JP2015092587A - 三重項ハーベストを用いた有機感光性光電子工学装置 - Google Patents

三重項ハーベストを用いた有機感光性光電子工学装置 Download PDF

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Abstract

【課題】励起子拡散距離に係る問題を解決する新規物質の設計により改善された性質を有する有機感光性光電子工学装置を供給する。【解決手段】三重項形成物質でドープされた一重項分裂ホスト物質を含む有機光電導性物質を含む有機感光性光電子工学装置であり、前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質の量が、前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質の量よりも大きく、前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、光が吸収された時に一重項分裂を示す物質から選択され、前記少なくとも一つの三重項ドーパント物質が、光がドーパントにより吸収された後に三重項励起子を形成する。【選択図】なし

Description

本願は、２００７年８月１３日に出願された米国仮出願第６０／９５５４８５号の利益
を主張し、その開示内容は参照により本願に組み込まれる。
発明の分野
本発明は、一般的に三重項形成物質がドープされた一重項分裂（フィッション）ホスト
物質を含む有機光電導性物質を含む有機感光性光電気工学装置に関する。
光電子工学装置は、物質の光学的および電子的性質に基づき、電子的に電磁気放射物を
生成または検出する、もしくは周囲の電磁気放射物から電気を発生する。
感光性光電子工学装置は、電磁気放射物を電気信号または電気に変換する。太陽電池は
、光起電（ＰＶ）装置とも呼ばれ、特に電力を生み出すために使用される感光性光電子工
学装置の一種である。光電導体電池は、吸収した光による変化を検出するための装置の抵
抗を観測する信号検出回路と共に使用される感光性光電子工学装置の一種である。光検知
器は、印加されたバイアス電圧を受けるが、これは当該光センサーが電磁気放射物にさら
された時に発生する電流を測定する電流検出回路と共に使用される感光性光電子工学装置
の一種である。
これらの３つの感光性光電子工学装置の種類は、整流接合点が存在するか否かにより、
および当該装置がバイアスまたはバイアス電圧としても知られている外部印加電圧をかけ
て操作されるか否かにより分類される。光伝導体電池は、整流接合点を有さず、通常、バ
イアスを用いて操作される。ＰＶ装置は少なくとも一つの整流接合点を有しており、バイ
アスを用いずに操作される。光検知器は、少なくとも一つの整流接合点を有しており、常
時ではないが、通常バイアスを用いて操作される。
本明細書の「整流」は、とりわけ、接合部分が非対称の電導特性を有する、すなわち、
当該接合部分が好適に一方向に電子電荷輸送をすることを示している。「半導体」との語
は、電荷キャリアが熱または電磁励起により誘導された時、電気を伝導しうる物質を示し
ている。「光電導」との語は、電磁放射エネルギーが吸収され、それにより電荷キャリア
の励起エネルギーに変換され、当該キャリアは物質内で電荷を伝導させうる（すなわち、
輸送しうる）工程に一般的に関連する。「光電導性物質」との語は、電磁放射を吸収する
その性質が電荷キャリアを生み出すのに利用される半導体物質に関連する。
適切なエネルギーの電磁気放射物が有機半導体物質に入射すると、光子は吸収され励起
分子状態を生み出す。有機光電導体物質において、前記の分子状態が一般的に「励起子（
エキシトン）」、すなわち、準粒子として輸送される束縛状態にある電子正孔対であると
、一般的に信じられている。励起子は、もとの電子と正孔との互いの再結合（他の対由来
の電子と正孔とから再結合することに対する意）と比較して、対再結合（「クエンチ」）
するまでにかなりの寿命を有している。光電流を生み出すために、励起子を形成する電子
正孔は整流接合点で通常分離される。
感光性装置の場合、整流接合点は光起電ヘテロ接合点と称される。有機光起電ヘテロ接
合点の型はドナー物質とアクセプター物質の接合点で形成されるドナー・アクセプターヘ
テロ接合点および光電導性物質と金属の接合点で形成されるショットキーバリアヘテロ接
合点を含む。
図１はドナー−アクセプターへテロ接合点の一例を示すエネルギー準位図である。有機
物質の分野において、「ドナー」および「アクセプター」とは、接点を有するが、異なる
二つの有機物質の最高被占軌道（「ＨＯＭＯ」）と最低空軌道（「ＬＵＭＯ」）準位の相
対的位置を意味する。もし互いに接点を有する一つの物質のＬＵＭＯエネルギー準位がよ
り低い場合、当該物質はアクセプターである。一方、他の物質がドナーである。外部バイ
アスがない場合、当該状態はエネルギー的に好ましく、ドナー−アクセプター接合点で、
電子はアクセプター物質に移動する。
本明細書において、仮に第一エネルギー準位が真空のエネルギー準位１０に近いならば
、第一のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネルギー準位は、第二のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯエネ
ルギー準位よりも大きいまたは高い。より高位のＨＯＭＯエネルギー準位は、真空準位と
比較してより低位の絶対エネルギーを有するイオン化ポテンシャル（「ＩＰ］）に対応す
る。同様に、より高位のＬＵＭＯエネルギー準位は、真空準位と比較してより低位の絶対
エネルギーを有する電子親和力（「ＥＡ」）に対応する。従来のエネルギー準位図（その
上部に真空準位を有している）では、物質のＬＵＭＯエネルギー準位はその物質のＨＯＭ
Ｏエネルギー準位よりも高い。
ドナー１５２またはアクセプター１５４が光子６を吸収して励起子８を生成した後、当
該励起子８は整流接合点で解離する。前記ドナー１５２は正孔（白丸）を輸送し、アクセ
プター１５４は電子（黒丸）を輸送する。
有機半導体において重要な性質は、キャリア移動度である。移動度は、電荷キャリアが
電場に応じて電導物質を経て移動しうる容易さの指標である。有機感光性装置の分野にお
いて、高電子移動度のため、電子により専ら電導する物質は電子輸送物質と呼ばれる。高
い正孔移動度のため、正孔により専ら電導する物質は正孔輸送物質と呼ばれる。移動度お
よび／または装置における位置のため、電子により専ら電導する層は電子輸送層（「ＥＴ
Ｌ」）と呼ばれる。移動度および／または装置における位置のため、正孔により専ら電導
する層は正孔輸送層（「ＨＴＬ」）と呼ばれる。必ずしもそうとは限らないが、好ましく
は、アクセプター物質は電子輸送物質であり、ドナー物質は正孔輸送物質である。
キャリア移動度および相対的ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ準位を基礎とした光起電へテロ接
合点でドナーおよびアクセプターとして機能する２つの有機光電導物質を組合せる方法は
、当該技術分野においてよく知られており、ここでは説明しない。
バルク半導体に共通する特徴の一つは、不導体と同様、「バンドギャップ」である。バ
ンドギャップは電子を満たした最高エネルギー準位と空である最低エネルギー準位との間
のエネルギー差である。無機半導体または無機絶縁体において、このエネルギー差は価電
子バンドエッジ（価電子バンドの最高位）と電導バンドエッジ（電導バンドの最低位）の
差である。有機半導体や有機絶縁体において、このエネルギー差はＨＯＭＯとＬＵＭＯの
差である。純粋物質のバンドギャップは電子および正孔が存在し得るエネルギー状態がな
い状態である。電導のため唯一の利用可能なキャリアはバンドギャップを超えて存在しう
る十分なエネルギーを有する電子および正孔である。一般的に、半導体は絶縁体と比較し
て相対的に小さいバンドギャップを有している。
有機半導体のエネルギーバンドモデルに関して、バンドギャップのＬＵＭＯ側では電子
のみが荷電キャリアであり、バンドギャップのＨＯＭＯ側では正孔のみが荷電キャリアで
ある。
有機感光性装置分野において、それらの一般的な構成、特徴、物質、特性を含むさらな
る背景の説明や記載は、Ｆｏｒｒｅｓｔらの米国特許第６６５７３７８号明細書、Ｆｏｒ
ｒｅｓｔらの米国特許第６５８００２７号明細書、およびＢｕｌｏｖｉｃらの米国特許第
６３５２７７７号明細書にあり、その開示内容は参照により本明細書に含まれる。
低分子太陽電池の性能は、暗闇および照明の下でのそれらの特性のＩＶ応答の研究によ
り究明されている。その電力変換効率ηｐは開回路電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓ
ｃ）、および［非特許文献１］により決定される充填係数（ＦＦ）に依存する。
式中、Ｐｏは入射屈折力である。ここでＦＦは直列抵抗に依存し、高性能低分子量有機光
起電においては一般的に０．５から０．６５の間の値である。最高Ｊｓｃは有機物、太陽
光スペクトルの吸収、および吸収層の吸収係数および厚さ、ならびに他のファクターによ
り決定される。しかしながら、電荷流の抵抗値は電池の性能の大きな課題であるので、光
電流は物質の荷電輸送の性質に大きく依存している［非特許文献２］。電池性能に関して
考えると、とても重要な他の一つのパラメータは励起子拡散距離である。物質の励起子拡
散距離は励起子が再結合するまでに移動する距離を表している。したがって、吸収された
光子により生成された励起子の数に関する電荷キャリアを高い割合にするために、励起子
はヘテロ接合点のおよそＬＤ内で形成される。励起子拡散距離Ｌｐは励起子拡散係数Ｄお
よび励起子の寿命τに関連し、ＬＤ＝（Ｄτ）１／２で表現される。励起子拡散距離は、
一般的にその光吸収長ＬＡと比較して短く、したがって電荷分離のためのドナー−アクセ
プター接合点に達する比較的小さい能力のために用いられる有機層の厚さを制限する。こ
の結果は吸収物質の量を束縛するだけでなく、効率的な光変換のために望ましくない分離
された電荷にとって抵抗のある経路を形成する［非特許文献１］。
有機太陽電池において、Ｖｏｃの起源は十分に理解されていない［非特許文献３および
４］。ある人は、２層電池のヘテロ接合点において、アクセプター様物質の最低空軌道（
ＬＵＭＯ）とドナー様物質の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）とのエネルギー差（接合点ギャッ
プＩｇという）に主に依存していると提案している［非特許文献５］。しかしながら、他
の人はこのＩｇとＶｏｃの間にその証拠となる関係を見たことがなく、この電圧はキャリ
ア移動度に依存するであろう化学ポテンシャル勾配により支配されると提案する［非特許
文献６］。しかし、Ｖｏｃが吸収された光子の全エネルギーを反映していないこと、およ
びエネルギーが電力変換工程において損なわれていることは明らかである。従来、これら
の損失は説明されてなく、開回路電圧の基礎を評価するときには多大な注意が払われなけ
ればならない。
有機起電（ＯＰＶ）電池は、シリコン基盤装置による既存の太陽電池技術の実行可能な
代替策になる有望株である。しかしながら、それらの効率は現在とても低く、シリコン基
盤装置に有効に匹敵することができない。研究室におけるＯＰＶ電池の効率の記録は５．
７％［非特許文献７］であり、市販の非晶系シリコン基盤のＰＶ電池の効率のおよそ半分
である。現在のＯＰＶシステムの本質的な限界は励起子拡散距離により支配される光収集
効率に関係している。新たな装置設計は、短い拡散距離を補償する方向に発展してきてい
る。しかし、応用可能な物質の詳細な研究はされてなく、拡散距離を拡大することでその
問題を解決している［非特許文献８，９］。
有機起電セル（ＯＰＶｓ）の光電流発電の機構は二つの有機物質（つまり、一つが正味
の電子ドナー（Ｄ）であり、その他がアクセプター（Ａ）である）を用いて説明されてい
る。その工程は４つの連続したステップに細分化されうる（図２）。当該工程の初めのス
テップは、光の吸収であり、ηＡで与えられる効率で励起子を形成する。太陽光スペクト
ルの大部分をカバーするために、ＯＰＶ用に選択されるドナーおよびアクセプター物質は
、薄膜に高い光学密度を与えるために広吸収域および高い吸光係数を有していなければな
い。
励起子は、形成されると、Ｄ／Ａ接合点に移動し、あるいは放射または非放射過程を経
て定常状態に減退する（ｋｄｅｃａｙ）。励起子は、励起子自身が前記Ｄ／Ａ接合点に移
動するよりも早くこの距離減衰を超えて生成するので、最適の厚さは励起子拡散距離によ
り決定される。励起子拡散の効率（ηＥＤ）は拡散速度（ｋｄｉｆｆ）と減衰速度（ｋｄ
ｅｃａｙ）の相対的な大きさに関連している。調査されてきたＯＰＶ物質の多くは短い励
起子拡散距離を有している。例えば、ＣｕＰＣおよびＣ６０（共通のドナーおよびアクセ
プター物質である）は、それぞれ８―１０および４０ｎｍの励起子拡散距離を有している
。これらの物質に見られる短い励起子拡散距離はＤおよびＡの膜を薄く保ち、ＯＰＶの光
学密度を制限し、効率的に集められる光量、およびＯＰＶの効率を制限している。
Ｄ／Ａ接合点で、励起子は電荷移動反応（効率＝ηＣＴ）を起こし、Ｄ層およびＡ層に
それぞれ正孔および電子を形成する。電荷移動の駆動力はドナーとアクセプター軌道間の
相殺エネルギーである。正孔と電子は生成された後に、Ｄ物質およびＡ物質を導通して電
極に抽出される（電荷収集）。高いキャリア移動度は効率的なＯＰＶに重要である。低い
移動度（高い抵抗）の物質はＤ／Ａ接合点の近くで捕捉された電荷を放出し、逆電荷移動
（接合点での正孔および電子の再結合）を誘導する。これが減少した光電流および充填率
の著しい減少をもたらし、両者が装置に利用可能な電力を低くする。
Ｄ／Ａ接合点での励起子の収集を減少させずに、ＯＰＶの光学密度を増加させるために
数多くの異なるアプローチが検討されている。一つの有益なアプローチは、例えば図３Ａ
のような、ＯＰＶを積み上げて、積層型電池にする方法である［非特許文献９，１０］。
積層型ＯＰＶは同じ構造の単ＯＰＶの２倍の電力出力に向上することが示されている［非
特許文献９］。代替のアプローチはポリマーベースＯＰＶに広く使用され、バルクへテロ
接合点の使用を含む［非特許文献１１，１２］。もしＤ物質とＡ物質とが混合されたなら
ば純粋なＤおよびＡのミクロドメインに層分離する傾向にあり、それぞれ電荷導電性チャ
ネルを与える。このバルクへテロ接合点物質は、入射光の大半を吸収し、Ｄ／Ａ接合点か
ら離れすぎ収集できない励起子を形成しないように、十分に厚く作られうる（図３Ａ〜Ｂ
）。
積層型およびバルク型のヘテロ接合点装置においてＯＰＶ物質中の、短い励起子拡散距
離に挑戦する基本的な方法は、短い励起子拡散距離を直接的に処理しようとするのではな
く、光吸収度を増加させることを含む。これらのアプローチは装置の構造を変化させるが
、新規物質のデザインはしない。このアプローチの問題点は有機半導体の短い励起子拡散
距離であるという問題を解決しないということである。
励起子拡散距離ＬＤは励起子拡散係数Ｄおよび励起子寿命τに関係し、ＬＤ＝（Ｄτ）
１／２で表される。最高の励起子拡散係数は単結晶薄膜に観測されるだろう。典型的なＯ
ＰＶ電池に使用される非晶系ガラスは、欠陥部分に励起子が拡散するため、より低い拡散
係数を有する傾向にある。光吸収のうえで形成される励起子は一重項構造である。この励
