JP2022022138A - 化合物及びこれを用いた光電変換素子 - Google Patents

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貴史 荒木
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Abstract

【課題】新規な半導体材料を提供する。【解決手段】下記式(I)で表される化合物。A1-B1-A1(I)(式(I)中、A1は電子求引性の基を表し、B1は単結合で連結してπ共役系を構成する2以上の構成単位を含む2価の基を表し、該2以上の構成単位のうちの少なくとも1つは下記式(II)で表される第1の構成単位であり、かつ該第1の構成単位以外の残余の第2の構成単位は不飽和結合を含む2価の基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基である。)TIFF2022022138000138.tif39162【選択図】なし

Description

本発明は、化合物及び当該化合物を半導体材料として用いた光電変換素子に関する。
光電変換素子は、例えば、省エネルギー、二酸化炭素の排出量の低減の観点から極めて有用なデバイスであり、注目されている。
光電変換素子とは、陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に設けられる活性層とを少なくとも備える素子である。光電変換素子においては、上記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極を透明又は半透明の材料から構成し、透明又は半透明とした電極側から活性層に光を入射させる。活性層に入射した光のエネルギー(hν)によって、活性層において電荷(正孔及び電子)が生成し、生成した正孔は陽極に向かって移動し、電子は陰極に向かって移動する。そして、陽極及び陰極に到達した電荷は、素子の外部に取り出される。
近年、光電変換素子においてさらなる特性等の向上が求められている。そのため、さらなる種々の半導体材料が開発され、報告されている(特許文献1参照。)。
中国特許出願公開第107652304号明細書
しかしながら、上記特許文献1が報告しているn型半導体材料は、近年の光電変換素子に要求される特性を満たすには十分とはいえない。
よって、光電変換素子に要求される特性を充足させることができるさらなる半導体材料が求められている。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、後述する所定の構造を有する化合物により、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
よって、本発明は、下記[1]~[14]を提供する。
[1] 下記式(I)で表される化合物。

-B-A (I)

(式(I)中、
は、電子求引性の基を表し、
は、単結合で連結してπ共役系を構成する2以上の構成単位を含む2価の基を表し、該2以上の構成単位のうちの少なくとも1つは下記式(II)で表される第1の構成単位であり、かつ該第1の構成単位以外の残余の第2の構成単位は不飽和結合を含む2価の基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基である。
2つあるAは、互いに異なっていてもよい。前記第1の構成単位が2つ以上ある場合、2つ以上ある第1の構成単位は、互いに同一であっても異なっていてもよい。第2の構成単位が2つ以上ある場合、2つ以上ある第2の構成単位は、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
Figure 2022022138000001
(式(II)中、
Ar及びArは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表し、
Yは、-C(=O)-で表される基又は酸素原子を表し、
Rは、それぞれ独立して、
水素原子、
ハロゲン原子、
置換基を有していてもよいアルキル基、
置換基を有していてもよいシクロアルキル基、
置換基を有していてもよいアリール基、
置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいシクロアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいアリールオキシ基、
置換基を有していてもよいアルキルチオ基、
置換基を有していてもよいシクロアルキルチオ基、
置換基を有していてもよいアリールチオ基、
置換基を有していてもよい1価の複素環基、
置換基を有していてもよい置換アミノ基、
置換基を有していてもよいアシル基、
置換基を有していてもよいイミン残基、
置換基を有していてもよいアミド基、
置換基を有していてもよい酸イミド基、
置換基を有していてもよい置換オキシカルボニル基、
置換基を有していてもよいアルケニル基、
置換基を有していてもよいシクロアルケニル基、
置換基を有していてもよいアルキニル基、
置換基を有していてもよいシクロアルキニル基、
シアノ基、
ニトロ基、
-C(=O)-Rで表される基、又は
-SO-Rで表される基を表し、
及びRは、それぞれ独立して、
水素原子、
置換基を有していてもよいアルキル基、
置換基を有していてもよいアリール基、
置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいアリールオキシ基、又は
置換基を有していてもよい1価の複素環基を表す。
複数あるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
[2] Bが、前記第1の構成単位を2つ以上含む、[1]に記載の化合物。
[3] 前記第1の構成単位が、下記式(III)で表される構成単位である、[1]又は[2]に記載の化合物。
Figure 2022022138000002
(式(III)中、
Y及びRは、前記定義のとおりであり、
及びXは、それぞれ独立して、硫黄原子又は酸素原子を表し、
及びZは、それぞれ独立して、=C(R)-で表される基又は窒素原子を表す。)
[4] Bが、前記第1の構成単位を3つ以上含む、[1]~[3]のいずれか1つに記載の化合物。
[5] 前記第2の構成単位が、不飽和結合を含む2価の基及び下記式(IV-1)~式(IV-9)で表される基からなる群から選択される、[1]~[4]のいずれか1つに記載の化合物。
Figure 2022022138000003
(式(IV-1)~式(IV-9)中、X、X、Z、Z及びRは前記定義のとおりである。
Rが2つある場合、2つあるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
[6] Bが、前記第1の構成単位が2つ以上4つ以下連結した2価の基である、[1]~[3]のいずれか1つに記載の化合物。
[7] Bが、下記式(V-1)~式(V-9)で表される構造からなる群から選択されるいずれか1つの構造を有する2価の基である、[5]に記載の化合物。

―CU1-CU2-CU1- (V-1)

―CU1-CU2-CU1-CU2―CU1― (V-2)

-CU2―CU1―CU2―CU1―CU2― (V-3)

―CU1-CU2-CU1-CU2―CU1-CU2-CU1- (V-4)

-CU1-CU1- (V-5)

-CU2-CU1-CU2- (V-6)

-CU1-CU1-CU1- (V-7)

-CU2-CU1-CU1-CU2- (V-8)

-CU2-CU1-CU1-CU1-CU2- (V-9)

(式(V-1)~式(V-9)中、
CU1は、前記第1の構成単位を表し、
CU2は、前記第2の構成単位を表す。
CU1が2つ以上ある場合、2つ以上あるCU1は、互いに同一であっても異なっていてもよく、CU2が2つ以上ある場合、2つ以上あるCU2は、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
[8] p型半導体材料と、n型半導体材料とを含み、該n型半導体材料として、[1]~[7]のいずれか1つに記載の化合物を含む、組成物。
[9] [8]に記載の組成物と、溶媒とを含むインク。
[10] 陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に設けられており、p型半導体材料及びn型半導体材料を含む活性層とを含み、該n型半導体材料として、[1]~[7]のいずれか1つに記載の化合物を含む、光電変換素子。
[11] 光検出素子である、[10]に記載の光電変換素子。
[12] [11]に記載の光電変換素子を含む、イメージセンサー。
[13] [11]に記載の光電変換素子を含む、指紋認証装置。
[14] [11]に記載の光電変換素子を含む、静脈認証装置。
また、本発明の化合物は、下記[X]の態様であってもよい。
[X] [1]に記載の化合物であって、該化合物が、下記式X-1~式X-3で表される化合物である場合は除かれる。
Figure 2022022138000004
本発明によれば、光電変換素子の製造工程又は光電変換素子が適用されるデバイスへの組み込み工程における加熱処理に対する光電変換素子の外部量子効率の低下を抑制し、耐熱性を向上させることができる新規な化合物及びこれを用いた光電変換素子を提供することができる。
図1は、光電変換素子の構成例を模式的に示す図である。 図2は、イメージ検出部の構成例を模式的に示す図である。 図3は、指紋検出部の構成例を模式的に示す図である。 図4は、X線撮像装置用のイメージ検出部の構成例を模式的に示す図である。 図5は、静脈認証装置用の静脈検出部の構成例を模式的に示す図である。 図6は、間接方式のTOF型測距装置用イメージ検出部の構成例を模式的に示す図である。
以下、本発明の実施形態にかかる化合物について説明し、さらには本実施形態にかかる化合物が用いられる光電変換素子について、図面を参照して説明する。なお、図面は、発明が理解できる程度に、構成要素の形状、大きさ及び配置が概略的に示されているに過ぎない。本発明は以下の記述によって限定されるものではなく、各構成要素は本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、本発明の実施形態にかかる構成は、必ずしも図面に示された配置で、製造されたり、使用されたりするとは限らない。
以下の説明において共通して用いられる用語についてまず説明する。
「非フラーレン化合物」とは、フラーレン及びフラーレン誘導体のいずれでもない化合物をいう。
「π共役系」とは、π電子が複数の結合に非局在化している系を意味している。
「高分子化合物」とは、分子量分布を有し、ポリスチレン換算の数平均分子量が、1×10以上1×10以下である重合体を意味する。なお、高分子化合物に含まれる構成単位は、合計100モル%である。
「構成単位」とは、本実施形態の化合物、及び高分子化合物中に1個以上存在している、原料化合物(モノマー)に由来する残基を意味する。
「水素原子」は、軽水素原子であっても、重水素原子であってもよい。
「ハロゲン原子」の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子が挙げられる。
「置換基を有していてもよい」態様には、化合物又は基を構成するすべての水素原子が無置換の場合、及び1個以上の水素原子の一部又は全部が置換基によって置換されている場合の両方の態様が含まれる。
「置換基」の例としては、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、シクロアルキニル基、アルキルオキシ基、シクロアルキルオキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、1価の複素環基、置換アミノ基、アシル基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換オキシカルボニル基、シアノ基、アルキルスルホニル基、及びニトロ基が挙げられる。なお、本明細書において炭素原子数という場合、当該炭素原子数には、置換基の炭素原子数は含まれない。
本明細書において、特に特定しない限り、「アルキル基」は、直鎖状、分岐状、及び環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~50であり、好ましくは1~30であり、より好ましくは1~20である。分岐状又は環状であるアルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~50であり、好ましくは3~30であり、より好ましくは4~20である。
アルキル基の具体例としては、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、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソアミル基、2-エチルブチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基、n-ヘプチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、3-n-プロピルヘプチル基、アダマンチル基、n-デシル基、3,7-ジメチルオクチル基、2-エチルオクチル基、2-n-ヘキシル-デシル基、n-ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル墓、オクタデシル基、イコシル基が挙げられる。
アルキル基は、置換基を有していてもよい。置換基を有するアルキル基は、例えば、上記例示のアルキル基における水素原子が、アルキルオキシ基、アリール基、フッ素原子等の置換基で置換された基である。
置換基を有するアルキルの具体例としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基、3-フェニルプロピル基、3-(4-メチルフェニル)プロピル基、3-(3,5-ジヘキシルフェニル)プロピル基、6-エチルオキシヘキシル基が挙げられる。
「シクロアルキル基」は、単環の基であってもよく、多環の基であってもよい。シクロアルキル基は、置換基を有していてもよい。シクロアルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~30であり、好ましくは12~19である。
シクロアルキル基の例としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、アダマンチル基などの置換基を有しないアルキル基、及びこれらの基における水素原子が、アルキル基、アルキルオキシ基、アリール基、フッ素原子などの置換基で置換された基が挙げられる。
置換基を有するシクロアルキル基の具体例としては、メチルシクロヘキシル基、エチルシクロヘキシル基が挙げられる。
「p価の芳香族炭素環基」とは、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子p個を除いた残りの原子団を意味する。p価の芳香族炭素環基は、置換基をさらに有していてもよい。
「アリール基」は、1価の芳香族炭素環基であって、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子1つを除いた残りの原子団を意味する。
アリール基は、置換基を有していてもよい。アリール基の具体例としては、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1-アントラセニル基、2-アントラセニル基、9-アントラセニル基、1-ピレニル基、2-ピレニル基、4-ピレニル基、2-フルオレニル基、3-フルオレニル基、4-フルオレニル基、2-フェニルフェニル基、3-フェニルフェニル基、4-フェニルフェニル基、及び、これらの基における水素原子が、アルキル基、アルキルオキシ基、アリール基、フッ素原子などの置換基で置換された基が挙げられる。
「アルキルオキシ基」は、直鎖状、分岐状、及び環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルキルオキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~40であり、好ましくは1~10である。分岐状又は環状のアルキルオキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~40であり、好ましくは4~10である。
アルキルオキシ基は、置換基を有していてもよい。アルキルオキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n-ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、tert-ブチルオキシ基、n-ペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、n-ヘプチルオキシ基、n-オクチルオキシ基、2-エチルヘキシルオキシ基、n-ノニルオキシ基、n-デシルオキシ基、3,7-ジメチルオクチルオキシ基、3-ヘプチルドデシルオキシ基、ラウリルオキシ基、及びこれらの基における水素原子が、アルキルオキシ基、アリール基、フッ素原子で置換された基が挙げられる。
「シクロアルキルオキシ基」が有するシクロアルキル基は、単環の基であってもよく、多環の基であってもよい。シクロアルキルオキシ基は、置換基を有していてもよい。シクロアルキルオキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~30であり、好ましくは12~19である。
シクロアルキルオキシ基の例としては、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基などの、置換基を有しないシクロアルキルオキシ基、及びこれらの基における水素原子が、フッ素原子、アルキル基で置換された基が挙げられる。
「アリールオキシ基」の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6~60であり、好ましくは6~48である。
アリールオキシ基は、置換基を有していてもよい。アリールオキシ基の具体例としては、フェノキシ基、1-ナフチルオキシ基、2-ナフチルオキシ基、1-アントラセニルオキシ基、9-アントラセニルオキシ基、1-ピレニルオキシ基、及び、これらの基における水素原子が、アルキル基、アルキルオキシ基、フッ素原子などの置換基で置換された基が挙げられる。
「アルキルチオ基」は、直鎖状、分岐状、及び環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~40であり、好ましくは1~10である。分岐状及び環状のアルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~40であり、好ましくは4~10である。
アルキルチオ基は、置換基を有していてもよい。アルキルチオ基の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ブチルチオ基、イソブチルチオ基、tert-ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、シクロヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、2-エチルヘキシルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、3,7-ジメチルオクチルチオ基、ラウリルチオ基、及びトリフルオロメチルチオ基が挙げられる。
「シクロアルキルチオ基」が有するシクロアルキル基は、単環の基であってもよく、多環の基であってもよい。シクロアルキルチオ基は、置換基を有していてもよい。シクロアルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含まないで、通常3~30であり、好ましくは12~19である。
置換基を有していてもよいシクロアルキルチオ基の例としては、シクロヘキシルチオ基が挙げられる。
「アリールチオ基」の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6~60であり、好ましくは6~48である。
アリールチオ基は、置換基を有していてもよい。アリールチオ基の例としては、フェニルチオ基、C1~C12アルキルオキシフェニルチオ基(C1~C12は、その直後に記載された基の炭素原子数が1~12であることを示す。以下も同様である。)、C1~C12アルキルフェニルチオ基、1-ナフチルチオ基、2-ナフチルチオ基、及びペンタフルオロフェニルチオ基が挙げられる。
「p価の複素環基」(pは、1以上の整数を表す。)とは、置換基を有していてもよい複素環式化合物から、環を構成する炭素原子又はヘテロ原子に直接結合している水素原子のうちp個の水素原子を除いた残りの原子団を意味する。
p価の複素環基は、置換基をさらに有していてもよい。p価の複素環基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含まないで、通常2~30であり、好ましくは2~6である。
複素環式化合物が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、1価の複素環基、置換アミノ基、アシル基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換オキシカルボニル基、アルケニル基、アルキニル基、シアノ基、及びニトロ基が挙げられる。p価の複素環基には、「p価の芳香族複素環基」が含まれる。
「p価の芳香族複素環基」は、置換基を有していてもよい芳香族複素環式化合物から、環を構成する炭素原子又はヘテロ原子に直接結合している水素原子のうちp個の水素原子を除いた残りの原子団を意味する。p価の芳香族複素環基は、置換基をさらに有していてもよい。
芳香族複素環式化合物には、複素環自体が芳香族性を示す化合物に加えて、複素環自体は芳香族性を示さなくとも、複素環に芳香環が縮環している化合物が包含される。
芳香族複素環式化合物のうち、複素環自体が芳香族性を示す化合物の具体例としては、オキサジアゾール、チアジアゾール、チアゾール、オキサゾール、チオフェン、ピロール、ホスホール、フラン、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、トリアジン、ピリダジン、キノリン、イソキノリン、カルバゾール、及びジベンゾホスホールが挙げられる。
芳香族複素環式化合物のうち、芳香族複素環自体が芳香族性を示さず、複素環に芳香環が縮環している化合物の具体例としては、フェノキサジン、フェノチアジン、ジベンゾボロール、ジベンゾシロール、及びベンゾピランが挙げられる。
1価の複素環基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~60であり、好ましくは4~20である。
1価の複素環基は、置換基を有していてもよく、1価の複素環基の具体例としては、例えば、チエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、ピペリジル基、キノリル基、イソキノリル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、及び、これらの基における水素原子が、アルキル基、アルキルオキシ基等で置換された基が挙げられる。
「置換アミノ基」は、置換基を有するアミノ基を意味する。アミノ基が有する置換基の例としては、アルキル基、アリール基、及び1価の複素環基が挙げられ、アルキル基、アリール基、又は1価の複素環基が好ましい。置換アミノ基の炭素原子数は、通常2~30である。
置換アミノ基の例としては、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ジフェニルアミノ基、ビス(4-メチルフェニル)アミノ基、ビス(4-tert-ブチルフェニル)アミノ基、ビス(3,5-ジ-tert-ブチルフェニル)アミノ基等のジアリールアミノ基が挙げられる。
「アシル基」は、置換基を有していてもよい。アシル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~20であり、好ましくは2~18である。アシル基の具体例としては、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、トリフルオロアセチル基、及びペンタフルオロベンゾイル基が挙げられる。
「イミン残基」とは、イミン化合物から、炭素原子-窒素原子二重結合を構成する炭素原子又は窒素原子に直接結合する水素原子1つを除いた残りの原子団を意味する。「イミン化合物」とは、分子内に、炭素原子-窒素原子二重結合を有する有機化合物を意味する。イミン化合物の例として、アルジミン、ケチミン、及びアルジミン中の炭素原子-窒素原子二重結合を構成する窒素原子に結合している水素原子が、アルキル基等で置換された化合物が挙げられる。
イミン残基は、通常、炭素原子数が2~20であり、好ましくは炭素原子数が2~18である。イミン残基の例としては、下記の構造式で表される基が挙げられる。
Figure 2022022138000005
「アミド基」は、アミドから窒素原子に結合した水素原子を1個除いた残りの原子団を意味する。アミド基の炭素原子数は、通常1~20であり、好ましくは1~18である。アミド基の具体例としては、ホルムアミド基、アセトアミド基、プロピオアミド基、ブチロアミド基、ベンズアミド基、トリフルオロアセトアミド基、ペンタフルオロベンズアミド基、ジホルムアミド基、ジアセトアミド基、ジプロピオアミド基、ジブチロアミド基、ジベンズアミド基、ジトリフルオロアセトアミド基、及びジペンタフルオロベンズアミド基が挙げられる。
「酸イミド基」とは、酸イミドから窒素原子に結合した水素原子を1個除いた残りの原子団を意味する。酸イミド基の炭素原子数は、通常4~20である。酸イミド基の具体例としては、下記の構造式で表される基が挙げられる。
Figure 2022022138000006
「置換オキシカルボニル基」とは、R’-O-(C=O)-で表される基を意味する。ここで、R’は、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、又は1価の複素環基を表す。
置換オキシカルボニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~60であり、好ましくは2~48である。
置換オキシカルボニル基の具体例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基、tert-ブトキシカルボニル基、ペンチルオキシカルボニル基、ヘキシルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、ヘプチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、2-エチルヘキシルオキシカルボニル基、ノニルオキシカルボニル基、デシルオキシカルボニル基、3,7-ジメチルオクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基、トリフルオロメトキシカルボニル基、ペンタフルオロエトキシカルボニル基、パーフルオロブトキシカルボニル基、パーフルオロヘキシルオキシカルボニル基、パーフルオロオクチルオキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基、ナフトキシカルボニル基、及びピリジルオキシカルボニル基が挙げられる。
「アルケニル基」は、直鎖状、分岐状、及び環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~30であり、好ましくは3~20である。分岐状又は環状のアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含まないで、通常3~30であり、好ましくは4~20である。
アルケニル基は、置換基を有していてもよい。アルケニル基の具体例としては、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、3-ペンテニル基、4-ペンテニル基、1-ヘキセニル基、5-ヘキセニル基、7-オクテニル基、及び、これらの基における水素原子がアルキル基、アルキルオキシ基、アリール基、フッ素原子で置換された基が挙げられる。
「シクロアルケニル基」は、単環の基であってもよく、多環の基であってもよい。シクロアルケニル基は、置換基を有していてもよい。シクロアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~30であり、好ましくは12~19である。
シクロアルケニル基の例としては、シクロヘキセニル基などの、置換基を有しないシクロアルケニル基、及びこれらの基における水素原子が、アルキル基、アルキルオキシ基、アリール基、フッ素原子で置換された基が挙げられる。
置換基を有するシクロアルケニル基の例としては、メチルシクロヘキセニル基、及びエチルシクロヘキセニル基が挙げられる。
「アルキニル基」は、直鎖状、分岐状、及び環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~20であり、好ましくは3~20である。分岐状又は環状のアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常4~30であり、好ましくは4~20である。
アルキニル基は置換基を有していてもよい。アルキニル基の具体例としては、エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、2-ブチニル基、3-ブチニル基、3-ペンチニル基、4-ペンチニル基、1-ヘキシニル基、5-ヘキシニル基、及び、これらの基における水素原子がアルキルオキシ基、アリール基、フッ素原子で置換された基が挙げられる。
「シクロアルキニル基」は、単環の基であってもよく、多環の基であってもよい。シクロアルキニル基は、置換基を有していてもよい。シクロアルキニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常4~30であり、好ましくは12~19である。
シクロアルキニル基の例としては、シクロヘキシニル基などの置換基を有しないシクロアルキニル基、及びこれらの基における水素原子が、アルキル基、アルキルオキシ基、アリール基、フッ素原子で置換された基が挙げられる。
置換基を有するシクロアルキニル基の例としては、メチルシクロヘキシニル基、及びエチルシクロヘキシニル基が挙げられる。
「アルキルスルホニル基」は、直鎖状でもあってもよく、分岐状であってもよい。アルキルスルホニル基は、置換基を有していてもよい。アルキルスルホニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~30である。アルキルスルホニル基の具体例としては、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、及びドデシルスルホニル基が挙げられる。
化学式に付されうる符合「*」は、結合手を表す。
「インク」は、塗布法に用いられる液状体を意味しており、着色した液に限定されない。また、「塗布法」は、液状物質を用いて膜(層)を形成する方法を包含し、例えば、スロットダイコート法、スリットコート法、ナイフコート法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットコート法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、及びキャピラリーコート法が挙げられる。
インクは、溶液であってよく、分散液、エマルション(乳濁液)、サスペンション(懸濁液)などの分散液であってもよい。
「吸収ピーク波長」とは、所定の波長範囲で測定された吸収スペクトルの吸収ピークに基づいて特定されるパラメータであり、吸収スペクトルの吸収ピークのうちの吸光度が最も大きい吸収ピークの波長をいう。
「外部量子効率」とは、EQE(External Quantum Efficiency)とも称され、光電変換素子に照射された光子の数に対して発生した電子のうち光電変換素子の外部に取り出すことができた電子の数を比率(%)で示した値をいう。
1.化合物
まず、本実施形態の化合物について説明する。本実施形態の化合物は、光電変換素子の特に活性層の半導体材料として好適に用いることができる。なお、活性層において、本実施形態の化合物が、p型半導体材料及びn型半導体材料のうちのいずれとして機能するかは、選択された化合物のHOMOのエネルギーレベルの値又はLUMOのエネルギーレベルの値から相対的に決定することができる。本実施形態の化合物は、光電変換素子の活性層において、特にn型半導体材料として好適に用いることができる。
活性層に含まれるp型半導体材料のHOMO及びLUMOのエネルギーレベルの値と、n型半導体材料のHOMO及びLUMOのエネルギーレベルの値との関係は、光電変換素子(光検出素子)が動作する範囲に適宜設定することができる。
本実施形態の化合物は、下記式(I)で表される化合物である。

-B-A (I)

式(I)中、
は、電子求引性の基を表し、
は、単結合で連結してπ共役系を構成する2以上の構成単位を含む2価の基を表し、該2以上の構成単位のうちの少なくとも1つは下記式(II)で表される第1の構成単位(以下、第1の構成単位CU1とも称する。)であり、かつ該第1の構成単位以外の残余の第2の構成単位(以下、第2の構成単位CU2とも称する。)は不飽和結合を含む2価の基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基である。
2つあるAは、互いに異なっていてもよい。前記第1の構成単位が2つ以上ある場合、2つ以上ある第1の構成単位は、互いに同一であっても異なっていてもよい。第2の構成単位が2つ以上ある場合、2つ以上ある第2の構成単位は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
Figure 2022022138000007
式(II)中、
Ar及びArは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表し、
Yは、-C(=O)-で表される基又は酸素原子を表し、
Rは、それぞれ独立して、
水素原子、
ハロゲン原子、
置換基を有していてもよいアルキル基、
置換基を有していてもよいシクロアルキル基、
置換基を有していてもよいアリール基、
置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいシクロアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいアリールオキシ基、
置換基を有していてもよいアルキルチオ基、
置換基を有していてもよいシクロアルキルチオ基、
置換基を有していてもよいアリールチオ基、
置換基を有していてもよい1価の複素環基、
置換基を有していてもよい置換アミノ基、
置換基を有していてもよいアシル基、
置換基を有していてもよいイミン残基、
置換基を有していてもよいアミド基、
置換基を有していてもよい酸イミド基、
置換基を有していてもよい置換オキシカルボニル基、
置換基を有していてもよいアルケニル基、
置換基を有していてもよいシクロアルケニル基、
置換基を有していてもよいアルキニル基、
置換基を有していてもよいシクロアルキニル基、
シアノ基、
ニトロ基、
-C(=O)-Rで表される基、又は
-SO-Rで表される基を表し、
及びRは、それぞれ独立して、
水素原子、
置換基を有していてもよいアルキル基、
置換基を有していてもよいアリール基、
置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいアリールオキシ基、又は
置換基を有していてもよい1価の複素環基を表す。
複数あるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
本実施形態の化合物は、上記式(I)で表される非フラーレン化合物であって、電子求引性の1価の基である2つのAが、単結合で連結してπ共役系を構成する2以上の構成単位を含む2価の基であるBの両末端に結合した化合物である。以下、本実施形態の化合物を構成しうるA及びBについて具体的に説明する。
(1)Aについて
は、電子求引性の1価の基である。
電子求引性の1価の基であるAの例としては、-CH=C(-CN)で表される基、及び下記式(a-1)~式(a-9)で表される基が挙げられる。
Figure 2022022138000008
式(a-1)~式(a-7)中、
Tは、置換基を有していてもよい炭素環、又は置換基を有していてもよい複素環を表す。炭素環及び複素環は、単環であってもよく、縮合環であってもよい。これらの環が置換基を複数有する場合、複数ある置換基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
Tで表される置換基を有していてもよい炭素環の例としては、芳香族炭素環が挙げられ、好ましくは芳香族炭素環である。Tで表される置換基を有していてもよい炭素環の具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラセン環、ペンタセン環、ピレン環、及びフェナントレン環が挙げられ、好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、及びフェナントレン環であり、より好ましくはベンゼン環及びナフタレン環であり、さらに好ましくはベンゼン環である。これらの環は、置換基を有していてもよい。
Tで表される置換基を有していてもよい複素環の例としては、芳香族複素環が挙げられ、好ましくは芳香族炭素環である。Tで表される置換基を有していてもよい複素環の具体例としては、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、及びチエノチオフェン環が挙げられ、好ましくはチオフェン環、及びピリジン環、ピラジン環、チアゾール環、及びチエノチオフェン環であり、より好ましくはチオフェン環である。これらの環は、置換基を有していてもよい。
Tで表される炭素環又は複素環が有しうる置換基の例としては、ハロゲン原子、アルキル基、アルキルオキシ基、アリール基、及び1価の複素環基が挙げられ、好ましくはフッ素原子、塩素原子、炭素原子数1~6のアルキルオキシ基及び/又は炭素原子数1~6のアルキル基である。
、X、及びXは、それぞれ独立して、酸素原子、硫黄原子、アルキリデン基、又は=C(-CN)で表される基を表し、好ましくは、酸素原子、硫黄原子、又は=C(-CN)で表される基である。
は、水素原子又はハロゲン原子、シアノ基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、置換基を有していてもよいアリール基又は1価の複素環基を表す。Xは、好ましくはシアノ基である。
a1、Ra2、Ra3、Ra4、及びRa5は、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、置換基を有していてもよいアリール基又は1価の複素環基を表し、好ましくは、置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよいアリール基である。
Figure 2022022138000009
式(a-8)及び式(a-9)中、
a6及びRa7は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、置換基を有していてもよいシクロアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい1価の芳香族炭素環基、又は置換基を有していてもよい1価の芳香族複素環基を表し、複数あるRa6及びRa7は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
で表される電子求引性の基の具体例としては、下記式(a-1-1)~式(a-1-4)、並びに式(a-5-1)、式(a-6-1)及び式(a-7-1)で表される基が挙げられる。
Figure 2022022138000010
式(a-1-1)~式(a-1-4)、並びに式(a-5-1)、式(a-6-1)及び式(a-7-1)中、
複数あるRa10は、それぞれ独立して、水素原子又は置換基を表し、
a1、Ra2、Ra3、Ra4、及びRa5は、それぞれ独立して、前記と同義である。
a10は、好ましくは水素原子、ハロゲン原子、アルキルオキシ基、シアノ基又はアルキル基である。Ra1、Ra2、Ra3、Ra4、及びRa5は、好ましくは置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよいアリール基である。
で表される電子求引性の基の好ましい例としては、下記式で表される基が挙げられる。
Figure 2022022138000011
Figure 2022022138000012
(2)Bについて
は、単結合で連結してπ共役系を構成する2以上の構成単位を含む2価の基である。Bは、互いにπ結合している一対以上の原子を含んでおり、π電子雲がBの全体に広がっている2価の基である。
を構成しうる2以上の構成単位のうちの少なくとも1つは、上記式(II)で表される第1の構成単位CU1であり、かつ第1の構成単位CU1以外の残余の第2の構成単位CU2は不飽和結合を含む2価の基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基である。
本実施形態の化合物において、Bは、第1の構成単位CU1を2つ以上含むことが好ましい。
以下、第1の構成単位CU1及び第2の構成単位CU2について具体的に説明する。
(i)第1の構成単位CU1
を構成しうる第1の構成単位CU1は、下記式(II)で表される構成単位である。
Figure 2022022138000013
式(II)中、Ar及びAr、並びにY及びRは、前記定義のとおりである。
Ar及びArを構成しうる芳香族炭素環は、好ましくはベンゼン環及びナフタレン環であり、より好ましくはベンゼン環及びナフタレン環であり、さらに好ましくはベンゼン環である。これらの環は、置換基を有していてもよい。
Ar及びArを構成しうる芳香族複素環は、好ましくはオキサジアゾール環、チアジアゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、チオフェン環、チエノチオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ホスホール環、フラン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、トリアジン環、ピリダジン環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、及びジベンゾホスホール環、並びに、フェノキサジン環、フェノチアジン環、ジベンゾボロール環、ジベンゾシロール環、及びベンゾピラン環である。これらの環は、置換基を有していてもよい。
Rで表されるハロゲン原子は、好ましくはフッ素原子である。
Rで表される置換基を有していてもよいアルキル基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~20のアルキル基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~15のアルキル基であり、さらに好ましくは、置換基を有していてもよい炭素原子数1~12のアルキル基であり、さらにまた好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~10のアルキル基である。
Rで表されるアルキル基が有していてもよい置換基は、好ましくはハロゲン原子であり、より好ましくはフッ素原子及び/又は塩素原子である。
Rで表される置換基を有していてもよいシクロアルキル基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数3~10のシクロアルキル基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数5~6のシクロアルキル基であり、さらに好ましくは置換基を有していてもよいシクロヘキシル基である。
Rで表される置換基を有していてもよいアリール基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数6~15のアリール基であり、より好ましくは置換基を有していてもよいフェニル基又はナフチル基である。
Rで表されるアリール基が有していてもよい置換基は、好ましくはハロゲン原子(例、塩素原子、フッ素原子)、炭素原子数1~12のアルキル基(例、メチル基、トリフルオロメチル基、tert-ブチル基、オクチル基、ドデシル基)、炭素原子数1~12のアルキルオキシ基(例、メトキシ基、エトキシ基、オクチルオキシ基)、炭素原子数1~12のアルキルスルホニル基(例、ドデシルスルホニル基)、及び/又はシアノ基である。
Rで表される置換基を有していてもよいアルキルオキシ基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~10のアルキルオキシ基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~8のアルキルオキシ基であり、さらに好ましくは、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、3-メチルブチルオキシ、又は2-エチルヘキシルオキシ基であって、これらの基は置換基を有していてもよい。
Rで表される置換基を有していてもよいアリールオキシ基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数6~15のアリールオキシ基であり、より好ましくは置換基を有していてもよいフェニルオキシ基又はアントラセニルオキシ基である。
Rで表されるアリールオキシ基が有していてもよい置換基は、好ましくは炭素原子数1~12のアルキル基であり、より好ましくは炭素原子数1~6のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
Rで表される置換基を有していてもよいアルキルチオ基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~6のアルキルチオ基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~3のアルキルチオ基であり、さらに好ましくは置換基を有していてもよいメチルチオ基又はプロピルチオ基である。
Rで表される置換基を有していてもよいアリールチオ基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数6~10のアリールチオ基であり、より好ましくは置換基を有していてもよいフェニルチオ基である。
Rで表されるアリールチオ基が有していてもよい置換基は、好ましくは炭素原子数1~12のアルキル基であり、より好ましくは炭素原子数1~6のアルキル基であり、さらに好ましくはメチル基である。
Rで表される置換基を有していてもよい1価の複素環基は、好ましくは置換基を有していてもよい5員又は6員である1価の複素環基である。5員である1価の複素環基の例としては、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、イソチアゾリル基、オキサゾリル基、イソオキサゾリル基、及びピロリジニル基が挙げられる。6員である1価の複素環基の例としては、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、モルホリニル基、及びテトラヒドロピラニル基が挙げられる。
Rで表される置換基を有していてもよい1価の複素環基は、より好ましくはチエニル基、フリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、ピリジル基、又はピラジル基であり、これらの基は置換基を有していてもよい。
Rで表される1価の複素環基が有していてもよい置換基は、好ましくは炭素原子数1~12のアルキル基(例、メチル基、トリフルオロメチル基、プロピル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基)である。
Rで表される置換基を有していてもよいアルケニル基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数2~10のアルケニル基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数2~6のアルケニル基であり、さらに好ましくは置換基を有していてもよい2-プロペニル基又は5-ヘキセニル基である。
Rで表される置換基を有していてもよいシクロアルケニル基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数3~10のシクロアルケニル基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数6~7のシクロアルケニル基であり、さらに好ましくは置換基を有していてもよいシクロヘキセニル基又はシクロヘプテニル基である。
Rで表されるシクロアルケニル基が有していてもよい置換基は、好ましくは炭素原子数1~12のアルキル基である。
Rで表される置換基を有していてもよいアルキニル基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数2~10のアルキニル基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数5~6のアルキニル基であり、さらに好ましくは置換基を有していてもよい5-ヘキシニル基又は3-メチル-1-ブチニル基である。
Rで表される置換基を有していてもよいシクロアルキニル基は、好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数6~10のシクロアルキニル基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数7~8のシクロアルキニル基であり、さらに好ましくは、置換基を有していてもよいシクロヘプチニル基又はシクロオクチニル基である。
Rで表されるシクロアルキニル基が有していてもよい置換基は、好ましくはC1~C12アルキル基である。
複数あるRは、それぞれ独立して、好ましくは置換基を有していてもよいアルキル基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~15のアルキル基であり、さらに好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~12のアルキル基であり、さらにまた好ましくは、置換基を有していてもよい炭素原子数1~10のアルキル基である。複数あるRが、いずれも置換基を有していてもよい炭素原子数1~10のアルキル基であることが特に好ましい。
Rで表される-C(=O)-Rで表される基及び-SO-Rで表される基において、Rは、好ましくは、水素原子であり、Rは、好ましくは置換基を有していてもよいアルキル基又は置換基を有していてもよいアルキルオキシ基であり、より好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~12のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素原子数1~12のアルキルオキシ基であり、さらに好ましくは置換基を有していてもよい炭素原子数1~12のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素原子数1~6のアルキルオキシ基であり、さらにまた好ましくは、メチル基、エチル基、2-メチルプロピル基、オクチル基、ドデシル基、又はエトキシ基であり、これらの基は置換基を有していてもよい。
を構成しうる前記式(II)で表される第1の構成単位CU1は、下記式(III)で表される構成単位であることが好ましい。
Figure 2022022138000014
式(III)中、
Y及びR、X及びX、並びにZ及びZは、前記定義のとおりである。
を構成しうる前記式(III)で表される第1の構成単位CU1は、下記式(III-1)で表される構成単位であることが好ましい。
Figure 2022022138000015
式(III-1)中、R、X及びX、並びにZ及びZは、前記定義のとおりである。
式(III-1)で表される構成単位の例としては、下記式(III-1-1)~式(III-1-16)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2022022138000016
前記式(III-1)で表される第1の構成単位CU1の好ましい具体例としては、下記式で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2022022138000017
を構成しうる式(III)で表される第1の構成単位CU1は、下記式(III-2)で表される構成単位であることが好ましい。
Figure 2022022138000018
式(III-2)中、X及びX、Z及びZ並びにRは、前記定義のとおりである。
式(III-2)で表される構成単位の例としては、下記式(III-2-1)~式(III-2-16)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2022022138000019
式(III-2)で表される構成単位の好ましい具体例としては、下記式で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2022022138000020
本実施形態の化合物において、Bは、第1の構成単位CU1を3つ以上含むことが好ましい。
本実施形態の化合物において、Bは、第1の構成単位CU1が2つ以上4つ以下連結した2価の基であることが好ましい。
(ii)第2の構成単位CU2
第2の構成単位CU2は、不飽和結合を含む2価の基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基である。
第2の構成単位CU2である「不飽和結合を含む2価の基」とは、例えば、-(CR=CR)n-で表される基(Rは前記定義のとおりであり、nは1以上の整数である。nの値は、好ましくは1又は2であり、より好ましくは1である。)、-C≡C-で表される基を表す。
第2の構成単位CU2である「不飽和結合を含む2価の基」の具体例としては、エテン-1,2-ジイル基、1,3-ブタジエン-1,4-ジイル基、アセチレン-1,2-ジイル基が挙げられる。
本実施形態の化合物において、第2の構成単位CU2は、不飽和結合を含む2価の基及び下記式(IV-1)~式(IV-9)で表される基からなる群から選択される構成単位であることが好ましく、中でも、式(IV-1)~式(IV-6)で表される基からなる群から選択される構成単位であることがより好ましい。
Figure 2022022138000021
式(IV-1)~式(IV-9)中、X、X、Z、Z及びRは前記定義のとおりである。
Rが2つある場合、2つあるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
第2の構成単位CU2のより具体的な好ましい例としては、下記式で表される構成単位が挙げられる。これらの構成単位は、さらに置換基を有していてもよい。
Figure 2022022138000022
本実施形態の化合物において、Bは、既に説明したとおり、2以上の構成単位を含み、当該2以上の構成単位のうちの少なくとも1つが第1の構成単位CU1であり、かつ該第1の構成単位CU1以外の残余の構成単位が第2の構成単位CU2である。
に含まれる第1の構成単位CU1及び第2の構成単位CU2の組合せ及びその配列の態様は、π共役系を構成することができることを条件として、特に制限されない。
は、下記式(V-1)~式(V-9)で表される構造からなる群から選択されるいずれか1つの構造を有する2価の基であることが好ましい。

―CU1-CU2-CU1- (V-1)

―CU1-CU2-CU1-CU2―CU1― (V-2)

-CU2―CU1―CU2―CU1―CU2― (V-3)

―CU1-CU2-CU1-CU2―CU1-CU2-CU1- (V-4)

-CU1-CU1- (V-5)

-CU2-CU1-CU2- (V-6)

-CU1-CU1-CU1- (V-7)

-CU2-CU1-CU1-CU2- (V-8)

