JP2023540942A - 化合物、オプトエレクトロニクス部品における少なくとも１種のそのような化合物の使用、及び少なくとも１種のそのような化合物を含むオプトエレクトロニクス部品 - Google Patents

化合物、オプトエレクトロニクス部品における少なくとも１種のそのような化合物の使用、及び少なくとも１種のそのような化合物を含むオプトエレクトロニクス部品 Download PDF

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Abstract

本発明は、一般式Ｉの化合物、前記タイプの化合物を含むオプトエレクトロニクス部品、及びオプトエレクトロニクス部品におけるそのような化合物の使用に関する。JPEG2023540942000047.jpg49170【選択図】図１

Description

本発明は、一般式Ｉの化合物、オプトエレクトロニクス部品における少なくとも１種のそのような化合物の使用、及び少なくとも１種のそのような化合物を含むオプトエレクトロニクス部品に関する。
有機エレクトロニクスにおいては、導電性ポリマー又は小さな有機分子から構成される相互接続が使用される。有機半導体は、例えば電荷輸送、放射吸収、又は放射放出などの電子部品の様々な機能を果たすことができ、またそれと同時に１つ以上の機能を果たすことができる。オプトエレクトロニクス部品は、例えばディスプレイ、データメモリ、又はトランジスタ、或いは有機オプトエレクトロニクス部品、例えば光起電力素子、特に太陽電池、及び光検出器である場合があり、これらは光活性層を有している。光活性層の中の電荷担体、より具体的には束縛された電子－正孔対（励起子）は、電磁放射の入射時に生成される。励起子は、電子と正孔が互いに分離されるこの種の界面に拡散によって移動する。電子を取り込む物質はアクセプターと呼ばれ、正孔を取り込む物質はドナーと呼ばれる。
有機オプトエレクトロニクス部品は、光電効果を利用して電磁放射を電流に変換することを可能にする。そのような電磁放射の変換には、優れた吸収特性を示す吸収体材料が必要とされる。
有機オプトエレクトロニクス部品は、先行技術から公知である。特許文献１には、互いに積層された１つ以上のｐｉ、ｎｉ、及び／又はｐｉｎダイオードの有機層からなる光活性部品、特に太陽電池が開示されている。
有機太陽電池について先行技術から公知の構造の１つは、ｐｉｎ又はｎｉｐダイオードからなる（非特許文献１、及び特許文献２）。この場合、ｐｉｎ型太陽電池は、通常は透明な電極と、ｐ層と、ｉ層と、ｎ層と、対向電極とが上に配置された基板からなる。ここでのｎとｐは、熱平衡状態でそれぞれ自由電子又は正孔の密度を増加させる、それぞれｎとｐのドーピングを表す。このような層は、主に輸送層として理解されるべきである。ｉ層の名称は、吸収体材料又は２つ以上の吸収体材料の混合物を有するドープされていない層（真性層）を表す。１つ以上のｉ層は、２種以上の材料の混合物（バルクヘテロ接合）から構成され得る。吸収体材料、したがって吸収体は、特に、特定の波長範囲の光を吸収する化合物を指す。したがって、吸収体層は、特に、少なくとも１つの吸収体材料を含むオプトエレクトロニクス部品内の層であると理解される。
先行技術では、約６００～約１４００ｎｍの赤色及び近赤外（ＮＩＲ）範囲の有機光起電力素子のための多くのポリマー系及び非ポリマー系吸収体材料が開示されてきた。非ポリマー系吸収体材料の技術分野では、特にＢＯＤＩＰＹの分類の材料が近赤外スペクトル範囲に適していることが証明されている。特に、メソ－ＣＦ３置換誘導体の使用が確立されており、その結果、適切なエネルギー層、ひいては長波吸収範囲に関連した高い光起電力が得られる。
特許文献３には、有機電子デバイスにおけるピロロピロール系化合物の使用が開示されている。
特許文献４には、層の少なくとも１つがＡｚａｂｏｄｉｐｙ骨格を有する材料を含む、複数の層を含む有機半導体が開示されている。
非特許文献２は、メソ位が無置換であるか又はフッ素化アルキル鎖を有する、蛍光色素としてのＢＯＤＩＰＹ構造を開示している。
非特許文献３は、メソ位にペルフルオロフッ化アルキル鎖を有するＢＯＤＩＰＹ構造を開示しており、これは有機太陽電池におけるＮＩＲドナー材料として使用することができる。
先行技術から公知の赤色及び近赤外線領域における吸収体は満足できるものではない。公知の吸収体材料は、有機光起電力素子、すなわち有機太陽電池の光活性層に適しているものの、特に従来のシリコンベースの太陽電池との関係で有機光起電力素子の競争力を高めるためには、吸収体材料の吸収特性を改善する必要がある。有機光起電力素子の効率を決定する因子の１つは、光活性層における有機材料、すなわち吸収体材料の吸収挙動である。さらに、真空処理における根本的な問題は、真空蒸着には熱安定性が不十分なため有機材料の蒸発性が限定的であり、その結果吸収体の選択が大幅に制限されることである。融点及び分解点が低いため、蒸発性、ひいては達成可能な堆積速度が制限され、原理的には吸収体として適している多くの材料が、工業スケールでは採用できない。
国際公開第２００４０８３９５８Ａ２号パンフレット 国際公開第２０１１／１６１１０８Ａ１号パンフレット 国際公開第２０１５０３６５２９Ａ１号パンフレット 国際公開第２０１０１３３２０８Ａ１号パンフレット
Ｍａｒｔｉｎ Ｐｆｅｉｆｆｅｒ，"Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｄｏｐｉｎｇ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｖａｃｕｕｍ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｄｙｅ ｌａｙｅｒｓ：ｂａｓｉｃｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"，ＰｈＤ ｔｈｅｓｉｓ，ＴＵ Ｄｒｅｓｄｅｎ，１９９９ Ｕｍｅｚａｗａ ｅｔ ａｌ．（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００８，１３０，５，１５５０－１５５１） Ｌｉ ｅｔ ａｌ．（Ｂｏｒｏｎ ｄｉｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ（ＢＯＤＩＰＹ）ｗｉｔｈ ｍｅｓｏ－ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ａｌｋｙｌ ｓｕｂｓｔｉｔｕｅｎｔｓ ａｓ ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｏｎｏｒｓ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ａ，２０１８，６，１８５８３－１８５９１）
したがって、本発明は、記載された欠点が生じず、特に改善された吸収特性を有し、それと同時に改善された蒸発性を示し、そのため分解せずに高い融点及び分解点、より具体的には低い蒸発温度を有する化合物、オプトエレクトロニクス部品における少なくとも１種のそのような化合物の使用、及び少なくとも１種のそのような化合物を含むオプトエレクトロニクス部品を提供するという目的に基づく。
この目的は、独立請求項の主題によって達成される。有利な構成は、従属請求項から明らかである。
この目的は、より具体的には、一般式Ｉの化合物によって達成される。
（式中、
Ｘ１及びＸ２は、互いに独立して、Ｏ、Ｓ、又はＮ－Ｒ８であり、Ｒ８はＨ、アルキル、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択され、好ましくはＲ８はＨ、アルキル、及びアリールからなる群から選択され、