起子の相対的な寿命は概して１０ナノ秒以下である。ニート薄膜で測定された一重項励起
子の寿命は、励起２量体形成、欠陥や単分子無放射性の欠陥でのクエンチ、主に三重項励
起子への項間交差のためにそれらの放射線寿命より著しく短い。フォースター（Ｆｏｒｓ
ｔｅｒ）エネルギー移動工程は作用的で、同時に飛び飛びの様々なｎｍを許している。三
重項励起子は一重項対応物の寿命よりも著しく長い寿命を有している。有機分子はナノ秒
範囲で一重項の寿命を有している一方、同物質の三重項の寿命は、希薄サンプルでは数分
から数時間の長さになりうる。（Ｄτ）１／２の関係に基づけば、三重項励起子では長い
拡散距離を見ることが期待される。三重項励起子拡散距離は合理的な長さであり、例えば
Ｃ６０は非晶系薄膜で４０ｎｍのＬＤを与えるが、三重項寿命から推測されるもの程は長
くない。これには様々な理由がある。一つの理由は、ニート薄膜における寿命は、希薄状
態における寿命よりも著しく短いことであり、これはしばしば測定される。クエンチ、励
起子形成およびＴ−Ｔ消滅は数オーダーの大きさで三重項の寿命を減少させる。また、三
重項の拡散係数は一重項の拡散係数よりも著しく短い。一重項とは対照的に、フォースタ
ーエネルギー移動工程は、主として三重項吸収帯の振動子の強度が小さいために、あまり
効率的ではない。三重項励起子拡散は、デクスター（Ｄｅｘｔｅｒ）機構を経て、主に最
も近傍で起こる。一般的な有機分子の三重項の寿命はとても長いが、一般的なＯＰＶ物質
はマイクロ秒レジメの三重項寿命を有している。このことが、低いＤ値と相まって、三重
項ベースの物質のＬＤ値は良好とはいえ、例外的というほどではないものにしている。
もしＯＰＶ物質の励起子拡散距離を大きくすることができれば、厚く、光学的に高密度
のＤ層およびＡ層を有する装置が製造されうる。したがって、励起子拡散距離に係る問題
を解決する新規物質の設計により改善された性質を有する有機感光性光電子工学装置を供
給する必要がある。
Ｐｅｕｍａｎｓ， Ｐ．， Ａ． Ｙａｋｉｍｏｖ， ａｎｄ Ｓ．Ｒ． Ｆｏｒｒｅｓｔ， Ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ２００３． ９３（７）： ｐ． ３６９３−３７２３． Ｓｉｎｇｈ， Ｖ．Ｐ．， Ｒ．Ｓ． Ｓｉｎｇｈ， Ｂ． Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ， Ａ． Ａｇｕｉｌｅｒａ， Ｊ． Ａｎｔｈｏｎｙ， ａｎｄ Ｍ． Ｐａｙｎｅ， Ｃｏｐｐｅｒ−ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ−ｂａｓｅｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｏｐｅｎ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ２００５． ８６（８）： ｐ． ０８２１０６． Ｂｒａｂｅｃ， Ｃ．Ｊ．， Ａ． Ｃｒａｖｉｎｏ， Ｄ． Ｍｅｉｓｓｎｅｒ， Ｎ．Ｓ． Ｓａｒｉｃｉｆｔｃｉ， Ｔ． Ｆｒｏｍｈｅｒｚ， Ｍ．Ｔ． Ｒｉｓｐｅｎｓ， Ｌ． Ｓａｎｃｈｅｚ， ａｎｄ Ｊ．Ｃ． Ｈｕｍｍｅｌｅｎ， Ｏｒｉｇｉｎ ｏｆ Ｔｈｅ ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ． Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２００１． １１（５）： ｐ． ３７４−３８０． Ｇｌｅｄｈｉｌｌ， Ｓ．Ｅ．， Ｂ． Ｓｃｏｔｔ， ａｎｄ Ｂ．Ａ． Ｇｒｅｇｇ， Ｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ ｎａｎｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ： Ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２００５． ２０（１２）： ｐ． ３１６７−３１７９． Ｍｕｔｏｌｏ， Ｋ．Ｌ．， Ｅ．Ｉ． Ｍａｙｏ， Ｂ．Ｐ． Ｒａｎｄ， Ｓ．Ｒ． Ｆｏｒｒｅｓｔ， ａｎｄ Ｍ．Ｅ． Ｔｈｏｍｐｓｏｎ， Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｏｐｅｎ‐ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎ ｓｕｂｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ／Ｃ‐６０ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌｓ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２００６． １２８（２５）： ｐ． ８１０８−８１０９． Ｔｅｒａｏ， Ｙ．， Ｈ． Ｓａｓａｂｅ， ａｎｄ Ｃ． Ａｄａｃｈｉ， Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｌｅ ｍｏｂｉｌｉｔｙ， ｅｘｃｉｔｏｎ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ， ａｎｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ／ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ２００７． ９０（１０）： ｐ． １０３５１５． Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ａ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｕｌｋ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌ． Ｙａｎｇ， Ｆ．； Ｓｈｔｅｉｎ， Ｍ．； Ｆｏｒｒｅｓｔ， Ｓ． Ｒ．， Ｎａｔ Ｍａｔｅｒ ２００５， ４， （１）， ３７−４１． Ｏｒｇａｎｉｃ ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ ａ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｌｙ ｍｉｘｅｄ ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ： Ｃ６０ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ． Ｕｃｈｉｄａ， Ｓ．； Ｘｕｅ， Ｊ．； Ｒａｎｄ， Ｂ． Ｐ．； Ｆｏｒｒｅｓｔ， Ｓ． Ｒ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００４， ８４， （２１）， ４２１８−４２２０． Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｔａｎｄｅｍ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ ｈｙｂｒｉｄ ｐｌａｎａｒ−ｍｉｘｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓ． Ｘｕｅ， Ｊ．； Ｕｃｈｉｄａ， Ｓ．； Ｒａｎｄ， Ｂ． Ｐ．； Ｆｏｒｒｅｓｔ， Ｓ． Ｒ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００４， ８５， （２３）， ５７５７−５７５９． Ｌｏｎｇ−ｒａｎｇｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｔａｎｄｅｍ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｓｉｌｖｅｒ ｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓ． Ｒａｎｄ， Ｂ． Ｐ．； Ｐｅｕｍａｎｓ， Ｐ．； Ｆｏｒｒｅｓｔ， Ｓ． Ｒ．， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２００４， ９６， （１２）， ７５１９−７５２６． Ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ： Ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ． Ｂｅｎａｎｔｉ， Ｔ． Ｌ．； Ｖｅｎｋａｔａｒａｍａｎ， Ｄ．， Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２００６， ８７， （１）， ７３−８１． Ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｆｉｌｍｓ． Ｎｅｌｓｏｎ， Ｊ．， Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ ＆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００２， ６， （１）， ８７−９５． Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｔｅｔｒａｃｅｎｅ−Ｃ６０ ｂａｓｅｄ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓ． Ｃｈｕ， Ｃ． Ｗ．； Ｓｈａｏ， Ｙ．； Ｓｈｒｏｔｒｉｙａ， Ｖ．； Ｙａｎｇ， Ｙ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００５， ８６， （２４）． Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｅｎｔａｃｅｎｅ／Ｃ６０ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓ． Ｙｏｏ， Ｓ．； Ｄｏｍｅｒｃｑ， Ｂ．； Ｋｉｐｐｅｌｅｎ， Ｂ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００４， ８５， （２２）， ５４２７−５４２９． Ｓｉｎｇｌｅｔ Ｆｉｓｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｄｙｅ−Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ： Ｃａｎ ａ Ｓｕｉｔａｂｌｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ Ｂｅ Ｆｏｕｎｄ？ Ｐａｃｉ， Ｉ．； Ｊｏｈｎｓｏｎ， Ｊ． Ｃ．； Ｃｈｅｎ， Ｘ．； Ｒａｎａ， Ｇ．； Ｐｏｐｏｖｉｃ， Ｄ．； Ｄａｖｉｄ， Ｄ． Ｅ．； Ｎｏｚｉｋ， Ａ． Ｊ．； Ｒａｔｎｅｒ， Ｍ． Ａ．； Ｍｉｃｈｌ， Ｊ．， Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． ２００６， １２８， （５１）， １６５４６−１６５５３．
発明の概要
本発明は、アノード（正極）、カソード（負極）および前記アノードとカソードの間に
配置された少なくとも一つの光活性領域を含む感光性光電子工学装置（Ｐｈｏｔｏｓｅｎ
ｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）を供給する；
前記少なくとも一つの光活性領域は、少なくとも一つの一重項分裂（フィッション）ホ
スト物質および少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質を含む少なくとも一つの有機
光電導性物質を含み、
前記少なくとも一つの一重項分裂（フィッション）ホスト物質の量が、前記少なくとも
一つの三重項形成ドーパント物質の量よりも大きく、
前記少なくとも一つの一重項分裂（フィッション）ホスト物質が、光が吸収された時に
一重項分裂（フィッション）を示す物質から選択され、
前記少なくとも一つの三重項ドーパント物質が、光がドーパントにより吸収された後に
三重項励起子（エキシトン）を形成する。
他の実施形態において、本発明は有機感光性光電子工学装置の製造方法を提供する：
少なくとも一つのアノード、カソードを提供し、少なくとも一つの有機光導電性物質を
前記アノードまたはカソードに接触させることを含む；
前記少なくとも一つの有機光導電性物質は、少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質と
少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質を含み、
前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質の量は、前記少なくとも一つの三重項分裂
ドーパント物質の量よりも多く、
前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質は、光が吸収された際に一重項分裂を示す
物質から選択され、
前記少なくとも一つの三重項形成ドーパントがドーパントにより光が吸収された後に三
重項励起子（エキシトン）を形成する。
ドナー−アクセプターへテロ接合点を示すエネルギー準位図である。 ＯＰＶ電池における光電流発生の一般的なメカニズムを表す図である。 積層型電池の略図である。図中、ドナーは実線のハッチで、アクセプターは点描で示される。また、内部透明電極は一点鎖線で、カソードおよびアノードは表記されている。 バルクヘテロ接合電池の略図である。図中、ドナーは実線のハッチで、アクセプターは点描で示される。また、内部透明電極は一点鎖線で、カソードおよびアノードは表記されている。 式１に一重項分裂エネルギーを示す図である。 式２でのホストの三重項状態へのドーパント三重項クエンチを示す図である。 式３でのドナー一重項によるホスト一重項のクエンチおよびホストの三重項への変換および移動を示す図である。 式４におけるホスト上での高められた三重項形成の全工程を示す図である。
本明細書に記載される少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質をドープされた少な
くとも一つの一重項分裂ホスト物質を含む有機光電導性物質は有機太陽電池以外の光電子
工学装置に応用して用いられる。一実施形態において、有機光検知器、有機光センサー、
有機光電導体、化学センサーおよび生物学的センサーのような他の光電子工学装置は非平
面状のポルフィリンを用いてもよい。
本明細書で用いられる場合、感光性光電子工学装置は太陽電池、光検知器、光センサー
、光電導体、化学センサー、生物学的センサーでありうる。
本明細書で用いられる場合、「有機」との語は有機感光性光電子工学装置を製造するた
めに用いられる低分子有機物質と同様、高分子物質も含む。「低分子」は高分子でない有
機物質のことであり、実際にはかなり大きくてもよい。低分子はある状況では繰り返し単
位を含んでいてもよい。例えば、置換基としての長鎖アルキル基を用いても、「低分子」
群からその分子は除かれない。低分子は、例えば高分子主鎖に側鎖や主鎖のある部位とし
