JP6306720B2 - フラーレン誘導体及びフラーレン誘導体を含む有機電子素子 - Google Patents

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Description

本明細書は、２０１４年１月８日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１４−０００２２４８号の出願日の利益を主張し、２０１４年８月１４日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１４−０１０６０８３号の出願日の利益を主張し、その内容はいずれも本明細書に含まれる。
本明細書は、フラーレン誘導体及びこれを含む有機電子素子に関する。
有機電子素子とは、正孔及び／又は電子を用いた電極と有機物の間での電荷交流を必要とする素子を意味する。有機電子素子は、動作原理によって、下記のように二つに大別される。第一は、外部の光源から素子に流入された光子によって有機物層でエキシトン(exiton)が形成され、このエキシトンが電子と正孔とに分離され、この電子と正孔がそれぞれ異なる電極に伝達されて電流源(電圧源)として使用される形態の電気素子である。第二は、２つ以上の電極に電圧又は電流を加えて、電極と界面をなす有機物半導体に正孔及び／又は電子を注入し、注入された電子と正孔によって動作する形態の電子素子である。
有機電子素子の例としては、有機発光素子、有機太陽電池、有機トランジスタなどがあり、これらはいずれも素子の駆動のために正孔の注入又は輸送物質、電子の注入又は輸送物質、又は発光物質を必要とする。以下では、主に有機太陽電池について具体的に説明するが、上記有機電子素子においては、正孔の注入又は輸送物質、電子の注入又は輸送物質、又は発光物質が類似する原理で作用する。
有機太陽電池の可能性が初めて提示されたのは１９７０年代であるが、非常に低い効率のため、実用性がなかった。
しかしながら、１９８６年イーストマン・コダック(Eastman Kodak)のタン(C.W.Tang)氏が銅フタロシアニン(copper phthalocyanine, CuPc)とペリレンテトラカルボン酸(perylene tetracarboxylic acid)誘導体を用いた二重層構造で多様な太陽電池としての実用化の可能性を示してから、有機太陽電池への関心と研究が急速に増加して多くの発展をもたらした。
その後、１９９５年にはユ(Yu)氏などによってバルクヘテロ接合(ＢＨＪ)の概念が導入され、ＰＣＢＭのように溶解度が向上したフラーレン(fullerene)誘導体がｎ型半導体物質として開発され、有機太陽電池の効率の面で画期的な発展があった。
しかしながら、出発物質であるフラーレンが高価で合成が難しく、溶解度が良くないというなどの問題点が、依然として電子受容体物質の開発に大きなハードルとなっている。既存の物質を代替するために低いバンドギャップ(bandgap)を有する電子供与体(e-donor)物質と電荷移動度の良い新しい電子受容体(e-acceptor)物質の開発が持続的に研究されている。
Two-layer organic photovoltaic cell (C.W.Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183.(1996)) Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions(G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))
本明細書の目的は、フラーレン誘導体を含む有機電子素子を提供することにある。
本明細書の一実施態様は、下記化学式１で表されるフラーレン誘導体を提供する。
上記化学式１において、
ｎは、１ないし５の整数であり、
ｎが２以上の場合、括弧内の構造は同一であるか異なっており、
Ｃｎは、Ｃ６０ないしＣ１２０のフラーレンであり、
Ｒ１ないしＲ６は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；ハロゲン基；ニトロ基；シアノ基；カルボン酸基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のカルボニル基；スルホ基(−ＳＯ３Ｈ)；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のエステル基；置換もしくは非置換のチオエステル基；置換もしくは非置換のアミド基；置換もしくは非置換のエーテル基；置換もしくは非置換のスルホン基(−ＳＯ２−)；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリールアルキル基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、隣接する置換基は、互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環；又は置換もしくは非置換の複素環を形成し、
Ｒ１ないしＲ６のうち少なくとも一つは、
であり、
ｏは、１ないし３の整数であり、ｏが２以上の整数の場合、２以上のＬは互いに同一であるか異なっており、
Ｌは、置換もしくは非置換のアルキレンであり、
Ｒは、水素；カルボン酸基；置換もしくは非置換のカルボニル基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のエステル基；置換もしくは非置換のチオエステル基；置換もしくは非置換のアミド基；置換もしくは非置換のスルホン基(−ＳＯ２−)；置換もしくは非置換のアリールアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基である。
本明細書の一実施態様は、第１電極；上記第１電極と対向して備えられる第２電極；及び上記第１電極と上記第２電極との間に備えられる１層以上の有機物層を含む有機電子素子であって、
上記有機物層のうち１層以上は、上記フラーレン誘導体を含むものである有機電子素子を提供する。
本明細書の一実施態様に係るフラーレン誘導体を含む有機電子素子は、効率の上昇及び／又は安全性の上昇を示す。
本明細書の一実施態様に係るフラーレン誘導体は、有機太陽電池をはじめ有機電子素子において純粋に使用するか不純物を交ぜて使用可能であり、真空蒸着や溶液塗布法などで適用可能である。
本明細書の一実施態様に係るフラーレン誘導体を含む有機電子素子は、光効率に優れ、熱的安定性に優れ、寿命特性が向上する。
本明細書の一実施態様に係る有機太陽電池を示すものである。 化学式１−１のＮＭＲグラフを示す図である。
以下、本明細書について、詳細に説明する。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表されるフラーレン誘導体を提供する。
本明細書の一実施態様に係るフラーレン誘導体は、
を少なくとも一つ以上含む。
この場合、Ｌの種類及びＲの種類によって、電子供与体(donor)とのモホロジー(morphology)特性に変化を与えることができ、効率が上昇することができる。
本明細書の一実施態様に係るフラーレン誘導体は、Ｌ及びＲの調節を通じて、有機溶媒における溶解度、すなわち可溶性が向上することができる。
例えば、Ｌがアルキレン基の場合、電子供与体の溶解度を高めるために導入したアルキル基と疎水性(hydrophobic)の性質で新しい結晶性フィルム構造を形成することができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表されるフラーレン誘導体は、下記化学式２又は３で表される。
化学式２及び３において、
Ｒ、Ｃｎ、ｎ、ｏ、Ｌ及びＲ１ないしＲ６の定義は、上記化学式１で定義した通りである。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表されるフラーレン誘導体は、下記化学式２−１又は化学式３−１で表されるフラーレン誘導体を含む有機電子素子を提供する。
上記化学式２−１及び３−１において、
Ｃｎ、ｎ、ｏ、Ｌ及びＲ１ないしＲ６の定義は、上記化学式１で定義した通りであり、
Ｒ７及びＲ８は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のエーテル基；置換もしくは非置換のスルホニル基；置換もしくは非置換のアリールアルキル基；置換もしくは非置換の環状ケトン；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基である。
上記置換基の例示は、下記に説明するが、これに限定されるものではない。
本明細書において「置換もしくは非置換の」という用語は、ハロゲン基；ニトロ基；シアノ基；カルボキシル基；ヒドロキシ基；カルボニル基；スルホ基；アルキル基；アリル基；アルコキシ基；シクロアルキル基；アルケニル基；エステル基；エーテル基；スルホン基；スルホキシ基；アリールアルキル基；アリール基；複素環基からなる群より選択された選択された１以上の置換基で置換もしくは非置換されるか、上記例示された置換基のうち２以上の置換基が連結された置換基で置換もしくは非置換されたことを意味する。例えば、「２以上の置換基が連結された置換基」は、ビフェニル基であってもよい。すなわち、ビフェニル基は、アリール基であってもよく、２つのフェニル基が連結された置換基と解釈されることができる。
上記「置換」という用語は、化合物の炭素原子に結合された水素原子が他の置換基に変わることを意味し、置換される位置は、水素原子が置換される位置、すなわち置換基が置換可能な位置であれば限定されず、２以上置換される場合、２以上の置換基は互いに同一であるか異なっていてもよい。
本明細書において、ハロゲン基は、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素であってもよい。
本明細書において、カルボニル基は、
で表されることができる。
上記Ｚは、水素；炭素数１ないし２０の置換もしくは非置換のアルキル基；炭素数３ないし６０の置換もしくは非置換のシクロアルキル基；炭素数７ないし５０の置換もしくは非置換のアリールアルキル基；炭素数６ないし６０の置換もしくは非置換のアリール基；炭素数２ないし６０の置換もしくは非置換の複素環基である。