Ｒ１は、置換同素環式６員環であり、その中の少なくとも１つのＨ原子は、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＦ３、及びＣＯＲ８からなる群から選択される電子求引性置換基によって置換されており、Ｒ８はＣ１～Ｃ４アルキルであるか、又は置換若しくは無置換の複素環式５員環若しくは６員環であり、ここでの複素環式５員環若しくは６員環は、自由電子対を持つ少なくとも１つのｓｐ２混成Ｎ原子を有し、及び／又はＯ、Ｓ、又はＮから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を有し、少なくとも１つのＨ原子は、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＦ３、及びＣＯＲ９からなる群から選択される電子求引性置換基によって置換されており、Ｒ９はＣ１～Ｃ４アルキルであり、
Ｒ２及びＲ７は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、アルキル、フッ素化又は部分フッ素化アルキル、不飽和アルキル、及びアリールからなる群から選択され、
Ｒ４及びＲ５は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、アルキル、フッ素化若しくは部分フッ素化アルキル、不飽和アルキル、及びアルコキシからなる群から選択され、
Ｒ３及びＲ６は、互いに独立して、置換若しくは無置換の同素環式６員環又は置換若しくは無置換の複素環式５員環若しくは６員環である）。
本発明によれば、一般式Ｉの化合物はＢＯＤＩＰＹ色素であり、好ましくはＢＯＤＩＰＹ骨格のメソ位に、５員若しくは６員のヘテロアリール環、又はＣｌ、ＣＮ、及びＦの基から選択される少なくとも１つの置換基を有する６員アリール環を有する。ＢＯＤＩＰＹ骨格のピロール環は、好ましくは追加の環系と縮合している。
置換は、置換基によるＨの置換として特に理解される。置換基は、特に、水素以外の全ての原子及び原子群を指し、好ましくは、ハロゲン、アルキル基（アルキル基は直鎖であっても分岐であってもよい）、アルケニル基、アルキニル基、アミノ基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、アリール基、又はヘテロアリール基を指す。ハロゲンは、特にＦ、Ｃｌ、又はＢｒ、好ましくはＦを指す。
ヘテロ原子、特に一般式Ｉ中のヘテロ原子は、特にＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｎ、又はＰからなる群から選択される原子、好ましくはＯ、Ｓ、Ｓｅ、又はＮからなる群から選択される原子を指す。
本発明の一般式Ｉの化合物は、先行技術と比較して利点を有する。有利なことには、これはオプトエレクトロニクス部品のための改良された吸収体を提供することができる。有利なことには、高い吸収強度を有し、特に良好な蒸発性を有する、赤色及び近赤外スペクトル範囲のための吸収体材料が提供される。一般式Ｉの化合物は、有利なことには、６００～１０００ｎｍの波長範囲の赤色光及び近赤外光を吸収する。有利なことには、充填因子ＦＦが特に高い。有利なことには、本発明の化合物は、光起電力素子を形成するための真空処理により適している。有利なことには、蒸発性、特に分解なしでの蒸発性が増加し、化合物は３００℃以上の温度で熱的に安定である。その結果、化合物を分解させずに真空下で処理することができる。驚くべきことに、少なくとも部分的にフッ素化されたアルキル鎖の代わりに少なくとも部分的にフッ素化されたアリール置換基を使用すると、到達可能な融点及び分解点が大幅に高くなる一方で、蒸発温度は相対的にわずかしか上昇しないことが見出された。有利なことには、有機光起電力素子の色の可変性を増加させることができる。有利なことには、６５０ｎｍ未満の可視範囲における光の吸収は比較的小さく、そのため本発明の化合物は半透明の又は透明な有機太陽電池又は光検出器の製造に非常に適している。
本発明の一発展形態によれば、Ｘ１及びＸ２はＳであるか、若しくはＸ１及びＸ２はＯであり、並びに／又は同素環式６員環及び／若しくは複素環式５員環若しくは６員環Ｒ１中の少なくとも１つのＨ原子は、Ｆ若しくはＣＦ３によって、好ましくはＦによって置換されている。それにより、特定の方法で本発明の有利な効果が実現される。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｒ３及び／又はＲ６は、少なくとも１つのＨ原子がアルキル基、アルコキシ基、及び／又はＦ原子によって置換されている同素環式６員環である。
本発明の一発展形態によれば、Ｒ３及びＲ４並びに／又はＲ５及びＲ６は、それぞれの場合で一緒に、Ｏ、Ｓ、又はＮ、好ましくはＯ又はＳから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を有する複素環式５員環又は６員環を形成しており、好ましくはこれらの複素環式５員環若しくは６員環は無置換であるか、又は同素環式６員環を形成している。それにより、特定の方法で本発明の有利な効果が実現される。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｒ３及びＲ４並びに／又はＲ５及びＲ６は、それぞれの場合で一緒に複素環式５員環又は６員環を形成しない。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｘ１及びＲ６、好ましくはＲ８及びＲ６、並びに／又はＸ２及びＲ３、好ましくはＲ８及びＲ３は、Ｓ、Ｏ、及びＮからなる群から選択される少なくとも１つのヘテロ原子を有する複素環式５員環若しくは６員環を一緒に形成しているか、又は同素環式６員環、好ましくは複素環式５員環を形成している。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｘ１及びＲ７、好ましくはＲ８及びＲ７、並びに／又はＸ２及びＲ２、好ましくはＲ８及びＲ２は、Ｓ、Ｏ、及びＮからなる群から選択される少なくとも１つのヘテロ原子を有する複素環式５員環若しくは６員環を一緒に形成しているか、又は同素環式６員環、好ましくは複素環式５員環を形成している。
本発明の一発展形態によれば、Ｒ１は、Ｒ１がＣ６ＨｎＦ５－ｎ（ここで、ｎ＝０、１、２、３、４である）であるという条件で同素環式６員環である。それにより、特定の方法で本発明の有利な効果が実現される。
本発明の一発展形態によれば、Ｒ１は以下からなる群から選択される：
（これらの式中、＊は一般式Ｉの化合物への結合を表し、Ｙは各存在において独立して、Ｃｌ、ＣＮ、Ｆ、及びＣＦ３からなる群から選択され、好ましくはＹはＦであり、Ｈ原子は置換若しくは無置換であり、好ましくは無置換である）。それにより、特定の方法で本発明の有利な効果が実現される。
本発明の一発展形態によれば、Ｒ３及びＲ６は、互いに独立して、以下からなる群から選択される：
