられる。
（５）下部電極／バッファー層／ｐ層／ｎ層／上部電極
（６）下部電極／ｐ層／ｎ層／バッファー層／上部電極
（７）下部電極／バッファー層／ｐ層／ｎ層／バッファー層／上部電極
【００３７】
本発明の有機薄膜太陽電池用材料は、例えば、有機化合物層、ｐ層、ｎ層、ｉ層、ｐ材料とｎ材料の混合層、バッファー層に使用できるが、ｐ層の材料として使用することが好ましい。
【００３８】
本発明の有機薄膜太陽電池では、電池を構成するいずれかの部材に本発明の材料を含有していればよい。また、本発明の材料を含有する部材は、他の成分を併せて含んでいてもよい。本発明の材料を含まない部材や混合材料については、有機薄膜太陽電池で使用される公知の部材や材料を使用することができる。
以下、各構成部材について簡単に説明する。
【００３９】
１．下部電極、上部電極
下部電極、上部電極の材料は特に制限はなく、公知の導電性材料を使用できる。例えば、ｐ層と接続する電極としては、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）や金（Ａｕ）、オスミウム（Ｏｓ），パラジウム（Ｐｄ）等の金属が使用でき、ｎ層と接続する電極としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ），カルシウム（Ｃａ），白金（Ｐｔ）リチウム（Ｌｉ）等の金属やＭｇ：Ａｇ、Ｍｇ：ＩｎやＡｌ：Ｌｉ等の二成分金属系，さらには上記Ｐ層と接続する電極例示材料が使用できる。
【００４０】
尚、高効率の光電変換特性を得るためには、例えば有機薄膜太陽電池が太陽電池の場合、太陽電池の少なくとも一方の面は太陽光スペクトルにおいて充分透明にすることが望ましい。透明電極は、公知の導電性材料を使用して、蒸着やスパッタリング等の方法で所定の透光性が確保するように形成する。受光面の電極の光透過率は１０％以上とすることが望ましい。一対の電極構成の好ましい構成では、電極部の一方が仕事関数の大きな金属を含み、他方は仕事関数の小さな金属を含む。
【００４１】
２．有機化合物層
ｐ層、ｐ材料とｎ材料の混合層又はｎ層のいずれかである。本発明の材料を有機化合物層に使用するとき、具体的には、下部電極／本発明の材料の単独層／上部電極や、下部電極／本発明の材料と、後述するｎ層材料又はｐ層材料の混合層／上部電極等の構成が挙げられる。
【００４２】
３．ｐ層、ｎ層、ｉ層
本発明の材料をｐ層に用いるときは、ｎ層は特に限定されないが、電子受容体としての機能を有する化合物が好ましい。例えば有機化合物であれば、Ｃ６０等のフラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等、高分子系ではＣＮ−ポリ（フェニレン−ビニレン）、ＭＥＨ−ＣＮ−ＰＰＶ、−ＣＮ基又はＣＦ３基含有ポリマー、それらの−ＣＦ３置換ポリマー、ポリ（フルオレン）誘導体等を挙げることができる。電子の移動度が高い材料が好ましい。さらに、好ましくは、電子親和力が小さい材料が好ましい。このように電子親和力の小さい材料をｎ層として組み合わせることで充分な開放端電圧を実現することができる。
【００４３】
また、無機化合物であれば、ｎ型特性の無機半導体化合物を挙げることができる。具体的には、ｎ−Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＰｂＳ、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ、Ｎｂ２Ｏ５，ＷＯ３，Ｆｅ２Ｏ３等のドーピング半導体及び化合物半導体、また、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、一酸化チタン（ＴｉＯ）、三酸化二チタン（Ｔｉ２Ｏ３）等の酸化チタン、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の導電性酸化物が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましくは、酸化チタン、特に好ましくは、二酸化チタンを用いる。