-CU2-CU1-CU1-CU1-CU2- (V-9)
式(V-1)~式(V-9)中、
CU1は、第1の構成単位CU1を表し、
CU2は、第2の構成単位CU2を表す。
CU1が2つ以上ある場合、2つ以上あるCU1は、互いに同一であっても異なっていてもよく、CU2が2つ以上ある場合、2つ以上あるCU2は、互いに同一であっても異なっていてもよい。
前記式(V-1)~式(V-9)のうちでは、式(V-1)、式(V-3)、式(V-5)、式(V-6)、式(V-7)、式(V-8)及び式(V-9)で表される構造を有する2価の基が好ましく、式(V-1)、式(V-3)、式(V-7)及び式(V-9)で表される構造を有する2価の基がより好ましい。
に含まれうる第1の構成単位CU1及び第2の構成単位CU2の個数の総和は、通常2以上であり、好ましくは3以上であり、通常7以下であり、好ましくは5以下である。
に含まれうる第1の構成単位CU1の個数は、通常1以上であり、好ましくは2以上であり、より好ましくは3以上である。
に含まれうる第2の構成単位CU2の個数は、通常5以下であり、好ましくは3以下であり、より好ましくは1以下である。
の具体的な好ましい例としては、下記式で表される2価の基が挙げられる。
Figure 2022022138000023
Figure 2022022138000024
Figure 2022022138000025
Figure 2022022138000026
Figure 2022022138000027
式中、Rは前記定義のとおりである。
本実施形態の式(I)で表される化合物の具体例としては、下記式で表される化合物が挙げられる。
Figure 2022022138000028
Figure 2022022138000029
Figure 2022022138000030
Figure 2022022138000031
Figure 2022022138000032
本実施形態の式(I)で表される化合物のより具体的な好ましい例としては、下記式N-1~式N-16で表される化合物が挙げられる。
Figure 2022022138000033
Figure 2022022138000034
Figure 2022022138000035
Figure 2022022138000036
Figure 2022022138000037
Figure 2022022138000038
本実施形態の化合物は、光電変換素子の活性層の半導体材料、特にn型半導体材料である非フラーレン化合物として好適に用いることができる。
特に本実施形態の化合物を、n型半導体材料として活性層の材料に用いれば、光電変換素子の製造工程又は光電変換素子が適用されるデバイスへの組み込み工程などにおける加熱処理に対するEQEの低下を抑制するか又はEQEをより向上させ、耐熱性を向上させることができる。
n型半導体材料として用いられる本実施形態の化合物は、2種以上が活性層の材料として含まれていてもよい。
光電変換素子(詳細については後述する。)の活性層は、特にn型半導体材料として本実施形態の化合物のみを含んでいてもよく、n型半導体材料である本実施形態の化合物以外の化合物を、さらなるn型半導体材料として含んでいてもよい。さらなるn型半導体材料として含まれうる本実施形態の化合物以外の化合物は、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。
低分子化合物である「本実施形態の化合物」以外のn型半導体材料(電子受容性化合物)の例としては、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアントラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、8-ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、並びに、バソクプロイン等のフェナントレン誘導体が挙げられる。
高分子化合物である「本実施形態の化合物」以外のn型半導体材料の例としては、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミン構造を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、並びに、ポリフルオレン及びその誘導体が挙げられる。
「本実施形態の化合物」以外の化合物には、フラーレン誘導体が含まれうる。
ここで、フラーレン誘導体とは、フラーレン(C60フラーレン、C70フラーレン、C76フラーレン、C78フラーレン、及びC84フラーレン)のうちの少なくとも一部が修飾された化合物をいう。換言すると、フラーレン骨格に付加された1つ以上の基を有する化合物をいう。以下、特にC60フラーレンのフラーレン誘導体を「C60フラーレン誘導体」といい、C70フラーレンのフラーレン誘導体を「C70フラーレン誘導体」という場合がある。
「本実施形態の化合物」以外のn型半導体材料として用いられうるフラーレン誘導体は、本発明の目的を損なわない限り特に限定されない。
「本実施形態の化合物」以外のn型半導体材料として用いられうるC60フラーレン誘導体の具体例としては、下記の化合物が挙げられる。
Figure 2022022138000039
式中、Rは前記定義のとおりである。Rが複数ある場合、複数あるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
70フラーレン誘導体の例としては、下記の化合物が挙げられる。
Figure 2022022138000040
2.光電変換素子
本実施形態にかかる光電変換素子は、陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に設けられており、p型半導体材料及びn型半導体材料を含む活性層とを含み、該n型半導体材料として、既に説明した本実施形態の化合物を含む、光電変換素子である。
本実施形態の光電変換素子によれば、上記の構成を有することにより、光電変換素子の製造工程又は光電変換素子が適用されるデバイスへの組み込み工程などにおける加熱処理に対する外部量子効率の低下を抑制し、耐熱性を効果的に向上させることができる。
ここで、本実施形態の光電変換素子が取りうる構成例について説明する。図1は、本実施形態の光電変換素子の構成を模式的に示す図である。
図1に示されるように、光電変換素子10は、支持基板11に設けられている。光電変換素子10は、支持基板11に接するように設けられている陽極12と、陽極12に接するように設けられている正孔輸送層13と、正孔輸送層13に接するように設けられている活性層14と、活性層14に接するように設けられている電子輸送層15と、電子輸送層15に接するように設けられている陰極16とを備えている。この構成例では、陰極16に接するように封止部材17がさらに設けられている。
以下、本実施形態の光電変換素子に含まれうる構成要素について具体的に説明する。
(基板)
光電変換素子は、通常、基板(支持基板)上に形成される。また、さらに基板(封止基板)により封止される場合もある。基板には、通常、陽極及び陰極からなる一対の電極のうちの一方が形成される。基板の材料は、特に有機化合物を含む層を形成する際に化学的に変化しない材料であれば特に限定されない。
基板の材料としては、例えば、ガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコンが挙げられる。不透明な基板が用いられる場合には、不透明な基板側に設けられる電極とは反対側の電極(換言すると、不透明な基板から遠い側の電極)が透明又は半透明の電極とされることが好ましい。
(電極)
光電変換素子は、一対の電極である陽極及び陰極を含んでいる。陽極及び陰極のうち、少なくとも一方の電極は、光を入射させるために、透明又は半透明の電極とすることが好ましい。
透明又は半透明の電極の材料の例としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、及びそれらの複合体であるインジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、NESA等の導電性材料、金、白金、銀、銅が挙げられる。透明又は半透明である電極の材料としては、ITO、IZO、酸化スズが好ましい。また、電極として、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体などの有機化合物が材料として用いられる透明導電膜を用いてもよい。透明又は半透明の電極は、陽極であっても陰極であってもよい。
一対の電極のうちの一方の電極が透明又は半透明であれば、他方の電極は光透過性の低い電極であってもよい。光透過性の低い電極の材料の例としては、金属、及び導電性高分子が挙げられる。光透過性の低い電極の材料の具体例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム等の金属、及びこれらのうちの2種以上の合金、又は、これらのうちの1種以上の金属と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン及び錫からなる群から選ばれる1種以上の金属との合金、グラファイト、グラファイト層間化合物、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体が挙げられる。合金としては、マグネシウム-銀合金、マグネシウム-インジウム合金、マグネシウム-アルミニウム合金、インジウム-銀合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金、及びカルシウム-アルミニウム合金が挙げられる。
(活性層)
本実施形態の光電変換素子が備える活性層は、バルクヘテロジャンクション型の構造を有することが想定されており、p型半導体材料と、n型半導体材料とを含み、該n型半導体材料として、本実施形態の化合物を含む(詳細については後述する。)。
本実施形態において、活性層の厚さは、特に限定されない。活性層の厚さは、暗電流の抑制と生じた光電流の取り出しとのバランスを考慮して、任意好適な厚さとすることができる。活性層の厚さは、特に暗電流をより低減する観点から、好ましくは100nm以上であり、より好ましくは150nm以上であり、さらに好ましくは200nm以上である。また、活性層の厚さは、好ましくは10μm以下であり、より好ましくは5μm以下であり、さらに好ましくは1μm以下である。
本実施形態において活性層は、200℃以上の加熱温度で加熱される処理を含む工程により形成される(詳細は後述する。)。
ここで、本実施形態にかかる活性層の材料として、既に説明した本実施形態の化合物であるn型半導体材料と組み合わせて好適に用いることができるp型半導体材料について説明する。
p型半導体材料は、所定のポリスチレン換算の重量平均分子量を有する高分子化合物であることが好ましい。
ここで、ポリスチレン換算の重量平均分子量とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い、ポリスチレンの標準試料を用いて算出した重量平均分子量を意味する。
p型半導体材料のポリスチレン換算の重量平均分子量は、特に溶媒に対する溶解性を向上させる観点から、3000以上500000以下であることが好ましい。
本実施形態において、p型半導体材料は、ドナー構成単位(D構成単位ともいう。)とアクセプター構成単位(A構成単位ともいう。)とを含むπ共役高分子化合物(D-A型共役高分子化合物ともいう。)であることが好ましい。なお、いずれがドナー構成単位又はアクセプター構成単位であるかは、HOMO又はLUMOのエネルギーレベルから相対的に決定しうる。
ここで、ドナー構成単位はπ電子が過剰である構成単位であり、アクセプター構成単位はπ電子が欠乏している構成単位である。
本実施形態において、p型半導体材料を構成しうる構成単位には、ドナー構成単位とアクセプター構成単位とが直接的に結合した構成単位、さらにはドナー構成単位とアクセプター構成単位とが、任意好適なスペーサー(基又は構成単位)を介して結合した構成単位も含まれる。
高分子化合物であるp型半導体材料としては、例えば、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミン構造を含むポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体が挙げられる。
本実施形態のp型半導体材料は、下記式(VI)で表される構成単位を含む高分子化合物であることが好ましい。下記式(VI)で表される構成単位は、本実施形態においては、通常、ドナー構成単位である。
Figure 2022022138000041
式(VI)中、Ar及びArは、置換基を有していてもよい3価の芳香族複素環基を表し、Zは下記式(Z-1)~式(Z-7)で表される基を表す。
Figure 2022022138000042
式(Z-1)~(Z-7)中、
Rは、前記定義のとおりである。
式(Z-1)~式(Z-7)のそれぞれにおいて、Rが2つある場合、2つのRは互いに同一であっても異なっていてもよい。
Ar及びArを構成しうる芳香族複素環には、複素環自体が芳香族性を示す単環及び縮合環に加えて、環を構成する複素環自体は芳香族性を示さなくとも、複素環に芳香環が縮合している環が包含される。
Ar及びArを構成しうる芳香族複素環は、それぞれ単環であってもよく、縮合環であってもよい。芳香族複素環が縮合環である場合、縮合環を構成する環の全部が芳香族性を有する縮合環であってもよく、一部のみが芳香族性を有する縮合環であってもよい。これらの環が複数の置換基を有する場合、これらの置換基は、同一であっても異なっていてもよい。
Ar及びArを構成しうる芳香族炭素環の具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラセン環、ペンタセン環、ピレン環、及びフェナントレン環が挙げられ、好ましくはベンゼン環及びナフタレン環であり、より好ましくはベンゼン環及びナフタレン環であり、さらに好ましくはベンゼン環である。これらの環は、置換基を有していてもよい。
芳香族複素環の具体例としては、芳香族複素環式化合物として既に説明した化合物が有する環構造が挙げられ、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、チオフェン環、ピロール環、ホスホール環、フラン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、トリアジン環、ピリダジン環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、及びジベンゾホスホール環、並びに、フェノキサジン環、フェノチアジン環、ジベンゾボロール環、ジベンゾシロール環、及びベンゾピラン環が挙げられる。これらの環は、置換基を有していてもよい。
式(VI)で表される構成単位は、下記式(VII)又は(VIII)で表される構成単位であることが好ましい。換言すると、本実施形態においてp型半導体材料は、下記式(VII)又は(VIII)で表される構成単位を含む高分子化合物であることが好ましい。
Figure 2022022138000043
式(VII)及び(VIII)中、Ar、Ar及びRは、前記定義のとおりである。
式(VI)及び(VIII)で表される好適な構成単位の例としては、下記式(VI-1)及び(VI-2)、並びに式(VIII-1)及び(VIII-2)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2022022138000044
式(VI-1)、式(VI-2)、式(VIII-1)及び式(VIII-2)中、
Rは前記定義のとおりである。
Rが2つある場合、2つあるRは同一であっても異なっていてもよい。
式(VI-1)で表されるより具体的な好ましい構成単位の例としては、下記式(VI-1-1)及び式(VI-1-2)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2022022138000045
また、式(VII)で表される構成単位は、下記式(IX)で表される構成単位であることが好ましい。換言すると、本実施形態において、p型半導体材料は、下記式(IX)で表される構成単位を含む高分子化合物であってもよい。
Figure 2022022138000046
式(IX)中、
及びXは、それぞれ独立して、硫黄原子又は酸素原子であり、
及びZは、それぞれ独立して、=C(R)-で表される基又は窒素原子であり、
Rは、前記定義のとおりである。
式(IX)で表される好ましい構成単位の例としては、下記式(IX-1)~式(IX-16)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2022022138000047
式(IX)で表される構成単位としては、X及びXが硫黄原子であり、Z及びZが=C(R)-で表される基である構成単位が好ましい。
本実施形態においてp型半導体材料である高分子化合物は、下記式(X)で表される構成単位を含むことが好ましい。下記式(X)で表される構成単位は、本実施形態においては、通常、アクセプター構成単位である。
Figure 2022022138000048
式(X)中、Arは2価の芳香族複素環基を表す。
Arで表される2価の芳香族複素環基の炭素原子数は、通常2~60であり、好ましくは4~60であり、より好ましくは4~20である。
Arで表される2価の芳香族複素環基は置換基を有していてもよい。Arで表される2価の芳香族複素環基が有していてもよい置換基の例としては、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよいアルキルチオ基、置換基を有していてもよいアリールチオ基、置換基を有していてもよい1価の複素環基、置換基を有していてもよい置換アミノ基、置換基を有していてもよいアシル基、置換基を有していてもよいイミン残基、置換基を有していてもよいアミド基、置換基を有していてもよい酸イミド基、置換基を有していてもよい置換オキシカルボニル基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルキニル基、シアノ基、及びニトロ基が挙げられる。
式(X)で表される構成単位としては、下記式(X-1)~式(X-10)で表される構成単位が好ましい。
Figure 2022022138000049
式(X-1)~式(X-10)中、
、X、Z、Z及びRは前記定義のとおりである。
Rが2つある場合、2つあるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
原料化合物の入手性の観点から、式(X-1)~式(X-10)中のX及びXは、いずれも硫黄原子であることが好ましい。
なお、式(X-1)~式(X-10)で表される構成単位は、上記のとおり、通常、アクセプター構成単位として機能しうる。しかしながらこれに限定されず、特に式(X-4)、式(X-5)および式(X-7)で表される構成単位は、ドナー構成単位としても機能しうる。
本実施形態において、p型半導体材料は、チオフェン骨格を含む構成単位を含み、π共役系を含むπ共役高分子化合物であることが好ましい。
Arで表される2価の芳香族複素環基の具体例としては、下記式(101)~式(191)で表される基が挙げられる。これらの基はさらに置換基を有していてもよい。
Figure 2022022138000050
Figure 2022022138000051
Figure 2022022138000052
Figure 2022022138000053
式(101)~式(191)中、Rは前記と同義である。Rが複数ある場合、複数あるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
本実施形態のp型半導体材料である高分子化合物は、ドナー構成単位として式(VI)で表される構成単位を含み、かつアクセプター構成単位として式(X)で表される構成単位を含むπ共役高分子化合物であることが好ましい。
p型半導体材料である高分子化合物は、2種以上の式(VI)で表される構成単位を含んでいてもよく、2種以上の式(X)で表される構成単位を含んでいてもよい。
例えば、溶媒に対する溶解性を向上させる観点から、本実施形態のp型半導体材料である高分子化合物は、下記式(XI)で表される構成単位を含んでいてもよい。
Figure 2022022138000054
式(XI)中、Arはアリーレン基を表す。
Arで表されるアリーレン基とは、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から、水素原子を2個除いた残りの原子団を意味する。芳香族炭化水素には、縮合環を有する化合物、独立したベンゼン環及び縮合環からなる群から選ばれる2個以上が、直接的に又はビニレン基などの2価の基を介して結合した化合物も含まれる。
芳香族炭化水素が有していてもよい置換基の例としては、複素環式化合物が有していてもよい置換基として例示された置換基と同様の置換基が挙げられる。
Arで表されるアリーレン基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで通常6~60であり、好ましくは6~20である。置換基を含めたアリーレン基の炭素原子数は、通常6~100である。
Arで表されるアリーレン基の例としては、フェニレン基(例えば、下記式1~式3)、ナフタレン-ジイル基(例えば、下記式4~式13)、アントラセン-ジイル基(例えば、下記式14~式19)、ビフェニル-ジイル基(例えば、下記式20~式25)、ターフェニル-ジイル基(例えば、下記式26~式28)、縮合環化合物基(例えば、下記式29~式35)、フルオレン-ジイル基(例えば、下記式36~式38)、及びベンゾフルオレン-ジイル基(例えば、下記式39~式46)が挙げられる。
Figure 2022022138000055
Figure 2022022138000056
Figure 2022022138000057
Figure 2022022138000058
Figure 2022022138000059
Figure 2022022138000060
Figure 2022022138000061
Figure 2022022138000062
式中、Rは前記定義のとおりである。複数あるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
式(XI)で表される構成単位は、下記式(XII)で表される構成単位であることが好ましい。
Figure 2022022138000063
式(XII)中、Rは、前記定義のとおりである。2つあるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
p型半導体材料である高分子化合物を構成する構成単位は、上記の構成単位から選択される2種以上の構成単位が2つ以上組み合わされて連結された構成単位であってもよい。
p型半導体材料としての高分子化合物が、式(VI)で表される構成単位及び/又は式(X)で表される構成単位を含む場合、式(VI)で表される構成単位及び式(X)で表される構成単位の合計量は、高分子化合物が含むすべての構成単位の量を100モル%とすると、通常20モル%~100モル%であり、p型半導体材料としての電荷輸送性を向上させることができるので、好ましくは40モル%~100モル%であり、より好ましくは50モル%~100モル%である。
本実施形態のp型半導体材料である高分子化合物の具体例としては、下記式(P-1)~(P-17)で表される高分子化合物が挙げられる。
Figure 2022022138000064
Figure 2022022138000065
Figure 2022022138000066
Figure 2022022138000067
Figure 2022022138000068
Figure 2022022138000069
Figure 2022022138000070
式中、Rは、前記定義のとおりである。複数あるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
p型半導体材料として、上記例示の高分子化合物を用いれば、光電変換素子の製造工程又は光電変換素子が適用されるデバイスへの組み込み工程などにおける加熱処理に対EQEの低下を抑制するか又はEQEをより向上させることができ、光電変換素子の耐熱性を向上させることができる。
(中間層)
図1に示されるとおり、本実施形態の光電変換素子は、光電変換効率などの特性を向上させるための構成要素として、例えば、電荷輸送層(電子輸送層、正孔輸送層、電子注入層、正孔注入層)などの中間層(バッファー層)を備えていることが好ましい。
また、中間層に用いられる材料の例としては、カルシウムなどの金属、酸化モリブデン、酸化亜鉛などの無機酸化物半導体、及びPEDOT(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン))とPSS(ポリ(4-スチレンスルホネート))との混合物(PEDOT:PSS)が挙げられる。
図1に示されるように、光電変換素子は、陽極と活性層との間に、正孔輸送層を備えることが好ましい。正孔輸送層は、活性層から電極へと正孔を輸送する機能を有する。
陽極に接して設けられる正孔輸送層を、特に正孔注入層という場合がある。陽極に接して設けられる正孔輸送層(正孔注入層)は、陽極への正孔の注入を促進する機能を有する。正孔輸送層(正孔注入層)は、活性層に接していてもよい。
正孔輸送層は、正孔輸送性材料を含む。正孔輸送性材料の例としては、ポリチオフェン及びその誘導体、芳香族アミン化合物、芳香族アミン残基を有する構成単位を含む高分子化合物、CuSCN、CuI、NiO、酸化タングステン(WO)及び酸化モリブデン(MoO)が挙げられる。
中間層は、従来公知の任意好適な形成方法により形成することができる。中間層は、真空蒸着法や活性層の形成方法と同様の塗布法により形成することができる。
本実施形態にかかる光電変換素子は、中間層が電子輸送層であって、基板(支持基板)、陽極、正孔輸送層、活性層、電子輸送層、陰極がこの順に互いに接するように積層された構成を有することが好ましい。
図1に示されるように、本実施形態の光電変換素子は、陰極と活性層との間に、中間層として電子輸送層を備えていることが好ましい。電子輸送層は、活性層から陰極へと電子を輸送する機能を有する。電子輸送層は、陰極に接していてもよい。電子輸送層は活性層に接していてもよい。
陰極に接して設けられる電子輸送層を、特に電子注入層という場合がある。陰極に接して設けられる電子輸送層(電子注入層)は、活性層で発生した電子の陰極への注入を促進する機能を有する。
電子輸送層は、電子輸送性材料を含む。電子輸送性材料の例としては、ポリアルキレンイミン及びその誘導体、フルオレン構造を含む高分子化合物、カルシウムなどの金属、金属酸化物が挙げられる。
ポリアルキレンイミン及びその誘導体の例としては、エチレンイミン、プロピレンイミン、ブチレンイミン、ジメチルエチレンイミン、ペンチレンイミン、ヘキシレンイミン、ヘプチレンイミン、オクチレンイミンといった炭素原子数2~8のアルキレンイミン、特に炭素原子数2~4のアルキレンイミンの1種又は2種以上を常法により重合して得られるポリマー、ならびにそれらを種々の化合物と反応させて化学的に変性させたポリマーが挙げられる。ポリアルキレンイミン及びその誘導体としては、ポリエチレンイミン(PEI)及びエトキシ化ポリエチレンイミン(PEIE)が好ましい。
フルオレン構造を含む高分子化合物の例としては、ポリ[(9,9-ビス(3’-(N,N-ジメチルアミノ)プロピル)-2,7-フルオレン)-オルト-2,7-(9,9’-ジオクチルフルオレン)](PFN)及びPFN-P2が挙げられる。
金属酸化物の例としては、酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、酸化チタン及び酸化ニオブが挙げられる。金属酸化物としては、亜鉛を含む金属酸化物が好ましく、中でも酸化亜鉛が好ましい。
その他の電子輸送性材料の例としては、ポリ(4-ビニルフェノール)、ペリレンジイミドが挙げられる。
(封止部材)
本実施形態の光電変換素子は、封止部材をさらに含み、かかる封止部材により封止された封止体とすることが好ましい。
封止部材は任意好適な従来公知の部材を用いることができる。封止部材の例としては、基板(封止基板)であるガラス基板とUV硬化性樹脂などの封止材(接着剤)との組合せが挙げられる。
封止部材は、1層以上の層構造である封止層であってもよい。封止層を構成する層の例としては、ガスバリア層、ガスバリア性フィルムが挙げられる。
封止層は、水分を遮断する性質(水蒸気バリア性)又は酸素を遮断する性質(酸素バリア性)を有する材料により形成することが好ましい。封止層の材料として好適な材料の例としては、三フッ化ポリエチレン、ポリ三フッ化塩化エチレン(PCTFE)、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、脂環式ポリオレフィン、エチレン-ビニルアルコール共重合体などの有機材料、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、ダイヤモンドライクカーボンなどの無機材料などが挙げられる。
封止部材は、通常、光電変換素子が適用される、例えば下記適用例のデバイスに組み込まれる際において実施される加熱処理に耐え得る材料により構成される。
(光電変換素子の用途)
本実施形態の光電変換素子の用途としては、光検出素子、太陽電池が挙げられる。
より具体的には、本実施形態の光電変換素子は、電極間に電圧(逆バイアス電圧)を印加した状態で、透明又は半透明の電極側から光を照射することにより、光電流を流すことができ、光検出素子(光センサー)として動作させることができる。また、光検出素子を複数集積することによりイメージセンサーとして用いることもできる。このように本実施形態の光電変換素子は、特に光検出素子として好適に用いることができる。
また、本実施形態の光電変換素子は、光が照射されることにより、電極間に光起電力を発生させることができ、太陽電池として動作させることができる。光電変換素子を複数集積することにより太陽電池モジュールとすることもできる。
(光電変換素子の適用例)
本実施形態にかかる光電変換素子は、光検出素子として、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、入退室管理システム、デジタルカメラ、及び医療機器などの種々の電子装置が備える検出部に好適に適用することができる。
本実施形態の光電変換素子は、上記例示の電子装置が備える、例えば、X線撮像装置及びCMOSイメージセンサーなどの固体撮像装置用のイメージ検出部(例えば、X線センサーなどのイメージセンサー)、指紋検出部、顔検出部、静脈検出部及び虹彩検出部などの生体の一部分の所定の特徴を検出する生体情報認証装置の検出部(例えば、近赤外線センサー)、パルスオキシメータなどの光学バイオセンサーの検出部などに好適に適用することができる。
本実施形態の光電変換素子は、固体撮像装置用のイメージ検出部として、さらにはTime-of-flight(TOF)型距離測定装置(TOF型測距装置)に好適に適用することもできる。
TOF型測距装置では、光源からの放射光が測定対象物において反射された反射光を光電変換素子で受光させることにより距離を測定する。具体的には、光源から放射された照射光が測定対象物で反射して反射光として戻るまでの飛行時間を検出して測定対象物までの距離を求める。TOF型には、直接TOF方式と間接TOF方式とが存在する。直接TOF方式では光源から光を照射した時刻と反射光を光電変換素子で受光した時刻との差を直接計測し、間接TOF方式では飛行時間に依存した電荷蓄積量の変化を時間変化に換算することで距離を計測する。間接TOF方式で用いられる電荷蓄積により飛行時間を得る測距原理には、光源からの放射光と測定対象で反射される反射光との位相から飛行時間を求める連続波(特に正弦波)変調方式とパルス変調方式とがある。
