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POLYMER AND PEROVSKITE TYPE SOLAR BATTERY USING THE SAME

Patent code P180015693
File No. 4862
Posted date Nov 22, 2018
Application number P2016-013870
Publication number P2017-132900A
Date of filing Jan 27, 2016
Date of publication of application Aug 3, 2017
Inventor
  • (In Japanese)若宮 淳志
  • (In Japanese)西村 秀隆
  • (In Japanese)丸山 直輝
  • (In Japanese)アネシュ ゴパル
  • (In Japanese)ジェイヒュン リ
  • (In Japanese)アルワニ イマナ ラフィー
  • (In Japanese)村田 靖次郎
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title POLYMER AND PEROVSKITE TYPE SOLAR BATTERY USING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound that exhibits excellent photoelectric conversion property as a p type buffer layer of a perovskite type solar cell and can be prepared at low cost.
SOLUTION: There is provided a polymer having at least one repeating unit selected from a repeating unit represented by the formula (1) and a structure similar to the same. The polymer preferably has energy level of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of -3.60 to -2.00 eV and energy level of the highest unoccupied molecular orbital (HOMO) of -5.45 to -4.90 eV. (1), where Y1 is a binding group via O, S, N, P or Si, Y2 is a binding group via N or P, R1 is each independently a substituent, R2 is each independently an alkyl group or an alkoxy group, L is each independently a single bond or π conjugated group, m1 is each independently an integer of 0 to 3 and m2 is an integer of 0 to 3.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、クリーンエネルギーとして、太陽光発電が注目を浴びており、太陽電池の開発が進んでいる。その一つとして、低コストで製造可能な次世代型の太陽電池として、ペロブスカイト材料を光吸収層に用いた太陽電池が急速に注目を集めている。例えば、非特許文献1では、ペロブスカイト材料を光吸収層に用いた溶液型の太陽電池が報告されている。また、非特許文献2には、固体型のペロブスカイト型太陽電池が高効率を示すことも報告されている。

ペロブスカイト型太陽電池の基本構造としては、通常、透明電極の上に、n型バッファ層、光吸収層(ペロブスカイト層)、p型バッファ層及び金属電極をこの順に積層している。n型バッファ層とペロブスカイト層との間にメソポーラスチタニア層(電子輸送層)を備えることもある。このうち、p型バッファ層としては、一般的には、有機半導体の正孔輸送性材料が用いられている。

しかしながら、従来のペロブスカイト型太陽電池は、その光電変換効率が十分とは言えず、現在、ペロブスカイト型太陽電池の光電変換効率の熾烈な高効率化競争が国内外で展開されている状況にある。なかでも、光電変換効率の高効率化のためには、p型バッファ層として用いられる優れた有機半導体材料の開発がさらなる高効率化の鍵を握るといっても過言ではない。これまでに、いくつかの正孔輸送性材料の開発が報告されているが、ペロブスカイト型太陽電池として有用と言えるほどの光電変換効率を発揮することができる化合物はほとんど報告されていないのが現状である。現在は、一般に、色素増感型太陽電池用の正孔輸送材料として開発されたSpiro-OMeTADを正孔輸送材料として使用しているが、1gあたり8.8万円程度(Merck)と非常に高価である。また、PTAA(ポリ[ビス(4-フェニル)(2,4,6-トリメチルフェニル)アミン])とよばれるトリフェニルアミン骨格をもつポリマー材料もp型バッファ層用の正孔輸送材料として用いられているが、同様に1gあたり34.2万円程度(Aldrich)と非常に高価である。さらに、これらの材料をp型バッファ層用の正孔輸送材料として用いる場合、添加物としてLiTFSI塩(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を用いる必要があり、これが素子の劣化の原因の一つになってしまうと考えられる(非特許文献3)。これらの現状から、他にp型バッファ層として優れた光電変換特性を示す材料が求められている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、ポリマー及びそれを用いたペロブスカイト型太陽電池に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
一般式(1):
【化1】
 
(省略)
[式中、Y1は酸素原子、硫黄原子、窒素原子、リン原子、又はケイ素原子を介して連結する連結基を示す。Y2は窒素原子又はリン原子を介して連結する連結基を示す。R1は同一又は異なって、置換基を示す。R2は同一又は異なって、置換又は無置換のアルキル基又は置換又は無置換のアルコキシ基を示す。Lは同一又は異なって、単結合又はπ共役基を示す。m1は同一又は異なって、0~3の整数を示す。m2は0~3の整数を示す。]
で表される繰り返し単位(1)、及び
一般式(2):
【化2】
 
(省略)
[式中、Y1、Y2、L及びm1は前記に同じである。R3は同一又は異なって、置換基を示す。m3は0~2の整数を示す。点線は-Y1-(Y1は前記に同じ)で表される基又は結合が存在しないことを示す。]
で表される繰り返し単位(2)
よりなる群から選ばれる少なくとも1種の繰り返し単位を有するポリマー。

【請求項2】
 
前記繰り返し単位(1)が、一般式(1A):
【化3】
 
(省略)
[式中、R1、R2、L、m1及びm2は前記に同じである。]
で表される繰り返し単位(1A)である、請求項1に記載のポリマー。

【請求項3】
 
前記繰り返し単位(2)が、一般式(2A):
【化4】
 
(省略)
[式中、R3、L、m1、m3及び点線は前記に同じである。]
で表される繰り返し単位(2A)である、請求項1又は2に記載のポリマー。

【請求項4】
 
前記Lが、単結合であるか、又は、2価の脂肪族不飽和炭化水素基、2価の芳香族炭化水素基、及び2価の複素環式基よりなる群から選ばれる少なくとも1種を組合せた基である、請求項1~3のいずれかに記載のポリマー。

【請求項5】
 
前記Lが、一般式(3A)~(3M):
【化5】
 
(省略)
[式中、R5及びR6は同一又は異なって、アルキル基を示す。R6はいずれのベンゼン環に結合していてもよい。R7は同一又は異なって、水素原子又はアルキル基を示す。Y3は-O-、-S-、-NR7-、-CR72-、-SiR72-、又は-GeR72-を示す。m4は0~4の整数を示す。m5は0~2の整数を示す。n1は1~5の整数を示す。]
で表される少なくとも1種を組合せた基である、請求項1~4のいずれかに記載のポリマー。

【請求項6】
 
前記Lが前記一般式(3C)又は(3E)で表される基である、請求項5に記載のポリマー。

【請求項7】
 
前記m1及びm3がいずれも0であり、前記m2が1である、請求項1~6のいずれかに記載のポリマー。

【請求項8】
 
前記R2がアルキル基である、請求項1~7のいずれかに記載のポリマー。

【請求項9】
 
最低空軌道のエネルギー準位(LUMO)が-3.60~-2.00 eVである、請求項1~8のいずれかに記載のポリマー。

【請求項10】
 
最高被占有軌道のエネルギー準位(HOMO)が-5.45~-4.90 eVである、請求項1~9のいずれかに記載のポリマー。

【請求項11】
 
請求項1~10のいずれかに記載のポリマーからなる正孔輸送材料。

【請求項12】
 
請求項11に記載の正孔輸送材料を含有するp型バッファ層。

【請求項13】
 
請求項12に記載のp型バッファ層を備える光電変換素子。

【請求項14】
 
請求項13に記載の光電変換素子を備える、ペロブスカイト型太陽電池。
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right Published
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