CN111837250B - 有机材料和光电转换元件 - Google Patents

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Abstract

通式(1)表示的有机材料：其中，在通式(1)中，R1是具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；n为1至3的整数；X1至X4各自为氢原子或氟原子；并且Z为以下通式(2)、(3)或(4)表示的化合物：其中，在通式(2)至(4)中，R2、R3和R4各自为具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；并且Y为氧原子或硫原子。

Description

有机材料和光电转换元件
技术领域
本公开涉及有机材料和光电转换元件。
背景技术
近年来，用于驱动电路的功率变得极低。为即将到来的IoT社会做准备，各种电子部件(如传感器)已能够以非常低的电功率(微瓦级)驱动。作为传感器的利用，传感器对于能量收集元件的应用已被预期是能够原位发电和耗电的自足式能量供应源。在能量收集元件中，光电转换元件已吸引关注，作为能够无论何处只要有光就发电的元件。作为能量收集元件，特别需要能够有效利用室内光(如荧光灯的光和LED灯的光)产生电能的光电转换元件。
已知在光电转换元件的性质中，当光源相同时，短路电流密度与光量成比例。上述趋势也适用于所谓的有机薄膜太阳能电池。已开发出以太阳光作为光源的已知有机薄膜太阳能电池。其中，p型有机半导体的开发已被特别积极地进行。
同时，以室内光作为光源的光电转换元件使用荧光灯或LED灯的光作为目标光，而不是太阳光。因此，需要光电转换元件在荧光灯或LED灯的光下呈现高电流值。由于与太阳光不同，来自荧光灯或LED灯的光仅在可见光区具有光谱，与用于以太阳光作为光源的已知光电转换元件的p型有机半导体的光谱匹配低。因此，光电转换元件具有以下缺点：来自荧光灯或LED灯的光带来的电流值低。因此，需要开发适于来自荧光灯或LED灯的光谱的材料。
具体地，需要光谱短于以太阳光作为光源的p型有机半导体的吸收光谱短的材料。
在NPL 1中，公开了具有相对短的吸收波长的材料，并且公开了在伪太阳光下呈现相对高电流值的有机材料。然而，NPL 1中没有清楚描述低照度下的材料性质。
引用列表
专利文献
[NPL 1]Chem.Sci.,2015,6,4860
发明内容
技术问题
本公开的一个目的是提供可以在非常弱的光(如室内光)下获得高光电转换效率的有机材料。
问题解决方案
根据本公开的一方面，有机材料由以下通式(1)表示。
在通式(1)中，R1是具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基，n为1至3的整数，X1至X4各自为氢原子或氟原子，并且Z为以下通式(2)、(3)或(4)表示的化合物。
在通式(2)至(4)中，R2、R3和R4各自是具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基，并且Y为氧原子或硫原子。
发明有利效果
本公开可以提供可以在非常弱的光(如室内光)下获得高光电转换效率的有机材料。
附图说明
[图1]图1是示例根据本公开的光电转换元件的一方面的示意图。
[图2]图2是示例根据本公开的光电转换元件的另一方面的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图描述根据本公开的有机材料和光电转换元件。
注意，本公开不限于以下描述的实施方式，并且其它实施方式、对实施方式的增加以及实施方式中的删除也被包括在本公开的范围内，只要上述改变在本领域技术人员可以容易实现的范围内进行，并且任何实施方式都可以呈现本公开的功能和效果。
在本公开中，术语“光电转换元件”意为将光能转换为电能的元件，或将电能转换为光能的元件。光电转换元件的具体实例包括太阳能电池和光电二极管。
以下将详细描述光电转换元件。
<<有机材料>>
本公开的有机材料由通式(1)表示。
在通式(1)中，R1是具有6个碳原子以上但20个碳原子以下的烷基；n为1至3的整数；X1至X4各自为氢原子或氟原子；并且Z为通式(2)、(3)或(4)表示的化合物。
在通式(2)至(4)中，R2、R3和R4各自为具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；并且Y为氧原子或硫原子。
R1、R2、R3和R4中的每一个为具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基，并且烷基的实例包括正己基、正辛基、正十二烷基、正十六烷基、2-乙基己基、2-丁基辛基和2-辛基十二烷基。R1优选为正己基或正辛基。R2、R3和R4各自优选为2-辛基十二烷基。
n为1至3的整数，并且优选为1或2的整数。
通式(1)表示的有机材料优选为通式(5)、通式(6)和通式(7)表示的化合物中的任一种。
在通式(5)中，R5为具有12个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；R6为具有6个以上碳原子但12个以下碳原子的烷基；X1至X4各自为氢原子或氟原子；Y为氧原子或硫原子；并且n为1至3的整数。
在通式(6)中，R7为具有12个碳原子至20个碳原子的烷基；R8为具有6个碳原子至12个碳原子的烷基；X1至X4各自为氢原子或氟原子；Y为氧原子或硫原子；并且n为1至3的整数。
在通式(7)中，R9为具有12个碳原子至20个碳原子的烷基；R10为具有6个碳原子至12个碳原子的烷基；X1至X4各自为氢原子或氟原子；Y为氧原子或硫原子；并且n为1到3的整数。
通式(1)表示的有机材料的具体实例包括表1-1和1-2中展示的化合物，但是本公开不限于以下实例。
[表1-1]
[表1-2]
(N型半导体材料)
n型半导体材料的实例包括富勒烯和富勒烯衍生物。
在以上列举的实例中，鉴于电荷分离和电荷传输，富勒烯衍生物是优选的。
作为富勒烯衍生物，可以使用适当合成的富勒烯衍生物，或者可以使用富勒烯衍生物商品。商品的实例包括PC71BM(苯基C71丁酸甲基酯)、PC61BM和茚富勒烯双加合物。
注意，光电转换层除了n型有机材料之外可以还包括无机化合物，如氧化锌和氧化钛。n型有机材料相对于用于光电转换层溶液总量的量优选为0.5质量％至10质量％。
有机溶剂没有具体限制，并且可以根据预期目的适当地选择。有机溶剂的实例包括甲醇、乙醇、丁醇、甲苯、二甲苯、邻氯苯酚、丙酮、乙酸乙酯、乙二醇、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、氯苯、二氯苯、三氯苯、氯萘、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮和γ-丁内酯。以上列举的实例可以单独使用或组合使用。在以上列举的实例中，氯苯、氯仿和邻二氯苯是优选的。