（これらの式中、＊は一般式Ｉの化合物への結合を表し、Ｕは、Ｏ、Ｓ、及びＮＲ１９からなる群から選択され、Ｒ１９は、Ｈ、ハロゲン、アルキル、フッ素化アルキル、部分フッ素化アルキル、アルコキシ、アルケニル、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択され、好ましくは、ＵはＯ又はＳであり、Ｚは、各存在において独立して、Ｈ、ハロゲン（好ましくはＦ）、ＣＦ３、ＣＮ、アルキル、フッ素化アルキル、部分フッ素化アルキル、アルケニル、アルコキシ、Ｎ－アルキル、Ｎアルキル２、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択され、好ましくはＲ３及びＲ６は同一である）。それにより、特定の方法で本発明の有利な効果が実現される。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｚは、各存在において独立して、ハロゲン（好ましくはＦ）、ＣＦ３、及びＣＮからなる群から選択され、特に好ましくはＺはＦである。本発明の代替の好ましい一実施形態では、Ｚはメチル、メトキシ、エチル、又はエトキシである。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｒ３及びＲ６は、互いに独立して、
から選択され、
式中、＊は一般式Ｉの化合物への結合を表し、
Ｚ２は、Ｏ、Ｓ、及びＮ－Ｒ１１からなる群から選択され、Ｒ１１は、Ｈ、アルコキシ、アルキル、フッ素化アルキル、部分フッ素化アルキル、及びアリールからなる群から選択され、
Ｙ３は、Ｎ又はＣ－Ｒ１２であり、Ｒ１２は、Ｈ、ハロゲン、アルコキシ、分岐若しくは直鎖の環状若しくは開鎖状のアルキル、アルケニル、及びアリールからなる群から選択され、好ましくは少なくとも１つのＨが置換されており、好ましくはＣＮ又はＦによって置換されており、
Ｙ４は、Ｎ又はＣ－Ｒ１３であり、Ｒ１３は、Ｈ、ハロゲン、アルコキシ、分岐若しくは直鎖の環状若しくは開鎖状のアルキル、アルケニル、及びアリールからなる群から選択され、好ましくは少なくとも１つのＨが置換されており、好ましくはＣＮ又はＦによって置換されており、好ましくはＲ１２とＲ１３は環構造の形態で互いに同素環又は複素環へと連結しており、
Ｒ１０は、Ｈ、ハロゲン、アルコキシ、アルキル、フッ素化アルキル、部分フッ素化アルキル、分岐若しくは直鎖の環状若しくは開鎖状のアルキル、アミノ、アリール、ヘテロアリール、アルケニル、及び少なくとも１つのＣ＝Ｃ二重結合を有する電子求引性アルキル基からなる群から選択され、好ましくは少なくとも１つのＨはＣＮ又はＦによって置換されている。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｙ３及び／又はＹ４中のＨ原子は、アルキル、アルコキシ、又はＦによって少なくとも部分的に置換されている。
好ましい一実施形態では、位置Ｙ３及びＹ４は、それぞれの場合においてＣＨである。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｒ３基はＲ６基と同一である。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｘ１はＸ２と同一であり、Ｒ２はＲ７と同一であり、Ｒ４はＲ５と同一であり、Ｒ３はＲ６と同一である。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｘ１及びＸ２はＯ又はＳであり、Ｒ２及びＲ７はＨであり、Ｒ４及びＲ５はＨであり、Ｒ３はＲ６と同一である。
本発明の一発展形態によれば、Ｒ３及び／又はＲ６はさらに縮合されている、並びに／又はＲ１は単環式の５員環又は６員環である。
本発明の好ましい一実施形態では、Ｒ３及び／又はＲ６は、少なくとも１つの追加の５員環又は６員環、好ましくは２つの追加の５員環及び／又は６員環に縮合しており、ここでの少なくとも１つの５員環及び／又は少なくとも１つの６員環は、置換又は無置換のアリール又はヘテロアリール環である。
本発明の別の好ましい一実施形態では、Ｒ３及び／又はＲ６は追加的には縮合していない。
本発明の一発展形態によれば、Ｒ２及びＲ７は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、及びＣ１～Ｃ４アルキルからなる群から選択され、好ましくは、Ｒ２及びＲ７はＨである、及び／又はＲ４及びＲ５は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、及びＣ１～Ｃ４アルキルからなる群から選択され、好ましくはＲ４及びＲ５はＨである。
本発明の一発展形態によれば、Ｒ１は、自由電子対を持つ少なくとも１つのｓｐ２混成Ｎ原子を環系に有する複素環式５員環又は６員環であり、好ましくは、Ｒ１は、置換若しくは無置換のイミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、テトラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピリダジン、トリアジン、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、及びイソチアゾールからなる群から選択される。
本発明の特に好ましい一実施形態では、Ｒ１は、置換及び／又は無置換チオフェンではなく、好ましくは無置換チオフェンではない。
本発明の特に好ましい一実施形態では、Ｒ１は、置換及び／又は無置換フランではなく、好ましくは無置換フランではない。
本発明の特に好ましい一実施形態では、Ｒ１は、置換及び／又は無置換ピロールではなく、好ましくは無置換ピロールではない。
本発明の好ましい一実施形態では、複素環式５員環若しくは６員環、又は同素環式６員環は、追加的には縮合していない。
本発明の一発展形態によれば、化合物は、以下からなる群から選択される。
本発明の一発展形態によれば、Ｒ１中のＨ原子の全てがハロゲン、ＣＦ３、又はＣＮによって置換されており、好ましくはＨ原子の全てがＦによって置換されている。
本発明の化合物は、特にいわゆる小分子に関する。小分子とは、特に、大気圧（周囲の大気の気圧）且つ室温で固相で存在する、１００～２０００ｇ／ｍｏｌの単分散モル質量を有する非高分子有機分子を意味すると理解される。特に、小分子は光活性を有し、光活性とは、光が導入されると分子がその電荷状態及び／又は分極状態を変化させることを意味すると理解される。光活性を有する分子は、特に、吸収された電磁放射、すなわち光子が励起子に変換される特定の波長範囲で電磁放射の吸収を示す。
本発明の一発展形態によれば、化合物は３００～１５００ｇ／ｍｏｌのモル重量を有する。
本発明の好ましい一実施形態では、本発明の化合物は、Ｒ３とＲ４の間及び／又はＲ５とＲ６の間に環構造を有さない。
本発明の好ましい一実施形態では、化合物は、Ｒ１とＢを通る軸に対して構造が鏡面対称である。
本発明の目的は、より具体的には上述した例示的な実施形態のうちの１つによる、オプトエレクトロニクス部品における本発明の少なくとも１種の化合物の使用の提供によっても達成される。この場合、オプトエレクトロニクス部品における少なくとも１種の化合物の使用については、特に、本発明の化合物に関連して既に説明された利点がもたらされる。
本発明の一発展形態によれば、本発明の化合物は、有機オプトエレクトロニクス部品、好ましくは有機太陽電池、ＯＬＥＤ、ＯＦＥＴ、又は有機光検出器において使用される。
本発明の好ましい一実施形態では、本発明の少なくとも１種の化合物は、オプトエレクトロニクス部品の光活性層において吸収体材料として使用される。本発明の好ましい一実施形態では、本発明の化合物は、ドナー－アクセプターヘテロ接合におけるドナーとして使用される。
本発明の目的は、層系の少なくとも１つの層が本発明の化合物を含む、層系を有するオプトエレクトロニクス部品、より具体的には上述した例示的な実施形態の１つによるオプトエレクトロニクス部品、の提供によっても達成される。この場合、層系の少なくとも１つの層は、本発明の少なくとも１種の化合物を含む。この場合、特に本発明の化合物に関して、及びオプトエレクトロニクス部品における本発明の少なくとも１種の化合物の使用に関して既に説明された利点が、オプトエレクトロニクス部品で得られる。オプトエレクトロニクス部品は、第１の電極と、第２の電極と、層系とを含み、層系は、第１の電極と第２の電極との間に配置される。