て、高分子に組み込まれていてもよい。低分子は中核構造上に構築される一連の化学的シ
ェルからなるデンドリマーの中核構造であってもよい。デンドリマーの中核構造は、蛍光
または燐光の低分子発生源であってもよい。デンドリマーは低分子であってもよい。一般
的に、低分子は分子ごとに同じ分子量を有する所定の化学式で定義されてもよく、分子ご
とに異なる分子量を有する化学式で定義されてもよい。本明細書で用いられる場合、「有
機物」は炭化水素配位子やヘテロ原子で置換された炭化水素配位子の金属錯体を含む。二
つの三重項励起子を効率よく形成する一重項分裂を起こすことが報告されている有機化合
物は数多くある。単一光子の吸収は二つの励起子を形成させる。もしこれらの１つの物質
が有機光起電装置のドナー層またはアクセプター層として用いられた場合、Ｄ／Ａ接合点
に到達しうる励起子の数が倍になるため、（一重項分裂しない物質と比較して）比較的大
電流を発生する可能性がある。さらに、最終的に光の吸収の上で形成された励起子が三重
項状態であるという事実は、三重項励起子がそれらの一重項相当物の寿命よりも長いとい
う利点をもたらし、三重項励起子物質の励起子拡散距離を大きくする可能性を秘めている
。大きくなった励起子拡散距離はより厚い有機膜を使用することを可能とし、光収集効率
を高めることができる。
一実施形態において、本発明は一重項分裂物質が強化された／広範囲の光、特に太陽光
スペクトルの赤色および近赤外領域の光を吸収するように改善する方法を提供する。他の
実施形態において、本発明はドーパントサイトでの光子の吸収が効率的にドーパントで三
重項励起子から起こるように、光励起上によって有意な項間交差を起こすことが知られて
いる物質のドーピングに関する。本発明で用いられているドーパント物質は、通常、吸収
帯と三重項励起子との間でのエネルギー移動が小さいため、光励起で形成される一重項励
起状態と三重項の間のエネルギー損失が小さい（すなわち、少量の変換エネルギー）。金
属ポルフィリンおよびフタロシアニン錯体は、前記スペクトルの赤色から近赤外領域にお
いて強化した「Ｑ帯」および近赤外領域で三重項エネルギーを有するという性質を有して
いる。ドーパントで形成された三重項は効率よく一重項分裂物質に移動し、Ｄ／Ａ接合点
へ移動させられる。このように、分裂物質またはドーパントによる光吸収は分裂／ホスト
物質において三重項励起子を与える。ドープされた膜の吸収スペクトルはホスト物質およ
びドーパント物質のスペクトルの重ね合わせであり、有用な吸収エネルギーの幅広い領域
をもたらす。当該ドーパント物質は分裂物質の優先的な吸収帯（一重項吸収帯）と分裂物
質の三重項エネルギーの間に主要な吸収帯が存在するように選択される。これにより、ド
ープ膜のスペクトル吸収を最も広くすることができ、ドーパント三重項がホスト三重項よ
りも高いエネルギーを有するようにすることができる一実施形態においてドーパント物質
は全物質の約５０％以下で含まれ、ホストは約５０％以上膜に含まれる。
一重項分裂ホスト物質は潜在的に一重項分裂しうる物質から選択される。一実施形態に
おいて、一重項分裂ホスト物質は、本質的にπ共役系からなる、強い光吸収を示す物質か
ら選択される。効率的な一重項分裂を提供するであろう分子はＰａｃｉらの論文に示され
ている基本的な方法を用いて選択され［非特許文献１５］、その開示内容は参照により本
明細書に組み込まれる。選択基準はＳ１，Ｔ１およびＴ２状態の相対的なエネルギーであ
る。はじめ、二つのＴ１状態を振動緩和励起状態から少し発熱的、つまりＥ（Ｓ１）＞２
Ｅ（Ｔ１）にする必要がある。これと同じ条件により、吸熱的であるＴ１−Ｔ１消滅の低
室温速度が得られ、Ｓ１およびＳ０が生成する。しかしながら、次のより高い三重項を生
み出すために、Ｔ１−Ｔ１消滅、Ｔ２およびＳ０は相互に同じくらいのエネルギーになり
、とても速くなる。この消滅工程を保証するＥ（Ｔ２）＞２Ｅ（Ｔ１）が吸熱であり、と
ても遅い状態であることを課す必要もある。一重項を三重項の項間交差にまで減少するこ
とも望まれる。まとめると、物質の最適な一重項分裂はとても異常な状態であるＥ（Ｓ１
），Ｅ（Ｔ２）＞２Ｅ（Ｔ１）を満たす。
効率的な一重項分裂ホスト物質のよい例はＰａｃｉらの論文［非特許文献１５］に見ら
れ、ｏ−キシリレン誘導体、イソベンゾフルベン誘導体、ｐ−キシリレン誘導体およびペ
リレン誘導体の４類の分子を含む。これらの族の多くの化合物は、Ｐａｃｉらの論文に示
されている計算に基づく一重項分裂候補物である。Ｐａｃｉらの開示は参照として本願に
組み込まれる。これらの４つの分子に加えて、ポリチオフェン（Ｐ３ＨＴ）およびテトラ
センのようなポリアセン類も一重項分裂物質として用いられうる。
三重項励起子は励起子拡散の観点から装置に有益であるが、取り上げられていない電荷
生成工程の他の態様がある。特に、三重項物質は励起子が一重項から三重項に変換する際
にエネルギー損失を伴って変換するため避けられる傾向にある。このエネルギー損失は１
ｅＶもあり、装置に収集される光子エネルギーにおいて大きな損失を示す。一実施形態に
おいて、本発明は比較的小さい一重項−三重項エネルギー差を有するドーパント物質を含
む。そして、当該物質の光吸収がもたらす交換エネルギー損失はかなり小さい。一重項は
三重項の２倍よりも大きなエネルギーを有するため（すなわち、Ｅ（Ｓ１）＞２Ｅ（Ｔ１
））、当該一重項分裂物質はもちろん大きな一重項―三重項エネルギー分離を有する。も
しこれが、そうでなければ、一重項分裂は起こらない。
先行技術には、２つのＯＰＶ装置の製造の報告がある。ＹａｎｇはテトラセンドナーＯ
ＰＶ電池（ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／ｔｅｔｒａｃｅｎｅ／Ｃ６０／ＢＣＰ／Ａｌ）
を報告し［非特許文献１３］、Ｋｉｐｐｅｌｅｎはペンタセンドナー層を備えた類似した
装置を報告している［非特許文献１４］。両方の装置は高い効率（それぞれ２．３％およ
び２．７％）を示す。ＹａｎｇおよびＫｉｐｐｅｌｅｎは、励起子の長い拡散距離と同様
に、高いキャリア移動度および、その高ＰＶ効率がドナーとアクセプター物質間の良好な
エネルギーマッチングに貢献するので、アセンドナー物質を選択し、アセン層においてオ
ーダーの高準位を得ている。これらのファクターは重要であるが、三重項励起子がこれら
の装置にとって重要な役割を果たすらしい。テトラセンおよびペンタセン固体サンプル中
、一重項励起子は二つの三重項励起子を形成する分裂過程（すなわち、 Ｓ１ ＋ Ｓ０
→ ２ Ｔ１）を起こすことはよく知られている。このようにして、これらの装置のド
ナー層に吸収される全ての光子のために、１つではなく２つの励起子が形成されているら
しい（図４Ａの式１参照）。この効果は、Ｙａｎｇの論文のドナーテトラセン層の最適化
された厚さが８００Åであり、今までに報告されている典型的な低分子ＯＰＶのいずれの
厚さよりもとても厚いという事実により証拠付けられている［非特許文献１３］。上述し
たように、より長い励起子換算距離は、この観測された光学密度の厚い光活性層を可能と
するだろう。
延長した励起子拡散距離の存在は、１つの一重項励起子から２つの三重項励起子が形成
され、固体サンプルにおいてさえ、一重項よりも長寿命である励起子を生成するという一
重項分裂機構の存在する結果であるだろう。一重項分裂は、Ｅ（Ｓ１） ＞ ２Ｅ（Ｔ１
）である限り起こることが知られており、テトラセンおよび他の様々なシステムにおいて
、Ｅ（Ｓ１） ＝ ２Ｅ（Ｔ１）であるので、三重項への項間交差崩壊で起こるエネルギ
ー損失に比べて、それほどのエネルギー損失なく起こる利点がある。太陽電池で起こる一
重項分裂の更なる利点としては、特定の光子エネルギーを光吸収して生成する励起子が２
倍の量で生成し、理想的にはＤ−Ａ接合点に到達して分裂することで２倍のキャリアを生
成することである。
膜においてテトラセン分子の堆積および整列が効果的であり、大きな拡散係数を有する
十分に編成された層になるらしい。これらの効果（高励起子寿命および増大された拡散係
数）の組合せの結果、より長い励起子拡散距離になり、より効率的に光を捕捉する、より
大きな層に使用することが可能となる。
メタロポルフィリンとしてＰｔ（ＴＰＢＰ）（Ｐｌａｔｉｎｕｍ ｔｅｔｒａｐｈｅｎ
ｙｌ ｔｅｔｒａｂｅｎｚｏｐｏｒｐｈｙｒｉｎ）を例示する。Ｐｔ（ＴＰＢＰ）はＯＰ
Ｖにおいてドナー層としてテストされ太陽電池用に適したドナー物質として高い性能を示
した。大規模なポルフィリンのπ系のために、可視光部吸収係数が大きいことが観測され
る。メタロポルフィリンのとても興味深い特徴は、それらの高い項間交差が一重項から三
重項状態への完全な変換を起こすことである。高いＩｓｃ効率は、この錯体の重金属核の
高いスピン軌道カップリングに基づく。三重項状態はとても長寿命であると知られており
、希薄溶液では５３μ秒である。未だ小さな励起子の拡散距離は使用されるドナーの厚さ
の問題は太陽電池の製造において残っており、使用されるドナーの厚さおよび吸収光の量
を制限している。
三重項の寿命は、固体サンプルにおいて、クエンチ、エキシマ形成、およびＴ−Ｔ消滅
により減少していることが知られている。しかしながら、固体マトリックスにおける一重
項励起子のそれは高いままである。Ｐｔ（ＴＰＢＰ）のドナー層として最適化された厚さ
は約１５０Åであり、他の三重項物質のないものととても似ているという事実から、その
拡散係数は、不十分で、三重項状態のない物質の値とＬｄ２の類似の値を生み出す高励起
子寿命により増大させられることが示唆される。この低い拡散係数は、三重項分子の方へ
の特徴的な励起子の右側への移動の可能性を減少させる膜の乏しいπ−スタッキングの結
果になるだろう。分子の非平面性は励起子の移動を妨害する近隣との間での接触を妨害す
る。
上記のシステムは太陽電池物質としてよい候補であるけれども、それらは光吸収の最適
化の努力においていくらかの弱さおよびＤ／Ａインターフェースに励起子移動を誘起する
。アセン類は増大された励起子およびキャリア移動および長寿命の三重項励起子の生成を
説明する適度に効率的な一重項分裂を提供するよいπ−スタッキングを有しているが、そ
の吸収度は赤色スペクトル部分にまでは拡大されない。一方、メタロポルフィリンは赤色
および近赤外線スペクトル部分で高い吸収係数を有し、三重項生成に優れているが、移動
能力に乏しい。これら二つのシステムが混合されたものはそれぞれの問題点を解消し、非
常に増大された励起子拡散距離を備えた物質を与えることにより、太陽電池用の優れたホ
スト−ドーパントアンサンブルを提供する。
かような分子の併用の有利な点はエネルギー損失を縮小し、長い励起子拡散距離を得る
という希望のもと、光吸収において主に三重項状態からなる物質を与える。アセンマトリ
ックス層にドープすることにより、メタロポルフィリン分子は、これらの物質におけるＳ
１およびＴ１間のエネルギー差の小さな変換によりエネルギー損失の極めて少ない高い項
間交差に基づき一重項状態で吸収し、かなり効率的に三重項状態に変換する。この三重項
は高純度のポルフィリンマトリックスにおいてあまり拡散しないと考えられる。しかし、
ポルフィリンはアセンに希釈されると、アセンホストに迅速な励起を移動させうる（図４
Ｂの式２参照）。例えば、テトラセンにおいては、三重項励起状態が、Ｐｔ（ＴＰＢＰの
三重項励起状態は１．６８ｅＶであるのに対して約１．２ｅＶであり、ポルフィリン三重
項からテトラセン物質への発熱的移動を可能とする。テトラセンは三重項励起状態で多く
存在し、大きな拡散係数を有し、励起子の寿命がかなり長くなり、その結果励起子拡散距
離が延長されると予測される。これにより、ドーパントの励起子はテトラセンに移行し、
励起子とキャリア伝導のためにアセンを利用して、Ｄ／Ａインターフェースに拡散し分離
する。
一重項分裂物質から見た場合、光が吸収されると、一重項状態が形成される。この一重
項状態は一重項分裂を起こして２つの三重項を与えるか、または通常アセンの一重項より
エネルギーの小さいポルフィリンの一重項状態によりクエンチされうる（図４Ｃの式３参
照）。結果的に、最近解説された三重項への項間交差経路および連続的なアセン三重項の
復活に従うだろう。この過程が、三重項励起子を誘導するが、しかし分裂過程により形成
される二つの三重項を導くものではない。適当な低ドーパント濃度において、この過程は
減縮されうる。
効率的なホスト物質の三重項状態へのエネルギー変換を提供するための適当なエネルギ
ーを有する分子をデザインする試みにおいて、最良な分子の併用が最も好ましいスペクト
ルの重なりを示すことに留意すべきである。双方の族の吸収スペクトルはあまり重ならず
、しかし、そのドーパント吸収バンドがその分裂／ホスト物質の一重項吸収バンドと分裂
／ホスト物質の三重項エネルギー間を満たす。
一重項分裂を起こす多くの異なる分子が報告されており、ドーパント分子と同様に、こ
れらの物質において望ましい分子間相互作用を検討する能力を与える。励起子拡散距離を
増大させるよい拡散係数を与える順序やスタッキングを示す分子を使用することが望まれ
る。また、三重項の形成においてエネルギー損失を小さくするエネルギー的に好ましいシ
ステムを提供し、分子間のエネルギー移動の適切なカスケード効果を与えるホスト−ドー
パント物質の適切な組合せを見つけるのが重要である（図４Ｄの式４参照）。さらに、Ｔ
−Ｔ消滅速度を減少させる物質のデザインが強く望まれている。この効果は、励起子がＤ
／Ａインターフェースおよび電荷分離に達する前に消滅し、収集光を著しく減少させると
いう、よい電池機能の弊害になる。
本発明のＯＰＶ電池は、他にも記載されている（重金属基盤ポルフィリンのように）三
重項形成ドーパントでドープされた一重項分裂ホスト物質で置換されたドナー層を有する
低分子基盤装置のＯＰＶ電池に似た構造をしている。
実施形態において本発明は、アノード（正極）、カソード（負極）および前記アノード
とカソードの間に配置された少なくとも一つの光活性領域を含む有機感光性光電子工学装
置であって、
前記少なくとも一つの光活性領域が、少なくとも一つの一重項分裂（フィッション）ホ
スト物質および少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質を含む少なくとも一つの有機
光電導性物質を含み、
前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質の量が、少なくとも一つの三重項形成ドー
パント物質の量よりも大きく、
前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、光が吸収された時に一重項分裂（フィ
ッション）を示す物質から選択され、
前記少なくとも一つの三重項ドーパント物質が、光がドーパントにより吸収された後に
三重項励起子（エキシトン）を形成する感光性光電子工学装置、に関連している。
他の実施形態では、少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、Ｅ（Ｓ１）， Ｅ（Ｔ
２） ＞ ２Ｅ（Ｔ１）の状態を満足する。さらなる実施形態では、少なくとも一つの一
重項分裂ホスト物質が、ｏ−キシリレン、ｐ−キシリレン、イソベンゾフルベン、ペリレ
ン、ポリチオフェン、テトラセンのようなポリアセン、ｐ−セキフェニル、テトラシアノ
−ｐ−キノジメタン、テトラフルオロテトラシアノ−ｐ−キノジメタン、ポリジアセチレ