以下、本実施形態にかかる光電変換素子が好適に適用され得る検出部のうち、固体撮像装置用のイメージ検出部及びX線撮像装置用のイメージ検出部、生体認証装置(例えば指紋認証装置や静脈認証装置など)のための指紋検出部及び静脈検出部、並びにTOF型測距装置(間接TOF方式)のイメージ検出部の構成例について、図面を参照して説明する。
(固体撮像装置用のイメージ検出部)
図2は、固体撮像装置用のイメージ検出部の構成例を模式的に示す図である。
イメージ検出部1は、CMOSトランジスタ基板20と、CMOSトランジスタ基板20を覆うように設けられている層間絶縁膜30と、層間絶縁膜30上に設けられている、本発明の実施形態にかかる光電変換素子10と、層間絶縁膜30を貫通するように設けられており、CMOSトランジスタ基板20と光電変換素子10とを電気的に接続する層間配線部32と、光電変換素子10を覆うように設けられている封止層40と、封止層40上に設けられているカラーフィルター50とを備えている。
CMOSトランジスタ基板20は、従来公知の任意好適な構成を設計に応じた態様で備えている。
CMOSトランジスタ基板20は、基板の厚さ内に形成されたトランジスタ、コンデンサなどを含み、種々の機能を実現するためのCMOSトランジスタ回路(MOSトランジスタ回路)などの機能素子を備えている。
機能素子としては、例えば、フローティングディフュージョン、リセットトランジスタ、出力トランジスタ、選択トランジスタが挙げられる。
このような機能素子、配線などにより、CMOSトランジスタ基板20には、信号読み出し回路などが作り込まれている。
層間絶縁膜30は、例えば酸化シリコン、絶縁性樹脂などの従来公知の任意好適な絶縁性材料により構成することができる。層間配線部32は、例えば、銅、タングステンなどの従来公知の任意好適な導電性材料(配線材料)により構成することができる。層間配線部32は、例えば、配線層の形成と同時に形成されるホール内配線であっても、配線層とは別途形成される埋込みプラグであってもよい。
封止層40は、光電変換素子10を機能的に劣化させてしまうおそれのある酸素、水などの有害物質の浸透を防止又は抑制できることを条件として、従来公知の任意好適な材料により構成することができる。封止層40は、既に説明した封止部材17と同様の構成とすることができる。
カラーフィルター50としては、従来公知の任意好適な材料により構成され、かつイメージ検出部1の設計に対応した例えば原色カラーフィルターを用いることができる。また、カラーフィルター50としては、原色カラーフィルターと比較して、厚さを薄くすることができる補色カラーフィルターを用いることもできる。補色カラーフィルターとしては、例えば(イエロー、シアン、マゼンタ)の3種類、(イエロー、シアン、透明)の3種類、(イエロー、透明、マゼンタ)の3種類、及び(透明、シアン、マゼンタ)の3種類が組み合わされたカラーフィルターを用いることができる。これらは、カラー画像データを生成できることを条件として、光電変換素子10及びCMOSトランジスタ基板20の設計に対応した任意好適な配置とすることができる。
カラーフィルター50を介して光電変換素子10が受光した光は、光電変換素子10によって、受光量に応じた電気信号に変換され、電極を介して、光電変換素子10外に受光信号、すなわち撮像対象に対応する電気信号として出力される。
次いで、光電変換素子10から出力された受光信号は、層間配線部32を介して、CMOSトランジスタ基板20に入力され、CMOSトランジスタ基板20に作り込まれた信号読み出し回路により読み出され、図示しないさらなる任意好適な従来公知の機能部によって信号処理されることにより、撮像対象に基づく画像情報が生成される。
(指紋検出部)
図3は、表示装置に一体的に構成される指紋検出部の構成例を模式的に示す図である。
携帯情報端末の表示装置2は、本発明の実施形態にかかる光電変換素子10を主たる構成要素として含む指紋検出部100と、当該指紋検出部100上に設けられ、所定の画像を表示する表示パネル部200とを備えている。
この構成例では、表示パネル部200の表示領域200aと一致する領域に指紋検出部100が設けられている。換言すると、指紋検出部100の上方に、表示パネル部200が一体的に積層されている。
表示領域200aのうちの一部の領域においてのみ指紋検出を行う場合には、当該一部の領域のみに対応させて指紋検出部100を設ければよい。
指紋検出部100は、本発明の実施形態にかかる光電変換素子10を本質的な機能を奏する機能部として含む。指紋検出部100は、図示されていない保護フィルム(protection film)、支持基板、封止基板、封止部材、バリアフィルム、バンドパスフィルター、赤外線カットフィルムなどの任意好適な従来公知の部材を所望の特性が得られるような設計に対応した態様で備え得る。指紋検出部100には、既に説明したイメージ検出部の構成を採用することもできる。
光電変換素子10は、表示領域200a内において、任意の態様で含まれ得る。例えば、複数の光電変換素子10が、マトリクス状に配置されていてもよい。
光電変換素子10は、既に説明したとおり、支持基板11に設けられており、支持基板11には、例えばマトリクス状に電極(陽極又は陰極)が設けられている。
光電変換素子10が受光した光は、光電変換素子10によって、受光量に応じた電気信号に変換され、電極を介して、光電変換素子10外に受光信号、すなわち撮像された指紋に対応する電気信号として出力される。
表示パネル部200は、この構成例では、タッチセンサーパネルを含む有機エレクトロルミネッセンス表示パネル(有機EL表示パネル)として構成されている。表示パネル部200は、例えば有機EL表示パネルの代わりに、バックライトなどの光源を含む液晶表示パネルなどの任意好適な従来公知の構成を有する表示パネルにより構成されていてもよい。
表示パネル部200は、既に説明した指紋検出部100上に設けられている。表示パネル部200は、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)220を本質的な機能を奏する機能部として含む。表示パネル部200は、さらに任意好適な従来公知のガラス基板といった基板(支持基板210又は封止基板240)、封止部材、バリアフィルム、円偏光板などの偏光板、タッチセンサーパネル230などの任意好適な従来公知の部材を所望の特性に対応した態様で備え得る。
以上説明した構成例において、有機EL素子220は、表示領域200aにおける画素の光源として用いられるとともに、指紋検出部100における指紋の撮像のための光源としても用いられる。
ここで、指紋検出部100の動作について簡単に説明する。
指紋認証の実行時には、表示パネル部200の有機EL素子220から放射される光を用いて指紋検出部100が指紋を検出する。具体的には、有機EL素子220から放射された光は、有機EL素子220と指紋検出部100の光電変換素子10との間に存在する構成要素を透過して、表示領域200a内である表示パネル部200の表面に接するように載置された手指の指先の皮膚(指表面)によって反射される。指表面によって反射された光のうちの少なくとも一部は、間に存在する構成要素を透過して光電変換素子10によって受光され、光電変換素子10の受光量に応じた電気信号に変換される。そして、変換された電気信号から、指表面の指紋についての画像情報が構成される。
表示装置2を備える携帯情報端末は、従来公知の任意好適なステップにより、得られた画像情報と、予め記録されていた指紋認証用の指紋データとを比較して、指紋認証を行う。
(X線撮像装置用のイメージ検出部)
図4は、X線撮像装置用のイメージ検出部の構成例を模式的に示す図である。
X線撮像装置用のイメージ検出部1は、CMOSトランジスタ基板20と、CMOSトランジスタ基板20を覆うように設けられている層間絶縁膜30と、層間絶縁膜30上に設けられている、本発明の実施形態にかかる光電変換素子10と、層間絶縁膜30を貫通するように設けられており、CMOSトランジスタ基板20と光電変換素子10とを電気的に接続する層間配線部32と、光電変換素子10を覆うように設けられている封止層40と、封止層40上に設けられているシンチレータ42とシンチレータ42を覆うように設けられている反射層44と、反射層44を覆うように設けられている保護層46とを備えている。
CMOSトランジスタ基板20は、従来公知の任意好適な構成を設計に応じた態様で備えている。
CMOSトランジスタ基板20は、基板の厚さ内に形成されたトランジスタ、コンデンサなどを含み、種々の機能を実現するためのCMOSトランジスタ回路(MOSトランジスタ回路)などの機能素子を備えている。
機能素子としては、例えば、フローティングディフュージョン、リセットトランジスタ、出力トランジスタ、選択トランジスタが挙げられる。
このような機能素子、配線などにより、CMOSトランジスタ基板20には、信号読み出し回路などが作り込まれている。
層間絶縁膜30は、例えば酸化シリコン、絶縁性樹脂などの従来公知の任意好適な絶縁性材料により構成することができる。層間配線部32は、例えば、銅、タングステンなどの従来公知の任意好適な導電性材料(配線材料)により構成することができる。層間配線部32は、例えば、配線層の形成と同時に形成されるホール内配線であっても、配線層とは別途形成される埋込みプラグであってもよい。
封止層40は、光電変換素子10を機能的に劣化させてしまうおそれのある酸素、水などの有害物質の浸透を防止又は抑制できることを条件として、従来公知の任意好適な材料により構成することができる。封止層40は、既に説明した封止部材17と同様の構成とすることができる。
シンチレータ42は、X線撮像装置用のイメージ検出部1の設計に対応した従来公知の任意好適な材料により構成することができる。シンチレータ42の好適な材料の例としては、CsI(ヨウ化セシウム)やNaI(ヨウ化ナトリウム)、ZnS(硫化亜鉛)、GOS(酸硫化ガドリニウム)、GSO(ケイ酸ガドリニウム)といった無機材料の無機結晶や、アントラセン、ナフタレン、スチルベンといった有機材料の有機結晶や、トルエン、キシレン、ジオキサンといった有機溶媒にジフェニルオキサゾール(PPO)やテルフェニル(TP)などの有機材料を溶解させた有機液体、キセノンやヘリウムといった気体、プラスチックなどを用いることができる。
上記の構成要素は、シンチレータ42が入射したX線を可視領域を中心とした波長を有する光に変換して画像データを生成できることを条件として、光電変換素子10及びCMOSトランジスタ基板20の設計に対応した任意好適な配置とすることができる。
反射層44は、シンチレータ42で変換された光を反射する。反射層44は、変換された光の損失を低減し、検出感度を増大させることができる。また、反射層44は、外部から直接的に入射する光を遮断することもできる。
保護層46は、シンチレータ42を機能的に劣化させてしまうおそれのある酸素、水などの有害物質の浸透を防止又は抑制できることを条件として、従来公知の任意好適な材料により構成することができる。
ここで、上記の構成を有するX線撮像装置用のイメージ検出部1の動作について簡単に説明する。
X線やγ線といった放射線エネルギーがシンチレータ42に入射すると、シンチレータ42は放射線エネルギーを吸収し、可視領域を中心とした紫外から赤外領域の波長の光(蛍光)に変換する。そして、シンチレータ42によって変換された光は、光電変換素子10によって受光される。
このように、シンチレータ42を介して光電変換素子10が受光した光は、光電変換素子10によって、受光量に応じた電気信号に変換され、電極を介して、光電変換素子10外に受光信号、すなわち撮像対象に対応する電気信号として出力される。検出対象である放射線エネルギー(X線)は、シンチレータ42側、光電変換素子10側のいずれから入射させてもよい。
次いで、光電変換素子10から出力された受光信号は、層間配線部32を介して、CMOSトランジスタ基板20に入力され、CMOSトランジスタ基板20に作り込まれた信号読み出し回路により読み出され、図示しないさらなる任意好適な従来公知の機能部によって信号処理されることにより、撮像対象に基づく画像情報が生成される。
(静脈検出部)
図5は、静脈認証装置用の静脈検出部の構成例を模式的に示す図である。
静脈認証装置用の静脈検出部300は、測定時において測定対象である手指(例、1以上の手指の指先、手指及び掌)が挿入される挿入部310を画成するカバー部306と、カバー部306に設けられており、測定対象に光を照射する光源部304と、光源部304から照射された光を測定対象を介して受光する光電変換素子10と、光電変換素子10を支持する支持基板11と、支持基板11と光電変換素子10を挟んで対向するように配置されており、所定の距離でカバー部306から離間して、カバー部306とともに挿入部306を画成するガラス基板302から構成されている。
この構成例では、光源部304は、光電変換素子10とは、使用時において測定対象を挟んで離間するように、カバー部306と一体的に構成されている透過型撮影方式を示しているが、光源部304は必ずしもカバー部306側に位置させる必要はない。
光源部304からの光を、測定対象に効率的に照射できることを条件として、例えば、光電変換素子10側から測定対象を照射する反射型撮影方式としてもよい。
静脈検出部300は、本発明の実施形態にかかる光電変換素子10を本質的な機能を奏する機能部として含む。静脈検出部300は、図示されていない保護フィルム(protection film)、封止部材、バリアフィルム、バンドパスフィルター、近赤外線透過フィルター、可視光カットフィルム、指置きガイドなどの任意好適な従来公知の部材を所望の特性が得られるような設計に対応した態様で備え得る。静脈検出部300には、既に説明したイメージ検出部1の構成を採用することもできる。
光電変換素子10は、任意の態様で含まれ得る。例えば、複数の光電変換素子10が、マトリクス状に配置されていてもよい。
光電変換素子10は、既に説明したとおり、支持基板11に設けられており、支持基板11には、例えばマトリクス状に電極(陽極又は陰極)が設けられている。
光電変換素子10が受光した光は、光電変換素子10によって、受光量に応じた電気信号に変換され、電極を介して、光電変換素子10外に受光信号、すなわち撮像された静脈に対応する電気信号として出力される。
静脈検出時(使用時)において、測定対象は、光電変換素子10側のガラス基板302に接触していても、接触していなくてもよい。
ここで、静脈検出部300の動作について簡単に説明する。
静脈検出時には、光源部304から放射される光を用いて静脈検出部300が測定対象の静脈パターンを検出する。具体的には、光源部304から放射された光は、測定対象を透過して光電変換素子10の受光量に応じた電気信号に変換される。そして、変換された電気信号から、測定対象の静脈パターンの画像情報が構成される。
静脈認証装置では、従来公知の任意好適なステップにより、得られた画像情報と、予め記録されていた静脈認証用の静脈データとを比較して、静脈認証が行われる。
(TOF型測距装置用イメージ検出部)
図6は、間接方式のTOF型測距装置用イメージ検出部の構成例を模式的に示す図である。
TOF型測距装置用イメージ検出部400は、CMOSトランジスタ基板20と、CMOSトランジスタ基板20を覆うように設けられている層間絶縁膜30と、層間絶縁膜30上に設けられている、本発明の実施形態にかかる光電変換素子10と、光電変換素子10を挟むように離間して配置されている2つの浮遊拡散層402と、光電変換素子10と浮遊拡散層402を覆うように設けられている絶縁層40と、絶縁層40上に設けられており、互いに離間して配置されている2つのフォトゲート404とを備えている。離間した2つのフォトゲート404の間隙からは絶縁層40の一部分が露出しており、残余の領域は遮光部406により遮光されている。CMOSトランジスタ基板20と浮遊拡散層402とは層間絶縁膜30を貫通するように設けられている層間配線部32によって電気的に接続されている。
絶縁層40は、この構成例では、酸化シリコンにより構成されるフィールド酸化膜などの従来公知の任意好適な構成とすることができる。
フォトゲート404は、例えばポリシリコンなどの従来公知の任意好適な材料により構成することができる。
TOF型測距装置用イメージ検出部400は、本発明の実施形態にかかる光電変換素子10を本質的な機能を奏する機能部として含む。TOF型測距装置用イメージ検出部400は、図示されていない保護フィルム(protection film)、支持基板、封止基板、封止部材、バリアフィルム、バンドパスフィルター、赤外線カットフィルムなどの任意好適な従来公知の部材を所望の特性が得られるような設計に対応した態様で備え得る。
ここで、TOF型測距装置用イメージ検出部400の動作について簡単に説明する。
光源から光が照射され、光源からの光が測定対象より反射され、反射光を光電変換素子10で受光する。光電変換素子10と浮遊拡散層402との間には2つのフォトゲート404が設けられており、交互にパルスを加えることによって、光電変換素子10によって発生した信号電荷を2つの浮遊拡散層402のいずれかに転送し、浮遊拡散層402に電荷が蓄積される。2つのフォトゲート404を開くタイミングに対して、光パルスが等分にまたがるように到来すると、2つの浮遊拡散層402に蓄積される電荷量は等量になる。一方のフォトゲート404に光パルスが到達するタイミングに対して、他方のフォトゲート404に光パルスが遅れて到来すると、2つの浮遊拡散層402に蓄積される電荷量に差が生じる。
浮遊拡散層402に蓄積された電荷量の差は、光パルスの遅延時間に依存する。測定対象までの距離Lは、光の往復時間tdと光の速度cを用いてL=(1/2)ctdの関係にあるので、遅延時間が2つの浮遊拡散層402の電荷量の差から推定できれば、測定対象までの距離を求めることができる。
光電変換素子10が受光した光の受光量は、2つの浮遊拡散層402に蓄積される電荷量の差として電気信号に変換され、光電変換素子10外に受光信号、すなわち測定対象に対応する電気信号として出力される。
次いで、浮遊拡散層402から出力された受光信号は、層間配線部32を介して、CMOSトランジスタ基板20に入力され、CMOSトランジスタ基板20に作り込まれた信号読み出し回路により読み出され、図示しないさらなる任意好適な従来公知の機能部によって信号処理されることにより、測定対象に基づく距離情報が生成される。
本実施形態の光電変換素子が適用される上記適用例にかかるデバイスに組み込まれる工程においては、例えば、配線基板などに搭載するためのリフロー工程などの加熱処理が行われる場合がある。例えば、イメージセンサーを製造するにあたり、200℃以上の加熱温度にて50分間程度、光電変換素子が加熱される処理を含む工程が実施される場合がある。
本実施形態の光電変換素子によれば、活性層の材料として、既に説明した本実施形態の化合物(n型半導体材料である非フラーレン化合物)と、既に説明したp型半導体材料が用いられる。これにより、活性層の形成工程において(詳細については後述する。)、活性層の形成後における光電変換素子の製造工程において、又は製造された光電変換素子をイメージセンサーや生体認証装置に組み込む工程などにおいて、200℃以上の加熱温度にて加熱される処理が行われたとしても、EQEの低下を抑制するか又はEQEをより向上させることができ、耐熱性を効果的に向上させることができる。
具体的には、EQEについては、光電変換素子の製造方法の活性層の形成工程におけるプリベーク工程の加熱温度を100℃とした光電変換素子におけるEQEの値を基準として、ポストベーク工程の加熱温度をより高温に変更した光電変換素子におけるEQEの値で除算することにより規格化して得た値(以下、「EQEheat/EQE100℃」という。)が0.80以上が好ましく、0.85以上がより好ましく、1.0以上であることがさらに好ましい。
2.光電変換素子の製造方法
本実施形態の光電変換素子の製造方法は、特に限定されない。本実施形態の光電変換素子は、構成要素を形成するにあたり選択された材料に好適な形成方法を組み合わせることにより製造することができる。
本実施形態の光電変換素子の製造方法には、200℃以上の加熱温度で加熱される処理を含む工程が含まれうる。より具体的には、活性層が、200℃以上の加熱温度で加熱される処理を含む工程により形成され、及び/又は活性層が形成される工程よりも後に、200℃以上の加熱温度で加熱される処理を含む工程が含まれうる。
以下、本発明の実施形態として、基板(支持基板)、陽極、正孔輸送層、活性層、電子輸送層、陰極がこの順に互いに接する構成を有する光電変換素子の製造方法について説明する。
(基板を用意する工程)
本工程では、例えば陽極が設けられた支持基板を用意する。また、既に説明した電極の材料により形成された導電性の薄膜が設けられた基板を市場より入手し、必要に応じて、導電性の薄膜をパターニングして陽極を形成することにより、陽極が設けられた支持基板を用意することができる。
本実施形態にかかる光電変換素子の製造方法において、支持基板上に陽極を形成する場合の陽極の形成方法は特に限定されない。陽極は、既に説明した材料を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、めっき法、塗布法などの従来公知の任意好適な方法によって、陽極を形成すべき構成(例、支持基板、活性層、正孔輸送層)上に形成することができる。
(正孔輸送層の形成工程)
光電変換素子の製造方法は、活性層と陽極との間に設けられる正孔輸送層(正孔注入層)を形成する工程を含んでいてもよい。
正孔輸送層の形成方法は特に限定されない。正孔輸送層の形成工程をより簡便にする観点からは、従来公知の任意好適な塗布法によって正孔輸送層を形成することが好ましい。正孔輸送層は、例えば、既に説明した正孔輸送層の材料と溶媒とを含む塗布液を用いる塗布法や真空蒸着法により形成することができる。
(活性層の形成工程)
本実施形態の光電変換素子の製造方法においては、正孔輸送層上に活性層が形成される。主要な構成要素である活性層は、任意好適な従来公知の形成工程により形成することができる。本実施形態において、活性層は、インク(塗布液)を用いる塗布法により製造することが好ましい。
以下、本発明の光電変換素子の主たる構成要素である活性層の形成工程が含む工程(i)及び工程(ii)について説明する。
工程(i)
インクを塗布対象に塗布する方法としては、任意好適な塗布法を用いることができる。塗布法としては、スリットコート法、ナイフコート法、スピンコート法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、インクジェット印刷法、ノズルコート法、又はキャピラリーコート法が好ましく、スリットコート法、スピンコート法、キャピラリーコート法、又はバーコート法がより好ましく、スリットコート法、又はスピンコート法がさらに好ましい。
本実施形態の光電変換素子の製造方法に用いられるインクは、p型半導体材料と、n型半導体材料とを含み、該n型半導体材料として、既に説明した本実施形態の化合物を含む、組成物と、溶媒とを含む。
本実施形態の活性層形成用のインクについて説明する。なお、本実施形態の活性層形成用のインクはバルクヘテロジャンクション型活性層の形成用のインクである。よって、活性層形成用のインクは、既に説明したp型半導体材料とn型半導体材料として、既に説明した本実施形態の化合物を含む組成物を含む。本実施形態の活性層形成用のインクは、当該組成物と、1種又は2種以上の溶媒とを含む。
本実施形態の活性層形成用のインクによれば、p型半導体材料と、「本実施形態の化合物」とを含むことにより、光電変換素子の製造工程又は光電変換素子が適用されるデバイスへの組み込み工程などにおける加熱処理に対するEQEの低下を抑制するか又はEQEをより向上させることができ、耐熱性を向上させることができる。
本実施形態にかかる活性層形成用のインクは、活性層が形成できることを条件として、特に限定されない。溶媒としては、例えば、後述する第1溶媒と第2溶媒と組み合わせた混合溶媒を用いることができる。具体的には、活性層形成用のインクが2種以上の溶媒を含む場合、主たる成分である主溶媒(第1溶媒)と、溶解性の向上などのために添加されるその他の添加溶媒(第2溶媒)とを含むことが好ましい。しかしながら、第1溶媒のみを用いてもよい。
以下、本実施形態の活性層形成用のインクに好適に用いることができる第1溶媒及び第2溶媒とこれらの組合せについて説明する。
(1)第1溶媒
第1溶媒としては、p型半導体材料が溶解可能である溶媒が好ましい。本実施形態の第1溶媒は、芳香族炭化水素である。
第1溶媒である芳香族炭化水素としては、例えば、トルエン、キシレン(例、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン)、o-ジクロロベンゼン、トリメチルベンゼン(例、メシチレン、1,2,4-トリメチルベンゼン(プソイドクメン))、ブチルベンゼン(例、n-ブチルベンゼン、sec-ブチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン)、メチルナフタレン(例、1-メチルナフタレン)、テトラリン及びインダンが挙げられる。
第1溶媒は、1種の芳香族炭化水素から構成されていても、2種以上の芳香族炭化水素から構成されていてもよい。第1溶媒は、好ましくは1種の芳香族炭化水素から構成される。
第1溶媒は、好ましくはトルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、メシチレン、o-ジクロロベンゼン、1,2,4-トリメチルベンゼン、n-ブチルベンゼン、sec-ブチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、メチルナフタレン、テトラリン及びインダンからなる群から選択される1種以上であり、より好ましくはトルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、o-ジクロロベンゼン、メシチレン、1,2,4-トリメチルベンゼン、n-ブチルベンゼン、sec-ブチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、メチルナフタレン、テトラリン、又はインダンである。
(2)第2溶媒
第2溶媒は、製造工程の実施をより容易にし、光電変換素子の特性をより向上させる観点から選択される溶媒である。第2溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン、プロピオフェノンなどのケトン溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸フェニル、エチルセルソルブアセテート、安息香酸メチル、安息香酸ブチル及び安息香酸ベンジルなどのエステル溶媒が挙げられる。
第2溶媒は、例えば、暗電流をより低減する観点から、アセトフェノン、プロピオフェノン又は安息香酸ブチルを用いることが好ましい。
(3)第1溶媒及び第2溶媒の組合せ
第1溶媒及び第2溶媒の好適な組合せの例としては、テトラリンと安息香酸エチル、テトラリンと安息香酸プロピル及びテトラリンと安息香酸ブチルとの組合せ、より好ましくはテトラリンと安息香酸ブチルとの組合せが挙げられる。
(4)第1溶媒及び第2溶媒の重量比
主溶媒である第1溶媒の添加溶媒である第2溶媒に対する重量比(第1溶媒:第2溶媒)は、p型半導体材料及びn型半導体材料の溶解性をより向上させる観点から、85:15~99:1の範囲とすることが好ましい。
(5)任意の他の溶媒
溶媒は、第1溶媒及び第2溶媒以外の任意の他の溶媒を含んでいてもよい。インクに含まれる全溶媒の合計重量を100重量%としたときに、任意の他の溶媒の含有率は、好ましくは5重量%以下であり、より好ましくは3重量%以下であり、さらに好ましくは1重量%以下である。任意の他の溶媒としては、第2溶媒より沸点が高い溶媒が好ましい。
(6)任意の成分
インクには、第1溶媒、第2溶媒、p型半導体材料及びn型半導体材料の他に、本発明の目的及び効果を損なわない限度において、界面活性剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、吸収した光により電荷を発生させる機能を増感するための増感剤、紫外線からの安定性を増すための光安定剤といった任意の成分が含まれていてもよい。
(7)p型半導体材料及びn型半導体材料の濃度
インク(組成物)におけるp型半導体材料及びn型半導体材料の濃度は、溶媒に対する溶解度なども考慮して、本発明の目的を損なわない範囲で任意好適な濃度とすることができる。
インク(組成物)における「p型半導体材料」の「n型半導体材料」に対する重量比(重合体/非フラーレン化合物)は、通常1/0.1から1/10の範囲であり、好ましくは1/0.5から1/2の範囲であり、より好ましくは1/1.5である。
インクにおける「p型半導体材料」及び「n型半導体材料」の合計の濃度は、通常0.01重量%以上であり、0.02重量%以上がより好ましく、0.25重量%以上がさらに好ましい。また、インクにおける「p型半導体材料」及び「n型半導体材料」の合計の濃度は、通常20重量%以下であり、10重量%以下であることが好ましく、7.50重量%以下であることがより好ましい。
インクにおける「p型半導体材料」の濃度は、通常0.01重量%以上であり、0.02重量%以上がより好ましく、0.10重量%以上がさらに好ましい。また、インクにおける「p型半導体材料」の濃度は、通常10重量%以下であり、5.00重量%以下がより好ましく、3.00重量%以下がさらに好ましい。
インクにおける「n型半導体材料」の濃度は、通常0.01重量%以上であり、0.02重量%以上がより好ましく、0.15重量%以上がさらに好ましい。また、インクにおける「n型半導体材料」の濃度は、通常10重量%以下であり、5重量%以下がより好ましく、4.50重量%以下がさらに好ましい。
(8)インクの調製
インクは、公知の方法により調製することができる。例えば、第1溶媒、又は第1溶媒及び第2溶媒を混合して混合溶媒を調製し、得られた混合溶媒にp型半導体材料及びn型半導体材料を添加する方法、第1溶媒にp型半導体材料を添加し、第2溶媒にn型半導体材料を添加してから、各材料が添加された第1溶媒及び第2溶媒を混合する方法などにより、調製することができる。
第1溶媒及び第2溶媒とp型半導体材料及びn型半導体材料とを、溶媒の沸点以下の温度まで加温して混合してもよい。
第1溶媒及び第2溶媒とp型半導体材料及びn型半導体材料とを混合した後、得られた混合物をフィルターを用いてろ過し、得られたろ液をとして用いてもよい。フィルターとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂で形成されたフィルターを用いることができる。
活性層形成用のインクは、光電変換素子及びその製造方法に応じて選択された塗布対象に塗布される。活性層形成用のインクは、光電変換素子の製造工程において、光電変換素子が有する機能層であって、活性層が存在し得る機能層に塗布されうる。よって、活性層形成用のインクの塗布対象は、製造される光電変換素子の層構成及び層形成の順序によって異なる。例えば、光電変換素子が、基板、陽極、正孔輸送層、活性層、電子輸送層、陰極が積層された層構成を有しており、より左側に記載された層が先に形成される場合、活性層形成用のインクの塗布対象は、正孔輸送層となる。また、例えば、光電変換素子が、基板、陰極、電子輸送層、活性層、正孔輸送層、陽極が積層された層構成を有しており、より左側に記載された層が先に形成される場合、活性層形成用のインクの塗布対象は、電子輸送層となる。
工程(ii)
インクの塗膜から、溶媒を除去する方法、すなわち塗膜から溶媒を除去して固化する方法としては、任意好適な方法を用いることができる。溶媒を除去する方法の例としては、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下でホットプレートを用いて直接的に加熱する方法、熱風乾燥法、赤外線加熱乾燥法、フラッシュランプアニール乾燥法、減圧乾燥法などの乾燥法が挙げられる。
本実施形態の光電変換素子の製造方法においては、工程(ii)は、溶媒を揮発させて除去するための工程であって、プリベーク工程(第1の加熱処理工程)とも称される。
プリベーク工程及びポストベーク工程の実施条件、すなわち加熱温度、加熱処理時間などの条件については、用いられるインクの組成、溶媒の沸点などを考慮して、任意好適な条件とすることができる。
