CN103548167B - 有机化合物及包含其的光电器件 - Google Patents

有机化合物及包含其的光电器件 Download PDF

Info

Publication number
CN103548167B
CN103548167B CN201280022466.0A CN201280022466A CN103548167B CN 103548167 B CN103548167 B CN 103548167B CN 201280022466 A CN201280022466 A CN 201280022466A CN 103548167 B CN103548167 B CN 103548167B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cor
inventory
organic compound
many ring
bridge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201280022466.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103548167A (zh
Inventor
帕维尔·霍赫洛夫
P·拉扎列夫
A·诺克尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cryscade Solar Ltd
Original Assignee
Cryscade Solar Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cryscade Solar Ltd filed Critical Cryscade Solar Ltd
Publication of CN103548167A publication Critical patent/CN103548167A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103548167B publication Critical patent/CN103548167B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D471/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00
    • C07D471/02—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D471/04—Ortho-condensed systems
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D241/00—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings
    • C07D241/36—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D241/38—Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings condensed with carbocyclic rings or ring systems with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atoms
    • C07D241/46—Phenazines
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D471/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00
    • C07D471/02—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D471/06—Peri-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D471/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00
    • C07D471/22—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00 in which the condensed systems contains four or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/12—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains three hetero rings
    • C07D487/16—Peri-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D493/00—Heterocyclic compounds containing oxygen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system
    • C07D493/02—Heterocyclic compounds containing oxygen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D493/06—Peri-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D495/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D495/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D495/04—Ortho-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D495/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D495/12—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains three hetero rings
    • C07D495/14—Ortho-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D498/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D498/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D498/04—Ortho-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D498/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D498/22—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains four or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D513/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for in groups C07D463/00, C07D477/00 or C07D499/00 - C07D507/00
    • C07D513/12—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for in groups C07D463/00, C07D477/00 or C07D499/00 - C07D507/00 in which the condensed system contains three hetero rings
    • C07D513/14—Ortho-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D519/00—Heterocyclic compounds containing more than one system of two or more relevant hetero rings condensed among themselves or condensed with a common carbocyclic ring system not provided for in groups C07D453/00 or C07D455/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B5/00—Dyes with an anthracene nucleus condensed with one or more heterocyclic rings with or without carbocyclic rings
    • C09B5/62—Cyclic imides or amidines of peri-dicarboxylic acids of the anthracene, benzanthrene, or perylene series
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H10K85/621—Aromatic anhydride or imide compounds, e.g. perylene tetra-carboxylic dianhydride or perylene tetracarboxylic di-imide
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H10K85/623—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing five rings, e.g. pentacene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H10K85/626—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing more than one polycyclic condensed aromatic rings, e.g. bis-anthracene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Nitrogen Condensed Heterocyclic Rings (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

本发明提供一种具有通用结构式I的有机化合物，以及包含具有通式I的化合物的光电器件和光电层。所述有机化合物形成棒状超分子，并且吸收在至少一个从400到3000nm波长范围内的预定光谱子范围中的电磁辐射同时激发电子‑空穴对。多环核心Cor1、桥接基团B、和多环核心Cor2形成一个选自以下清单的分子系统，该清单包括供体‑桥‑受体‑桥‑供体和受体‑桥‑供体‑桥‑受体，其中进行被激发的电子‑空穴对的一种解离。这种有机化合物或其盐的溶液在一个衬底上形成一个固体光电层。