ン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、カロテノイド類、およ
び１，４−ビス（テトラセン−５−イル）ベンゼンから選択される。一実施形態では、少
なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、以下の化合物から選択される。
他の実施形態において、少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質は、アントラセン、テ
トラセン、およびペンタセンから選択される。さらなる実施形態では、少なくとも一つの
一重項分裂ホスト物質は結晶性アントラセン、結晶性テトラセン、および結晶性ペンタセ
ンから選択される。
他の実施形態において、前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質は、前記少な
くとも一つの一重項分裂ホスト物質のエネルギーよりも高い三重項エネルギーを有する。
他の実施形態において、前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質は、小さい一重
項−三重項ギャップ（例えば、０．５ｅＶよりも小さい一重項−三重項ギャップ）を有す
る。一実施形態において、前記三重項形成ドーパント物質は、ドーパント物質の三重項が
一重項分裂ホスト物質の三重項に発熱的に移動するように一重項分裂ホスト物質に対して
適切なエネルギー特性を有する。本発明の装置で使用されうる三重項形成ドーパント物質
の例としては、制限はされないが、ポルフィリン類またはフタロシアニン類が挙げられる
。他の実施形態においては、ポルフィリンまたはフタロシアニン錯体以外の三重項形成ド
ーパント物質が本発明の装置に用いられる。
一実施形態において、前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質は、太陽光スペ
クトルの赤色および近赤外線領域で光を吸収する。
他の実施形態において、前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質は、ポルフィ
リン化合物およびフタロシアニン錯体から選択される。他の実施形態において、前記少な
くとも一つの三重項形成ドーパント物質は少なくとも一つのポルフィリン化合物である。
他の実施形態において、前記少なくとも一つのポルフィリン化合物は非平面状である。
他の実施形態において、前記少なくとも一つの非平面状のポルフィリン化合物は化学式
Ｉを有する化合物から選択される。
式中、
ＭはＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｔ
ｃ，Ｒｅ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ
，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｐ，Ａｓ，Ｓ
ｂ，Ｂｉ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｐｏ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ａｔ，ランタニド，アクチニド，お
よび２Ｈから選択され；
Ｒ’はＣｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ａｔおよびポルフィリンのメソ炭素に結合する原子価原子を含
む基からそれぞれ独立して選択され、前記原子価原子はＢ，Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，
Ｃｌ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｅ，Ｂｒ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｉ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｐｏ
およびＡｔから選択され、
ＲはＣｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ａｔおよびピロール環のβ炭素に結合する原子価原子を含む基か
らそれぞれ独立に選択され、前記原子価原子はポルフィリンのメソ炭素に結合する原子価
原子を含む基からそれぞれ独立して選択され、前記原子価原子はＢ，Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｓｉ，
Ｐ，Ｓ，Ｃｌ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｅ，Ｂｒ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｉ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂ
ｉ，ＰｏおよびＡｔから選択され、同じピロール環に、当該ピロール環の二つのβ炭素と
ともに結合する隣接する二つのＲ基は、炭素環基またはヘテロ環基を形成していてもよい
。
化学式Ｉに示されるように、２Ｈは水素原子を有する二つの非共役的に結合する窒素原
子（点線で示される）からなる。
他の実施形態において、少なくとも一つのＲ’またはＲの原子価原子はＣである。
一実施形態において、少なくとも一つのＲ’基またはＲ基はそれぞれ独立してアルキル
基、置換されたアルキル基、アルケニル基、置換されたアルケニル基、アルキニル基、置
換されたアルキニル基、シクロアルキル基、置換されたシクロアルキル基、シクロアルケ
ニル基、置換されたシクロアルケニル基、シクロアルキニル基、置換されたシクロアルキ
ニル基、アリール基、置換されたアリール基、ヘテロ環基、および置換されたヘテロ環基
から選択される。
他の実施形態において、前記置換されたアルキル基は、シクロアルキル基、シクロアル
ケニル基、シクロアルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基
、アルケニロキシ基、アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基
、シクロアルキニロキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロア
ルキルカルボニルオキシ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカ
ルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロ
アルキルチオ基、シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、
ホルミル基、アシル基、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、
またはアルキニル基で置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ
−アルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニ
ルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケ
ニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲ
ン原子からそれぞれ独立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
前記置換されたアルケニル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアル
キニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、
アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニロキ
シ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキ
シ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基、ア
リールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シク
ロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシル基
、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基で
置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、
Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシ
ル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−ア
シル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞれ独
立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
前記置換されたアルキニル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアル
キニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、
アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニロキ
シ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキ
シ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基、ア
リールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シク
ロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシル基
、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基で
置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、
Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシ
ル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−ア
シル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞれ独
立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
前記置換されたシクロアルキル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロ
アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ
基、アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニ
ロキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニル
オキシ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基
、アリールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、
シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシ
ル基、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル
基で置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ
基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−
アシル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ
−アシル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞ
れ独立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
前記置換されたシクロアルケニル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シク
ロアルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキ
シ基、アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキ
ニロキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニ
ルオキシ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ
基、アリールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基
、シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、ア
シル基、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニ
ル基で置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミ
ノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ
−アシル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、
Ｎ−アシル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれ
ぞれ独立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
前記置換されたシクロアルキニル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シク
ロアルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキ
シ基、アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキ
ニロキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニ
ルオキシ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ
基、アリールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基
、シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、ア