本実施形態の光電変換素子の製造方法においては、具体的には、例えば、窒素ガス雰囲気下でホットプレートを用いて、プリベーク工程及びポストベーク工程を実施することができる。
プリベーク工程における加熱温度は、通常100℃程度である。しかしながら、本実施形態の光電変換素子の製造方法においては、活性層の材料として、既に説明したp型半導体材料と既に説明した本実施形態の化合物をn型半導体材料として含む結果として、プリベーク工程及び/又はポストベーク工程における加熱温度をより高めることができる。具体的には、プリベーク工程及び/又はポストベーク工程における加熱温度を、好ましくは200℃以上、さらには220℃以上とすることができる。加熱温度の上限は、好ましくは280℃以下であり、より好ましくは250℃以下である。
プリベーク工程及びポストベーク工程における合計の加熱処理時間は、例えば1時間とすることができる。
プリベーク工程における加熱温度とポストベーク工程における加熱温度とは同一であっても異なっていてもよい。
加熱処理時間は例えば10分間以上とすることができる。加熱処理時間の上限値は特に限定されないが、タクトタイム等を考慮し、例えば4時間とすることができる。
活性層の厚さは、塗布液中の固形分濃度、上記工程(i)及び/又は工程(ii)の条件を適宜調整することにより、任意好適な所望の厚さとすることができる。
活性層を形成する工程は、前記工程(i)及び工程(ii)以外に、本発明の目的及び効果を損なわないことを条件としてその他の工程を含んでいてもよい。
本実施形態の光電変換素子の製造方法は、複数の活性層を含む光電変換素子を製造する方法であってもよく、工程(i)及び工程(ii)が複数回繰り返される方法であってもよい。
(電子輸送層の形成工程)
本実施形態の光電変換素子の製造方法は、活性層上に設けられた電子輸送層(電子注入層)を形成する工程を含んでいる。
電子輸送層の形成方法は特に限定されない。電子輸送層の形成工程をより簡便にする観点からは、従来公知の任意好適な真空蒸着法によって電子輸送層を形成することが好ましい。
(陰極の形成工程)
陰極の形成方法は特に限定されない。陰極は、例えば、上記例示の電極の材料を、塗布法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、めっき法など従来公知の任意好適な方法によって、電子輸送層上に形成することができる。以上の工程により、本実施形態の光電変換素子が製造される。
(封止体の形成工程)
封止体の形成にあたり、本実施形態では、従来公知の任意好適な封止材(接着剤)及び基板(封止基板)を用いる。具体的には、製造された光電変換素子の周辺を囲むように、支持基板上に、例えばUV硬化性樹脂などの封止材を塗布した後、封止材により隙間なく貼り合わせた後、UV光の照射などの選択された封止材に好適な方法を用いて支持基板と封止基板との間隙に光電変換素子を封止することにより、光電変換素子の封止体を得ることができる。
3.イメージセンサー、生体認証装置の製造方法
本実施形態の光電変換素子である特に光検出素子は、上記のとおり、イメージセンサー、生体認証装置(指紋認証装置、静脈認証装置)に組み込まれて機能しうる。
このようなイメージセンサー、生体認証装置は、200℃以上の加熱温度で光電変換素子(光電変換素子の封止体)が加熱される処理を含む工程を含む製造方法により製造され得る。
具体的には、光電変換素子をイメージセンサーや生体認証装置に組み込む工程を行うにあたって、例えば、配線基板に搭載する際に行われるリフロー工程などが行われることにより、200℃以上、さらには220℃以上の加熱温度で加熱される処理が行われ得る。しかしながら、本実施形態の光電変換素子によれば、活性層の材料として、既に説明したn型半導体材料が用いられるため、組み込まれた光電変換素子のEQEの低下を抑制するか又はEQEをより向上させ、さらには暗電流の増加を抑制するか又は暗電流をより低下させることができ、耐熱性を効果的に向上させることができるため、製造されるイメージセンサー、生体認証装置における検出精度などの特性を向上することができる。
加熱処理時間は、例えば10分間以上とすることができる。加熱処理時間の上限値は特に限定されないが、タクトタイム等を考慮し、例えば4時間とすることができる。
[実施例]
以下、本発明をさらに詳細に説明するために実施例を示す。本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
本実施例においては、下記表1(表1-1及び表1-2)に示される高分子化合物をp型半導体材料(電子供与性化合物)として使用し、下記表2、表3(表3-1、表3-2、表3-3及び表3-4)及び表4に示される化合物をn型半導体材料(電子受容性化合物)として使用した。
Figure 2022022138000071
Figure 2022022138000072
Figure 2022022138000073
Figure 2022022138000074
Figure 2022022138000075
Figure 2022022138000076
Figure 2022022138000077
Figure 2022022138000078
p型半導体材料である高分子化合物P-1及び高分子化合物P-2は、国際公開第2011/052709号に記載の方法を参考にして合成して使用した。
p型半導体材料であるP-3は、P3HT(商品名、シグマアルドリッチ社製)を市場より入手して使用した。
p型半導体材料であるP-4は、PTB7(商品名、1-material社製)を市場より入手して使用した。
p型半導体材料であるP-5は、PBDB-T-2F(商品名、1-material社製)を市場より入手して使用した。
p型半導体材料であるP-6は、PDPP3T(商品名、Lumtec社製)を市場より入手して使用した。
p型半導体材料であるP-7は、PDTSTPD(商品名、1-material社製)を市場より入手して使用した。
n型半導体材料である化合物N-1~化合物N-16は、後述の合成例のとおり合成して使用した。
n型半導体材料である化合物N-17は、E100(商品名、フロンティアカーボン社製)を市場より入手して使用した。
n型半導体材料である化合物N-18は、COi8DFIC(商品名、1-material社製)を市場より入手して使用した。
<合成例1>(化合物3の合成)
下記式で表される化合物1及び化合物2を用いて下記式で表される化合物3を合成した。
Figure 2022022138000079
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した500mL四つ口フラスコに、化合物1を7.61g(19.4mmol)、国際公開第2011/052709号の段落[0335]に記載の方法により合成した化合物2を24.8g(40.7mmol)、テトラヒドロナフタレンを200mL入れ、30分間アルゴンガスでバブリングを行うことで脱気した。
次いで、四つ口フラスコに、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.88g(0.97mmol、5mol%)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを1.18g(3.88mmol、20mol%)、テトラヒドロナフタレンを60mL入れ、5分間攪拌した。
次に、4つ口フラスコに、3.0Mリン酸カリウム水溶液を65mL加え、反応液を設定温度50℃のオイルバスで3時間、加熱しつつ攪拌した。
反応液を冷却後、4つ口フラスコに、水を100mL、ヘキサンを100mL加え、有機層を水で3回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回、分液洗浄を行った。
得られた溶液を、無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥後、ろ過し、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物3を橙色固体として21.1g(17.6mmol、収率90.8%)得た。
得られた化合物3について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.23 (s, 2H), 7.00 (d, JHH=4.8Hz, 2H), 6.78 (s, 2H), 6.68 (d, JHH=4.8Hz, 2H), 1.88 (m, 8H), 1.26 (br, 80H), 0.87 (t, 12H).
<合成例2>(化合物4の合成)
下記式で表される化合物3から下記式で表される化合物4を合成した。
Figure 2022022138000080
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三つ口フラスコに、化合物3を3.59g(3.00mmol)、ジクロロメタンを30mL入れ、室温で10分間攪拌して化合物3を溶解させた。
次に、三つ口フラスコに、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを1.17g(9.00mmol)入れ、設定温度45℃のオイルバスで2時間、加熱しつつ攪拌した。
次いで、反応液を冷却後、水を20mL加え、有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。得られた溶液を無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥して、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物4を濃赤色固体として3.52g(2.81mmol、収率93.6%)得た。
得られた化合物4について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 9.77 (s, 2H), 7.32 (s, 2H), 7.27 (s, 2H), 6.83 (s, 2H), 1.90 (m, 8H), 1.23 (br, 80H), 0.86 (t, 12H).
<実施例1>(化合物N-1の合成)
下記式で表される化合物4及び化合物5を用いて下記式で表される化合物6(化合物N-1)を合成した。
Figure 2022022138000081
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三つ口フラスコに、化合物4を1.25g(1.00mmol)、Synthetic Communications, 1995, 25(19), 3045.に記載の方法で合成した化合物5を0.797g(4.00mmol)、クロロホルムを40mL、ピリジンを2.02g(20.0mmol)入れ、65℃のオイルバスで16時間、加熱しつつ攪拌した。
反応液を冷却し、さらに水を加えた後、塩化アンモニウム水溶液と飽和塩化ナトリウム水溶液を用いて有機層を洗浄した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥して、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムにて精製することにより、化合物6(化合物N-1)を濃緑色固体として、654mg(0.405mmol、収率40.5%)得た。
得られた化合物N-1について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.67 (d, JHH=15.6Hz, 2H), 7.36 (s, 2H), 7.03 (s, 2H), 6.86 (s, 2H), 6.61 (d, JHH=15.6Hz, 2H), 1.90 (br, 8H), 1.75 (s, 12H), 1.26 (br, 80H), 0.86 (t, 12H).
<合成例3>(化合物8の合成)
下記式で表される化合物7から下記式で表される化合物8を合成した。
Figure 2022022138000082
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した1L四つ口フラスコに、特開2014-31364号公報の段落[0203]に記載の方法により合成した化合物7を13.30g(24.50mmol)、テトラヒドロフランを490mL入れ、0℃まで冷却した。
次に、四つ口フラスコに、N-ブロモスクシンイミドを4.361g(24.50mmol)加え、0℃で4時間攪拌した。
次いで、得られた溶液を常温まで昇温し、常温でさらに3時間攪拌して反応させた後、さらに3%亜硫酸ナトリウム水溶液を加えることで反応を停止させた。
得られた反応液をヘキサンで抽出したのち、水及び飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄した。
次に、得られた有機層を、硫酸マグネシウムで乾燥して、ろ過を行い、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムにて精製することにより、化合物8を薄黄色のオイルとして10.1g(16.2mmol、収率66.3%)得た。
得られた化合物8について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.44 (d, JHH=5.6Hz, 1H), 7.07 (d, JHH=5.6Hz, 1H), 6.95 (s, 1H), 2.16 (m, 2H), 1.72 (m, 2H), 1.21 (br, 40H), 0.86 (t, 6H).
<合成例4>(化合物10の合成)
下記式で表される化合物8及び化合物9を用いて下記式で表される化合物10を合成した。
Figure 2022022138000083
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した300mL四つ口フラスコに、国際公開第2011/052709号の段落[0139]から[0141]に記載の方法により合成した化合物9を5.23g(6.65mmol)、化合物8を9.51g(15.3mmol)、テトラヒドロナフタレンを120mL入れ、30分間アルゴンガスでバブリングを行うことで脱気した。
次に、四つ口フラスコに、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.304g(0.333mmol、5mol%)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.405g(1.33mmol、20mol%)、テトラヒドロナフタレンを13mL入れ、5分間攪拌した。
次いで、四つ口フラスコに、さらに3.0Mリン酸カリウム水溶液を22mL加え、反応液を設定温度75℃のオイルバスで1時間、加熱しつつ攪拌した。
反応液を冷却後、水を100mL、ヘキサンを100mL加え、さらに水で3回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回分液洗浄を行った。
得られた溶液を無水硫酸ナトリウムで乾燥して、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムにて精製することにより、化合物10を濃赤色オイルとして9.83g(6.09mmol、収率91.7%)得た。
得られた化合物10について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.46 (d, JHH=5.2Hz, 1H), 7.45 (d, JHH=5.2Hz, 1H), 7.07 (d, JHH=5.2Hz, 1H), 7.06 (d, JHH=5.2Hz, 1H), 7.02 (s, 1H) , 6.98 (s, 1H) , 6.86 (s, 1H) , 6.84 (s, 1H), 2.19 (m, 4H), 1.91 (m, 4H), 1.73 (m, 4H), 1.18 (br, 120H), 0.86 (t, 18H).
<合成例5>(化合物11の合成)
下記式で表される化合物10から下記式で表される化合物11を合成した。
Figure 2022022138000084
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した300mL四つ口フラスコに、化合物10を9.68g(6.00mmol)、クロロホルムを120mL入れ、常温で10分間攪拌し溶解させた。
次に、四つ口フラスコに、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを5.38g(42.0mmol)入れ、設定温度65℃のオイルバスで合計20時間、加熱しつつ攪拌した。
反応液を冷却後、水を100mL加え、飽和塩化ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。
得られた溶液を無水硫酸ナトリウムで乾燥して、ろ過し、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物11を紫色オイルとして5.90g(3.53mmol、収率58.9%)得た。
得られた化合物11について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 9.91 (s, 2H) , 8.08 (s, 1H) , 8.07 (s, 1H) , 7.06 (s, 1H), 7.02 (s, 1H) , 6.93 (s, 1H) , 6.91 (s, 1H) , 2.22 (m, 4H), 1.92 (m, 4H), 1.75 (m, 4H), 1.21 (br, 120H), 0.85 (t, 18H).
<実施例2>(化合物N-2の合成)
下記式で表される化合物11及び化合物12を用いて下記式で表される化合物13(化合物N-2)を合成した。
Figure 2022022138000085
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した200mL四つ口フラスコに、化合物11を2.25g(1.35mmol)、Adv. Mater. 2017, 29, 1703080.に記載の方法により合成した化合物12を0.888g(3.38mmol)、クロロホルムを68mL、ピリジンを1.07g(13.5mmol)入れ、65℃のオイルバスで2時間、加熱しつつ攪拌した。
得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。
次に、得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物13(化合物N-2)を濃青緑色の固体として1.91g(0.886mmol、収率65.6%)得た。
得られた化合物N-2について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.90 (s, 1H), 8.89 (s, 1H), 8.81 (s, 1H), 8.17 (s, 1H), 7.99 (s, 1H), 7.98 (s, 1H), 7.11 (s, 1H), 7.07 (s, 1H), 6.98 (s, 1H), 6.98 (s, 1H), 2.25 (m, 4H), 1.94 (m, 4H), 1.77 (m, 4H), 1.24 (br, 120H), 0.86 (m, 18H).
<合成例6>(化合物14の合成)
下記式で表される化合物2から下記式で表される化合物14を合成した。
Figure 2022022138000086
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した200mL四つ口フラスコに、化合物2を8.2g(13.4mmol)、テトラヒドロフランを67mL入れ、氷浴で0℃に冷却した。
次に、四つ口フラスコに、ゆっくりとiPrMgClのテトラヒドロフラン溶液(2.0M)を6.7mL滴下し、0℃に保温したまま1時間撹拌した。
続いて、別容器にて、得られた反応液に、67mLのテトラヒドロフランで希釈した化合物2を8.2g(13.4mmol)と、[1,3-Bis(diphenylphosphino)propane]nickel(II)Dichloride 363.2mg(0.67mmol)の溶液とを、0℃でゆっくりと滴下した後に、反応溶液を常温まで昇温させた。その後、常温で2時間撹拌した後に、0.5Mの塩酸を用いて反応を停止させた。
得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。
得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物14を橙色の固体として2.14g(4.04mmol、収率15%)得た。
得られた化合物14について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 6.98 (d, JHH = 5.6Hz, 2H), 6.69 (s, 2H), 6.67 (d, JHH = 5.6Hz, 2H), 1.88-1.84 (m, 8H), 1.30-1.19 (m, 80H), 0.87 (t, 12H).
<合成例7>(化合物15の合成)
下記式で表される化合物14から下記式で表される化合物15を合成した。
Figure 2022022138000087
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物14を2.0g(1.89mmol)、ジクロロメタンを19mL入れて溶解させた。
次に、四つ口フラスコに、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを0.72g(5.66mmol)入れ、設定温度40℃のオイルバスで3時間、加熱しつつ攪拌した。
反応液を冷却後、水を20mL加え、飽和塩化ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。
得られた溶液を、硫酸マグネシウムで乾燥して、ろ過を行い、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物15を紫色の固体として1.83g(1.64mmol、収率87%)得た。
得られた化合物15について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (THF-d)]
δ 9.73 (s, 2H), 7.37 (s, 2H), 7.10 (s, 2H), 1.98-1.86 (m, 8H), 1.44-1.23 (m, 80H), 0.84 (t, 12H).
<実施例3>(化合物N-3の合成)
下記式で表される化合物12及び化合物15を用いて下記式で表される化合物16(化合物N-3)を合成した。
Figure 2022022138000088
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物15を0.6g(0.54mmol)、化合物12を0.35g(1.34mmol)、クロロホルムを8mL、ピリジンを0.02g(0.27mmol)入れ、65℃のオイルバスで2時間、加熱しつつ攪拌した。
次に、得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。
次いで、得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムにて精製することにより、化合物16(化合物N-3)を濃青緑色の固体として0.69g(0.47mmol、収率87%)得た。
得られた化合物N-3について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.74 (s, 4H), 7.91 (s, 2H), 7.39 (s, 2H), 6.92 (s, 2H) 1.99-1.88 (m, 8H), 1.43-1.23 (m, 80H), 0.85 (t, 12H).
<実施例4>(化合物N-4の合成)
下記式で表される化合物5及び化合物15を用いて下記式で表される化合物17(化合物N-4)を合成した。
Figure 2022022138000089
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三つ口フラスコに、化合物15を0.6g(0.54mmol)、化合物5を0.43g(2.15mmol)、クロロホルムを8mL、ピリジンを0.85g(10.8mmol)入れ、65℃のオイルバスで7時間、加熱しつつ攪拌した。
得られた反応液を冷却し、水を加えた後、塩化アンモニウム水溶液と飽和塩化ナトリウム水溶液とで有機層を洗浄した。
次に、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムにて精製することにより、化合物17(化合物N-4)を濃青色固体として243mg(0.18mmol、収率34%)得た。
得られた化合物N-4について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.63 (d, JHH = 16Hz, 2H), 7.03 (s, 2H), 6.83 (s, 2H), 6.63 (d, JHH = 16Hz, 2H), 1.95-1.85 (m, 8H), 1.75 (s, 12H), 1.40-1.23 (m, 80H), 0.86 (t, 12H).
<合成例8>(化合物19の合成)
下記式で表される化合物18から下記式で表される化合物19を合成した。
Figure 2022022138000090
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三つ口フラスコに、国際公開第2011/052709号の段落[0271]に記載の方法により合成した化合物18を2.85g(5.36mmol)、脱水テトラヒドロフランを27mL加え、得られた溶液を-70℃まで冷却した後、n-ブチルリチウム溶液(1.64mol/L、ヘキサン溶液)を3.3mL加え、2時間攪拌を行った。
次に、反応液を-70℃で保持したまま、トリメトキシボランを0.83g(8.04mmol)を加え、2時間攪拌を行った。
次いで、得られた反応液に10w%酢酸水溶液(30mL)を入れ、酢酸エチルを用いて分液操作を行い、有機層を抽出した。得られた有機層に対し、トルエン(20mL)、2-ヒドロキシメチレン-2-メチル-1,3-プロパンジオール1.29g(10.72mmol)を加え、ディーンスターク管を用いた脱水操作を30分間行った。さらに溶媒をロータリーエバポレーターで除き、化合物19の粗体3.53gを緑色オイルとして取得した。
<合成例9>(化合物21の合成)
下記式で表される化合物19及び化合物20を用いて下記式で表される化合物21を合成した。
Figure 2022022138000091
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、合成例8で得た未精製の粗体である化合物19を3.53g(5.36mmol)、Luminescence Technology Corp.から購入した化合物20を1.2g(2.23mmol)、テトラヒドロフランを22mL入れ、30分間アルゴンガスでバブリングを行うことで脱気した。
得られた反応液に、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.164g(0.179mmol、8mol%)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.109g(0.357mmol、16mol%)を入れ、5分間攪拌した。
次に、反応液にさらに3.0Mリン酸カリウム水溶液を22mL加え、得られた反応液を設定温度75℃のオイルバスで1時間加熱しつつ攪拌した。
次いで、反応液を冷却後、水を100mL、ヘキサンを100mL加え、水で3回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回分液洗浄を行った。
得られた溶液を無水硫酸ナトリウムで乾燥後ろ過し、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物21を濃赤色オイルとして2.11g(1.49mmol、収率67%)得た。
得られた化合物21について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.94 (s, 1H), 7.03 (dd, JHH = 9.2Hz, 5.2Hz, 2H), 6.85 (s, 1H), 6.81 (s, 1H), 6.68 (dd, JHH = 5.2Hz, 1.6Hz, 2H), 4.37 (t, JHH = 6.8Hz, 2H), 1.95-1.78 (m, 10H), 1.44-1.22 (m, 100H), 0.86 (t, 15H).
<合成例10>(化合物22の合成)
下記式で表される化合物21から下記式で表される化合物22を合成した。
Figure 2022022138000092
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物21を1.5g(1.06mmol)、ジクロロメタンを11mL加え溶解させた。
次に、得られた反応液に(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを0.41g(3.19mmol)入れ、設定温度40℃のオイルバスで3時間加熱攪拌した。
次いで、得られた反応液を冷却後、水を20mL加え、飽和塩化ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。
得られた溶液を硫酸マグネシウムで乾燥後ろ過し、減圧下で溶媒を留去して得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物22を紫色の固体として1.44g(0.98mmol、収率92%)得た。
得られた化合物22について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 9.78 (s, 1H), 9.77 (s, 1H), 7.95 (s, 1H), 7.29 (s, 1H), 7.28 (s, 1H), 6.90 (s, 1H), 6.86 (s, 1H), 4.39 (t, JHH = 7.2Hz, 2H), 1.97-1.79 (m, 10H), 1.46-1.22 (m, 100H), 0.86 (t, 15H).
<実施例5>(化合物N-5の合成)
下記式で表される化合物22及び化合物12を用いて下記式で表される化合物23(化合物N-5)を合成した。
Figure 2022022138000093
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物22を1.4g(0.98mmol)、化合物12を0.78g(2.95mmol)、クロロホルムを20mL、ピリジンを0.04g(0.49mmol)入れ、65℃のオイルバスで2時間加熱しつつ攪拌した。
次に、得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。
次いで、得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物23(化合物N-5)を黒色の固体として1.5g(0.77mmol、収率95%)得た。
得られた化合物N-5について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.57-8.51 (m, 4H), 7.81 (s, 1H), 7.77 (s, 1H), 7.73 (s, 1H), 7.29 (br, 2H), 6.96 (s, 1H), 6.88 (s, 1H), 4.50 (t, JHH = 7.2Hz, 2H), 2.08-1.93 (m, 10H), 1.59-1.20 (m, 100H), 0.83 (t, 15H).
<実施例6>(化合物N-6の合成)
下記式で表される化合物11及び化合物5を用いて下記式で表される化合物24(化合物N-6)を合成した。
Figure 2022022138000094
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した200mL四つ口フラスコに、化合物11を1.67g(1.00mmol)、化合物5を0.797g(4.00mmol)、クロロホルムを50mL、トリエチルアミンを2.02g(20.0mmol)入れ、65℃のオイルバスで8時間加熱しつつ攪拌した。
次に、得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。
次いで、得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物24(化合物N-6)を濃青緑色の固体として1.52g(0.749mmol、収率74.0%)得た。
得られた化合物N-6について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.783 (s, 1H), 7.779 (s, 1H), 7.72 (d, JHH = 7.2Hz, 1H), 7.68 (d, JHH = 7.2Hz, 1H), 7.07 (s, 1H), 7.04 (s, 1H), 6.94 (d, JHH = 7.2Hz, 2H), 7.07 (s, 1H), 6.71 (s, 1H), 6.69 (s, 1H), 2.20 (m, 4H), 1.94 (m, 4H), 1.79 (s, 12H)1.75 (m, 4H), 1.24 (br, 120H), 0.86 (m, 18H).
<実施例7>(化合物N-7の合成)
下記式で表される化合物11及び化合物25を用いて下記式で表される化合物26(化合物N-7)を合成した。
Figure 2022022138000095
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物11を1.00g(0.600mmol)、Angene International社より購入した化合物25を0.345g(1.50mmol)、クロロホルムを30mL、ピリジンを0.475g(6.00mmol)入れ、65℃のオイルバスで2時間加熱しつつ攪拌した。
次に、得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。
次いで、得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物26(化合物N-7)を濃青緑色の固体として0.866g(0.414mmol、収率68.9%)得た。
得られた化合物N-7について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.865 (s, 1H), 8.863 (s, 1H), 8.57 (m, 2H), 8.16 (s, 2H), 7.72 (m, 2H), 7.10 (s, 1H), 7.07 (s, 1H), 6.971 (s, 1H), 6.967 (s, 1H), 2.25 (m, 4H), 1.96 (m, 4H), 1.77 (m, 4H), 1.24 (br, 120H), 0.86 (m, 18H).
<実施例8>(化合物N-8の合成)
下記式で表される化合物11及び化合物27を用いて下記式で表される化合物28(化合物N-8)を合成した。
Figure 2022022138000096
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物11を0.951g(0.570mmol)、東京化成工業株式会社より購入した化合物27を0.332g(1.71mmol)、クロロホルムを30mL、ピリジンを0.676g(8.55mmol)入れ、65℃のオイルバスで2時間加熱しつつ攪拌した。
次に、得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物28(化合物N-8)を濃青緑色の固体として0.975g(0.482mmol、収率84.6%)得た。
得られた化合物N-8について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.875 (s, 1H), 8.872 (s, 1H), 8.74 (s, 1H), 8.72 (s, 1H), 8.14 (s, 2H), 7.97 (m, 2H), 7.81 (m, 4H), 7.10 (s, 1H), 7.06 (s, 1H), 6.96 (s, 2H), 2.24 (m, 4H), 1.94 (m, 4H), 1.76 (m, 4H), 1.20 (br, 120H), 0.86 (m, 18H).
<実施例9>(化合物N-9の合成)
下記式で表される化合物4及び化合物12を用いて下記式で表される化合物29(化合物N-9)を合成した。
Figure 2022022138000097
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物4を1.63g(1.30mmol)、化合物12を0.855g(3.25mmol)、クロロホルムを26mL、ピリジンを0.950g(12.0mmol)入れ、65℃のオイルバスで2時間加熱しつつ攪拌した。
次に、得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。
次いで、得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物29(化合物N-9)を濃青緑色の固体として1.33g(0.745mmol、収率58.7%)得た。
得られた化合物N-9について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.723 (s, 2H), 8.718 (s, 2H), 7.91 (s, 2H), 7.39 (s, 2H), 7.38 (s, 2H), 6.90 (s, 2H), 1.93 (m, 8H), 1.23 (br, 80H), 0.86 (t, 12H).
<合成例11>(化合物30の合成)
下記式で表される化合物14から下記式で表される化合物30を合成した。
Figure 2022022138000098
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに化合物14を2.0g(1.88mmol)、テトラヒドロフラン19mLを入れ、氷浴で0℃に冷却した。東京化成工業より購入したN-ブロモスクシンイミドを0.75g(3.96mmol)仕込み、そのまま常温で2時間撹拌した後に、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液を用いて反応を停止させた。
次に、得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
次いで、得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物30を赤色の固体として2.11g(1.73mmol、収率92%)得た。
<合成例12>(化合物32の合成)
下記式で表される化合物31から下記式で表される化合物32を合成した。
Figure 2022022138000099
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した200mL四つ口フラスコに化合物31を4.5g(39.4mmol)、東京化成工業より購入した2-エチルヘキサノール15.3g(118.3mmol)、パラトルエンスルホン酸0.68g(3.94mmol)、トルエン95mLを入れ、100℃のオイルバスで2時間加熱しつつ撹拌した。得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。
次に、得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
次いで、得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物32を無色のオイルとして7.8g(36.7mmol、収率93%)得た。
<合成例13>(化合物34の合成)
下記式で表される化合物32及び化合物33を用いて下記式で表される化合物34を合成した。
Figure 2022022138000100
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三つ口フラスコに、化合物32を1.52g(7.16mmol)、脱水テトラヒドロフランを30mL加え、溶液を-70℃まで冷却した後、n-ブチルリチウム溶液(2.6mol/L、ヘキサン溶液)を3.3mL加え、2時間攪拌を行った。
次に、反応液を-70℃に保持したまま、東京化成工業株式会社より購入した化合物33を2.0g(10.74mmol)を加え、2時間攪拌を行った。
次いで、得られた反応液を常温まで昇温した後に、飽和塩化アンモニウム水溶液で反応を停止させ、酢酸エチルを用いて分液操作を行い、有機層を抽出した。
得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去し、化合物34の粗体2.34gを無色オイルとして取得した。
<合成例14>(化合物35の合成)
下記式で表される化合物34及び化合物30を用いて下記式で表される化合物35を合成した。
Figure 2022022138000101
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物34を1.27g(2.63mmol)、化合物30を1.45g(1.19mmol)、テトラヒドロフランを5mL入れ、30分間アルゴンガスでバブリングを行うことで脱気した。
次に、得られた反応液に、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.044g(0.05mmol、8mol%)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.058g(0.19mmol,16mol%)を入れ、5分間攪拌した。
次いで、反応液に、さらに3.0Mリン酸カリウム水溶液を5mL加え、反応液を設定温度65℃のオイルバスで1時間加熱しつつ攪拌した。冷却後、反応液に、水を100mL、ヘキサンを100mL加え、水で3回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回分液洗浄を行った。得られた溶液を無水硫酸ナトリウムで乾燥後ろ過し、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物35を濃赤色オイルとして1.51g(1.02mmol、収率86%)得た。
<合成例15>(化合物36の合成)
下記式で表される化合物35から下記式で表される化合物36を合成した。
Figure 2022022138000102
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物35を0.43g(0.29mmol)、ジクロロメタンを5mL加え溶解させた。
次に、得られた溶液に、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを0.12g(0.94mmol)入れ、設定温度40℃のオイルバスで3時間加熱しつつ攪拌した。
次いで、得られた溶液を、冷却後、水を5mL加え、飽和塩化ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。得られた溶液を硫酸マグネシウムで乾燥後ろ過し、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物36を紫色の固体として0.35g(0.23mmol、収率78.6%)得た。
<実施例10>(化合物N-10の合成)
下記式で表される化合物36及び化合物12を用いて下記式で表される化合物37(化合物N-10)を合成した。
Figure 2022022138000103
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物36を0.35g(0.23mmol)、化合物12を0.32g(1.23mmol)、クロロホルムを10mL、ピリジンを0.002g(0.025mmol)入れ、65℃のオイルバスで2時間加熱しつつ攪拌した。
次に、得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄した。
次いで、得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物37(化合物N-10)を黒色の固体として0.4g(0.197mmol、収率85.9%)得た。
得られた化合物N-10について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.71 (s, 2H), 8.66 (s, 2H), 8.04 (s, 2H), 7.89 (s, 2H), 7.48 (br, 2H), 6.78 (s, 2H), 3.94 (d, 4H), 2.01-1.80 (m, 8H), 1.70-0.97 (m, 46H), 0.91-0.76 (m, 32H).
<合成例16>(化合物39の合成)
下記式で表される化合物38及び化合物19を用いて下記式で表される化合物39を合成した。
Figure 2022022138000104
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した200mL四つ口フラスコに、特開2013-213180号公報に記載の方法により合成した化合物38を1.08g(2.00mmol)、化合物12を3.36g(4.60mmol)、テトラヒドロフランを67mL入れ、30分間窒素ガスでバブリングを行うことで脱気した。
次いで、四つ口フラスコに、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.0916g(0.100mmol、5mol%)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.116g(0.400mmol、20mol%)を入れ、5分間攪拌した。
次に、4つ口フラスコに、3.0Mリン酸カリウム水溶液を6.7mL加え、反応液を設定温度76℃のオイルバスで1時間、加熱しつつ攪拌した。
反応液を冷却後、4つ口フラスコに、水を100mL、ヘプタンを100mL加え、有機層を水で3回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回、分液洗浄を行った。
得られた溶液を、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥後、ろ過し、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物39を濃赤紫色オイルとして2.55g(1.77mmol、収率88.5%)得た。
得られた化合物39について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.13 (s, 2H), 7.51 (s, 2H), 7.11 (s, 1H), 7.09 (s, 1H), 6.70 (s, 1H), 6.69 (s, 1H), 2.76 (m, 4H), 1.95 (m, 8H), 1.69―1.62(m, 4H), 1.45―1.22 (br, 92H), 0.93―0.82 (m, 18H)
<合成例17>(化合物40の合成)
下記式で表される化合物39を用いて下記式で表される化合物40を合成した。
Figure 2022022138000105
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物39を2.52g(1.75mmol)、ジクロロメタンを88mL入れ、常温で10分間攪拌して化合物39を溶解させた。
次に、四つ口フラスコに、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを1.12g(8.75mmol)入れ、設定温度49℃のオイルバスで7.5時間、加熱しつつ攪拌した。
次いで、反応液を冷却後、水を18mL加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。得られた溶液を、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥して、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物40を濃赤紫色オイルとして2.54g(1.70mmol、収率97.0%)得た。
得られた化合物40について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 9.81 (s, 2H), 8.11 (s, 2H), 7.53 (s, 2H), 7.30 (s, 2H), 2.77(t, JHH=8.0Hz,4H), 1.99―1.94 (m, 8H), 1.72―1.62 (m, 4H), 1.45―1.21 (br, 92H), 0.91(t, JHH=7.0Hz,6H), 0.84(t, JHH=6.8Hz,12H).
<実施例11>(化合物N-11の合成)
下記式で表される化合物40及び化合物12を用いて下記式で表される化合物41(N―11)を合成した。
Figure 2022022138000106
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物40を0.748g(0.500mmol)、化合物12を0.395g(1.50mmol)、クロロホルムを25mL、ピリジンを0.396g(5.00mmol)入れ、68℃のオイルバスで1時間、加熱しつつ攪拌した。
次いで、得られた溶液を常温まで冷却し、メタノール150mLへ加えた。得られた溶液をろ過し、析出物として粗生成物を得た。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物41(化合物N-11)を黒色固体として0.882g(0.444mmol、収率88.8%)得た。
得られた化合物N-11について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.63 (s, 2H), 8.60 (s, 2H), 7.85 (s, 2H), 7.48 (s, 2H), 7.24 (s, 2H), 2.80(t, JHH=7.9Hz,4H), 1.98 (br, 8H), 1.79―1.69 (m, 4H), 1.56―1.21 (br, 92H), 0.97(t, JHH=6.9Hz,6H), 0.83(t, JHH=6.9Hz,12H).
<合成例18>(化合物43の合成)
下記式で表される化合物19および化合物42を用いて下記式で表される化合物43を合成した。
Figure 2022022138000107
100mL三つ口フラスコに化合物42(東京化成工業社製)を1.00g(2.36mmol)、化合物19を4.14g(4.96mmol)、THFを23.6mL入れ、30分間アルゴンガスでバブリングを行うことで脱気した。
次に、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.087g(0.09mmol、4mol%)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.056g(0.19mmol、8mol%)、3.0Mリン酸カリウム水溶液を23.6mL加え、40℃に昇温した。
得られた反応液を冷却後、トルエンで希釈し、有機層を水で2回分液洗浄した。
得られた溶液を、硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去することで粗生成物を得た。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムにて精製することにより、黒色固体として化合物43を1.87g(収率59.8%、1.41mmol)得た。
得られた化合物43について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.60 (s, 2H), 7.05 (d, JHH=5.6Hz, 2H), 6.66 (d, JHH=5.6Hz, 2H), 3.56 (t, 2H), 1.92-1.88 (m, 9H), 1.38-1.21 (m, 88H), 0.95-0.83 (m, 18H).
<合成例19>(化合物44の合成)
下記式で表される化合物43を用いて下記式で表される化合物44を合成した。
Figure 2022022138000108
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三口フラスコに化合物43を1.49g(1.13mmol)、脱水クロロホルムを56.3mL、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを0.552g(4.32mmol)を入れ、内温を61℃に昇温し、16時間攪拌した。
次に、得られた反応液を冷却後、さらに水を加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。
得られた溶液を、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥して、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物44を黒色オイルとして1.31g(収率84.4%、0.95mmol)得た。
得られた化合物44について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 9.73 (s, 2H), 7.77 (s, 2H), 7.28 (s, 2H), 3.56 (t, 2H), 1.94-1.90 (m, 9H), 1.52-1.09 (m, 88H), 0.87-0.73 (m, 18H).
<実施例12>(化合物N-12の合成)
下記式で表される化合物44及び化合物12を用いて下記式で表される化合物45(N―12)を合成した。
Figure 2022022138000109
50mL二つ口フラスコに化合物44を0.500g(0.363mmol)、脱水クロロホルムを18.0g、化合物12を0.286g(1.088mmol)、ピリジンを0.287g(3.63mmol)入れ、オイルバスで60℃に昇温した。
3時間撹拌した後に常温まで放冷し、反応液を水10gで3回分液洗浄した後に、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去して粗生成物を得た。
得られた粗生成物をリサイクル分取GPCで精製し、化合物45(N―12)を黒色固体として0.350g(収率52%、0.187mmol)得た。
得られた化合物N-12について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.71 (m, 4H), 7.91 (s, 2H), 7.71 (s, 2H), 7.31 (br, 2H), 3.60 (t, 2H), 2.11-1.77 (m, 9H), 1.50-1.06 (m, 88H), 0.98-0.82 (m, 18H).
<合成例20>(化合物47の合成)
下記式で表される化合物19及び化合物46を用いて下記式で表される化合物47を合成した。
Figure 2022022138000110
100mL三つ口フラスコに化合物19を8.34g(10.00mmol)、化合物46(東京化成工業社製)を1.71g(4.17mmol)、テトラヒドロフランを41.7mL入れ、30分間アルゴンガスでバブリングをすることで脱気を行った。
次に、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.305g(0.33mmol、4mmol%)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.203g(0.67mmol、8mmol%)、3.0Mリン酸カリウム水溶液を41.7mL入れた後に60℃に昇温した。
次いで、反応液を2時間撹拌した後に、常温まで冷却した。
次に、有機層を抽出し、ヘキサンで希釈し、水で2回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した後にロータリーエバポレーターで全量濃縮した。
さらにシリカゲルカラムにより精製することにより、化合物47を橙色オイルとして5.56g(収率)得た。
得られた化合物47について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 6.98 (d, JHH=6.4Hz, 2H), 6.71 (s, 2H), 6.67 (d, JHH=6.4Hz, 2H), 2.68 (t, 4H), 1.86 (m, 8H), 1.57 (m, 4H), 1.22 (m, 92H), 0.88 (m, 18H).
<合成例21>(化合物48の合成)
下記式で表される化合物47を用いて下記式で表される化合物48を合成した。
Figure 2022022138000111
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した200mL三口フラスコに化合物47を1.61g(1.23mmol)、脱水クロロホルムを61.4 mL、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを0.472g(3.69mmol)を入れ、内温60℃で2時間撹拌した。
反応液を冷却後、水を加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。
得られた溶液を、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥して、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物48を赤黒色オイルとして1.22g(収率72.7%、0.89mmol)得た。
得られた化合物48について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 9.76 (s, 2H), 7.27 (s, 2H), 6.75 (s, 2H), 2.70 (t, 4H), 1.89 (m, 8H), 1.56 (m, 4H), 1.22 (m, 92H), 0.85 (m, 18H).
<実施例13>(化合物N-13の合成)
下記式で表される化合物48及び化合物12を用いて下記式で表される化合物49(N-13)を合成した。
Figure 2022022138000112
50mL二つ口フラスコに化合物48を0.80g(0.586mmol)、脱水クロロホルムを29.0g、化合物12を0.462g(1.76mmol)、ピリジンを0.463g(5.86mmol)入れ、60℃に昇温したオイルバスにつけて2時間撹拌した。
冷却後、水87gで分液洗浄した後に、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することで化合物49(N―13)を黒色固体として0.636g(収率58%、0.342mmol)得た。
得られた化合物N―13について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.75 (s, 2H,), 8.73 (s, 2H), 7.89 (s, 2H), 7.39 (s, 2H), 6.86 (s, 2H), 2.77 (t, 4H), 1.92 (m, 8H), 1.60 (m, 4H), 1.21 (m, 92H), 0.93 (m, 6H), 0.85 (m, 12H).
<合成例22>(化合物51の合成)
下記式で表される化合物19及び化合物50を用いて下記式で表される化合物51を合成した。
Figure 2022022138000113
10mL四つ口フラスコに化合物50(東京化成工業社製)を1.2g(4.05mmol)、化合物19を3.15g(4.05mmol)、テトラヒドロフラン40.5mLを入れ、窒素ガスで30分間バブリングして脱気を行った。
次に、氷浴により0℃に冷却した後に、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.111g(0.12mmol)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.074g(0.24mmol)、3.0Mリン酸カリウム水溶液を40.5mLをこの順に加えた。
4時間撹拌した後に、常温まで昇温し、反応液を水、クロロホルムで希釈して分液洗浄して、有機層を得た。
次に、得られた有機層を水、及び飽和食塩水で1回ずつ洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した後に減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することで化合物51を黒色固体として2.43g(収率80.5%)得た。
得られた化合物51について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.57 (s, 1H), 8.27 (s, 1H), 7.11 (d, JHH=5.6Hz, 1H), 6.69 (d, JHH=5.6Hz, 1H), 1.96 (m, 4H), 1.19-1.49 (m, 40H), 0.82-0.89 (m, 6H).
<合成例23>(化合物53の合成)
下記式で表される化合物51及び化合物52を用いて下記式で表される化合物53を合成した。
Figure 2022022138000114
100mL四つ口フラスコに51を2.29g(2.84mmol)、国際公開第2014/112656号に記載の方法により合成した化合物52を1.12g(1.42mmol)、テトラヒドロフランを14.2mL入れ、窒素ガスで30分間バブリングを行うことで脱気した。
次に、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.039g(0.04mmol)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.026g(0.09mmol)、3.0Mリン酸カリウム水溶液を14.2mLをこの順に加え、40℃のオイルバスにつけて昇温した。
次いで、3時間撹拌した後に常温まで放冷した。得られた反応液を水、クロロホルムで希釈し、分液ロートを用いて分液洗浄して有機層を採取し、酢酸水で1回、飽和食塩水で1回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過した後に減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をヘキサンに溶解させた後にアセトンを加え、析出した固体をろ過することで青黒色固体として化合物53を2.14g(収率81%、1.15mmol)得た。
得られた化合物53について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.71 (d, JHH=4.8Hz, 2H), 8.26 (d, JHH=4.8Hz, 2H), 7.81 (s, 1H),7.73 (s, 1H), 7.10 (m, 2H), 6.69 (d, 2H), 1.94-2.04 (m, 12H), 1.20-1.51 (m, 120H), 0.81-0.86 (m, 18H).
<合成例24>(化合物54の合成)
下記式で表される化合物53を用いて下記式で表される化合物54を合成した。
Figure 2022022138000115
アルゴンガスで内部の雰囲気を置換した50mL二口フラスコに、化合物53を1.02g(0.55mmol)、クロロホルムを27.5mL、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを0.211g(1.65mmol)を入れ、60℃に昇温した。
冷却後、反応液に水を加え、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。得られた溶液を、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥して、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することで黒色固体として化合物54を0.979g(収率92.9%、0.191mmol)得た。
得られた化合物54について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 9.7 (s, 1H), 9.75 (s, 1H), 8.66 (s, 2H), 8.25 (s, 1H), 8.23 (s, 1H), 7.83 (s, 1H), 7.72 (s, 1H), 7.28 (s, 1H), 7.26 (s, 1H), 1.99-2.07 (m, 12H), 1.18-1.51 (m, 120H), 0.79-0.86 (m, 18H).
<実施例14>(化合物N-14の合成)
下記式で表される化合物54及び化合物12を用いて下記式で表される化合物55(化合物N-14)を合成した。
Figure 2022022138000116
内部の雰囲気を窒素ガスで置換した50mL二つ口フラスコに、化合物54を0.622g(0.322mmol)、脱水クロロホルムを16g、化合物12を0.257g、ピリジンを0.257g入れ、60℃に加熱したオイルバスにつけて昇温した。
4時間撹拌した後に常温まで冷却し、クロロホルム70gで希釈してシリカゲルカラムで精製することで、黒色固体として化合物55(化合物N-14)を0.675g(収率86.3%、0.28mmol)得た。
得られた化合物N―14について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (O-DICHLOROBENZENE-D4)]
δ 8.46-8.66 (m, 9H), 8.03 (s, 1H), 7.83(s, 1H), 7.68 (s, 2H), 7.42 (m, 2H), 2.14-2.23 (m, 12H), 1.29-1.66 (m, 120H), 0.77 (m, 18H).
<合成例25>(化合物56の合成)
下記式で表される化合物55を用いて下記式で表される化合物56を合成した。
Figure 2022022138000117
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した300mL四つ口フラスコに、文献(Dyes and Pigments, 2015,112,145.)に記載の方法により合成した化合物55を4.00g(7.77mmol)、テトラヒドロフランを78mL入れ、-30℃まで冷却した。
次に、四つ口フラスコに、N-ブロモスクシンイミドを1.31g(7.38mmol)加え、-30℃で6時間攪拌した。
次いで、得られた溶液を常温まで昇温し、常温でさらに3時間攪拌して反応させた後、さらに3%亜硫酸ナトリウム水溶液を加えることで反応を停止させた。
得られた反応液をヘキサンで抽出したのち、水及び飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄して有機層を得た。
次に、得られた有機層を、硫酸マグネシウムで乾燥して、ろ過を行い、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムにて精製することにより、化合物56を薄黄色のオイルとして4.16g(7.01mmol、収率94.9%)得た。
得られた化合物56について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.16 (d, JHH=8.4Hz, 4H),7.10 (d, JHH=8.4Hz, 4H), 6.98 (d, JHH=4.8Hz, 1H),6.75 (d, JHH=4.8Hz, 1H), 6.42 (s, 1H), 2.58 (t, 4H), 1.63―1.57(m, 4H), 1.36―1.27 (br, 12H), 0.87 (t, 6H).
<合成例26>(化合物57の合成)
下記式で表される化合物56を用いて下記式で表される化合物57を合成した。
Figure 2022022138000118
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三つ口フラスコに、化合物56を4.13g(6.96mmol)、脱水テトラヒドロフランを70mL加え、得られた溶液を-70℃まで冷却した後、n-ブチルリチウム溶液(1.64mol/L、ヘキサン溶液)を4.13mL加え、1時間攪拌を行った。
次に、反応液を-70℃で保持したまま、トリメトキシボランを1.01g(9.74mmol)を加え、2時間攪拌を行った。
次いで、得られた反応液に10質量%酢酸水溶液(30mL)を入れ、酢酸エチルを用いて分液操作を行い、有機層を抽出した。得られた有機層に対し、トルエン(20mL)、2-ヒドロキシメチレン-2-メチル-1,3-プロパンジオール1.25g(10.4mmol)を加え、ディーンスターク管を用いた脱水操作を30分間行った。さらに溶媒をロータリーエバポレーターで除き、化合物57の粗生成物4.47gを緑色オイルとして取得した。
<合成例27>(化合物59の合成)
下記式で表される化合物57及び化合物58を用いて下記式で表される化合物59を合成した。
Figure 2022022138000119
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した300mL四つ口フラスコに、特開2013-43818号公報に記載の方法により合成した化合物58を1.00g(1.43mmol)、化合物57を2.20g(3.43mmol)、テトラヒドロフランを14mL入れ、30分間アルゴンガスでバブリングを行うことで脱気した。
次いで、四つ口フラスコに、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.105g(0.11mmol、8mol%)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.070g(0.23mmol、16mol%)、テトラヒドロフランを5mL入れ、5分間攪拌した。
次に、4つ口フラスコに、3.0Mリン酸カリウム水溶液を14mL加え、反応液を設定温度50℃のオイルバスで3時間、加熱しつつ攪拌した。
反応液を冷却後、4つ口フラスコに、水を100mL、ヘキサンを100mL加え、有機層を水で3回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回、分液洗浄を行った。
得られた溶液を、無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥後、ろ過し、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物59を赤色オイルとして1.74g(1.11mmol、収率78%)得た。
得られた化合物59について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.38 (s, 1H), 7.23―7.18 (m, 8H),7.14―7.10 (m, 8H),7.03―7.00 (m, 2H),6.92 (s, 1H),6.79―6.77 (m, 2H), 6.58 (s, 1H), 6.53 (s, 1H),2.62―2.57 (m, 8H), 2.19―2.11 (m, 2H), 1.71―1.56 (m, 10H), 1.37―1.25 (m, 28H), 1.25―1.08 (br, 36H), 0.89―0.83 (m, 18H).
<合成例28>(化合物60の合成)
下記式で表される化合物59を用いて下記式で表される化合物60を合成した。
Figure 2022022138000120
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三つ口フラスコに、化合物59を1.74g(1.11mmol)、クロロホルムを12mL入れ、常温で10分間攪拌して化合物59を溶解させた。
次に、三つ口フラスコに、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを0.43g(3.33mmol)入れ、設定温度65℃のオイルバスで2時間、加熱しつつ攪拌した。
次いで、反応液を冷却後、水を20mL加え、有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。得られた溶液を無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥して、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物60を濃赤色オイルとして1.63g(1.01mmol、収率90.6%)得た。
得られた化合物60について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 9.76 (s, 1H), 9.75 (s, 1H), 7.46 (s, 1H), 7.37 (s, 1H), 7.36 (s, 1H), 7.21―7.12 (m, 16H), 7.00 (s, 1H), 6.61 (s, 1H), 6.58 (s, 1H), 2.63―2.58 (m, 8H), 2.21―2.13(m, 2H), 1.73―1.57 (m, 10H), 1.37―1.26 (m, 28H), 1.24―1.09 (br, 36H), 0.89―0.83 (m, 18H).
<実施例15>(化合物N-15の合成)
下記式で表される化合物12及び化合物60を用いて下記式で表される化合物61(化合物N―15)を合成した。
Figure 2022022138000121
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物60を0.57g(0.35mmol)、化合物12を0.28g(1.05mmol)、クロロホルムを10mL、ピリジンを0.003g(0.04mmol)入れ、65℃のオイルバスで2時間、加熱しつつ攪拌した。
得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄して有機層を得た。
次に、得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物61(化合物N-15)を濃青緑色の固体として0.64g(0.30mmol、収率86.3%)得た。
得られた化合物N-15について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.74 (s, 1H), 8.73 (s, 1H), 8.69 (s, 1H), 8.68 (s, 1H), 7.91 (s, 1H), 7.90 (s, 1H), 7.49 (s, 2H), 7.46 (s, 1H), 7.21―7.14 (m, 16H), 7.03 (s, 1H), 6.67 (s, 1H), 6.64 (s, 1H), 2.64―2.59 (m, 8H), 2.24―2.17(m, 2H), 1.99―1.86 (m, 8H), 1.76―1.59 (m, 10H), 1.38―1.26 (m, 28H), 1.24―1.12 (br, 36H), 0.89―0.83 (m, 18H).
<合成例29>(化合物63の合成)
下記式で表される化合物62を用いて下記式で表される化合物63を合成した。
Figure 2022022138000122
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した300mL四つ口フラスコに、国際公開第2011/052709号の段落[0261]から[0271]に記載の方法により合成した化合物62を5.02g(12.0mmol)、テトラヒドロフランを100mL入れ、-30℃まで冷却した。
次に、四つ口フラスコに、N-ブロモスクシンイミドを2.11g(11.9mmol)加え、-30℃で6時間攪拌した。
次いで、得られた溶液を常温まで昇温し、常温でさらに3時間攪拌して反応させた後、さらに3%亜硫酸ナトリウム水溶液を加えることで反応を停止させた。
得られた反応液をヘキサンで抽出したのち、水及び飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄して有機層を得た。
次に、得られた有機層を、硫酸マグネシウムで乾燥して、ろ過を行い、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物をシリカゲルカラムにて精製することにより、化合物63を薄黄色のオイルとして4.66g(9.36mmol、収率78.0%)得た。
得られた化合物63について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 6.98 (d, JHH=4.8Hz, 1H), 6.66 (s, 1H),6.65 (d, JHH=4.8Hz, 1H), 1.87―1.74(m, 4H), 1.41―1.23 (br, 24H), 0.86 (t, 6H).
<合成例30>(化合物64の合成)
下記式で表される化合物63を用いて下記式で表される化合物64を合成した。
Figure 2022022138000123
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三つ口フラスコに、化合物63を4.59g(9.23mmol)、脱水テトラヒドロフランを90mL加え、得られた溶液を-70℃まで冷却した後、n-ブチルリチウム溶液(1.64mol/L、ヘキサン溶液)を5.8mL加え、1時間攪拌を行った。
次に、反応液を-70℃で保持したまま、トリメトキシボランを2.43g(12.9mmol)を加え、2時間攪拌を行った。
次いで、得られた反応液に10質量%酢酸水溶液(30mL)を入れ、酢酸エチルを用いて分液操作を行い、有機層を抽出した。得られた有機層に対し、トルエン(20mL)、2-ヒドロキシメチレン-2-メチル-1,3-プロパンジオール1.66g(13.82mmol)を加え、ディーンスターク管を用いた脱水操作を30分間行った。さらに溶媒をロータリーエバポレーターで除き、化合物64の粗生成物5.00gを緑色オイルとして取得した。
<合成例31>(化合物66の合成)
下記式で表される化合物64及び化合物65を用いて下記式で表される化合物66を合成した。
Figure 2022022138000124
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した200mL四つ口フラスコに、文献(ACS Omega2017, 2, 4347.)に記載の方法により合成した化合物65を1.65g(2.80mmol)、化合物64を3.83g(7.00mmol)、テトラヒドロフランを93mL入れ、30分間アルゴンガスでバブリングを行うことで脱気した。
次いで、四つ口フラスコに、Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0)を0.128g(0.140mmol、5mol%)、Tri-tert-butylphosphonium Tetrafluoroborateを0.170g(0.560mmol、20mol%)、テトラヒドロフランを5mL入れ、5分間攪拌した。
次に、4つ口フラスコに、3.0Mリン酸カリウム水溶液を9.3mL加え、反応液を設定温度50℃のオイルバスで3時間、加熱しつつ攪拌した。
反応液を冷却後、4つ口フラスコに、水を100mL、ヘキサンを100mL加え、有機層を水で3回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回、分液洗浄を行った。
得られた溶液を、無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥後、ろ過し、減圧下で溶媒を留去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムで精製することにより、化合物66を赤色オイルとして3.21g(2.54mmol、収率90.6%)得た。
得られた化合物66について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 7.44 (s, 1H), 7.03 (d, JHH=4.0Hz, 1H),7.02 (d, JHH=4.0Hz, 1H), 6.97 (s, 1H), 6.83 (s, 1H), 6.80 (s, 1H), 6.89 (d, JHH=4.8Hz, 1H), 6.68 (d, JHH=4.8Hz, 1H),2.23―2.16(m, 2H), 1.94―1.81 (m, 8H), 1.77―1.69 (m, 2H), 1.44―1.11 (br, 72H), 0.86―0.80 (m, 18H).
<合成例32>(化合物67の合成)
下記式で表される化合物66を用いて下記式で表される化合物67を合成した。
Figure 2022022138000125
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL三つ口フラスコに、化合物66を3.41g(2.70mmol)、クロロホルムを80mL入れ、常温で10分間攪拌して化合物66を溶解させた。
次に、三つ口フラスコに、(Chloromethylene)dimethyliminium Chlorideを1.04g(8.10mmol)入れ、設定温度65℃のオイルバスで2時間、加熱しつつ攪拌した。
次いで、反応液を冷却後、水を20mL加え、有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液で2回分液洗浄を行った。得られた溶液を無水硫酸ナトリウムを用いて乾燥して、ろ過を行い、減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物67を濃赤色固体として2.97g(2.25mmol、収率83.3%)得た。
得られた化合物67について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 9.79 (s, 1H), 9.78 (s, 1H), 7.53 (s, 1H), 7.29 (s, 1H), 7.28 (s, 1H), 7.06 (s, 1H), 6.87 (s, 1H), 2.25―2.17(m, 2H), 1.96―1.84 (m, 8H), 1.78―1.71 (m, 2H), 1.44―1.12 (br, 72H), 0.87―0.79 (m, 18H).
<実施例16>(化合物N-16の合成)
下記式で表される化合物12及び化合物67を用いて下記式で表される化合物68(化合物N―16)を合成した。
Figure 2022022138000126
窒素ガスで内部の雰囲気を置換した100mL四つ口フラスコに、化合物67を0.858g(0.650mmol)、化合物12を0.513g(1.95mmol)、クロロホルムを30mL、ピリジンを0.514g(6.50mmol)入れ、65℃のオイルバスで2時間、加熱しつつ攪拌した。
得られた溶液を常温まで冷却し、水を加えることで反応を停止させた。得られた溶液をクロロホルムで抽出したのち、水で2回、飽和塩化ナトリウム水溶液で1回洗浄して有機層を得た。
次に、得られた有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、ろ過を行い、さらに減圧下で溶媒を留去した。
得られた粗生成物を、シリカゲルカラムにて精製することにより、化合物68(化合物N-16)を濃青緑色の固体として0.967g(0.534mmol、収率82.2%)得た。
得られた化合物N-16について、NMRスペクトルを解析した。結果は下記のとおりである。
H NMR (CDCl)]
δ 8.74 (s, 4H), 7.92 (s, 1H), 7.91 (s, 1H), 7.63 (s, 1H), 7.40 (s, 1H), 7.38 (s, 1H), 7.15 (s, 1H), 6.94 (s, 1H), 6.91 (s, 1H), 2.29―2.22(m, 2H), 1.99―1.86 (m, 8H), 1.82―1.75 (m, 2H), 1.44―1.14 (br, 72H), 0.92―0.80 (m, 18H).
<調製例1>(インクI-1の調製)
溶媒であるo-ジクロロベンゼン(ODCB)に、p型半導体材料である高分子化合物P―1をインクの全重量に対し0.8重量%の濃度となるように、また、n型半導体材料である化合物N-1をインクの全重量に対して0.8重量%の濃度となるように(p型半導体材料/n型半導体材料=1/1)混合し、60℃で8時間撹拌を行って得られた混合液をフィルターを用いてろ過し、インク(I-1)を得た。
<調製例2>(インクI-2の調製)
溶媒であるODCBに、p型半導体材料である高分子化合物P―1をインクの全重量に対し1.2重量%の濃度となるように、また、n型半導体材料である化合物N-2をインクの全重量に対して1.2重量%の濃度となるように(p型半導体材料/n型半導体材料=1/1)混合し、60℃で8時間撹拌を行って得られた混合液をフィルターを用いてろ過し、インク(I-2)を得た。
<調製例3~17>(インク(I-3)~(I-17)の調製)
p型半導体材料及びn型半導体材料を下記表5に示す組み合わせで使用した以外は、調製例2と同様にして、インク(I-3)~(I-17)の調製を行った。
<調製例18>(インクI-18の調製)
o-キシレン(oXY)に、p型半導体材料である高分子化合物P―1をインクの全重量に対し1.2重量%の濃度となるように、また、n型半導体材料である化合物N-2をインクの全重量に対して1.2重量%の濃度となるように(p型半導体材料/n型半導体材料=1/1)混合し、60℃で8時間撹拌を行って得られた混合液をフィルターを用いてろ過し、インク(I-18)を得た。
<調製例19>(インクI-19の調製)
第1溶媒としてo-キシレン、第2溶媒としてアセトフェノン(AP)を用い、第1溶媒と第2溶媒との体積比を97:3として混合溶媒を調製した。調製した混合溶媒に、p型半導体材料である高分子化合物P―1をインクの全重量に対し1.2重量%の濃度となるように、また、n型半導体材料である化合物N-2をインクの全重量に対して1.2重量%の濃度となるように(p型半導体材料/n型半導体材料=1/1)混合し、60℃で8時間撹拌を行って得られた混合液をフィルターを用いてろ過し、インク(I-19)を得た。
<調製例20>(インクI-20の調製)
第1溶媒としてo-キシレン、第2溶媒としてメチルベンゾエート(MBZ)を用い、第1溶媒と第2溶媒との体積比を97:3として混合溶媒を調製した。調製した混合溶媒に、p型半導体材料である高分子化合物P―1をインクの全重量に対し1.2重量%の濃度となるように、また、n型半導体材料である化合物N-12をインクの全重量に対して1.2重量%の濃度となるように(p型半導体材料/n型半導体材料=1/1)混合し、60℃で8時間撹拌を行って得られた混合液をフィルターを用いてろ過し、インク(I-20)を得た。
<調製例21~24>(インク(I-21)~(I-24)の調製)
p型半導体材料及びn型半導体材料を下記表5に示す組み合わせで使用した以外は、調製例20と同様にして、インク(I-21)~(I-24)の調製を行った。
Figure 2022022138000127
<実施例17>(光電変換素子の製造及び評価)
(1)光電変換素子及びその封止体の製造
スパッタ法により50nmの厚さでITOの薄膜(陽極)が形成されたガラス基板を用意し、このガラス基板に対し、表面処理としてオゾンUV処理を行った。
次に、インク(I-1)を、ITOの薄膜上にスピンコート法により塗布して塗膜を形成した後、窒素ガス雰囲気下で100℃に加熱したホットプレートを用いて10分間加熱処理して乾燥させ、活性層を形成した(プリベーク工程)。形成された活性層の厚さは約150nmであった。
次に、抵抗加熱蒸着装置内にて、形成された活性層上にカルシウム(Ca)層を約5nmの厚さで形成し、電子輸送層とした。
次いで、形成された電子輸送層上に、銀(Ag)層を約60nmの厚さで形成し、陰極とした。
以上の工程により光電変換素子が、ガラス基板上に製造された。
次に、製造された光電変換素子の周辺を囲むように、支持基板であるガラス基板上に封止材であるUV硬化性封止剤を塗布し、封止基板であるガラス基板を貼り合わせた後、UV光を照射することで、光検出素子を支持基板と封止基板との間隙に封止することにより光電変換素子の封止体を得た。支持基板と封止基板との間隙に封止された光電変換素子の厚さ方向から見たときの平面的な形状は2mm×2mmの正方形であった。得られた封止体をサンプル1とした。
(2)光電変換素子の評価(外部量子効率)
製造されたサンプル1に対し、-5Vの逆バイアス電圧を印加し、この印加電圧における外部量子効率(EQE)をソーラーシミュレーター(CEP-2000、分光計器社製)を用いて測定して評価した。結果を下記表6に示す。
EQEについては、まず光電変換素子の封止体に、-5Vの逆バイアス電圧を印加した状態で、300nmから1200nmの波長範囲において20nmごとに一定の光子数(1.0×1016)の光を照射したときに発生する電流の電流値を測定し、公知の手法により波長300nmから1200nmにおけるEQEのスペクトルを求めた。
次いで、得られた20nmごとの複数の測定値のうち、吸収ピーク波長に最も近い波長(λmax)における測定値をEQEの値(%)とした。
<実施例18>(光電変換素子の製造及び評価)
インク(I-1)の代わりに、インク(I-2)を用い、形成された活性層の厚さが約300nmであること以外は、既に説明した実施例17と同様にして、光電変換素子の封止体を製造し、評価した。結果を下記表6に示す。
<実施例19~40>(光電変換素子の製造及び評価)
インク(I-2)の代わりに、インク(I-3)~(I-24)を用いたこと以外は、既に説明した実施例18と同様にして、光電変換素子の封止体を製造し、評価した。結果を下記表6に示す。
Figure 2022022138000128
<実施例41~48>光電変換素子の評価(耐熱性)
上記のとおり製造された実施例17~21、24~25及び33にかかる光電変換素子についてそれぞれ、EQEを指標とする耐熱性の評価を行った。
具体的には、既に説明したプリベーク工程における加熱温度を100℃として、プリベーク工程のみを実施した光電変換素子(サンプル1)におけるEQEの値を基準として、当該値を、加熱温度を220℃としてポストベーク工程がさらに実施された光電変換素子(サンプル2)におけるEQEの値で除算することにより規格化して得た値(EQE220℃/EQE100℃)を評価した。結果を下記表7に示す。
ここで、ポストベーク工程は、具体的には、窒素ガス雰囲気下、220℃に加熱したホットプレート上で、既に説明したサンプル1を50分間加熱処理することにより実施した。
Figure 2022022138000129
表7から明らかなとおり、実施例41~48にかかる「サンプル2」については、いずれもEQE220℃/EQE100℃が、0.85以上であり、1.06~4.50に達していることから、ポストベーク工程における加熱温度が220℃である場合においてEQEの値は低下せず、EQEはむしろ向上する傾向があることがわかった。よって、耐熱性の評価は100℃~220℃の範囲で「良好(○)」であるといえる。
<実施例49~53>光電変換素子の評価(耐熱性)
上記のとおり製造された実施例36~40にかかる光電変換素子についてそれぞれ、EQEを指標とする耐熱性の評価を行った。
具体的には、既に説明したプリベーク工程における加熱温度を100℃として、プリベーク工程のみを実施した光電変換素子(サンプル1)におけるEQEの値を基準として、当該値を、加熱温度を200℃としてポストベーク工程がさらに実施された光電変換素子(サンプル3)におけるEQEの値で除算することにより規格化して得た値(EQE200℃/EQE100℃)を評価した。結果を下記表8に示す。
ここで、ポストベーク工程は、具体的には、窒素ガス雰囲気下、200℃に加熱したホットプレート上で、既に説明したサンプル1を50分間加熱処理することにより実施した。
Figure 2022022138000130
表8から明らかなとおり、実施例49~53にかかる「サンプル3」については、いずれもEQE200℃/EQE100℃が、0.85以上であり、0.85~1.54に達していることから、ポストベーク工程における加熱温度が200℃である場合においてEQEの値はほとんど低下することなく、むしろ向上する場合もありうることがわかった。よって、耐熱性の評価は100℃~200℃の範囲で「良好(○)」であるといえる。
<比較調整例>
n型半導体材料及びp型半導体材料を下記表9に示す組み合わせで使用した以外は、調製例1と同様の方法でインク(C-1)~(C-2)の調製を行った。
Figure 2022022138000131
<比較例1~2>光電変換素子の評価(耐熱性)
インク(I-2)の代わりに、インク(C-1)~(C-2)を用いたこと以外は、既に説明した実施例18と同様にして、光電変換素子の封止体を製造し、既に説明した実施例27~31と同様にして光電変換素子それぞれについて、EQEを指標とする耐熱性の評価を行った。結果を下記表10に示す。
Figure 2022022138000132
比較例1~2にかかる「サンプル2」の耐熱性の評価は、表10から明らかなとおり、少なくとも220℃の加熱で「EQE220℃/EQE100℃」の値が0.8未満となることから、EQEの値はポストベーク工程における加熱温度が220℃である加熱処理によって低下してしまうことがわかった。よって、比較例1~2にかかるEQEを指標とした耐熱性の評価は「不良(×)」である。
<比較調製例3~4>
n型半導体材料及びp型半導体材料を下記表11に示す組み合わせで使用した以外は、調製例20と同様の方法でインク(C-3)~(C-4)の調製を行った。
Figure 2022022138000133
<比較例3~4>光電変換素子の評価(耐熱性)
インク(I-2)の代わりに、インク(C-3)~(C-4)を用いたこと以外は、既に説明した実施例18と同様にして、光電変換素子の封止体を製造し、既に説明した実施例49~53と同様にして光電変換素子それぞれについて、EQEを指標とする耐熱性の評価を行った。結果を下記表12に示す。
Figure 2022022138000134
比較例3~4にかかる「サンプル4」の耐熱性の評価は、表12から明らかなとおり、少なくとも200℃の加熱で「EQE200℃/EQE100℃」の値が0.5未満となることから、EQEの値はポストベーク工程における加熱温度が200℃である加熱処理により低下してしまうことがわかった。よって、比較例3~4にかかるEQEを指標とした耐熱性の評価は「不良(×)」である。
1 イメージ検出部
2 表示装置
10 光電変換素子
11、210 支持基板
12 陽極
13 正孔輸送層
14 活性層
15 電子輸送層
16 陰極
17 封止部材
20 CMOSトランジスタ基板
30 層間絶縁膜
32 層間配線部
40 封止層
42 シンチレータ
44 反射層
46 保護層
50 カラーフィルター
100 指紋検出部
200 表示パネル部
200a 表示領域
220 有機EL素子
230 タッチセンサーパネル
240 封止基板
300 静脈検出部
302 ガラス基板
304 光源部
306 カバー部
310 挿入部
400 TOF型測距装置用イメージ検出部
402 浮遊拡散層
404 フォトゲート
406 遮光部

