CN109476679B - 杂环化合物和包含其的有机电子器件 - Google Patents

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Abstract

本说明书涉及化学式1的杂环化合物和包含其的有机电子器件。

Description

杂环化合物和包含其的有机电子器件
技术领域
本申请要求分别于2017年5月24日和2017年10月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0064097号和第10-2017-0133228 号的优先权和权益，其全部内容通过引入并入本文。
本说明书涉及杂环化合物和包含其的有机电子器件。
背景技术
有机电子器件意指需要使用空穴和/或电子和有机材料在电极之间交换电荷的器件。根据操作原理，有机电子器件可以大致分为以下两种类别。第一种，有机电子器件是这样的电子器件：通过从外部光源流入器件的光子在有机材料层中形成激子，所述激子分离成电子和空穴，并且电子和空穴各自转移至不同电极并用作电流源(电压源)。第二种，有机电子器件是这样的电子器件：通过向两个或更多个电极施加电压或电流将空穴和/ 或电子注入到与所述电极形成界面的有机材料半导体中，并且所述器件通过注入的电子和空穴操作。
有机电子器件的实例包括有机太阳能电池、有机光电器件、有机发光器件、有机晶体管等，并且在下文中，将主要详细地描述有机光电器件，但是在有机电子器件中，空穴注入或传输材料、电子注入或传输材料、或者发光材料在类似原理下操作。
对于有机太阳能电池，重要的是提高效率以由太阳能输出尽可能多的电能。为了提高有机太阳能电池的效率，在半导体内产生尽可能多的激子是重要的，然而，将所产生的电荷拉至外部而没有损失也是重要的。电荷损失的原因之一是所产生的电子和空穴因复合而耗散。已经提出了多种方法来将所产生的电子和空穴没有损失地递送至电极，但是在大多数情况下需要额外的过程，并因此制造成本可能增加。
有机光电器件是通过使用光电效应将光转换为电信号的器件，包括光电二极管、光电晶体管等，并且可以应用于图像传感器等。在包括光电二极管的图像传感器中，分辨率随着时间的推移而增加，因此，像素尺寸减小。目前，在主要使用硅光电二极管的情况下，随着像素的尺寸减小，吸收面积减小，从而可能发生灵敏度的降低。因此，研究了能够代替硅的有机材料。
由于有机材料具有高消光系数并且可以根据分子结构选择性地吸收特定波长区域中的光，因此有机材料可以代替光电二极管和滤色器，并因此在改善灵敏度和高集成度方面是非常有利的。
发明内容
技术问题
本说明书提供了杂环化合物和包含其的有机电子器件。
技术方案
本说明书的一个示例性实施方案提供了由以下化学式1表示的杂环化合物。
[化学式1]
Figure BDA0001948403520000021
在化学式1中，
X1至X6彼此相同或不同，并且各自独立地为CRR’、NR、O、SiRR’、 PR、S、GeRR’、Se或Te，
R1至R8、R和R’彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；羟基；经取代或未经取代的烷基；或者经取代或未经取代的烷氧基，
m1和m2各自为0或1，
Q为由以下化学式A至C中的任一者表示的结构，
[化学式A]
Figure BDA0001948403520000031
[化学式B]
Figure BDA0001948403520000032
[化学式C]
Figure BDA0001948403520000033
在化学式A至C中，
X、X’、X”和X”’彼此相同或不同，并且各自独立地为S或Se，
Y1为CR”R”’或NR”，
G1至G6、R”和R”’彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；羟基；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的烷氧基；经取代或未经取代的芳基；或者经取代或未经取代的杂芳基，
Q1和Q2彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的环，
g3和g4各自为1至3的整数，
n1和n2各自为1至5的整数，
当g3、g4、n1和n2各自为2或更大时，两个或更多个括号中结构彼此相同或不同，以及
Figure BDA0001948403520000041
为与化学式1键合的部分。
此外，本说明书的一个示例性实施方案提供了有机电子器件，其包括：第一电极；设置成面向所述第一电极的第二电极；以及设置在所述第一电极与所述第二电极之间的具有一个或更多个层的有机材料层，其中所述有机材料层的一个或更多个层包含上述杂环化合物。
有益效果
根据本说明书的一个示例性实施方案的由化学式1表示的杂环化合物通过作为其分子中的末端的二氰基亚甲基-环戊噻吩并噻吩-酮和作为其分子中的核的Q的各种结构而自由地调节能量吸收区域和能级，并且包含所述杂环化合物的有机太阳能电池具有优异的器件性能。
此外，其中使用由化学式1表示的杂环化合物作为光活性层的n型有机材料层的有机太阳能电池表现出优异的光电转换效率。
根据本说明书的一个示例性实施方案的由化学式1表示的杂环化合物具有与苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)(其为现有的基于富勒烯的受体材料)的最低未占分子轨道(LUMO)能级类似的最低未占分子轨道(LUMO) 能级，但是其中使用由化学式1表示的杂环化合物作为光活性层的n型有机材料层的有机太阳能电池由于开路电压的低损耗而表现出高的开路电压(Voc)。
此外，由化学式1表示的杂环化合物可以通过向末端引入二氰基亚甲基-环戊噻吩并噻吩-酮来增加分子-分子吸引力而表现出更好的电子迁移率，并因此，可以制造有利于辊对辊法的有机太阳能电池，即，即使在厚度大的薄膜中也能够表现出优异性能的有机太阳能电池。
根据本说明书的一个示例性实施方案的由化学式1表示的杂环化合物可以通过引入二氰基亚甲基-环戊噻吩并噻吩-酮末端基团(其为分子中的末端)来增加分子-分子相互作用而改善电子迁移率，当将烷氧基作为间隔基团引入至化学式1的R5至R8中时，通过缓解溶解度问题和诱导O-S相互作用，可以制造在可见光和近红外(NIR)区域中具有吸收区域的有机光电器件，并且通过改善溶解度问题而有利于在有机光电器件的制造期间进行的溶液法。
附图说明
图1是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的有机电子器件的视图。
图2是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的化合物2的 1H-NMR谱的视图。
图3是示出关于根据本说明书的一个示例性实施方案的化合物2和作为比较例化合物1的IEIC在膜状态下的UV-vis吸收光谱的视图。
图4是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的化合物2和作为比较例化合物1的IEIC的HOMO/LUMO能级的视图。
[附图标记说明]
100：有机电子器件
10：第一电极
20：第二电极
30：光活性层
具体实施方式
在下文中，将详细描述本说明书。
本说明书提供了由化学式1表示的杂环化合物。
根据本说明书的一个示例性实施方案的由化学式1表示的杂环化合物通过作为其分子中的末端的二氰基亚甲基-环戊噻吩并噻吩-酮和作为其分子中的核的Q的各种结构而自由地调节能量吸收区域和能级，并且包含所述杂环化合物的有机太阳能电池具有优异的器件性能。
此外，其中使用由化学式1表示的杂环化合物作为光活性层的n型有机材料层的有机太阳能电池表现出优异的光电转换效率。
根据本说明书的一个示例性实施方案的由化学式1表示的杂环化合物具有与PCBM(其为现有的基于富勒烯的受体材料)的LUMO能级类似的LUMO能级，但是其中使用由化学式1表示的杂环化合物作为光活性层的n型有机材料层(电子受体材料)的有机太阳能电池由于开路电压的低损耗而表现出高的开路电压(Voc)。
