DE102020135118A1

DE102020135118A1 - Verbindung für ein optoelektronisches Bauelement und optoelektronisches Bauelement enthaltend die Verbindung

Info

Publication number: DE102020135118A1
Application number: DE102020135118.6A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hildebrandt; Antoine Mirloup; Roland Fitzner; Olga Gerdes; Rolf Andernach; Gunter Mattersteig
Original assignee: Heliatek GmbH
Current assignee: Heliatek GmbH
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-06-30
Also published as: WO2022144423A1; KR20230128020A; EP4271677A1

Abstract

Chemische Verbindung der allgemeinen Formel(I), optoelektronisches Bauelement mit einer solchen Verbindung, sowie Verwendung einer solchen Verbindung in einem optoelektronischen Bauelement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel (I), ein optoelektronisches Bauelement mit einer solchen Verbindung, sowie eine Verwendung einer solchen Verbindung in einem optoelektronischen Bauelement.
Optoelektronische Bauelemente aus größtenteils organischen Materialien sind für die Anwendung als LEDs (OLED) und organischen photovoltaischen Elementen (OPV), also organischen Solarzellen, bekannt. Die verwendeten organischen Materialien erfüllen in diesen optoelektronischen Bauelementen unterschiedliche Funktionen, insbesondere einen Ladungstransport, eine Lichtemission oder Lichtabsorption. Organische Materialien in optoelektronischen Bauelementen können dabei Polymere oder kleine Moleküle sein und in Lösung oder Emulsion durch nass-chemische Prozesse wie Coaten oder Drucken oder im Vakuum durch Sublimation zu dünnen Schichten verarbeitet werden. Organisch elektronische Bauelemente können dabei beispielsweise Displays, Datenspeicher oder Transistoren, aber auch organische optoelektronische Bauelemente sein, insbesondere Solarzellen oder Photodetektoren. Solarzellen oder Photodetektoren weisen eine photoaktive Schicht auf, in der bei Einfall von elektromagnetischer Strahlung gebundene Elektronen-Loch-Paare (Exzitonen) als Ladungsträger erzeugt werden. Die Exzitonen gelangen durch Diffusion an eine Grenzfläche, an der Elektronen und Löcher voneinander getrennt werden. Das Material, welches die Elektronen aufnimmt, wird als Akzeptor, und das Material, welches die Löcher aufnimmt, wird als Donor bezeichnet. Weitere optoelektronische Bauelemente sind Licht-emittierende Bauelemente, die Licht aussenden, wenn sie von Strom durchflossen werden. Optoelektronische Bauelemente umfassen mindestens zwei Elektroden, wobei eine Elektrode auf einem Substrat aufgebracht ist und die andere als Gegenelektrode fungiert. Zwischen den Elektroden befindet sich mindestens eine photoaktive Schicht, vorzugsweise eine organische photoaktive Schicht. Weitere Schichten, beispielsweise Transportschichten, können zwischen den Elektroden angeordnet sein.
Solarzellen ermöglichen die Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung unter Ausnutzung des photoelektrischen Effekts in elektrischen Strom. Für eine derartige Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung werden Absorbermaterialien benötigt, die gute Absorptionseigenschaften zeigen. In diesem Sinne wird der Begriff „photoaktiv“ als Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie verstanden.
Organische optoelektronische Bauelemente sind aus dem Stand der Technik bekannt. WO2004083958A2 offenbart ein photoaktives Bauelement, bestehend aus organischen Schichten. Ein aus dem Stand der Technik bekannter Aufbau einer organischen Solarzelle besteht in einer pin- oder nip-Diode (Martin Pfeiffer, „Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications“, PhD thesis TU-Dresden, 1999, und WO2011/161108A1 ). Eine pin-Solarzelle besteht dabei aus einem Substrat mit einer darauf angeordneten meist transparenten Elektrode, p-Schicht(en), i-Schicht(en), n-Schicht(en) und einer Gegenelektrode. Hierbei bedeutet n bzw. p eine n- bzw. p-Dotierung, die zu einer Erhöhung der Dichte freier Elektronen bzw. Löcher im thermischen Gleichgewichtszustand führt. Derartige Schichten sind primär als Transportschichten zu verstehen. Die Bezeichnung i-Schicht bezeichnet eine undotierte Schicht (intrinsische Schicht) mit einem Absorbermaterial oder einer Mischung mehrerer Absorbermaterialien. Eine oder mehrere i-Schichten können dabei aus einem Material (planar heterojunctions) als auch aus einer Mischung zweier oder mehrerer Materialien (bulk heterojunctions) bestehen. Unter einem Absorbermaterial, also einem Absorber, wird insbesondere eine Verbindung verstanden, die Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich absorbiert. Unter einer Absorberschicht wird dementsprechend insbesondere eine Schicht in einem optoelektronischen Bauelement verstanden, die mindestens ein Absorbermaterial aufweist.
Ein wichtiger Faktor in der Verbesserung der oben genannten Solarzellen liegt in der Weiterentwicklung der organischen Schichten, insbesondere der darin enthaltenen Absorbermaterialien.
WO2006092134A1 offenbart Verbindungen, die über einen Akzeptor-Donor-Akzeptor-Aufbau verfügen, wobei der Donorblock ein ausgedehntes π-System besitzt.
Cheng et al. („Organic dyes containing indolodithienopyrrole unit for dye-sensitized solar cells“, Dyes and Pigments, 149 (2018), 16-24) offenbart die Einführung einer oligo-aromatischen-Gruppe 4,5-dihexyl-4,5-dihydrothieno[2",3",4',5']pyrrolo[2',3',4,5] thieno[3,2-b]indole (DPTI) als pi-Brücke in organischen Farbstoffen für Farbstoffsolarzellen.
Zhou et al. („Thieno[3,2-b]indole (TI) bridged A-π-D-π-A small molecules: Synthesis, characterizations and organic solar cell applications“, Dyes and Pigments, 160 (2019), 16-24) offenbart neue A-D-A Verbindungen mit alkylthienyl-substitute-benzo[1,2-b:4,5-b]dithiophene (BDT) und mit 2-(thiophen-2-yl)-N-alkyl-thieno [3,2-b]indole (TIT) oder 2,6-di(thiophen-2-yl)-N-alkyl-thieno [3,2-b]indole (TI2T) als pi-Brücke in Donormaterialien für BHJ-Zellen.
Yang et al. („Highly effective thieno[2,3-b]indolediketopyrrolopyrrole near-infrared photosensitizer for photodynamic/photothermal dual mode therapy“, Dyes and Pigments, 147 (2017), 270-282) offenbart die Synthese von photoaktiven Verbindungen mit Absorption im nah-infraroten (NIR) Bereich, die auf thieno[2,3-b]indole (TI) und diketopyrrolopyrrole (DPP) basieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die organische Solarzelle eine photoaktive Schicht auf, die wenigstens ein organisches Donormaterial in Kontakt mit wenigstens einem organischen Akzeptormaterial aufweist, wobei das Donormaterial und das Akzeptormaterial einen Donor-Akzeptor-Heteroübergang, im speziellen eine sogenannte bulk heterojunction (BHJ), ausbilden und wobei die photoaktive Schicht wenigstens eine Verbindung der Formel I aufweist.
Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik bereits im Zusammenhang mit organischer Elektronik ein Thienoindol-Baustein bekannt. WO2012115394A2 offenbart eine Verbindung, eine organische elektronische Vorrichtung, die dieselbe verwendet, und eine elektronische Vorrichtung davon, wobei die Verbindung einen Thienoindol-Baustein aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind demnach zahlreiche polymere und nicht-polymere Absorbermaterialien im roten und nahinfraroten (NIR) Bereich zwischen 600 und 1400 nm bekannt. Die bekannten Absorber im roten und nahinfraroten Bereich sind zur Verwendung in photoaktiven Schichten von optoelektronischen Bauelementen geeignet, allerdings ist eine Verbesserung der Absorptionseigenschaften der Absorbermaterialien, insbesondere zur Steigerung der Effizienz von Solarzellen und/oder zur Ausnutzung des Wellenlängenbereichs des Lichts, auch bei Verwendung von mehreren Absorbern in Mischschichten oder Mehrfachzellen, notwendig. Gerade im Bereich von Wellenlängen kleiner als 600 nm, insbesondere kleiner als 500 nm, ist die Absorption vieler in photoaktiven Schichten organischer elektronischer Bauelemente eingesetzter Absorber nachteilig. Das Absorptionsspektrum von bekannten Absorbern deckt den blauen Spektralbereich nicht vollständig ab. Zur Erhöhung des Absorptionsbereichs und damit zur Steigerung der Effizienz von Solarzellen werden deshalb Absorber benötigt, die im Spektralbereich zwischen 400 nm und 600 nm, insbesondere zwischen 450 und 550 nm, stark absorbieren und eine Spannung im Bereich von 1 V aufweisen. Dies insbesondere ist für die Verwendung in Tandem- und Triplet-Zellen vorteilhaft.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden, insbesondere organische Materialien bereitzustellen, welche Verbesserte Absorptionseigenschaften und sich zur Verwendung in photoaktiven Schichten optoelektronischer Bauelemente eignen. Ziel der vorgelegten Erfindung ist es insbesondere, im Blaubereich verstärkt absorbierende Materialien bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch die Bereitstellung einer chemischen Verbindung der allgemeinen Formel(I)