本発明の一発展形態によれば、オプトエレクトロニクス部品は、有機オプトエレクトロニクス部品、好ましくは有機太陽電池、ＯＦＥＴ、ＯＬＥＤ、又は有機光検出器である。
本発明の一発展形態によれば、オプトエレクトロニクス部品は、少なくとも１つの光活性層、好ましくは光吸収性光活性層を有する層系を含み、少なくとも１つの光活性層は、本発明の少なくとも１種の化合物を含む。
本発明の好ましい一実施形態では、少なくとも１つの光活性層は吸収体層であり、好ましくは、少なくとも１種の化合物は吸収体材料である。
本発明の好ましい一実施形態では、光活性層は、第１の電極と第２の電極との間に配置される。
本発明の好ましい一実施形態では、層系は、少なくとも２つの光活性層、好ましくは少なくとも３つの光活性層、又は好ましくは少なくとも４つの光活性層を有する。
有機オプトエレクトロニクス部品は、少なくとも１つの有機光活性層を有する光起電力素子を特に意味すると理解され、有機光活性層は、本発明の少なくとも１種の化合物を含む。有機光起電力素子は、光電効果を利用して、特に可視光の波長範囲の電磁放射を電流に変換することを可能にする。この意味で、「光活性」という用語は、光エネルギーの電気エネルギーへの変換を意味すると理解される。無機太陽電池とは対照的に、有機光起電力素子では、光は自由電荷キャリアを直接生成せず、代わりに、電気的に中性な励起状態（束縛された電子－正孔対）である励起子が最初に形成される。第２のステップでのみ、光活性なドナー－アクセプター接合の自由電荷キャリア内のこれらの励起子が分離され、これがその後電流の流れに寄与する。
本発明の好ましい一実施形態では、光活性層は、本発明の少なくとも１種の化合物と少なくとも１種の追加の化合物とから構成される混合層として、又は本発明の少なくとも１種の化合物と少なくとも２種の追加の化合物との混合層として具体化され、化合物は好ましくは吸収体材料である。
本発明の好ましい一実施形態では、オプトエレクトロニクス部品の層系は、少なくとも１つの輸送層を有し、少なくとも１つの輸送層は、ドープされているか、部分的にドープされているか、又はドープされていない。輸送層は、特に、１種類の電荷キャリアを輸送し、好ましくは＜４５０ｎｍの範囲でのみ電磁放射を大きく吸収する、層系の層を意味すると理解される。
本発明の好ましい一実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は基板を有し、第１の電極又は第２の電極が基板上に配置され、より具体的には、オプトエレクトロニクス部品の電極の１つは、層系が第１の電極と第２の電極との間に配置された状態で、基板上に直接設けることができる。
本発明の好ましい一実施形態では、化合物及び／又は少なくとも１種の化合物を有する層は、真空処理、蒸着、又は溶媒処理によって、特に好ましくは真空処理によって堆積される。
本発明は、図面を参照して以下でさらに詳しく明らかにされる。
オプトエレクトロニクス部品の例示的な実施形態の概略的な断面図を示す。 化合物（１）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。 有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（１）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。 化合物（３）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。 有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（３）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。 化合物（５）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。 有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（５）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。 化合物（８）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。 有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（８）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。 化合物（１０）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。 有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（１０）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。 化合物（１４）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。 有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（１４）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。 化合物（１５）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。 有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（１５）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。 化合物（２９）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。 有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（２９）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。 化合物（３２）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。 有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（３２）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。
例示的な実施形態
図１は、オプトエレクトロニクス部品の例示的な実施形態の概略的な断面図を示す。このオプトエレクトロニクス部品は、少なくとも１種の一般式Ｉの化合物を含む。
本発明のオプトエレクトロニクス部品は層系７を有し、層系７の少なくとも１つの層は本発明の化合物を含む。
本発明の一構成では、オプトエレクトロニクス部品は、有機オプトエレクトロニクス部品、好ましくは有機太陽電池、ＯＦＥＴ、ＯＬＥＤ、又は有機光検出器である。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
オプトエレクトロニクス部品は、第１の電極２、第２の電極６、及び層系７を含み、層系７は、第１の電極２と第２の電極６との間に配置される。ここでの層系７の少なくとも１つの層は、本発明の少なくとも１種の化合物を含む。