此外，根据本说明书的一个示例性实施方案的由化学式1表示的杂环化合物可以通过引入二氰基亚甲基-环戊噻吩并噻吩-酮(其为分子中的末端)来增加分子-分子相互作用而改善电子迁移率，当将烷氧基作为间隔基团引入至化学式1的R5至R8中时，通过缓解溶解度问题和诱导O-S 相互作用，可以制造在可见光和近红外(NIR)区域中具有吸收区域的有机光电器件，并且通过改善溶解度问题而有利于在有机光电器件的制造期间进行的溶液法。
在本说明书中，当一部分“包括”一个构成要素时，除非另有具体描述，否则这并不意指排除另外的构成要素，而是意指还可以包括另外的构成要素。
在本说明书中，当一个构件设置在另一构件“上”时，这不仅包括一个构件与另一构件接触的情况，而且还包括在两个构件之间存在又一构件的情况。
取代基的实例将描述如下，但不限于此。
术语“取代”意指与化合物的碳原子键合的氢原子变成另外的取代基，并且待取代的位置没有限制，只要该位置是氢原子被取代的位置(即，取代基可以取代的位置)即可，并且当两个或更多个取代基取代时，两个或更多个取代基可以彼此相同或不同。
在本说明书中，术语“经取代或未经取代的”意指被一个或更多个选自以下的取代基取代：氘；卤素基团；烷基；烯基；烷氧基；硫代烷氧基；酯基；羰基；羧基；羟基；环烷基；甲硅烷基；芳基烯基；芳氧基；烷基硫基；烷基磺酰基；芳基磺酰基；硼基；烷基胺基；芳烷基胺基；芳基胺基；杂芳基胺基；芳基胺基；芳基；腈基；硝基；羟基；和包含N、O和 S原子中一者或更多者的杂环基团，或者不具有取代基。
取代基可以是未经取代的或者经另外的取代基取代的。
在本说明书中，卤素基团可以为氟、氯、溴或碘。
在本说明书中，酰亚胺基的碳原子数没有特别限制，但优选为1至 25。具体地，酰亚胺基可以为具有以下结构的化合物，但不限于此。
Figure BDA0001948403520000071
在本说明书中，对于酰胺基，酰胺基的一个或两个氮原子可以被氢，具有1至25个碳原子的直链、支链或环状烷基，或者具有6至25个碳原子的芳基取代。具体地，酰胺基可以为具有以下结构式的化合物，但不限于此。
Figure BDA0001948403520000072
在本说明书中，烷基可为直链或支链的，并且其碳原子数没有特别限制，但优选为1至50。其具体实例包括甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、1-甲基-丁基、1-乙基- 丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、己基、正己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、4-甲基-2-戊基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、庚基、正庚基、1-甲基己基、环戊基甲基、环己基甲基、辛基、正辛基、叔辛基、 1-甲基庚基、2-乙基己基、2-丙基戊基、正壬基、2,2-二甲基庚基、1-乙基 -丙基、1,1-二甲基-丙基、异己基、2-甲基戊基、4-甲基己基、5-甲基己基等，但不限于此。
在本说明书中，环烷基没有特别限制，但其碳原子数优选为3至60，并且其具体实例包括环丙基、环丁基、环戊基、3-甲基环戊基、2,3-二甲基环戊基、环己基、3-甲基环己基、4-甲基环己基、2,3-二甲基环己基、3,4,5-三甲基环己基、4-叔丁基环己基、环庚基、环辛基等，但不限于此。
在本说明书中，烷氧基可以是直链、支链或环状的。烷氧基的碳原子数没有特别限制，但优选为1至20。其具体实例包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、仲丁氧基、正戊氧基、新戊氧基、异戊氧基、正己氧基、3,3-二甲基丁氧基、2-乙基丁氧基、正辛氧基、正壬氧基、正癸氧基、苄氧基、对甲基苄氧基等，但不限于此。
在本说明书中，关于烷氧基的描述可以应用于硫代烷氧基，不同之处在于烷氧基的O是S。
在本说明书中，烯基可以是直链或支链的，并且其碳原子数没有特别限制，但优选为2至40。其具体实例包括乙烯基、1-丙烯基、异丙烯基、 1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、3-甲基 -1-丁烯基、1,3-丁二烯基、烯丙基、1-苯基乙烯基-1-基、2-苯基乙烯基-1- 基、2,2-二苯基乙烯基-1-基、2-苯基-2-(萘基-1-基)乙烯基-1-基、2,2-双(二苯基-1-基)乙烯基-1-基、茋基、苯乙烯基等，但不限于此。
在本说明书中，甲硅烷基的具体实例包括：三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、乙烯基二甲基甲硅烷基、丙基二甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、二苯基甲硅烷基、苯基甲硅烷基等，但不限于此。
在本说明书中，硼基可以为-BR100R101，并且R100和R101彼此相同或不同，并且可以各自独立地选自氢；氘；卤素；腈基；经取代或未经取代的具有3至30个碳原子的单环或多环环烷基；经取代或未经取代的具有 1至30个碳原子的直链或支链烷基；经取代或未经取代的具有6至30个碳原子的单环或多环芳基；以及经取代或未经取代的具有2至30个碳原子的单环或多环杂芳基。
在本说明书中，氧化膦基的具体实例包括二苯基氧化膦基、二萘基氧化膦基等，但不限于此。
在本说明书中，芳基可以为单环芳基或多环芳基，并且包括其中取代有具有1至25个碳原子的烷基或具有1至25个碳原子的烷氧基的情况。此外，本说明书中的芳基可以意指芳族环。
当芳基是单环芳基时，其碳原子数没有特别限制，但优选为6至25。单环芳基的具体实例包括苯基、联苯基、三联苯基等，但不限于此。
当芳基是多环芳基时，其碳原子数没有特别限制，但优选为10至24。多环芳基的具体实例包括萘基、蒽基、菲基、芘基、苝基、
Figure BDA0001948403520000093
基、芴基等，但不限于此。
在本说明书中，芴基具有其中两个环状有机化合物通过一个原子彼此连接的结构。
在本说明书中，芴基可以是经取代的，并且相邻取代基可以彼此键合形成环。
当芴基被取代时，芴基可以为
Figure BDA0001948403520000091
Figure BDA0001948403520000092
等。然而，芴基不限于此。
在本说明书中，杂芳基为包含O、N和S中的一者或更多者作为杂元素的杂芳基，并且其碳原子数没有特别限制，但优选为2至60。杂芳基的实例包括噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、噻唑基、
Figure BDA0001948403520000094
唑基、
Figure BDA0001948403520000095
二唑基、吡啶基、联吡啶基、嘧啶基、三嗪基、三唑基、吖啶基、哒嗪基、吡嗪基、喹啉基、喹唑啉基、喹喔啉基、酞嗪基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡嗪并吡嗪基、异喹啉基、吲哚基、咔唑基、苯并
Figure BDA0001948403520000096
唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并咔唑基、苯并噻吩基、二苯并噻吩基、苯并呋喃基、菲咯啉基、异
Figure BDA0001948403520000097
唑基、噻二唑基、苯并噻二唑基、吩噻嗪基、二苯并呋喃基等，但不限于此。
在本说明书中，杂环基可以是单环或多环的，可以是芳族环、脂族环、或者芳族环和脂族环的稠环，并且可以选自杂芳基的实例。
在本说明书中，芳基胺基的实例包括经取代或未经取代的单芳基胺基或者经取代或未经取代的二芳基胺基。芳基胺基中的芳基可以为单环芳基或多环芳基。包含两个或更多个芳基的芳基胺基可以包含单环芳基、多环芳基、或者单环芳基和多环芳基二者。
芳基胺基的具体实例包括苯基胺、萘基胺、联苯基胺、蒽基胺、3-甲基苯基胺、4-甲基萘基胺、2-甲基联苯基胺、9-甲基蒽基胺、二苯基胺基、苯基萘基胺基、二甲苯基胺基、苯基甲苯基胺基、咔唑、三苯基胺基等，但不限于此。
在本说明书中，杂芳基胺基中的杂芳基可以选自上述杂环基的实例。