本明細書において、上記アルキル基は直鎖又は分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、１ないし４０であることが好ましい。具体的な例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノナニル基、デカニル基、ウンデカニル基、ドデカニル基及びイコサニル基などがあるが、これに限定されず、これらは分枝鎖であってもよく、置換された形態も可能である。
本明細書において、シクロアルキル基は、特に限定されないが、炭素数３ないし６０であることが好ましく、具体的にシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、ノルボルニル基、アダマンチル基などがあるが、これに限定されず、これらの置換された形態も可能である。
本明細書において、上記アルコキシ基は、 直鎖、分枝鎖または環状であってもよい。アルコキシ基の炭素数は、特に限定されないが、炭素数１ないし４０であることが好ましい。具体的に、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、イソプロポキシ、ｉ−プロピルオキシ、ｎ−ブトキシ、イソブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、ｎ−ペンチルオキシ、ネオペンチルオキシ、イソペンチルオキシ、ｎ−ヘキシルオキシ、３，３−ジメチルブチルオキシ、２−エチルブチルオキシ、ｎ−オクチルオキシ、２−エチルヘキシルオキシ、２−メチルヘプチルオキシ、２−プロピルブチルオキシ、ｎ−ノニルオキシ、ｎ−デシルオキシなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
本明細書において、上記アリールアルキル基は、炭素数は特に限定されないが、本明細書の一実施態様において、アリールアルキル基の炭素数は７ないし５０である。具体的に、アリール部分は炭素数６ないし４９であり、アルキル部分は炭素数１ないし４４である。具体的な例としては、フェニルメチル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、フェニルイソプロピル基、フェニルブチル基、フェニルイソブチル基、フェニルペンチル基、フェニルイソペンチル基、フェニルヘキシル基、フェニルイソヘキシル基、フェニルヘプチル基、フェニルオクチル基、フェニルノナニル基、フェニルデカニル基、ナフチルメチル基、ナフチルエチル基、ナフチルプロピル基、ナフチルイソプロピル基、ピレニルメチル基、ピレニルエチル基、ピレニルプロピル基、ピレニルイソプロピル基、ピロリルメチル基、ピロリルエチル基、アミノフェニルメチル基、ニトロフェニルメチル基、シアノフェニルメチル基、１−ヒドロキシ−２−フェニルイソプロピル基、１−クロロ−２−フェニルイソプロピル基、チオフェニルメチル基、チオフェニルエチル基、チオフェニルプロピル基、チオフェニルイソプロピル基、チオフェニルブチル基などがあるが、これに限定されず、これらの置換された形態も可能である。
本明細書において、上記アルケニル基は、直鎖又は分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、２ないし４０であることが好ましい。具体的な例としては、ビニル、１−プロペニル、イソプロペニル、１−ブテニル、２−ブテニル、３−ブテニル、１−ペンテニル、２−ペンテニル、３−ペンテニル、３−メチル−１−ブテニル、１，３−ブタジエニル、アリル、１−フェニルビニル−１−イル、２−フェニルビニル−１−イル、２，２−ジフェニルビニル−１−イル、２−フェニル−２−（ナフチル−１−イル）ビニル−１−イル、２，２−ビス（ジフェニル−１−イル）ビニル−１−イル、スチルベニル基、スチレニル基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、チオエステル基の一般式は、
で表されることができる。上記Ｚ１は、水素；炭素数１ないし６０の置換もしくは非置換のアルキル基；炭素数３ないし６０の置換もしくは非置換のシクロアルキル基；炭素数７ないし５０の置換もしくは非置換のアリールアルキル基；炭素数６ないし６０の置換もしくは非置換のアリール基；又はＮ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む炭素数２ないし６０の置換もしくは非置換の複素環基である。
本明細書のアミド基の一般式は、
で表されることができる。
上記Ｚ２は、水素；炭素数１ないし６０の置換もしくは非置換のアルキル基；炭素数３ないし６０の置換もしくは非置換のシクロアルキル基；炭素数７ないし５０の置換もしくは非置換のアリールアルキル基；炭素数６ないし６０の置換もしくは非置換のアリール基；又はＮ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む炭素数２ないし６０の置換もしくは非置換の複素環基である。
本明細書において、アリール基は単環式であってもよく、炭素数は特に限定されないが、炭素数６ないし６０であることが好ましい。アリール基の具体的な例としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などの単環式芳香族、及びナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、ピレニル基、ペリレニル基、テトラセニル基、クリセニル基、フルオレニル基、アセナフタセニル基、トリフェニレン基、フルオランテン(fluoranthene)基などの多環式芳香族などがあるが、これらにのみ限定されるものではなく、追加の置換基で置換されることができる。
本明細書において、複素環基は、炭素ではない原子、異種原子を１以上含むものであって、具体的に、上記異種原子は、Ｏ、Ｎ及びＳなどからなる群より選択される原子を１以上含むことができる。複素環基の炭素数は特に限定されないが、炭素数２ないし６０であることが好ましい。複素環基の例としては、チオフェン基、フラン基、ピロール基、イミダゾール基、チアゾール基、オキサゾール基、オキサジアゾール基、トリアゾール基、ピリジル基、ビピリジル基、トリアジン基、アクリジル基、ピリダジン基、キノリニル基、イソキノリン基、インドール基、カルバゾール基、ベンゾオキサゾール基、ベンゾイミダゾール基、ベンゾチアゾール基、ベンゾカルバゾール基、ベンゾチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンゾフラニル基、フェナントロリン基(phenanthroline)及びジベンゾフラニル基などがあるが、これらにのみ限定されるものではなく、追加の置換基で置換されることができる。
本明細書において、エステル基の一般式は、
又は
で表されることができる。上記Ｚ’は、水素；炭素数１ないし２０の置換もしくは非置換のアルキル基；炭素数３ないし６０の置換もしくは非置換のシクロアルキル基；炭素数７ないし５０の置換もしくは非置換のアリールアルキル基；炭素数２ないし６０のヘテロアリールアルキル基；炭素数１ないし４０の置換もしくは非置換のカルボニル基；炭素数６ないし６０の置換もしくは非置換のアリール基；又はＮ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む炭素数２ないし６０の置換もしくは非置換の複素環基である。
本明細書において、
は、他の置換基又は結合部に結合される部位を意味する。
本明細書において隣接する基は、Ｒ１又はＲ２とＲ３；Ｒ３とＲ４；Ｒ４とＲ５又はＲ６；Ｒ１又はＲ２とＲ５又はＲ６のように、隣り合う炭素に置換された置換基を意味する。
本明細書において、隣接する基が互いに結合して、炭化水素環又は複素環を形成することは、隣接する置換基が結合を形成して、５員ないし７員の単環又は多環の炭化水素環又は５員ないし７員の単環又は多環の複素環基を形成することを意味する。
本明細書において、炭化水素環は、シクロアルキル基；シクロアルケニル基；芳香族環基；又は脂肪族環基をいずれも含み、単環又は多環であってもよく、これらが１又は２以上が結合して縮合された環をいずれも含む。
本明細書において形成された複素環は、上記炭化水素環のうち少なくとも一つの炭素原子が、Ｎ、Ｏ又はＳ原子で置換されたものを意味し、脂肪族環又は芳香族環であってもよく、単環又は多環であってもよい。
具体的に、本明細書においては、シクロプロパンの縮合環、シクロプロペンの縮合環、シクロブタンの縮合環、シクロブテンの縮合環、シクロペンタンの縮合環、シクロペンテンの縮合環、シクロペンタジエンの縮合環、シクロヘキサンの縮合環、シクロヘキセンの縮合環、シクロヘキサジエンの縮合環、ノルボルナンの縮合環、ビシクロ［２，２，２］オクテンの縮合環などがあるが、これに限定されない。
本明細書の一実施態様において、ｏは、１である。
また一つの実施態様において、上記Ｌは、置換もしくは非置換のアルキレン基である。
一つの実施態様において、上記Ｌは、アルキレン基である。
また一つの実施態様において、上記Ｌは、メチレン基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ１は、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ２は、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ３は、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ４は、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ５は、水素である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ５は、置換もしくは非置換のアルキル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ５は、メチル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ６は、水素である。