本発明の材料をｎ層に用いるときは、ｐ層は特に限定されないが、正孔受容体としての機能を有する化合物が好ましい。例えば有機化合物であれば、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−トリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ｍＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（フェニル−３−トリルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）等に代表されるアミン化合物、フタロシアニン（Ｐｃ）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）、チタニルフタロシアニン（ＴｉＯＰｃ）等のフタロシアニン類、オクタエチルポルフィリン（ＯＥＰ）、白金オクタエチルポルフィリン（ＰｔＯＥＰ）、亜鉛テトラフェニルポルフィリン（ＺｎＴＰＰ）等に代表されるポルフィリン類、高分子化合物であれば、ポリヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、メトキシエチルヘキシロキシフェニレンビニレン（ＭＥＨＰＰＶ）等の主鎖型共役高分子類、ポリビニルカルバゾール等に代表される側鎖型高分子類等が挙げられる。
【００４４】
本発明の材料をｉ層に用いるときは、上記ｐ層化合物もしくはｎ層化合物と混合してｉ層を形成してもよいが、本発明の材料を単独でｉ層として用いることもできる。その場合のｐ層もしくはｎ層は、上記例示化合物のいずれも用いることができる。
【００４５】
４．バッファー層
一般に、有機薄膜太陽電池は総膜厚が薄いことが多く、そのため上部電極と下部電極が短絡し、セル作製の歩留まりが低下することが多い。このような場合には、バッファー層を積層することによってこれを防止することが好ましい。
【００４６】
バッファー層に好ましい化合物としては、膜厚を厚くしても短絡電流が低下しないようにキャリア移動度が充分に高い化合物が好ましい。例えば、低分子化合物であれば下記に示すＮＴＣＤＡに代表される芳香族環状酸無水物等が挙げられ、高分子化合物であればポリ（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）、ポリアニリン：カンファースルホン酸（ＰＡＮＩ：ＣＳＡ）等に代表される公知の導電性高分子等が挙げられる。
【化８】
（ｎ，ｍは繰り返し数である。）
【００４７】
また、バッファー層には、励起子が電極まで拡散して失活してしまうのを防止する役割を持たせることも可能である。このように励起子阻止層としてバッファー層を挿入することは、高効率化のために有効である。励起子阻止層は陽極側、陰極側のいずれにも挿入することができ、両方同時に挿入することも可能である。この場合、励起子阻止層として好ましい材料としては、例えば有機ＥＬ用途で公知な正孔障壁層用材料又は電子障壁層用材料等が挙げられる。正孔障壁層として好ましい材料は、イオン化ポテンシャルが充分に大きい化合物であり、電子障壁層として好ましい材料は、電子親和力が充分に小さい化合物である。具体的には有機ＥＬ用途で公知な材料であるバソクプロイン（ＢＣＰ）、バソフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）等が陰極側の正孔障壁層材料として挙げられる。
【化９】
【００４８】
さらに、バッファー層には、上記ｎ層材料として例示した無機半導体化合物を用いてもよい。また、ｐ型無機半導体化合物としてはＣｄＴｅ、ｐ−Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＷＯ３等を用いることができる。
【００４９】
５．基板
基板は、機械的、熱的強度を有し、透明性を有するものが好ましい。例えば、ガラス基板及び透明性樹脂フィルムがある。透明性樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルフォン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリプロピレン等が挙げられる。
【００５０】
本発明の有機薄膜太陽電池の各層の形成は、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティング等の乾式成膜法やスピンコーティング、ディップコート、キャスティング、ロールコート、フローコーティング、インクジェット等の湿式成膜法を適用することができる。
【００５１】
各層の膜厚は特に限定されないが、適切な膜厚に設定する。一般に有機薄膜の励起子拡散長は短いことが知られているため、膜厚が厚すぎると励起子がヘテロ界面に到達する前に失活してしまうため光電変換効率が低くなる。膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生してしまうため、充分なダイオード特性が得られないため、変換効率が低下する。通常の膜厚は１ｎｍから１０μｍの範囲が適しているが、５ｎｍから０．２μｍの範囲がさらに好ましい。
【００５２】