本発明のさらなる構成では、オプトエレクトロニクス部品は、少なくとも１つの光活性層４、好ましくは光吸収性光活性層４を有する層系７を有し、少なくとも１つの光活性層４は、本発明の少なくとも１種の化合物を含む。
本発明のさらなる構成では、層系７は、少なくとも２つの光活性層４、好ましくは少なくとも３つの光活性層４、又は好ましくは少なくとも４つの光活性層４を有する。
例示的な一実施形態では、有機太陽電池は、例えばＩＴＯを含む電極２が上に配置された、例えばガラスから構成される基板１を有する。その上に、電子輸送層３（ＥＴＬ）と、光活性層４とを含む層系７が配置され、光活性層４は、フラットヘテロ接合又はバルクヘテロ接合のいずれかとして、本発明の少なくとも１種の化合物と、ｐ－導電性ドナー材料と、例えばＣ６０フラーレンなどのｎ－導電性アクセプター材料とを有する。この上に、ｐドープされた正孔輸送層５（ＨＴＬ）、及び金又はアルミニウムの電極６が配置され、バルクヘテロ接合として具体化される。
本発明のさらなる構成では、光活性層４は、本発明の少なくとも１種の化合物と少なくとも１種の追加の化合物とから構成される混合層として、又は本発明の少なくとも１種の化合物と少なくとも２種の追加の化合物との混合層として具体化され、これらの化合物は吸収体材料である。
本発明のさらなる構成では、オプトエレクトロニクス部品は、タンデムセル、トリプルセル、又はマルチセルとして具体化される。これらの場合、互いに積層された２つ以上の光活性層４が存在し、光活性層４は、同一の材料又は異なる材料又は材料混合物から構成される。
本発明の個々の部品は、例えばコーティング又は印刷の場合のように、キャリアガスあり若しくはなしの真空蒸発、又は溶液若しくは懸濁液の処理によって製造することができる。個々の層は、スパッタリングによって設けることもできる。これは、特にベースコンタクトである可能性がある。真空蒸発による層の製造が有利であり、この場合、キャリア基板は加熱されてもよい。
本発明のさらなる構成では、オプトエレクトロニクス部品はフレキシブルオプトエレクトロニクス部品である。本発明の意味におけるフレキシブルオプトエレクトロニクス部品は、外部から力を受けたときに部分的に変形可能な部品を指す。その結果、そのようなフレキシブルな部品は曲面への配置に適している。
本発明の化合物の一般的な調製は、先行技術から当業者に公知である。これに関連して、より具体的には国際特許出願公開第２００７１２６０５２Ａ１号パンフレット及び欧州特許出願第３６１７２１４Ａ１号明細書が参照される。
一般式Ｉの化合物は、以下の構造：
を有する。Ｘ１及びＸ２は、互いに独立して、Ｏ、Ｓ、又はＮ－Ｒ８であり、Ｒ８はＨ、アルキル、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択され、Ｒ１は、置換同素環式６員環であり、その中の少なくとも１つのＨ原子は、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＦ３、及びＣＯＲ８からなる群から選択される電子求引性置換基によって置換されており、Ｒ８はＣ１～Ｃ４アルキルであるか、又は置換若しくは無置換の複素環式５員環若しくは６員環であり、ここでの複素環式５員環若しくは６員環は、自由電子対を持つ少なくとも１つのｓｐ２混成Ｎ原子を有し、及び／又はＯ、Ｓ、又はＮから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を有し、少なくとも１つのＨ原子は、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＦ３、及びＣＯＲ９からなる群から選択される電子求引性置換基によって置換されており、Ｒ９はＣ１～Ｃ４アルキルである。Ｒ２及びＲ７は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、アルキル、フッ素化又は部分フッ素化アルキル、不飽和アルキル、及びアリールからなる群から選択される。Ｒ４及びＲ５は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、アルキル、フッ素化若しくは部分フッ素化アルキル、不飽和アルキル、及びアルコキシからなる群から選択される。Ｒ３及びＲ６は、互いに独立して、置換若しくは無置換の同素環式６員環又は置換若しくは無置換の複素環式５員環若しくは６員環である。
本発明の一構成では、Ｘ１及びＸ２はＳであるか、若しくはＸ１及びＸ２はＯである、並びに／又は同素環式６員環及び／若しくは複素環式５員環若しくは６員環Ｒ１中の少なくとも１つのＨ原子は、Ｆ若しくはＣＦ３によって、好ましくはＦによって置換されている。
本発明のさらなる構成では、Ｒ３とＲ４及び／又はＲ５とＲ６は、それぞれの場合で一緒に、Ｏ、Ｓ、又はＮ、好ましくはＯ又はＳから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を有する複素環式５員環又は６員環を形成しており、好ましくはこれらの複素環式５員環若しくは６員環は無置換であるか、又は同素環式６員環を形成している。
本発明のさらなる構成では、Ｒ１は、Ｒ１がＣ６ＨｎＦ５－ｎ（ここで、ｎ＝０、１、２、３、４である）であるという条件で同素環式６員環である。
本発明のさらなる構成では、Ｒ１は以下からなる群から選択される：
（これらの式中、＊は一般式Ｉの化合物への結合を表し、Ｙは各存在において独立して、Ｃｌ、ＣＮ、Ｆ、及びＣＦ３からなる群から選択され、好ましくはＹはＦであり、Ｈ原子は置換若しくは無置換である）。
本発明のさらなる構成では、Ｒ３及びＲ６は、互いに独立して、以下からなる群から選択される：
（これらの式中、＊は一般式Ｉの化合物への結合を表し、
Ｕは、Ｏ、Ｓ、及びＮＲ１９からなる群から選択され、Ｒ１９は、Ｈ、ハロゲン、アルキル、フッ素化アルキル、部分フッ素化アルキル、アルコキシ、アルケニル、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択され、好ましくは、ＵはＯ又はＳであり、Ｚは、各存在において独立して、Ｈ、ハロゲン（好ましくはＦ）、ＣＦ３、ＣＮ、アルキル、フッ素化アルキル、部分フッ素化アルキル、アルケニル、アルコキシ、Ｎ－アルキル、Ｎアルキル２、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択され、好ましくはＲ３及びＲ６は同一である）。
本発明のさらなる構成では、Ｒ３及び／又はＲ６はさらに縮合されている、及び／又はＲ１は単環式の５員環又は６員環である。
本発明のさらなる構成では、Ｒ２及びＲ７は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、及びＣ１～Ｃ４アルキルからなる群から選択され、好ましくは、Ｒ２及びＲ７はＨである、及び／又はＲ４及びＲ５は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、及びＣ１～Ｃ４アルキルからなる群から選択され、好ましくはＲ４及びＲ５はＨである。
本発明のさらなる構成では、Ｒ１は、自由電子対を持つ少なくとも１つのｓｐ２混成Ｎ原子を環系に有する複素環式５員環又は６員環であり、好ましくは、Ｒ１は、置換若しくは無置換のイミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、テトラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピリダジン、トリアジン、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、及びイソチアゾールからなる群から選択される。