上述其它组分没有具体限制，并且可以根据预期目的适当选择。上述其它组分的实例包括各种添加剂，如1,8-二碘辛烷、1,8-辛二硫醇和1-氯萘。
<光电转换层>
光电转换层至少包括本公开的有机材料薄膜和n型半导体材料薄膜，并且可以根据需要进一步包括其它组分。
光电转换层的平均厚度为50nm至400nm，更优选为100nm至300nm。当平均厚度小于50nm时，光电转换层吸收的光量少，并且载流子的产生可能不足。当平均厚度大于400nm时，通过光吸收产生的载流子的传输效率可进一步降低。
在本公开中，有机材料和n型半导体材料可以顺序地形成，以形成平面结界面(junction interface)。然而，为了增加结界面，优选地形成本体异质结(bulkheterojunction)，在此上述材料被三维地混合。
当使用溶解度高的材料时，该材料被溶解在溶剂中以形成溶液，在该溶液中p型有机材料和n型有机材料以分子状态混合，并且该溶液被施加，然后干燥以去除溶剂，从而形成本体异质结。此外，可以进行加热处理以优化各半导体的聚集状态。
当使用溶解度差的材料时，该材料被分散在溶剂中，该溶剂中溶解了用于本公开的有机材料，以制备溶液，并溶液被施加以形成混合物层。在这种情况下，可以进一步进行加热处理以优化各半导体的聚集状态。
在本公开中使用的有机材料具有高HOMO水平和优异的有机材料空气稳定性，以及由于该材料而预期开路电压改善。另外，通过将可溶性基团(如烷基)引入上述刚性分子骨架中，可以更有效地形成具有规则凝结状态如结晶性和取向性的有机半导体膜，同时对一般有机溶剂保持可溶性。在上述高规则性状态下，可以预期高电荷传输。具体地，在通式(1)中的通式(2)至(3)中，被氮原子取代的烷基优选为支链烷基。由于烷基链是支链，溶解度被显著提高。因此，可以形成厚有机薄膜。由于有机薄膜厚，可以吸收大量的光，导致发电改善。
在通过混合通式(1)表示的有机材料和n型半导体材料而形成光电转换层的情况下，通式(1)表示的有机材料和n型半导体材料以预定质量比被添加至溶剂中，有机材料和n型半导体材料通过诸如加热、搅拌、超声波辐射的方法被溶解以形成溶液，并溶液被施加至电极上。在形成光电转换层时，混合两种或更多种溶剂的使用可以提高光电转换元件的光电转换效率。
将要作为光电转换层的有机材料薄膜的形成方法的实例包括旋涂、刮刀涂覆(blade coating)、缝模涂覆(slit-die coating)、丝网印刷涂覆、棒涂机涂覆(bar-coatercoating)、模具涂覆(mold coating)、印刷转移、浸涂、喷墨印刷、喷涂和真空气相沉积(vacuum vapor deposition)。在以上列举的实例中，可以根据要生产的有机材料薄膜的性质(如厚度控制和取向控制)来适当地选择形成方法。
在进行旋涂的情况下，例如，具有通式(1)表示的结构的有机材料和n型半导体材料的浓度优选为10mg/mL至100mg/mL(具有通式(1)表示的结构的有机材料和n型半导体材料的质量相对于包括具有通式(1)表示的结构的有机材料、n型半导体材料和溶剂的溶液的体积)。在上述浓度下，可以容易地形成均匀的光电转换层。
为了去除有机溶剂，可以在减压或惰性气氛(氮气或氩气气氛)下对产生的光电转换层进行退火处理。退火处理的温度优选为40℃至300℃，更优选为50℃至150℃。此外，由于进行了退火处理，堆叠的层在界面处相互渗透，从而增加了接触有效面积。因此，短路电流可增加。注意，退火处理可以在形成电极之后进行。
(光电转换元件)
光电转换元件是其中第一电极、电子传输层、光电转换层、空穴传输层和第二电极顺序地层压在基底上的光电转换元件，或者其中第一电极、空穴传输层、光电转换层、电子传输层和第二电极顺序地层压在基底上的光电转换元件。光电转换层包括本公开的有机材料的薄膜。将参考附图描述本公开的光电转换元件。图1示例了其中第一电极2、电子传输层3、光电转换层4、空穴传输层5和第二电极6顺序地设置在基底1上的结构。图2示例了其中第一电极2、空穴传输层5、光电转换层4、电子传输层3和第二电极6顺序地设置在基底1上的结构。
<基底>
本公开中使用的基底没有具体限制，并且可以使用本领域已知的任何基底作为该基底。基底1优选是由透明材料形成的基底。基底的实例包括玻璃、透明塑料板、透明塑料膜和无机透明晶体。
<电极>
作为电极中的至少一个，使用对可见光透明的电极，并且另一个电极可以是透明的或不透明的。
对可见光透明的电极没有具体限制，并且可以使用任何通常用于光电转换元件或液晶面板的电极。透明电极的实例包括传导性金属氧化物，如掺锡铟氧化物(下文称为“ITO”)、掺氟锡氧化物(下文称为“FTO”)、掺锑锡氧化物(下文称为“ATO”)、以及掺铝或掺镓锌氧化物(下文分别称为“AZO”和“GZO”)。
对可见光透明的电极的平均厚度优选为5nm至10微米，并且更优选为50nm至1微米。
为了保持一定的硬度，优选将对可见光透明的电极设置在由对可见光透明的材料形成的基底上。也可以使用整合的电极和基底的产品。整合产品的实例包括FTO涂覆玻璃、ITO涂覆玻璃、氧化锌-铝涂覆玻璃、FTO涂覆透明塑料膜和ITO涂覆透明塑料膜。
对可见光透明的电极可以是包含基底(例如，玻璃基底)的电极，在该基底上设置具有光可以穿过的结构(例如，网状图案结构或条纹图案结构)的金属电极。可选地，对可见光透明的电极可以是其中碳纳米管或石墨烯以确保透明性的方式层压在基底上的电极。以上列举的实例可以单独使用或组合使用，或以层压体状态使用。
此外，为了减小基底电阻，可以使用金属引线。金属引线的材料的实例包括金属，如铝、铜、银、金、铂和镍。金属引线被设置在基底上，例如通过气相沉积、溅射或压接(crimping)，然后在金属上设置ITO或FTO。
在不透明电极用于电子收集器电极或空穴收集器电极的情况下，电极的材料的实例包括金属(例如，铂、金、银、铜和Al)和石墨。在不透明电极的情况下，电极的厚度没有具体限制，并且电极可以具有一种或两种或更多种材料的层压结构。
<电子传输层(第一层)>
用于形成电子传输层的材料可以根据预期目的被适当地选择。例如，电子传输层通过以下形成：通过溶胶-凝胶法或溅射，施加电子接受性有机材料[例如，芘四羧酸酐、芘四羧酸二酰亚胺、唑衍生物、三唑衍生物、菲咯啉衍生物、氧化膦衍生物、富勒烯化合物、CNT和CN-PPV]，或无机材料(例如，氧化锌、氧化钛、氟化锂和钙金属)。在以上列举的实例中，金属氧化物，如氧化锌、氧化钛和氧化锡是优选的。电子传输层的平均厚度没有具体限制，并且可以根据预期目的适当地选择。电子传输层优选尽可能薄地覆盖整个表面，并且更优选地具有10nm至100nm的平均厚度。可以在电子传输层上形成碱性羧酸膜。碱性羧酸的具体实例包括4-(N,N-二甲基氨基)-苯甲酸、4-(N,N-二乙基氨基)-苯甲酸和4-(N,N-二苄基氨基)-苯甲酸。
<空穴传输层>
设置空穴传输层以提高空穴的收集效率。具体地，空穴传输层通过以下形成：通过旋涂、溶胶-凝胶法或溅射，沉积空穴传输有机化合物(如传导性聚合物[例如，PEDOT：PSS(聚乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸)]和芳族胺衍生物)或具有空穴传输性质的无机化合物(如氧化钼、氧化钒和氧化镍)。在本公开中，优选地设置氧化钼。
空穴传输层的平均厚度没有具体限制，并且可以根据预期目的适当地选择。空穴传输层优选尽可能薄地覆盖整个表面，并且空穴传输层的平均厚度更优选为1nm至50nm。
<其它部件>
上述其它部件没有具体限制，并且可以根据预期目的适当地选择。部件的实例包括气体阻隔层(gas-barrier layer)、保护层和缓冲层。
气体阻隔层的材料的实例包括无机材料，如硝酸硅和氧化硅。
本公开的光电转换元件可以具有通过经由一个或多个中间电极堆叠两个或更多个光电转换层(串联而成)而形成的串联结。
层压结构的实例包括包含基底1/下部电极2/空穴传输层3/第一光电转换层4/中间电极/第二光电转换层/电子传输层5/上部电极6的结构。层压体的使用可以改善开路电压。
在上述层压结构的情况下，光电转换层中的至少一个包括由通式(1)表示的有机材料形成的有机材料薄膜，并且另一光电转换层包括具有与通式(1)表示的有机化合物的吸收波长不同的吸收波长的另一有机材料，以防止短路电流的降低。
有机材料的实例包括：聚合物材料，如聚噻吩化合物、聚亚苯基亚乙烯基化合物、聚芴化合物和聚亚苯基化合物；以及低分子量材料，如各种卟啉和酞菁。
在下文中将参考附图描述本公开的光电转换元件。
图1示例了其中第一电极2、电子传输层3、光电转换层4、空穴传输层5和第二电极6顺序地设置在基底1上的结构。图2是其中第一电极2、空穴传输层5、光电转换层4、电子传输层3和第二电极6顺序地设置在基底1上的结构。
<用途>
近来，需要能够有效地利用弱光产生电力的光电转换元件，特别作为能量收集元件。弱光的一般实例包括LED光和荧光灯的光。上述光通常在室内使用，并且被称为室内光。室内光的照度为约20Lux至约1,000Lux，并且与直接太阳光(约100,000Lux)相比，室内光是非常弱的光。本公开的光电转换元件在弱光(如上述室内光)下呈现高转换效率，并且可以通过与能够控制所产生的电流的电路板组合使用而应用于电源。利用该电源的装置的实例包括计算器和手表。除了以上列举的实例之外，含有本公开的光电转换元件的电源可以用于移动电话、电子笔记本和电子纸中。此外，含有本公开的光电转换元件的电源还可以用作辅助电源，以延长可再充电的或电池驱动的电器的持续使用。此外，本公开的光电转换元件还可以用作图像传感器。
实施例
将通过以下实施例更详细地描述本公开。然而，本公开不应被解释为限于这些实施例。
(示例性化合物的合成实施例)
以下将展示示例性化合物3、示例性化合物10、示例性化合物17和示例性化合物24的合成实施例。
展示示例性化合物和示例性化合物的前体的核磁共振(NMR)光谱的测量结果(光谱值)。此外，根据化合物展示质谱结果。
<<示例性化合物3的合成>>
(1-1)N-(2-辛基十二烷基)噻吩-3-胺(化合物1)的合成
在氮气气氛下将3-溴噻吩(24.45g，150mmol)、2-己基癸烷-1-胺(53.56g，180mmol)、铜粉(0.94g，15mmol)、碘化亚铜(I)(2.86g，15mmol)、磷酸三钾(63.38g，300mmol)和2-二甲基氨基乙醇(150mL)装入Schlenk烧瓶中，并在遮光状态下在加热至80℃的情况下将所得混合物搅拌45小时。使系统恢复室温后，添加过量的水，并用己烷萃取有机层。用水洗涤有机层后，用无水硫酸钠干燥所得物。在通过过滤去除固体后，通过蒸发器去除溶剂，然后通过硅胶柱层析(流动相：己烷)进行纯化，从而获得棕色油状态的化合物1(52.2g，产率：92％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3):delta 7.14(dd,J＝5.2,2.8Hz,1H),6.61(dd,J＝5.2,1.6Hz,1H),5.91(dd,J＝2.8,1.6Hz,1H),3.57(br,1H),2.96(d,J＝6.0Hz,2H),1.62-1.55(m,1H),1.35-1.20(m,32H),0.88(t,J＝6.8Hz,6H)。
(1-2)2-溴-N-(2-辛基十二烷基)-N-(噻吩-3-基)噻吩-3-羧酰胺(化合物2)的合成
在氮气气氛下将2-溴噻吩-3-羧酸(20.71g，100mmol)、脱水二氯甲烷(150mL)和二甲基甲酰胺(几滴)装入Schlenk烧瓶中，并将草酰氯(19.04g，150mmol)缓慢滴加至混合物中，并在室温下搅拌所得物20小时。去除溶剂和过量的草酰氯以获得2-溴噻吩-3-羰基氯。获得的化合物可不经纯化提供给下一步反应。在氮气气氛的Schlenk烧瓶中，将2-溴噻吩-3-羰基氯溶解在脱水四氢呋喃中，并将所得物冷却至0℃。向所得溶液缓慢添加化合物1(41.7g，110mmol)、三甲胺(20mL)和脱水四氢呋喃(150mL)的混合物。在室温下将所得混合物搅拌过夜后，添加过量的水。用己烷萃取有机层后，将萃取的有机层用水洗涤，并用无水硫酸钠干燥。通过过滤去除固体后，通过蒸发器去除溶剂，并通过硅胶层析(流动相：己烷/氯仿＝3:1，v/v)纯化所得物，从而获得黄色油状态的化合物2(37.4g，产率：68％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3):7.13(s,1H),7.00(dd,J＝3.2,2.0Hz,1H),6.85(s,1H),6.78(s,1H),6.57(d,J＝4.4Hz,1H),3.80(d,J＝6.4Hz,2H),1.62-1.55(m,1H),1.35-1.20(m,32H),0.90-0.85(m,6H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,567.22；测量值,568.02。
(1-3)4-(2-辛基十二烷基)二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡啶-5(4H)-酮(化合物3)的合成
在氮气气氛下将化合物2(33.04g，60mmol)、乙酸钯(II)(1.35g，6mmol)、K2CO3(12.44g，90mmol)、新戊酸(2.04g，20mmol)和脱水二甲基乙酰胺(300mL)装入Schlenk烧瓶中，并在加热至110℃的情况下将所得混合物搅拌18小时。使系统恢复室温后，添加过量的水，并用己烷萃取有机层。用水洗涤有机层后，用无水硫酸钠干燥有机层。通过过滤去除固体后，通过蒸发器去除溶剂，并通过硅胶柱层析(流动相：己烷)纯化所得物，从而获得棕色油状态的化合物3(22.04g，产率：75％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3):delta 7.70(d,J＝5.2Hz,1H),7.43(d,J＝5.2Hz,1H),7.23(d,5.2Hz,1H),7.08(d,5.2Hz,1H),4.21(d,6.0Hz,2H),2.03-1.95(m,1H),1.40-1.15(m,32H),0.90-0.84(m,6H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,487.29；测量值,488.04。
(1-4)2,7-二溴-4-(2-辛基十二烷基)二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡啶-5(4H)-酮(化合物4)的合成
在氮气气氛下将化合物3(9.76g，20mmol)和脱水四氢呋喃(100mL)装入Schlenk烧瓶中，并将所得混合物冷却至0℃。向混合物缓慢添加N-溴琥珀酰亚胺(7.12g，40mmol)，然后在遮光状态下在室温下搅拌20小时。将过量的水添加至所得物，并用己烷萃取有机层。用水洗涤有机层后，将所得物用无水硫酸钠干燥。通过过滤去除固体后，通过蒸发器去除溶剂，并通过硅胶柱层析(流动相：己烷/氯仿＝1:1，v/v)纯化所得物，从而获得黄色油状态的化合物4(5.16g，产率：40％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3):delta 7.63(s,1H),7.05(s,1H),4.20-4.10(br,2H),1.96-1.91(m,1H),1.54-1.28(m,36H),0.90-0.86(m,6H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,643.12；测量值,643.92。
(1-5)4-(2-辛基十二烷基)-2,7-双(三甲基甲锡烷基)二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡啶-5(4H)-酮(化合物5)的合成
在氮气气氛下将化合物4(1.50g，2.32mmol)和脱水四氢呋喃(30mL)装入Schlenk烧瓶中，将所得混合物冷却至-20℃。向所得物缓慢滴加异丙基氯化镁-氯化锂(在THF中1.3M，3.92mL，5.10mmol)。此后，将所得物在相同温度下搅拌1小时。然后，将三甲基氯化锡(1.39g，6.96mmol)添加至所得物，并将所得混合物在室温下搅拌过夜。通过蒸发器去除溶剂后，添加过量的水，并用己烷萃取有机层。用水洗涤有机层后，用无水硫酸钠干燥所得物。通过过滤去除固体后，通过蒸发器去除溶剂，从而获得黄棕色油状态的化合物5(1.75g，产率：93％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3)delta 7.76(s,1H),7.07(s,1H),4.27-4.20(m,2H),2.02-1.94(m,1H),1.65-1.51(m,4H),1.40-1.20(m,32H),0.89-0.86(m,6H),0.45(s,9H),0.42(s,9H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,813.22；测量值,814.02。
(1-6)2,2′-(((4-(2-辛基十二烷基)-5-氧代-4,5-二氢二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡啶-2,7-二基)双(3,4′-二己基-[2,2′-联噻吩]-5′,5-二基))双(methaneylylidene))双(1H-茚-1,3(2H)-二酮)(2,2′-(((4-(2-octyldodecyl)-5-oxo-4,5-dihydrodithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyridine-2,7-diyl)bis(3,4′-dihexyl-[2,2′-bithiophene]-5′,5-diyl))bis(methaneylylidene))bis(1H-indene-1,3(2H)-dione))(化合物6(示例性化合物3))的合成
在氮气气氛下将化合物5(0.488g，0.60mmol)、2-((5'-溴-3,4'-二己基-[2,2'-联噻吩]-5-基)亚甲基)-1H-茚-1,3(2H)-二酮(0.684g，1.20mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(0.016g，0.014mmol)和二甲基甲酰胺(50mL)装入Schlenk烧瓶中，并通过将氮气引入混合物溶液中进行鼓泡5分钟。此后，将溶液在80℃下搅拌过夜。使系统恢复室温后，添加过量的甲醇以沉淀黑色固体，并通过过滤收集黑色固体。通过硅胶柱层析(流动相：己烷/氯仿＝1:3，v/v)纯化所获得的固体，并通过GPC进一步纯化所得物，从而获得深蓝色固体状态的示例性化合物3(0.260g，产率：30％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR-NMR(400MHz,CDCl3):delta 8.01-7.93(m,4H),7.90(s,1H),7.89(s,1H),7.82-7.74(m,7H),7.35(s,1H),7.34(s,1H),7.13(s,1H),4.31-4.18(m,2H),2.92-2.83(m,8H),2.10-1.99(m,1H),1.81-1.70(m,8H),1.51-1.17(m,56H),0.96-0.89(m,12H),0.85(m,6H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,1463.66；测量值,1464.53.Anal。
<<示例性化合物10的合成>>
(2-1)4-(2-辛基十二烷基)-2-(三甲基甲锡烷基)二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡啶-5(4H)-酮(化合物7)的合成
在氮气气氛下将化合物3(976mg，2.00mmol)和脱水四氢呋喃(10mL)装入Schlenk烧瓶中，并将所得混合物冷却至-78℃。向所得混合物缓慢滴加二异丙基酰胺锂(在THF中0.394M，6.6mL，2.6mmol)，并在-40℃下将所得溶液搅拌1小时。此后，将三甲基氯化锡(797mg，4.00mmol)添加至溶液中，并将所得物在室温下搅拌过夜。通过蒸发器去除溶剂后，添加过量的水，并用己烷萃取有机层。用水洗涤有机层后，用无水硫酸钠干燥有机层。通过过滤去除固体后，通过蒸发器去除溶剂，从而获得黄棕色油状态的化合物7(1.218g，产率：94％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR-NMR(400MHZ,CDCl3):delta 7.69(d,J＝5.5Hz,1H),7.20(d,J＝5.3Hz,1H),7.08(s,1H),4.28-4.17(m,2H),2.04-1.95(m,1H),1.60-1.13(32H),0.90-0.86(m,6H),0.46(s,9H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,651.26；测量值,652.26。
(2-2)2-((3,4′-二己基-5′-(4-(2-辛基十二烷基)-5-氧代-4,5-二氢二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡啶-2-基)-[2,2′-联噻吩]-5-基)亚甲基)-1H-茚-1,3(2H)-二酮(化合物8)的合成
在氮气气氛下将化合物7(1.041g，1.60mmol)、2-((5′-溴-3,4′-二己基-[2,2′-联噻吩]-5-基)亚甲基)-1H-茚-1,3(2H)-二酮(0.911g，1.60mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(56mg，0.050mmol)和二甲基甲酰胺(10mL)装入Schlenk烧瓶中，并通过将氮气引入溶液中进行鼓泡5分钟。此后，将溶液在70℃下搅拌过夜。使系统恢复室温后，添加过量的甲醇以沉淀黑色固体，并通过过滤收集黑色固体。通过硅胶柱层析(流动相：己烷/氯仿＝3.5:6.5，v/v)纯化所获得的固体，并用甲醇/氯仿再沉淀所得物，从而获得黑色固体状态的化合物8(0.769g，产率：49％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR-NMR(400MHZ,CDCl3):delta 8.00-7.94(m,2H),7.90(s,1H),7.82-7.77(m,3H),7.72(d,J＝5.3Hz,1H),7.34(s,1H),7.25(d,1H),7.14(s,1H),4.29-4.19(m,2H),2.91-2.84(m,4H),2.09-1.99(m,1H),1.79-1.70(m,4H),1.49-1.18(m,44H),0.94-0.82(m,12H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,975.48；测量值,976.89。
(2-3)2-((5′-(7-溴-4-(2-辛基十二烷基)-5-氧代-4,5-二氢二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡啶-2-基)-3,4′-二己基-[2,2′-联噻吩]-5-基)亚甲基)-1H-茚-1,3(2H)-二酮(化合物9)的合成
在氮气气氛下将化合物8(684mg，0.700mmol)和脱水四氢呋喃(30mL)装入Schlenk烧瓶中，将所得混合物冷却至0℃。在将N-溴琥珀酰亚胺(131mg，0.735mmol)缓慢添加至所得混合物之后，将所得物在遮光状态下在室温下搅拌14小时。将过量的水添加至所得物，并用己烷萃取有机层。用水洗涤有机层后，用无水硫酸钠干燥有机层。通过过滤去除固体后，通过蒸发器去除溶剂，并用氯仿/甲醇再沉淀所得物，从而获得黑色固体状态的化合物9(660mg，产率：89％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHZ,CDCl3)delta 8.00-7.95(m,2H),7.89(s,1H),7.81-7.77(m,3H),7.67(s,1H),7.33(s,1H),7.11(s,1H),4.25-4.15(m,2H),2.90-2.82(m,4H),2.06-1.97(m,1H),1.77-1.69(m,4H),1.49-1.18(m,44H),0.95-0.82(m,12H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,1053.39；测量值,1053.72。
(2-4)2,2′-(((4,4′-双(2-辛基十二烷基)-5,5′-二氧代-4,4′,5,5′-四氢-[7,7′-联二噻吩并[3,2-b:2′,3′-d]吡啶]-2,2′-二基)双(3,4′-二己基-[2,2′-联噻吩]-5′,5-二基))双(methaneylylidene))双(1H-茚-1,3(2H)-二酮)(2,2′-(((4,4′-bis(2-octyldodecyl)-5,5′-dioxo-4,4′,5,5′-tetrahydro-[7,7′-bidithieno[3,2-b:2′,3′-d]pyridine]-2,2′-diyl)bis(3,4′-dihexyl-[2,2′-bithiophene]-5′,5-diyl))bis(methaneylylidene))bis(1H-indene-1,3(2H)-dione))(化合物10(示例性化合物10))的合成
在氮气气氛下将化合物9(632mg，0.60mmol)、hexanemethyldithin(99mg，0.30mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(0.020g，0.017mmol)和二甲基甲酰胺(20mL)装入Schlenk烧瓶中，并通过将氮气引入混合物溶液中进行鼓泡5分钟。此后，将溶液在80℃下搅拌过夜。使系统恢复室温后，添加过量的甲醇以沉淀黑色固体，并通过过滤收集黑色固体。用甲醇和己烷洗涤固体，并通过硅胶柱层析(流动相：己烷/氯仿＝1:3，v/v)纯化获得的固体。通过GPC进一步纯化所得物，从而获得黑色固体状态的示例性化合物10(128mg，产率：24％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHZ,CDCl3)delta 7.96-7.87(m,4H),7.78-7.70(m,6H),7.62(s,2H),7.21(s,2H),6.99(s,2H),4.29-4.12(m,4H),2.87-2.78(m,8H),2.04-1.95(m,2H),1.79-1.70(m,8H),1.53-1.18(m,88H),0.99-0.92(m,12H),0.86-0.81(12H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,1948.94；测量值,1949.43.Anal。
<<示例性化合物17的合成>>
(3-1)N-(2-己基癸基)噻吩-3-胺(化合物11)的合成
在遮光条件下，在氮气气氛下将3-溴噻吩(8.15g，50.0mmol)、2-己基癸烷-1-胺(14.5g，60.0mmol)、铜粉(0.31g，5.0mmol)、碘化亚铜(I)(0.95g，5.0mmol)、磷酸三钾(21.2g，100mmol)和2-二甲基氨基乙醇(50mL)装入Schlenk烧瓶中，将所得混合物在80℃下搅拌45分钟。使系统恢复室温后，将纯水添加至反应溶液中，并用己烷进行萃取。此后，用硫酸钠干燥所得物，并通过设定为35℃的蒸发器去除溶剂。通过硅胶柱层析(己烷：氯仿＝4:1)纯化所得物，从而获得油状棕色液体状态的化合物11(7.98g，产率：42％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3):delta 7.14(dd,J＝5.0,3.0Hz,1H),6.61(dd,J＝5.0,1.5Hz,1H),5.91(dd,J＝3.0,1.5Hz,1H),3.59(br,1H),2.97(d,J＝6.0Hz,2H),1.67-1.48(m,1H),1.39-1.15(m,24H),0.88(t,J＝6.8Hz,6H)。
(3-2)2,5-二溴-N1,N4-双(2-己基癸基)-N1,N4-二(噻吩-3-基)对苯二甲酰胺(化合物12)的合成
在氮气气氛下将2,5-二溴对苯二甲酸(3.03g，9.36mmol)、脱水二氯甲烷(52mL)和脱水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)(2滴)装入Schlenk烧瓶中。向所得混合物滴加草酰氯(3.56g，28.1mmol)，并将所得混合物在室温搅拌20小时。在减压下去除溶剂和过量的草酰氯之后，添加脱水二氯甲烷(16mL)，并将所得物在冰浴中冷却至0℃。在向所得物缓慢添加化合物11(7.82g，20.6mmol)、三甲胺(1.8mL)和脱水二氯甲烷(20mL)之后，将所得混合物在室温搅拌20小时。
向反应溶液添加纯水并用己烷进行萃取后，用硫酸钠干燥所得物，并通过蒸发器去除溶剂。通过硅胶柱层析(己烷：氯仿＝2:1)纯化所得物，从而获得油状深绿色液体状态的化合物12(8.68g，产率：99％)
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3):delta 7.13(dd,J＝5.1,3.1Hz,2H),7.08(s,2H),6.84(dd,J＝1.8Hz,2H),6.76(dd,J＝5.1,1.4Hz,2H),3.77(br,4H),1.61-1.51(m,2H),1.43-1.08(m,48H),0.93-0.83(m,12H)
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,934.35；测量值,934.43。
(3-3)4,10-双(2-己基癸基)-4,10-脱氢噻吩并[2′,3′:5,6]吡啶并[3,4-g]噻吩并[3,2-c]异喹啉-5,11-二酮(化合物13)的合成
在氮气气氛下将化合物12(7.06g，7.55mmol)、脱水DMAc(270mL)、三环己基四氟硼酸磷(2.88g,7.83mmol)、碳酸铯(30.7g，94.2mmol)和乙酸钯(II)(1.09g，4.86mmol)装入Schlenk烧瓶中，并将所得混合物在120℃下搅拌5小时。
使系统恢复室温后，用铁铝酸四钙石过滤所得物，并通过蒸发器和真空泵去除溶剂。向所得物添加纯水并用氯仿萃取后，用硫酸钠干燥所得物，并通过蒸发器去除溶剂。将所得物通过硅胶柱层析(己烷：氯仿＝4:5)纯化，并用氯仿和甲醇再沉淀，从而获得黄色固体状态的化合物13(4.46g，产率：76％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3):delta 8.88(s,2H),7.49(d,J＝5.5Hz,2H),7.10(d,J＝5.5Hz,2H),4.31-4.16(d,4H),2.08-1.98(br,2H),1.44-1.18(m,48H),0.84(t,12H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,772.50；测量值,772.27。
(3-4)4,10-双(2-己基癸基)-2,8-双(三甲基甲锡烷基)-4,10-二氢噻吩并[2′,3′:5,6]吡啶并[3,4-g]噻吩并[3,2-c]异喹啉-5,11-二酮(化合物14)的合成
将化合物13(0.77g，1.0mmol)、脱水THF(70mL)和N,N,N′,N′-四甲基乙二胺(0.31mL，2.1mmol)装入Schlenk烧瓶中，并将所得混合物在0℃下搅拌30分钟。向所得物缓慢滴加二异丙基酰胺锂(LDA)(8.1mL，4.0mmol)，并将所得混合物在0℃下搅拌2小时。此后，添加三甲基氯化锡(0.60g，5.0mmol)，并使所得混合物恢复室温并搅拌过夜。用设定为40℃的蒸发器去除溶剂后，添加纯水，并用己烷和甲苯进行萃取。此后，用硫酸钠干燥所得物，并通过蒸发器去除溶剂，从而获得棕色固体状态的化合物14(1.12g，产率：定量)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3):delta 8.88(s,2H),7.10(s,1H),4.26(d,J＝5.5Hz,4H),2.07-1.99(br,2H),1.46-1.15(m,48H),0.88-0.81(m,12H),0.49-0.45(m,18H)
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,1098.43；测量值,1097.62。
(3-5)(2,2′-(((4,10-双(2-己基癸基)-5,11-二氧代-4,5,10,11-四氢噻吩并[2′,3′:5,6]吡啶并[3,4-g]噻吩并[3,2-c]异喹啉-2,8-二基)双(3,4′-二己基-[2,2′-联噻吩]-5′,5-二基))双(methaneylylidene))双(1H-茚-1,3(2H)-二酮))((2,2′-(((4,10-bis(2-hexyldecyl)-5,11-dioxo-4,5,10,11-tetrahydrothieno[2′,3′:5,6]pyrido[3,4-g]thieno[3,2-c]isoquinoline-2,8-diyl)bis(3,4′-dihexyl-[2,2′-bithiophene]-5′,5-diyl))bis(methaneylylidene))bis(1H-indene-1,3(2H)-dione)))(化合物14(示例性化合物17))的合成
在氮气气氛下化合物将14(1.0g，0.91mmol)、2-((5′-溴-3,4′-二己基-[2,2′-联噻吩]-5-基)亚甲基)-1H-茚-1,3(2H)-二酮(1.09g，1.91mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(0.042g，0.036mmol)和脱水DMF(90mL)装入Schlenk烧瓶中，并将所得混合物在80℃下搅拌15小时。使系统恢复室温后，将过量的甲醇添加至反应溶液中，以通过硅胶柱层析(己烷：氯仿＝1:2)纯化沉淀的固体。通过GPC进一步纯化所得物，然后用氯仿和甲醇进行再沉淀，从而获得深蓝色固体状态的示例性化合物17(0.81g，产率：51％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3):delta 8.80(s,2H),8.00-7.92(m,4H),7.86(s,2H),7.81-7.75(m,6H),7.32(s,2H),7.13(s,2H),4.27(s,4H),2.92-2.84(m,8H),2.13-1.98(br,2H),1.82-1.70(m,8H),1.54-1.18(m,72H),0.97-0.90(m,12H),0.86-0.79(m,12H)。
13C-NMR(101MHz,CDCl3):delta 190.26,189.72,161.44,145.30,144.22,142.07,141.78,141.15,140.56,139.54,135.90,135.59,135.01,134.88,134.81,134.13,132.48,130.91,129.61,126.89,124.07,123.64,123.00,122.80,118.07,115.67,37.25,31.89,31.84,31.80,31.68,30.55,30.12,30.04,29.74,29.57,29.50,29.45,29.37,29.31,29.28,26.76,22.75,22.69,22.66,14.12,14.08。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,1749.86；测量值,1749.43.Anal。计算值(％)，C82H114N2O2S10:C 74.09,H 7.87,N 1.68；测量值:C 74.10,H 7.83,N 1.60。
<<示例性化合物24的合成>>
2,2′-(((4,10-双(2-己基癸基)-5,11-二氧代-4,5,10,11-四氢噻吩并[2′,3′:5,6]吡啶并[3,4-g]噻吩并[3,2-c]异喹啉-2,8-二基)双(3,4′-二己基-[2,2′-联噻吩]-5′,5-二基))双(methaneylylidene))双(4,7-二氟-1H-茚-1,3(2H)-二酮)(2,2′-(((4,10-bis(2-hexyldecyl)-5,11-dioxo-4,5,10,11-tetrahydrothieno[2′,3′:5,6]pyrido[3,4-g]thieno[3,2-c]isoquinoline-2,8-diyl)bis(3,4′-dihexyl-[2,2′-bithiophene]-5′,5-diyl))bis(methaneylylidene))bis(4,7-difluoro-1H-indene-1,3(2H)-dione))(示例性化合物24)的合成
在氮气气氛下将化合物14(0.049g，0.045mmol)、2-((5′-溴-3,4′-二己基-[2,2′-联噻吩]-5-基)亚甲基)-4,7-二氟-1H-茚-1,3(2H)-二酮(0.058g，0.095mmol)和脱水甲苯(6mL)装入Schlenk烧瓶中。向所得混合物添加三(二亚苄基丙酮)二钯(0)(0.0016g，0.0018mmol)和三(邻甲苯基)膦(0.0025g，0.0081mmol)，并将所得混合物在100℃下搅拌过夜。使系统恢复室温后，将过量甲醇添加至反应溶液中以沉淀固体，并用氯仿和甲醇使固体再沉淀，从而获得深蓝色固体状态的示例性化合物24(0.07g，产率：85％)。
(NMR光谱值)
1H-NMR(400MHz,CDCl3)delta 8.83(s,2H),7.91(s,2H),7.83(s,2H),7.39(t,J＝5.3Hz,4H),7.37(s,2H),7.16(s,2H),4.28(br,4H),2.89(t,J＝7.7Hz,8H),2.10(br,2H),1.83-1.70(m,8H),1.50-1.15(m,72H),0.97-0.89(m,12H),0.88-0.79(m,12H)。
(质谱结果)
MS(MALDI-TOF)m/z:[M]+,1821.84；测量值,1822.51.Anal。
(实施例1)
(电子传输层的制备)
将1g量的乙酸锌(可获自Sigma-Aldrich Co.,LLC)、0.28g乙醇胺(可获自Sigma-Aldrich Co.,LLC)和10mL甲氧基乙醇(可获自Wako Pure Chemical Industries,Ltd.)在室温下搅拌过夜，从而制备氧化锌前体溶液。通过旋涂将氧化锌前体溶液以膜厚为20nm的方式施加至ITO基底上，并将所施加的溶液在200℃下干燥10分钟，从而形成电子传输层。
(光电转换层的制备)
在包括3体积％的1,8-二碘辛烷的1mL氯仿中，溶解18mg示例性化合物3和12mgPC71BM(可获自Frontier Carbon Corporation)以制备光电转换溶液。通过旋涂将光电转换溶液以膜厚为200nm的方式施加至上述电子传输层上，从而形成光电转换层。
(空穴传输层和金属电极的制备)
在光电转换层上，通过真空气相沉积顺序地形成厚度为10nm的氧化钼(可获自KOJUNDO CHEMICAL LABORATORY CO.,LTD.)和厚度为100nm的银，从而制备太阳能电池单元。
测量所获得的光电转换元件在白色LED(34微瓦/cm2)的照射下的短路电流密度。
通过使用可获自Cosmotechno Co.,Ltd.的台灯CDS-90α作为白色LED和可获自NFCorporation的太阳能电池评价系统As-510-PV03作为评价装置进行测量。通过可获自SEKONIC CORPORATION的色度计C-7000测量LED光源的输出。评价结果展示于表2中。
