JP2018513558A - 有機フォトダイオード中の有機光電変換層のためのnおよびp活性材料 - Google Patents

有機フォトダイオード中の有機光電変換層のためのnおよびp活性材料 Download PDF

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Abstract

本開示の分野は、有機イメージセンサの活性材料にある。本開示は、透明N材料および/または透明P材料ならびに吸収層(複数可)、光電変換層(複数可)および/または有機イメージセンサにおけるその使用ならびにその合成方法に関する。本開示はまた、本開示による活性材料を含む光電変換層(複数可)、本開示による活性材料(複数可)または本開示による光電変換層(複数可)を含む素子に関する。さらに、本開示は、本開示による光電変換層(複数可)を含む有機イメージセンサに関する。【選択図】図4

Description

本開示の分野は、有機イメージセンサの活性材料にある。
本開示は、透明N材料および/または透明P材料ならびに吸収層(複数可)、光電変換層(複数可)および/または有機イメージセンサにおけるその使用ならびにその合成方法に関する。
本開示はまた、本開示による活性材料を含む光電変換層(複数可)、本開示による活性材料(複数可)または本開示による光電変換層(複数可)を含む素子に関する。
さらに、本開示は、本開示による光電変換層(複数可)を含む有機イメージセンサに関する。
本明細書で提供される「背景」の記載は、本開示の文脈を一般的に提示する目的のためのものである。本発明者の仕事は、それが本背景技術の節に記載されている限りにおいて、出願時に先行技術とみなすことができない記載の態様と同様に、明示的にも黙示的にも、本開示に対する先行技術と認められない。
イメージセンサは、光学像を電気信号に変換する半導体素子であり、光を感知する光感知ユニットと、感知された光を電気信号に処理してデータを保存する論理回路ユニットとを含む。
先行技術では、光感知ユニットが、カラーフィルタおよび光電変換膜、シリコンなどの半導体p−n接合を含む。カラーフィルタは色により光を分離するが、空間分解能および集光および利用効率を低下させる。
この課題を克服するために、異なる波長の光を検出することができる光電変換ユニットが縦方向に積み重ねられた幾何学が報告されている。特に、このような光電変換ユニットは、p−n接合またはバルクヘテロ接合に基づく有機光電変換層である。このようなユニットの光電変換効率は、層に使用される材料の種類に強く依存する。これまで利用可能な有機材料では、低い変換効率と高い暗電流が報告されている。
別の解決策では、可視範囲のための相補型金属酸化膜半導体(CMOS)系イメージャ部または可視範囲内で吸収することができる有機系イメージャ部と組み合わせることができる、IR領域で吸収することができるが可視領域では吸収することができない有機層が使用される。両方の場合で、白色光が集められ、BGRピクセル解像度を得るためにフィルタを使用しなければならない。この場合、カラーフィルタの場合と同様に、光が色によって分離されるが、空間分解能および集光および利用効率は低下する。
本開示は、
ドナー(光子を吸収するP材料(複数可)またはN材料(複数可))の励起状態から電子を受容する、P:Nヘテロ接合または二層もしくは多層接合、好ましくはP1:P2:N1:N2もしくはP1:P2:NもしくはP:N1:N2ヘテロ接合または多層接合に含まれる場合、LUMO解離過程を通して、有色Pまたは有色P材料(P1:P2)もしくは別の有色Nの混合物または有色NとP材料の混合物(P:N2もしくはP1:P2:N2)上に作り出された励起子を効率的に解離するための品質を有する、
透明N材料であって、
透明とは可視波長範囲(約400〜約700nm)における約60000cm−1未満の吸収係数または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を指し、
「有色」とは、約400nm〜約700nmの領域(この領域のどこにでも極大値を有する、またはこの領域のどこでも吸収する)の可視波長範囲における約60000cm−1を超える吸収係数を指す、
透明N材料を提供する。
本開示は、
電子を励起有色材料(光子を吸収するP材料(複数可)またはN材料(複数可))のHOMOに供与する(これは正孔を受容することに相当する)、P:Nヘテロ接合またはP:N二層もしくは多層接合、好ましくはP1:P2:N1:N2もしくはP1:P2:N1もしくはP:N1:N2ヘテロ接合または多層接合に含まれる場合、HOMO解離過程を通して、有色Nまたは有色N材料(N1:N2)材料もしくは別の有色Pの混合物または有色PとN材料の混合物(P2:NもしくはP2:N1:N2)上に作り出された励起子を効率的に解離するための品質を有する、
透明P材料であって、
透明とは可視波長範囲(約400〜約700nm)における約60000cm−1未満の吸収係数または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を指し、
「有色」とは、約400nm〜約700nmの領域(この領域のどこにでも極大値を有する、またはこの領域のどこでも吸収する)の可視波長範囲における約60000cm−1を超える吸収係数を指す、
透明P材料を提供する。
本開示は、本開示による透明N材料および/または本開示による透明P材料を含み、
好ましくは、可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む、
P:Nヘテロ接合、好ましくはP1:P2:N1:N2ヘテロ接合を提供する。
本開示は、吸収層ならびに/あるいは光電変換層ならびに/あるいは光電子工学用途のための有機および/またはハイブリッドモジュールにおける本開示による透明Nおよび/またはP材料の使用を提供する。
本開示は、本開示による透明Nおよび/またはP材料を含む光電変換層を提供する。本開示は、本開示による透明Nおよび/またはP材料を含む吸収層を提供する。
本開示は、本開示による透明Nおよび/またはP材料(複数可)あるいは本開示による光電変換層(複数可)を含む素子を提供する。
本開示は、本開示による光電変換層(複数可)を含む有機光電変換ユニットを含む有機イメージセンサを提供する。
本開示は、本開示による光電変換層(複数可)を含む有機光電変換ユニットを含むハイブリッドシリコン−有機イメージセンサを提供する。
本開示は、透明n材料およびp材料、特にナフタレンモノイミド二量体(NMI二量体)系材料、ナフタレンジイミド(NDI)系材料、ナフタレンジイミド二量体(NDI二量体)系材料、ナフタレンモノ−ジイミド二量体(NMI−NDI)系材料、ジチオエノピロール二量体(DTP二量体)系材料および亜鉛配位錯体系材料を合成する方法を提供する。
前記段落は、一般的な導入として提供されたものであり、以下の特許請求の範囲を限定することを意図していない。記載される実施形態は、さらなる利点と共に、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解されるであろう。
本開示およびその付随する利点の多くが添付の図面に関連して考慮すると、以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるので、これらのより完全な理解が容易に得られるであろう。
CMOSイメージセンサを示す図である。
ハイブリッドシリコン−有機イメージセンサの概略図である。
異なる層を有する有機系光電変換ユニットの概略図である。
HOMOおよびLUMO解離過程を説明する図である。
ナフタレンモノイミド(NMI)系材料の一般的な合成経路を示す図である。 実施例1の化合物NMI1ならびにそのTG、DSCおよび溶液中の吸収を示す図である。
NMI−B11およびNMI−B15と呼ばれる、2種のナフタレンモノイミド二量体(NMI二量体)系材料を調製のための合成経路を示す図である。 NMI−B11とNMI−B15の両方のTGおよび溶液中の吸収を示す図である。 NMI−B11を吸収p材料としてのキナクリドン(QD)と組み合わせて透明n材料として使用した光電変換層の外部量子効率(EQE)を示す図である。
ジチオエノピロール(DTP)系材料DTP6を調製するための合成経路を示す図である。 DTP6のTG、DSCおよび溶液中での吸収を示す図である。 DTP6を吸収p材料(アクセプター)としてのサブフタロシアニンクロリド(SubPcCl)と組み合わせて透明n材料(ドナー)として使用した光電変換層の外部量子効率(EQE)を示す図である。
ナフタレンモノイミド二量体(NMI二量体)系材料(一般式II)およびナフタレンジイミド(NDI)系材料(一般式III)の一般的な合成経路を示す図である。
ナフタレンジイミド系材料NDI1のUV VISスペクトルを示す図である。
NDI1の電子移動度を示す図である。
QDを含むNDI1のPiN接合素子を示す図である。
BQDを含むNDI1のPiN接合素子を示す図である。
SubPcClを有するNDI1とSubPcClを有するNMI−NDI1のPiN接合素子を示す図である。
ナフタレンジイミド二量体(NDI二量体)系材料(一般式IVおよびV)の一般的な合成経路を示す図である。
ナフタレンモノ−ジイミド二量体(NMI−NDI)系材料の一般的な合成経路を示す図である(一般式VI−図10A、一般式VII−図10Bおよび一般式VIII−図10C)。
ジチオエノピロール二量体(DTP二量体)系材料の一般的な合成経路を示す図である(一般式XV−図11Aおよび一般式XVI−図11B)。
亜鉛配位錯体系材料の一般的な合成経路を示す図である(一般式XIX〜XXI)。
一般式Iaを有する透明n材料の合成概要を示す図である。
一般式Iaを有するNDI材料の吸収を示す図である。
一般式Iaを有するNバッファ材料のエネルギー準位を示す図である。
一般式Iaを有するNバッファ材料のエネルギー準位を示す図である。
一般式Iaを有するNバッファ材料のエネルギー準位を示す図である。 一般式Iaを有するNバッファ材料のエネルギー準位を示す図である。
透明p型材料の例を示す図である。 透明p型材料の例を示す図である。
p材料としてDTT2、DTT9、DTT10またはDTT11をそれぞれ含むnバッファとしてのNDI35の素子を示す図である。 p材料としてDTT2、DTT9、DTT10またはDTT11をそれぞれ含むnバッファとしてのNDI35の素子を示す図である。
上に論じられるように、本開示は透明N材料を提供する。
本開示による透明N材料は、P:Nヘテロ接合または二層もしくは多層接合、好ましくはP1:P2:N1:N2もしくはP1:P2:NもしくはP:N1:N2ヘテロ接合または多層接合に含まれる場合、LUMO解離過程を通して、有色Pまたは有色P材料(P1:P2)もしくは別の有色Nの混合物または有色NとP材料の混合物(P:N2もしくはP1:P2:N2)上に作り出された励起子を効率的に解離するための品質を有する。
本開示によると、透明N材料は、ドナー(光子を吸収するP材料(複数可)またはN材料(複数可))の励起状態から電子を受容する。
透明とは可視波長範囲(約400〜約700nm)における約60000cm−1未満の吸収係数または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を指し、
有色とは、約400nm〜約700nmの領域(この領域のどこにでも極大値を有する、またはこの領域のどこでも吸収する)の可視波長範囲における約60000cm−1を超える吸収係数を指す。
上に論じられるように、本開示は透明P材料を提供する。
本開示による透明P材料は、P:Nヘテロ接合またはP:N二層もしくは多層接合、好ましくはP1:P2:N1:N2もしくはP1:P2:N1もしくはP:N1:N2ヘテロ接合または多層接合に含まれる場合、HOMO解離過程を通して、有色Nまたは有色N材料(N1:N2)もしくは別の有色Pの混合物または有色PとN材料の混合物(P2:NもしくはP2:N1:N2)上に作り出された励起子を効率的に解離するための品質を有する。
本開示によると、透明P材料は、電子を励起有色材料(光子を吸収するP材料(複数可)またはN材料(複数可))のHOMOに供与し、これは正孔を受容することに相当する。
本開示によると、「透明」とは可視波長範囲(約400〜約700nm)における約60000cm−1未満の吸収係数または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を指し、
「有色」とは、約400nm〜約700nmの領域(この領域のどこにでも極大値を有する、またはこの領域のどこでも吸収する)の可視波長範囲における約60000cm−1を超える吸収係数を指す。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が、
−可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示さない、または極めて低い吸収を示す、すなわち、可視波長範囲(約400〜約700nm)で約60000cm−1未満の吸収係数を有する、または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を有し、
−堆積法(真空蒸着またはスピンコーティングなど)を使用する場合、高品質の均質な膜を形成する有機系化合物である。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が、
−ナフタレンモノイミド(NMI)、
−ナフタレンジイミド(NDI)、
−ナフタレンモノイミドおよび/またはナフタレンジイミドの二量体(NMI−NMI、NDI−NDIまたはNMI−NDI)、
−チオフェンまたはセレノフェン系材料、
−ジチエノピロール(DTP)系およびDTP二量体材料、
−アントラセン系材料、ならびに
−亜鉛配位錯体
の群から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式I
Figure 2018513558
(式中、
Rは、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から選択され、

Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
によって表されるナフタレンモノイミド(NMI)系材料である。
一般式Iによって表されるナフタレンモノイミド(NMI)系材料の好ましい実施形態では、
Rが
Figure 2018513558
から選択される、
および/または

Figure 2018513558
から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式II
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
Bridgeは
Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
によって表されるナフタレンモノイミド二量体(NMI−NMI)系材料である。
一般式IIによって表されるナフタレンモノイミドモノイミド二量体(NMI−NMI)系材料の好ましい実施形態では、
Rが
Figure 2018513558
から選択される、
および/または
Bridgeが
Figure 2018513558
およびなし(すなわち、直接結合)から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式III
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
によって表されるナフタレンジイミド(NDI)系材料である。
一般式IIIによって表されるナフタレンジイミド(NDI)系材料の好ましい実施形態では、
Rが
Figure 2018513558
から選択される、
および/または

Figure 2018513558
から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式IIIa
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
によって表されるナフタレンジイミド(NDI)系材料である。
一般式IIIaによって表されるナフタレンジイミド(NDI)系材料の好ましい実施形態では、
Rが、特に、
Figure 2018513558
から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式IVまたはV
Figure 2018513558
(一般式IV中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
Bridgeは
Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
一般式V中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
Bridgeは
Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
によって表されるナフタレンジイミド二量体(NDI−NDI)系材料である。
一般式IVによって表されるナフタレンジイミド二量体(NDI−NDI)系材料の好ましい実施形態では、
Rが
Figure 2018513558
から選択される、
および/または
Bridgeが
Figure 2018513558

から選択される。
一般式Vによって表されるナフタレンジイミド二量体(NDI−NDI)系材料の好ましい実施形態では、
Rが
Figure 2018513558
から選択され、
が−Br、−H、−OCHCH
Figure 2018513558
から選択される、
および/または
Bridgeが
Figure 2018513558
から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式VI〜VIII
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基からから独立に選択され、
Bridgeは
Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
から選択される一般式によって表されるナフタレンモノ−ジイミド二量体(NMI−NDI)系材料である。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式IX〜XI
Figure 2018513558
(式中、
XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
Zは、CHおよびNから選択され、
RおよびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アリール基、ビアリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基およびフルオレニル基から独立に選択される)
から選択される一般式によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である。
一般式IX〜XIのチオフェンまたはセレノフェン系材料の好ましい実施形態では、
XがSおよびSeから選択され、
YがSおよびSeから選択され、
ZがCHおよびNから選択され、
Rが
Figure 2018513558
から選択される、および/または

Figure 2018513558
から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式XIIまたはXIIb
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択される)
によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式XXII〜XXXVIII:
Figure 2018513558
Figure 2018513558
(式中、
XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
Zは、CHおよびNから選択され、
RおよびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アリール基、ビアリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基およびフルオレニル基から独立に選択される)
によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である。
一般式XXII〜XXXVIIIのチオフェンまたはセレノフェン系材料の好ましい実施形態では、
XがSおよびSeから選択され、
YがSおよびSeから選択され、
ZがCHおよびNから選択され、
Rが
Figure 2018513558
(式中、RおよびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、CH、アルキル、アリールから独立に選択される)
から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式XXXIXまたはXL:
T−B−T
XXXIX
(式中、
Tは、本明細書で定義される一般式IX、X、XIまたはXXII〜XXXVIIIの1つの構造から選択され、
XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
ZはCHおよびNから選択され、
Bは
Figure 2018513558
のいずれか1つから選択され、
およびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、CH、アルキル、アリールから独立に選択され、
Rは、各出現において、H、アルキル、アリール、
Figure 2018513558
から独立に選択される)、
T−H
XL
(式中、
Tは、本明細書で定義される一般式IX、X、XIまたはXXII〜XXXVIIIの1つの構造から選択され、
XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
ZはCHおよびNから選択され、
Hは
Figure 2018513558
のいずれか1つから選択される)
によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式XIII
Figure 2018513558
(式中、
Rは−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から選択され、

Figure 2018513558
から選択され、
は直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
によって表されるジチエノピロール(DTP)系材料である。
一般式XIIIによって表されるジチエノピロール(DTP)系材料の好ましい実施形態では、
Rが
Figure 2018513558
から選択され、

Figure 2018513558
から選択される、および/または
が直鎖および分岐アルキル基から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が、一般式XIV〜XVI
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子から選択され、
nは0または1であり、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
から選択される一般式によって表されるジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料である。
一般式XIV〜XVIによって表されるジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料の好ましい実施形態では、
Rが
Figure 2018513558
から選択され、

Figure 2018513558
から選択される、および/または
が直鎖および分岐アルキル基から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が一般式XVIIまたはXVIII
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子から選択され、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
によって表されるアントラセンまたはアントラセン二量体系材料である。
一般式XVIIまたはXVIIIによって表されるアントラセンまたはアントラセン二量体系材料の好ましい実施形態では、
Rが
Figure 2018513558
から選択される、および/または
が直鎖および分岐アルキル基から選択される。
一実施形態では、本開示の透明Nおよび/またはP材料が、亜鉛配位錯体系材料である。
亜鉛錯体は、Zn−N結合またはZn−N結合とZn−O結合の組み合わせ(NおよびO原子は有機配位子の元素である)の存在、およびZn−C結合の非存在を特徴とする。亜鉛配位錯体または亜鉛配位錯体系材料は、一般式XIX〜XXI
Figure 2018513558
(式中、
ORNは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
NRNは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
Lは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)、CN、CF、COOH、NHから選択され、
Rはアルキルおよびアリールから選択される)
から選択される一般式によって表される。
上に論じられるように、本開示は、本開示による透明N材料および/または本開示による透明P材料を含むP:Nヘテロ接合、好ましくはP1:P2:N1:N2ヘテロ接合を提供する。
一実施形態では、P:Nヘテロ接合において、本開示による透明P材料がドナーであり、本開示による透明N材料がアクセプターである。例えば、図4を参照されたい。
P1:P2:N1:N2ヘテロ接合の一実施形態では、P材料の1つが本開示による透明P材料およびドナーであり得、同様にN材料の1つが本開示による透明N材料およびアクセプターであり得る。
一実施形態では、P:Nヘテロ接合、好ましくはP1:P2:N1:N2ヘテロ接合が、好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む。
上に論じられるように、本開示は、吸収層における本開示による透明Nおよび/またはP材料の使用を提供する。
一実施形態では、吸収層が、好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む。
上に論じられるように、本開示は、
有機光電変換層(複数可)、OLEDおよびOTFT有機モジュールを含むイメージセンサ、フォトダイオード、有機光電池などの光電子工学用途のための
−光電変換層ならびに/あるいは
−有機および/またはハイブリッドモジュール
における本開示によるNおよび/またはP材料の使用を提供する。
一実施形態では、光電変換層ならびに/あるいは有機および/またはハイブリッドモジュールが、好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む。
上に論じられるように、本開示は、本開示による透明Nおよび/またはP材料を含む光電変換層を提供する。
一実施形態では、光電変換層が、好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む。
一実施形態では、光電変換層がさらなる分子(複数可)を含む。
上に論じられるように、本開示は、本開示による透明Nおよび/またはP材料を含む吸収層を提供する。
一実施形態では、吸収層が、好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む。
一実施形態では、吸収層がさらなる分子(複数可)を含む。
上に論じられるように、本開示は、本開示による透明Nおよび/またはP材料(複数可)あるいは本開示による光電変換層(複数可)を含む素子を提供する。
前記素子は、有機イメージセンサ、ハイブリッドイメージセンサ、フォトダイオード、有機光電池、有機発光ダイオード(OLED)、有機薄膜トランジスタ(OTFT)であり得る。
一実施形態では、前記光電変換層が可視吸収範囲で光応答を示す。
この実施形態では、素子の光電変換層が、本開示による透明Nおよび/またはP材料(複数可)、ならびに好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料(複数可)を含む。
本開示によると、活性材料の1つが透明である場合、以下の可能性が提供される:
1つの活性材料のみの吸収の調整を介した吸収スペクトル全体の調整;
パートナー(吸収)材料のみの励起子拡散効率の調整;
独立にHOMOまたはLUMOを通した電荷生成効率の調整;
電子(透明nについて)移動度のみまたは正孔(透明p)移動度のみの調整;
一般的に:電子/正孔移動および輸送特性からの可視範囲の吸収特性のデカップリング。
一実施形態では、素子の光電変換層がさらなる分子(複数可)を含む。
光電変換層は異なる成分(色素)およびその組み合わせを含むことができる。
一実施形態では、光電変換層および/または吸収層が本開示の材料(複数可)と共に使用することができるさらなるn型およびp型材料(分子)ならびにその誘導体、例えば、
ドナーとしてのフタロシアニン(Pc)、サブフタロシアニン(SubPc)、メロシアニン(MC)、ジケトピロロピロール(DPP)、ボロンジピロメテン(BODIPY)、イソインジゴ(ID)、ペリレンジイミド(PDI)およびペリレンモノイミド(PMI)およびキナクリドン(QD)、縮合アセン、例えば、ペンタセンおよびテトラセン、ならびにトリフェニルアミンおよびその誘導体(TPA);
ならびに/あるいは
アクセプターとしてのフラーレン、リレンジイミドおよびモノイミド(例えば、PDIおよびPMIであるがこれに限定されない)、フタロシアニンおよびサブフタロシアニン、ボロンジピロメテン(BODIPY)およびシアノペンタセン
を含む。
上に論じられるように、本開示は、本開示による光電変換層(複数可)を含む有機イメージセンサを提供する。
本開示の有機イメージセンサは、好ましくは
(a)本開示による光電変換層(複数可)を含む有機光電変換ユニットと、
(b)少なくとも1つの電極と、
(c)基板と、
(d)場合により、前記光電変換層(複数可)上の第2の電極と
を含む。
基板は、シリコン、石英、ガラス、ポリマー、例えばPMMA、PC、PS、COP、COP、PVA、PVP、PES、PET、PEN、雲母またはこれらの組み合わせであり得る。
基板は他の光電変換ユニット(複数可)であってもよい。
これは、本開示の素子が、(i)1つの有機ユニットを有する2つの無機ユニット、(ii)2つの有機ユニットを有する1つの無機ユニット、または(iii)有機イメージセンサにおいて互いに結合された3つの有機ユニットを含むことができることを意味する。有機ユニットのいずれもが本開示による分子/層/素子を含むことができる。
好ましい実施形態では、有機イメージセンサが、互いに結合され、それぞれ400nm〜500nmの範囲、500nm〜600nmの範囲および600nm〜700nmの範囲の1つで作動する、本開示のように層内に分子を含む3つの有機変換ユニット(各素子で、それぞれ透明電極を有する)からなる。
複合ユニットは、有機−有機または有機−無機ユニットの垂直および/または水平積み重ねのいずれかによって実現することができる。
電極材料は、
−酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素ドープ酸化インジウム(IFO)、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、酸化亜鉛(Al、BおよびGaドープ酸化亜鉛を含む)、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO)、TiOなどの透明な金属酸化物、
−適当な仕事関数を有するAu、Ag、Cr、Ni、Pd、AlSiCuまたは任意の金属または金属合金または金属組み合わせなどの非透明または半透明の金属または合金または導電性ポリマー;PEDOT/PSS、PANIまたはPANI/PSS、グラフェン
であり得る。
上に論じられるように、本開示は、
(a)本開示による光電変換層(複数可)を含む有機光電変換ユニット(複数可)と、
(b)場合により、Si系光電変換ユニットと、
(c)金属配線と、
(d)(CMOS)基板と、
(e)絶縁層(複数可)、好ましくは酸化物と
を含む、ハイブリッドシリコン−有機イメージセンサまたは有機イメージセンサを提供する。
一実施形態では、本開示のイメージセンサの前記有機光電変換ユニットが、
−n型材料、
−p型材料、
−n−バッファ層、
−p−バッファ層
またはこれらの組み合わせおよび/または混合物(例えば、1つの層に同時に堆積されたn材料およびp材料)
などの有機系光電変換ユニット(複数可)中の異なる層を含む。
例えば、本開示の有機イメージセンサは、構造:
−基板/第1の電極/n−バッファ層/n−材料/p−材料/pバッファ層/第2の電極;
−基板/第1の電極/n−バッファ層/n−材料/n−材料とp−材料の混合物/p−材料/pバッファ層/第2の電極;
−基板/第1の電極/n−バッファ層/n−材料/n−材料とp−材料の混合物/pバッファ層/第2の電極;
−基板/第1の電極/p−バッファ層/p−材料/n−材料/nバッファ層/第2の電極。
−基板/第1の電極/p−バッファ層/p−材料/n−材料とp−材料の混合物/n−材料/nバッファ層/第2の電極。
−基板/第1の電極/p−バッファ層/p−材料/n−材料とp−材料の混合物/nバッファ層/第2の電極
を有することができる。
本開示の有機イメージセンサは、特にCMOS部分に関するn材料およびp材料の位置に関して異なる層構造を含むことができる。
有機光変換ユニットを、ハイブリッドシリコン−有機イメージセンサ(図2参照)において異なる層が異なる色(BGR)を吸収するSi系光電変換ユニットと組み合わせて使用することができる、またはSi系光電変換ユニットなしで使用することができる。この場合、有機光変換ユニットは、異なる色(BGR)を吸収する能力を有する(図3参照)。
BGR範囲は400〜500nm、500〜600nmおよび600〜700nmであり、範囲外の吸収は好ましくは20%未満、より好ましくは10および5%未満である。
上に論じられるように、基板は他の光電変換ユニット(複数可)であってもよい。
上に論じられるように、本開示の素子は、(i)1つの有機ユニットを有する2つの無機ユニット、(ii)2つの有機ユニットを有する1つの無機ユニット、または(iii)有機イメージセンサにおいて互いに結合された3つの有機ユニットを含むことができる。
有機ユニットのいずれもが本開示による分子/層/素子を含むことができる。
有機光電変換層を製造するための堆積法は、PVD法、CVD法、スピンコーティング法、浸漬コーティング法、キャスティング法、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、スプレーコーティング法、オフセット印刷法である。
層を処理するための異なるプロセス温度、すなわち50〜245℃が可能である。層の処理(アニーリング)は、上部電極の堆積の前および/または後に行うことができる。
上に論じられるように、本開示は、ナフタレンモノイミド(NMI)系材料(一般式Iによって表される)およびナフタレンモノイミド二量体(NMI−NMI)系材料(一般式IIによって表される)を合成する方法であって、
−一級アミンおよび酸の存在下で、4−ブロモ−1,8−ナフタル酸無水物誘導体をイミド化するステップと、
−引き続いて特定のボロン酸エステルまたは「Bridge」−ボロン酸エステルとのパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
を含む方法を提供する。
上に論じられるように、本開示はまた、ナフタレンジイミド(NDI)系材料(一般式IIIによって表される)を合成する方法であって、
−R−一級アミンおよび酸の存在下で、2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物誘導体をイミド化するステップと、
−引き続いて特定のR1−ボロン酸エステルとのパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
を含む方法を提供する。
本開示はまた、ナフタレンジイミド二量体(NDI−NDI)系材料(一般式IVまたはVによって表される)を合成する方法であって、
(i)一般式IVの場合には、
−R−一級アミンおよび酸の存在下で、2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物誘導体をモノイミド化するステップと、
−引き続いて「Bridge」−ジアミンおよび酸の存在下で、第2のイミド化を行うステップと、
(ii)一般式Vの場合には、
−R−一級アミンおよび酸の存在下で、2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物誘導体をイミド化するステップと、
−引き続いて特定のR1−ボロン酸エステルとのモノパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと、
−引き続いて特定のBridge−ジボロン酸エステルとの第2のパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
を含む方法を提供する。
本開示はまた、ナフタレンジモノ−ジイミド二量体(NMI−NDI)系材料(一般式VI〜VIIIから選択される一般式によって表される)を合成する方法であって、
−適当なアミン誘導体を用いて対応する2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物をイミド化するステップと、
−引き続いて特定のジボロン酸エステルとの1回または複数回のパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
を含む方法を提供する。
本開示はまた、ジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料(一般式XIVおよびXVから選択される一般式によって表される)を合成する方法であって、
−3,3’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェンと対応するR−アミンのパラジウム触媒Buchwald−HartwigカップリングによってN−置換ジチエノピロール(DTP)コア単位を得るステップ
を含む方法を提供する。
さらなるステップは、
−N−ブロモスクシンイミドによる臭素化、
−引き続いてR1−ボロン酸エステルとのモノパラジウム触媒Suzukiカップリング、および
−引き続いて特定のR2−フェニル置換ジボロン酸エステルとのさらなるパラジウム触媒Suzukiカップリング
を含む。
本開示はまた、ジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料(一般式XVIによって表される)を合成する方法であって、
−3,3’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェンと対応するR2−フェニル置換ジアミンのパラジウム触媒Buchwald−HartwigカップリングによってN−置換ジチエノピロール(DTP)二量体コア単位を得るステップ
を含む方法を提供する。
さらなるステップは、
−N−ブロモスクシンイミドによる臭素化、
−引き続いてR1−ボロン酸エステルとのモノパラジウム触媒Suzukiカップリング、および
−引き続いて特定のR2−フェニル置換ジボロン酸エステルとのさらなるパラジウム触媒Suzukiカップリング
を含む。
本開示はまた、亜鉛配位錯体系材料(一般式XIX、XXおよびXIから選択される一般式によって表される)を合成する方法であって、
−(HO−RN)型および(HN−RN)型の配位子を還流メタノール中で酢酸亜鉛脱水物および塩基と合わせるステップ
を含む方法を提供する。
本技術を以下のように構成することもできることに留意されたい。
(1) P:Nヘテロ接合または二層もしくは多層接合、好ましくはP1:P2:N1:N2もしくはP1:P2:NもしくはP:N1:N2ヘテロ接合または多層接合に含まれる場合、LUMO解離過程を通して、有色Pまたは有色P材料(P1:P2)もしくは別の有色Nの混合物または有色NとP材料の混合物(P:N2もしくはP1:P2:N2)上に作り出された励起子を効率的に解離するための品質を有する、
透明N材料であって、
透明とは可視波長範囲(約400〜約700nm)における約60000cm−1未満の吸収係数または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を指し、
「有色」とは、約400nm〜約700nmの領域(この領域のどこにでも極大値を有する、またはこの領域のどこでも吸収する)の可視波長範囲における約60000cm−1を超える吸収係数を指す、
透明N材料。
(2) P:Nヘテロ接合またはP:N二層もしくは多層接合、好ましくはP1:P2:N1:N2もしくはP1:P2:N1もしくはP:N1:N2ヘテロ接合または多層接合に含まれる場合、HOMO解離過程を通して、有色Nまたは有色N材料(N1:N2)材料もしくは別の有色Pの混合物または有色PとN材料の混合物(P2:NもしくはP2:N1:N2)上に作り出された励起子を効率的に解離するための品質を有する、
透明P材料であって、
透明とは可視波長範囲(約400〜約700nm)における約60000cm−1未満の吸収係数または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を指し、
「有色」とは、約400nm〜約700nmの領域(この領域のどこにでも極大値を有する、またはこの領域のどこでも吸収する)の可視波長範囲における約60000cm−1を超える吸収係数を指す、
透明P材料。
(3) 可視波長範囲(約400〜約700nm)で約60000cm−1未満の吸収係数を有する、または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を有し、
堆積法(真空蒸着またはスピンコーティングなど)を使用する場合、高品質の均質な膜を形成する有機系化合物である、
(1)または(2)の透明NまたはP材料。
(4) ナフタレンモノイミド(NMI)、
ナフタレンジイミド(NDI)、
ナフタレンモノイミドおよび/またはナフタレンジイミドの二量体(NMI−NMI、NDI−NDIまたはNMI−NDI)、
チオフェンまたはセレノフェン系材料、
ジチエノピロール(DTP)系およびDTP二量体材料、
アントラセン系材料、ならびに
亜鉛配位錯体
の群から選択される、(1)から(3)のいずれか一項の透明NまたはP材料。
(5) 一般式I
Figure 2018513558
(式中、
Rは−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から選択され、

Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
式中、好ましくは、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
は、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択される)
によって表されるナフタレンモノイミド(NMI)系材料である、(4)の透明NまたはP材料。
(6) 一般式II
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
Bridgeは
Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
式中、好ましくは、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
Bridgeは、好ましくは、
Figure 2018513558
およびなし(すなわち、直接結合)から選択される)
によって表されるナフタレンモノイミド二量体(NMI−NMI)系材料である、(4)または(5)の透明NまたはP材料。
(7) 一般式III
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
式中、好ましくは、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
は、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択される)
によって表されるナフタレンジイミド(NDI)系材料である、
または一般式IIIa
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
式中、好ましくは、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択される)
によって表されるナフタレンジイミド(NDI)系材料である、
(4)の透明NまたはP材料。
(8) 一般式IVまたはV
Figure 2018513558
(一般式IV中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
Bridgeは
Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
一般式IV中、好ましくは、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
Bridgeは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
一般式V中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
Bridgeは
Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
一般式V中、好ましくは、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
は、好ましくは、−Br、−H、−OCHCH
Figure 2018513558
から選択され、
Bridgeは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択される)
によって表されるナフタレンジイミド二量体(NDI−NDI)系材料である、(4)または(7)の透明NまたはP材料。
(9) 一般式VI〜VIII
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
Bridgeは
Figure 2018513558
から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
から選択される一般式によって表されるナフタレンモノ−ジイミド二量体(NMI−NDI)系材料である、(4)から(8)のいずれか一項の透明NまたはP材料。
(10) 一般式IX〜XI
Figure 2018513558
(式中、
XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
Zは、CHおよびNから選択され、
RおよびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アリール基、ビアリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基およびフルオレニル基から独立に選択され、
式中、好ましくは、
Xは、好ましくは、SおよびSeから選択され、
Yは、好ましくは、SおよびSeから選択され、
Zは、好ましくは、CHおよびNから選択され、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
は、好ましくは、
Figure 2018513558

から選択される)
から選択される一般式によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である、(4)の透明NまたはP材料。
(11) 一般式XIIまたはXIIb
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択される)
によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である、(4)または(10)の透明NまたはP材料。
(12) 一般式XXII〜XXXVIII:
Figure 2018513558
Figure 2018513558
(式中、
XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
Zは、CHおよびNから選択され、
RおよびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アリール基、ビアリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基およびフルオレニル基から独立に選択され、
式中、好ましくは、
Xは、好ましくは、SおよびSeから選択され、
Yは、好ましくは、SおよびSeから選択され、
Zは、好ましくは、CHおよびNから選択され、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
(式中、RおよびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、CH、アルキル、アリールから独立に選択される)
から選択される)
によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である、(4)の透明NまたはP材料。
(13) 一般式XXXIXまたはXL:
T−B−T
XXXIX
(式中、
Tは、(10)または(12)で定義される一般式IX、X、XIまたはXXII〜XXXVIIIの1つの構造から選択され、
XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
ZはCHおよびNから選択され、
Bは
Figure 2018513558
のいずれか1つから選択され、
およびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、CH、アルキル、アリールから独立に選択され、
Rは、各出現において、H、アルキル、アリール、
Figure 2018513558
から独立に選択される)
T−H
XL
(式中、
Tは、(10)または(12)で定義される一般式IX、X、XIまたはXXII〜XXXVIIIの1つの構造から選択され、
XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
ZはCHおよびNから選択され、
Hは
Figure 2018513558
のいずれか1つから選択される)
によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である、(10)または(12)の透明NまたはP材料。
(14) 一般式XIII
Figure 2018513558
(式中、
Rは−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から選択され、

Figure 2018513558

から選択され、
は直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子から選択され、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
式中、好ましくは、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
は、好ましくは、
Figure 2018513558