在本说明书中，芳氧基、芳基硫基、芳基磺酰基和芳烷基胺基中的芳基与芳基的上述实例相同。具体地，芳氧基的实例包括苯氧基、对甲苯氧基、间甲苯氧基、3,5-二甲基-苯氧基、2,4,6-三甲基苯氧基、对叔丁基苯氧基、3-联苯氧基、4-联苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基、4-甲基-1-萘氧基、 5-甲基-2-萘氧基、1-蒽氧基、2-蒽氧基、9-蒽氧基、1-菲氧基、3-菲氧基、 9-菲氧基等，芳基硫基的实例包括苯基硫基、2-甲基苯基硫基、4-叔丁基苯基硫基等，并且芳基磺酰基的实例包括苯磺酰基、对甲苯磺酰基等，但实例不限于此。
在本说明书中，烷基硫基和烷基磺酰基中的烷基与烷基的上述实例相同。具体地，烷基硫基的实例包括甲基硫基、乙基硫基、叔丁基硫基、己基硫基、辛基硫基等，并且烷基磺酰基的实例包括甲基磺酰基、乙基磺酰基、丙基磺酰基、丁基磺酰基等，但实例不限于此。
在本说明书中，在由相邻基团键合形成的经取代或未经取代的环中，“环”意指经取代或未经取代的烃环；或者经取代或未经取代的杂环。
在本说明书中，烃环可以为芳族环、脂族环、或芳族环和脂族环的稠环，并且可以选自环烷基或芳基的实例，不同之处在于烃环不是一价的。
在本说明书中，芳族环可以为单环或多环的，并且可以选自芳基的实例，不同之处在于芳族环不是一价的。
在本说明书中，杂环包含一个或更多个除碳以外的原子，即，一个或更多个杂原子，并且具体地，杂原子可以包括选自O、N、Se、S等中的一个或更多个原子。杂环可以为单环或多环的，可以为芳族环、脂族环、或者芳族环和脂族环的稠环，并且可以选自杂芳基或杂环基的实例，不同之处在于杂环不是一价的。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Q1和Q2彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的芳族环；或者经取代或未经取代的杂环。
根据本说明书的一个示例性实施方案，化学式1由以下化学式1-1至 1-3中的任一者表示。
[化学式1-1]
Figure BDA0001948403520000111
[化学式1-2]
Figure BDA0001948403520000112
[化学式1-3]
Figure BDA0001948403520000113
在化学式1-1至1-3中，
X1至X4、R1至R8、m1和m2的限定与化学式1中限定的那些相同， Q1、X、X’、n1、G1和G2的限定与化学式A中限定的那些相同， Y1、G3、G4、g3和g4的限定与化学式B中限定的那些相同，以及Q2、X”、X”’、n2、G5和G6的限定与化学式C中限定的那些相同。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式A中，n1为2至5 的整数。
根据本说明书的一个示例性实施方案，化学式A选自以下结构。
Figure BDA0001948403520000121
在所述结构中，
X、X’、G1和G2的限定与化学式A中限定的那些相同，
X11至X14彼此相同或不同，并且各自独立地为S或Se，
G101至G115彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；羟基；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的烷氧基；经取代或未经取代的芳基；或者经取代或未经取代的杂芳基，
g105、g110和g111各自为1或2，以及
当g105、g110和g111各自为2时，括号中的两个结构彼此相同或不同。
根据本说明书的一个示例性实施方案，化学式B选自以下结构。
Figure BDA0001948403520000131
在所述结构中，
G3、G4、g3和g4的限定与化学式B中限定的那些相同，以及
R”和R”’彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；羟基；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的烷氧基；经取代或未经取代的芳基；或者经取代或未经取代的杂芳基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在化学式C中，n2为2至5 的整数。
根据本说明书的一个示例性实施方案，化学式C由以下结构表示。
Figure BDA0001948403520000132
在所述结构中，
X”、X”’、G5和G6的限定与化学式C中限定的那些相同，
G116至G123彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；卤素基团；羟基；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的烷氧基；经取代或未经取代的芳基；或者经取代或未经取代的杂芳基，
g116和g117各自为1或2，以及
当g116和g117各自为2时，括号中的两个结构彼此相同或不同。
根据本说明书的一个示例性实施方案，化学式1由以下化学式1-4至 1-15中的任一者表示。
[化学式1-4]
Figure BDA0001948403520000141
[化学式1-5]
Figure BDA0001948403520000142
[化学式1-6]
Figure BDA0001948403520000143
[化学式1-7]
Figure BDA0001948403520000144
[化学式1-8]
Figure BDA0001948403520000151
[化学式1-9]
Figure BDA0001948403520000152
[化学式1-10]
Figure BDA0001948403520000153
[化学式1-11]
Figure BDA0001948403520000154
[化学式1-12]
Figure BDA0001948403520000161
[化学式1-13]
Figure BDA0001948403520000162
[化学式1-14]
Figure BDA0001948403520000163
[化学式1-15]
Figure BDA0001948403520000164
在化学式1-4至1-15中，
X1至X4和R1至R8的限定与化学式1中限定的那些相同， X、X’、G1和G2的限定与化学式A中限定的那些相同， G3、G4、g3和g4的限定与化学式B中限定的那些相同， X”、X”’、G5和G6的限定与化学式C中限定的那些相同， X11至X14彼此相同或不同，并且各自独立地为S或Se， G101至G123、R”和R”’彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；氘；
卤素基团；羟基；经取代或未经取代的烷基；经取代或未经取代的烷氧基；经取代或未经取代的芳基；或者经取代或未经取代的杂芳基，
g105、g110、g111、g116和g117各自为1或2，以及
当g105、g110、g111、g116和g117各自为2时，括号中的两个结构彼此相同或不同。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Q1和Q2彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的苯环；经取代或未经取代的噻吩环；经取代或未经取代的芴环；经取代或未经取代的环戊二烯环；或者经取代或未经取代的茚环。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Q1和Q2彼此相同或不同，并且各自独立地为：未经取代或经杂芳基取代的苯环，所述杂芳基经选自卤素基团、烷基和硫代烷氧基中的一者或更多者取代；噻吩环；经烷基取代的芴环；经烷基取代的环戊二烯环；经烷基取代的茚环；经被烷基取代的芳基取代的环戊二烯环；经被烷基取代的杂芳基取代的环戊二烯环；经被烷基取代的芳基取代的茚环；或者经被烷基取代的杂芳基取代的茚环。
根据本说明书的一个示例性实施方案，Q1和Q2彼此相同或不同，并且各自独立地为苯环；经被氟和2-乙基己基取代的噻吩基取代的苯环；经被2-乙基己基取代的噻吩基取代的苯环；经被2-乙基己基硫基取代的噻吩基取代的苯环；噻吩环；经正辛基取代的芴环；经正辛基取代的环戊二烯环；经正辛基取代的茚环；经被正己基取代的苯基取代的环戊二烯环；经被正己基取代的噻吩基取代的环戊二烯环；经被正己基取代的苯基取代的茚环；或者经被正己基取代的噻吩基取代的茚环。