mit A1 und A2 jeweils eine elektronenziehende Gruppe,
mit den Parametern n, m, o, p jeweils unabhängig voneinander 0, 1 oder 2, wobei zumindest o oder p mindestens 1 ist,
mit U1 und U2 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus substituiertem oder nicht-substituiertem heterocyclischen 5-Ring ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Furan, Pyrrol, Thiophen, Pyrazol, Imidazol, Oxazol, Thiazol, Oxadiazol und Thiadiazol, wobei der heterocyclische 5-Ring mit einem oder zwei weiteren substituierten oder nicht-substituierten homo- oder heterocyclischen, aromatischen 5-Ring oder 6-Ring annelliert sein kann,
mit V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus substituiertem oder nicht-substituiertem heterocyclischen 5-Ring ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Furan, Pyrrol, Thiophen, Pyrazol, Imidazol, Oxazol, Thiazol, Oxadiazol und Thiadiazol, wobei der heterocyclische 5-Ring mit einem oder zwei weiteren substituierten oder nicht-substituierten homo- oder heterocyclischen, aromatischen 5-Ring oder 6-Ring annelliert sein kann,
und mit D ausgebildet als annellierte aromatische Einheit aus linear konjugierten 5- und/oder 6-Ringen

mit K aus einem, zwei oder drei substituierten oder nicht-substituierten, homo- oder heterocyclischen aromatischen 5-Ringen oder 6-Ringen, wobei K einen endständigen 5-Ring aufweist,
mit L aus einem substituierten oder nicht-substituierten heterocyclischen aromatischen 5-Ring,
mit M aus einem oder zwei substituierten oder nicht-substituierten, homo- oder heterocyclischen aromatischen 5 Ringen oder 6-Ringen mit mindestens einem homocyclischen 6-Ring, wobei M einen endständigen 6-Ring aufweist.
Die Anbindungsstellen einzelner Gruppen an die anderen Gruppen der Verbindungen der Formel I sind im Folgenden mit *, ** oder
bezeichnet.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen betreffen insbesondere sogenannte kleine Moleküle. Unter kleinen Molekülen werden insbesondere nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen molaren Massen zwischen 100 und 2000 g/mol verstanden, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere sind die kleinen Moleküle photoaktiv, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteintrag ihren Ladungszustand und/oder ihren Polarisierungszustand ändern. Die photoaktiven Moleküle zeigen insbesondere eine Absorption elektromagnetischer Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich, wobei absorbierte elektromagnetische Strahlung, also Photonen, in Exzitonen umgewandelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Verbindung ein Molgewicht von 300-1500 g/mol auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der weitere substituierte oder nicht-substituierte homo- oder heterocyclische, aromatische 5-Ring oder 6-Ring von U1 und U2 an der A1 oder A2 zugewandten Seite annelliert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der weitere substituierte oder nicht-substituierte homo- oder heterocyclische, aromatische 5-Ring oder 6-Ring von V1 und V2 an der U1 oder U2, U1 oder A2, oder U2 oder A1 zugewandten Seite annelliert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist U1 und U2 unabhängig voneinander ein substituierter oder nicht-substituierter heterocyclischer 5-Ring ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Furan, Pyrrol, Thiophen, Pyrazol, Imidazol, Oxazol und Thiazol, wobei der heterocyclische 5-Ring mit einem weiteren substituierten oder nicht-substituierten heterocyclischen, aromatischen 5-Ring annelliert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Akzeptor-Gruppen A1 und A2 identisch.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt ein substituierter oder nicht-substituierter heterocyclischer 5-Ring ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Furan, Pyrrol, Thiophen, Pyrazol, Imidazol, Oxazol und Thiazol, wobei der heterocyclische 5-Ring mit einem weiteren substituierten oder nicht-substituierten heterocyclischen, aromatischen 5-Ring annelliert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die heterocyclischen 5-Ringe der Gruppen U1, U2, V1 und V2 benachbart zu einem Heteroatom mit der vorhergehenden und der folgenden Gruppe verknüpft.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Parameter n=1, p=1, m=1, und o=1.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Parameter n=0, p=1, m=1, und o=1.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Parameter n=1, p=0, m=1, und o=1.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Parameter n und m 0, und und o und/oder p 1.
Unter einer Substitution wird insbesondere der Austausch von H durch einen Substituenten verstanden. Unter einem Substituenten werden insbesondere alle Atome und Atomgruppen außer H verstanden, bevorzugt ein Halogen, eine Alkyl-Gruppe, dabei kann die Alkyl-Gruppe linear oder verzweigt sein, eine Alkenyl-Gruppe, eine Alkinyl-Gruppe, eine Amino-Gruppe, eine Alkoxy-Gruppe, eine Thioalkoxy-Gruppe, eine Aryl-Gruppe, oder eine Heteroaryl-Gruppe. Unter einem Halogen wird insbesondere F, Cl oder Br verstanden, bevorzugt F.
Unter einem Heteroatom, insbesondere einem Heteroatom in der allgemeinen Formel I, wird insbesondere ein Atom ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus O, S, oder N verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist K aus einem oder zwei substituierten oder nicht-substituierten, heterocyclischen aromatischen 5-Ringen gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist K ein substituierter oder nicht-substituierter homocyclischer oder heterocyclischer 5-Ring, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Furan, Pyrrol, Thiophen, Pyrazol, Imidazol, Oxazol und Thiazol.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der heterocyclische 5-Ring in V1 und V2 unabhängig voneinander mit einem weiteren substituierten oder nicht-substituierten homo- oder heterocyclischen, aromatischen 5-Ring oder 6-Ring annelliert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der heterocyclische 5-Ring in U1 und U2 unabhängig voneinander mit einem weiteren substituierten oder nicht-substituierten homo- oder heterocyclischen, aromatischen 5-Ring oder 6-Ring annelliert.
Unter einer Alkyl-Gruppe wird insbesondere eine Alkylkette mit einer Länge von 1 bis 10 C-Atomen verstanden, wobei diese Ketten sowohl linear also auch verzweigt sein können.
Unter einer SAlkyl-Gruppe wird insbesondere ein Thioalkylether verstanden, wobei S immer an Position 1 ist und Alkyl mit einer Länge von 1 bis 10 C-Atomen vorhanden ist, wobei diese Ketten sowohl linear als auch verzweigt sein können.
Unter einer OAlkyl-Gruppe wird insbesondere ein Ether verstanden, wobei O immer an Position 1 ist und Alkyl mit einer Länge von 1 bis 10 C-Atomen vorhanden ist, wobei diese Ketten sowohl linear als auch verzweigt sein können.
Unter einer Alkenyl-Gruppe wird insbesondere eine Alkenylkette mit einer Länge von 2 bis 10 C-Atomen verstanden, wobei mindestens eine C-C-Doppelbindung in der Kette vorhanden ist und die Ketten sowohl linear als auch verzweigt sein können.
Unter einer Alkinyl-Gruppe wird insbesondere eine Alkinylkette mit einer Länge von 2 bis 10 C-Atomen verstanden, wobei mindestens eine C-C-Dreifachbindung in der Kette vorhanden ist und die Ketten sowohl linear als auch verzweigt sein können.
Unter einer Aryl-Gruppe wird insbesondere ein Arylrest mit 5-8 aromatischen Ring-Atomen, bevorzugt mit 5- oder 6-aromatischen Ring-Atomen, verstanden, die mit einem oder mehreren Resten R substituiert sein können, wobei R jeweils unabhängig voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus aus H, F, Cl, Br, CN, NO₂, einer linearen Alkyl-, Alkoxy-, Thioalkylgruppe mit 1-10 C-Atomen oder einer verzweigten oder cyclischen Alkyl-, Alkoxy-, Thioalkylgruppe mit 3-10 C-Atomen oder einer Alkenyl- oder einer Alkinylgruppe mit 2-10 C-Atomen, wobei ein oder mehrere H-Atome durch F, Cl, Br oder CN substituiert sein können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Verbindung an der einen Seite der Einheit L einen annellierten substituierten oder nicht-substituierten Phenyl-Ring auf und auf der anderen Seite der Einheit L einen heterocyclischen substituierten oder nicht-substituierten 5-Ring auf, wobei der 5-Ring weiter mit mindestens einem heterocyclischen substituierten oder nicht-substituierten 5-Ring annelliert ist oder nicht weiter annelliert ist.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen zeichnen sich bevorzugt dadurch aus, dass der Mittelblock D aus einem asymmetrisch aufgebauten, annelierten System besteht, wobei einer der äußeren Ringe einen homo- oder heterocyclischen 6-Ring repräsentiert, der insbesondere bevorzugt nicht weiter substituiert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigen diese erfindungsgemäßen Verbindungen ein um mindestens 50 nm, bevorzugt um mindestens 60 nm, bevorzugt um mindestens 70 nm, bevorzugt um mindestens 80 nm, oder bevorzugt um mindestens 100 nm, verschobenes Absorptionsmaximum in den Blaubereich, bezogen auf die Messung im Film, im Vergleich zu entsprechenden Verbindungen mit einem Mittelblock D aus einem nicht asymmetrisch aufgebauten, annelierten System, wobei die äußeren Ringe keinen homo- oder heterocyclischen 6-Ring repräsentieren. Erstaunlicherweise wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen eine Blauverschiebung der Absorption in Lösung als auch im aufgedampften Film zeigen verglichen zu derartigen entsprechenden Verbindungen. Dieser unvorhersehbare Effekt führt zu einer Verbindungsklasse, deren Absorptionsmaximum im spektralen Bereich von 400 bis 600 nm liegt.
Die erfindungsgemäßen chemischen Verbindungen der allgemeinen Formel I weisen Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise können verbesserte Absorber für optoelektronische Bauelemente, insbesondere Solarzellen bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise werden Absorbermaterialien für den roten und nah-infraroten Spektralbereich mit einer hohen Absorptionsstärke und besonders guter Verdampfbarkeit bereitgestellt. Vorteilhafterweise zeichnen sich die erfindungsgemäßen Verbindungen durch einen in den Blaubereich verschobenen, breiten Absorptionsbereich aus. Vorteilhafterweise zeigen die erfindungsgemäßen Verbindungen ein überraschend gutes Absorptionsverhalten in einem vergleichsweise breiten Bereich des sichtbaren Lichts von 400 nm bis 800 nm, bevorzugt von 400 bis 700 nm, insbesondere eine hohe Absorption im kurzwelligen Spektralbereich von 400 nm bis 600 nm. Vor allem für den Wellenlängenbereich unter 500 nm wurde ein deutlich besseres Absorptionsverhalten beobachtet, als dies bei vielen bekannten Absorbern der Fall ist. Vorteilhafterweise kann die Effizienz von Solarzellen erhöht werden. Vorteilhafterweise sind die erfindungsgemäßen Verbindungen weitgehend rückstandsfrei im Vakuum verdampfbar, und sind damit für eine Vakuumprozessierung zur Herstellung von Solarzellen geeignet.
Im Vergleich zum Stand der Technik wurde bei den erfindungsgemäßen Verbindungen insbesondere die zentrale Dithienopyrrol-Einheit formal durch die weniger elektronenreiche Thienoindol-Einheit ersetzt, was zu einer Absenkung der HOMO-Energie und zu einer Blauverschiebung der Absorption führt, beispielsweise im Vergleich zur Vergleichsverbindung V1
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass K aus ein, zwei oder drei substituierten oder nicht-substituierten Furanen, Pyrrolen und/oder Thiophenen gebildet ist,
wobei L ein substituiertes oder nicht-substituiertes Pyrrol