シル基、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニ
ル基で置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミ
ノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ
−アシル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、
Ｎ−アシル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれ
ぞれ独立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
前記置換されたアリール基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアルキ
ニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、ア
ルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニロキシ
基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ
基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基、アリ
ールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シクロ
アルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシル基、
カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基で置
換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、Ｎ
−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシル
−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−アシ
ル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞれ独立
して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
前記置換されたヘテロ環基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアルキ
ニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、ア
ルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニロキシ
基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ
基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基、アリ
ールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シクロ
アルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシル基、
カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基で置
換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、Ｎ
−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシル
−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−アシ
ル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞれ独立
して選択される基の少なくとも一つのラジカルによって置換される。
一実施形態においては、少なくとも一つのピロール環の二つのβ炭素原子と一緒になっ
た少なくとも一つのピロール環の隣接した２つのＲ基が、炭素環基、置換された炭素環基
、ヘテロ環基、または置換されたヘテロ環基を形成する。他の実施形態において、少なく
とも一つのピロール環の二つのβ炭素原子と一緒になった少なくとも一つのピロール環の
隣接した２つのＲ基が、炭素環基、または置換された炭素環基を形成する。
一実施形態において、前記炭素環基または置換された炭素環基は、大員環またはベンズ
アヌレンのπ系である。
一実施形態においては、前記炭素環基または置換された炭素環基は芳香族である。
他の実施形態において、前記少なくとも一つのピロール環の二つのβ炭素原子にある少
なくとも一つのピロール環の隣接した２つのＲ基は、ヘテロ環基または置換されたヘテロ
環基を形成する。
一実施形態において、前記ヘテロ環基または置換されたヘテロ環基は芳香族である。
一実施形態においては、少なくとも一つのＲ’基またはＲ基がフェニル基、トリル基、
キシレニル基、メシチル基、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基またはイソプロピル基
である。
一実施形態において、前記少なくとも一つの非平面状ポルフィリンは以下の化合物から
選択される。
一実施形態において、少なくとも一つのＲ’基またはＲ基にある原子価原子がＯである
。
他の実施形態において、前記原子価原子としてＯを有する少なくとも一つのＲ’基また
はＲ基は、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、アルキニロキシ基、シクロ
アルコキシ基、シクロアルケニルオキシ基、シクロアルキニルオキシ基、アラルキルオキ
シ基、アラルケニルオキシ基、アラルキニルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルカル
ボニルオキシ基、アルケニルカルボニルオキシ基、アルキニルカルボニルオキシ基、ヒド
ロキシカルボニルオキシ基、またはアルコキシカルボニルオキシ基である。
さらなる実施形態において、前記原子価原子としてＯを有する少なくとも一つのＲ’基
またはＲ基は、ヒドロキシ基またはアルコキシ基である。
さらなる実施形態において、前記原子価原子としてＯを有する少なくとも一つのＲ’基
またはＲ基は、ＯＨ、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、またはイソプロポキ
シ基である。
一実施形態において、前記少なくとも一つのＲ’基またはＲ基は、Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，お
よびＡｔからなる群からそれぞれ独立に選択される。
他の実施形態において、少なくとも一つのＲ’基またはＲ基は原子価原子としてＮを有
する。
一実施形態において、前記原子価原子としてＮを有する少なくとも一つのＲ基またはＲ
’基は、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アルケニルアミノ基、ジア
ルケニルアミノ基、アルキニルアミノ基、字アルキニルアミノ基、Ｎ−アルキル−Ｎ−ア
ルケニルアミノ基、Ｎ−アルキル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アルケニル−Ｎ−アル
キニルアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ
−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロ
アルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アリ
ールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基、一の窒素原子価原子を含むヘテロ環基、および一
の窒素原子価原子を含む置換されたヘテロ環基から選択される。
一実施形態において、前記少なくとも一つのＲ基またはＲ’基は原子価原子としてＳを
有する。
一実施形態において、前記原子価原子としてＳを有する少なくとも一つのＲ’基または
Ｒ基は、チオール基、アルキルチオ基、アルケニルチオ基、アルキニルチオ基、アラルキ
ルチオ基、アラルケニルチオ基、アラルキニルチオ基、シクロアルキルアルキルチオ基、
シクロアルケニルアルキルチオ基、シクロアルキニルアルキルチオ基、シクロアルキルチ
オ基、シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、およびアリールチオ基から選
択される。
一実施形態において、ＭはＰｔ、Ｐｄ，またはＩｒである。
他の実施形態において、ＭはＰｔである。
他の実施形態において、ＭはＰｄである。
一実施形態において、前記少なくとも一つの非平面状ポルフィリンは白金（テトラフェ
ニルベンゾポルフィリン）Ｐｔ（Ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｂｅｎｚｏ−ｐｏｒｐｈｙｒｉ
ｎ）である。
他の実施形態において、前記少なくとも一つの非平面状ポルフィリンは、パラジウム（
テトラフェニルベンゾポルフィリン）Ｐｄ（Ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｂｅｎｚｏ−ｐｏｒ
ｐｈｙｒｉｎ）である。
一実施形態において、前記装置は有機光起電電池（ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌ
ｔａｉｃ ｃｅｌｌ）である。
他の実施形態において、前記装置は光伝導体電池（ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｃ
ｅｌｌ）である。
他の実施形態において、前記装置は光検知器である。
一実施形態において、前記装置は有機光センサー（ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｓｅｎ
ｓｏｒ）、化学センサー、および生物学的センサーから選択される。
定義
本願で使用される場合、「炭素環基」は環原子が全て炭素である環状の化学基を意味す
る。前記「炭素環基」は単環または多環である。この「炭素環基」は、シクロアルキル基
、シクロアルケニル基、およびシクロアルキニル基でありうる。
本願で使用される場合、「ヘテロ環基」は、環原子の少なくとも一つがＮ、Ｏ、または
Ｓであり、他はＣ原子である化学基を意味する。「ヘテロ環基」は単環または多環である
。「ヘテロ環基」が芳香族である際、「ヘテロアリール基」と称する。前記ヘテロ環基は
４、５、６、７または８員環を含む環基であってよく、少なくとも一つの環原子はＮ、Ｏ
、およびＳから選択され、他の環原子は炭素である。ヘテロ環基の例としては、ピロリジ
ニル基、ピペリジニル基、ピペラジニル基、モルフォリノ基、チオモルフォリノ基、ホモ
ピペリジニル基、クロマニル基、イソクロマニル基、クロメニル基、ピロリル基、フラニ
ル基、チエニル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基、フラザニル基、オキサゾリル基、イ
ソキサゾリル基、チアゾリル基、イソチアゾリル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリ
ミジニル基、ピラジニル基、ピラニル基、インドリル基、イソインドリル基、インダゾリ
ル基、プリニル基、インドリジニル基、キノリニル基、イソキノリニル気、キナゾリニル
基、プテリジニル基、キノリジニル基、ベンゾキサジニル基、カルバゾリル基、フェナジ
ニル基、フェノチアジニル基、およびフェナントリジニル基が挙げられる。
本願で使用される場合、「単環」の語が「炭素環基」または「ヘテロ環基」を修飾する
のに用いられる場合、炭素環基またはヘテロ環基は一つの環だけからなる。
本願で使用される場合、「多環」の語が「炭素環基」または「ヘテロ環基」を修飾する
のに用いられる場合、炭素環基またはヘテロ環基は少なくとも二つの環からなる。「多環
基」の例としては、二環、三環、および四環が挙げられる。多環基において、いずれかま
たは全ての環はペリ縮合、オルト縮合および／または架橋している。「多環」基はスピロ
基であってもよい。
本願で使用される場合、化学基の「原子価原子」の語は、他の化学基または原子に結合
している化学基の原子を意味する。
本願で使用される場合、「炭化水素基」の語は、炭素原子および水素原子を有する化学
基を意味する。
本願で使用される場合、「アルキル基」の語は、直鎖または分枝状の飽和炭化水素基を
意味する。好ましくは、「アルキル基」はＣ１−Ｃ６である。アルキル基の例としては、
メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル
基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、およびｎ−ヘキシル基が挙げ
られる。
本願で使用される場合、「アルケニル基」の語は、少なくとも一つのＣ＝Ｃ二重結合を
含む炭化水素基を意味する。「アルケニル基」は、好ましくは、Ｃ２−Ｃ６である。アル
ケニル基の例は、ビニル基である。
本願で使用される場合、「アルキニル基」の語は、少なくとも一つの炭素−炭素三重結
合を含む炭化水素基を意味する。「アルキニル基」は、少なくとも一つの炭素−炭素三重
結合、および少なくとも一つのＣ＝Ｃ二重結合を有する化学基を含む。「アルキニル基」
は、好ましくは、Ｃ２〜Ｃ６である。
本願で使用される場合、「シクロアルキル基」の語は、飽和環状炭化水素基を意味する
。「シクロアルキル基」は単環または多環である。「シクロアルキル基」はＣ３−Ｃ８で
ありうる。「シクロアルキル基」の例としては、シクロブチル基、シクロペンチル基、シ
クロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、およびシクロノニル基である。
本願で使用される場合、「シクロアルケニル基」の語は、少なくとも一つのＣ＝Ｃ二重
結合を有する不飽和環状炭化水素基を意味する。「シクロアルケニル基」は単環または多
環である。「シクロアルケニル基」はＣ３−Ｃ８でありうる。
本願で使用される場合、「シクロアルキニル基」の語は、少なくとも一つの炭素−炭素
三重結合を有する不飽和環状炭化水素基を意味する。「シクロアルキニル基」は単環また
は多環である。「シクロアルキニル基」はＣ３−Ｃ８でありうる。
本願で使用される場合、「アリール基」の語は、芳香族炭化水素基を意味する。「アリ
ール基」は単環または多環である。「アリール基」は、Ｃ６−Ｃ１０でありうる。「アリ
ール基」の例としては、フェニル基およびナフチル基が挙げられる。
本願で使用される場合、「アラルキル基」の語は、少なくとも一つのアリール基で置換
されたアルキル基を意味する。「アラルキル基」のアリール部位はＣ６−Ｃ１０でありう
る。「アラルキル基」のアルキル部位はＣ１−Ｃ６でありうる。「アラルキル基」の例は
、ベンジル基（すなわちフェニルメチル基）および２−フェニル基である。