Description

有机化合物及包含其的光电器件
技术领域
本发明总体上涉及有机化学领域，并且尤其涉及旨在用于转变光能并且具体来说用于将太阳能转换成电能的有机化合物和光电器件。
背景技术
基于有机材料的太阳能电池或光电（PV）器件的发展已成为具有相当大的应用前景的重要研究领域。与常规的基于无机硅的太阳能电池相比，这些器件的特征（诸如与柔性基板的通用性和相容性）与低成本和大面积的生产相结合为其提供优势。在不同的有机半导体中，形成2D柱状结构的液晶（LC）（参见C.德特拉德（C.Destrade），P.福契（P.Foucher），H.加帕洛克斯（H.Gasparroux），N.H.静（N.H.Tinh），A.M.莱弗鲁特（A.M.Levelut），J.马切特（J.Malthete），分子晶体与液晶（Mol.Cryst.Liq.Cryst.）1984,106,121）对于PV应用而言是有前景的材料（参见L.施密特-门德（L.Schmidt-Mende），A.费琴科特（A.Fechtenkotter），K.马伦（K.Mullen），E.蒙斯（E.Moons），R.H.弗兰德（R.H.Friend），J.D.麦肯齐（J.D.MacKenzie），科学（Science）2001,293,1119）。尽管作出许多努力，但实现有效的有机太阳能电池仍是一个主要的科学挑战。存在一种已知的基于聚(2-甲氧基-5-(2'-乙基-己氧基)-对亚苯基亚乙烯基)（MEH-PPV）共聚物和二萘嵌苯-苯基-乙基-酰亚胺衍生物（PPEI）的光电转换器（参见J.J.迪特默（J.J.Dittmer）等人，合成金属（SyntheticMetals），第102卷，879-880(1999)）。在这个系统中，MEH-PPV充当空穴受体，而PPEI充当电子受体（空穴供体）。在有机半导体中光生的激子随后在供体与受体组分之间的界面处衰变成自由电荷载流子（电子和空穴）。PPEI的引入明显增加了采用这个系统的光电器件的外部量子效率。PPEI粒子在等于激子扩散长度（约9nm）的距离范围内分布在MEH-PPV基质体积中。因此，在PPEI存在下，在薄膜MEH-PPV结构中电荷分离是受激的。
另一种已知的光电电池包括一种有机电子供体材料的第一层，该第一层与由一种有机电子受体材料制成的第二层接触（克劳斯佩特里奇（Klaus Petritsch）,PhD学位论文（PhD Thesis），“有机太阳能电池架构（Organic Solar Cell Architectures）”，剑桥与格拉兹公司（Cambridge and Graz），2000年7月，第4章，双层器件（Double Layer Devices），第67页）。这些电子供体和电子受体材料能够吸收波长在350到1000nm范围内的光，并且这些材料在彼此接触时能够形成一个整流结。这种电池具有至少与有机层表面的一部分形成欧姆接触（Ohmic contact）的多个电极。所述光电电池的一个显著特征是所采用的有机材料包含具有总体上成平面的多环核的有机化合物。这些化合物能够形成一个总厚度不超过0.5微米的层结构。
上文所提及的材料的有机层不具有晶体结构，这对光电器件而言是一个缺点。由于这个原因，与在相同的块状晶体材料中相比，在这些层中电子和空穴的迁移率要低得多。因此，电子和空穴在激子寿命期间不会离开半导体结构的活性区域并重组。这样的电子-空穴对不会有助于光电流，并且光电转换效率降低。另外，电子和空穴迁移率的降低导致材料的电阻率增加，并且从而导致光电器件的串联电阻增加。这意味着欧姆损耗的增加，并且光电转换效率额外的降低。前述光电器件的另一个缺点是这些非晶材料具有极小的光生激子扩散长度。这需要使用具有厚度与激子扩散长度相当的极薄层的光电结构，并且这也降低了光电器件的外部和内部量子效率两者。
所披露的有机化合物和基于其的光电器件旨在克服现有技术中的有机化合物和光电器件的这些缺点。
在本发明的说明书和权利要求书中所使用的不同术语的定义列举如下。
术语“空间群C2v”展示在图1中，并且指示一个分子或分子部分具有一个2重旋转轴AA'和一个平行于该旋转轴的镜面M1。2重轴与镜面的组合得到另一个镜面M2，该镜面平行于该旋转轴并且垂直于第一镜面M1。
术语“空间群D2h”展示在图2中，并且指示一个分子或分子部分具有彼此垂直的两个2重旋转轴AA'和BB'以及垂直于其中之一的镜面M1。对称要素的这种组合得到彼此垂直并且垂直于初始镜面的两个额外镜面M2和M3。还提供了一个垂直于初始2重轴的额外2重轴CC'。一个反演中心O处在这种分子结构的中心。
发明内容
本发明提供一种具有通用结构式I的有机化合物：
其中Cor1是一个第一类型的多环核心；Cor2是一个第二类型的多环核心；B是一个通过多个共价化学键提供多环核心Cor1与多环核心Cor2的键合的桥接基团；R1和R2是提供这种有机化合物在适合溶剂中的溶解性的分子基团；m是1、2、3或4；n是0、1、2、3或4；X1和X2是相应地改变这些多环核心Cor1和Core2的HOMO和LUMO能级的改性基团；p是0、1、2；并且q是0、1、2。所述有机化合物由于π-π相互作用而形成棒状超分子，并且吸收在至少一个从400到3000nm波长范围内的预定光谱子范围中的电磁辐射同时激发电子-空穴对。多环核心Cor1、桥接基团B和多环核心Cor2形成一个选自以下清单的分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1，该清单包括供体-桥-受体-桥-供体和受体-桥-供体-桥-受体，其中进行被激发的电子-空穴对的解离。
在另一方面，本发明提供一种光电器件，该光电器件包括一个第一电极和一个第二电极，以及至少一个具有一个前表面和一个后表面的光电层。所述光电层包含至少一种具有通用结构式I的有机化合物：
其中Cor1是一个第一类型的多环核心；Cor2是一个第二类型的多环核心；B是一个通过多个共价化学键提供多环核心Cor1与多环核心Cor2的键合的桥接基团；R1和R2是提供这种有机化合物在适合溶剂中的溶解性的分子基团；m是1、2、3或4；n是0、1、2、3或4；X1和X2是相应地改变这些多环核心Cor1和Core2的HOMO和LUMO能级的改性基团；p是0、1、2；q是0、1、2。所述有机化合物由于π-π相互作用而形成棒状超分子，并且吸收在至少一个从400到3000nm波长范围内的预定光谱子范围中的电磁辐射同时激发电子-空穴对。多环核心Cor1、桥接基团B和多环核心Cor2形成一个选自以下清单的分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1，该清单包括供体-桥-受体-桥-供体和受体-桥-供体-桥-受体，其中进行被激发的电子-空穴对的解离。这种有机化合物相对于光电层表面同向地排列，并且多环核心Cor1和Cor2各自地组装成一种第一类型的π-π堆积和一种第二类型的π-π堆积。一种类型的堆积实现电子传输，另一种类型的堆积实现空穴传输，并且所述堆积通过分子基团R1和R2而彼此电隔离。
在还另一方面，本发明提供一种光电层，该光电层包含至少一种具有通用结构式I的有机化合物：
其中Cor1是一个第一类型的多环核心；Cor2是一个第二类型的多环核心；B是一个通过多个共价化学键提供多环核心Cor1与多环核心Cor2的键合的桥接基团；R1和R2是提供这种有机化合物在适合溶剂中的溶解性的分子基团；m是1、2、3或4；n是0、1、2、3或4；X1和X2是相应地改变这些多环核心Cor1和Cor2的HOMO和LUMO能级的改性基团；p是0、1、2；q是0、1、2。所述有机化合物由于π-π相互作用而形成棒状超分子，并且吸收在至少一个从400到3000nm波长范围内的预定光谱子范围中的电磁辐射同时激发电子-空穴对。多环核心Cor1、桥接基团B和多环核心Cor2形成一个选自以下清单的分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1，该清单包括供体-桥-受体-桥-供体和受体-桥-供体-桥-受体，其中进行被激发的电子-空穴对的解离。这种有机化合物相对于光电层表面同向地排列，并且多环核心Cor1和Cor2各自地组装成一种第一类型的π-π堆积和一种第二类型的π-π堆积。一种类型的堆积实现电子传输，另一种类型的堆积实现空穴传输，并且所述堆积通过分子基团R1和R2而彼此电隔离。