ist,
wobei * die Anknüpfungen an die Gruppe K und ** die Anknüpfungen an die Gruppe M bezeichnen,
wobei R1 H, Alkyl oder Aryl ist, bevorzugt Ethyl, Propyl, iso-Propyl, Butyl, iso-Butyl, oder tert-Butyl, und
wobei M ein substituierter oder nicht-substituierter homocyclischer oder heterocyclischer, aromatischer 6-Ring ist, wobei bevorzugt mindestens ein C-Atom durch N ersetzt ist, insbesondere bevorzugt ist M ein substituierter oder nicht-substituierter Phenyl-Ring.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass K ein substituiertes oder nicht-substituiertes Furan, Pyrrol oder Thiophen, oder zwei substituierte oder nicht-substituierte Furane und/oder Thiophene ist, bevorzugt ist K ein substituiertes oder nicht-substituiertes Furan oder Thiophen, wobei L ein substituiertes oder nicht-substituiertes Pyrrol

ist,
wobei * die Anknüpfungen an die Gruppe K und ** die Anknüpfungen an die Gruppe M bezeichnen,
wobei R1 H oder Alkyl ist, bevorzugt Ethyl, Propyl, iso-Propyl, Butyl, iso-Butyl, oder tert-Butyl, und wobei M ein substituierter oder nicht-substituierter Phenyl-Ring ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass A1 und A2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:

wobei CN zumindest teilweise durch F substituiert sein kann, wobei bevorzugt A1 gleich A2 ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Gruppe A1 und/oder A2 nur eine Doppelbindung auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus

wobei * die Anknüpfung an die Gruppen D, U1, U2, A1, oder A2 bezeichnet,
wobei Y₁ und Z₁ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: O, S und N(R6), mit R6 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt O oder S,
wobei W₁ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus N und C-R7, mit R7 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, OAlkyl, SAlkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert,
W₂ und W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt ist aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, OR', SR`, NR'2 mit R' ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert,
bevorzugt sind V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt aus

wobei Y₁ unabhängig ausgewählt ist aus O, S, und N(R6), mit R6 ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt Alkyl oder Aryl,
Z₁ unabhängig ausgewählt ist aus S und N(R6), mit R6 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt Alkyl oder Aryl,
wobei W₁ unabhängig ausgewählt ist aus N oder C-R7, mit R7 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, OAlkyl, SAlkyl oder Aryl,
W₂ und W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt ist aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, OR', SR`, NR'2 mit R' ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt H, Halogen, und Alkyl.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass U1 und U2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus

wobei * die Anknüpfung an die Gruppen D, V1, V2, A1, oder A2 bezeichnet,
wobei Y₁ und Z₁ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: O, S und N(R6), mit R6 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt O oder S,
wobei W₁ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus N und C-R7, mit R7 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, OAlkyl, SAlkyl, substituiert oder nicht-substituiert,
W₂ und W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt ist aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, OR', SR', NR'2 mit R' ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert,
bevorzugt sind U1 und U2 unabhängig voneinander ausgewählt aus

wobei Y₁ unabhängig ausgewählt ist aus O, S, und N(R6), mit R6 ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt Alkyl oder Aryl,
Z₁ unabhängig ausgewählt ist aus S und N(R6), mit R6 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt Alkyl oder Aryl,
W₁ unabhängig ausgewählt ist aus N oder C-R7, mit R7 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, OAlkyl, SAlkyl oder Aryl,
W₂ und W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt ist aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, OR', SR`, NR'2 mit R' ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt H, Halogen, und Alkyl.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Y₁ und Z₁ O. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Y₁ und Z₁ S.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass n und p 0 sind und o 1 ist, und V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe:
mit Y1 ausgewählt aus O und S,
mit W₂ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, substituiert oder nicht-substituiert,
mit W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus N und C-R10 mit R10 ausgewählt H, Halogen, Alkyl, substituiert oder nicht-substituiert, wobei bevorzugt V1 und V2 jeweils ein substituiertes oder nicht-substituiertes Furan oder Thiophen sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass U1, U2, V1 und V2 kein substituierter oder nicht-substituierter Phenyl-Ring sind, oder U1 und U2 Furan oder Thiophen sind und V1 und V2 Furan oder Thiophen sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass n, m, o, und p jeweils 1 sind, oder n und p 1 sind und m und o 0 sind, oder n oder p 1 sind und m oder o 1 sind, oder zumindest o oder p 1 ist und n 0 und m 1 oder n 1 und m 0 sind, oder n und m 0 sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist o und p gleich 0, und ist n und/oder m gleich 1, bevorzugt ist n gleich 1 und m gleich 1, oder 3, oder m gleich 1 und n gleich 1, oder 3.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die chemische Verbindung die allgemeine Formel(II) aufweist