根据本说明书的一个示例性实施方案，X1至X4、X、X’、X”、X”’和X11至X14为S。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R5至R8彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；经取代或未经取代的烷基；或者经取代或未经取代的烷氧基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R1至R5、R8、G1、G2、G5 和G6为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R6和R7彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷基；或者经取代或未经取代的烷氧基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R6和R7彼此相同或不同，并且各自独立地为烷基；或烷氧基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，R6和R7彼此相同或不同，并且各自独立地为2-乙基己基；或2-乙基己氧基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G105、G110、G116和G117 为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G101至G104、G106至G109、 G111至G115、G118、G119、G122和G123彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的芳基；或者经取代或未经取代的杂芳基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G101至G104、G106至G109、 G111至G115、G118、G119、G122和G123彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的苯基；或者经取代或未经取代的噻吩基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G101至G104、G106至G109、G111至G115、G118、G119、G122和G123彼此相同或不同，并且各自独立地为未经取代或经烷基取代的苯基；未经取代或经烷基或硫代烷氧基取代的噻吩基；或者未经取代或经卤素基团和烷基取代的噻吩基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G101至G104、G106至G109、 G111至G115、G118、G119、G122和G123彼此相同或不同，并且各自独立地为未经取代或经正己基取代的苯基；未经取代或经2-乙基己基取代的苯基；未经取代或经正己基取代的噻吩基；未经取代或经2-乙基己基取代的噻吩基；未经取代或经2-乙基己基硫基取代的噻吩基；或者未经取代或经氟和2-乙基己基取代的噻吩基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G101至G104、G106至G109、 G111至G115、G118、G119、G122和G123彼此相同或不同，并且各自独立地为苯基；经正己基取代的苯基；经2-乙基己基取代的苯基；噻吩基；经正己基取代的噻吩基；经2-乙基己基取代的噻吩基；经2-乙基己基硫基取代的噻吩基；或者经氟和2-乙基己基取代的噻吩基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，化学式1由以下化学式1-16 至1-29中的任一者表示。
[化学式1-16]
Figure BDA0001948403520000191
[化学式1-17]
Figure BDA0001948403520000192
[化学式1-18]
Figure BDA0001948403520000194
[化学式1-19]
Figure BDA0001948403520000201
[化学式1-20]
Figure BDA0001948403520000202
[化学式1-21]
Figure BDA0001948403520000203
[化学式1-22]
Figure BDA0001948403520000204
[化学式1-23]
Figure BDA0001948403520000211
[化学式1-24]
Figure BDA0001948403520000212
[化学式1-25]
Figure BDA0001948403520000213
[化学式1-26]
Figure BDA0001948403520000221
[化学式1-27]
Figure BDA0001948403520000222
[化学式1-28]
Figure BDA0001948403520000223
[化学式1-29]
Figure BDA0001948403520000224
在化学式1-16至1-29中，
R5至R8彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；经取代或未经取代的烷基；或者经取代或未经取代的烷氧基，
G120、G121和G201至G222彼此相同或不同，并且各自独立地为氢；卤素基团；经取代或未经取代的烷基；或者经取代或未经取代的硫代烷氧基，
R”和R”’彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷基，
g201至g208、g213至g216和g219至g222各自为1至5的整数，
g209至g212、g217和g218各自为1至3的整数，以及
当g201至g222各自为2或更大时，两个或更多个括号中结构彼此相同或不同。
根据本说明书的一个示例性实施方案，当g201至g222各自为1时，括号中的结构为经取代或未经取代的烷基；或者经取代或未经取代的硫代烷氧基，当g201至g212各自为2或更大时，两个或更多个括号中结构中的至少一者为卤素基团；经取代或未经取代的烷基；或者经取代或未经取代的硫代烷氧基，并且余者为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G201至G222彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团；经取代或未经取代的烷基；或者经取代或未经取代的硫代烷氧基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G201至G222彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团；烷基；或硫代烷氧基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G201至G222为氟；正己基； 2-乙基己基；或2-乙基己基硫基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，当g201至g222各自为1时，括号中的结构为正己基；2-乙基己基；或2-乙基己基硫基，当g201至g222 各自为2或更大时，两个或更多个括号中结构中的至少一者为氟；正己基； 2-乙基己基；或2-乙基己基硫基，并且余者为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G201至G222为正己基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G201至G222为2-乙基己基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G201至G222为2-乙基己基硫基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，当g201至g222各自为1时，括号中的结构为正己基，当g201至g222各自为2或更大时，两个或更多个括号中结构中的至少一者为正己基，并且其他的为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，当g201至g222各自为1时，括号中的结构为2-乙基己基，当g201至g222各自为2或更大时，两个或更多个括号中结构中的至少一者为2-乙基己基，并且其他的为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，当g201至g222各自为1时，括号中的结构为2-乙基己基硫基，当g201至g222各自为2或更大时，两个或更多个括号中结构中的至少一者为2-乙基己基硫基，并且其他的为氢。
根据本说明书的一个示例性实施方案，当g217为2时，G217为氟和 2-乙基己基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，当g218为2时，G218为氟和 2-乙基己基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G120和G121彼此相同或不同，并且各自独立地为经取代或未经取代的烷基；
根据本说明书的一个示例性实施方案，G120和G121彼此相同或不同，并且各自独立地为直链或支链烷基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，G120和G121为正辛基。
根据本说明书的一个示例性实施方案，化学式1选自以下化合物。
[化合物1]
Figure BDA0001948403520000251
[化合物2]
Figure BDA0001948403520000252
[化合物3]
Figure BDA0001948403520000253
[化合物4]
Figure BDA0001948403520000261
[化合物5]
Figure BDA0001948403520000262
[化合物6]
Figure BDA0001948403520000271
[化合物7]
Figure BDA0001948403520000272
[化合物8]
Figure BDA0001948403520000281
[化合物9]
Figure BDA0001948403520000282
[化合物10]
Figure BDA0001948403520000291
[化合物11]
Figure BDA0001948403520000292
[化合物12]
Figure BDA0001948403520000293
根据本说明书的一个示例性实施方案，杂环化合物的最大吸收波长在 300nm至1,000nm，并且当杂环化合物具有该最大吸收波长范围时，通过吸收近红外(NIR)区域的光，杂环化合物可以用作近红外(NIR)有机光电器件的光活性层的材料。
根据本说明书的一个示例性实施方案，杂环化合物在膜状态下表现出具有100nm至1,000nm的半峰全宽的吸收曲线。
由于根据本说明书的一个示例性实施方案的杂环化合物具有在该范围内的半峰全宽，因此存在吸收可见光和近红外(NIR)区域的光的效果。
在本说明书中，“膜状态”并不意指溶液状态，而是意指通过单独使用由化学式1表示的化合物或者将由化学式1表示的化合物与不影响半峰全宽和量子效率测量的其他组分混合而以膜形式制备的状态。
在本说明书中，半峰全宽意指当高度为从由化学式1表示的杂环化合物发射的光的最大发光峰的最大高度的一半时的发光峰宽度。
根据本说明书的一个示例性实施方案，杂环化合物的LUMO能级可以为4eV至7eV，并且带隙可以为1eV至3eV。通过具有在所述范围内的LUMO能级和能量带隙，杂环化合物可以应用于有效吸收在近红外 (NIR)区域范围内的光的n型有机材料层，并因此，杂环化合物可以具有高的外部量子效率(EQE)，从而改善有机电子器件的光电转换效率。
本说明书的一个示例性实施方案提供了有机电子器件，其包括：第一电极；设置成面向所述第一电极的第二电极；以及设置在所述第一电极与所述第二电极之间的具有一个或更多个层的有机材料层，其中所述有机材料层的一个或更多个层包含所述杂环化合物。
根据本说明书一个示例性实施方案的有机电子器件包括第一电极、光活性层和第二电极。所述有机电子器件还可以包括基底、空穴传输层和/ 或电子传输层。
图1是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的有机电子器件100 的视图，并且根据图1，在有机电子器件100中，光从第一电极10和/或第二电极20的侧面入射，使得当活性层30吸收在整个波长区域中的光时，可以在其中产生激子。激子在活性层30中分离成空穴和电子，经分离的空穴移动至阳极侧(其为第一电极10和第二电极20中的一者)，并且经分离的电子移动至阴极侧(其为第一电极10和第二电极20中的另一者)，使得电流可以在有机电子器件中流动。
根据本说明书的一个示例性实施方案，有机电子器件还可以包括另外的有机材料层。有机电子器件可以通过使用同时具有多种功能的有机材料来减少有机材料层的数量。
根据本说明书的一个示例性实施方案，第一电极为阳极，并且第二电极为阴极。在另一个示例性实施方案中，第一电极为阴极，并且第二电极为阳极。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在有机电子器件中，可以以阴极、光活性层和阳极的顺序布置，并且可以以阳极、光活性层和阴极的顺序布置，但布置顺序不限于此。
在另一个示例性实施方案中，在有机电子器件中，也可以以阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和阴极的顺序布置，并且也可以以阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极的顺序布置，但布置顺序不限于此。
根据本说明书的一个示例性实施方案，有机电子器件具有正常结构。在正常结构中，可以以基底、阳极、包括光活性层的有机材料层、和阴极的顺序进行堆叠。
根据本说明书的一个示例性实施方案，有机电子器件具有倒置结构。在倒置结构中，可以以基底、阴极、包括光活性层的有机材料层、和阳极的顺序进行堆叠。
根据本说明书的一个示例性实施方案，有机电子器件具有串联结构。
根据本说明书的一个示例性实施方案的有机电子器件可以包括一个或两个或更多个光活性层。串联结构可以包括两个或更多个光活性层。
在另一个示例性实施方案中，缓冲层可以设置在光活性层与空穴传输层之间，或者设置在光活性层与电子传输层之间。在这种情况下，还可以在阳极与空穴传输层之间设置空穴注入层。另外，还可以在阴极与电子传输层之间设置电子注入层。
根据本说明书的一个示例性实施方案，光活性层包含电子供体材料和电子受体材料，并且电子受体材料包含所述杂环化合物。
根据本说明书的一个示例性实施方案，当有机电子器件接受来自外部光源的光子时，在电子供体与电子受体之间产生电子和空穴。所产生的空穴通过电子供体层传输至正电极。
此外，其中使用由化学式1表示的杂环化合物作为光活性层的n型有机材料层(电子受体材料)的有机电子器件可以应用于在可见光区域中具有最大吸收波长的大多数p型有机材料(电子供体材料)，但应用范围不限于此。
根据本说明书的一个示例性实施方案，可以使用本领域中应用的材料作为电子供体材料，并且电子供体材料可以包括例如选自以下的一种或更多种材料：聚3-己基噻吩(P3HT)、聚[N-9’-十七烷基-2,7-咔唑-交替 -5,5-(4’-7’-二-2-噻吩基-2’,1’,3’-苯并噻二唑)](PCDTBT)、聚[2,6-(4,4-双 -(2-乙基己基)-4H-环戊并[2,1-b；3,4-b’]二噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)、聚[2,7-(9,9-二辛基-芴)-交替-5,5-(4,7-二-2-噻吩基-2,1,3- 苯并噻二唑)](PFO-DBT)、聚[[4,8-双[(2-乙基己基)氧基]苯并[1,2-b:4,5-b’] 二噻吩-2,6-二基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩二基]](PTB7或PTB7-Th)、聚[2,7-(9,9-二辛基-二苯并噻咯)-交替-4,7-双(噻吩-2- 基)苯并-2,1,3-噻二唑](PSiF-DBT)和聚(苯并二噻吩-苯并三唑) (PBDB-T)。
根据本说明书的一个示例性实施方案，光活性层包含电子供体材料和电子受体材料，并且包含重量比为1:99至99:1的电子供体材料和电子受体材料。
根据本说明书的一个示例性实施方案，光活性层包含电子供体材料和电子受体材料，并且包含重量比为1:5至5:1的电子供体材料和电子受体材料。
根据本说明书的一个示例性实施方案，电子供体和电子受体构成本体异质结(BHJ)。
本体异质结意指电子供体材料和电子受体材料在光活性层中彼此混合。
在本说明书的一个示例性实施方案中，光活性层还包含添加剂。
在本说明书的一个示例性实施方案中，添加剂的分子量为50g/mol 至1,000g/mol。
在另一个示例性实施方案中，添加剂是沸点为30℃至300℃的有机材料。
在本说明书中，有机材料意指包含至少一个或更多个碳原子的材料。
在一个示例性实施方案中，添加剂还可以包括选自以下的添加剂中的一种或两种添加剂：1,8-二碘辛烷(DIO)、1-氯萘(1-CN)、二苯醚(DPE)、辛烷二硫醇和四溴噻吩。
根据本说明书的一个示例性实施方案，光活性层具有包括n-型有机材料层和p-型有机材料层的双层薄膜结构，并且n-型有机材料层包含所述杂环化合物。
在本说明书中，基底可以是具有优异的透明度、表面平滑性、易操作性和防水特性的玻璃基底或透明塑料基底，但不限于此，并且基底不受限制，只要基底为通常用于有机电子器件的基底即可。其具体实例包括玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯 (PP)、聚酰亚胺(PI)、三乙酰纤维素(TAC)等，但不限于此。
阳极电极可以由透明且具有优异导电性的材料制成，但不限于此。其实例包括：金属，例如钒、铬、铜、锌和金，或其合金；金属氧化物，例如锌氧化物、铟氧化物、铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO)；金属和氧化物的组合，例如ZnO:Al或SNO2:Sb；导电聚合物，例如聚(3-甲基噻吩)、聚[3,4-(亚乙基-1,2-二氧)噻吩](PEDT)、聚吡咯和聚苯胺；等等，但不限于此。
形成阳极电极的方法没有特别限制，但是阳极电极例如可以通过使用溅射、电子束、热沉积、旋涂、丝网印刷、喷墨印刷、刮涂或凹版印刷法施加至基底的一个表面上来形成，或者通过以膜的形式涂覆来形成。
当在基底上形成阳极电极时，可以使阳极电极经受清洗、除去水分和亲水改性的过程。
例如，用清洗剂、丙酮和异丙醇(IPA)依次清洗图案化的ITO基底，然后在热板上在100℃至150℃下干燥1分钟至30分钟，优选在120℃下干燥10分钟以除去水分，并且当基底被彻底清洗时，对基底的表面进行亲水改性。
通过如上所述的表面改性，接合表面电势可以保持在适合于光活性层的表面电势的水平。此外，在改性期间，可以在阳极电极上容易地形成聚合物薄膜，并且还可以改善薄膜的品质。
用于阳极电极的预处理技术的实例包括：a)使用平行平板型放电的表面氧化法，b)通过在真空状态下使用UV线产生的臭氧使表面氧化的方法，c)使用由等离子体产生的氧自由基的氧化方法等。
可以根据阳极电极或基底的状况以选择所述方法之一。然而，即使使用任何方法，优选通常防止氧从阳极电极或基底的表面离开并且最大限度地抑制水分和有机材料残留。在这种情况下，可以使预处理的实质效果最大化。
作为一个具体实例，可以使用通过使用UV产生的臭氧使表面氧化的方法。在这种情况下，将超声清洗之后的图案化的ITO基底在热板上烘烤并充分干燥，然后引入到室中，并且图案化的ITO基底可以用通过操作 UV灯以使氧气与UV光反应而产生的臭氧进行清洗。
然而，本说明书中图案化的ITO基底的表面改性方法不需要特别限制，并且可以使用任何方法，只要该方法是使基底氧化的方法即可。
阴极电极可以是具有低的功函数的金属，但不限于此。其具体实例包括：金属，例如镁、钙、钠、钾、钛、铟、钇、锂、钆、铝、银、锡和铅，或其合金；以及多层结构材料，例如LiF/Al、LiO2/Al、LiF/Fe、Al:Li、 Al:BaF2和Al:BaF2:Ba，但不限于此。
阴极电极可以在显示出5×10-7托或更低的真空度的热蒸发器中沉积和形成，但形成方法不仅限于此方法。
空穴传输层和/或电子传输层材料用于有效地将从光活性层中分离的电子和空穴转移至电极，并且材料没有特别限制。
空穴传输层材料可以是掺有聚(苯乙烯磺酸)的聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT:PSS)、钼氧化物(MoOx)；钒氧化物(V2O5)；镍氧化物(NiO)；和钨氧化物(WOx)等，但不限于此。
电子传输层材料可以是提取电子的金属氧化物，并且其具体实例包括：8-羟基喹啉的金属配合物；包含Alq3的配合物；包含Liq的金属配合物；LiF；Ca；钛氧化物(TiOx)；锌氧化物(ZnO)；和碳酸铯(Cs2CO3) 等，但不限于此。
光活性层可以如下形成：将光活性材料如电子供体和/或电子受体溶解在有机溶剂中，然后通过诸如旋涂、浸涂、丝网印刷、喷涂、刮涂和刷涂的方法施加所述溶液，但形成方法不限于此。
根据本说明书的一个示例性实施方案，有机电子器件选自有机光电器件、有机晶体管、有机太阳能电池和有机发光器件。
根据本说明书的一个示例性实施方案，有机电子器件是有机太阳能电池。
根据本说明书的一个示例性实施方案，有机电子器件是有机光电器件。
具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案的有机光电器件可以应用于有机图像传感器、有机光检测器、有机光传感器等，但应用范围不限于此。
本说明书的一个示例性实施方案提供了包括有机电子器件的有机图像传感器。
根据本说明书的一个示例性实施方案的有机图像传感器可以应用于电子设备，并且可以应用于例如移动电话、数码相机等，但应用范围不限于此。
发明实施方式
杂环化合物的制备方法和包含其的有机电子器件的制造将在以下制备例和实施例中详细地描述。然而，提供以下实施例是为了例示本说明书，并且本说明书的范围不限于此。
制备例1.化合物2的制备
Figure BDA0001948403520000351
1)化合物1A的制备
将21.39g噻吩并[3,2-b]噻吩-2-羧酸乙酯和200mL四氢呋喃注入500 mL圆底烧瓶中之后，将8.39g(1.5当量)NaOH溶解在200mL蒸馏水中，将所得溶液注入其中，然后将温度调节至60℃。此后，将所得混合物回流2小时，通过1M HCl水溶液终止反应，然后通过蒸馏水过滤所产生的固体，从而获得化合物1A。
[1H NMR 500MHz，CDCl3]8.095(s，1H)，7.653(d，1H)，7.323(d，1H)
2)化合物2A的制备
将1.00g化合物1A和200mL氯仿注入500mL圆底烧瓶中，然后向其中缓慢注入15.76mL(1.5当量)亚硫酰氯。此后，向其中注入催化量的二甲基甲酰胺，然后通过将温度调节至65℃将所得混合物回流1小时。此后，除去溶剂，从而获得化合物2A。
[1H NMR 500MHz，CDCl3]8.096(s，1H)，7.742(d，1H)，7.308(d，1H)
3)化合物3A的制备
将29.60g(1.00当量)氯化铝和21.59mL(4.5当量)丙二酰二氯放入在500mL圆底烧瓶中的200mL二氯甲烷中，然后将所得混合物搅拌 10分钟并活化。此后，将化合物2A溶解在50mL二氯甲烷中，将所得溶液缓慢注入其中，然后将混合物在60℃下回流12小时。在通过10％草酸水溶液终止反应之后，使用乙酸乙酯进行萃取，然后除去溶剂，从而获得化合物3A。
[1H NMR 500MHz，CDCl3]7.843(d，1H)，7.447(d，1H)，3.512(s，2H)
4)化合物4A的制备
将1g化合物3A、0.59g(1.5当量)乙酸钠和0.65g(1.5当量)丙二腈放入在500mL圆底烧瓶中的100mL二甲基亚砜中，然后将所得混合物在室温下搅拌1小时。此后，将产物通过HCl水溶液酸化，然后过滤所产生的固体，并通过柱色谱获得化合物4A。
[1H NMR 500MHz，CDCl3]7.885(d，1H)，7.469(d，1H)，3.945(s，2H)
5)化合物2的制备
将100mg化合物5A和75mg(4当量)化合物4A溶解在100mL 圆底烧瓶中的50mL氯仿中之后，向其中注入0.6mL吡啶，然后将所得混合物在70℃下回流12个小时。使用氯仿进行萃取，然后除去溶剂，从而获得化合物2。
图2是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的化合物2的 1H-NMR谱的视图。
制备例2.化合物3的制备
Figure BDA0001948403520000371
将500mg化合物5B和370mg(4当量)化合物4A溶解在100mL 圆底烧瓶中的50mL氯仿中之后，向其中注入0.6mL吡啶，然后将所得混合物在70℃下回流12个小时。使用氯仿进行萃取，然后除去溶剂，从而获得化合物3。
1H NMR：8.25(s，2H)，7.89(d，2H)，7.28(s，2H)，7.26(s，2H)，7.18(m，4H)，7.14(d，8H)，7.08(d，8H)，2，94(d，4H)，2.62(t，8H)，1.87(m，2H)，1.22(m，48H)，0.94(m， 36H)
比较例1-1.有机太阳能电池的制造
通过将以下化合物PBDB-T和以下比较例化合物1(IEIC)以1∶1的比例溶解在氯苯(CB)中来制备复合溶液。在这种情况下，将浓度调节至4重量％，并将有机太阳能电池制成具有ITO/ZnO NP/光活性层/MoO3/Ag的倒置结构。
使用蒸馏水、丙酮和2-丙醇对涂覆有ITO的1.5cm×1.5cm的棒型玻璃基底(11.5Ω/□)进行超声洗涤，用臭氧处理ITO表面10分钟，然后制备ZnO NP(在1-丁醇中的2.5重量％的ZnO纳米级N-10，经0.45μm PTFE 过滤)，以4,000rpm旋涂ZnO NP溶液40秒，然后通过在80℃下进行热处理10分钟来除去剩余溶剂，从而完成电子传输层。为了涂覆光活性层，在70℃下以1,000rpm旋涂以下化合物PBDB-T和以下比较例化合物1的复合溶液25秒。在热蒸发器中，在10-7托下以
Figure BDA0001948403520000381
/秒的速率热沉积MoO3至10nm的厚度，从而制造空穴传输层。在以以上顺序制造之后，在热蒸发器中以
Figure BDA0001948403520000382
/秒的速率沉积Ag至100nm的厚度，从而制造具有倒置结构的有机太阳能电池。
[PBDB-T]
Figure BDA0001948403520000383
[比较例化合物1(IEIC)]
Figure BDA0001948403520000384
比较例1-2.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-1中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1,200rpm 代替1,000rpm旋涂。
比较例1-3.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-1中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1,400rpm 代替1,000rpm旋涂。
比较例1-4.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-1中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1,600rpm 代替1,000rpm旋涂。
比较例2-1.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-1中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1:1.5的比例代替1:1使用。
比较例2-2.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-2中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1:1.5的比例代替1:1使用。
比较例2-3.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-3中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1:1.5的比例代替1:1使用。
比较例2-4.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-4中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1:1.5的比例代替1:1使用。
比较例3-1.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-1中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1:2的比例代替1:1使用。
比较例3-2.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-2中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1:2的比例代替1:1使用。
比较例3-3.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-3中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1:2的比例代替1:1使用。
比较例3-4.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-4中，化合物PBDB-T和比较例化合物1的复合溶液以1:2的比例代替1:1使用。
实施例1-1.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-1中，使用化合物2代替比较例化合物1。
实施例1-2.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-2中，使用化合物2代替比较例化合物1。
实施例1-3.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-3中，使用化合物2代替比较例化合物1。
实施例1-4.有机太阳能电池的制造
以与比较例1-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在比较例1-4中，使用化合物2代替比较例化合物1。
实施例2-1.有机太阳能电池的制造
以与实施例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在
实施例1-1中，化合物PBDB-T和化合物2以1:1.5的比例代替1:1使用。
实施例2-2.有机太阳能电池的制造
以与实施例1-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实施例1-2中，化合物PBDB-T和化合物2以1:1.5的比例代替1:1使用。
实施例2-3.有机太阳能电池的制造
以与实施例1-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实施例1-3中，化合物PBDB-T和化合物2以1:1.5的比例代替1:1使用。
实施例2-4.有机太阳能电池的制造
以与实施例1-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实施例1-4中，化合物PBDB-T和化合物2以1:1.5的比例代替1:1使用。
实施例3-1.有机太阳能电池的制造
以与实施例1-1中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实施例1-1中，化合物PBDB-T和化合物2以1:2的比例代替1:1使用。
实施例3-2.有机太阳能电池的制造