乾式成膜法の場合、公知の抵抗加熱法が好ましく、混合層の形成には、例えば、複数の蒸発源からの同時蒸着による成膜方法が好ましい。さらに好ましくは、成膜時に基板温度を制御する。
【００５３】
湿式成膜法の場合、各層を形成する材料を、適切な溶媒に溶解又は分散させて発光性有機溶液を調製し、薄膜を形成するが、任意の溶媒を使用できる。例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン等のハロゲン系炭化水素系溶媒や、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール等のエーテル系溶媒、メタノールやエタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール等のアルコール系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ヘキサン、オクタン、デカン、テトラリン等の炭化水素系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル系溶媒等が挙げられる。なかでも、炭化水素系溶媒又はエーテル系溶媒が好ましい。また、これらの溶媒は単独で使用しても複数混合して用いてもよい。尚、使用可能な溶媒は、これらに限定されるものではない。
【００５４】
本発明においては、有機薄膜太陽電池のいずれの有機薄膜層においても、成膜性向上、膜のピンホール防止等のため適切な樹脂や添加剤を使用してもよい。使用の可能な樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース等の絶縁性樹脂及びそれらの共重合体、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリシラン等の光導電性樹脂、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性樹脂を挙げられる。
【００５５】
また、添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等が挙げられる。
【実施例】
【００５６】
[チエノアセン誘導体の合成]
製造例１
下記の反応により、化合物Ａを合成した。
【化１０】
【００５７】
（１）中間体Ａ１の合成
２００ｍＬフラスコに１，２−ベンゾジフェニレンサルファイド（０．７０ｇ，３．０ｍｍｏｌ）を秤りとり、ジクロロメタン（３０ｍＬ）に溶解させた。臭素（０．２ｍＬ，４．１ｍｍｏｌ）を加え、室温で４時間攪拌した。水酸化ナトリウム水溶液を加えた後、有機層をジクロロメタンで抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥した。これを濃縮し、中間体Ａ１（０．８５ｇ，２．７ｍｍｏｌ）を白色粉末として得た（収率９０％）。
この固体の核磁気共鳴測定（１Ｈ−ＮＭＲ）を以下に示す。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．５０（ｓ，１Ｈ），８．４０−８．３８（ｍ，１Ｈ），８．１８（ｄｄ，Ｊ＝６．８，３．０Ｈｚ，１Ｈ），８．１４（ｄｄ，Ｊ＝６．８，３．０Ｈｚ，１Ｈ）
【００５８】
（２）化合物Ａの合成
３００ｍＬフラスコに中間体Ａ１（０．８５ｇ，２．７ｍｍｏｌ）を秤りとり、ジフェニルアミン（０．６８ｇ，４．０ｍｍｏｌ），トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）（０．１５ｇ，０．１６ｍｍｏｌ），ナトリウムターシャルブトキシド（０．３７ｇ，３．９ｍｍｏｌ）を加え、系内をアルゴン置換した。無水トルエン（３０ｍＬ）に溶解させ、ターシャルブチルホスフィンの６６ｗｔ％トルエン溶液（１６μＬ，０．１３ｍｍｏｌ）を加えた後、５時間加熱還流した。反応溶液をセライト濾過した後、カラムクロマトグラフィーにより精製し、化合物Ａ（０．５５ｇ，１．５ｍｍｏｌ）を白色粉末として得た。（収率５５％）
この固体の１Ｈ−ＮＭＲ、電解離脱質量分析（ＦＤＭＳ）、及び液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）による純度の測定結果を以下に示す。
【００５９】
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．１７（ｄ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，１Ｈ），８．１０−８．０５（ｍ，３Ｈ），７．９７−７．９５（ｍ，１Ｈ），７．５９（ｂｒｔ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，１Ｈ），７．４８−７．４５（ｍ，２Ｈ），７．２３−７．１９（ｍ，４Ｈ），７．１２−７．１０（ｍ，４Ｈ），６．９４（ｂｒｔ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，２Ｈ）