附图说明
本发明的这些和多种其他的特征和优势在结合下文所提供的附图和所附权利要求书阅读以下详细说明后将变得更好理解，其中：
图1展示了一种空间群C2v。
图2展示了一种空间群D2h。
图3示出了一个根据本发明的光电器件的横截面。
具体实施方式
在已经对本发明进行了总体描述的情况下，通过参考特定实施例可以获得进一步理解，本文所给出的这些特定实施例仅出于说明的目的并且不旨在限制所附权利要求书的范围。
本发明提供如上文所披露的有机化合物。这种有机化合物或其盐的一种溶液在一个衬底上形成一个固体光电层。在所披露的有机化合物的一个实施例中，这些多环核心中的至少一个是杂环核心。在所披露的化合物的一个实施例中，提供溶解性的基团R1和R2独立地选自以下清单，该清单对于水或水混溶性的溶剂而言包括-COOH、-SO3H以及-H2PO3；而对于有机溶剂而言包括直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合，其中这些基团与核心Cor1和Cor2直接或通过一个选自以下清单的间隔基相连接，该清单包括芳基、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-以及其任何组合。在这种化合物的另一个实施例中，桥接基团B中的至少一个选自以下清单，该清单包括对亚苯基（Php）低聚物，其中p是1、2、3、4或5；2,7-低聚芴（Fls）低聚物，其中s是1、2、3或4；以及亚烷基-(CH2)J-，其中j是1、2、3或4。在这种化合物的又另一个实施例中，改性基团X1和X2独立地选自以下清单，该清单包括H、Cl、Br、F、OH、NO2、NO以及NH2。在这种化合物的还另一个实施例中，这些多环核心Cor1和Cor2中的至少一个包含选自以下清单的多个杂原子，该清单包括氮、氧、硫以及其任何组合。
在这种化合物的又另一个实施例中，多环核心Cor2选自以下清单，该清单包括表1中所示出的从1到5的结构。
表1多环核心Cor 2 的实例
在这种化合物的还另一个实施例中，多环核心Cor1选自以下清单，该清单包括表2中所示出的从6到20的结构。
表2多环核心Cor 1 的实例
在所披露的化合物的一个实施例中，核心Cor1具有C2v或D2h空间群的对称性，并且核心Cor2具有D2h空间群的对称性。在所披露的化合物的另一个实施例中，分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1具有D2h空间群的对称性。在这种化合物的一个实施例中，供体的能级与受体的能级根据以下等式相关联：HOMOA<HOMOD≤LUMOA-1eV和LUMOA<LUMOD。
在本发明的另一个实施例中，二萘嵌苯二酰亚胺充当受体核心Cor2，桥接基团B选自包括苯基和联苯基的清单，，并且供体核心Cor1的HOMOD和LUMOD能级满足以下条件：-6.0eV<HOMOD<-5.5eV和-4.0eV<LUMOD。
在本发明的另一个实施例中，这种有机化合物选自以下清单，该清单包括表3中所示出的从21到26的结构。
表3.根据本发明的有机化合物的实例
其中R、R1和R2是直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合；并且X是Cl或Br。
在所披露的化合物的又另一个实施例中，适合的溶剂选自以下清单，该清单包括水、水混溶性的溶剂、酮类、羧酸类、烃类、环烃类、氯烃类、醇类、醚类、酯类以及其任何组合。
本发明还提供了如上文所披露的光电器件。在所披露的光电器件的一个实施例中，这些多环核心Cor1和Cor2中的至少一个是杂环核心。在所披露的光电器件的另一个实施例中，提供溶解性的基团R1和R2独立地选自以下清单，该清单对于水或水混溶性的溶剂而言包括-COOH、-SO3H以及-H2PO3；而对于有机溶剂而言包括直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合，其中这些基团与核心Cor1和Cor2直接或通过一个选自以下清单的间隔基相连接，该清单包括芳基、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-以及其任何组合。在所披露的光电器件的又另一个实施例中，桥接基团B中的至少一个选自以下清单，该清单包括对亚苯基（Php）低聚物，其中p是1、2、3、4或5；2,7-低聚芴（Fls）低聚物，其中s是1、2、3或4；以及亚烷基-(CH2)J-，其中j是1、2、3或4。在所披露的光电器件的还另一个实施例中，改性基团X1和X2选自以下清单，该清单包括H、Cl、Br、F、OH、NO2、NO以及NH2。在所披露的光电器件的一个实施例中，这些多环核心Cor1和Cor2中的至少一个包含选自以下清单的多个杂原子，该清单包括氮、氧、硫以及其任何组合。在所披露的光电器件的还另一个实施例中，多环核心Cor2选自以下清单，该清单包括表1中所示出的从1到5的结构。在所披露的光电器件的一个实施例中，多环核心Cor1选自以下清单，该清单包括表2中所示出的从6到20的结构。在所披露的光电器件的另一个实施例中，多环核心Cor1具有C2v或D2h空间群的对称性，并且Cor2具有D2h空间群的对称性。在所披露的光电器件的又另一个实施例中，分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1具有D2h空间群的对称性。在所披露的光电器件的另一个实施例中，供体的能级与受体的能级根据以下等式相关联：HOMOA<HOMOD≤LUMOA-1eV和LUMOA<LUMOD。在这种光电器件的又另一个实施例中，二萘嵌苯二酰亚胺充当受体核心Cor2，桥接基团B选自包括苯基和联苯基的清单，，并且供体核心Cor1的HOMOD和LUMOD能级满足以下条件：-6.0eV<HOMOD<-5.5eV和-4.0eV<LUMOD。在这种光电器件的又另一个实施例中，这种化合物选自以下清单，该清单包括表3中所示出的从21到26的结构。
在本发明的一个实施例中，所披露的光电器件包括光电层、在所述光电层的前表面的至少一部分上形成的第一电极以及在所述光电层的后表面的至少一部分上形成的第二电极。在所披露的光电器件的一个实施例中，这个第二电极是一个针对入射到这个器件上的电磁辐射的反射电极。在所披露的光电器件的另一个实施例中，一个所述电极由具有提供空穴捕获接触和电子能阻接触的功函数的材料制成，并且另一个所述电极由具有提供空穴能阻接触和电子捕获接触的功函数的材料制成。在所披露的光电器件的又另一个实施例中，电极材料选自以下清单，该清单包括金属、ITO（铟锡氧化物）、碳纳米管导电涂层、PEDOT:PSS层、酞菁、LiF以及铝掺杂的氧化锌。在所披露的光电器件的还另一个实施例中，一个所述电极包括一个与光电层接触的电子受体层，并且另一个所述电极包括一个与光电层接触的电子供体层。在本发明的一个实施例中，所披露的光电器件进一步包括一个支承所述电极和所述光电层的衬底。在所披露的光电器件的一个实施例中，这个衬底由选自以下清单的材料制成，该清单包括聚合物和玻璃。在所披露的光电器件的另一个实施例中，这个衬底对于所述器件对之敏感的入射电磁辐射而言是透明的。