一つの実施態様において、上記Ｒ６は、置換もしくは非置換のアルキル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ６は、メチル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；又は置換もしくは非置換のカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のアルキル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のオクチル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、オクチル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換の環状ケトン及び Ｎ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む置換もしくは非置換の複素環基からなる群より選択される置換基で置換もしくは非置換のカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のアルキル基で置換もしくは非置換のカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、アルキル基で置換もしくは非置換のカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、分枝鎖のアルキル基で置換もしくは非置換のカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、２−メチルペンチル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、直鎖のアルキル基で置換もしくは非置換のカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、メチル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、オクチル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、１−オクチル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、３−オクチル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のアリール基で置換もしくは非置換のアルキル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、フェニル基で置換もしくは非置換のアルキル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、フェニル基で置換もしくは非置換のプロピル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒは、アミン基で置換もしくは非置換のフェニル基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、フェニル基で置換されたペンチル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、アルキル基及び／又はアリール基で置換されたアミン基で置換されたフェニル基で置換されたエチル基で置換されたカルボニル基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒは、ヘキシルフェニルアミン基で置換されたフェニル基で置換されたエチル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒは、Ｎ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む置換もしくは非置換の複素環基で置換もしくは非置換のアリール基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒは、Ｎ原子を１以上含む置換もしくは非置換の複素環基で置換されたフェニル基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、カルバゾール基で置換されたフェニル基で置換されたエチル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒは、フェニル基で置換されたベンゾイミダゾール基で置換されたフェニル基で置換されたエチル基で置換されたカルボニル基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒは、アルコキシ基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒは、テトラオキサトリデカニルで置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のカルボニル基で置換もしくは非置換のアルキル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、アリール基で置換もしくは非置換のカルボニル基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、フェニル基で置換されたカルボニル基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、フェニル基で置換されたカルボニル基で置換されたエチル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、フェニル基で置換されたカルボニル基で置換されたブチル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、アルキル基で置換もしくは非置換のカルボニル基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、アルキル基で置換されたカルボニル基で置換されたブチル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の他の実施態様において、上記Ｒは、メチル基で置換されたカルボニル基で置換されたブチル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のエステル基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、アルキル基で置換されたエステル基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、メチル基で置換されたエステル基で置換されたプロピル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換の環状ケトン基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のクロメノン基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、ハロゲン基で置換されたクロメノン基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、フッ素で置換されたクロメノン基で置換されたエチル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、Ｎ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む置換もしくは非置換の複素環基で置換もしくは非置換のアルキル基で置換されたカルボニル基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒは、Ｓ原子を１以上含む置換もしくは非置換の複素環基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒは、アルキル基で置換もしくは非置換のチオフェン基で置換されたアルキル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒは、ヘキシル基で置換されたチオフェン基で置換されたプロピル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のアリール基で置換もしくは非置換のカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のフェニル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、フェニル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のナフチル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、ナフチル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のアントラセニル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、アントラセニル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のピレン基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、ピレン基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、Ｎ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む置換もしくは非置換の複素環基で置換もしくは非置換のカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、Ｓ原子を１以上含む置換もしくは非置換の複素環基で置換もしくは非置換のカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のチオフェン基で置換もしくは非置換のカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、アルキル基で置換されたＳ原子を１以上含む複素環基で置換されたチオフェン基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、アルキル基で置換されたチオフェン基で置換されたチオフェン基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、ヘキシル基で置換もしくは非置換のチオフェン基で置換されたチオフェン基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一つの実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換の環状ケトン基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、環状ブタノンで置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、Ｒは、環状ペンタノンで置換されたカルボニル基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒは、ナフタレノンで置換されたカルボニル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒは、ジヒドロナフタレノンで置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、クロメノン基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒは、アルケニル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒは、置換もしくは非置換のエテニル基で置換されたカルボニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒは、エテニル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの一実施態様において、Ｒは、フェニル基で置換されたエテニル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの一実施態様において、Ｒは、アルキル基で置換されたエテニル基で置換されたカルボニル基である。
また一つの実施態様において、Ｒは、メチル基で置換されたエテニル基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ７及びＲ８は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換の環状ケトン；又は置換もしくは非置換の複素環基である。
本明細書の一実施態様において、Ｒ８は、置換もしくは非置換のアルキル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、分枝鎖のアルキル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、２−メチルペンチル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、直鎖のアルキル基である。
一つの実施態様において、Ｒ８は、置換もしくは非置換のメチル基である。
また一つの実施態様において、Ｒ８は、メチル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、オクチル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、１−オクチル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、３−オクチル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換のアリール基で置換もしくは非置換のアルキル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、フェニル基で置換もしくは非置換のアルキル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、フェニル基で置換もしくは非置換のプロピル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、フェニル基で置換もしくは非置換のペンチル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、アミン基で置換もしくは非置換のフェニル基で置換されたアルキル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、アルキル基及び／又はアリール基で置換されたアミン基で置換されたフェニル基で置換されたエチル基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、ヘキシルフェニルアミン基で置換されたフェニル基で置換されたエチル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、Ｎ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む置換もしくは非置換の複素環基で置換もしくは非置換のアリール基で置換されたアルキル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、Ｎ原子を１以上含む置換もしくは非置換の複素環基で置換されたフェニル基で置換されたアルキル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、カルバゾール基で置換されたフェニル基で置換されたエチル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、フェニル基で置換されたベンゾイミダゾール基で置換されたフェニル基で置換されたエチル基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、アルコキシ基で置換されたアルキル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、テトラオキサトリデカニル基である。
本明細書の一実施態様において、Ｒ８は、置換もしくは非置換の置換もしくは非置換のカルボニル基で置換もしくは非置換のアルキル基である。
また一つの実施態様において、Ｒ８は、アリール基で置換もしくは非置換のカルボニル基で置換されたアルキル基である。
一つの実施態様において、Ｒ８は、フェニル基で置換されたカルボニル基で置換されたアルキル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、フェニル基で置換されたカルボニル基で置換されたエチル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、フェニル基で置換されたカルボニル基で置換されたブチル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、アルキル基で置換もしくは非置換のカルボニル基で置換されたアルキル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、アルキル基で置換されたカルボニル基で置換されたブチル基である。
本明細書の他の実施態様において、上記Ｒ８は、メチル基で置換されたカルボニル基で置換されたブチル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換のエステル基で置換されたアルキル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、アルキル基で置換されたエステル基で置換されたアルキル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、メチル基で置換されたエステル基で置換されたプロピル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換の環状ケトン基で置換されたアルキル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換のクロメノン基で置換されたアルキル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、ハロゲン基で置換されたクロメノン基で置換されたアルキル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、フッ素で置換されたクロメノン基で置換されたエチル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、Ｎ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む置換もしくは非置換の複素環基で置換もしくは非置換のアルキル基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、Ｓ原子を１以上含む置換もしくは非置換の複素環基で置換されたアルキル基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、アルキル基で置換もしくは非置換のチオフェン基で置換されたアルキル基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、ヘキシル基で置換されたチオフェン基で置換されたプロピル基である。
また一つの実施態様において、Ｒ８は、置換もしくは非置換のアリール基である。
一つの実施態様において、Ｒ８は、置換もしくは非置換のフェニル基である。