mit X1 und X2 unabhängig voneinander ausgewählt aus O, S und N-R3 mit R₃ unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, und Aryl, substituiert oder nicht-substituiert,
mit R2 und R5 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl oder OAlkyl, und
mit R1 und R6 unabhängig voneinander ausgesucht aus H, Alkyl oder OAlkyl,
wobei bevorzugt R1, R2, R5 und R6 H sind, und/oder wobei bevorzugt X1 gleich X2 ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass D die allgemeine Formel (III) aufweist

mit R11 H oder Alkyl,
mit R12, R13 und R14 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, F, Alkyl, O-Alkyl, S-Alkyl, und Aryl, wobei X O, S oder N-R ist mit R H oder Alkyl, und
T O, S oder N-R ist mit R H oder Alkyl ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass X N-R ist mit R H oder Alkyl, und T O oder S ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst, indem ein optoelektronisches Bauelement mit einem Schichtsystem umfassend eine Elektrode, eine Gegenelektrode und mindestens eine photoaktive Schicht bereitgestellt wird, wobei die mindestens eine photoaktive Schicht eine erfindungsgemäße Verbindung aufweist, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für das optoelektronische Bauelement insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der chemischen Verbindung der allgemeinen Formel (I) erläutert wurden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle, ein OFET, eine OLED oder ein organischer Photodetektor ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement als Tandem- oder Mehrfachzelle ausgebildet, wobei mindestens ein weiteres Absorbermaterial, welches in einem anderen spektralen Bereich des Lichtes absorbiert, vorhanden ist. Als Tandemzelle wird dabei insbesondere eine Solarzelle bezeichnet, die aus einem vertikalen Schichtsystem zweier in Serie verschalteter Zellen besteht. Als Mehrfachsolarzelle wird dabei insbesondere eine Solarzelle bezeichnet, die aus einem vertikalen Schichtsystem mehrerer in Serie verschalteter Zellen besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße chemische Verbindung der allgemeinen Formel (I) ein Absorbermaterial in einer photoaktiven Schicht eines optoelektronischen Bauelements. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße Verbindung ein Donor in einem Donor-Akzeptor-Heteroübergang, bevorzugt eingesetzt mit einem Akzeptor ausgewählt aus der Gruppe der Fulleren (C60, C70) bzw. Fullerenderivate, Subphthalocyanine, Rylene, Fluorene, Carbazole, Benzothiadiazole, Diketopyrrolopyrrole und Vinazene.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst, indem eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Verbindung in einem optoelektronischen Bauelement bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindung in einem optoelektronischen Bauelement insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang chemische Verbindung der allgemeinen Formel (I) und dem optoelektronischen Bauelement mit einer solchen Verbindung erläutert wurden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erfindungsgemäße Verbindung, bevorzugt mehrere erfindungsgemäße Verbindungen, in einer Absorberschicht einer Solarzelle verwendet.
Im Folgenden sind beispielhaft Synthesen erfindungsgemäßer Verbindungen aufgezeigt:
Eine Lösung von 6-Brom-4H-thieno[3,2-b]indol(1.06 g, 4.2 mmol) und gemörsertem Kaliumhydroxid (444 mg, 6.72 mmol) in DMF (15 mL) wurde unter Argon mit Propylbromid (775 mg, 6.3 mmol) versetzt und 16 h bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde auf Wasser (100 mL) gegossen und mit Ethylacetat (3 x 50 mL) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Säulenchromatographie über Kieselgel mit Petrolether als Eluent lieferte ein farbloses Öl (810 mg, 2.75 mmol, 66%). 1H NMR (400 MHz, Aceton-d6) δ (ppm) 7.78 (d, 1H), 7.70 (d, 1H), 7.60 (d, 1H), 7.32 (d, 1H), 7.26 (dd, 1H), 4.38 (t, 2H), 1.94-1.85 (m, 2H), 0.93 (t, 3H).
Eine Lösung von RF01-105 (509 mg, 1.73 mmol) in DMF (12 mL) wurde unter Argon mit NBS (311 mg, 1.73 mmol) versetzt und 16 h unter Lichtausschluss gerührt. Die Mischung wurde auf Wasser (100 mL) gegossen und mit Ethylacetat (3 x 75 mL) extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Wasser (3 x 50 mL) gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Säulenchromatographie über Kieselgel mit Petrolether als Eluent lieferte einen farblosen Feststoff (533 mg, 1.43 mmol, 83%). 1H NMR (400 MHz, Aceton-d6) δ (ppm) 7.80 (d, 1H), 7.70 (d, 1H), 7.53 (s, 1H), 7.27 (dd, 1H), 4.37 (t, 2H), 1.93-1.84 (m, 2H), 0.92 (t, 3H).
Eine entgaste Lösung von RF01-134 (261 mg, 0.7 mmol) und Me3Sn-T-DCV (497 mg, 1.54 mmol) in Dioxan (3.5 mL) wurde unter Argon mit Bis-(tri-tert-butylphosphin)-palladium (18 mg, 0.035 mmol) versetzt und 16 h bei 80 °C gerührt. Filtration lieferte einen schwarzen Feststoff (316 mg, 0.594 mmol, 85%).
Eine entgaste Lösung von RF01-134 (534 mg, 1.43 mmol) und Me3Sn-Fu-DCV (1.01 g, 3.29 mmol) in Dioxan (8 mL) wurde unter Argon mit Bis-(tri-tert-butylphosphin)-palladium (37 mg, 0.072 mmol) versetzt und 16 h bei 80 °C gerührt. Filtration lieferte einen schwarzen Feststoff (708 mg, 1.42 mmol, 99%).
Eine Lösung von RF01-105 (883 mg, 3.00 mmol) und Fu-DCV-SnMe3 (1.01 g, 3.30 mmol) in Dioxan (10 mL) wurde unter Argon mit Bis-(tri-tert-butylphosphin)-palladium (46 mg, 0.090 mmol) versetzt und 16 h bei 60 °C gerührt. Die Mischung wurde auf Dichlormethan (200 mL) gegossen und mit Wasser (3 x 100 mL) gewaschen. Die vereinigten organischen Phasen wurden über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Säulenchromatographie über Kieselgel mit Dichlormethan/Petrolether als Eluent lieferte einen roten kristallinen Feststoff (1.00 g, 2.80 mmol, 93%). 1H NMR (400 MHz, Tetrachlorethan-d2) δ (ppm) 8.10 (s, 1H), 7.81 (d, 1H), 7.59 (dd, 1H), 7.52 (d, 1H), 7.42 (s, 1H), 7.29 (s, 1H), 7.14 (d, 1H), 7.04 (d, 1H), 4.30 (t, 2H), 1.99-1.90 (m, 2H), 0.98 (t, 3H).
Eine Lösung von TPyPh-Fu-Pr(2)-DCV(3) (536 mg, 1.50 mmol) in DMF (30 mL) wurde unter Argon mit NBS (270 mg, 1.50 mmol) versetzt und unter Lichtausschluss 16 h bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde auf Ethylacetat (200 mL) gegossen und mit Wasser (5 x 70 mL) gewaschen. Die organische Phase wurde über Natriumsulfat getrocknet und filtriert. Entfernen des Lösungsmittels im Vakuum lieferte einen roten kristallinen Feststoff (560 mg, 1.28 mmol, 86%). 1H NMR (400 MHz, Tetrachlorethan-d2, 100 °C) δ (ppm) 8.12 (s, 1H), 7.75 (d, 1H), 7.60 (d, 1H), 7.42 (s, 1H), 7.31 (d, 1H), 7.21 (s, 1H), 7.02 (d, 1H), 4.29 (t, 2H), 2.03-1.96 (m, 2H), 1.04 (t, 3H).
Eine entgaste Lösung von RF01-134 (960 mg, 2.2 mmol) und Me3Sn-T-DCV (746 mg, 2.31 mmol) in Dioxan (20 mL) wurde unter Argon mit Bis-(tri-tert-butylphosphin)-palladium (34 mg, 0.066 mmol) versetzt und 16 h bei 70 °C gerührt. Filtration lieferte einen schwarzen Feststoff (977 mg, 1.89 mmol, 86%).