本発明のさらなる構成では、化合物は、以下からなる群から選択される：
。
本発明のさらなる構成では、Ｒ１中のＨ原子の全てがハロゲン又はＣＮによって置換されており、好ましくはＨ原子の全てがＦによって置換されている。
本発明のさらなる構成では、化合物は３００～１５００ｇ／ｍｏｌのモル重量を有する。
本発明の化合物は、本発明の一構成では、オプトエレクトロニクス部品、好ましくは有機オプトエレクトロニクス部品、特に好ましくは有機太陽電池、ＯＬＥＤ、ＯＦＥＴ、又は有機光検出器において使用される。
以下の図２～２１では、一般式Ｉを有する本発明の化合物及びその光学特性の具体的な例示的な実施形態が示されている。開放電圧Ｕｏｃ、短絡電流Ｊｓｃ、及び充填因子ＦＦのパラメータは、それぞれ光起電力素子の同じ構成に基づいている。
図２は、化合物（１）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。
化合物（１）～（３２）の吸収スペクトル（波長（ｎｍ）に対する光学密度）を、それぞれの場合において溶融シリカに真空蒸着によって設けた厚さ３０ｎｍの層について、及びジクロロメタン溶液中で測定した。
図３は、有機オプトエレクトロニクス部品で測定された、化合物（１）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示している。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
電流－電圧曲線には、有機太陽電池を特徴付ける量が含まれる。ここで最も重要な量は、充填因子ＦＦ、開放電圧Ｕｏｃ、及び短絡電流Ｊｓｃである。
化合物を調査するために、すなわち、有機オプトエレクトロニクス部品の吸収体材料としてのその使用のために、ＢＨＪセルの電流－電圧曲線を測定した。この例示的な実施形態では、ＩＴＯ層上のＢＨＪセルは、１５ｎｍの層厚さを有するＣ６０の層を有する。この層に、化合物（１）をＣ６０と共に３０ｎｍの厚さで適用した。この層に続く層は、１０ｎｍの層厚さのＢＰＡＰＦ（９，９－ビス［４－（Ｎ，Ｎ－ビスビフェニル－４－イルアミノ）－フェニル］－９Ｈ－フルオレン）の層である。この上に、４５ｎｍの層厚さのＢＰＡＰＦとＮＤＰ９とを含む別の層が位置する。この層には、厚さ１ｎｍのＮＤＰ９を含む別の層が隣接しており、これに厚さ５０ｎｍの金の層が続いている。この構成では、ＩＴＯが電極２として機能し、隣接するフラーレンＣ６０が電子輸送層（ＥＴＬ）３として機能し、その後に電子アクセプター材料としてのＣ６０とそれぞれの吸収体とを含む光活性層４、その後に正孔輸送層（ＨＴＬ）５としてのＢＰＡＰＦ（９，９－ビス［４－（Ｎ，Ｎ－ビスビフェニル－４－イルアミノ）フェニル］－９Ｈ－フルオレン）、及びＮＤＰ９（Ｎｏｖａｌｅｄ ＡＧ）がドープされたたＢＰＡＰＦ、その後に金電極６が続いている。本発明に従って、半導体部品／層系中の少なくとも１つの層は、一般式Ｉの化合物を含む。
以下の構成：ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／化合物（１）：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を有するＢＨＪセルの電流－電圧曲線を決定した。セルのパラメータは、ＡＭ１．５照明（ＡＭ＝エアマス；ＡＭ＝１．５、このスペクトルでは全体の放射電力は１０００Ｗ／ｍ２である；太陽電池モジュールの測定の標準値としてＡＭ＝１．５）で測定した。光活性層はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ）を含んでいた。
化合物（Ｉ）を含むオプトエレクトロニクス部品では、充填因子ＦＦは６９．７％、開放電圧Ｕｏｃは０．７１Ｖ、短絡電流Ｊｓｃは１０．２ｍＡ／ｃｍ２である。化合物（１）を用いたこのタイプのオプトエレクトロニクス部品、より具体的には太陽電池のセル効率は５．０５％である。
化合物（１）は、真空下で良好な蒸発性を示す。化合物（１）の蒸発温度は２３０℃であり、分解温度は３７７℃である。これと比較して、化合物（１）のメソ位にＣ６Ｆ５基ではなくＣＦ３基を有する対応する比較化合物（１）は、２１５℃の蒸発温度を有し、分解温度は６０℃低いわずか３１７℃である。
図４は、化合物（３）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。
図５は、有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（３）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
以下の構成：ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／化合物（３）：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を有するＢＨＪセルの電流－電圧曲線を決定した。光活性層４はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ）を含んでいた。化合物（３）を含むオプトエレクトロニクス部品では、充填因子ＦＦは７３．４％、開放電圧Ｕｏｃは０．６９Ｖ、短絡電流Ｊｓｃは１１．４ｍＡ／ｃｍ２である。化合物（３）を用いたこのタイプのオプトエレクトロニクス部品、より具体的には太陽電池のセル効率は５．７７％である。
化合物（３）は、真空下で良好な蒸発性を示す。
図６は、化合物（５）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。
図７は、有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（５）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
以下の構成：ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／化合物（５）：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を有するＢＨＪセルの電流－電圧曲線を決定した。光活性層４はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ）を含んでいた。化合物（５）を含むオプトエレクトロニクス部品では、充填因子ＦＦは７１．７％、開放電圧Ｕｏｃは０．９５Ｖ、短絡電流Ｊｓｃは９．４ｍＡ／ｃｍ２である。化合物（５）を用いたこのタイプのオプトエレクトロニクス部品、より具体的には太陽電池のセル効率は６．４０％である。
図８は、化合物（８）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。
図９は、有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（８）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