・ＦＤＭＳ：計算値Ｃ２８Ｈ１９ＮＳ＝４０１、実測値ｍ／ｚ＝４０１（Ｍ＋，１００）
・ＨＰＬＣ：９４．５％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００６０】
得られた固体（０．５５ｇ）を２２０℃／４．２ｘ１０−１Ｐａで昇華精製することにより白色アモルファス固体（０．５ｇ）を得た。
・ＨＰＬＣ：９７．７％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００６１】
製造例２
下記の反応により、化合物Ｂを合成した。
【化１１】
【００６２】
（１）中間体Ｂ１の合成
チアナフテン−２−ボロン酸（５．０ｇ，２８ｍｍｏｌ）、２−ブロモ−５−クロロベンズアルデヒド（５．６ｇ，２６ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）（０．２９ｇ，０．２６ｍｍｏｌ）を１，２−ジメトキシエタン（５０ｍｌ）に懸濁し、２Ｍ炭酸ナトリウム水溶液（３８ｍＬ，７６ｍｍｏｌ）を加えて５時間還流した。反応混合物に塩化メチレン（５０ｍＬ）、水（５０ｍＬ）を加え、有機層を抽出し、飽和食塩水（５０ｍＬ）で洗浄した。無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒留去して得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製して中間体Ｂ１（４．１ｇ，１５ｍｍｏｌ）を白色固体として得た（収率５８％）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ１０．２（ｓ，１Ｈ），８．０１（ｓ，１Ｈ），７．８９−７．８３（ｍ，２Ｈ），７．６３−７．５８（ｍ，２Ｈ），７．４６−７．３９（ｍ，２Ｈ），７．２８（ｓ，１Ｈ）
【００６３】
（２）中間体Ｂ２の合成
水素化ナトリウム（６０％ｉｎパラフィン，０．４３ｇ，１１ｍｍｏｌ）をヘキサンで２回洗浄後、ジメチルスルホキシド（５０ｍｌ）に懸濁させ、５分間室温で撹拌した。この系にトリメチルスルホオキソニウムヨージド（２．４ｇ，１１ｍｍｏｌ）を加えて３０分間撹拌した。さらに中間体Ａ１（２．７ｇ，１０ｍｍｏｌ）を滴下ロートで１０分間かけて滴下後、６０℃で７時間還流した。反応混合物に、冷水（２００ｍＬ）、酢酸エチル（４００ｍＬ）を加え、飽和食塩水（５０ｍＬ）で洗浄、無水硫酸マグネシウムで乾燥、溶媒留去して中間体Ｂ２（３．３ｇ）を黄色油状物として得た（収率ｑｕａｎｔ．）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ７．３２−７．８７（ｍ，８Ｈ），４．１５−４．０８（ｍ，１Ｈ），３．１９（ｄｄ，Ｊ＝４，２Ｈｚ，１Ｈ），２．８２（ｄｄ，Ｊ＝３Ｈｚ，１Ｈ）
【００６４】
（３）中間体Ｂ３の合成
中間体Ｂ２（３．３ｇ，１２ｍｍｏｌ）をジエチルエーテル（５０ｍｌ）に懸濁させた。氷冷下、三フッ化ホウ素ジエチエルエーテル錯体（１４ｍｌ，１１３ｍｍｏｌ）を１０分間かけて滴下した。０℃で３０分間撹拌後、室温で７時間撹拌した。反応混合物に、冷水（５０ｍＬ）、塩化メチレン（１００ｍＬ）を加え、有機層を抽出した。さらに１０％炭酸水素ナトリウム水溶液（５０ｍＬ）で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒留去して淡黄色固体を得た。これをカラムクロマトグラフィーで精製して中間体Ｂ３（１．３ｇ，４．９ｍｍｏｌ）を得た（収率４３％）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３，ＴＭＳ）
δ８．２２−８．１９（ｍ，２Ｈ），８．０１（ｄ，Ｊ＝９Ｈｚ，１Ｈ），７．９８−７．９４（ｍ，２Ｈ），７．７９（ｄ，Ｊ＝９Ｈｚ，１Ｈ），７．５８−７．４８（ｍ，３Ｈ）
【００６５】
（４）化合物Ｂの合成
窒素雰囲気下、中間体Ｂ３（１．３ｇ，４．９ｍｍｏｌ）、ジフェニルアミン（１．０ｇ，５．９ｍｍｏｌ）、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０）（０．０６ｇ，０．０７ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ−ブトキシド（０．８ｇ，６．９ｍｍｏｌ）を無水トルエン（５０ｍｌ）に懸濁し、トリ（ｔ−ブチル）ホスフィン／トルエン溶液（６６ｗｔ％，０．０５ｍｌ，０．１４ｍｍｏｌ）を加えて５時間還流した。反応混合物をシリカゲルに通してろ別し、溶媒留去して褐色油状物を得た。これをカラムクロマトグラフィーで精製後、化合物Ｂ（０．７ｇ，１．７ｍｍｏｌ）を白色固体として得た。（収率３５％）