Eine Lösung von 6-Brom-4H-thieno[3,2-b]indol (3.03 g, 12.0 mmol) und Di-tert-butyldicarbonat (2.97 g, 13.2 mmol) in THF (50 mL) wurde unter Argon mit 4-Dimethylaminopyridin (15 mg, 0.12 mmol) versetzt und 16 h bei Raumtemperatur gerührt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt. Säulenchromatographie über Kieselgel mit Dichlormethan/Petrolether als Eluent lieferte einen farblosen kristallinen Feststoff (3.98 g, 11.3 mmol, 94%). 1H NMR (400 MHz, Aceton-d6) δ (ppm) 8.53 (s, 1H), 7.75 (dd, 1H), 7.68 (d, 1H), 7.51-7.48 (m, 2H), 1.76 (s, 9H).
Eine Lösung von RF01-126 (2.11 g, 6.00 mmol) in THF (65 mL) wurde unter Argon mit NBS (2.16 g, 12.0 mmol) versetzt und unter Lichtausschluss 16 h bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde auf Wasser (150 mL) gegossen und mit Dichlormethan extrahiert (100 mL, 2 x 50 mL). Die vereinigten organischen Phasen wurden mit Wasser (2 x 70 mL) gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Säulenchromatographie über Kieselgel mit Dichlormethan/Petrolether als Eluent lieferte einen farblosen Feststoff (2.46 g, 5.71 mmol, 95%). 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm) 8.39 (d, 1H), 7.79 (d, 1H), 7.55 (s, 1H), 7.50 (dd, 1H), 1.71 (s, 9H).
Eine entgaste Lösung von TPyPh-Br2(1,3)-Boc(2) (647 mg, 1.50 mmol) und Me3Sn-T-DCV (1.07 mg, 3.3 mmol) in Dioxan (20 mL) wurde unter Argon mit Bis-(tri-tert-butylphosphin)-palladium (38 mg, 0.075 mmol) versetzt und 16 h bei 70 °C gerührt. Filtration lieferte einen violetten Feststoff (690 mg, 1.17 mmol, 78%).
Eine Lösung von TPyPh-T (2.30 g, 9.00 mmol) und gemörsertem Kaliumhydroxid (951 mg, 14.4 mmol) in DMSO (40 mL) wurde unter Argon mit Propylbromid (1.66 g, 13.5 mmol) versetzt und 3.5 h bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde auf Ethylacetat (150 mL) gegossen und mit Wasser gewaschen (4 x 50 mL). Die organische Phase wurden über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Säulenchromatographie über Kieselgel mit Dichlormethan/Petrolether als Eluent lieferte ein farbloses Öl (1.12 g, 3.78 mmol, 42%). 1H NMR (400 MHz, CDC13) δ (ppm) 7.73 (dd, 1H), 7.60 (dd, 1H), 7.45 (dd, 1H), 7.39 (d, 1H), 7.36 (dd, 1H), 7.28, (dd, 1H), 7.11 (dd, 1H), 7.08 (d, 1H), 4.27 (t, 2H), 1.99-1.90 (m, 2H), 0.98 (t, 3H).
Eine Lösung von RF01-114 (1.10 g, 3.70 mmol) in THF (20 mL) wurde bei -65 °C unter Argon tropfenweise mit n-Butyllithium (2.5 mol/L in Hexan, 3.55 mL, 8.88 mmol) versetzt. Die Mischung wurde 30 min bei -65 °C gerührt, auf Raumtemperatur erwärmt und weitere 30 min gerührt. Die Reaktionsmischung wurde auf -65 °C abgekühlt, mit Dimethylaminoacrolein (1.22 g, 11.1 mmol) versetzt, auf Raumtemperatur erwärmt und 2 h gerührt. Die Mischung wurde auf halbkonzentrierte Ammoniumchlorid-Lösung (200 mL) und Ethylacetat (200 mL) gegossen und 4 d gerührt. Die organische Phase wurden über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Säulenchromatographie über Kieselgel zunächst mit Dichlormethan/Petrolether und anschließend mit Dichlormethan/Methanol als Eluent lieferte einen orangefarbenen Feststoff (835 mg, 2.06 mmol, 56%). 1H NMR (400 MHz, Tetrachlorethan-d2) δ (ppm) 9.67-9.63 (m, 2H), 7.82 (d, 1H), 7.71 (d, 1H), 7.64-7.61 (m, 2H), 7.52 (dd, 1H), 7.47 (d, 1H), 7.43 (d, 1H), 7.38 (s, 1H), 6.65-6.51 (m, 2H), 4.29 (t, 2H), 2.00-1.95 (m, 2H), 1.02 (t, 3H).
Eine Lösung von RF01-116 (222 mg, 0.547 mmol) und Malodinitril (737 mg, 10.9 mmol) in 1,2-Dichlorethan (30 mL) wurde unter Argon mit DABCO (6 mg, 0.055 mmol) versetzt und anschließend für 16 h unter Rückfluss gerührt. Filtration lieferte einen schwarzen feinkristallinen Feststoff (233 mg, 0.464 mmol, 85%).
Eine entgaste Lösung von RF01-136 (371 mg, 0.850 mmol) und Me3Sn-Fu-V-DCV (283 mg, 0.850 mmol) in Dioxan (6 mL) wurde unter Argon mit Bis-(tri-tert-butylphosphin)-palladium (13 mg, 0.026 mmol) versetzt und 16 h bei 70 °C gerührt. Filtration lieferte einen schwarzen Feststoff (339 mg, 0.645 mmol, 76%).
Eine entgaste Lösung von 5-Brom-2-iodnitrobenzol (16.4 g, 50.0 mmol) und 2-(Tributylstannyl)furan (17.5 mg, 47.5 mmol) in Dioxan (170 mL) wurde unter Argon mit PEPPSI-IPr (867 mg, 1.25 mmol) und Cäsiumfluorid (949 mg, 6.25 mmol) versetzt und 16 h bei 60 °C gerührt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt, der Rückstand in Dichlormethan gelöst und mit Wasser (3 x 150 mL) gewaschen. Säulenchromatographie über Kieselgel mit Dichlormethan/Petrolether als Eluent lieferte ein bräunliches Öl (8.01 g, 29.9 mmol, 60%). 1H NMR (400 MHz, Aceton-d6) δ (ppm) 8.05 (d, 1H), 7.91 (dd, 1H), 7.81 (d, 1H), 7.73 (dd, 1H), 6.89 (dd, 1H), 6.63 (dd, 1H).
Eine Lösung von JD01-17 (6.70 g, 25.0 mmol) in Triethylphosphit (21.4 mL, 20.8 g, 125 mmol) wurde unter Argon 16 h unter Rückfluss gerührt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt. Säulenchromatographie über Kieselgel mit Dichlormethan/Petrolether als Eluent lieferte einen farblosen kristallinen Feststoff (3.66 g, 15.5 mmol, 62%). 1H NMR (400 MHz, Aceton-d6) δ (ppm) 10.1 (s, 1H), 7.73 (d, 1H), 7.68-7.67 (m, 1H), 7.60 (d, 1H), 7.24 (dd, 1H), 6.74 (d, 1H).
Eine Lösung von RF01-143 (1.04 g, 4.40 mmol) und Di-tert-butyldicarbonat (1.09 g, 4.84 mmol) in THF (22 mL) wurde unter Argon mit 4-Dimethylaminopyridin (5 mg, 0.044 mmol) versetzt und 16 h bei Raumtemperatur gerührt. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt. Säulenchromatographie über Kieselgel mit Dichlormethan/Petrolether als Eluent lieferte einen farblosen Feststoff (1.48 g, 4.40 mmol, quant.). 1H NMR (400 MHz, Aceton-d6) δ (ppm) 8.52 (s, 1H), 7.82 (d, 1H), 7.66-7.64 (m, 1H), 7.50 (dd, 1H), 6.89 (s, 1H), 1.73 (s, 9H).
Eine Lösung von JD01-2 (1.50 g, 4.46 mmol) in DMF (40 mL) wurde unter Argon mit NBS (794 mg, 4.46 mmol) versetzt und unter Lichtausschluss 16 h bei Raumtemperatur gerührt. Die Mischung wurde auf Ethylacetat (200 mL) gegossen und mit Wasser gewaschen (4 x 50 mL). Die organische Phase wurde über Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Umkristallisation aus Ethylacetat/Methanol lieferte einen farblosen feinkristallinen Feststoff (1.29 g, 3.11 mmol, 70%). 1H NMR (400 MHz, CDC13) δ (ppm) 8.54 (s, 1H), 7.47 (dd, 1H), 7.41 (dd, 1H), 6.71 (s, 1H), 1.70 (s, 9H).
Eine entgaste Lösung von JD01-5 (415 mg, 1.00 mmol) und Me3Sn-T-DCV (711 mg, 2.2 mmol) in Dioxan (10 mL) wurde unter Argon mit Bis-(tri-tert-butylphosphin)-palladium (26 mg, 0.050 mmol) versetzt und 16 h bei 80 °C gerührt. Filtration lieferte einen violetten Feststoff. Anschließend wird die Boc-Schutzgruppe abgespalten.
Eine entgaste Lösung von JD01-5 (498 mg, 1.20 mmol) und Me3Sn-Fu-DCV (810 mg, 2.64 mmol) in Dioxan (20 mL) wurde unter Argon mit Bis-(tri-tert-butylphosphin)-palladium (31 mg, 0.060 mmol) versetzt und 16 h bei 70 °C gerührt. Filtration lieferte einen violetten Feststoff (610 mg, 1.13 mmol, 94%). Anschließend wird die Boc-Schutzgruppe abgespalten.

Erfindungsgemäße Verbindungen der allgemeinen Formel (I) und die Vergleichsverbindung V1 sind in Tabelle 1 dargestellt: Tabelle 1

Verbindung	Strukturformel	Absorptionsmaximum [nm]	Halbwertsbreite [nm]	A _max
1		568	205	0.56
2		603	210	0.45
3		553	217	0.29
4		488	217	0.21
5		601	189	0.56
6		599	250	0.46
7		578	222	0.57
8
9		609	202	0.42
10		607	173	0.49
11
12
13		565	216	0.52
14		565	201	0.43
15		572	259	0.35
16		558	202	0.54
17
V1		670	231	0.52

Die spektralen Daten verschiedener erfindungsgemäßer Verbindungen und einer Vergleichsverbindung V1 sind in Tabelle 1 dargestellt. Die spektralen Daten beziehen sich auf 30 nm dicke Vakuumaufdampfschichten auf Quarzglas.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements im Querschnitt;
2 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (1), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
3 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (2), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
4 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (3), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
5 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (4), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
6 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (6), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
7 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (9), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
8 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (10), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
9 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (13), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
10 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (14), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
11 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (15), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement;
12 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (16), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement; und
13 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (17), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement.

Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauelements im Querschnitt. Das optoelektronische Bauelement weist dabei mindestens eine chemische Verbindung der allgemeinen Formel I auf.
Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement weist ein Schichtsystem 7 auf, wobei zumindest eine Schicht des Schichtsystems 7 eine erfindungsgemäße Verbindung der allgemeinen Formel I aufweist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement ein organisches optoelektronisches Bauelement, bevorzugt eine organische Solarzelle, ein OFET, eine OLED oder ein organischer Photodetektor. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Das optoelektronische Bauelement umfasst eine erste Elektrode 2, eine zweite Elektrode 6 und ein Schichtsystem 7, wobei das Schichtsystem 7 zwischen der ersten Elektrode 2 und der zweiten Elektrode 6 angeordnet ist. Dabei weist mindestens eine Schicht des Schichtsystems 7 mindestens eine erfindungsgemäße Verbindung der allgemeinen Formel I auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das optoelektronische Bauelement ein Schichtsystem 7 mit mindestens einer photoaktiven Schicht 4 auf, bevorzugt eine lichtabsorbierende photoaktive Schicht 4, wobei die mindestens eine photoaktive Schicht 4 die mindestens eine erfindungsgemäße Verbindung aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Schichtsystem 7 mindestens zwei photoaktive Schichten 4 auf, bevorzugt mindestens drei photoaktive Schichten 4, oder bevorzugt mindestens vier photoaktive Schichten 4.
In einem Ausführungsbeispiel weist die organische Solarzelle ein Substrat 1 auf, z. B. aus Glas, auf dem sich eine Elektrode 2 befindet, die z. B. ITO umfasst. Darauf angeordnet ist das Schichtsystem 7 mit einer elektronentransportierenden Schicht 3 (ETL) sowie einer photoaktiven Schicht 4 mit mindestens einer erfindungsgemäßen Verbindung, einem p-leitenden Donor-Material, und einem n-leitenden Akzeptor-Material, z. B. C60 Fulleren, entweder als flacher Heteroübergang (planar heterojunction) oder als Volumenheteroübergang (bulk heterojunctions). Darüber angeordnet befindet sich eine p-dotierte Lochtransportschicht 5 (HTL), und eine Elektrode 6 aus Gold oder Aluminium.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die photoaktive Schicht 4 als Mischschicht aus der mindestens einen erfindungsgemäßen Verbindung und mindestens einer weiteren Verbindung, oder als Mischschicht der mindestens einen erfindungsgemäßen Verbindung und mindestens zwei weiteren Verbindungen ausgebildet, wobei die Verbindungen Absorbermaterialien sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement als Tandemzelle, Tripelzelle oder Mehrfachzelle ausgebildet. Dabei sind zwei oder mehr photoaktive Schichten 4 übereinandergestapelt, wobei die photoaktiven Schichten 4 aus gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien oder Materialmischungen aufgebaut sind.
Die Herstellung des Schichtsystems, insbesondere einzelner Schichten, eines erfindungsgemäßen Bauelements kann durch Verdampfen der Verbindungen im Vakuum, mit oder ohne Trägergas oder prozessieren einer Lösung oder Suspension, wie zum Beispiel beim Coaten oder Drucken geschehen. Einzelne Schichten können ebenso durch Sputtern aufgetragen werden. Vorteilhaft ist die Herstellung der Schichten durch Verdampfen im Vakuum, wobei das Trägersubstrat erwärmt sein kann.
Die chemische Verbindung der allgemeinen Formel I weist folgende Struktur auf:

mit A1 und A2 jeweils eine elektronenziehende Gruppe,
mit den Parametern n, m, o, p jeweils unabhängig voneinander 0, 1 oder 2, wobei zumindest o oder p mindestens 1 ist,
mit U1 und U2 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus substituiertem oder nicht-substituiertem heterocyclischen 5-Ring ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Furan, Pyrrol, Thiophen, Pyrazol, Imidazol, Oxazol, Thiazol, Oxadiazol und Thiadiazol, wobei der heterocyclische 5-Ring mit einem oder zwei weiteren substituierten oder nicht-substituierten homo- oder heterocyclischen, aromatischen 5-Ring oder 6-Ring annelliert sein kann,
mit V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus substituiertem oder nicht-substituiertem heterocyclischen 5-Ring ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Furan, Pyrrol, Thiophen, Pyrazol, Imidazol, Oxazol, Thiazol, Oxadiazol und Thiadiazol, wobei der heterocyclische 5-Ring mit einem oder zwei weiteren substituierten oder nicht-substituierten homo- oder heterocyclischen, aromatischen 5-Ring oder 6-Ring annelliert sein kann,
und mit D ausgebildet als annellierte aromatische Einheit aus linear konjugierten 5- und/oder 6-Ringen