から選択され、
は、好ましくは、直鎖および分岐アルキル基から選択される)
によって表されるジチエノピロール(DTP)系材料である、(4)の透明NまたはP材料。
(15) 一般式XIV〜XVI
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子から選択され、
nは0または1であり、
xは1〜10の整数であり、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
式中、好ましくは、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
は、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
は、好ましくは、直鎖および分岐アルキル基から選択される)
から選択される一般式によって表されるジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料である、(4)または(14)の透明NまたはP材料。
(16) 一般式XVIIまたはXVIII
Figure 2018513558
(式中、
Rは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
は直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子から選択され、
YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
式中、好ましくは、
Rは、好ましくは、
Figure 2018513558
から選択され、
は、好ましくは、直鎖および分岐アルキル基から選択される)
によって表されるアントラセンまたはアントラセン二量体系材料である、(4)の透明NまたはP材料。
(17) 一般式XIX〜XXI
Figure 2018513558
(式中、
ORNは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
NRNは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
Lは、各出現において、
Figure 2018513558
から独立に選択され、
Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)、CN、CF、COOH、NHから選択され、
Rはアルキルおよびアリールから選択される)
から選択される一般式によって表される亜鉛配位錯体系材料である、(4)の透明NまたはP材料。
(18) (1)から(17)のいずれか一項の透明N材料および/または(1)から(17)のいずれか一項の透明P材料を含み、
好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む、
P:Nヘテロ接合、好ましくはP1:P2:N1:N2ヘテロ接合。
(19) 好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む、
吸収層における(1)から(17)のいずれか一項の透明Nおよび/またはP材料の使用。
(20) 好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む、
光電変換層ならびに/あるいは有機光電変換層(複数可)における、OLEDおよびOTFT有機モジュールを含むイメージセンサ、フォトダイオード、有機光電池などの光電子工学用途のための有機および/またはハイブリッドモジュールにおける(1)から(17)のいずれか一項の透明Nおよび/またはP材料の使用。
(21) 好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含み、
場合によりさらなる分子(複数可)を含む、
(1)から(17)のいずれか一項の透明Nおよび/またはP材料を含む光電変換層。
(22) 好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含み、
場合によりさらなる分子(複数可)を含む、
(1)から(17)のいずれか一項の透明Nおよび/またはP材料を含む吸収層。
(23) 好ましくは有機イメージセンサ、ハイブリッドイメージセンサ、フォトダイオード、有機光電池、有機発光ダイオード(OLED)、有機薄膜トランジスタ(OTFT)である、(1)から(17)のいずれか一項の透明Nおよび/またはP材料(複数可)あるいは(21)の光電変換層(複数可)を含む素子。
(24) 前記光電変換層が可視吸収範囲で光応答を示す、(23)の素子。
(25) (1)から(17)のいずれか一項の透明Nおよび/またはP材料(複数可)あるいは(21)の光電変換層(複数可)を含む、
および/または好ましくは可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む、
および/またはさらなる分子(複数可)を含む、
(23)または(24)の素子。
(26) (a)(21)に記載の光電変換層(複数可)を含む有機光変換ユニットと、
(b)少なくとも1つの電極と、
(c)基板と、
(d)場合により、前記光電変換層(複数可)上の第2の電極と
を含む、
有機イメージセンサ。
(27) (a)(21)に記載の光電変換層(複数可)を含む有機光電変換ユニット(複数可)と、
(b)場合により、Si系光電変換ユニットと、
(c)金属配線と、
(d)(CMOS)基板と、
(e)絶縁層(複数可)、好ましくは酸化物と
を含む、ハイブリッドシリコン−有機イメージセンサまたは有機イメージセンサ。
(28) 前記有機光電変換ユニットがn−型材料、p−型材料、n−バッファ層および/またはp−バッファ層あるいはこれらの組み合わせまたは混合物などの異なる層を含む、(26)または(27)に記載の有機イメージセンサ。
(29) ナフタレンモノイミド(NMI)系材料(一般式Iによって表される)およびナフタレンモノイミド二量体(NMI−NMI)系材料(一般式IIによって表される)を合成する方法であって、
一級アミンおよび酸の存在下で、4−ブロモ−1,8−ナフタル酸無水物誘導体をイミド化するステップと、
引き続いて特定のボロン酸エステルまたは「Bridge」ボロン酸エステルとのパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
を含む方法。
(30) ナフタレンジイミド(NDI)系材料(一般式IIIによって表される)を合成する方法であって、
R−一級アミンおよび酸の存在下で、2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物誘導体をイミド化するステップと、
引き続いて特定のR1−ボロン酸エステルとのパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
を含む方法。
(31) ナフタレンジイミド系二量体(NDI−NDI)系材料(一般式IVによって表される)を合成する方法であって、
R−一級アミンおよび酸の存在下で、2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物誘導体をモノイミド化するステップと、
引き続いて「Bridge」−ジアミンおよび酸の存在下で、第2のイミド化を行うステップと
を含む方法。
(32) ナフタレンジイミド二量体(NDI−NDI)系材料(一般式Vによって表される)を合成する方法であって、
R−一級アミンおよび酸の存在下で、2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物誘導体をイミド化するステップと、
引き続いて特定のR1−ボロン酸エステルとのモノパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと、
引き続いて特定のBridge−ジボロン酸エステルとの第2のパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
を含む方法。
(33) ナフタレンジモノ−ジイミド二量体(NMI−NDI)系材料(一般式VI〜VIIIから選択される一般式によって表される)を合成する方法であって、
適当なアミン誘導体を用いて対応する2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物をイミド化するステップと、
引き続いて特定のジボロン酸エステルとの1回または複数回のパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
を含む方法。
(34) ジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料(一般式XIVおよびXVから選択される一般式によって表される)を合成する方法であって、
3,3’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェンと対応するR−アミンのパラジウム触媒Buchwald−HartwigカップリングによってN−置換ジチエノピロール(DTP)コア単位を得るステップと、
N−ブロモスクシンイミドによる臭素化ステップと、
引き続いてR1−ボロン酸エステルとのモノパラジウム触媒Suzukiカップリングステップと、
引き続いて特定のR2−フェニル置換ジボロン酸エステルとのさらなるパラジウム触媒Suzukiカップリングステップと
を含む方法。
(35) ジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料(一般式XIVによって表される)を合成する方法であって、
3,3’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェンと対応するR−2フェニル置換ジアミンのパラジウム触媒Buchwald−HartwigカップリングによってN−置換ジチエノピロール(DTP)二量体コア単位を得るステップと、
N−ブロモスクシンイミドによる臭素化ステップと、
引き続いてR1−ボロン酸エステルとのモノパラジウム触媒Suzukiカップリングステップと、
引き続いて特定のR2−フェニル置換ジボロン酸エステルとのさらなるパラジウム触媒Suzukiカップリングステップと
を含む方法。
(36) 亜鉛配位錯体系材料(一般式XIX、XXおよびXIから選択される一般式によって表される)を合成する方法であって、
(HO−RN)型および(HN−RN)型の配位子を還流メタノール中で酢酸亜鉛脱水物および塩基と合わせるステップ
を含む方法。
本明細書で使用される「N材料」という用語は、電子を受容する材料を指す。
本明細書で使用される「P材料」という用語は、電子を供与する材料を指す。
本明細書で使用される「ナフタレンモノイミド」または「NMI」または「ナフタレンモノイミド系材料」という用語は、1,4−ナフタレンモノイミド構造に基づく分子を指す。
本明細書で使用される「ナフタレンジイミド」または「NDI」または「ナフタレンジイミド系材料」という用語は、1,4,5,8−ナフタレンジイミド構造に基づく分子を指す。
本明細書で使用される「チオフェン材料」または「チオフェン系材料」という用語は、少なくともチオフェンまたはチオフェン誘導体が分子構造中に存在する分子を指す。
本明細書で使用される「セレノフェン材料」または「セレノフェン系材料」という用語は、少なくともセレノフェンまたはセレノフェン誘導体が分子構造中に存在する分子を指す。
本明細書で使用される「アントラセン材料」または「アントラセン系材料」という用語は、分子構造中に少なくともアントラセン分子を含む分子を指す。
本明細書で使用される「亜鉛錯体材料」、「亜鉛配位錯体」または「亜鉛配位錯体系材料」という用語は、窒素含有複素環である二座配位子に配位した亜鉛原子を含む分子を指す。
本明細書で使用される「可視波長範囲における吸収」または「可視波長範囲で吸収を示す分子」という用語は、示される範囲全体の一部分のみもしくはいくつかの部分または全範囲にわたって光を吸収することができる分子/色素を指すことを意図している。例えば、ある分子が500〜700nmの範囲でのみ吸収することができ、別の分子が400〜700nmまたは500〜600nmの範囲で吸収することができ、第3の分子が400〜500nm(または好ましくは400nm〜500nmまたは500nm〜600nmまたは600nm〜700nmの上記の下位範囲)にわたって吸収することができる。これら全てのシナリオがこのような言い回しに包含されることを意図している。
本明細書で使用される「狭い吸収帯」という用語は、0強度での吸収帯の幅が200nm、より好ましくは150nm、より好ましくは100nmであることを指す/意味することを意図している。
本明細書で使用される「透明」または「透明材料」という用語は、可視波長範囲(約400〜約700nm)で約60000cm−1未満の吸収係数または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を有する材料を指す。
本明細書で使用される「有色」または「有色材料」という用語は、青色、緑色または赤色極大を有する可視波長範囲、特に約400nm〜約700nmの領域(この領域のどこにでも極大値を有する、またはこの領域のどこでも吸収する)において約60000cm−1を超える吸収係数を有する材料を指す。
本開示によると、「電極」という用語は電圧を印加するための電気リードを指す。電極は、互いにかみ合うことができ、これは、互いに反対側に位置する2つの櫛と、互いにかみ合う櫛のそれぞれの図形とを有する櫛形形状を有することを意味する。あるいは、電極が交互嵌合されていなくてもよい。電極は透明であっても非透明であってもよい。透明電極は、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)またはフッ化酸化スズ(FTO)から形成することができる。非透明電極は反射性であってもよく、例えば、銀(Ag)または金(Au)から形成することができる。
イメージセンサに使用される光電変換層の要件は厳しく、以下の通り要約することができる:
(i)少なくとも1種の活性材料の狭い吸収帯;
(ii)少なくとも1種の活性材料の高い吸光係数、ε>10Lmol−1cm−1の、したがって、高い吸収係数;
(iii)耐熱性;
(iv)高い光電変換効率(EQE);
(v)高速応答性/高い電荷キャリア移動度;
(vi)素子内の低い暗電流;
(vii)熱蒸着による薄膜(Tvp<Tdec)。
本発明者らは、有機光変換ユニット用の活性材料として使用するための−以下の異なるファミリーに属する、可視範囲(400〜650nm)で吸収がないまたは極めて低い特定の構造の材料を見出した:
−ナフタレンモノイミド(NMI)、
−ナフタレンジイミド(NDI)および
−この前2種の分子の二量体(NMI−NMI、NDI−NDIまたはNMI−NDI)、
−チオフェン系材料
−アントラセン系材料
−亜鉛配位錯体。
前記材料は、可視範囲で吸収する材料と一緒に、光電変換材料層中のバルクヘテロ接合(混合p−n層)またはPNヘテロ接合(p層とN層との間に形成される)またはPiN接合(p層−p−nバルクヘテロ接合としての混合層−n層)に使用される。
本開示の材料は、有機光変換ユニット用の活性材料として使用することができる。
有機光変換ユニットを、ハイブリッドシリコン−有機イメージセンサにおいて異なる層が異なる色(BGR)を吸収するSi系光電変換ユニットと組み合わせて使用することができる、またはSi系光電変換ユニットなしで使用することができる。この場合、異なる色(BGR)を吸収する能力を有する有機光変換ユニット。
得られたハイブリッドイメージセンサ素子の一般的な構造および有機系光電変換ユニットの詳細を図2および図3に概略的に示す。
本発明者らは、透明Nまたは透明P材料(透明=膜の400nm〜700nmの吸収係数<60000cm−1または吸光係数(トルエン中)<60000M−1cm−1)を発見し、P:N(一般にP1:P2:N1:N2)を含む素子では、ヘテロ接合が、
−Nの場合−有色(有色=Visの吸収係数は青色、緑色または赤色の極大値を有するVIS領域において60000超である)P(または有色P材料の混合物)または別の有色N(または有色N材料の混合物)上に作り出された励起子をLUMO解離の過程を介して効率的に解離することができる−ドナー(光子を吸収するP材料(複数可)またはN材料(複数可))の励起状態から電子を受容する
−Pの場合−有色(有色=Visの吸収係数は青色、緑色または赤色の極大値を有するVIS領域において60000超である)N(または有色N材料の混合物)または別の有色P(または有色P材料の混合物)上に作り出された励起子をHOMO解離過程を通して効率的に解離することができる−電子を励起有色材料(光子を吸収するP材料(複数可)またはN材料(複数可))のHOMOに供与する(有色材料から正孔を受容することに相当する)。
例えば、P:Nの例では、P材料がドナーであり、N材料がアクセプターである(例えば、図4に示されるように)。P1:P2:N1:N2のある実施形態では、N材料の1つがドナーであり得、同様にP材料の1つがアクセプターであり得る。
解離/電荷転送効率(ηCT)の一般的な説明:
ηCTは、ηCT(HOMO)およびηCT(LUMO)部分を有する
図4(例として)では、
・受容体が、ηCT(LUMO)を有するLUMO(透明N)またはηCT(HOMO)を有するHOMO(透明P)状態のいずれかで電子を受容するN材料である(この最後のものはドナーに転送された正孔と同等である);
・ドナーがLUMO(励起状態の場合=有色P)またはHOMO(透明P)から電子を供与する物質である;
・透明Nの場合−ηCT(LUMO)が高くなければならない;
・透明Pの場合−ηCT(HOMO)が高くなければならない。
特に光電変換層および素子に適用するための、本開示の透明nおよび/またはp材料の主な利点は以下の通りである:
1.1つの活性成分のみの吸収スペクトルを調節することによって、活性素子の吸収スペクトルを調節する可能性。これはパートナー材料のスペクトルであり、透明n材料を使用する場合、pパートナー材料吸収であり、透明p材料を使用する場合、nパートナー材料吸収である。
2.透明n材料のみの電子移動度と透明p材料のみの正孔移動度を調整する可能性。
3.HOMOまたはLUMOレベルの調整(可視範囲の高い透明度のために大きなバンドギャップを確保することと合わせて)。
4.LUMO(透明nの場合)またはHOMO(透明p材料の場合)(図4参照)のいずれかを通して、1つの励起子解離/電荷生成効率のみを最適化する可能性。
光電変換層に適用するための活性材料としての可視波長(400〜700nm)で吸収を伴わない、または極めて低い吸収を有する新たなnおよびp材料の主な利点は以下の通りである:
・優れた光安定性−特にUV吸収のみによるもの。
・パートナー(他の)活性成分の吸収を介して素子の吸収スペクトルを調整する可能性−すなわち、透明nの場合、p材料の吸収スペクトルおよび透明pの場合、n材料の吸収;
・HOMOおよびLUMOエネルギー準位の簡単な変化;
・高い熱安定性(置換基により300〜500℃であるが、少なくとも300℃);
・高電子(nの場合)および/または正孔(pの場合)移動度−特に、移動度の独立した調整−例えば、透明n材料についての高い電子移動度しか必要とされない;
・高い励起子解離能力−高いEQEを有する光変換素子を可能にする。
・素子の高い電荷発生効率−高い電荷転送効率および電荷分離効率;
・LUMO(透明nの場合)およびHOMO(透明pの場合)を通した電荷生成効率の特に独立した調整;
・対応して、n−バッファ層またはp−バッファ層として使用することができる−活性層の形態および/または素子を通るエネルギー準位配置の可能な調整を介したさらなる素子最適化を可能にする。
ナフタレンモノイミド(NMI)およびナフタレンジイミド(NDI)ならびに光電変換層におけるこのナフタレン系分子の二量体の組み合わせの主な利点は以下の通りである:
−優れた光および熱安定性(300〜500°)を示す;
−HOMOおよびLUMOエネルギーの容易な変化が可能である;
−可視範囲における極めて低い吸光係数;
−高い電子移動度;
−二量体の場合:
−解離効率(LUMO解離)を高める3D構造およびLUMO変性;
−より高い電子移動度;
−吸収Pパートナーで形成される励起子の高効率LUMO系解離の可能性を与える。
薄膜中のエネルギー準位および形態は、置換基R、Rおよびbridgeの種類によって調整可能である。これにより、ナフタレンモノイミド(NMI)およびナフタレンジイミド(ND)ならびにこのナフタレン系分子の二量体の組み合わせが、可視範囲で吸収する材料と組み合わせて有機光電変換層に使用するための極めて汎用性の高い分子となる。
光電変換層に適用するための透明チオフェンベース系分子の主な利点は以下の通りである:
−良好な光および熱安定性(300℃まで)を示す;
−HOMOおよびLUMOエネルギーの容易な変化が可能である;
−可視範囲における極めて低い吸光係数;
−高い正孔移動度:
−吸収nパートナーで形成される励起子の高効率HOMO系解離の可能性を与える;
−二量体の場合:
−解離効率(HOMO解離)を高める3D構造およびHOMO変性;
−より高い正孔移動度。
薄膜中のエネルギー準位および形態は、置換基R、R、Rならびにコア構造中のヘテロ原子の種類によって調整可能である。これにより、チオフェン系分子が、可視範囲で吸収する材料と組み合わせて有機光電変換層に使用するための極めて汎用性の高い分子となる。
光電変換層に適用するためのアントラセン系分子の主な利点は以下の通りである:
−良好な光安定性
−および熱安定性(300℃まで)を示す
−HOMOおよびLUMOエネルギーの容易な変化が可能である;
−可視範囲における極めて低い吸光係数;
−高い正孔移動度;
−吸収nパートナーで形成される励起子の高効率HOMO系解離の可能性を与える;
−これらが二量体である場合:
−解離効率(HOMO解離)を高める3D構造およびHOMO変性;
−より高い正孔移動度。
光電変換層に適用するため亜鉛錯体分子の主な利点は以下の通りである:
−良好な光および熱安定性(350℃まで)を示す;
−HOMOおよびLUMOエネルギーの変化が可能である;
−可視範囲における極めて低い吸光係数;
−高い電子移動度および正孔移動度が可能−調整が必要;
−3D構造−高い励起子解離効率を支持することが期待される。
本開示によると、活性材料の1つが透明である場合、これはそれぞれの素子等について以下の可能性を提供する:
1つの活性材料のみの吸収の調整を介した吸収スペクトル全体の調整;
パートナー(吸収)材料のみの励起子拡散効率の調整;
独立にHOMOまたはLUMOを通した電荷発生効率の調整;
電子(透明nの場合)移動度のみまたは正孔(透明p)移動度のみの調整;
一般的に:電子/正孔移動および輸送特性からの可視範囲の吸収特性のデカップリング。
実施例
実施例1:ナフタレンモノイミド(NMI)系材料
図5Aに示されるスキームでは、ナフタレンモノイミドの一般的な合成経路が報告されている。
この合成経路を使用して、いくつかの化合物、例えば化合物NMI1を合成した。
Figure 2018513558
NMI1は、TG(T開始約280℃)、結晶性なし(DSCトレースは融解および結晶化転移を示さない)および可視範囲で吸収を示さないことから分かるように、良好な熱安定性を示す。図5Bを参照されたい。
NMI1誘導体を、以下の構成でp材料(吸収パートナー)としてのキナクリドン(QD)と組み合わせてn材料として使用した:ITO/QD:NMI1=70:30(120nm)/LiF(0.5nm)/AlSiCu100nm/。この素子は、0Vで28%および−1Vで40%の550nmでのEQEを与えた。素子の最適化により、最大45%のEQEが達成された(図5C)。
この材料の電子移動度は1×10−9cm/Vsである。
実施例2:NMI二量体系材料
図6Aに示されるスキームでは、2つの異なるナフタレンモノイミド二量体NMI−B11およびNMI−B15を調製するための合成経路が報告されている。
この2つの化合物は、TG(T開始約400℃)および可視範囲で吸収を示さないことから分かるように、共に優れた熱安定性を示す。図6Bを参照されたい。
NMI−B11誘導体を、以下の構成で吸収p材料としてのキナクリドン(QD)と組み合わせて透明n材料として使用した:ITO/8nm HG01/120nm QD&NMI−B11(7:3)/5nm NBPhen/0.5nm LiF/100nm AlSiCu/100nm LiF。この素子は、0Vで15%および−1Vで23%の550nmでのEQEを与えた(図6C)。電荷転送効率ηCT(−1V、10ns)は95%である。この材料の電子移動度は3×10−5cm/Vsである。
NMIと比較した場合のNMI二量体の電子移動度の改善は、合成され特徴付けられた分子全てについて2〜4桁である。このため、全てのNMI二量体は、電子バッファ層または電子輸送層として使用するのに適している。
実施例3:DTP系材料
図7Aに示されるスキームでは、ジチオエノピロール(DTP系材料DTP6の合成経路が報告されている。
DTP6は、TG(T開始約310℃)、結晶性なし(DSCトレースは融解および結晶化転移を示さない)および可視範囲で吸収を示さないことから分かるように。図7Bを参照されたい。
DTP6誘導体を、以下の構成でアクセプターとしてのサブフタロシアニンクロリド(SubPcCl)と組み合わせてドナーとして使用した:ITO/8nm α−NPD/120nm DTP5&SubPcCl/5nm NBPhen/100nm AlSiCu/100nm LiF。この素子は、0Vで0.7%および−1Vで2%の580nmでのEQEを与えた(図7C)。
実施例4:ナフタレンジイミド(NDI)系材料
ナフタレンジイミド(NDI)NDI1は、以下の化学構造を有する:
Figure 2018513558
吸収スペクトルは、可視範囲で極めて低い光学濃度を示した(図8B)。電子移動度は、10−7〜最大10−5cm/Vsまでになる(図8C)。
NDI1を、以下の構成でドナーとしてのキナクリドン(QD)およびterブチルキナクリドン(BQD)と組み合わせてアクセプター材料として使用した:
ITO/8nm HG01/120nm QD&NDI1(1:1)/3.5nmNBPhen/100nm AlSiCu/100nm LiF
ITO/5nm MoO3/8nm HG01/120nm QD&NDI1(1:1)/3.5nmNBPhen/100nm AlSiCu/100nm LiF
ITO/8nm HG01/120nm BQD&NDI1(7:3)/3.5nmNBPhen/100nm AlSiCu/100nm LiF
ITO/5nm MoO3/8nm HG01/120nm BQD&NDI1(7:3)/3.5nmNBPhen/100nm AlSiCu/100nm LiF
素子を、IV暗、IV光(1.62μW/cm2、550nm)ならびに0Vおよび−1Vの作用スペクトルを測定することによって特徴付けた。結果を図8Dおよび8Eに示す。
NDI1またはNMI−NDI1を、以下の構成でドナーとしてのサブフタロシアニンクロリド(SubPcCl)と組み合わせてアクセプター材料として使用した:
ITO/8nm HG01/80nm SubPcCl&NDI1(1:1)/5nmNBPhen/0.5nm LiF/100nm AlSiCu/100nm LiF
ITO/6nm MoO3/8nm HTM065/148nm SubPcCl&NMI−NDI1(1:1)/5nm NBPhen/0.5nm LiF/100nm AlSiCu/100nm LiF
素子を、0Vおよび−1Vの作用スペクトルを測定することによって特徴付けた。結果を図8Fに示す。
実施例5:さらなるナフタレンジイミド(NDI)系材料
ナフタレンジイミド(NDI)NDI20〜26、NDI28〜29およびNDI35〜38は、以下の化学構造を有する:
Figure 2018513558
図13に示されるスキームでは、材料を合成するための一般的な合成経路が報告されている。
NDI材料は、379〜385nmの範囲で吸収極大を示した(図14)。
エネルギー準位を図15〜図17に示す。
実施例6:p型材料
以下のp型材料を合成し、特徴付けた(図18Aおよび図18Bも参照)。
Figure 2018513558