以与实施例1-2中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实施例1-2中，化合物PBDB-T和化合物2以1:2的比例代替1:1使用。
实施例3-3.有机太阳能电池的制造
以与实施例1-3中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实施例1-3中，化合物PBDB-T和化合物2以1:2的比例代替1:1使用。
实施例3-4.有机太阳能电池的制造
以与实施例1-4中相同的方式制造有机太阳能电池，不同之处在于在实施例1-4中，化合物PBDB-T和化合物2以1:2的比例代替1:1使用。
在100mW/cm2(AM 1.5)的条件下测量实施例1-1至1-4、2-1至2-4 和3-1至3-4以及比较例1-1至1-4、2-1至2-4和3-1至3-4中制造的有机太阳能电池的光电转换特性，并且结果示于下表1中。
图3是示出关于根据本说明书的一个示例性实施方案的化合物2和作为比较例化合物1的IEIC在膜状态下的UV-vis吸收光谱的视图。图4是示出根据本说明书的一个示例性实施方案的化合物2和作为比较例化合物1的IEIC的HOMO/LUMO能级的视图。
[表1]
Figure BDA0001948403520000421
Figure BDA0001948403520000431
在表1中，可以看出，与其中使用本领域中的比较例化合物1(IEIC) 作为电子受体的比较例1-1至1-4、2-1至2-4和3-1至3-4中的有机太阳能电池相比，其中使用根据本说明书的一个示例性实施方案的化合物2作为电子受体的实施例1-1至1-4、2-1至2-4和3-1至3-4中的有机太阳能电池具有更高的开路电压、更好的器件效率如填充因子、和更好的能量转换效率。
VOC、JSC、FF和η分别意指开路电压、短路电流、填充因子和能量转换效率。开路电压和短路电流分别是电压-电流密度曲线的第四象限中的X 轴截距和Y轴截距，并且随着这两个值增加，太阳能电池的效率期望地提高。此外，填充因子是通过可以在曲线内绘制出的矩形的面积除以短路电流与开路电压的乘积而获得的值。当这三个值除以照射光的强度时可以获得能量转换效率，并且更高的值是优选的。

Claims (11)

1.一种由以下化学式1表示的杂环化合物：
[化学式1]
Figure FDA0003337713830000011
在化学式1中，
X1至X6为S，
R1至R5和R8为氢，
R6和R7彼此相同或不同，并且各自独立地为烷基；或烷氧基，
m1和m2各自为0或1，
Q为由以下化学式A表示的结构，
[化学式A]
Figure FDA0003337713830000012
在化学式A中，
X和X’为S，
G1和G2为氢，
Q1为未经取代或经杂芳基取代的苯环，所述杂芳基经选自卤素基团、烷基和硫代烷氧基中的一者或更多者取代；噻吩环；经烷基取代的芴环；经烷基取代的环戊二烯环；经烷基取代的茚环；经被烷基取代的芳基取代的环戊二烯环；经被烷基取代的杂芳基取代的环戊二烯环；经被烷基取代的芳基取代的茚环；或者经被烷基取代的杂芳基取代的茚环，
n1为1至5的整数，
当n1为2或更大时，两个或更多个括号中结构彼此相同或不同，以及
Figure FDA0003337713830000021
为与化学式1键合的部分。
2.根据权利要求1所述的杂环化合物，其中化学式1由以下化学式1-4至1-6和1-10至1-12中的任一者表示：
[化学式1-4]
Figure FDA0003337713830000022
[化学式1-5]
Figure FDA0003337713830000023
[化学式1-6]
Figure FDA0003337713830000031
[化学式1-10]
Figure FDA0003337713830000032
[化学式1-11]
Figure FDA0003337713830000033
[化学式1-12]
Figure FDA0003337713830000034
在化学式1-4至1-6和1-10至1-12中，
X1至X6和R1至R8的限定与权利要求1中限定的化学式1中的相应基团的限定相同，
X、X’、G1和G2的限定与权利要求1中限定的化学式A中的相应基团的限定相同，
X11至X14为S，
G105、G110和G111彼此相同或不同，并且各自独立地为经卤素基团、烷基和硫代烷氧基中的一者或更多者取代的杂芳基，
G101至G104、G106至G109和G112至G115彼此相同或不同，并且各自独立地为烷基；经烷基取代的芳基；或者经烷基取代的杂芳基，
g105、g110和g111各自为1或2，以及
当g105、g110和g111各自为2时，括号中的两个结构彼此相同或不同。
3.根据权利要求1所述的杂环化合物，其中化学式1由以下化学式1-16至1-19和1-23至1-26中的任一者表示：
[化学式1-16]
Figure FDA0003337713830000041
[化学式1-17]
Figure FDA0003337713830000042
[化学式1-18]
Figure FDA0003337713830000051
[化学式1-19]
Figure FDA0003337713830000052
[化学式1-23]
Figure FDA0003337713830000053
[化学式1-24]
Figure FDA0003337713830000061
[化学式1-25]
Figure FDA0003337713830000062
[化学式1-26]
Figure FDA0003337713830000063
在化学式1-16至1-19和1-23至1-26中，
R5和R8为氢，
R6和R7彼此相同或不同，并且各自独立地为烷基；或烷氧基，
G201至G216彼此相同或不同，并且各自独立地为烷基，
G217和G218彼此相同或不同，并且各自独立地为卤素基团、烷基或硫代烷氧基，
g201至g208和g213至g216各自为1至5的整数，
g209至g212、g217和g218各自为1至3的整数，以及
当g201至g218各自为2或更大时，两个或更多个括号中结构彼此相同或不同。
4.根据权利要求1所述的杂环化合物，其中化学式1选自以下化合物：
[化合物1]
Figure FDA0003337713830000071
[化合物2]
Figure FDA0003337713830000072
[化合物3]
Figure FDA0003337713830000081
[化合物4]
Figure FDA0003337713830000082
[化合物5]
Figure FDA0003337713830000083
[化合物6]
Figure FDA0003337713830000091
[化合物7]
Figure FDA0003337713830000092
[化合物8]
Figure FDA0003337713830000101
[化合物9]
Figure FDA0003337713830000102
[化合物10]
Figure FDA0003337713830000111
[化合物11]
Figure FDA0003337713830000112
5.一种有机电子器件，包括：
第一电极；
设置成面向所述第一电极的第二电极；和
设置在所述第一电极与所述第二电极之间的包括一个或更多个层的有机材料层，
其中所述有机材料层的一个或更多个层包含根据权利要求1至4中任一项所述的杂环化合物。
6.根据权利要求5所述的有机电子器件，其中所述有机材料层包括光活性层，
所述光活性层具有包括n型有机材料层和p型有机材料层的双层薄膜结构，以及
所述n型有机材料层包含所述杂环化合物。
7.根据权利要求5所述的有机电子器件，其中所述有机材料层包括光活性层，
所述光活性层包含电子供体材料和电子受体材料，以及
所述电子受体材料包含所述杂环化合物。
8.根据权利要求7所述的有机电子器件，其中所述电子供体材料和所述电子受体材料构成本体异质结。
9.根据权利要求5所述的有机电子器件，其中所述有机电子器件选自有机光电器件、有机晶体管、有机太阳能电池和有机发光器件。
10.一种有机图像传感器，包括根据权利要求5所述的有机电子器件。
11.一种电子设备，包括根据权利要求10所述的有机图像传感器。
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