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公開番号2025109036
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024002687
出願日2024-01-11
発明の名称光電変換素子、及び光電変換装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H10K 30/50 20230101AFI20250716BHJP()
要約【課題】光電変換効率が向上した光電変換素子、及び光電変換装置を提供すること。
【解決手段】第一電極と、第二電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置されている、ペロブスカイト構造の結晶を含む光電変換層とを有する光電変換素子であって、該光電変換層と前記第一電極との間に、特定の構造を有する化合物を含む正孔輸送層を有することを特徴とする光電変換素子。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第一電極と、第二電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置されている、ペロブスカイト構造の結晶を含む光電変換層とを有する光電変換素子であって、
該光電変換層と前記第一電極との間に、下記式（１）で表される化合物を含む正孔輸送層を有することを特徴とする光電変換素子。
JPEG
2025109036000021.jpg
67
145
（式（１）中、Ｒ
１
及びＲ
２
は、それぞれ、炭素原子数１～６の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示し、Ｒ
３
～Ｒ
２２
は、それぞれ独立して、水素原子、トリメチルシリル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数２～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数３～１０のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数３～１０のシクロアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～１８のアルキルチオ基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０のアルキル基を有するアミノ基、置換基を有する炭素原子数６～３６の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい環形成原子数５～３６の複素環基を表す。各官能基が有していてもよい置換基とは、ハロゲノ基、炭素原子数１～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素原子数１～２０のアルコキシ基、炭素原子数１～１８のアルキルチオ基、炭素原子数１～２０のアルキル基を有するアミノ基、炭素原子数６～３６の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数５～３６の複素環基である。）
続きを表示（約 360 文字）【請求項２】
前記式（１）において、Ｒ
３
～Ｒ
２２
が、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０のアルコキシ基、又は置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０のアルキル基を有するアミノ基である化合物を前記正孔輸送層に含む、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記式（１）において、Ｒ
５
、Ｒ
１０
、Ｒ
１５
、Ｒ
２０
が、それぞれ置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０以下のアルコキシ基である化合物を前記正孔輸送層に含む、請求項１又は２に記載の光電変換素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換素子、及び光電変換装置に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
化石エネルギーの枯渇問題及び化石エネルギーの使用による地球の環境問題を解決するために、太陽エネルギー、風力、水力などのように、再生可能であって清浄な代替エネルギー源に関する研究が活発に行われている。そのなかでも、太陽光を直接電気的エネルギーに変化させる太陽電池に関する関心が増大している。ここで、太陽電池とは、太陽光から光エネルギーを吸収し、電子及び正孔が発生する光起電効果を利用して電流－電圧を生成する電池を意味する。
現在、２０％を超える光エネルギー変換効率を有するｎ－ｐダイオード型シリコン（Ｓｉ）単結晶ベースの太陽電池が広く知られ、実際に太陽光発電に用いられている。しかしながら、これらは、高温処理工程を必要とし、また材料自体の価格も高いため、単位電力あたりのコストが高いという問題を有している。また、シリコン資源の面から、供給性にも問題を有している。
【０００３】
一方、有機材料を用いた太陽電池（以下、「有機太陽電池」という）は、高温処理工程を必要とせず、シート状基板でいわゆるｒｏｌｌｔｏｒｏｌｌ方式での生産が可能で低コスト化が見込める。しかし、有機太陽電池の実用化のためには発電効率と耐久性の更なる向上が望まれている。正孔を選択的に輸送する機能を高めて光電変換効率を向上させる目的で、正孔輸送層に用いる正孔輸送材料の開発が進められている。例えば特許文献１及び非特許文献１には、特定の構造を有する化合物を含む正孔輸送層を設けることで、光電変換効率を向上させることが記載されている。また、光電変換層としてペロブスカイト構造の結晶を有するペロブスカイト型太陽電池は、光電変換性に優れるため有機太陽電池の実用化に向けて特に開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０２２／１５３９６２号
【非特許文献】
【０００５】
Ｊ．Ｋｕｍａｒ，ｅｔａｌ，ＲＳＣＡｄｖ．，２０１３，３，１５６２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らの検討によると、ペロブスカイト構造の結晶を含む光電変換層を有する光電変換素子において、正孔輸送層に特許文献１及び非特許文献１に記載の化合物を用いた光電変換素子では、光電変換効率が不十分であった。
したがって、本発明の目的は、特定の構造を有する化合物を正孔輸送層に用いて、光電変換効率が向上した光電変換素子、及び光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明にかかる光電変換素子は、第一電極と、第二電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置されている、ペロブスカイト構造の結晶を含む光電変換層とを有する光電変換素子であって、該光電変換層と前記第一電極との間に、下記式（１）で表される化合物を含む正孔輸送層を有することを特徴とする。
JPEG
2025109036000002.jpg
67
144
（式（１）中、Ｒ
１
及びＲ
２
は、それぞれ、炭素原子数１～６の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示し、Ｒ
３
～Ｒ
２２
は、それぞれ独立して、水素原子、トリメチルシリル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数２～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数３～１０のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数３～１０のシクロアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～１８のアルキルチオ基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０のアルキル基を有するアミノ基、置換基を有していてもよい炭素原子数６～３６の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい環形成原子数５～３６の複素環基を表す。各官能基が有していてもよい置換基とは、ハロゲノ基、炭素原子数１～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素原子数１～２０のアルコキシ基、炭素原子数１～１８のアルキルチオ基、炭素原子数１～２０のアルキル基を有するアミノ基、炭素原子数６～３６の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数５～３６の複素環基である。）
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光電変換効率が向上した光電変換素子、及び光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の光電変換素子の第一の一実施形態の厚さ方向の断面模式図である。
本発明の光電変換素子の第二の一実施形態の厚さ方向の断面模式図である。
本発明の光電変換素子を備えた移動体の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
本発明の光電変換素子を備えた建材の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の光電変換素子は、第一電極と、第二電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置されている、ペロブスカイト構造の結晶を含む光電変換層とを有する光電変換素子であって、該光電変換層と前記第一電極との間に、下記式（１）で表される化合物を含む正孔輸送層を有する。
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2025109036000003.jpg
67
144
式（１）中、Ｒ
１
及びＲ
２
は、それぞれ、炭素原子数１～６の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基を示し、Ｒ
３
～Ｒ
２２
は、それぞれ独立して、水素原子、トリメチルシリル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数２～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数３～１０のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数３～１０のシクロアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～１８のアルキルチオ基、置換基を有していてもよい炭素原子数１～２０のアルキル基を有するアミノ基、置換基を有する炭素原子数６～３６の芳香族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい環形成原子数５～３６の複素環基を表す。各官能基が有していてもよい置換基とは、ハロゲノ基、炭素原子数１～２０の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、炭素原子数１～２０のアルコキシ基、炭素原子数１～１８のアルキルチオ基、炭素原子数１～２０のアルキル基を有するアミノ基、炭素原子数６～３６の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数５～３６の複素環基である。
（【００１１】以降は省略されています）

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