图3呈现了所披露的光电器件的示意图，该光电器件基于位于第一电极(1)与第二电极(2)之间的一个光电层(4)。这个第一电极由具有提供空穴捕获接触和电子能阻接触的功函数的材料制成，并且这个第二电极由具有提供空穴能阻接触和电子捕获接触的功函数的材料制成。电极材料可以选自以下清单，该清单包括金属、ITO（铟锡氧化物）、碳纳米管导电涂层、PEDOT:PSS层、酞菁、LiF以及铝掺杂的氧化锌。所述电极中的至少一个对于所述光电层对之敏感的入射电磁辐射而言是透明的，因此图3中所示出的第一电极是透明的。所述光电层(4)包括相对于这个光电层表面同向地排列的形成棒状超分子的有机化合物。棒状超分子借助于单一类型的多环核心的π-π相互作用来形成，这些多环核心提供分别具有电子和空穴导电性的不同的导电路径。这些导电路径由于提供有机化合物溶解性的基团而本身之间是电隔离的。整个结构在一个衬底(5)上形成，并且这些电极被连接到一个电阻性负载(3)上。这个衬底由选自以下清单的材料制成，该清单包括聚合物和玻璃。
在本发明的一个实施例中，光电器件进一步包括两个或更多个所述光电层，其中所述光电层包含具有通用结构式I的不同有机化合物，并且进而确保吸收在400到3000nm波长范围内的相同或不同光谱子范围中的电磁辐射。
本发明提供如上文所披露的光电层。在所披露的光电层的一个实施例中，这些多环核心Cor1和Cor2中的至少一个是杂环核心。在所披露的光电层的另一个实施例中，提供溶解性的基团R1和R2独立地选自以下清单，该清单对于水或水混溶性的溶剂而言包括-COOH、-SO3H以及-H2PO3；而对于有机溶剂而言包括直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合，其中这些基团与核心Cor1和Cor2直接或通过一个选自以下清单的间隔基相连接，该清单包括芳基、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-以及其任何组合。在所披露的光电层的又另一个实施例中，桥接基团B中的至少一个选自以下清单，该清单包括对亚苯基（Php）低聚物，其中p是1、2、3、4或5；2,7-低聚芴（Fls）低聚物，其中s是1、2、3或4；以及亚烷基-(CH2)J-，其中j是1、2、3或4。在所披露的光电层的还另一个实施例中，改性基团X1和X2选自以下清单，该清单包括H、Cl、Br、F、OH、NO2、NO以及NH2。在所披露的光电层的一个实施例中，这些多环核心Cor1和Cor2中的至少一个包含选自以下清单的多个杂原子，该清单包括氮、氧、硫以及其任何组合。在所披露的光电层的还另一个实施例中，多环核心Cor2选自以下清单，该清单包括表1中所示出的从1到5的结构。在所披露的光电层的一个实施例中，多环核心Cor1选自以下清单，该清单包括表2中所示出的从6到20的结构。在所披露的光电层的另一个实施例中，多环核心Cor1具有C2v或D2h空间群的对称性，并且Cor2具有D2h空间群的对称性。在所披露的光电层的又另一个实施例中，分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1具有D2h空间群的对称性。在所披露的光电层的另一个实施例中，供体的能级与受体的能级根据以下等式相关联：HOMOA<HOMOD≤LUMOA-1eV和LUMOA<LUMOD。在这种光电层的又另一个实施例中，二萘嵌苯二酰亚胺充当受体核心Cor2，桥接基团B选自包括苯基和联苯基的清单，，并且供体核心Cor1的HOMOD和LUMOD能级满足以下条件：-6.0eV<HOMOD<-5.5eV和-4.0eV<LUMOD。在这种光电层的又另一个实施例中，这种化合物选自以下清单，该清单包括表3中所示出的从21到26的结构。
为了可以更容易地理解本发明，参考以下实例，这些实例旨在用于说明本发明，但不旨在限制范围。
实例1
这个实例描述了根据本发明的有机化合物的合成，其中二萘嵌苯衍生物（结构式1）充当多环核心Cor2，咔唑（结构式19）充当多环核心Cor1，并且苯基充当桥接基团B（方案1）。
方案1
这种有机化合物通过薗头反应（Sonogashira reaction）合成，其中N,N-双[3,4-二(十六烷氧基)苯甲基]-1,7-二溴二萘嵌苯二酰亚胺与9-(4-乙炔基苯基)咔唑偶合。
1.合成9-(4-乙炔基苯基)咔唑（方案2）
方案2
程序：
阶段1：使9-(4-溴苯基)咔唑（4.9g，15.3mmol）、三甲基甲硅烷基乙炔（2.17mL）、三苯膦（0.19g）和Pd(PPh3)2Cl2（0.12g）在60mL三乙胺中的混合物脱气持续15分钟。煮沸反应混合物持续5分钟，然后添加CuI（0.12g）。煮沸所得混合物持续另一个12小时。将混合物置于室温下直到完全冷却，滤出沉淀物。在一个旋转蒸发器上蒸发滤液，通过柱色谱法使用己烷作为洗脱剂来纯化残余物，并且使残余物从庚烷中再结晶。产率是76%。
阶段2：将咔唑3（2.0g）和氟化四丁基铵在50mL无水THF中的混合物在室温下搅拌持续12小时，其中氟化四丁基铵的量选择为三摩尔氟化四丁基铵对一摩尔咔唑。用1N HCl（50mL）处理所得混合物，并且用乙醚（2×50mL）萃取。分离有机层并且经硫酸镁干燥，然后在减压下去除溶剂并且使残余物从己烷中再结晶，以便产生咔唑4。咔唑4的产率是65%。
2.合成N,N-双[3,4-二(十六烷氧基)苯甲基]-1,7-双[4-(咔唑-9-基)苯基-4-乙炔基]二萘嵌苯二酰亚胺
有机化合物8的合成包括在薗头反应的条件下使先前所获得的二酰亚胺9与乙炔基咔唑4直接偶合（方案3）。二酰亚胺9的纯度由TLC控制，将其从CHCl3-MeOH系统中再沉淀两次，并且测量其NMR1H光谱。
方案3
将二酰亚胺9（1.8g）、Pd(PPh3)2Cl2（0.23g）、三苯膦（0.10g）和CuI（0.06g）溶解在NEt3（40mL）与THF（60mL）的混合物中。使所得溶液脱气若干次，并且然后在60℃下加热持续20分钟。在氩气气氛下向这种溶液中一次性添加9-(4-乙炔基苯基)咔唑（0.8g）。加热反应混合物持续2小时，并且然后置于室温下直到完全冷却。滤出所形成的沉淀物，对其进行干燥直到重量恒定，使其从CHCl3-MeOH系统中再沉淀，并且从CHCl3中再结晶。有机化合物8的产量是1.1g。
实例2
这个实例描述了根据本发明的有机化合物的合成，其中二萘嵌苯衍生物（结构式1）充当多环核心Cor2，结构式20充当多环核心Cor1，并且苯基充当桥接基团B（方案4）。
方案4
以上所提及的有机化合物的合成包括以下步骤：
1.合成3-氨基-N-烷基-咔唑：
9-烷基-9H-咔唑通过在氢化钠存在下于二甲基甲酰胺中用烷基溴化物处理咔唑来合成（方案5）：
方案5
9-烷基-3-硝基-9H-咔唑通过在乙酸中用发烟硝酸处理9-烷基-9H-咔唑来制备（方案6）：
方案6
3-氨基N-烷基-咔唑通过在10%钯/活性碳粉末存在下氢化来制备（方案7）：
方案7
2.合成二噁嗪染料：
8,18-二溴-5,15-二烷基-5,15-二氢咔唑并[3',2':5,6][1,4]噁嗪并[2,3-b]吲哚并[2,3-i]吩噁嗪（二噁嗪片段）通过在苯磺酰氯存在下于邻二氯苯中使3-氨基-N-烷基-咔唑与四溴苯醌缩合并且环化来制备（方案8）：
方案8
3.苏楚基偶合（Suzuki coupling）：
8-溴-5,15-二烷基-18-(4-硝基苯基)-5,15-二氢咔唑并[3',2':5,6][1,4]噁嗪并[2,3-b]吲哚并[2,3-i]吩噁嗪通过在四(三苯膦)钯(0)存在下于1-甲基-2-吡咯烷酮中的8,18-二溴-5,15-二烷基-5,15-二氢咔唑并[3',2':5,6][1,4]噁嗪并[2,3-b]吲哚并[2,3-i]吩噁嗪与(4-硝基苯基)硼酸的苏楚基反应来合成（方案9）：
方案9
4.还原硝基：