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．１６−８．１８（ｍ，１Ｈ），８．０８（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），８．０１（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），７．９８−７．９４（ｍ，１Ｈ），７．６１（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），７．５５−７．３９（ｍ，４Ｈ），７．３２−７．２７（ｍ，４Ｈ），７．１９−７．１６（ｍ，４Ｈ），７．１０−７．０５（ｍ，２Ｈ），
・ＦＤＭＳ：計算値Ｃ２８Ｈ１９ＮＳ＝４０１、実測値ｍ／ｚ＝４０１（Ｍ＋，１００）
・ＨＰＬＣ：９８．２％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
得られた固体（０．７ｇ）を２８０℃／８．２ｘ１０−１Ｐａで昇華精製することにより白色アモルファス固体（０．６ｇ）を得た。
ＨＰＬＣ，９９．２％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００６６】
製造例３
下記の反応により、化合物Ｃを合成した。
【化１２】
【００６７】
（１）中間体Ｃ１の合成
５００ｍＬフラスコにメチルトリフェニルホスフィンヨージド（２６．７ｇ，６６．０ｍｍｏｌ）を秤りとり、無水ＤＭＳＯ（２００ｍＬ）に溶解させた。反応溶液を１０℃に冷却し、水素化ナトリウム６０％鉱油分散物（２．６１ｇ，６５．２ｍｍｏｌ）を加え、１時間攪拌した。ベンゾ［ｂ］チオフェン−３−カルバルデヒド（１０．６ｇ，６５．３ｍｍｏｌ）を加え、１０時間攪拌した。メタノール、水をゆっくり加えた後、有機層を酢酸エチルで抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体Ｃ１（６．４０ｇ，３９．９ｍｍｏｌ）を無色透明油状物として得た（６１％）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ７．９３（ｄ，Ｊ＝１．２Ｈｚ，１Ｈ），７．９１（ｄ，Ｊ＝１．２Ｈｚ，１Ｈ），７．４７（ｓ，１Ｈ），７．４３−７．３４（ｍ，２Ｈ），６．９８（ｄｄ，Ｊ＝１０．４，１８．４Ｈｚ，１Ｈ），５．８１（ｄ，Ｊ＝１８．４Ｈｚ，１Ｈ），５．３９（ｄ，Ｊ＝１０．４Ｈｚ，１Ｈ）
【００６８】
（２）中間体Ｃ２の合成
３００ｍＬフラスコに中間体Ｃ１（３．４０ｇ，２１．５ｍｍｏｌ），１，４−ナフトキノン（１０．２ｇ，６４．５ｍｍｏｌ）を秤りとり、酢酸（１００ｍＬ）に溶解させた。反応溶液を１３時間加熱還流した。水を加え、析出した沈殿物を濾過し、水、メタノールで洗浄した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体Ｃ２（８．６４ｇ，２１．５ｍｍｏｌ）を黄色粉末として得た（ｑｕａｎｔ．）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．２９（ｓ，１Ｈ），８．１８（ｓ，１Ｈ），８．１１（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），７．９２（ｄ，Ｊ＝８Ｈｚ，１Ｈ），７．８２−７．８０（ｍ，４Ｈ），７．７６−７．７２（ｍ，３Ｈ），７．７０−７．６８（ｍ，３Ｈ），７．６２−７．５９（ｍ，４Ｈ），７．４３−７．３２（ｍ，４Ｈ）
【００６９】
（３）化合物Ｃの合成
３００ｍＬフラスコに中間体Ｃ２（８．７ｇ，２８ｍｍｏｌ）を秤りとり、系内をアルゴン置換した後、無水トルエン（１４０ｍＬ），無水ＴＨＦ（７０ｍＬ）に溶解させた。溶液を−６０℃に冷却した後、フェニルリチウムの１．９Ｍジフェニルエーテル溶液（４４ｍＬ，８４ｍｍｏｌ）を加え、９時間攪拌した。メタノールを加え、得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、粗ジオール（６．８ｇ）を得た。