本願で使用される場合、化学基が「置換」で修飾されているとき、それは当該化学基が
置換基で置換された少なくとも一つの水素原子を有することを意味する。置換基の例とし
ては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル
基、シクロアルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アル
ケニロキシ基、アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シク
ロアルキニロキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキル
カルボニルオキシ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニ
ルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキ
ルチオ基、シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミ
ル気、アシル基、カルバモイル基、アミノ基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル
基またはアルキニル基で置換されたアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、Ｎ−
アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシル−
Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−アシル
−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子が挙げられる。
合成法が以下に記載される化合物は、本発明をより詳細に説明するために示されており
、したがって、本発明の範囲を制限するものとみなされない。本発明の他の実施態様は、
ここに開示される本発明の明細書および実施法から当業者にとっては明らかである。よっ
て、本明細書と実施例は例示としてのみ考えられるものである。
一般的なピロールの合成（バートン−ザード（Ｂａｒｔｏｎ−Ｚａｒｄ）反応）
置換されたビニルニトロ化合物とエチルイソシアノ酢酸とが、非求核性の塩基性条件下
で反応し、カルボン酸エステルで置換されたピロール誘導体を生成する。そして、生成し
たカルボン酸エステルで置換されたピロール誘導体は、塩基性条件下で脱炭酸を起こし、
ピロール部分が生成する。
一般的なポルフィリンの合成（化合物１−９）
置換されたピロールが、置換されたアルデヒドとリンゼイ（Ｌｉｎｄｓｅｙ）条件下で
反応し、続く酸化により２Ｈ−ポルフィリンを形成する。例えば金属ハロゲン化物を用い
たメタル化によりメタル化ポルフィリンが生成する。下記する反応式においてＭは金属で
ある。
ｃｉｓ−置換されたポルフィリンの一般的な合成
ａ）カルボン酸エステル保護したピロール置換体が、リンゼイ条件下で、置換されたア
ルデヒドと縮合してジピロロメタンを生成し、後の塩基性条件下で脱炭酸が起こる。
ｂ）ピロール置換体は、フリーデル−クラフツ条件下において塩化ベンゾイルでアシル
化され、置換されたアルデヒドと縮合し、フェニルケトンが置換されたジピロロメタンを
生成する。このフェニルケトンが置換されたジピロロメタンはＮａＢＨ４により、対応す
る第２級アルコールに還元される。
ｃ）過程ａ）およびｂ）で調製された二つのジピロロメタン部分が酸性条件下で縮合し
、続けて酸化することでポルフィリンおよびメタル化されたポルフィリンを生成する。下
記反応式中Ｍは金属である。Ｒ１およびＲ２はＲの例である。
ｔｒａｎｓ−置換されたポルフィリンの一般的な合成
ピロール置換体がフェニル−１，３−ベンゾキサチオリリウムテトラフルオロボレート
と反応し、ピロール２置換体を生成する。続く酸化水銀を用いたクエンチによりケトン誘
導体を生成し、これはＮａＢＨ４を用いて還元され、第２級アルコールを生成する。この
アルコールは酸性条件下で異なるピロール置換体と反応し、酸化することでポルフィリン
を生成する。例えば金属ハライドを用いてメタル化して、最終生成物を生成する。下記化
学式中、Ｍは金属である。Ｒ１およびＲ２はＲの例である。
３−１位置換されたポルフィリンの一般的な合成
ａ）置換されたピロールはフェニル−１，３−ベンゾキサチオリリウムテトラフルオロ
ボレートと反応し、ピロール２置換体を生成する。続く酸化水銀によるクエンチによりピ
ロールのケトン誘導体（ビス−２，５−アシル化ピロール）を生成する。これは、ＮａＢ
Ｈ４を用いて還元され、第２級アルコール置換されたピロールを生成する。
ｂ）この第２級アルコールで置換されたピロールは置換されたカルボン酸エステルで置
換されたピロールと縮合して、カルボン酸エステル基で保護されたビス（１，３−ピロリ
ルメチル）ピロールを生成し、これは次工程において、塩基性条件下で除去される。
ｃ）別々に置換されたピロールがフェニル−１，３−ベンゾキサチオリリウムテトラフ
ルオロボレートと反応し、ピロール２置換体を生成する。続く酸化水銀によるクエンチに
よりピロールのケトン誘導体を生成する。これはＮａＢＨ４を用いて還元され、第２級ア
ルコール置換されたピロールを生成する。
ｄ）酸性条件下、ｂ）およびｃ）で調製された化合物を縮合し、続けて酸化してポルフ
ィリンを生成する。メタル化により最終ポルフィリンを生成する。下記化学式中Ｍは金属
である。Ｒ１およびＲ２はＲの例である。
さらなるＢｒの置換を伴うＢｒ ８ −置換されたポルフィリンの一般的な合成
リンゼイ（Ｌｉｎｄｓｅｙ）条件下、置換されたアルデヒドとのピロール縮合は、続く
酸化によりポルフィリンを生成する。続けて、例えばＮＢＳを用いたポルフィリンの臭素
化によりオクタ−ブロモ化ポルフィリンを生成する。その臭素原子の更なる反応、例えば
鈴木カップリングによりヘテロ原子が置換されたポルフィリンを与える。メタル化して、
最終生成物を生成する。下記反応式中、Ｍは金属である。Ｒ１は、式（１）のＲに対応す
る。
さらなるＢｒの置換を伴うメソ−Ｂｒ ４ −置換されたポルフィリンの一般的な合成
リンゼイ条件下、ジメチルアセタールとのピロール縮合は、続く酸化によりポルフィリ
ンを生成する。続けて、例えばＮＢＳを用いたポルフィリンの臭素化によりテトラ−ブロ
モ化ポルフィリンを生成する。その臭素原子の更なる反応、例えば鈴木カップリングによ
りヘテロ原子が置換されたポルフィリンを与える。メタル化により、最終生成物を生成す
る。下記反応式中、Ｍは金属である。Ｒ１は、化学式（Ｉ）のＲに対応する。
本発明の有機起電装置の例としては、Ｐｔ（ＴＰＢＰ）をドープされたテトラセン／Ｃ６０／ＢＣＰ／Ａｌ、およびＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／Ｐｔ（ＴＰＢＰ）をドープされたＰ３ＨＴ／Ｃ６０／ＢＣＰ／Ａｌが挙げられる。
他に示されていなければ、全成分量、反応条件、および明細書、および請求項で使用さ
れるその他を表示する数字は「約」で修飾されるものと理解されうる。したがって、反対
に示されていなければ、今後の明細書および添付される請求項は。本発明により得ようと
した望ましい性質にしたがって変更しうる近似値である。
本発明の他の実施態様は、本願に開示される発明の明細書および実施例から、当業者に
とって、明らかであろう。
当該明細書と実施例は、例示のためのみとして考えられるものであり、当該発明の実際の
範囲および思想は請求項に示されるものである。
参考文献
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ｏｐｅｎ‐ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎ ｓｕｂｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉ
ｎｅ／Ｃ‐６０ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌｓ． Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２０
０６． １２８（２５）： ｐ． ８１０８−８１０９．
６． Ｔｅｒａｏ， Ｙ．， Ｈ． Ｓａｓａｂｅ， ａｎｄ Ｃ． Ａｄａｃｈｉ，
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｌｅ ｍｏｂｉｌｉｔｙ， ｅｘｃｉｔｏｎ ｄｉ
ｆｆｕｓｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ， ａｎｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒ
ｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ／ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ ｏｒｇａｎ
ｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，
２００７． ９０（１０）： ｐ． １０３５１５．
７． Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ａ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｕｌｋ
ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌ． Ｙａｎｇ，
Ｆ．； Ｓｈｔｅｉｎ， Ｍ．； Ｆｏｒｒｅｓｔ， Ｓ． Ｒ．， Ｎａｔ Ｍａｔ
ｅｒ ２００５， ４， （１）， ３７−４１．
８． Ｏｒｇａｎｉｃ ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉ
ｔｈ ａ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｌｙ ｍｉｘｅｄ ｃｏｐｐｅｒ ｐｈｔｈａｌｏｃ
ｙａｎｉｎｅ： Ｃ６０ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ． Ｕｃｈｉｄａ， Ｓ．； Ｘｕ
ｅ， Ｊ．； Ｒａｎｄ， Ｂ． Ｐ．； Ｆｏｒｒｅｓｔ， Ｓ． Ｒ．， Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００４， ８４， （２１）， ４２１８
−４２２０．
９． Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｔａｎｄｅｍ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉ
ｃ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ ｈｙｂｒｉｄ ｐｌａｎａｒ−ｍｉｘｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌ
ａｒ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓ． Ｘｕｅ， Ｊ．； Ｕｃｈｉｄａ， Ｓ．；
Ｒａｎｄ， Ｂ． Ｐ．； Ｆｏｒｒｅｓｔ， Ｓ． Ｒ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００４， ８５， （２３）， ５７５７−５７５９．
１０． Ｌｏｎｇ−ｒａｎｇｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｉｎ
ｏｒｇａｎｉｃ ｔａｎｄｅｍ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｃｏ
ｎｔａｉｎｉｎｇ ｓｉｌｖｅｒ ｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓ． Ｒａｎｄ， Ｂ． Ｐ
．； Ｐｅｕｍａｎｓ， Ｐ．； Ｆｏｒｒｅｓｔ， Ｓ． Ｒ．， Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２００４， ９６， （１２）， ７５１９−
７５２６．
１１． Ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ： Ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｆｏｃ
ｕｓｉｎｇ ｏｎ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ． Ｂｅｎａｎｔ
ｉ， Ｔ． Ｌ．； Ｖｅｎｋａｔａｒａｍａｎ， Ｄ．， Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓ
ｉｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２００６， ８７， （１）， ７３−８１．
１２． Ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｆｉｌｍｓ． Ｎｅｌｓｏｎ，
Ｊ．， Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ ＆ Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００２， ６， （１）， ８７−９５．
１３． Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒ
ｓｉｏｎ ｉｎ ｔｅｔｒａｃｅｎｅ−Ｃ６０ ｂａｓｅｄ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉ
ｏｎｓ． Ｃｈｕ， Ｃ． Ｗ．； Ｓｈａｏ， Ｙ．； Ｓｈｒｏｔｒｉｙａ， Ｖ．
； Ｙａｎｇ， Ｙ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００５
， ８６， （２４）．
１４． Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅ
ｌｌｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｅｎｔａｃｅｎｅ／Ｃ６０ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏ
ｎｓ． Ｙｏｏ， Ｓ．； Ｄｏｍｅｒｃｑ， Ｂ．； Ｋｉｐｐｅｌｅｎ， Ｂ．，
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００４， ８５， （２２），
５４２７−５４２９．
１５． Ｓｉｎｇｌｅｔ Ｆｉｓｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｄｙｅ−Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ Ｓ
ｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ： Ｃａｎ ａ Ｓｕｉｔａｂｌｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ Ｂｅ