4-(18-溴-5,15-二烷基-5,15-二氢咔唑并[3',2':5,6][1,4]噁嗪并[2,3-b]吲哚并[2,3-i]吩噁嗪-8-基)苯胺通过在10%钯/活性碳粉末存在下氢化来制备（方案10）：
方案10
5.组装有机化合物：
有机化合物的组装通过加热4-(18-溴-5,15-二烷基-5,15-二氢咔唑并[3',2':5,6][1,4]噁嗪并[2,3-b]吲哚并[2,3-i]吩噁嗪-8-基)苯胺与3,4,9,10-二萘嵌苯四羧酸二酐在3-氯苯酚中的混合物来进行（方案11）：
方案11
实例3
这个实例描述了根据本发明的有机化合物的合成，其中二萘嵌苯衍生物（结构式1）充当多环核心Cor2，咔唑（结构式19）充当多环核心Cor1，并且联苯充当桥接基团B。
1.合成3,6-二(十二烷酰基)咔唑。
方法是基于咔唑与十二烷酰氯在弗里德尔-克拉夫茨条件（Friedel-Craftscondition）下的酰化作用（方案12）以及两个羰基的后续还原。
方案12
程序：在搅拌下于回流温度下加热咔唑（10g，60mmol）和AlCl3（16.7g，127mmol）在84mL无水CS2中的混合物，并且逐滴添加月桂酰氯（25.2mL，122mmol）。在回流下加热反应混合物直到HCl停止释出（3小时），并且然后蒸馏出溶剂。随后的程序步骤包括用浓HCl处理所获得的残余物，用水稀释，过滤固体产物，以及在过滤器上用水洗涤固体产物。在空气中干燥之后，使粗物质从乙醇/二噁烷中结晶，得到13.1g（产率：41.1%）纯的无色2，熔点179℃-180℃。
2.合成3,6-二(十二烷基)咔唑。
三氟乙酸中的三乙基硅烷用于还原两个羰基。这种反应在室温下过夜即可容易地发生（方案13）。
方案13
程序：在10℃下向3,6-二(十二烷基)咔唑3（10g）在100mL三氟乙酸中的溶液中逐滴添加三乙基硅烷。在室温下搅拌所得混合物过夜，并且然后添加500mL水。滤出所形成的沉淀物，用水（3×100mL）洗涤，并且从乙醇中再结晶，以便产生8.0g产物。
3.合成N-(4-硝基)联苯基-3,6-二(十二烷基)咔唑。
为了在咔唑的9位插入对硝基联苯基，在磷酸钾和用于稳定铜(I)的反-1,2-二氨基环己烷存在下使用Cu(I)催化的偶合（方案14）。
方案14
程序：在室温下，向1,4-二噁烷（100mL）中添加4-碘-4'-硝基联苯（7.5mmol）、3,6-二(十二烷基)咔唑（9.0mmol）、K3PO4（15.8mmol）、CuI（0.16mmol）和反-1,2-环己烷-二胺（0.90mmol）。使反应混合物回流持续24小时。将混合物冷却到室温后，过滤被溶解的物质。蒸发1,4-二噁烷，并且添加乙酸乙酯。用蒸馏水洗涤混合物，并且用MgSO4干燥。通过柱色谱法（己烷:乙酸乙酯（9:1））获得最终产物。获得白色固体产物（产率：90%）。
4.合成N-(4-氨基)联苯-3,6-二(十二烷基)咔唑。
硝基的氢化在氢气气氛下于四氢呋喃中使用钯/碳催化来实现（方案15）。
方案15
程序：使用氩气使N-(4-氨基)联苯-3,6-二(十二烷基)咔唑（3.1g）在80mL无水THF中的溶液脱气三次，然后向这种溶液中添加0.5g Pd/C（10%）。使所得悬浮液再次脱气，并且连接到氢气装置。反应需要8小时来完成。滤出催化剂Pd/C，并且蒸发滤液，得到粗产物。在硅胶上使用柱色谱法（乙酸乙酯:石油醚=1:3）来进行产物的纯化。产量是2.4g。
5.合成咔唑处于顶点位置的基于二萘嵌苯的有机化合物。
这种有机化合物的组装在间氯苯酚中进行（方案16）。
方案16
程序：在氩气下向二萘嵌苯6（0.8g）在10ml间氯苯酚中的热（80℃）溶液中添加胺5（1.8g），然后向所得溶液中添加10mg苯甲酸。在144℃下搅拌混合物持续18小时（TLC控制）。将热（50℃）混合物倒入甲醇（150mL）中，搅拌持续2小时并且滤出。通过柱色谱法使用氯仿/石油醚（比率2.5:1）的混合物作为洗脱剂来纯化沉淀物以便获得纯产物。使产物再从甲醇-氯仿混合物中再沉淀。有机化合物7的产量是0.85g。
实例4
这个实例描述了根据本发明的有机化合物的合成，其中二萘嵌苯衍生物（结构式1）充当多环核心Cor2，咔唑（结构式19）充当多环核心Cor1，并且苯基充当桥接基团B（方案1）。这种有机化合物的合成包括以下步骤：
1.合成9-(4-溴苯基)咔唑（方案17）。
方案17
程序：
在氮气下，将CuI（1.14g，6mmol）、18-冠醚-6（0.53g，2mmol）、K2CO3（16.6g，120mmol）、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮（DMPU）（2mL）、二溴苯（14.2g，60mmol）和咔唑（10g，60mmol）的混合物于170℃下加热持续11小时。冷却到室温后，用1N HCl淬火混合物，过滤沉淀物并且用NH4OH和水洗涤。通过柱色谱法使用己烷作为洗脱剂来纯化灰色固体物质。产率是62%。
2.合成9-(4-乙炔基苯基)咔唑（方案18）
方案18
程序：
阶段1：使9-(4-溴苯基)咔唑（4.9g，15.3mmol）、三甲基甲硅烷基乙炔（2.17mL）、三苯膦（0.19g）、Pd(PPh3)2Cl2（0.12g）在60mL三乙胺中的混合物脱气持续15分钟。煮沸反应混合物持续5分钟，添加CuI（0.12g）；再煮沸所得混合物持续12小时。混合物达到室温后，滤出沉淀物。在旋转蒸发器上蒸发滤液，通过柱色谱法使用己烷作为洗脱剂来纯化残余物，并且使残余物从庚烷中再结晶。产率是76%。
阶段2：将咔唑3（2.0g）与3当量氟化四丁基铵在50mL无水THF中的混合物在室温下搅拌持续12小时。用1N HCl（50mL）处理所得混合物，并且用乙醚（2×50mL）萃取。分离乙醚层并且经硫酸镁干燥，然后在减压下去除溶剂，并且使残余物从己烷中再结晶以便产生咔唑4，产率是65%。
3.合成1,7-双[4-(咔唑-9-基)苯基-4-乙炔基]二萘嵌苯二酐（方案19）。
方案19
程序：
5的程序：将2-(乙基己基)-胺（5.0g）、N-乙基己基-1,7-二溴二萘嵌苯单酰亚胺（5.0g）和乙酸锌（0.5g）在3-甲酚（30mL）中的混合物在140℃下加热持续10小时。使所得混合物达到20℃，并且倒入250mL的2N HCl中。滤出沉淀物，用乙醇（100mL）和水（100mL）洗涤，在真空下于100℃下干燥。再用热异丙醇（2500mL）洗涤干燥的粗产物，并且再次如上文所描述进行干燥。纯有机化合物1的产量是4.8g。
6的程序：使二酰亚胺5（1.0g）、9-(4-乙炔基苯基)咔唑（1.4g）、三苯膦（0.15g）、Pd(PPh3)2Cl2（0.2g）、NEt3（20mL）在80mL THF中的混合物脱气持续15分钟。加热反应混合物持续5分钟，添加CuI（0.03g）；再加热所得混合物持续12小时。混合物达到室温后，滤出沉淀物。在一个旋转蒸发器上将滤液浓缩到50mL，并且倒入乙醇-水（1:1）的混合物中，滤出所得沉淀物，并且然后用热乙醇（100mL）洗涤。再用热乙醇（100mL）洗涤这两种沉淀物的组合，并且在真空中于80℃下干燥持续10小时以便产生产物6，产量是0.7g。
7的程序：使0.65g的6、0.2g KOH在70mL t-BuOH中的溶液回流持续3天，直到TLC分析表明起始物质完全转化。然后将混合物倒入热甲醇（100mL）中，滤出沉淀物，在100℃下干燥直到重量恒定。产物7的产量是0.4g。
8的程序：将二酐7（0.4g）、4当量3,4-二(十六烷氧基)苯甲胺和10mg苯甲酸在5mL间氯苯酚中的混合物在145℃下加热持续3天。TLC分析未记录任何反应。
尽管已经参考特定优选实施例详细地描述了本发明，但本发明所属领域中的普通技术人员将了解，在不脱离以下权利要求书的精神和范围的情况下可以进行不同的修改和强化。