(实施例2)
除了将示例性化合物3替换为示例性化合物10以外，以与实施例1相同的方式制备和评价太阳能电池单元。评价结果展示于表2中。
(实施例3)
除了将示例性化合物3替换为示例性化合物17以外，以与实施例1相同的方式制备和评价太阳能电池单元。评价结果展示于表2中。
(比较例1)
除了将示例性化合物3替换为NPL 1中公开的比较化合物1并且将光电转换溶液替换为下列光电转换溶液之外，以与实施例1相同的方式制备和评价太阳能电池单元。通过NPL1中公开的方法合成比较化合物1。评价结果展示于表2中。
(光电转换层)
在包含3体积％的1,8-二碘辛烷的1mL氯苯中，添加10mg下列比较化合物1和12mgPC71BM(可获自Frontier Carbon Corporation)，从而制备光电转换溶液。通过旋涂将该光电转换溶液以膜厚为200nm的方式施加至电子传输层上，从而形成光电转换层。
(比较例2)
除了将示例性化合物3替换为6mg PTB7(1-材料)，将PC71BM量变为9mg，将1,8-二碘辛烷变为1体积％，并将溶剂变为氯苯之外，以与实施例1相同的方式制备和评价太阳能电池单元。评价结果展示于表2中。
(比较例3)
通过实施例1中所述的测量方法，评价可从Panasonic Corporation获得的非晶硅太阳能电池单元AM-1801。结果展示于表2中。
[表2]
短路电流密度(μA/cm2)
实施例1 26.8
实施例2 21.2
实施例3 22.3
比较例1 16.1
比较例2 15.2
比较例3 18.2
以上述方式利用本公开获得的有机材料制备的光电转换元件在34微瓦/cm2的极弱光下具有高短路电流密度，并且与比较性光电转换元件相比而言是优越的光电转换材料。
例如，本公开的实施方式在以下(1)至(9)中被描述。
(1)通式(1)表示的有机材料：
其中，在通式(1)中，R1是具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；n为1至3的整数；X1至X4各自为氢原子或氟原子；并且Z为以下通式(2)、(3)或(4)表示的化合物：
其中，在通式(2)至(4)中，R2、R3和R4各自为具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；并且Y为氧原子或硫原子。
(2)根据(1)的有机材料，
其中通式(1)表示的有机材料为通式(5)表示的化合物：
其中，在通式(5)中，R5是具有12个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；R6为具有6个以上碳原子但12个以下碳原子的烷基；X1至X4各自为氢原子或氟原子；Y为氧原子或硫原子；并且n为1至3的整数。
(3)根据(1)的有机材料，
其中通式(1)表示的有机材料为通式(6)表示的化合物：
其中，在通式(6)中，R7是具有12个碳原子至20个碳原子的烷基；R8是具有6个碳原子至12个碳原子的烷基；X1至X4各自为氢原子或氟原子；Y为氧原子或硫原子；并且n为1至3的整数。
(4)根据(1)的有机材料，
其中通式(1)表示的有机材料为通式(7)表示的化合物：
其中，在通式(7)中，R9是具有12个碳原子至20个碳原子的烷基；R10是具有6个碳原子至12个碳原子的烷基；X1至X4各自为氢原子或氟原子；Y为氧原子或硫原子；并且n为1至3的整数。
(5)根据(2)的有机材料，
其中，在通式(5)中，n为1或2，并且Y为氧原子。
(6)根据(3)的有机材料，
其中，在通式(6)中，n为1或2，并且Y为氧原子。
(7)根据(4)的有机材料，
其中，在通式(7)中，n为1或2，并且Y为氧原子。
(8)光电转换元件，包括：
基底；
第一电极；
电子传输层；
光电转换层；
空穴传输层；和
第二电极，其中第一电极、电子传输层、光电转换层、空穴传输层和第二电极被层压在基底上，
其中光电转换层包括根据(1)至(7)中任一项的有机材料以及n型半导体材料。
(9)根据(8)的光电转换元件，
其中光电转换层包括作为富勒烯衍生物的n型半导体材料。
[参考标识列举]
1：基底
2：第一电极
3：电子传输层
4：光电转换层
5：空穴传输层
6：第二电极

Claims (9)

1.通式(1)表示的有机材料：
其中，在通式(1)中，R1是具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；n为1至3的整数；X1至X4各自为氢原子或氟原子；并且Z为以下通式(2)、(3)或(4)表示的化合物：
其中，在通式(2)至(4)中，R2、R3和R4各自为具有6个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；并且Y为氧原子或硫原子。
2.根据权利要求1所述的有机材料，
其中通式(1)表示的有机材料为通式(5)表示的化合物：
其中，在通式(5)中，R5是具有12个以上碳原子但20个以下碳原子的烷基；R6是具有6个以上碳原子和12个以下碳原子的烷基；X1至X4各自为氢原子或氟原子；Y为氧原子或硫原子；并且n为1至3的整数。
3.根据权利要求1所述的有机材料，
其中通式(1)表示的有机材料为通式(6)表示的化合物：
其中，在通式(6)中，R7是具有12个碳原子至20个碳原子的烷基；R8是具有6个碳原子至12个碳原子的烷基；X1至X4各自为氢原子或氟原子；Y为氧原子或硫原子；并且n为1至3的整数。
4.根据权利要求1所述的有机材料，
其中通式(1)表示的有机材料为通式(7)表示的化合物：
其中，在通式(7)中，R9为具有12个碳原子至20个碳原子的烷基；R10为具有6个碳原子至12个碳原子的烷基；X1至X4各自为氢原子或氟原子；Y为氧原子或硫原子；并且n为1至3的整数。
5.根据权利要求2所述的有机材料，
其中，在通式(5)中，n为1或2，并且Y为氧原子。
6.根据权利要求3所述的有机材料，
其中，在通式(6)中，n为1或2，并且Y为氧原子。
7.根据权利要求4所述的有机材料，
其中，在通式(7)中，n为1或2，并且Y为氧原子。
8.光电转换元件，其包括：
基底；
第一电极；
电子传输层；
光电转换层；
空穴传输层；和
第二电极，其中所述第一电极、所述电子传输层、所述光电转换层、所述空穴传输层和所述第二电极被层压在所述基底上，
其中所述光电转换层包括根据权利1至7中任一项所述的有机材料和n型半导体材料。
9.根据权利要求8所述的光电转换元件，
其中所述光电转换层包括作为富勒烯衍生物的n型半导体材料。
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