Figure 2018513558
NDI35を、以下の構成でそれぞれF6SubPcOC6F5を用いてDTT2、DTT9、DTT10またはDTT11の素子においてn−バッファ材料として使用した:
LiF 150nm/AlSiCu 100nm/NDI 35 10nm/DTT9:F6SubPcOC6F5(1:1)200nm/ST1163 10nm/ITO/ガラス。
素子を、例えば、0Vおよび−1Vの作用スペクトルを測定することによって特徴付けた。結果を図19および図20に示す。

Claims (36)

  1. P:Nヘテロ接合または二層もしくは多層接合、特にP1:P2:N1:N2もしくはP1:P2:NもしくはP:N1:N2ヘテロ接合または多層接合に含まれる場合、LUMO解離過程を通して、有色Pまたは有色P材料(P1:P2)もしくは別の有色Nの混合物または有色NとP材料の混合物(P:N2もしくはP1:P2:N2)上に作り出された励起子を効率的に解離するための品質を有する、
    透明N材料であって、
    透明とは可視波長範囲(約400〜約700nm)における約60000cm−1未満の吸収係数または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を指し、
    「有色」とは、約400nm〜約700nmの領域(この領域のどこにでも極大値を有する、またはこの領域のどこでも吸収する)の可視波長範囲における約60000cm−1を超える吸収係数を指す、
    透明N材料。
  2. P:Nヘテロ接合またはP:N二層もしくは多層接合、特にP1:P2:N1:N2もしくはP1:P2:N1もしくはP:N1:N2ヘテロ接合または多層接合に含まれる場合、HOMO解離過程を通して、有色Nまたは有色N材料(N1:N2)材料もしくは別の有色Pの混合物または有色PとN材料の混合物(P2:NもしくはP2:N1:N2)上に作り出された励起子を効率的に解離するための品質を有する、
    透明P材料であって、
    透明とは可視波長範囲(約400〜約700nm)における約60000cm−1未満の吸収係数または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を指し、
    「有色」とは、約400nm〜約700nmの領域(この領域のどこにでも極大値を有する、またはこの領域のどこでも吸収する)の可視波長範囲における約60000cm−1を超える吸収係数を指す、
    透明P材料。
  3. 可視波長範囲(約400〜約700nm)で約60000cm−1未満の吸収係数を有する、または(トルエン中)約60000M−1cm−1未満の吸光係数を有し、
    堆積法(真空蒸着またはスピンコーティングなど)を使用する場合、高品質の均質な膜を形成する有機系化合物である、
    請求項1または2に記載の透明NまたはP材料。
  4. ナフタレンモノイミド(NMI)、
    ナフタレンジイミド(NDI)、
    ナフタレンモノイミドおよび/またはナフタレンジイミドの二量体(NMI−NMI、NDI−NDIまたはNMI−NDI)、
    チオフェンまたはセレノフェン系材料、
    ジチエノピロール(DTP)系およびDTP二量体材料、
    アントラセン系材料、ならびに
    亜鉛配位錯体
    の群から選択される、請求項1から3のいずれか一項に記載の透明NまたはP材料。
  5. 一般式I
    Figure 2018513558
    (式中、
    Rは−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
    Figure 2018513558
    から選択され、

    Figure 2018513558
    から選択され、
    xは1〜10の整数であり、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    式中、特に、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    Figure 2018513558
    から選択され、
    は、特に、
    Figure 2018513558
    から選択される)
    によって表されるナフタレンモノイミド(NMI)系材料である、請求項4に記載の透明NまたはP材料。
  6. 一般式II
    Figure 2018513558
    (式中、
    Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    Bridgeは
    Figure 2018513558
    から選択され、
    xは1〜10の整数であり、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    式中、特に、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    Bridgeは、特に、
    Figure 2018513558
    およびなし(すなわち、直接結合)から選択される)
    によって表されるナフタレンモノイミド二量体(NMI−NMI)系材料である、請求項4または5に記載の透明NまたはP材料。
  7. 一般式III
    Figure 2018513558
    (式中、
    Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    は、各出現において、
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    xは1〜10の整数であり、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    式中、特に、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    は、特に、
    Figure 2018513558
    から選択される)
    によって表されるナフタレンジイミド(NDI)系材料である、
    または一般式IIIa
    Figure 2018513558
    (式中、
    Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    xは1〜10の整数であり、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    式中、特に、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択される)
    によって表されるナフタレンジイミド(NDI)系材料である、
    請求項4に記載の透明NまたはP材料。
  8. 一般式IVまたはV
    Figure 2018513558
    (一般式IV中、
    Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    Bridgeは
    Figure 2018513558
    から選択され、
    xは1〜10の整数であり、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    一般式IV中、特に、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    Bridgeは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    一般式V中、
    Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
    Figure 2018513558

    から独立に選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    Bridgeは
    Figure 2018513558
    から選択され、
    xは1〜10の整数であり、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    一般式V中、特に、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    は、特に、−Br、−H、−OCHCH
    Figure 2018513558
    から選択され、
    Bridgeは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択される)
    によって表されるナフタレンジイミド二量体(NDI−NDI)系材料である、請求項4または7に記載の透明NまたはP材料。
  9. 一般式VI〜VIII
    Figure 2018513558
    (式中、
    Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    Bridgeは
    Figure 2018513558
    から選択され、
    xは1〜10の整数であり、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択される)
    から選択される一般式によって表されるナフタレンモノ−ジイミド二量体(NMI−NDI)系材料である、請求項4から8のいずれか一項に記載の透明NまたはP材料。
  10. 一般式IX〜XI
    Figure 2018513558
    (式中、
    XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
    Zは、CHおよびNから選択され、
    RおよびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アリール基、ビアリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基およびフルオレニル基から独立に選択され、
    式中、特に、
    Xは、特に、SおよびSeから選択され、
    Yは、特に、SおよびSeから選択され、
    Zは、特に、CHおよびNから選択され、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    は、特に、
    Figure 2018513558
    から選択される)
    から選択される一般式によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である、請求項4に記載の透明NまたはP材料。
  11. 一般式XIIまたはXIIb
    Figure 2018513558
    (式中、
    Rは、各出現において、
    Figure 2018513558

    から独立に選択される)
    によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である、請求項4または10に記載の透明NまたはP材料。
  12. 一般式XXII〜XXXVIII:
    Figure 2018513558
    Figure 2018513558
    (式中、
    XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
    Zは、CHおよびNから選択され、
    RおよびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、直鎖および分岐アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アリール基、ビアリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基およびフルオレニル基から独立に選択され、
    式中、特に、
    Xは、特に、SおよびSeから選択され、
    Yは、特に、SおよびSeから選択され、
    Zは、特に、CHおよびNから選択され、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    (式中、RおよびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、CH、アルキル、アリールから独立に選択される)
    から選択される)
    によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である、請求項4に記載の透明NまたはP材料。
  13. 一般式XXXIXまたはXL:
    T−B−T
    XXXIX
    (式中、
    Tは、請求項10または12で定義される一般式IX、X、XIまたはXXII〜XXXVIIIの1つの構造から選択され、
    XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
    ZはCHおよびNから選択され、
    Bは
    Figure 2018513558
    のいずれか1つから選択され、
    およびRは、同じであるまたは異なり、各出現において、H、CH、アルキル、アリールから独立に選択され、
    Rは、各出現において、H、アルキル、アリール、
    Figure 2018513558
    から独立に選択される)
    T−H
    XL
    (式中、
    Tは、請求項10または12で定義される一般式IX、X、XIまたはXXII〜XXXVIIIの1つの構造から選択され、
    XおよびYは、同じであるまたは異なり、各出現において、CH、S、O、Se、N−RおよびSi−Rから独立に選択され、
    ZはCHおよびNから選択され、
    Hは
    Figure 2018513558
    のいずれか1つから選択される)
    によって表されるチオフェンまたはセレノフェン系材料である、請求項10または12に記載の透明NまたはP材料。
  14. 一般式XIII
    Figure 2018513558
    (式中、
    Rは−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
    Figure 2018513558
    から選択され、

    Figure 2018513558
    から選択され、
    は直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子から選択され、
    xは1〜10の整数であり、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    式中、特に、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    は、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    は、特に、直鎖および分岐アルキル基から選択される)
    によって表されるジチエノピロール(DTP)系材料である、請求項4に記載の透明NまたはP材料。
  15. 一般式XIV〜XVI
    Figure 2018513558

    (式中、
    Rは、各出現において、−C2x+1、−C2x+1、−C2x−1
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    は、各出現において、
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    は直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子から選択され、
    nは0または1であり、
    xは1〜10の整数であり、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)であり、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    式中、特に、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    は、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    は、特に、直鎖および分岐アルキル基から選択される)
    から選択される一般式によって表されるジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料である、請求項4または14に記載の透明NまたはP材料。
  16. 一般式XVIIまたはXVIII
    Figure 2018513558

    (式中、
    Rは、各出現において、
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    は直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子から選択され、
    YはCH、S、O、SeおよびN−Rから選択され、
    は、各出現において、H、直鎖および分岐アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン原子、アルキルまたはアリールスルファニル基、アルキルまたはアリールアミン、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ヘテロアリール基、フルオレニル基から独立に選択され、
    式中、特に、
    Rは、特に、
    Figure 2018513558
    から選択され、
    は、特に、直鎖および分岐アルキル基から選択される)
    によって表されるアントラセンまたはアントラセン二量体系材料である、請求項4に記載の透明NまたはP材料。
  17. 一般式XIX〜XXI
    Figure 2018513558
    (式中、
    ORNは、各出現において、
    Figure 2018513558

    から独立に選択され、
    NRNは、各出現において、
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    Lは、各出現において、
    Figure 2018513558
    から独立に選択され、
    Xはハロゲン(F、Cl、Br、I)、CN、CF、COOH、NHから選択され、
    Rはアルキルおよびアリールから選択される)
    から選択される一般式によって表される亜鉛配位錯体系材料である、請求項4に記載の透明NまたはP材料。
  18. 請求項1から15のいずれか一項に記載の透明N材料および/または請求項1から17のいずれか一項に記載の透明P材料を含み、
    特に可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む、
    P:Nヘテロ接合、特にP1:P2:N1:N2ヘテロ接合。
  19. 特に可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む、
    吸収層における請求項1から17のいずれか一項に記載の透明Nおよび/またはP材料の使用。
  20. 特に可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む、
    光電変換層ならびに/あるいは有機光電変換層(複数可)における、OLEDおよびOTFT有機モジュールを含むイメージセンサ、フォトダイオード、有機光電池などの光電子工学用途のための有機および/またはハイブリッドモジュールにおける請求項1から17のいずれか一項に記載の透明Nおよび/またはP材料の使用。
  21. 特に可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含み、
    場合によりさらなる分子(複数可)を含む、
    請求項1から17のいずれか一項に記載の透明Nおよび/またはP材料を含む光電変換層。
  22. 特に可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含み、
    場合によりさらなる分子(複数可)を含む、
    請求項1から17のいずれか一項に記載の透明Nおよび/またはP材料を含む吸収層。
  23. 特に有機イメージセンサ、ハイブリッドイメージセンサ、フォトダイオード、有機光電池、有機発光ダイオード(OLED)、有機薄膜トランジスタ(OTFT)である、請求項1から17のいずれか一項に記載の透明Nおよび/またはP材料(複数可)あるいは請求項21に記載の光電変換層(複数可)を含む素子。
  24. 前記光電変換層が可視吸収範囲で光応答を示す、請求項23に記載の素子。
  25. 請求項1から17のいずれか一項に記載の透明Nおよび/またはP材料(複数可)あるいは請求項21に記載の光電変換層(複数可)を含む、
    および/または特に可視波長範囲(約400〜約700nm)で吸収を示すさらなるNおよび/またはP材料を含む、
    および/またはさらなる分子(複数可)を含む、
    請求項23または24に記載の素子。
  26. (a)請求項21に記載の光電変換層(複数可)を含む有機光変換ユニットと、
    (b)少なくとも1つの電極と、
    (c)基板と、
    (d)場合により、前記光電変換層(複数可)上の第2の電極と
    を含む、
    有機イメージセンサ。
  27. (a)請求項21に記載の光電変換層(複数可)を含む有機光電変換ユニット(複数可)と、
    (b)場合により、Si系光電変換ユニットと、
    (c)金属配線と、
    (d)(CMOS)基板と、
    (e)絶縁層(複数可)、特に酸化物と
    を含む、ハイブリッドシリコン−有機イメージセンサまたは有機イメージセンサ。
  28. 前記有機光電変換ユニットがn−型材料、p−型材料、n−バッファ層および/またはp−バッファ層あるいはこれらの組み合わせまたは混合物などの異なる層を含む、請求項26または27に記載の有機イメージセンサ。
  29. ナフタレンモノイミド(NMI)系材料(一般式Iによって表される)およびナフタレンモノイミド二量体(NMI−NMI)系材料(一般式IIによって表される)を合成する方法であって、
    一級アミンおよび酸の存在下で、4−ブロモ−1,8−ナフタル酸無水物誘導体をイミド化するステップと、
    引き続いて特定のボロン酸エステルまたは「Bridge」ボロン酸エステルとのパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
    を含む方法。
  30. ナフタレンジイミド(NDI)系材料(一般式IIIによって表される)を合成する方法であって、
    R−一級アミンおよび酸の存在下で、2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物誘導体をイミド化するステップと、
    引き続いて特定のR1−ボロン酸エステルとのパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
    を含む方法。
  31. ナフタレンジイミド系二量体(NDI−NDI)系材料(一般式IVによって表される)を合成する方法であって、
    R−一級アミンおよび酸の存在下で、2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物誘導体をモノイミド化するステップと、
    引き続いて「Bridge」−ジアミンおよび酸の存在下で、第2のイミド化を行うステップと
    を含む方法。
  32. ナフタレンジイミド二量体(NDI−NDI)系材料(一般式Vによって表される)を合成する方法であって、
    R−一級アミンおよび酸の存在下で、2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物誘導体をイミド化するステップと、
    引き続いて特定のR1−ボロン酸エステルとのモノパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと、
    引き続いて特定のBridge−ジボロン酸エステルとの第2のパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
    を含む方法。
  33. ナフタレンジモノ−ジイミド二量体(NMI−NDI)系材料(一般式VI〜VIIIから選択される一般式によって表される)を合成する方法であって、
    適当なアミン誘導体を用いて対応する2,6−ジブロモナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物をイミド化するステップと、
    引き続いて特定のジボロン酸エステルとの1回または複数回のパラジウム触媒Suzukiカップリングを行うステップと
    を含む方法。
  34. ジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料(一般式XIVおよびXVから選択される一般式によって表される)を合成する方法であって、
    3,3’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェンと対応するR−アミンのパラジウム触媒Buchwald−HartwigカップリングによってN−置換ジチエノピロール(DTP)コア単位を得るステップと、
    N−ブロモスクシンイミドによる臭素化ステップと、
    引き続いてR1−ボロン酸エステルとのモノパラジウム触媒Suzukiカップリングステップと、
    引き続いて特定のR2−フェニル置換ジボロン酸エステルとのさらなるパラジウム触媒Suzukiカップリングステップと
    を含む方法。
  35. ジチエノピロール二量体(DTP二量体)系材料(一般式XIVによって表される)を合成する方法であって、
    3,3’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェンと対応するR−2フェニル置換ジアミンのパラジウム触媒Buchwald−HartwigカップリングによってN−置換ジチエノピロール(DTP)二量体コア単位を得るステップと、
    N−ブロモスクシンイミドによる臭素化ステップと、
    引き続いてR1−ボロン酸エステルとのモノパラジウム触媒Suzukiカップリングステップと、
    引き続いて特定のR2−フェニル置換ジボロン酸エステルとのさらなるパラジウム触媒Suzukiカップリングステップと
    を含む方法。
  36. 亜鉛配位錯体系材料(一般式XIX、XXおよびXIから選択される一般式によって表される)を合成する方法であって、
    (HO−RN)型および(HN−RN)型の配位子を還流メタノール中で酢酸亜鉛脱水物および塩基と合わせるステップ
    を含む方法。
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