Claims (29)

1.一种具有通用结构式I的有机化合物：
其中，Cor1是一个第一类型的多环核心，
Cor2是一个第二类型的多环核心，
B是一个桥接基团，通过多个共价化学键提供该多环核心Cor1与该多环核心Cor2的一种键合，
R1和R2是提供该有机化合物在一种适合溶剂中的溶解性的分子基团，
m是1、2、3或4，
n是0、1、2、3或4，
X1和X2是相应地改变这些多环核心Cor1和Cor2的能级HOMO和LUMO的改性基团，
p是0、1、2，并且
q是0、1、2；
其中，所述有机化合物形成棒状超分子，并且吸收在至少一个从400到3000nm波长范围内的预定光谱子范围中的电磁辐射同时激发电子-空穴对，
该多环核心Cor1、该桥接基团B和该多环核心Cor2形成一个选自以下清单的分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1，该清单由供体-桥-受体-桥-供体系统和受体-桥-供体-桥-受体系统组成，其中进行被激发的电子-空穴对的一种解离，
其中，这些提供溶解性的基团R1和R2独立地选自以下清单，该清单对于水或水混溶性的溶剂而言由-COOH、-SO3H以及-H2PO3组成；而对于有机溶剂而言由直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基、和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合组成，其中，这些基团与这些核心Cor1和Cor2直接或通过选自以下清单的一个间隔基相连接，该清单由芳基、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-、以及其任何组合组成，
其中，这些桥接基团B中的至少一个选自以下清单，该清单由对亚苯基Php低聚物，其中p是1、2、3、4、或5；2,7-低聚芴Fls低聚物，其中s是1、2、3、或4；以及亚烷基-(CH2)J-，其中j是1、2、3、或4组成，
其中，这些改性基团X1和X2独立地选自以下清单，该清单由H、Cl、Br、F、OH、NO2、NO、以及NH2组成，
其中，该多环核心Cor2选自以下清单，该清单由从1到5的结构组成：
其中，该多环核心Cor1选自以下清单，该清单由从6到20的结构组成：
2.根据权利要求1所述的有机化合物，其中该核心Cor1具有C2v或D2h空间群的对称性，并且该核心Cor2具有D2h空间群的对称性。
3.根据权利要求1所述的有机化合物，其中该分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1具有D2h空间群的对称性。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的有机化合物，其中供体的能级与受体的能级根据以下等式相关联：HOMOA<HOMOD≤LUMOA-1eV和LUMOA<LUMOD。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的有机化合物，其中二萘嵌苯二酰亚胺充当该受体核心Cor2，该桥接基团B选自由苯基和联苯基组成的清单，并且供体核心Cor1的这些HOMOD和LUMOD能级满足以下条件：-6.0eV<HOMOD<-5.5eV和-4.0eV<LUMOD。
6.根据权利要求5所述的有机化合物，选自以下清单，该清单由从21到26的结构组成：
其中R1和R2是直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合；并且X是Cl或Br。
7.根据权利要求1到3中任一项所述的有机化合物，其中，该溶剂选自以下清单，该清单由水、水混溶性的溶剂、酮类、羧酸类、烃类、氯烃类、醇类、醚类、酯类以及其任何组合组成。
8.根据权利要求1到3中任一项所述的有机化合物，其中，该溶剂选自环烃类。
9.一种光电器件，包括一个第一电极和一个第二电极，以及至少一个具有一个前表面和一个后表面的光电层，
其中所述光电层包含至少一种具有通用结构式I的有机化合物：
其中Cor1是一个第一类型的多环核心；
Cor2是一个第二类型的多环核心；
B是一个桥接基团，通过多个共价化学键提供该多环核心Cor1与该多环核心Cor2的一种键合；
R1和R2是提供该有机化合物在一种适合溶剂中的溶解性的分子基团；
m是1、2、3或4；
n是0、1、2、3或4；
X1和X2是相应地改变这些多环核心Cor1和Cor2的HOMO和LUMO能级的改性基团；
p是0、1、2；
q是0、1、2；
其中所述有机化合物形成棒状超分子，并且吸收在至少一个从400到3000nm波长范围内的预定光谱子范围中的电磁辐射同时激发电子-空穴对；
该多环核心Cor1、该桥接基团B和该多环核心Cor2形成一个选自以下清单的分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1，该清单由供体-桥-受体-桥-供体系统和受体-桥-供体-桥-受体系统组成，其中进行被激发的电子-空穴对的解离；
其中该有机化合物相对于该光电层表面同向地排列，并且这些多环核心Cor1和Cor2各自地组装成一种第一类型的π-π堆积和一种第二类型的π-π堆积，并且
其中一种类型的堆积提供电子传输，另一种类型的堆积提供空穴传输，并且所述堆积通过这些分子基团R1和R2而彼此电隔离，
其中，这些提供溶解性的基团R1和R2独立地选自以下清单，该清单对于水或水混溶性的溶剂而言由-COOH、-SO3H以及-H2PO3组成；而对于有机溶剂而言由直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合组成，其中这些基团与这些核心Cor1和Cor2直接或通过一个选自以下清单的间隔基相连接，该清单由芳基、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-以及其任何组合组成，
其中，这些桥接基团B中的至少一个选自以下清单，该清单由对亚苯基Php低聚物，其中p是1、2、3、4或5；2,7-低聚芴Fls低聚物，其中s是1、2、3或4；以及亚烷基-(CH2)J-，其中j是1、2、3或4组成，
其中，这些改性基团X1和X2选自以下清单，该清单由H、Cl、Br、F、OH、NO2、NO以及NH2组成，
其中，该Cor2选自以下清单，该清单由从1到5的结构组成：
其中，该Cor1选自以下清单，该清单由从6到20的结构组成：
10.根据权利要求9所述的光电器件，其中，该多环核心Cor1具有C2v或D2h空间群的对称性，并且该Cor2具有D2h空间群的对称性。
11.根据权利要求9所述的光电器件，其中，该分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1具有D2h空间群的对称性。
12.根据权利要求9到11中任一项所述的光电器件，其中，供体的能级与受体的能级根据以下等式相关联：HOMOA<HOMOD≤LUMOA-1eV和LUMOA<LUMOD。
13.根据权利要求9到11中任一项所述的光电器件，其中二萘嵌苯二酰亚胺充当该受体核心Cor2，该桥接基团B选自由苯基和联苯基组成的清单，并且供体核心Cor1的这些HOMOD和LUMOD能级满足以下条件：-6.0eV<HOMOD<-5.5eV和-4.0eV<LUMOD。
14.根据权利要求13所述的光电器件，所述有机化合物选自以下清单，该清单由从21到26的结构组成：
其中R1和R2是直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合；并且X是Cl或Br。
15.根据权利要求9到11中任一项所述的光电器件，包括一个所述光电层、在所述光电层的该前表面的至少一部分上形成的该第一电极以及在所述光电层的该后表面的至少一部分上形成的该第二电极。
16.根据权利要求15所述的光电器件，其中，该第二电极是一个针对入射到该器件上的该电磁辐射的反射电极。
17.根据权利要求15所述的光电器件，其中，一个所述电极由具有提供空穴捕获接触和电子能阻接触的功函数的材料制成，并且另一个所述电极由具有提供空穴能阻接触和电子捕获接触的功函数的材料制成。
18.根据权利要求17所述的光电器件，其中，该电极材料选自以下清单，该清单由铝、ITO铟锡氧化物、碳纳米管导电涂层、PEDOT:PSS层、酞菁、LiF以及铝掺杂氧化锌组成。
19.根据权利要求15所述的光电器件，其中，一个所述电极包括一个与该光电层接触的电子受体层，并且另一个所述电极包括一个与该光电层接触的电子供体层。
20.根据权利要求9到11中任一项所述的光电器件，进一步包括一个支承所述电极和所述光电层的衬底。
21.根据权利要求20所述的光电器件，其中，该衬底由选自以下清单的材料制成，该清单由聚合物和玻璃组成。
22.根据权利要求20所述的光电器件，其中，该衬底对于所述器件对之敏感的入射电磁辐射而言是透明的。
23.根据权利要求9所述的光电器件，包括两个或更多个所述光电层，其中所述光电层包含具有通用结构式I的不同有机化合物，并且进而确保吸收在400到3000nm波长范围内的相同或不同光谱子范围中的电磁辐射。
24.一种光电层，包含至少一种具有通用结构式I的有机化合物：
其中Cor1是一个第一类型的多环核心；
Cor2是一个第二类型的多环核心；
B是一个桥接基团，通过多个共价化学键提供该多环核心Cor1与该多环核心Cor2的一种键合；
R1和R2是提供该有机化合物在一种适合溶剂中的溶解性的分子基团；
m是1、2、3或4；
n是0、1、2、3或4；
X1和X2是相应地改变这些多环核心Cor1和Cor2的HOMO和LUMO能级的改性基团；
p是0、1、2；
q是0、1、2；
其中所述有机化合物形成棒状超分子，并且吸收在至少一个从400到3000nm波长范围内的预定光谱子范围中的电磁辐射同时激发电子-空穴对；
该多环核心Cor1、该桥接基团B和该多环核心Cor2形成一个选自以下清单的分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1，该清单由供体-桥-受体-桥-供体系统和受体-桥-供体-桥-受体系统组成，其中进行被激发的电子-空穴对的解离；
其中该有机化合物相对于该光电层表面同向地排列，并且这些多环核心Cor1和Cor2各自地组装成一种第一类型的π-π堆积和一种第二类型的π-π堆积，并且
其中一种类型的堆积实现电子传输，另一种类型的堆积实现空穴传输，并且所述堆积通过这些分子基团R1和R2而彼此电隔离，
其中，这些提供溶解性的基团R1和R2独立地选自以下清单，该清单对于水或水混溶性的溶剂而言由-COOH、-SO3H以及-H2PO3组成；而对于有机溶剂而言由直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合组成，其中这些基团与这些核心Cor1和Cor2直接或通过一个选自以下清单的间隔基相连接，该清单由芳基、-C(O)-、-C(O)O-、-C(O)-NH-、-(SO2)NH-、-O-、-CH2O-、-NH-、>N-以及其任何组合组成，
其中，这些桥接基团B中的至少一个选自以下清单，该清单由对亚苯基Php低聚物，其中p是1、2、3、4或5；2,7-低聚芴Fls低聚物，其中s是1、2、3或4；以及亚烷基-(CH2)J-，其中j是1、2、3或4组成，
其中，这些改性基团X1和X2选自以下清单，该清单由H、Cl、Br、F、OH、NO2、NO以及NH2组成，
其中，该Cor2选自以下清单，该清单由从1到5的结构组成：
其中，该Cor1选自以下清单，该清单由从6到20的结构组成：
25.根据权利要求24所述的光电层，其中，该多环核心Cor1具有C2v或D2h空间群的对称性，并且该Cor2具有D2h空间群的对称性。
26.根据权利要求24所述的光电层，其中，该分子系统Cor1-B-Cor2-B-Cor1具有D2h空间群的对称性。
27.根据权利要求24到26中任一项所述的光电层，其中，供体的能级与受体的能级根据以下等式相关联：HOMOA<HOMOD≤(LUMOA-1eV)和LUMOA<LUMOD。
28.根据权利要求24到26中任一项所述的光电层，其中，二萘嵌苯二酰亚胺充当该受体核心Cor2，该桥接基团B选自由苯基和联苯基组成的清单，并且供体核心Cor1的这些HOMOD和LUMOD能级满足以下条件：-6.0eV<HOMOD<-5.5eV和-4.0eV<LUMOD。
29.根据权利要求28所述的光电层，其中，该有机化合物选自以下清单，该清单由从21到26的结构组成：
其中R1和R2是直链和支链的(C1-C35)烷基、(C2-C35)链烯基和(C2-C35)炔基、取代的烷基、取代的芳基以及其任何组合；并且X是Cl或Br。
CN201280022466.0A 2011-03-10 2012-03-07 有机化合物及包含其的光电器件 Expired - Fee Related CN103548167B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161451593P 2011-03-10 2011-03-10
US61/451,593 2011-03-10
PCT/US2012/028137 WO2012122312A1 (en) 2011-03-10 2012-03-07 Organic compound and photovoltaic device comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103548167A CN103548167A (zh) 2014-01-29
CN103548167B true CN103548167B (zh) 2016-12-28