Claims (14)

  1. 下記式(I)で表される化合物。

    -B-A (I)

    (式(I)中、
    は、電子求引性の基を表し、
    は、単結合で連結してπ共役系を構成する2以上の構成単位を含む2価の基を表し、該2以上の構成単位のうちの少なくとも1つは下記式(II)で表される第1の構成単位であり、かつ該第1の構成単位以外の残余の第2の構成単位は不飽和結合を含む2価の基、アリーレン基又はヘテロアリーレン基である。
    2つあるAは、互いに異なっていてもよい。前記第1の構成単位が2つ以上ある場合、2つ以上ある第1の構成単位は、互いに同一であっても異なっていてもよい。第2の構成単位が2つ以上ある場合、2つ以上ある第2の構成単位は、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
    Figure 2022022138000135
    (式(II)中、
    Ar及びArは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭素環又は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表し、
    Yは、-C(=O)-で表される基又は酸素原子を表し、
    Rは、それぞれ独立して、
    水素原子、
    ハロゲン原子、
    置換基を有していてもよいアルキル基、
    置換基を有していてもよいシクロアルキル基、
    置換基を有していてもよいアリール基、
    置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、
    置換基を有していてもよいシクロアルキルオキシ基、
    置換基を有していてもよいアリールオキシ基、
    置換基を有していてもよいアルキルチオ基、
    置換基を有していてもよいシクロアルキルチオ基、
    置換基を有していてもよいアリールチオ基、
    置換基を有していてもよい1価の複素環基、
    置換基を有していてもよい置換アミノ基、
    置換基を有していてもよいアシル基、
    置換基を有していてもよいイミン残基、
    置換基を有していてもよいアミド基、
    置換基を有していてもよい酸イミド基、
    置換基を有していてもよい置換オキシカルボニル基、
    置換基を有していてもよいアルケニル基、
    置換基を有していてもよいシクロアルケニル基、
    置換基を有していてもよいアルキニル基、
    置換基を有していてもよいシクロアルキニル基、
    シアノ基、
    ニトロ基、
    -C(=O)-Rで表される基、又は
    -SO-Rで表される基を表し、
    及びRは、それぞれ独立して、
    水素原子、
    置換基を有していてもよいアルキル基、
    置換基を有していてもよいアリール基、
    置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、
    置換基を有していてもよいアリールオキシ基、又は
    置換基を有していてもよい1価の複素環基を表す。
    複数あるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
  2. が、前記第1の構成単位を2つ以上含む、請求項1に記載の化合物。
  3. 前記第1の構成単位が、下記式(III)で表される構成単位である、請求項1又は2に記載の化合物。
    Figure 2022022138000136
    (式(III)中、
    Y及びRは、前記定義のとおりであり、
    及びXは、それぞれ独立して、硫黄原子又は酸素原子を表し、
    及びZは、それぞれ独立して、=C(R)-で表される基又は窒素原子を表す。)
  4. が、前記第1の構成単位を3つ以上含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物。
  5. 前記第2の構成単位が、不飽和結合を含む2価の基及び下記式(IV-1)~式(IV-9)で表される基からなる群から選択される、請求項1~4のいずれか1項に記載の化合物。
    Figure 2022022138000137
    (式(IV-1)~式(IV-9)中、X、X、Z、Z及びRは前記定義のとおりである。
    Rが2つある場合、2つあるRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
  6. が、前記第1の構成単位が2つ以上4つ以下連結した2価の基である、請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物。
  7. が、下記式(V-1)~式(V-9)で表される構造からなる群から選択されるいずれか1つの構造を有する2価の基である、請求項5に記載の化合物。

    ―CU1-CU2-CU1- (V-1)

    ―CU1-CU2-CU1-CU2―CU1― (V-2)

    -CU2―CU1―CU2―CU1―CU2― (V-3)

    ―CU1-CU2-CU1-CU2―CU1-CU2-CU1- (V-4)

    -CU1-CU1- (V-5)

    -CU2-CU1-CU2- (V-6)

    -CU1-CU1-CU1- (V-7)

    -CU2-CU1-CU1-CU2- (V-8)

    -CU2-CU1-CU1-CU1-CU2- (V-9)

    (式(V-1)~式(V-9)中、
    CU1は、前記第1の構成単位を表し、
    CU2は、前記第2の構成単位を表す。
    CU1が2つ以上ある場合、2つ以上あるCU1は、互いに同一であっても異なっていてもよく、CU2が2つ以上ある場合、2つ以上あるCU2は、互いに同一であっても異なっていてもよい。)
  8. p型半導体材料と、n型半導体材料とを含み、該n型半導体材料として、請求項1~7のいずれか1項に記載の化合物を含む、組成物。
  9. 請求項8に記載の組成物と、溶媒とを含むインク。
  10. 陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に設けられており、p型半導体材料及びn型半導体材料を含む活性層とを含み、該n型半導体材料として、請求項1~7のいずれか1項に記載の化合物を含む、光電変換素子。
  11. 光検出素子である、請求項10に記載の光電変換素子。
  12. 請求項11に記載の光電変換素子を含む、イメージセンサー。
  13. 請求項11に記載の光電変換素子を含む、指紋認証装置。
  14. 請求項11に記載の光電変換素子を含む、静脈認証装置。
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