また一つの実施態様において、Ｒ８は、フェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換のナフチル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、ナフチル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換のピレン基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、ピレン基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換のアントラセン基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、アントラセン基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、Ｎ、Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む置換もしくは非置換の複素環基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、Ｓ原子を１以上含む置換もしくは非置換の複素環基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換のチオフェン基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、アルキル基で置換されたＳ原子を１以上含む複素環基で置換されたチオフェン基で置換されたチオフェン基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、アルキル基で置換されたチオフェン基で置換されたチオフェン基である。
本明細書の一実施態様において、Ｒ８は、ヘキシル基で置換もしくは非置換のチオフェン基で置換されたチオフェン基で置換されたカルボニル基である。
本明細書の一つの実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換の環状ケトン基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、環状ブタノン基である。
また一つの実施態様において、Ｒ８は、環状ペンタノン基である。
一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、ナフタレノン基である。
また一つの一実施態様において、上記Ｒ８は、ジヒドロナフタレノン基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、クロメノン基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換のアルケニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ８は、置換もしくは非置換のエテニル基である。
一つの実施態様において、上記Ｒ８は、エテニル基である。
また一つの一実施態様において、Ｒ８は、フェニル基で置換されたエテニル基である。
また一つの一実施態様において、Ｒ８は、アルキル基で置換されたエテニル基である。
また一つの実施態様において、Ｒ８は、メチル基で置換されたエテニル基である。
本明細書の一実施態様において、化学式１で表されるフラーレン誘導体は、下記化学式１−１−１ないし１−１−３１のうちいずれか一つで表される。
化学式１−１−１ないし１−１−３１において、
ｎの定義は、上記化学式１で定義した通りである。
本明細書の一実施態様に係るフラーレン誘導体は、化学式１中の括弧内の構造以外に他の構造をさらに含むことができる。
本明細書の一実施態様において、上記フラーレン誘導体のフラーレン骨格は、１種のみを用いることもでき、２種以上の任意の組み合わせ及び割合で併用することもできる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表されるフラーレン誘導体は、後述する製造例を基づいて製造されることができる。
本明細書は、共役ジエン(conjugated diene)とフラーレンとがディールス・アルダー反応(Diels-Alder reaction)を通じて結合して、シクロヘキサンを含む構造を含むフラーレン誘導体を製造することができる。
共役ジエンの置換基を調節することにより、化学式１−１−１ないし１−１−２７のフラーレン誘導体だけでなく、化学式１で表されるフラーレン誘導体を製造することができる。
本明細書は、第１電極；上記第１電極と対向して備えられる第２電極；及び上記第１電極と上記第２電極との間に備えられる１層以上の有機物層を含む有機電子素子であって、上記有機物層のうち１層以上は、上述したフラーレン誘導体を含む有機電子素子を提供する。
本明細書の一実施態様において、上記有機電子素子は、有機発光素子；有機太陽電池；及び有機トランジスタからなる群より選択される。
本明細書の一実施態様において、上記有機電子素子は、有機発光素子であってもよい。
本明細書の一実施態様において、第１電極、第２電極、及び上記第１電極と第２電極との間に配置された１層以上の有機物層を含む有機発光素子であって、上記有機物層のうち１層以上は、上記フラーレン誘導体を含むものである有機電子素子を提供する。
本明細書の一実施態様において、上記有機物層は、発光層を含み、上記発光層は、上記フラーレン誘導体を含む。
本明細書の一実施態様において、上記有機物層は、正孔注入層又は正孔輸送層を含み、上記正孔注入層又は正孔輸送層は、上記フラーレン誘導体を含む。
本明細書のまた一つの実施態様において、上記有機物層は、電子注入層又は電子輸送層を含み、上記電子注入層又は電子輸送層は、上記フラーレン誘導体を含む。
本明細書の一実施態様において、上記有機電子素子は、有機トランジスタであってもよい。
本明細書の一実施態様において、ソース、ドレイン、ゲート及び１層以上の有機物層を含む有機トランジスタであって、上記有機物層のうち１層以上は、上記フラーレン誘導体を含む有機電子素子を提供する。
本明細書の一実施態様において、上記有機電子素子は、有機太陽電池であってもよい。
本明細書の一実施態様において、上記有機電子素子は、第１電極；上記第１電極と対向して備えられる第２電極；及び上記第１電極と上記第２電極との間に備えられる１層以上の有機物層を含む有機太陽電池であって、上記有機物層のうち１層以上が、上記フラーレン誘導体を含む。
有機太陽電池の原理は、光励起によってｐ型半導体が電子と正孔とが対をなすエキシトン(exciton)を形成し、上記エキシトンがｐ−ｎ接合部で電子と正孔とに分離される。分離された電子と正孔は、ｎ型半導体薄膜及びｐ型半導体薄膜にそれぞれ移動し、これらがそれぞれ第１電極と第２電極に収集されることで外部で電気エネルギーとして用いることができる。
図１は、本明細書の一実施態様に係る有機太陽電池を例示する図面である。上記図１においては、基板１０１、第１電極１０２、正孔輸送層１０３、光活性層１０４及び第２電極１０５を含む。
本明細書の一実施態様において、上記有機物層は、光活性層及び上記光活性層と上記第１電極又は上記第２電極との間に備えられた有機物層を含み、上記光活性層と上記第１電極又は上記第２電極との間に備えられた有機物層は、上記フラーレン誘導体を含む。
本明細書の一実施態様において、上記有機物層は、光活性層を含み、上記光活性層は、ｎ型有機物層及びｐ型有機物層を含む二層薄膜(bilayer)の構造であり、上記ｎ型有機物層は、上記フラーレン誘導体を含む。
本明細書の一実施態様において、上記有機物層は、光活性層を含み、上記光活性層は、電子供与体物質及び電子受容体物質を含み、上記電子受容体物質は、上記フラーレン誘導体を含む。
本明細書の一実施態様において、上記有機太陽電池は、上記電子供与体物質と上記電子受容体物質とがバルクヘテロ接合(ＢＨＪ)を構成する。
バルクヘテロ接合とは、光活性層において電子供与体物質と電子受容体物質とが互いに交じっていることを意味する。
本明細書の一実施態様において、上記電子受容体物質は、熱硬化又はＵＶ硬化処理をしていない上記フラーレン誘導体を含む。
本明細書の一実施態様に係るフラーレン誘導体は、熱硬化又はＵＶ硬化処理をすることなくそのまま使用することができる。
本明細書の一実施態様に係る上記化学式１で表されるフラーレン誘導体を含む電子受容体物質は、熱硬化又はＵＶ硬化処理をしていない状態そのままで光活性層に適用することができる。よって、工程の時間及び／又は費用上の利点がある。
本明細書の一実施態様において、上記電子受容体物質は、必要によって熱硬化又はＵＶ硬化処理をした上記フラーレン誘導体を含む。
一つの実施態様において、ＵＶや熱硬化処理を通じて、電子供与体物質と新しいマトリクス(matrix)を形成することもできる。
また一つの実施態様において、ＵＶや熱硬化処理を通じて、電子受容体物質の相互間で新しいマトリクス(matrix)を形成することもできる。
本明細書の一実施態様において、上記ｎ型有機物層及び／又は上記電子供与体物質は、光吸収波長範囲や太陽光スペクトルとよく合い、強い光吸収度を有し、電荷の移動度などの電気的物性に優れることが好ましい。
本明細書の一実施態様において、上記電子供与体物質は、有機化合物を含み、上記有機化合物は、溶液プロセスが可能な有機化合物である。
本明細書の一実施態様において、上記ｎ型有機物層及び／又は電子供与体物質は、有機化合物を含み、上記有機化合物は、高分子又は単分子を含む。
具体的に、電子供与体物質は、ＰＰＶ(poly (phenylene vinylene))系高分子又はＰ３ＨＴ(poly(3-hexylthiophene))系高分子をはじめ下記のような構造がある。
ｎは、１ないし１，０００の整数であり、
Ｒｍは、水素、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；Ｎ、Ｏ、Ｓ原子のうち１つ以上を含む置換もしくは非置換の芳香族又は脂肪族の複素環基、又は置換もしくは非置換のアリール基である。
上記電子供与体物質は、太陽光の可視光線の全領域を吸収できるようにバンドギャップの小さい物質が好ましく、高分子化合物が一般的であるが、これらにのみ限定するものではなく、単分子化合物も可能である。
上記電子供与体物質及び上記電子受容体物質は、１：１００ないし１００：１の割合(ｗ／ｗ)で混合する。上記電子供与体物質及び電子受容体物質が混合された後、特性を最大化させるために、３０℃ないし３００℃で１秒ないし２４時間アニールすることができる。
本明細書の一実施態様において、上記光活性層の厚さは、１０ｎｍないし１０，０００ｎｍである。
本明細書の一実施態様において、上記有機物層は、光活性層；及び上記光活性層と上記第１電極又は上記第２電極との間に備えられた有機物層を含み、上記光活性層と上記第１電極又は上記第２電極との間に備えられた有機物層は、上記フラーレン誘導体を含む。
本明細書の一実施態様において、上記有機物層は、上記光活性層と上記第１電極又は上記第２電極との間に備えられた有機物層は、上記フラーレン誘導体を含み、上記フラーレン誘導体は、電子受容体及び電子伝達物質である。
本明細書の一実施態様において、上記有機物層は、上記光活性層と上記第１電極又は上記第２電極との間に備えられた有機物層は、金属酸化物(metal oxide)を含み、上記金属酸化物層と光活性層との間に有機物層を備え、上記有機物層は、上記フラーレン誘導体を含む。
本明細書の一実施態様において、上記フラーレン誘導体を含む有機物層は、上記金属酸化物に接する。
本明細書の一実施態様において、上記光活性層と上記第１電極又は上記第２電極との間に備えられた有機物層は、上記フラーレン誘導体を含み、上記フラーレン誘導体は、電子注入物質である。
本明細書の一実施態様において、上記有機電子素子は、ノーマル(normal)構造である。
本明細書の一実施態様において、上記有機電子素子は、逆(inverted)構造である。
本明細書の一実施態様において、上記有機電子素子は、ノーマル(normal)構造であり、上記有機物層は、光活性層；及び上記光活性層と上記第２電極との間に備えられた有機物層を含み、上記光活性層と第２電極との間に備えられた有機物層は、上記フラーレン誘導体を含み、上記第１電極は、アノード電極であり、上記第２電極は、カソード電極である。
本明細書の一実施態様において、上記有機電子素子は、逆(inverted)構造であり、上記有機物層は、上記光活性層と上記第２電極との間に備えられた有機物層を含み、上記光活性層と第２電極との間に備えられた有機物層は、上記フラーレン誘導体を含み、上記第１電極は、アノード電極であり、上記第２電極は、カソード電極である。
本明細書の一実施態様において、第１電極は、アノード電極であってもよく、カソード電極であってもよい。また、第２電極は、カソード電極であってもよく、アノード電極であってもよい。
本明細書の一実施態様において、有機太陽電池は、アノード電極、光活性層及びカソード電極の順に配列されることもできる。
また一つの実施態様において、カソード電極、光活性層及びアノード電極の順に配列されることもできるが、これに限定されない。
また一つの実施態様において、上記有機太陽電池は、アノード電極、正孔輸送層、光活性層、電子輸送層及びカソード電極の順に配列されることもでき、カソード電極、電子輸送層、光活性層、正孔輸送層及びアノード電極の順に配列されることもできるが、これに限定されない。
また一つの実施態様において、上記有機太陽電池は、アノード電極、バッファー層、光活性層、カソード電極の順に配列されることもできる。
本明細書の有機太陽電池は、上記化学式１で表されるフラーレン誘導体を有機太陽電池の有機物層のうち１層以上に含むことを除いては、当該技術分野に知られている材料と方法で製造されることができる。
本明細書の一実施態様において、基板を準備するステップ；上記基板の上部に第１電極を形成するステップ；上記第１電極の上部に光活性層を含む１層以上の有機物層を形成するステップ；及び上記有機物層の上部に第２電極を形成するステップを含み、上記１層以上の有機物層は、上記フラーレン誘導体を含む有機太陽電池の製造方法を提供する。
上記フラーレン誘導体は、上記正孔輸送層；光活性層；及び／又は電子輸送層に含まれることができる。
例えば、本発明に係る有機太陽電池は、スパッタリング(sputtering)や電子ビーム蒸着(e-beam evaporation)のようなＰＶＤ(physical vapor deposition)溶液塗布法などを用いて、基板上に金属又は導電性を有する金属酸化物又はこれらの合金を蒸着ないしは溶液塗布してアノードを形成し、その上に有機物層を真空蒸着ないしは溶液塗布法で有機物層を形成した後、その上にカソードとして使用できる物質を蒸着させることで製造されることができる。
上記各層の有機物層は、多様な単分子ないしは高分子素材を使用して、蒸着法ではない溶液プロセス(solution process)、例えばロール・ツー・ロール(roll to roll)、スピンコート、ディップコート、キャスト、ロールコート(roll court)、フローコート(flow coating)、ドクターブレード、スクリーンプリント、インクジェットプリント、グラビア印刷、オフセット印刷、スプレーコート又は熱転写法などの方法によって製造することができる。
上記各層の有機物層は、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティングなどの乾式成膜法などの方法によって製造することができる。
本明細書の一実施態様において、アノード蒸着ステップ、光活性層積層ステップ、光活性層整列ステップ、光活性層熱処理ステップ、カソード蒸着ステップを含むことができる。
上記光活性層積層ステップは、陽極の上側に電子供与体物質、電子受容体物質を混合した溶液を噴射して蒸着する複合薄膜構造、すなわちバルクヘテロ接合で配置することができる。
上記電子受容体物質は、有機溶媒に複合高分子物質を溶かした混合液を使用することができ、上記電子受容体物質は、上述したフラーレン誘導体を含むことができる。
本明細書の一実施態様において、上記フラーレン誘導体に、Ｐ３ＨＴを有機溶媒に溶かして使用する。
本明細書において、上記基板は、透明性、表面平滑性、取り扱い容易性及び防水性に優れたガラス基板又は透明プラスチック基板であってもよいが、これに限定されず、有機太陽電池に通常使用される基板であれば、制限されない。具体的に、ガラス又はＰＥＴ(polyethylene terephthalate)、ＰＥＮ(polyethylene naphthalate)、ＰＰ(polypropylene)、ＰＩ(polyimide)、ＴＡＣ(triacetyl cellulose)などがあるか、これに限定されるものではない。
上記アノード電極は、透明で導電性に優れた物質であってもよいが、これに限定されない。バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属またはこれらの合金；亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウム・スズ酸化物(ＩＴＯ)、モリブデン酸化物、インジウム・亜鉛酸化物(ＩＺＯ)のような金属酸化物；ＺｎＯ：ＡｌまたはＳＮＯ２：Ｓｂのような金属と酸化物との組み合わせ；ポリ（３−メチルチオフェン）、 ポリ［３，４−（エチレン−１，２−ジオキシ）チオフェン］(ＰＥＤＯＴ)、ポリピロール及びポリアニリンのような導電性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
上記アノード電極の形成方法は、特に限定されないが、例えば、スパッタリング、Ｅビーム、熱蒸着、スピンコート、スクリーンプリント、インクジェットプリント、ドクターブレード又はグラビア印刷法を使用して、基板の一面に塗布されるかフィルム状にコーティングされることで、形成されることができる。
上記アノード電極を基板上に形成する場合、これは洗浄、水分除去及び親水性改質過程を経ることができる。
例えば、パターニングされたＩＴＯ基板を洗浄剤、アセトン、イソプロピルアルコール(ＩＰＡ)で順次洗浄した後、水分除去のために加熱板で１００℃ないし１５０℃で１分ないし３０分間、好ましくは１２０℃で１０分間乾燥し、 基板が完全に洗浄されると、基板表面を親水性に改質する。
上記のような表面改質を通じて、接合表面電位を光活性層の表面電位に適する水準に維持することができる。また、改質時にアノード電極の上に高分子薄膜の形成が容易になり、薄膜の品質が向上することもできる。
アノード電極のための前処理技術としては、ａ)平行平板型放電を用いた表面酸化法、ｂ)真空状態でＵＶ紫外線を用いて生成されたオゾンを通じて表面を酸化する方法、及びｃ)プラズマによって生成された酸素ラジカルを用いて酸化する方法などがある。
アノード電極又は基板の状態によって、上記方法のうち一つを選択することができる。但し、いずれの方法であれ、共通してアノード電極又は基板表面の酸素離脱を防止し、水分及び有機物の残留を最大限抑制することが好ましい。このとき、前処理の実質的な効果を極大化することができる。
具体的な例として、ＵＶを用いて生成されたオゾンを通じて表面を酸化する方法を使用することができる。このとき、超音波洗浄後にパターニングされたＩＴＯ基板を加熱板(hot plate)で焼き付けて(baking)よく乾燥させた後、チャンバに投入し、ＵＶランプを作用させて酸素ガスがＵＶ光と反応して発生するオゾンによって、パターニングされたＩＴＯ基板を洗浄することができる。
ところが、本明細書におけるパターニングされたＩＴＯ基板の表面改質方法は、特に限定させる必要はなく、基板を酸化させる方法であれば、いずれの方法でも構わない。
上記カソード電極は、仕事関数の小さい金属であってもよいが、これに限定されない。具体的に、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ及び鉛のような金属またはこれらの合金；ＬｉＦ／Ａｌ、ＬｉＯ２／Ａｌ、ＬｉＦ／Ｆｅ、Ａｌ：Ｌｉ、Ａｌ：ＢａＦ２、Ａｌ：ＢａＦ２：Ｂａのような多層構造の物質などであってもよいが、これに限定されるものではない。
上記カソード電極は、５×１０−７ｔｏｒｒ以下の真空度を示す熱蒸着装置の内部で蒸着されて形成されることができるが、この方法にのみ限定されるものではない。
上記正孔輸送層及び／又は電子輸送層物質は、光活性層で分離された電子と正孔を電極に効率的に伝達させる役割を果たし、物質は特に制限しない。
上記正孔輸送層物質は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ(Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid))、モリブデン酸化物(ＭｏＯｘ)；バナジウム酸化物(Ｖ２Ｏ５)；ニッケル酸化物(ＮｉＯ)；及びタングステン酸化物(ＷＯｘ)などであってもよいが、これらにのみ限定されるものではない。
上記電子輸送層物質は、電子取り出し金属酸化物(electron-extracting metal oxides)であってもよく、具体的に、８−ヒドロキシキノリンの金属錯体；Ａｌｑ３を含む錯体；Ｌｉｑを含む金属錯体；ＬｉＦ；Ｃａ；チタン酸化物(ＴｉＯｘ)；亜鉛酸化物(ＺｎＯ)；及び炭酸セシウム(Ｃｓ２ＣＯ３)などであってもよいが、これらにのみ限定されるものではない。
光活性層は、電子供与体及び／又は電子受容体のような光活性物質を有機溶媒に溶解させた後、溶液をスピンコート、ディップコート、スクリーンプリント、スプレーコート、ドクターブレード、刷毛塗りなどの方法で形成することができるが、これらの方法にのみ限定されるものではない。
上記フラーレン誘導体の製造方法及びこれを用いた有機太陽電池の製造は、以下の製造例及び実施例で具体的に説明する。ところが、下記実施例は、本明細書を例示するためのものであり、本明細書の範囲がこれらによって限定されるものではない。
２，４−ヘキサジエニルアセテート(2,4-Hexadienyl acetate) (１．４ｇ，１０．０ｍｍｏｌ)、Ｃ６０(７．２ｇ， １０．０ｍｍｏｌ)を１１０℃で２８時間撹拌した。反応後に常温に温度を下げ、過量の１，２−ジクロロベンゼン(OD(1,2-dichlorobenznene))を真空減圧下で除去した。濃縮された混合物をカラム精製(Toluene：n-Hex)した後、溶媒を濃縮して得られた液体をトルエンとヘキサンで再結晶し、濾過及び乾燥して、ｎ＝１である化学式１−１−１のフラーレン誘導体９３０ｍｇ(収率 １０．８％、ＨＰＬＣ純度 ９９．９％ ｕｐ)を得た。
２，４−ヘキサジエン−１−オール(2,4-Hexadien-1-ol(１．９６ｇ、２０．０ｍｍｏｌ))を無水テトラヒドロフラン(anhydrous THF)８０ｍＬに溶かした後、ベンゾイルクロリド(benzoyl chloride)１０ｍＬ、トリエチルアミン(triethylamine) (５ｍＬ)を入れて、常温で５時間撹拌した。蒸留水とエチルエーテルを加えて層分離した後、有機物層を抽出した。
無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、濾過し真空蒸留して、液状の化合物を得、カラムクロマトグラフィーを通じて精製して、（２Ｅ，４Ｅ）−ヘキサ−２，４−ジエン−１−イルベンゾエート((2E,4E)-hexa-2,4-dien-1-yl benzoate)化学式１−Ｂ−２(２．７４ｇ、９８％)を得た。
上記製造例１−１−１において、化学式１−Ａ−１の代わりに化学式１−Ｂ−２(１．４ｇ、６．９２ｍｍｏｌ)を使用したことを除いては、同一の方法で、 ｎ＝１である化学式１−１−２のフラーレン誘導体を０．５６ｇ(収率 ８．８％)得た。
また、製造例１−１−１において、化学式１−Ａ−１の代わりに化学式１−Ｂ−２(２．８ｇ、２０ｍｍｏｌ)とＣ６０(３．６ｇ、５ｍｍｏｌ)を使用したことを除いては、同一の方法で、ｎ＝１以上である化学式１−１−２のフラーレン誘導体を２．２ｇ得た。
上記製造例１−１−１において、化学式１−Ａ−１の代わりに化学式１−Ａ−２(１．９６ｇ、２０ｍｍｏｌ)、Ｃ６０(３．６ｇ、５ｍｍｏｌ)を使用したことを除いては、同一の方法で実施して、ｎ＝１以上である化学式１−１−３を３．１ｇ得た。
上記製造例１−１−２の化学式１−Ｂ−２において、ベンゾイルクロリド (benzoyl chloride)の代わりにナフタレン−２−カルボニルクロリド(naphthalene-2-carbonyl chloride)を使用したことを除いては、同一の方法で化学式１−Ｂ−４を製造した。
上記製造例１−１−１において、化学式１−Ａ−１の代わりに化学式１−Ｂ−４(１．２６ｇ、５ｍｍｏｌ)とＣ６０(３．６ｇ、５ｍｍｏｌ)を使用したことを除いては、同一の方法で実施して、ｎ＝１である化学式１−１−４を０．８７ｇ(収率 ５．１％)得た。
上記製造例１−１−２の化学式１−Ｂ−２において、ベンゾイルクロリド(benzoyl chloride)の代わりにピレン−１−カルボニルクロリド(pyrene-1-carbonyl chloride)を使用したことを除いては、同一の方法で、化学式１−Ｂ−５を製造した。
上記製造例１−１−１において、化学式１−Ａ−１の代わりに化学式１−Ｂ−５(１．６４ｇ、５ｍｍｏｌ)とＣ６０(３．６ｇ、５ｍｍｏｌ)を使用したことを除いては、同一の方法で実施して、ｎ＝１である化学式１−１−５を０．２９ｇ(収率 ５．５％)得た。
上記製造例１−１−２の化学式１−Ｂ−２において、ベンゾイルクロリド(benzoyl chloride)の代わりにアントラセン−９−カルボニルクロリド(anthracene-9-carbonyl chloride)を使用したことを除いては、同一の方法で化学式１−Ｂ−６を製造した。
上記製造例１−１−１において、化学式１−Ａ−１の代わりに化学式１−Ｂ−６(１．５１ｇ、５ｍｍｏｌ)とＣ６０(３．６ｇ、５ｍｍｏｌ)を使用したことを除いては、同一の方法で実施して、ｎ＝１である化学式１−１−６を０．７４ｇ(収率 ６．９４％)得た。
上記製造例１−１−２の化学式１−Ｂ−２において、ベンゾイルクロリド(benzoyl chloride)の代わりに（２Ｅ，４Ｅ）−ヘキサ−２，４−ジエン−１−イル５’−ヘキシル−［２，２’−ビチオフェン］−５−カルボキシレート((2E,4E)-hexa-2,4-dien-1-yl 5'-hexyl-[2,2'-bithiophene]-5-carboxylate)を使用したことを除いては、同一の方法で、ｎ＝１である化学式１−Ｂ−７を製造した。
上記製造例１−１−１において、化学式１−Ａ−１の代わりに化学式１−Ｂ−７(１．５６ｇ、５ｍｍｏｌ)とＣ６０(３．６ｇ、５ｍｍｏｌ)を使用したことを除いては、同一の方法で実施して、ｎ＝１である化学式１−１−７を１．３８ｇ(収率 １２％)得た。
上記製造例１−１−２の化学式１−Ｂ−２において、ベンゾイルクロリド(benzoyl chloride)の代わりに４−オキソ−４−フェニルブタノイルクロリド(4-oxo-4-phenylbutanoyl chloride)を使用したことを除いては、同一の方法で化学式１−Ｂ−８を製造した。
上記製造例１−１−１において、化学式１−Ａ−１の代わりに化学式１−Ｂ−８(１．２９ｇ、５ｍｍｏｌ)とＣ６０(３．６ｇ、５ｍｍｏｌ)を使用したことを除いては、同一の方法で実施して、ｎ＝１である化学式１−１−８を０．４７ｇ(収率 ９．７％)得た。
上記製造例１−１−１において、化学式１−Ａ−１の代わりに化学式１−Ａ−３(１．０５ｇ、５ｍｍｏｌ)とＣ６０(３．６ｇ、５ｍｍｏｌ)を使用したことを除いては、同一の方法で実施して、ｎ＝１である化学式１−１−９を０．６４ｇ(収率 １３．７％)得た。
有機太陽電池の製造及び特性の測定
上記製造例１−１−１ないし製造例１−１−９の有機太陽電池の光電変換特性を１００ｍＷ／ｃｍ２(ＡＭ １．５)の条件で測定し、下記表１にその結果を示す。
<実施例１−１> 有機太陽電池の製造
上記製造例１−１−１で製造した化合物とＰ３ＨＴを１：０．７でクロロベンゼン(Chlorobenzene, CB)に溶かして複合溶液(composit solution)を製造した。このとき、濃度は２．０ｗｔ％に調節し、有機太陽電池はＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／光活性層／Ａｌの構造にした。ＩＴＯがコーティングされたガラス基板は、蒸留水、アセトン、２−プロパノールを用いて超音波洗浄し、ＩＴＯの表面を１０分間オゾン処理した後、４５ｎｍの厚さでＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ(ｂａｙｔｒｏｍ Ｐ)をスピンコートして、１２０℃で１０分間熱処理した。光活性層のコーティングのためには、化合物−Ｐ３ＨＴ複合溶液を０．４５μｍＰＰシリンジフィルター(syringe filter)で濾過した後にスピンコートして、３×１０−８ｔｏｒｒの真空下で熱蒸発器(thermal evaporator)を用いて２００ｎｍの厚さでＡｌを蒸着して、有機太陽電池を製造した。
<実施例１−２> 有機太陽電池の製造
実施例１において、化学式１−１−１の代わりに製造例１−１−２で製造した化学式１−１−２を使用し、Ｐ３ＨＴと上記フラーレン誘導体の割合を １：１で製造したことを除いては、実施例１−１と同一の方法で有機太陽電池を製造した。
<実施例１−３> 有機太陽電池の製造
実施例１において、化学式１−１−１の代わりに製造例１−１−３で製造した化学式１−１−３を使用し、Ｐ３ＨＴと上記フラーレン誘導体の割合を １：１で製造したことを除いては、実施例１−１と同一の方法で有機太陽電池を製造した。
<実施例１−４> 有機太陽電池の製造
実施例１において、化学式１−１−１の代わりに製造例１−１−４で製造した化学式１−１−４を使用し、Ｐ３ＨＴと上記フラーレン誘導体の割合を １：１で製造したことを除いては、実施例１−１と同一の方法で有機太陽電池を製造した。
<実施例１−５> 有機太陽電池の製造
実施例１において、化学式１−１−１の代わりに製造例１−１−５で製造した化学式１−１−５を使用し、Ｐ３ＨＴと上記フラーレン誘導体の割合を１：１で製造したことを除いては、実施例１−１と同一の方法で有機太陽電池を製造した。
<実施例１−６> 有機太陽電池の製造
実施例１において、化学式１−１−１の代わりに製造例１−１−６で製造した化学式１−１−６を使用し、Ｐ３ＨＴと上記フラーレン誘導体の割合を １：１で製造したことを除いては、実施例１−１と同一の方法で有機太陽電池を製造した。
<実施例１−７> 有機太陽電池の製造
実施例１において、化学式１−１−１の代わりに製造例１−１−７で製造した化学式１−１−７を使用し、Ｐ３ＨＴと上記フラーレン誘導体の割合を１：１で製造したことを除いては、実施例１−１と同一の方法で有機太陽電池を製造した。
<実施例１−８> 有機太陽電池の製造
実施例１において、化学式１−１−１の代わりに製造例１−１−８で製造した化学式１−１−８を使用し、Ｐ３ＨＴと上記化学式１−１−８の化合物の割合を１：０．７で製造したことを除いては、実施例１−１と同一の方法で有機太陽電池を製造した。
<実施例１−９> 有機太陽電池の製造
実施例１において、化学式１−１−１の代わりに製造例１−１−９で製造した化学式１−１−９を使用し、Ｐ３ＨＴと上記フラーレン誘導体の割合を１：１で製造したことを除いては、実施例１−１と同一の方法で有機太陽電池を製造した。
<実施例１−１０> 有機太陽電池の製造
実施例１において、下記化学式１−２−１で表される高分子と化学式１−１−１を１：０．７で製造したことを除いては、実施例１−１と同一の方法で有機太陽電池を製造した。
<比較例１−１> 有機太陽電池の製造