mit K aus einem, zwei oder drei substituierten oder nicht-substituierten, homo- oder heterocyclischen aromatischen 5-Ringen oder 6-Ringen, wobei K einen endständigen 5-Ring aufweist,
mit L aus einem substituierten oder nicht-substituierten heterocyclischen aromatischen 5-Ring,
mit M aus einem oder zwei substituierten oder nicht-substituierten, homo- oder heterocyclischen aromatischen 5 Ringen oder 6-Ringen mit mindestens einem homocyclischen 6-Ring, wobei M einen endständigen 6-Ring aufweist.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen zeichnen sich durch eine besonders hohe Absorption in einem breiten Spektrum des sichtbaren Lichts aus, was sich auch in den hohen Werten für die Halbwertsbreite wiederspiegelt (siehe Tabelle 1), die insbesondere das kurzwellige Licht im Bereich von 400 nm bis 600 nm effektiver nutzen. Durch die erfindungsgemäßen Verbindungen ist es möglich organische Solarzellen mit einer verbesserten Effizienz herzustellen.
Zur Charakterisierung der erfindungsgemäßen Verbindungen sind der Füllfaktor, die Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom aufgelistet, die aus der Strom-Spannungs-Kennlinie entnommen werden.
2 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (1), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve enthält Kennzahlen, welche die erfindungsgemäße organische Solarzelle kennzeichnen. Die wichtigsten Kennzahlen sind hierbei der Füllfaktor FF, die Leerlaufspannung Uoc und der Kurzschlussstrom Jsc.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle mit dem Aufbau: ITO / C60 (15 nm) / Verbindung(1):C60 (30nm, 3:2, 50°C) / NHT169 (10nm) / NHT169:NDP9 (30nm, 10,3 wt% NDP9) / NDP9 (1nm) / Al (100nm) wurde bestimmt, wobei die photoaktive Schicht 4 einen Volumenheteroübergang (bulk heterojunction - BHJ) umfasst. ITO dient dabei als Elektrode 2, und das benachbarte Fulleren C60 als Elektronentransportschicht (ETL) 3, daran schließt sich die photoaktive Schicht 4 mit C60 als Elektronenakzeptormaterial und dem jeweiligen Absorber an, gefolgt von NHT169 als Lochtransportschicht (HTL) 5 und mit NDP9 (Novaled AG) dotiertem NHT169, gefolgt von einer Elektrode 6 aus Aluminium. Dabei ist ITO Indiumzinnoxid, NDP9 ein kommerzieller p-Dotand der Novaled GmbH, und NHT169 ein kommerzieller Lochleiter der Novaled GmbH. Erfindungsgemäß enthält ein halbleitendes Bauelement zumindest eine Schicht in einem Schichtsystem mit einer Verbindung der allgemeinen Formel I. Die Parameter der Zelle wurden unter AM1.5 Beleuchtung gemessen (AM = Air Mass; AM = 1,5 bei diesem Spektrum beträgt die globale Strahlungsleistung 1000 W/m²; AM = 1,5 als Standardwert für die Vermessung von Solarmodulen).
In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (1) beträgt der Füllfaktor FF 62,9 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,99 V und der Kurzschlussstrom Jsc 11,2 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (1) beträgt 6,97%.
Verbindung (1) zeigt eine Absorption über einen Spektralbereich von 450 bis 660 nm. Die OD von 0,56 und ein Absorptionsintegral von 113 sind überraschend hoch für eine Absorption in diesem Spektralbereich (siehe Tabelle 1). Vorteilhafterweise zeigt Verbindung (1) ein weitgehend ideales Verhalten eines Absorbers im Blaubereich.
3 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (2), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle wurde bestimmt, der Aufbau entspricht dabei dem in 2. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (2) beträgt der Füllfaktor FF 61,2 %, die Leerlaufspannung Uoc 1,0 V und der Kurzschlussstrom Jsc 12,4 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (2) beträgt 7,59%.
4 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (3), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle mit dem Aufbau: ITO / C60 (15 nm) / Verbindung(3):C60 (30nm, 3:2, 50°C) / NHT049 (10nm) / NHT049:NDP9 (30nm, 10 wt% NDP9) / NDP9 (1nm) / Al (100nm) wurde bestimmt, wobei die photoaktive Schicht 4 einen Volumenheteroübergang (bulk heterojunction - BHJ) umfasst. Dabei ist ITO Indiumzinnoxid, NDP9 ein kommerzieller p-Dotand der Novaled GmbH, und NHT049 ein kommerzieller Lochleiter der Novaled GmbH. Die Parameter der Zelle wurden unter AM1.5 Beleuchtung gemessen (AM = Air Mass; AM = 1,5 bei diesem Spektrum beträgt die globale Strahlungsleistung 1000 W/m²; AM = 1,5 als Standardwert für die Vermessung von Solarmodulen).
In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (3) beträgt der Füllfaktor FF 59,7 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,86 V und der Kurzschlussstrom Jsc 10,4 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (3) beträgt 5,34%.
5 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (4), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle wurde bestimmt, der Aufbau entspricht dabei dem in 4. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (4) beträgt der Füllfaktor FF 47,6 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,98 V und der Kurzschlussstrom Jsc 10,5 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (4) beträgt 4,90%.
6 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (6), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle wurde bestimmt, der Aufbau entspricht dabei dem in 4. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (6) beträgt der Füllfaktor FF 60,8 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,83 V und der Kurzschlussstrom Jsc 11,5 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (6) beträgt 5,80%.
7 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (9), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle wurde bestimmt, der Aufbau entspricht dabei dem in 4. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (9) beträgt der Füllfaktor FF 51,6 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,85 V und der Kurzschlussstrom Jsc 9,7 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (9) beträgt 4,25%.
8 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (10), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle wurde bestimmt, der Aufbau entspricht dabei dem in 4. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (10) beträgt der Füllfaktor FF 47,0 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,93 V und der Kurzschlussstrom Jsc 10,4 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (10) beträgt 4,55%.
9 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (13), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle wurde bestimmt, der Aufbau entspricht dabei dem in 4. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (13) beträgt der Füllfaktor FF 63,1 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,96 V und der Kurzschlussstrom Jsc 12,5 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (13) beträgt 7,57%.
10 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (14), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle mit dem Aufbau: ITO / C60 (15 nm) / Verbindung(14):C60 (30nm, 1:1, 50°C) / NHT049 (10nm) / NHT049:NDP9 (30nm, 10 wt% NDP9) / NDP9 (1nm) / Al (100nm) wurde bestimmt, wobei die photoaktive Schicht 4 einen Volumenheteroübergang (bulk heterojunction - BHJ) umfasst. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (14) beträgt der Füllfaktor FF 53,1 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,97 V und der Kurzschlussstrom Jsc 11,8 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (14) beträgt 6,08%.
11 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (15), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle wurde bestimmt, der Aufbau entspricht dabei dem in 4. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (15) beträgt der Füllfaktor FF 51,3 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,96 V und der Kurzschlussstrom Jsc 12,4 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (15) beträgt 6,11%.
12 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (16), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle wurde bestimmt, der Aufbau entspricht dabei dem in 4. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (16) beträgt der Füllfaktor FF 53,5 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,95 V und der Kurzschlussstrom Jsc 10,2 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (16) beträgt 5,18%.
13 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskurve, der spektralen externen Quantenausbeute und des Füllfaktors einer BHJ-Zelle mit der Verbindung (17), gemessen an einem organischen optoelektronischen Bauelement. In diesem Ausführungsbeispiel ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
Die Strom-Spannungskurve einer BHJ-Zelle wurde bestimmt, der Aufbau entspricht dabei dem in 4. In dem optoelektronischen Bauelement mit Verbindung (17) beträgt der Füllfaktor FF 56,5 %, die Leerlaufspannung Uoc 0,94 V und der Kurzschlussstrom Jsc 11,0 mA/cm2. Der Zellwirkungsgrad eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit der Verbindung (17) beträgt 5,84%.
Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Verbindungen zeigen sich in den Ausführungsbeispielen. Die erfindungsgemäßen Verbindungen weisen nicht nur verbesserte Absorptionseigenschaften auf, sondern auch geeignete Ladungstransporteigenschaften. Die experimentellen Daten der erfindungsgemäßen Verbindungen mit den Absorptionseigenschaften und den in organischen Solarzellen gemessenen Strom-Spannungsverläufen belegen, dass diese Verbindungen für die Anwendung in organischen Solarzellen sowie anderen organischen optoelektronischen Bauelementen sehr gut geeignet sind. Damit können insbesondere vorteilhafte Mehrfachzellen (Tandem-/Tripel-/ Qadrupel-/ oder Multijunction-Zellen) hergestellt werden.
Es konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass viele Derivate der erfindungsgemäßen Verbindungen auch rückstandsfrei im Vakuum ohne Zersetzung verdampfbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004083958 A2 [0004]
WO 2011/161108 A1 [0004]
WO 2006092134 A1 [0006]
WO 2012115394 A2 [0011]