以下の構成：ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／化合物（８）：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を有するＢＨＪセルの電流－電圧曲線を決定した。光活性層４はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ）を含んでいた。化合物（８）を含むオプトエレクトロニクス部品では、充填因子ＦＦは７０．４％、開放電圧Ｕｏｃは０．７２Ｖ、短絡電流Ｊｓｃは１１．０ｍＡ／ｃｍ２である。化合物（８）を用いたこのタイプのオプトエレクトロニクス部品、より具体的には太陽電池のセル効率は５．５８％である。
図１０は、化合物（１０）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。
図１１は、有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（１０）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
以下の構成：ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／化合物（１０）：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を有するＢＨＪセルの電流－電圧曲線を決定した。光活性層４はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ）を含んでいた。化合物（１０）を含むオプトエレクトロニクス部品では、充填因子ＦＦは６７．６％、開放電圧Ｕｏｃは０．９０Ｖ、短絡電流Ｊｓｃは９．６ｍＡ／ｃｍ２である。化合物（１０）を用いたこのタイプのオプトエレクトロニクス部品、より具体的には太陽電池のセル効率は５．８４％である。
図１２は、化合物（１４）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。
図１３は、有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（１４）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
以下の構成：ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／化合物（１４）：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を有するＢＨＪセルの電流－電圧曲線を決定した。光活性層４はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ）を含んでいた。化合物（１４）を含むオプトエレクトロニクス部品では、充填因子ＦＦは６５．０％、開放電圧Ｕｏｃは０．９１Ｖ、短絡電流Ｊｓｃは１０．２ｍＡ／ｃｍ２である。化合物（１４）を用いたこのタイプのオプトエレクトロニクス部品、より具体的には太陽電池のセル効率は６．０３％である。
図１４は、化合物（１５）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。
図１５は、有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（１５）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
以下の構成：ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／化合物（１５）：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を有するＢＨＪセルの電流－電圧曲線を決定した。光活性層４はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ）を含んでいた。化合物（１５）を含むオプトエレクトロニクス部品では、充填因子ＦＦは６７．７％、開放電圧Ｕｏｃは０．９５Ｖ、短絡電流Ｊｓｃは９．７ｍＡ／ｃｍ２である。化合物（１５）を用いたこのタイプのオプトエレクトロニクス部品、より具体的には太陽電池のセル効率は６．２４％である。
図１６は、化合物（２９）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。
図１７は、有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（２９）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
以下の構成：ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／化合物（２９）：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を有するＢＨＪセルの電流－電圧曲線を決定した。光活性層４はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ）を含んでいた。化合物（２９）を含むオプトエレクトロニクス部品では、充填因子ＦＦは６４．０％、開放電圧Ｕｏｃは０．６８Ｖ、短絡電流Ｊｓｃは１２．６ｍＡ／ｃｍ２である。化合物（２９）を用いたこのタイプのオプトエレクトロニクス部品、より具体的には太陽電池のセル効率は５．４８％である。
図１８は、化合物（３２）の吸収スペクトルのグラフ表示を示す。
図１９は、有機オプトエレクトロニクス部品で測定した、化合物（３２）を含むＢＨＪセルの電流－電圧曲線、スペクトル外部量子効率、及び充填因子のグラフ表示を示す。この例示的な実施形態では、オプトエレクトロニクス部品は有機太陽電池である。
以下の構成：ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／化合物（３２）：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を有するＢＨＪセルの電流－電圧曲線を決定した。光活性層４はバルクヘテロ接合（ＢＨＪ）を含んでいた。化合物（３２）を含むオプトエレクトロニクス部品では、充填因子ＦＦは６９．９％、開放電圧Ｕｏｃは１．０Ｖ、短絡電流Ｊｓｃは９．４ｍｍＡ／ｃｍ２である。化合物（３２）を用いたこのタイプのオプトエレクトロニクス部品、より具体的には太陽電池のセル効率は６．５７％である。
本発明の化合物の有利な特性は、太陽電池の同一の構造についての開放電圧Ｕｏｃ、短絡電流Ｊｓｃ、及び充填因子ＦＦのパラメータでも明らかである。本発明の化合物は、改善された吸収特性のみならず、適切な電荷輸送特性も有する。化合物（１）、（３）、（５）、（８）、（１０）、（１４）、（１５）、（２９）、及び（３２）についての吸収特性と有機太陽電池で測定された電流－電圧プロファイルを含む実験データからは、これらの化合物が有機太陽電池やその他の有機オプトエレクトロニクス部品における利用に非常に適していることが示される。
表１は、溶液中及び膜中の化合物（１）～（３２）の吸収極大を示す。
光学特性は実験的に決定した。吸収極大λｍａｘは、ジクロロメタンが入っているキュベット内で、溶融シリカ上の厚さ３０ｎｍの真空蒸着層から、光度計を使用して決定した。驚くべきことに、膜中の化合物（１）～（３２）は、もはや人間の目には見えない６５０ｎｍを超える近赤外範囲で特に広い吸収を示すことが見出された。さらに、化合物（１）～（３２）が高い熱安定性を有し、分解せずに真空下で蒸発できることを示すことができた。表１には、追加的に融解温度ＤＳＣが示されている。