Ｆｏｕｎｄ？ Ｐａｃｉ， Ｉ．； Ｊｏｈｎｓｏｎ， Ｊ． Ｃ．； Ｃｈｅｎ，
Ｘ．； Ｒａｎａ， Ｇ．； Ｐｏｐｏｖｉｃ， Ｄ．； Ｄａｖｉｄ， Ｄ． Ｅ．；
Ｎｏｚｉｋ， Ａ． Ｊ．； Ｒａｔｎｅｒ， Ｍ． Ａ．； Ｍｉｃｈｌ， Ｊ．，
Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． ２００６， １２８， （５１）， １６５４
６−１６５５３．

Claims (39)

  1. アノード、カソードおよび前記アノードとカソードの間に配置された少なくとも一つの光活性領域を含む有機感光性光電子工学装置であって、
    前記少なくとも一つの光活性領域が、少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質および少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質を含む少なくとも一つの有機光電導性物質を含み、
    前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質の量が、前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質の量よりも大きく、
    前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、光が吸収された時に一重項分裂を示す物質から選択され、
    前記少なくとも一つの三重項ドーパント物質が、光がドーパントにより吸収された後に三重項励起子を形成する感光性光電子工学装置。
  2. 前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、Ｅ（Ｓ１）， Ｅ（Ｔ２） ＞ ２Ｅ
    （Ｔ１）の要件を満足する、請求項１に記載の感光性光電子工学装置；
    式中、Ｅ（Ｓ１）は最も低い励起一重項状態の励起エネルギーであり、Ｅ（Ｔ２）はより
    高い三重項状態の励起エネルギーであり、Ｅ（Ｔ１）は最も低い三重項状態の励起エネル
    ギー、である。
  3. 前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、ｏ−キシリレン、ｐ−キシリレン、イ
    ソベンゾフルベン、ペリレン、ポリチオフェン類、ポリアセン類、ｐ−セキフェニル、テ
    トラシアノ−ｐ−キノジメタン、テトラフルオロテトラシアノ−ｐ−キノジメタン、ポリ
    ジアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、カロテノイ
    ド類、および１，４−ビス（テトラセン−５−イル）ベンゼンから選択される、請求項２
    に記載の感光性光電子工学装置。
  4. 前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、以下の化合物から選択される、請求項
    ２に記載の感光性光電子工学装置：
  5. 前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、アントラセン、テトラセン、およびペ
    ンタセンから選択される、請求項３に記載の感光性光電子工学装置。
  6. 前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質が、前記少なくとも一つの一重項分裂
    ホスト物質のエネルギーよりも高い三重項エネルギーを有する、請求項１に記載の感光性
    光電子工学装置。
  7. 前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質が、約０．５ｅＶよりも小さい一重項
    −三重項ギャップを有する、請求項１に記載の感光性光電子工学装置。
  8. 前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質が、太陽光域の赤色および近赤外領域
    の光を吸収する、請求項１に記載の感光性光電子工学装置。
  9. 前記少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質が、ポルフィリン化合物およびフタロ
    シアニン錯体の少なくとも一つから選択される、請求項１に記載の感光性光電子工学装置
    。
  10. 前記少なくとも一つのポルフィリン化合物が非平面状である、請求項９に記載の感光性
    光電子工学装置。
  11. 少なくとも一つの非平面状ポルフィリンが、化学式（Ｉ）を有する化合物の群から選択
    される、請求項１０に記載の感光性光電子工学装置：
    式中、
    ＭはＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｔ
    ｃ，Ｒｅ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ
    ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｐ，Ａｓ，Ｓ
    ｂ，Ｂｉ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｐｏ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ａｔ，ランタニド，アクチニド，お
    よび２Ｈから選択され；
    Ｒ’はＣｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ａｔおよびポルフィリンのメソ炭素に結合する原子価原子を含む基からそれぞれ独立して選択され、前記原子価原子はＢ，Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｃｌ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｅ，Ｂｒ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｉ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，ＰｏおよびＡｔから選択され；
    ＲはＣｌ，Ｂｒ，Ｉ，Ａｔおよびピロール環のβ炭素に結合する原子価原子を含む基からそれぞれ独立に選択され、前記原子価原子はポルフィリンのメソ炭素に結合する原子価原子を含む基からそれぞれ独立して選択され、前記原子価原子はＢ，Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｃｌ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｅ，Ｂｒ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｉ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｉ，ＰｏおよびＡｔから選択され、同じピロール環に、当該ピロール環の二つのβ炭素とともに結合する隣接する二つのＲ基は、炭素環基またはヘテロ環基を形成していてもよい。
  12. 少なくとも一つのＲ’およびＲ基における前記原子価原子が、Ｃである、請求項１１に
    記載の感光性光電子工学装置。
  13. 少なくとも一つのＲ’またはＲ基がアルキル基、置換されたアルキル基、アルケニル基
    、置換されたアルケニル基、アルキニル基、置換されたアルキニル基、シクロアルキル基
    、置換されたシクロアルキル基、シクロアルケニル基、置換されたシクロアルケニル基、
    シクロアルキニル基、置換されたシクロアルキニル基、アリール基、置換されたアリール
    基、ヘテロ環基、および置換されたヘテロ環基からなる群からそれぞれ独立して選択され
    る、請求項１１に記載の感光性光電子工学装置。
  14. 前記置換されたアルキル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアルキ
    ニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、ア
    ルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニロキシ
    基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ
    基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基、アリ
    ールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シクロ
    アルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシル基、
    カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基で置
    換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、Ｎ
    −アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシル
    −Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−アシ
    ル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞれ独立
    して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
    前記置換されたアルケニル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアル
    キニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、
    アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニロキ
    シ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキ
    シ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基、ア
    リールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シク
    ロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシル基
    、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基で
    置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、
    Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシ
    ル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−ア
    シル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞれ独
    立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
    前記置換されたアルキニル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアル
    キニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、
    アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニロキ
    シ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキ
    シ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基、ア
    リールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シク
    ロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシル基
    、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基で
    置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、
    Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシ
    ル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−ア
    シル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞれ独
    立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
    前記置換されたシクロアルキル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロ
    アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ
    基、アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニ
    ロキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニル
    オキシ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基
    、アリールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、
    シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシ
    ル基、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル
    基で置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ
    基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−
    アシル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ
    −アシル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞ
    れ独立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
    前記置換されたシクロアルケニル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シク
    ロアルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキ
    シ基、アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキ
    ニロキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニ
    ルオキシ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ
    基、アリールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基
    、シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、ア
    シル基、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニ
    ル基で置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミ
    ノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ
    −アシル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、
    Ｎ−アシル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれ
    ぞれ独立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
    前記置換されたシクロアルキニル基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シク
    ロアルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキ
    シ基、アルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキ
    ニロキシ基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニ
    ルオキシ基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ
    基、アリールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基
    、シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、ア
    シル基、カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニ
    ル基で置換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミ
    ノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ
    −アシル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、
    Ｎ−アシル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれ
    ぞれ独立して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
    前記置換されたアリール基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアルキ
    ニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、ア
    ルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニロキシ
    基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ
    基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基、アリ
    ールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シクロ
    アルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシル基、
    カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基で置
    換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、Ｎ
    −アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシル
    −Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−アシ
    ル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞれ独立
    して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換され、
    前記置換されたヘテロ環基が、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、シクロアルキ
    ニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニロキシ基、ア
    ルキニロキシ基、シクロアルコキシ基、シクロアルケニロキシ基、シクロアルキニロキシ
    基、アリールオキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、シクロアルキルカルボニルオキシ
    基、シクロアルケニルカルボニルオキシ基、シクロアルキニルカルボニルオキシ基、アリ
    ールカルボニルオキシ基、チオール基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シクロ
    アルケニルチオ基、シクロアルキニルチオ基、アリールチオ基、ホルミル基、アシル基、
    カルバモイル基、少なくとも一つのアルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基で置
    換されていてもよいアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキルアミノ基、Ｎ
    −アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニルアミノ基、Ｎ−アシル
    −Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケニルアミノ基、Ｎ−アシ
    ル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基およびハロゲン原子からそれぞれ独立
    して選択される少なくとも一つのラジカルによって置換される、請求項１３に記載の感光
    性光電子工学装置
  15. 少なくとも一つのピロール環の二つのβ炭素原子と一緒になった少なくとも一つのピロ
    ール環の隣接した２つのＲ基が、炭素環基、または置換された炭素環基、ヘテロ環基、ま
    たは置換されたヘテロ環基を形成する、請求項１１に記載の感光性光電子工学装置。
  16. 少なくとも一つのピロール環の二つのβ炭素原子と一緒になった少なくとも一つのピロ
    ール環の隣接した２つのＲ基が、炭素環基、または置換された炭素環基を形成する、請求
    項１５に記載の感光性光電子工学装置。
  17. 前記炭素環基または置換された炭素環基が大員環またはベンズアヌレンのπ系である、
    請求項１６に記載の感光性光電子工学装置。
  18. 前記炭素環基または置換された炭素環基が芳香族である、請求項１６に記載の感光性光
    電子工学装置。
  19. 少なくとも一つのピロール環の二つのβ炭素原子と一緒になった少なくとも一つのピロ
    ール環の隣接した２つのＲ基が、ヘテロ環基または置換されたヘテロ環基を形成する、請
    求項１５に記載の感光性光電子工学装置。
  20. 前記ヘテロ環基または置換されたヘテロ環基が芳香族である、請求項１９に記載の感光
    性光電子工学装置。
  21. 少なくとも一つのＲ’またはＲ基がフェニル、トリル、キシレニル、メシチル、メチル
    、エチル、ｎ−プロピルまたはイソプロピルである、請求項１１に記載の感光性光電子工
    学装置。
  22. 少なくとも一つの非平面状ポルフィリンが次の化合物から選択される、請求項１１に記
    載の感光性光電子工学装置：
  23. 少なくとも一つのＲ’またはＲ基における前記原子価原子がＯである、請求項１１に記
    載の感光性光電子工学装置。
  24. 前記少なくとも一つのＲ’基またはＲ基が、ヒドロキシ、アルコキシ、アルケニロキシ
    、アルキニロキシ、シクロアルコキシ、シクロアルケニルオキシ、シクロアルキニルオキ
    シ、アラルキルオキシ、アラルケニルオキシ、アラルキニルオキシ、アリールオキシ、ア
    ルキルカルボニルオキシ、アルケニルカルボニルオキシ、アルキニルカルボニルオキシ、
    ヒドロキシカルボニルオキシ、またはアルコキシカルボニルオキシである、請求項２３に
    記載の感光性光電子工学装置。
  25. 前記少なくとも一つのＲ’基またはＲ基が、ヒドロキシまたはアルコキシである、請求
    項２４に記載の感光性光電子工学装置。
  26. 前記少なくとも一つのＲ’基またはＲ基が、ＯＨ、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキ
    シ、またはイソプロポキシである、請求項２５に記載の感光性光電子工学装置。
  27. 前記少なくとも一つのＲ基またはＲ’基が、Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ，およびＡｔからそれぞれ
    独立に選択される、請求項１１に記載の感光性光電子工学装置。
  28. 前記少なくとも一つのＲ基またはＲ’基における前記原子価原子がＮである、請求項１
    １に記載の感光性光電子工学装置。
  29. 前記少なくとも一つのＲ基またはＲ’基が、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキル
    アミノ基、アルケニルアミノ基、ジアルケニルアミノ基、アルキニルアミノ基、ジアルキ
    ニルアミノ基、Ｎ−アルキル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アルキル−Ｎ−アルキニル
    アミノ基、Ｎ−アルケニル−Ｎ−アルキニルアミノ基、アシルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ
    −アルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルケニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アルキニ
    ルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルキルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−シクロアルケ
    ニルアミノ基、Ｎ−アシル−Ｎ−アリールアミノ基、ニトロ基、ヘテロ環基、一の窒素原
    子価原子を含むヘテロ環基、および一の窒素原子価原子を含む置換されたヘテロ環基から
    選択される、請求項２８に記載の感光性光電子工学装置。
  30. 前記少なくとも一つのＲ基またはＲ’基における原子価原子がＳである、請求項１１に
    記載の感光性光電子工学装置。
  31. 前記少なくとも一つのＲ基またはＲ’基が、チオール基、アルキルチオ基、アルケニル
    チオ基、アルキニルチオ基、アラルキルチオ基、アラルケニルチオ基、アラルキニルチオ
    基、シクロアルキルアルキルチオ基、シクロアルケニルアルキルチオ基、シクロアルキニ
    ルアルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、シクロアルケニルチオ基、シクロアルキニル
    チオ基、およびアリールチオ基から選択される、請求項３０に記載の感光性光電子工学装
    置。
  32. ＭがＰｔ，Ｐｄ，またはＩｒである、請求項１１に記載の感光性光電子工学装置。
  33. 前記少なくとも一つの非平面状ポルフィリンが、Ｐｔ（テトラフェニルベンゾ−ポルフ
    ィリン）またはＰｄ（テトラフェニルベンゾ−ポルフィリン）である、請求項１１に記載
    の感光性光電子工学装置。
  34. 白金（テトラフェニルテトラベンゾポルフィリン）：Ｃ６０：バソキュプロインアルミ
    ニウム（Ｐｔ（ＴＰＢＰ）／Ｃ６０／ＢＣＰ／Ａｌ）でドープされたテトラセンおよび白
    金（テトラフェニルテトラベンゾポルフィリン）：Ｃ６０：バソキュプロインアルミニウ
    ム（Ｐｔ（ＴＰＢＰ）／Ｃ６０／ＢＣＰ／Ａｌ）でドープされたインジウム錫オキシドポ
    リ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（ＩＴＯ／
    ＰＥＤＯＴ／Ｐ３ＨＴ）である、請求項１に記載の感光性光電子工学装置。
  35. 有機光起電電池である、請求項１に記載の感光性光電子工学装置。
  36. 光電導体セルである、請求項１に記載の感光性光電子工学装置。
  37. 光検知器である、請求項１に記載の感光性光電子工学装置。
  38. 前記感光性光電子工学装置が有機光センサー、化学センサーおよび生物学的センサーで
    ある、請求項１位に記載の感光性光電子工学装置。
  39. アノード、カソードを含み、少なくとも一つの有機光導電性物質を少なくとも一つのア
    ノードまたはカソードに接触させる、請求項１に記載の感光性光電子工学装置の製造方法
    であって、；
    前記少なくとも一つの有機光導電性物質が少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質とお
    よび少なくとも一つの三重項形成ドーパント物質を含み、
    前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質の量が前記少なくとも一つの三重項分裂ド
    ーパント物質の量よりも多く、
    前記少なくとも一つの一重項分裂ホスト物質が、光が吸収された際に一重項分裂を発現
    する物質から選択され、
    前記少なくとも一つの三重項形成ドーパントがドーパントにより光が吸収された後に三
    重項励起子を形成する、製造方法。
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