Claims

Chemische Verbindung der allgemeinen Formel(I)
mit A1 und A2 jeweils eine elektronenziehende Gruppe, mit den Parametern n, m, o, p jeweils unabhängig voneinander 0, 1 oder 2, wobei zumindest o oder p mindestens 1 ist, mit U1 und U2 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus substituiertem oder nicht-substituiertem heterocyclischen 5-Ring ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Furan, Pyrrol, Thiophen, Pyrazol, Imidazol, Oxazol, Thiazol, Oxadiazol und Thiadiazol, wobei der heterocyclische 5-Ring mit einem oder zwei weiteren substituierten oder nicht-substituierten homo- oder heterocyclischen, aromatischen 5-Ring oder 6-Ring annelliert sein kann, mit V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus substituiertem oder nicht-substituiertem heterocyclischen 5-Ring ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Furan, Pyrrol, Thiophen, Pyrazol, Imidazol, Oxazol, Thiazol, Oxadiazol und Thiadiazol, wobei der heterocyclische 5-Ring mit einem oder zwei weiteren substituierten oder nicht-substituierten homo- oder heterocyclischen, aromatischen 5-Ring oder 6-Ring annelliert sein kann, und mit D ausgebildet als annellierte aromatische Einheit aus linear konjugierten 5- und/oder 6-Ringen
mit K aus einem, zwei oder drei substituierten oder nicht-substituierten, homo- oder heterocyclischen aromatischen 5-Ringen oder 6-Ringen, wobei K einen endständigen 5-Ring aufweist, mit L aus einem substituierten oder nicht-substituierten heterocyclischen aromatischen 5-Ring, mit M aus einem oder zwei substituierten oder nicht-substituierten, homo- oder heterocyclischen aromatischen 5 Ringen oder 6-Ringen mit mindestens einem homocyclischen 6-Ring, wobei M einen endständigen 6-Ring aufweist.
Chemische Verbindung nach Anspruch 1, wobei K aus ein, zwei oder drei substituierten oder nicht-substituierten Furanen, Pyrrolen und/oder Thiophenen gebildet ist, wobei L ein substituiertes oder nicht-substituiertes Pyrrol
ist, wobei * die Anknüpfungen an die Gruppe K und ** die Anknüpfungen an die Gruppe M bezeichnen, wobei R1 H, Alkyl oder Aryl ist, bevorzugt Ethyl, Propyl, iso-Propyl, Butyl, iso-Butyl, oder tert-Butyl, und wobei M ein substituierter oder nicht-substituierter homocyclischer oder heterocyclischer, aromatischer 6-Ring ist, wobei bevorzugt mindestens ein C-Atom durch N ersetzt ist, insbesondere bevorzugt ist M ein substituierter oder nicht-substituierter Phenyl-Ring.
Chemische Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, wobei K ein substituiertes oder nicht-substituiertes Furan, Pyrrol oder Thiophen, oder zwei substituierte oder nicht-substituierte Furane und/oder Thiophene ist, bevorzugt ist K ein substituiertes oder nicht-substituiertes Furan oder Thiophen, wobei L ein substituiertes oder nicht-substituiertes Pyrrol
ist, wobei * die Anknüpfungen an die Gruppe K und ** die Anknüpfungen an die Gruppe M bezeichnen, wobei R1 H oder Alkyl ist, bevorzugt Ethyl, Propyl, iso-Propyl, Butyl, iso-Butyl, oder tert-Butyl, und wobei M ein substituierter oder nicht-substituierter Phenyl-Ring ist.
Chemische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei A1 und A2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus:

wobei CN zumindest teilweise durch F substituiert sein kann, wobei bevorzugt A1 gleich A2 ist.
Chemische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus

wobei * die Anknüpfung an die Gruppen D, U1, U2, A1, oder A2 bezeichnet, wobei Y₁ und Z₁ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: O, S und N(R6), mit R6 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt O oder S, wobei W₁ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus N und C-R7, mit R7 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, OAlkyl, SAlkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, W₂ und W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt ist aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, OR', SR`, NR'2 mit R' ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt sind V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt aus
wobei Y₁ unabhängig ausgewählt ist aus O, S, und N(R6), mit R6 ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt Alkyl oder Aryl, Z₁ unabhängig ausgewählt ist aus S und N(R6), mit R6 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt Alkyl oder Aryl, wobei W₁ unabhängig ausgewählt ist aus N oder C-R7, mit R7 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, OAlkyl, SAlkyl oder Aryl, W₂ und W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt ist aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, OR', SR`, NR'2 mit R' ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt H, Halogen, und Alkyl.
Chemische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei U1 und U2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus

wobei * die Anknüpfung an die Gruppen D, V1, V2, A1, oder A2 bezeichnet, wobei Y₁ und Z₁ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: O, S und N(R6), mit R6 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt O oder S, wobei W₁ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus N und C-R7, mit R7 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, OAlkyl, SAlkyl, substituiert oder nicht-substituiert, W₂ und W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt ist aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, OR', SR', NR'2 mit R' ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt sind U1 und U2 unabhängig voneinander ausgewählt aus
wobei Y₁ unabhängig ausgewählt ist aus O, S, und N(R6), mit R6 ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt Alkyl oder Aryl, Z₁ unabhängig ausgewählt ist aus S und N(R6), mit R6 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt Alkyl oder Aryl, W₁ unabhängig ausgewählt ist aus N oder C-R7, mit R7 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl, OAlkyl, SAlkyl oder Aryl, W₂ und W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt ist aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, OR', SR`, NR'2 mit R' ausgewählt aus H, Alkyl, oder Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, bevorzugt H, Halogen, und Alkyl.
Chemische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei n und p 0 sind und o 1 ist, und V1 und V2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe:
mit Y1 ausgewählt aus O und S, mit W₂ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus N und C-R9 mit R9 ausgewählt aus H, Halogen, Alkyl, substituiert oder nicht-substituiert, mit W₃ jeweils unabhängig voneinander ausgewählt aus N und C-R10 mit R10 ausgewählt H, Halogen, Alkyl, substituiert oder nicht-substituiert, wobei bevorzugt V1 und V2 jeweils ein substituiertes oder nicht-substituiertes Furan oder Thiophen sind.
Chemische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei U1, U2, V1 und V1 kein substituierter oder nicht-substituierter Phenyl-Ring sind, oder U1 und U2 Furan oder Thiophen sind und V1 und V2 Furan oder Thiophen sind.
Chemische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei n, m, o, und p jeweils 1 sind, oder n und p 1 sind und m und o 0 sind, oder n oder p 1 sind und m oder o 1 sind, oder zumindest o oder p 1 ist und n 0 und m 1 oder n 1 und m 0 sind, oder n und m 0 sind.
Chemische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die chemische Verbindung die allgemeine Formel(II) aufweist
mit X1 und X2 unabhängig voneinander ausgewählt aus O, S und N-R3 mit R₃ unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, Alkyl, und Aryl, substituiert oder nicht-substituiert, mit R2 und R5 unabhängig voneinander ausgewählt aus H, Alkyl oder OAlkyl, und mit R1 und R6 unabhängig voneinander ausgesucht aus H, Alkyl oder OAlkyl, wobei bevorzugt R1, R2, R5 und R6 H sind, und/oder wobei bevorzugt X1 gleich X2 ist.
Chemische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei D die allgemeine Formel (III) aufweist
mit R11 H oder Alkyl, mit R12, R13 und R14 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, F, Alkyl, O-Alkyl, S-Alkyl, und Aryl, wobei X O, S oder N-R ist mit R H oder Alkyl, und T O, S oder N-R ist mit R H oder Alkyl ist.
Chemische Verbindung nach Anspruch 10, wobei X N-R ist mit R H oder Alkyl, und T O oder S ist.
Chemische Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Optoelektronisches Bauelement mit einem Schichtsystem umfassend eine Elektrode, eine Gegenelektrode und mindestens eine photoaktive Schicht, wobei die mindestens eine photoaktive Schicht eine Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist, bevorzugt ist das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle, ein OFET, eine OLED oder ein organischer Photodetektor.
Verwendung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem optoelektronischen Bauelement, bevorzugt als Absorbermaterial in einer photoaktiven Schicht des optoelektronischen Bauelements.