表２は、直接比較した本発明の化合物（１）～（３２）のＶｏｃ、Ｊｓｃ、及びＦＦパラメータの光起電力パラメータを示している。セルの構成は、ＩＴＯ／Ｃ６０（１５ｎｍ）／吸収体：Ｃ６０（３０ｎｍ、３：２、９０℃）／ＢＰＡＰＦ（１０ｎｍ）／ＢＰＡＰＦ：ＮＤＰ９（４５ｎｍ、１０重量％ＮＤＰ９）／ＮＤＰ９（１ｎｍ）／Ａｕ（５０ｎｍ）を備えたガラスであり、測定はＡＭ１．５照明下で行われる（ＡＭ＝エアマス；ＡＭ＝１．５、このスペクトルでは、全体の放射電力は１０００Ｗ／ｍ２であり、太陽電池モジュールの測定の標準値としてＡＭ＝１．５である）。
化合物の吸収特性及び有機太陽電池で測定された電流－電圧プロファイルを含む本発明の化合物についての実験データは、本発明の化合物が有機太陽電池やその他の有機オプトエレクトロニクス部品における利用に非常に適していることを示している。

Claims (15)

  1. 一般式Ｉの化合物：
    （式中、
    Ｘ１及びＸ２は、互いに独立して、Ｏ、Ｓ、又はＮ－Ｒ８であり、Ｒ８はＨ、アルキル、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択され、
    Ｒ１は、置換同素環式６員環であり、その中の少なくとも１つのＨ原子は、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＦ３、及びＣＯＲ８からなる群から選択される電子求引性置換基によって置換されており、Ｒ８はＣ１～Ｃ４アルキルであるか、又は置換若しくは無置換の複素環式５員環若しくは６員環であり、前記複素環式５員環若しくは６員環は、自由電子対を持つ少なくとも１つのｓｐ２混成Ｎ原子を有し、及び／又はＯ、Ｓ、又はＮから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を有し、前記置換複素環式５員環又は６員環において、少なくとも１つのＨ原子は、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、ＣＦ３、及びＣＯＲ９からなる群から選択される電子求引性置換基によって置換されており、Ｒ９はＣ１～Ｃ４アルキルであり、
    Ｒ２及びＲ７は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、アルキル、フッ素化又は部分フッ素化アルキル、不飽和アルキル、及びアリールからなる群から選択され、
    Ｒ４及びＲ５は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、アルキル、フッ素化若しくは部分フッ素化アルキル、不飽和アルキル、及びアルコキシからなる群から選択され、
    Ｒ３及びＲ６は、互いに独立して、置換若しくは無置換の同素環式６員環又は置換若しくは無置換の複素環式５員環若しくは６員環である）。
  2. Ｘ１及びＸ２がＳであるか、若しくはＸ１及びＸ２がＯであり、並びに／又は前記同素環式６員環及び／若しくは前記複素環式５員環若しくは６員環Ｒ１中の少なくとも１つのＨ原子が、Ｆ若しくはＣＦ３によって、好ましくはＦによって置換されている、請求項１に記載の化合物。
  3. Ｒ３及びＲ４並びに／又はＲ５及びＲ６は、それぞれの場合で一緒に、Ｏ、Ｓ、又はＮ、好ましくはＯ又はＳから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を有する複素環式５員環又は６員環を形成しており、好ましくは前記複素環式５員環若しくは６員環は無置換であるか、又は同素環式６員環を形成している、請求項１又は２に記載の化合物。
  4. Ｒ１がＣ６ＨｎＦ５－ｎ（ｎ＝０、１、２、３、４）であるという条件で、Ｒ１が同素環式６員環である、請求項１～３のいずれか一項に記載の化合物。
  5. Ｒ１が以下からなる群から選択される、請求項１～４のいずれか一項に記載の化合物：
    （これらの式中、＊は前記一般式Ｉの化合物への結合を表し、Ｙは各存在において独立して、Ｃｌ、ＣＮ、Ｆ、及びＣＦ３からなる群から選択され、好ましくはＹはＦであり、Ｈ原子は置換若しくは無置換である）。
  6. Ｒ３及びＲ６が、互いに独立して以下からなる群から選択される、請求項１～５のいずれか一項に記載の化合物：
    （これらの式中、＊は前記一般式Ｉの化合物への結合を表し、Ｕは、Ｏ、Ｓ、及びＮＲ１９からなる群から選択され、Ｒ１９は、Ｈ、ハロゲン、アルキル、フッ素化アルキル、部分フッ素化アルキル、アルコキシ、アルケニル、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択され、好ましくは、ＵはＯ又はＳであり、Ｚは、各存在において独立して、Ｈ、ハロゲン（好ましくはＦ）、ＣＦ３、ＣＮ、アルキル、フッ素化アルキル、部分フッ素化アルキル、アルケニル、アルコキシ、Ｎ－アルキル、Ｎアルキル２、アリール、及びヘテロアリールからなる群から選択され、好ましくはＲ３及びＲ６は同一である）。
  7. Ｒ３及び／又はＲ６がさらに縮合されている、並びに／又はＲ１は単環式の５員環又は６員環である、請求項１～６のいずれか一項に記載の化合物。
  8. Ｒ２及びＲ７は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、及びＣ１～Ｃ４アルキルからなる群から選択され、好ましくは、Ｒ２及びＲ７はＨである、並びに／又はＲ４及びＲ５は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、ＣＮ、及びＣ１～Ｃ４アルキルからなる群から選択され、好ましくはＲ４及びＲ５はＨである、請求項１～７のいずれか一項に記載の化合物。
  9. Ｒ１は、自由電子対を持つ少なくとも１つのｓｐ２混成Ｎ原子を環系に有する複素環式５員環又は６員環であり、好ましくは、Ｒ１は、置換若しくは無置換のイミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、テトラゾール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピリダジン、トリアジン、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、及びイソチアゾールからなる群から選択される、請求項１～８のいずれか一項に記載の化合物。
  10. 以下からなる群から選択される、請求項１～９のいずれか一項に記載の化合物：
    。
  11. Ｒ１中の前記Ｈ原子の全てがハロゲン又はＣＮによって置換されており、好ましくは前記Ｈ原子の全てがＦによって置換されている、請求項１～１０のいずれか一項に記載の化合物。
  12. ３００～１５００ｇ／ｍｏｌのモル重量を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の化合物。
  13. オプトエレクトロニクス部品、好ましくは有機オプトエレクトロニクス部品、特に好ましくは有機太陽電池、ＯＬＥＤ、ＯＦＥＴ、又は有機光検出器における、請求項１～１２のいずれか一項に記載の化合物の使用。
  14. 層系を有するオプトエレクトロニクス部品であって、前記層系の少なくとも１つの層が請求項１～１２のいずれか一項に記載の化合物を含み、好ましくは有機オプトエレクトロニクス部品、特に好ましくは有機太陽電池、ＯＦＥＴ、ＯＬＥＤ、又は有機光検出器である、オプトエレクトロニクス部品。
  15. 少なくとも１つの光活性層、好ましくは光吸収性光活性層を有する層系を含み、前記少なくとも１つの光活性層が請求項１～１２のいずれか一項に記載の化合物を含む、請求項１４に記載のオプトエレクトロニクス部品。
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