Family

ID=45992821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280022466.0A Expired - Fee Related CN103548167B (zh) 2011-03-10 2012-03-07 有机化合物及包含其的光电器件

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9193727B2 (zh)
EP (1) EP2684231A1 (zh)
JP (2) JP6004450B2 (zh)
KR (1) KR101865681B1 (zh)
CN (1) CN103548167B (zh)
WO (1) WO2012122312A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109962179A (zh) * 2017-12-26 2019-07-02 Tcl集团股份有限公司 一种薄膜及其制备方法与qled器件

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103078058B (zh) * 2013-01-28 2016-03-30 北京化工大学 一种有机无机杂化太阳能电池及制备工艺
US10731263B2 (en) * 2013-03-15 2020-08-04 Edward J. Britt Method and device for carrying out a chemical reaction
EP2973735B1 (en) * 2013-03-15 2020-02-12 Edward J. Britt Energy conversion device and method for making and using same
US10566539B2 (en) 2014-05-05 2020-02-18 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Organic semiconductor compounds and methods of use
US10340082B2 (en) 2015-05-12 2019-07-02 Capacitor Sciences Incorporated Capacitor and method of production thereof
SG11201609435WA (en) 2014-05-12 2016-12-29 Capacitor Sciences Inc Energy storage device and method of production thereof
US10347423B2 (en) 2014-05-12 2019-07-09 Capacitor Sciences Incorporated Solid multilayer structure as semiproduct for meta-capacitor
US10147890B2 (en) 2014-05-23 2018-12-04 Sony Corporation Photoelectric conversion element, solid-state imaging device, organic light-absorbing material, and organic light-absorbing material intermediate
JP6668341B2 (ja) 2014-11-04 2020-03-18 キャパシタ サイエンシス インコーポレイテッド エネルギー蓄積デバイスおよびその製造方法
MX2017010875A (es) 2015-02-26 2017-12-15 Capacitor Sciences Inc Capacitor autorregenerante y métodos de producción del mismo.
US9932358B2 (en) 2015-05-21 2018-04-03 Capacitor Science Incorporated Energy storage molecular material, crystal dielectric layer and capacitor
US11088207B2 (en) * 2015-06-05 2021-08-10 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state image sensor, photoelectric conversion film, electron blocking layer, imaging apparatus, and electronic device
US9941051B2 (en) 2015-06-26 2018-04-10 Capactor Sciences Incorporated Coiled capacitor
US10026553B2 (en) 2015-10-21 2018-07-17 Capacitor Sciences Incorporated Organic compound, crystal dielectric layer and capacitor
US10305295B2 (en) 2016-02-12 2019-05-28 Capacitor Sciences Incorporated Energy storage cell, capacitive energy storage module, and capacitive energy storage system
US10153087B2 (en) 2016-04-04 2018-12-11 Capacitor Sciences Incorporated Electro-polarizable compound and capacitor
US9978517B2 (en) 2016-04-04 2018-05-22 Capacitor Sciences Incorporated Electro-polarizable compound and capacitor
US10395841B2 (en) 2016-12-02 2019-08-27 Capacitor Sciences Incorporated Multilayered electrode and film energy storage device
WO2019072163A1 (en) * 2017-10-10 2019-04-18 The Hong Kong University Of Science And Technology MATERIALS AND METHODS FOR TANDEM ORGANIC SOLAR CELLS
US10403435B2 (en) 2017-12-15 2019-09-03 Capacitor Sciences Incorporated Edder compound and capacitor thereof
CN109053741B (zh) * 2018-07-10 2021-03-19 南京林业大学 一种苝二酰亚胺类pH荧光探针的制备方法及应用
CN110265542B (zh) * 2019-07-09 2021-02-09 山东光韵智能科技有限公司 一种高危区域防辐射用高能光线吸收转换材料及其制造方法
KR102559541B1 (ko) 2021-04-08 2023-07-24 서울시립대학교 산학협력단 다기능 태양 전지 및 무선 전력 전송용 유기 광기전 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101541890A (zh) * 2006-09-26 2009-09-23 克里斯凯德太阳能有限公司 有机化合物、光伏层及有机光伏器件