Ｐ３ＨＴとＰＣ６１ＢＭ を１：０．７で１，２−ジクロロベンゼン(1,2-dichlorobenzene, ＤＣＢ)に溶かして、複合溶液(composit solution)を製造した。このとき、濃度は１．０〜２．０ｗｔ％に調節し、有機太陽電池はＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／光活性層／ＬｉＦ／Ａｌの構造にした。ＩＴＯがコーティングされたガラス基板は、蒸留水、アセトン、２−プロパノールを用いて超音波洗浄し、ＩＴＯの表面を１０分間オゾン処理した後、４５ｎｍの厚さでＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ(ｂａｙｔｒｏｍ Ｐ)をスピンコートして、１２０℃で１０分間熱処理した。光活性層のコーティングのためには、化合物−ＰＣＢＭ複合溶液を０．４５μｍＰＰシリンジフィルター(syringe filter)で濾過した後にスピンコートして、１２０℃で５分間熱処理し、３×１０−８ｔｏｒｒの真空下で熱蒸発器(thermal evaporator)を用いてＬｉＦを７Å蒸着した後、２００ｎｍの厚さでＡｌを蒸着して、有機太陽電池を製造した。
表１において、Ｖｏｃは開放電圧、Ｊｓｃは短絡電流、ＦＦは充填率(Fill factor)、ＰＣＥはエネルギー変換効率を意味する。開放電圧と短絡電流は、それぞれ電圧−電流密度曲線の第４象限でＸ軸とＹ軸切片であり、この二つの値が高いほど太陽電池の効率は好ましく高くなる。また、充填率(Fill factor)は、曲線内部に描くことができる矩形の面積を短絡電流と開放電圧の積で割った値である。この三つの値を照射された光の強さで割ると、エネルギー変換効率を求めることができ、高い値であるほど好ましい。
本明細書は、電子供与体物質としてＰ３ＨＴと化合物１−２−１を使用したが、これに限定せず、溶液プロセスが可能な化合物であれば、高分子又は単分子化合物に限定しない。
本明細書の一実施態様に係る実施例は、ノーマル(normal)構造の素子に限って実施例を提供したが、逆(inverted)構造の素子においても可能である。
以上、本発明の実施例を記述したが、本発明の属する分野における知識を有する者にとってこのような具体的な記述は、発明の範疇を知らせるために提供されるものであるので、発明の範囲が制限されるのではない点は明らかであろう。よって、本発明の実質的な範囲は、添付の請求項とそれらの等価物によって定義されると言える。
１０１：基板
１０２：第１電極
１０３：正孔輸送層
１０４：光活性層
１０５：第２電極

Claims (18)

  1. 下記化学式１で表されるフラーレン誘導体：
    前記化学式１において、
    ｎは、１ないし５の整数であり、
    ｎが２以上の場合、括弧内の構造は同一であるか異なっており、
    Ｃｎは、Ｃ６０ないしＣ１２０のフラーレンであり、
    Ｒ１ないしＲ６のうち一つの基は、
    であり、前記一つの基は、Ｒ１ないしＲ６のうちの前記一つの基以外の基とは異なっており、
    Ｒ１ないしＲ６のうち前記一つの基以外の基は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；ハロゲン基；ニトロ基；シアノ基；カルボン酸基；ヒドロキシ基；置換のカルボニル基；スルホ基(−ＳＯ３Ｈ)；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のエステル基；置換もしくは非置換のチオエステル基；置換もしくは非置換のアミド基；置換もしくは非置換のエーテル基；置換のスルホン基(−ＳＯ２−)；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルアミン基；置換もしくは非置換のアリールアミン基；置換もしくは非置換のアリールアルキル基；置換もしくは非置換のヘテロアリールアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、隣接する置換基は、互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環；又は置換もしくは非置換の複素環を形成し、
    ｏは、１ないし３の整数であり、ｏが２以上の整数の場合、２以上のＬは互いに同一であるか異なっており、
    Ｌは、置換もしくは非置換のアルキレンであり、
    Ｒは、水素；カルボン酸基；置換のカルボニル基；非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のエステル基；置換もしくは非置換のチオエステル基；置換もしくは非置換のアミド基；置換のスルホン基(−ＳＯ２−)；置換もしくは非置換のアリールアルキル基；又は置換もしくは非置換の複素環基であり、
    前記置換もしくは非置換とは、ハロゲン基；ニトロ基；シアノ基；ヒドロキシ基；カルボニル基；スルホ基；アルキル基；アリル基；アルコキシ基；シクロアルキル基；アルケニル基；エーテル基；スルホン基；スルホキシ基；アリールアルキル基；アリール基；複素環基からなる群より選択された１以上の置換基で置換されているか、もしくは置換されておらず、または上記例示された置換基のうち２以上の置換基が連結された置換基で置換されているか、もしくは置換されていないことを意味する。
  2. 前記化学式１で表されるフラーレン誘導体は、下記化学式２又は３で表されるものである請求項１に記載のフラーレン誘導体：
    化学式２及び３において、
    Ｒ、Ｃｎ、ｎ、ｏ、Ｌ及びＲ１ないしＲ６の定義は、前記化学式１で定義した通りである。
  3. 前記化学式１で表されるフラーレン誘導体は、下記化学式２−１又は化学式３−１で表されるものである請求項１に記載のフラーレン誘導体：
    前記化学式２−１及び３−１において、
    Ｃｎ、ｎ、ｏ、Ｌ及びＲ１ないしＲ６の定義は、前記化学式１で定義した通りであり、
    Ｒ７及びＲ８は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のエーテル基；置換のスルホニル基；置換もしくは非置換のアリールアルキル基；置換もしくは非置換の環状ケトン；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基である。
  4. Ｒは、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；又は置換のカルボニル基である請求項１に記載のフラーレン誘導体。
  5. Ｒ７及びＲ８は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアリール基；置換もしくは非置換の環状ケトン；又は置換もしくは非置換の複素環基である請求項３に記載のフラーレン誘導体。
  6. 化学式１で表されるフラーレン誘導体は、下記化学式１−１−１ないし１−１−３１のうちいずれか一つで表されるものである請求項１に記載のフラーレン誘導体：
    化学式１−１−１ないし１−１−３１において、
    ｎの定義は、前記化学式１で定義した通りである。
  7. 第１電極；前記第１電極と対向して備えられる第２電極；及び前記第１電極と前記第２電極との間に備えられる１層以上の有機物層を含む有機電子素子であって、
    前記有機物層のうち１層以上は、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体を含むものである有機電子素子。
  8. 前記有機電子素子は、有機発光素子；有機太陽電池；及び有機トランジスタからなる群より選択されるものである請求項７に記載の有機電子素子。
  9. 前記有機電子素子は、第１電極；前記第１電極と対向して備えられる第２電極；及び前記第１電極と前記第２電極との間に備えられる１層以上の有機物層を含む有機太陽電池であって、前記有機物層のうち１層以上が、前記フラーレン誘導体を含む請求項７に記載の有機電子素子。
  10. 前記有機物層は、光活性層を含み、
    前記光活性層は、ｎ型有機物層及びｐ型有機物層を含む二層薄膜(bilayer)構造であり、
    前記ｎ型有機物層は、前記フラーレン誘導体を含むものである請求項９に記載の有機電子素子。
  11. 前記有機物層は、光活性層を含み、
    前記光活性層は、電子供与体物質及び電子受容体物質を含み、
    前記電子受容体物質は、前記フラーレン誘導体を含むものである請求項９に記載の有機電子素子。
  12. 前記有機電子素子は、前記電子供与体物質と前記電子受容体物質がバルクヘテロ接合(ＢＨＪ)を構成するものである請求項１１に記載の有機電子素子。
  13. 前記有機物層は、光活性層；及び前記光活性層と前記第１電極又は前記第２電極との間に備えられた有機物層を含み、
    前記光活性層と前記第１電極又は前記第２電極との間に備えられた有機物層は、前記フラーレン誘導体を含むものである請求項７に記載の有機電子素子。
  14. 前記光活性層と前記第１電極又は前記第２電極との間に備えられた有機物層に含まれたフラーレン誘導体は、電子伝達物質である請求項１３に記載の有機電子素子。
  15. 前記光活性層と前記第１電極又は前記第２電極との間に備えられた有機物層は、金属酸化物(metal oxide)層を含み、
    前記金属酸化物層と光活性層との間に有機物層を備え、
    前記有機物層は、前記フラーレン誘導体を含むものである請求項１３に記載の有機電子素子。
  16. 前記光活性層と前記第１電極又は前記第２電極との間に備えられた有機物層に含まれたフラーレン誘導体は、電子注入物質である請求項１３に記載の有機電子素子。
  17. 前記有機電子素子は、ノーマル(normal)構造であり、
    前記有機物層は、光活性層；及び前記光活性層と前記第２電極との間に備えられた有機物層を含み、
    前記光活性層と第２電極との間に備えられた有機物層は、前記フラーレン誘導体を含み、
    前記第１電極は、アノード電極であり、前記第２電極は、カソード電極である請求項９に記載の有機電子素子。
  18. 前記有機電子素子は、逆(inverted)構造であり、
    前記有機物層は、光活性層；及び前記光活性層と前記第２電極との間に備えられた有機物層を含み、
    前記光活性層と第２電極との間に備えられた有機物層は、前記フラーレン誘導体を含み、
    前記第１電極は、アノード電極であり、前記第２電極は、カソード電極である請求項９に記載の有機電子素子。
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