３００ｍＬフラスコに得られた粗ジオール（６．８ｇ）、ヨウ化カリウム（８．３ｇ，５０ｍｍｏｌ），ホスフィン酸ナトリウム一水和物（２．３ｇ，２２ｍｍｏｌ）を秤りとり、系内をアルゴン置換した後、酢酸（１６０ｍＬ）に溶解させた。反応溶液を１０時間加熱還流した。水を加え、析出した結晶を濾過し、水、メタノールで洗浄した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物Ｃ（２．５ｇ，５．７ｍｍｏｌ）を黄色粉末として得た（収率２１％）。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．１４（ｄ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，１Ｈ），８．０２（ｄ，Ｊ＝９．２Ｈｚ，１Ｈ），７．７６−７．７０（ｍ，７Ｈ），７．６５−７．６１（ｍ，２Ｈ），７．５６−７．５２（ｍ，４Ｈ），７．３９−７．３７（ｍ，５Ｈ）．
・ＦＤＭＳ：計算値Ｃ３２Ｈ２０Ｓ＝４３６、実測値ｍ／ｚ＝４３６（Ｍ＋，１００）．
・ＨＰＬＣ：９８．５％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００７０】
得られた固体（２．０ｇ）を２２０℃／２．２ｘ１０−２Ｐａで昇華精製することにより黄色アモルファス固体（１．９ｇ）を得た。
・ＨＰＬＣ，９８．５％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００７１】
製造例４
下記の反応により、化合物Ｄを合成した。
【化１３】
【００７２】
化合物Ｃの合成のＤｉｅｌｓ−Ａｌｄｅｒ反応でベンゼン環を構築する工程において、１，４−ナフトキノンを１，４−アントラキノンに換えたほかは同様の合成経路を用いることで合成した。
・１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）
δ８．１４（ｄ，Ｊ＝７．２Ｈｚ，１Ｈ），８．０２（ｄ，Ｊ＝９．２Ｈｚ，１Ｈ），７．７６−７．７０（ｍ，７Ｈ），７．６５−７．６１（ｍ，２Ｈ），７．５６−７．５２（ｍ，４Ｈ），７．３９−７．３７（ｍ，５Ｈ）
・ＦＤＭＳ：計算値Ｃ３６Ｈ２２Ｓ＝４８６、実測値ｍ／ｚ＝４８６（Ｍ＋，１００）
・ＨＰＬＣ：９４．８％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００７３】
得られた固体（０．２ｇ）を２５０℃／１．１ｘ１０−１Ｐａで昇華精製することにより黄色アモルファス固体（０．１ｇ）を得た。
・ＨＰＬＣ，９４．４％（検出波長２５４ｎｍ，面積％）
【００７４】
［有機薄膜太陽電池］
実施例１
２５ｍｍ×７５ｍｍ×０．７ｍｍ厚のＩＴＯ透明電極付きガラス基板をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を５分間行なった後、ＵＶオゾン洗浄を３０分間実施した。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず下部電極である透明電極ラインが形成されている側の面上に、透明電極を覆うようにして膜厚３０ｎｍの化合物Ａを抵抗加熱蒸着により、１Å／ｓで成膜した。続けて、この化合物Ａ膜上に膜厚６０ｎｍのＣ６０を抵抗加熱蒸着により１Å／ｓで成膜し、その上に１０ｎｍのバソクプロイン（ＢＣＰ）を抵抗加熱蒸着により１Å／ｓで成膜した。最後に、連続して対向電極として金属Ａｌを膜厚８０ｎｍ蒸着させ、有機薄膜太陽電池を形成した。面積は０．５ｃｍ２であった。
【化１４】
【００７５】
作製した有機薄膜太陽電池をＡＭ１．５条件下（光強度（Ｐｉｎ）１００ｍＷ／ｃｍ２）でＩ−Ｖ特性を測定した。開放端電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）、変換効率（η）を表１に示す。
尚、光電変換効率は下記式によって導出した。
【数１】
尚、同じＰｉｎに対して、Ｖｏｃ、Ｊｓｃ及びＦＦがいずれも大きな化合物ほど優れた変換効率を示す。
【００７６】
実施例２−４
実施例１の化合物Ａをそれぞれ化合物Ｂ、化合物Ｃ、化合物Ｄへ変更した以外は実施例１と同様に有機薄膜太陽電池を作製し評価した。結果を表１に示す。
【００７７】
比較例１
実施例１の化合物ＡをｍＴＰＤへ変更した以外は実施例１と同様に有機太陽電池を作製し評価した。結果を表１に示す。
【化１５】
【００７８】
【表１】
【００７９】
表１からわかるように、本発明で使用する化合物は比較例化合物に比べ、優れた変換効率を示すことが明らかになった。
【００８０】
評価例
上記製造例で合成した材料、及び特許文献２で開示された下記化合物（ＴＥＳ−ＡＤＴ）を、それぞれテトラヒドロフランに溶解させた。この溶液を、光照射下（白色蛍光灯下）にて４０分間放置した。光照射前後のＨＰＬＣ純度を比較した結果を表２に示す。
【化１６】
【００８１】
【表２】
【００８２】
本発明の材料は、ＨＰＬＣ純度の変化が微小であったのに対し、ＴＥＳ−ＡＤＴでは合成直後のＨＰＬＣ純度は９８．０％（ＵＶ２５４，面積％）であったが、光照射後のＨＰＬＣ純度は５８．０％（ＵＶ２５４，面積％）と著しく低下していた。この結果から、本発明化合物は化学的安定性が高い有機薄膜太陽電池材料であることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の有機薄膜太陽電池用材料は、電池を構成する有機薄膜層に用いることができる。特に、ｐ層の材料として好適である。
本発明の有機薄膜太陽電池は、時計、携帯電話及びモバイルパソコン等に使用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１）で表されるチエノアセン誘導体を含有する有機薄膜太陽電池用材料。
【化１７】
（式中、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１〜Ｒ６のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
【請求項２】
前記Ｒ１〜Ｒ６のいずれかがアリールアミノ基である請求項１に記載の有機薄膜太陽電池用材料。
【請求項３】
前記式（１）で表わされるチエノアセン誘導体が、下記式（２）で表わされるチエノアセン誘導体である請求項１に記載の有機薄膜太陽電池用材料。
【化１８】
（式中、Ｒ１，Ｒ４及びＲ５は、式（１）と同様である。
Ｒ１１〜Ｒ１４はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１１〜Ｒ１４のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
【請求項４】
一対の電極の間に、少なくともｐ層を有し、前記ｐ層が請求項１〜３のいずれかに記載の材料からなる有機薄膜太陽電池。
【請求項１】
下記式（１）で表されるチエノアセン誘導体を含有する有機薄膜太陽電池用材料。
【化１７】
（式中、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１〜Ｒ６のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
【請求項２】
前記Ｒ１〜Ｒ６のいずれかがアリールアミノ基である請求項１に記載の有機薄膜太陽電池用材料。
【請求項３】
前記式（１）で表わされるチエノアセン誘導体が、下記式（２）で表わされるチエノアセン誘導体である請求項１に記載の有機薄膜太陽電池用材料。
【化１８】
（式中、Ｒ１，Ｒ４及びＲ５は、式（１）と同様である。
Ｒ１１〜Ｒ１４はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルケニル基、Ｃ２〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキニル基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリール基、Ｃ３〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、Ｃ６〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアリールアミノ基、Ｃ１〜Ｃ４０の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基である。Ｒ１，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１１〜Ｒ１４のうち、隣接するものは互いに結合して環を成してもよい。）
【請求項４】
一対の電極の間に、少なくともｐ層を有し、前記ｐ層が請求項１〜３のいずれかに記載の材料からなる有機薄膜太陽電池。
【公開番号】特開２０１１−２９２２０（Ｐ２０１１−２９２２０Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７０１６２（Ｐ２００９−１７０１６２）
【出願日】平成２１年７月２１日（２００９．７．２１）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２１日（２００９．７．２１）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【Ｆターム（参考）】
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