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE950801C (de) 1953-01-03 1956-10-18 Cassella Farbwerke Mainkur Ag Verfahren zur Herstellung von Kuepenfarbstoffen der Perylenreihe
NL278003A (zh) * 1960-10-28
CH508010A (de) 1962-06-20 1971-05-31 Ciba Geigy Ag Verfahren zur Herstellung neuer Küpenfarbstoffe der Anthrachinon- und Perylentetracarbonsäurereihe
DE1569841B1 (de) 1966-10-28 1970-08-27 Siegle & Co Gmbh G Pigmentfarbstoffe und Verfahren zu deren Herstellung
JPH06151928A (ja) * 1992-11-12 1994-05-31 Mita Ind Co Ltd 有機太陽電池
US5539100A (en) * 1993-07-01 1996-07-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Organic solid state switches incorporating porphyrin compounds and method for producing organic solid state optical switches
JPH0772332A (ja) * 1993-09-07 1995-03-17 Mitsui Toatsu Chem Inc 熱線遮断機能を有する偏光板
AU1382700A (en) * 1998-11-23 2000-06-13 Ciba Specialty Chemicals Holding Inc. Process for preparing bis n-substituted perylenetetra carboximides via bis (hydroxymethyl) perylenetetra carboximide
DE102005037115A1 (de) * 2005-08-03 2007-02-08 Basf Ag Mehrfachchromophore
US7902363B2 (en) 2006-11-17 2011-03-08 Polyera Corporation Diimide-based semiconductor materials and methods of preparing and using the same
WO2008091670A2 (en) * 2007-01-24 2008-07-31 Polyera Corporation Organic semiconductor materials and precursors thereof
EP2283021B1 (de) * 2008-05-19 2014-01-08 Basf Se Schaltbare effektstoffe
CN101659664A (zh) * 2009-09-11 2010-03-03 大连理工大学 一类苝双酰亚胺衍生物及其制备方法和应用
CN101665492A (zh) * 2009-09-11 2010-03-10 大连理工大学 一类1,6,7,12-四苯基苝双酰亚胺衍生物及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101541890A (zh) * 2006-09-26 2009-09-23 克里斯凯德太阳能有限公司 有机化合物、光伏层及有机光伏器件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Calamitic liquid crystal blends for organic photovoltaics;Chunhong Lei, et al.;《SPIE Proceedings》;20080827;第7052卷;pp.705214-1-9 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109962179A (zh) * 2017-12-26 2019-07-02 Tcl集团股份有限公司 一种薄膜及其制备方法与qled器件
CN109962179B (zh) * 2017-12-26 2021-02-19 Tcl科技集团股份有限公司 一种薄膜及其制备方法与qled器件

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012122312A1 (en) 2012-09-13
KR20140058417A (ko) 2014-05-14
KR101865681B1 (ko) 2018-07-04
US9193727B2 (en) 2015-11-24
EP2684231A1 (en) 2014-01-15
JP6004450B2 (ja) 2016-10-05
US20160043328A1 (en) 2016-02-11
CN103548167A (zh) 2014-01-29
US9508938B2 (en) 2016-11-29
US20120227802A1 (en) 2012-09-13
JP2016194073A (ja) 2016-11-17
JP2014510726A (ja) 2014-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103548167B (zh) 有机化合物及包含其的光电器件
EP1907366B1 (en) New imidazole derivatives, preparation method thereof and organic electronic device using the same
TWI500604B (zh) 有機光電元件用組成物及有機光電元件及顯示元件
JP5064407B2 (ja) 新規のイミダゾキナゾリン誘導体、この製造方法およびこれを用いた有機電気素子
CN101809116B (zh) 含有卤素的二萘嵌苯四甲酸衍生物及其用途
EP3336077B1 (en) Amine-based compound and organic light-emitting element comprising same
CN105017302A (zh) 双（s,s-二氧-二苯并噻吩）并五元环化合物及其制备方法与应用
KR102196696B1 (ko) 광전 변환 소자, 이차원 센서, 화상 센서 및 촬상 장치
WO2011047624A1 (zh) 硫杂环稠合的萘四羧酸二酰亚胺衍生物、制法和应用
Sharma et al. Spiro-based thermally activated delayed fluorescence emitters with reduced nonradiative decay for high-quantum-efficiency, low-roll-off, organic light-emitting diodes
EP3369731B1 (en) Heterocyclic compound and organic light emitting element comprising same
CN104685650B (zh) 用作有机电子器件的n型掺杂剂的环戊二烯的盐
CN107108642B (zh) 用于有机光电二极管的化合物、包含其的有机光电二极管和显示器件
CN113365976A (zh) 二苯基茚满、三苯基茚满和四苯基茚满衍生物和其在有机装置中的用途
CN102181282A (zh) 含有三苯胺和联吡啶结构的空穴传输材料及制备方法
CN111646997B (zh) 含氮杂环化合物、电子元件和电子装置
WO2013016187A1 (en) Compounds for organic thin-film solar cells and organic thin-film solar cells
EP2390249A2 (en) Novel cycloalkene derivatives and organic electronic devices using the same
CN111138454B (zh) 一种基于茚并[1,2-b]咔唑的空穴传输材料及其制备方法和应用
JP2019038759A (ja) 有機化合物及び光電変換素子
KR101306426B1 (ko) 신규한 화합물 및 이를 이용한 유기 전자 소자
CN111362986A (zh) 一种噻吩并[2，3-d]哒嗪类环金属铱配合物及其制备方法
CN101384655A (zh) 氟化萘嵌苯四甲酸衍生物及其用途
WO2024058239A1 (ja) 撮像素子用光電変換素子用正孔輸送材料または撮像素子用光電変換素子用電子ブロッキング材料、縮合環化合物の製造方法、および縮合環化合物
Ayudha et al. Synthesis and Characterization of Pyrazine Derived Compounds as Potential Materials for Hole Transporting Layer (HTL)

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20161228

Termination date: 20190307

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee