JP6931891B2 - Fullerene derivatives and n-type semiconductor materials - Google Patents

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Description

本発明は、フラーレン誘導体、及びn型半導体材料等に関する。 The present invention relates to fullerene derivatives, n-type semiconductor materials and the like.

有機薄膜太陽電池は、光電変換材料として有機化合物を用い、溶液からの塗布法によって形成されるものであり、1)デバイス作製時のコストが低い、2)大面積化が容易である、3)シリコン等の無機材料と比較してフレキシブルであり使用できる場所が広がる、及び4)資源枯渇の心配が少ない、等の各種の利点を有するものである。このため、近年、有機薄膜太陽電池の開発が進められており、特に、バルクヘテロジャンクション構造を採用することによって変換効率を大きく向上させることが可能となり、広く注目を集めるに至っている。 Organic thin-film solar cells use an organic compound as a photoelectric conversion material and are formed by a coating method from a solution. 1) The cost at the time of device fabrication is low, 2) the area can be easily increased, and 3). Compared with inorganic materials such as silicon, it is flexible and can be used in a wider range of places, and 4) there is less concern about resource depletion, and so on. For this reason, the development of organic thin-film solar cells has been promoted in recent years, and in particular, by adopting a bulk heterojunction structure, it has become possible to greatly improve the conversion efficiency, which has attracted widespread attention.

有機薄膜太陽電池に用いる光電変換素地用材料の内で、p型半導体については、特に、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)が優れた性能を有する有機p型半導体材料として知られている。最近では、より高機能を目指して、太陽光の広域の波長を吸収できる構造、又はエネルギー準位を調節した構造を有する化合物が開発され(ドナーアクセプター型π共役高分子)、性能向上に大きく貢献している。このような化合物の例としては、ポリ−p−フェニレンビニレン、ポリ[[4,8−ビス[(2−エチルヘキシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−2,6−ジイル][3−フルオロ−2−[(2−エチルヘキシル)カルボニル]チエノ[3,4−b]チオフェンジイル]](PTB7)が例示される。 Among the materials for photoelectric conversion base materials used in organic thin-film solar cells, p-type semiconductors are known as organic p-type semiconductor materials in which poly-3-hexylthiophene (P3HT) has excellent performance. Recently, aiming for higher functionality, compounds having a structure capable of absorbing a wide range of wavelengths of sunlight or a structure having an adjusted energy level have been developed (donor acceptor type π-conjugated polymer), which greatly improves performance. Contribution. Examples of such compounds include poly-p-phenylene vinylene, poly [[4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b'] dithiophene-2. , 6-Diyl] [3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophendiyl]] (PTB7).

一方、n型半導体についても、フラーレン誘導体が盛んに検討されており、優れた光電変換性能を有する材料として、[6,6]−フェニルC61−酪酸メチルエステル(PCBM)が報告されている(後記特許文献1,2等参照)。しかしながら、PCBM以外のフラーレン誘導体に関しては、安定して良好な変換効率を達成できることが実証された例は殆どない。 On the other hand, fullerene derivatives have also been actively studied for n-type semiconductors, and [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (PCBM) has been reported as a material having excellent photoelectric conversion performance (described later). See Patent Documents 1 and 2). However, with respect to fullerene derivatives other than PCBM, there are few examples that have been demonstrated to be able to stably achieve good conversion efficiency.

PCBMは、3員環部分を有するフラーレン誘導体であり、従来報告されているフラーレン誘導体のほとんども、PCBMと同様に3員環部分を有するフラーレン誘導体である。 PCBM is a fullerene derivative having a three-membered ring portion, and most of the previously reported fullerene derivatives are fullerene derivatives having a three-membered ring portion like PCBM.

一方、3員環部分を有するフラーレン誘導体以外のフラーレン誘導体として、5員環部分を有するフラーレン誘導体も知られているが、その報告例は少ない。非特許文献1では、ピロリジン環を有し、その1位、及び2位にのみ置換基を有するフラーレン誘導体が開示されている。特許文献3には、ピロリジン環を有し、その1位、及び2位にのみ置換基を有するフラーレン誘導体のなかでも、特に、その1位に、置換、又は無置換のフェニル基を有するフラーレン誘導体が太陽電池のn型半導体として用いた場合に高い変換効率を有することが記載されている。特許文献4にはピロリジン環を有し、その1位、及び2位にのみ置換基を有するフラーレン誘導体が開示されている。特許文献5には、2個以上のピロリジン環を有するフラーレン誘導体が開示されている。非特許文献2には、ピロリジン環を有し、その1位にフェニル基を有するフラーレン誘導体が有機薄膜太陽電池用のn型半導体として有効であることが開示されている。 On the other hand, as a fullerene derivative other than the fullerene derivative having a 3-membered ring portion, a fullerene derivative having a 5-membered ring portion is also known, but there are few reports. Non-Patent Document 1 discloses a fullerene derivative having a pyrrolidine ring and having a substituent only at the 1-position and the 2-position thereof. Patent Document 3 describes a fullerene derivative having a pyrrolidine ring and having a substituent only at the 1-position and a 2-position thereof, and particularly, a fullerene derivative having a substituted or unsubstituted phenyl group at the 1-position. Is described as having high conversion efficiency when used as an n-type semiconductor of a solar cell. Patent Document 4 discloses a fullerene derivative having a pyrrolidine ring and having a substituent only at the 1-position and the 2-position thereof. Patent Document 5 discloses a fullerene derivative having two or more pyrrolidine rings. Non-Patent Document 2 discloses that a fullerene derivative having a pyrrolidine ring and a phenyl group at the 1-position thereof is effective as an n-type semiconductor for an organic thin film solar cell.

特開2009−84264号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-84264 特開2010―92964号公報JP-A-2010-92964 特開2012−089538号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-089538 国際公開第2014/185536号International Publication No. 2014/185536 特開2011−181719号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-181719

T. Itohら、Journal of Materials Chemistry, 2010年, 20巻, 9226頁T. Itoh et al., Journal of Materials Chemistry, 2010, Vol. 20, p. 9226 M. Karakawaら、Journal of Material Chemistry A, 2014年, 2巻, 20889頁M. Karakawa et al., Journal of Material Chemistry A, 2014, Volume 2, p. 20889

非特許文献1に記載のフラーレン誘導体を用いたデバイスでは、PCBMを用いたデバイスよりも高い変換効率が達成されているが、これは、陽極(ITO電極)の集電材料を取り除いた特殊なデバイス構成での比較である。
このように、フラーレン誘導体を用いた実用的な有機薄膜太陽電池はいまだ開発されておらず、現在もなお、有機薄膜太陽電池のn型半導体材料等の用途に使用可能な、新たなフラーレン誘導体の開発が求められている。
The device using the fullerene derivative described in Non-Patent Document 1 has achieved higher conversion efficiency than the device using PCBM, but this is a special device from which the current collecting material of the anode (ITO electrode) has been removed. It is a comparison in composition.
As described above, a practical organic thin-film solar cell using a fullerene derivative has not yet been developed, and a new fullerene derivative that can be used for applications such as n-type semiconductor materials for organic thin-film solar cells is still available. Development is required.

本発明の主な目的は、n型半導体、特に有機薄膜太陽電池等の光電変換素子用のn型半導体として優れた性能を有する材料を提供することである。 A main object of the present invention is to provide a material having excellent performance as an n-type semiconductor, particularly an n-type semiconductor for a photoelectric conversion element such as an organic thin film solar cell.

有機薄膜太陽電池等の光電変換素子用のn型半導体として優れた性能として、代表的には、高い変換効率が例示される。
従って、本発明の目的の一つは、高い変換効率を実現できる、新たなフラーレン誘導体の提供である。
As an excellent performance as an n-type semiconductor for a photoelectric conversion element such as an organic thin film solar cell, high conversion efficiency is typically exemplified.
Therefore, one of the objects of the present invention is to provide a new fullerene derivative capable of achieving high conversion efficiency.

通常、電気機器を作動させるためには、一定以上の駆動電圧が必要である。このため、太陽電池の一つのセルの出力電圧が低い場合、多数のセルが必要になる。ここで、高い電圧を発生させることを可能にするn型半導体が提供されれば、必要なセルの数を少なくすることが可能になり、従って、太陽電池の省スペース化が可能になる。
即ち、デバイス作製において塗布法による薄膜の形成が容易であり、且つ高い発電効率を発現できる材料が求められている。
従って、本発明の目的の一つは、デバイス作製が容易で高い電圧の出力を可能にする、新たなフラーレン誘導体の提供である。
従って、本発明は、高い変換効率を有し、且つ高い電圧の出力を可能にする、フラーレン誘導体を提供することを目的とする。
Normally, a drive voltage above a certain level is required to operate electrical equipment. Therefore, when the output voltage of one cell of the solar cell is low, a large number of cells are required. Here, if an n-type semiconductor capable of generating a high voltage is provided, the number of required cells can be reduced, and therefore the space of the solar cell can be saved.
That is, there is a demand for a material that can easily form a thin film by a coating method and can exhibit high power generation efficiency in device fabrication.
Therefore, one of the objects of the present invention is to provide a new fullerene derivative that facilitates device fabrication and enables high voltage output.
Therefore, an object of the present invention is to provide a fullerene derivative having high conversion efficiency and enabling high voltage output.

本発明者らは、前記の課題は、後記式(1)で表されるフラーレン誘導体により解決できることを見出した。 The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by a fullerene derivative represented by the following formula (1).

本発明は、次の態様を含む。 The present invention includes the following aspects.

項1.
式(1):

Figure 0006931891
[式中、
X1aは、水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、1個以上の置換基を有していてもよいアルコキシ基、又はシアノ基を表し、
X1bは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、1個以上の置換基を有していてもよいアルコキシ基、又はシアノ基を表し、
は、1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、又は1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基を表し、
は、水素原子、又は有機基を表し、及び
環Aは、フラーレン環
を表す。]
で表されるフラーレン誘導体。
項2.
X1aは、水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である項1に記載のフラーレン誘導体。
項3.
X1aは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である項2に記載のフラーレン誘導体。
項4.
X1bは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である項1〜3のいずれか1項に記載のフラーレン誘導体。
項5.
は、1個以上の置換基を有していてもよいアリール基である項1〜4のいずれか1項に記載のフラーレン誘導体。
項6.
は、オルト位に1個、又は2個の置換基を有していてもよいフェニル基である項5に記載のフラーレン誘導体。
項7.
は、水素原子、又はアルキル基である項1〜6のいずれか1項に記載のフラーレン誘導体。
項8.
環Aは、C60フラーレン環である項1〜7のいずれか1項に記載のフラーレン誘導体。
項9.
項1〜8のいずれか1項に記載のフラーレン誘導体を含有するn型半導体材料。
項10.
有機薄膜太陽電池用である項9に記載のn型半導体材料。
項11.
項10に記載のn型半導体材料を含有する有機発電層。
項12.
項11に記載の有機発電層を備える光電変換素子。
項13.
有機薄膜太陽電池である、項12に記載の光電変換素子。Item 1.
Equation (1):
Figure 0006931891
[During the ceremony,
X 1a is a hydrogen atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an alkyl group which may have one or more substituents, an alkoxy group which may have one or more substituents, or a cyano. Represents a group
X 1b represents a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an alkyl group which may have one or more substituents, an alkoxy group which may have one or more substituents, or a cyano group. ,
R 2 represents an aryl group which may have one or more substituents or a heteroaryl group which may have one or more substituents.
R 3 represents a hydrogen atom or an organic group, and ring A represents a fullerene ring. ]
Fullerene derivative represented by.
Item 2.
Item 2. The fullerene derivative according to Item 1, wherein X 1a is a hydrogen atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.
Item 3.
Item 2. The fullerene derivative according to Item 2, wherein X 1a is a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.
Item 4.
Item 3. The fullerene derivative according to any one of Items 1 to 3, wherein X 1b is a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.
Item 5.
Item 2. The fullerene derivative according to any one of Items 1 to 4, wherein R 2 is an aryl group which may have one or more substituents.
Item 6.
Item 2. The fullerene derivative according to Item 5, wherein R 2 is a phenyl group which may have one or two substituents at the ortho position.
Item 7.
Item 2. The fullerene derivative according to any one of Items 1 to 6, wherein R 3 is a hydrogen atom or an alkyl group.
Item 8.
Ring A is a fullerene derivative according to any one of claim 1 to 7 is a C 60 fullerene ring.
Item 9.
An n-type semiconductor material containing the fullerene derivative according to any one of Items 1 to 8.
Item 10.
Item 9. The n-type semiconductor material for organic thin-film solar cells.
Item 11.
Item 10. An organic power generation layer containing the n-type semiconductor material according to Item 10.
Item 12.
Item 2. The photoelectric conversion element including the organic power generation layer according to Item 11.
Item 13.
Item 12. The photoelectric conversion element according to Item 12, which is an organic thin-film solar cell.

本発明によれば、高い変換効率を有し、且つ高い電圧の出力を可能にする、フラーレン誘導体が提供される。 According to the present invention, a fullerene derivative having high conversion efficiency and enabling high voltage output is provided.

用語
本明細書中の記号及び略号は、特に限定のない限り、本明細書の文脈に沿い、本発明が属する技術分野において通常用いられる意味に理解できる。
本明細書中、語句「含有する」は、語句「から本質的になる」、及び語句「からなる」を包含することを意図して用いられる。
特に限定されない限り、本明細書中に記載されている工程、処理、又は操作は、室温で実施され得る。
本明細書中、室温は、10〜40℃の範囲内の温度を意味する。
Terms The symbols and abbreviations herein are in the context of the present specification and can be understood in the meaning commonly used in the art to which the present invention belongs, unless otherwise specified.
In the present specification, the phrase "contains" is used with the intention of including the phrase "consisting of" and the phrase "consisting of".
Unless otherwise specified, the steps, treatments, or operations described herein can be performed at room temperature.
In the present specification, room temperature means a temperature in the range of 10 to 40 ° C.

本明細書中、特に限定のない限り、「有機基」は、その構成原子として1個以上の炭素原子を含有する基を意味する。 In the present specification, unless otherwise specified, "organic group" means a group containing one or more carbon atoms as its constituent atoms.

本明細書中、特に限定のない限り、「有機基」としては、炭化水素基が例示される。 In the present specification, unless otherwise specified, the "organic group" is exemplified by a hydrocarbon group.

本明細書中、特に限定のない限り、「炭化水素基」は、その構成原子として、1個以上の炭素原子、及び1個以上の水素原子を含有する基を意味する。本明細書中、炭化水素基をヒドロカルビル基と称する場合がある。 In the present specification, unless otherwise specified, "hydrocarbon group" means a group containing one or more carbon atoms and one or more hydrogen atoms as its constituent atoms. In the present specification, the hydrocarbon group may be referred to as a hydrocarbyl group.

本明細書中、特に限定のない限り、「炭化水素基」としては、1個以上の芳香族炭化水素基で置換されていてもよい脂肪族炭化水素基(例、ベンジル基)、及び1個以上の脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい芳香族炭化水素基(アリール基)が例示される。 In the present specification, unless otherwise specified, the "hydrocarbon group" includes an aliphatic hydrocarbon group (eg, a benzyl group) which may be substituted with one or more aromatic hydrocarbon groups, and one. An example is an aromatic hydrocarbon group (aryl group) which may be substituted with the above aliphatic hydrocarbon group.

本明細書中、特に限定のない限り、「脂肪族炭化水素基」は、直鎖状、分枝鎖状、環状、又はそれらの組み合わせであることができる。 In the present specification, unless otherwise specified, the "aliphatic hydrocarbon group" can be linear, branched, cyclic, or a combination thereof.

本明細書中、特に限定のない限り、「脂肪族炭化水素基」は、飽和、又は不飽和であることができる。 In the present specification, unless otherwise specified, the "aliphatic hydrocarbon group" can be saturated or unsaturated.

本明細書中、特に限定のない限り、「脂肪族炭化水素基」としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、及びシクロアルキル基が例示される。 In the present specification, unless otherwise specified, examples of the "aliphatic hydrocarbon group" include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, and a cycloalkyl group.

本明細書中、特に限定のない限り、「アルキル基」としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、及びヘキシル等の、直鎖状、又は分枝鎖状の、炭素数1〜10のアルキル基が例示される。 In the present specification, unless otherwise specified, "alkyl groups" include, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl and the like. , Linear or branched alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms are exemplified.

本明細書中、特に限定のない限り、「アルケニル基」としては、例えば、ビニル、1−プロペニル、イソプロペニル、2−メチル−1−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、2−エチル−1−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、4−ペンテニル、4−メチル−3−ペンテニル、1−ヘキセニル、2−ヘキセニル、3−ヘキセニル、4−ヘキセニル、及び5−ヘキセニル等の、直鎖状、又は分枝鎖状の、炭素数2〜10のアルケニル基が例示される。 In the present specification, unless otherwise specified, the "alkenyl group" includes, for example, vinyl, 1-propenyl, isopropenyl, 2-methyl-1-propenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 2 -Ethyl-1-butenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 4-pentenyl, 4-methyl-3-pentenyl, 1-hexenyl, 2-hexenyl, 3-hexenyl, 4-hexenyl, and 5- A linear or branched alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms such as hexenyl is exemplified.

本明細書中、特に限定のない限り、「アルキニル基」としては、例えば、エチニル、1−プロピニル、2−プロピニル、1−ブチニル、2−ブチニル、3−ブチニル、1−ペンチニル、2−ペンチニル、3−ペンチニル、4−ペンチニル、1−ヘキシニル、2−ヘキシニル、3−ヘキシニル、4−ヘキシニル、及び5−ヘキシニル等の、直鎖状、又は分枝鎖状の、炭素数2〜6のアルキニル基が例示される。 In the present specification, unless otherwise specified, the "alkynyl group" includes, for example, ethynyl, 1-propynyl, 2-propynyl, 1-butynyl, 2-butynyl, 3-butynyl, 1-pentynyl, 2-pentynyl, and the like. Linear or branched alkynyl groups with 2 to 6 carbon atoms, such as 3-pentynyl, 4-pentynyl, 1-hexynyl, 2-hexynyl, 3-hexynyl, 4-hexynyl, and 5-hexynyl. Is exemplified.

本明細書中、特に限定のない限り、「シクロアルキル基」としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、及びシクロヘプチル等の炭素数3〜8のシクロアルキル基が例示される。 In the present specification, unless otherwise specified, examples of the "cycloalkyl group" include cycloalkyl groups having 3 to 8 carbon atoms such as cyclopentyl group, cyclohexyl group, and cycloheptyl.

本明細書中、特に限定のない限り、「アルコキシ基」は、例えば、RO−(当該式中、Rはアルキル基である。)で表される基である。 In the present specification, unless otherwise specified, the "alkoxy group" is, for example, a group represented by RO- (in the formula, R is an alkyl group).

本明細書中、特に限定のない限り、「エステル基」は、エステル結合(すなわち、−C(=O)−O−、または−O-C(=O)−)を有する有機基を意味する。その例は、式:RCO−(当該式中、Rはアルキル基である。)で表される基、および式:R−CO−R−(当該式中、Rはアルキル基であり、及びRはアルキレン基である。)で表される基を包含する。In the present specification, unless otherwise specified, "ester group" means an organic group having an ester bond (that is, −C (= O) −O− or −OC (= O) −). Examples are a group represented by the formula: RCO 2- (in the formula, R is an alkyl group) and a formula: R a- CO 2- R b- (in the formula, R a is an alkyl group). And R b is an alkylene group).

本明細書中、特に限定のない限り、「エーテル基」は、エーテル結合(−O−)を有する基を意味する。 In the present specification, unless otherwise specified, "ether group" means a group having an ether bond (-O-).

「エーテル基」の例は、ポリエーテル基を包含する。ポリエーテル基の例は、式:R−(O−R−(当該式中、Rはアルキル基であり、Rは各出現において同一又は異なって、アルキレン基であり、及びnは1以上の整数である。)で表される基を包含する。アルキレン基は前記アルキル基から水素原子を1個除去して形成される2価の基である。Examples of "ether groups" include polyether groups. Examples of polyether groups are of the formula: Ra − (OR b ) n − (in the formula, Ra is an alkyl group, R b is the same or different in each appearance, is an alkylene group, and n is an integer greater than or equal to 1). The alkylene group is a divalent group formed by removing one hydrogen atom from the alkyl group.

「エーテル基」の例は、また、ハイドロカルビルエーテル基を包含する。ハイドロカルビルエーテル基は、1個以上のエーテル結合を有する炭化水素基を意味する。「1個以上のエーテル結合を有するハイドロカルビル基」は、1個以上のエーテル結合が挿入されているハイドロカルビル基であることができる。その例は、ベンジルオキシ基を包含する。 Examples of "ether groups" also include hydrocarbyl ether groups. Hydrocarbyl ether group means a hydrocarbon group having one or more ether bonds. The "hydrocarbyl group having one or more ether bonds" can be a hydrocarbyl group into which one or more ether bonds are inserted. Examples include the benzyloxy group.

「1個以上のエーテル結合を有する炭化水素基」の例は、1個以上のエーテル結合を有するアルキル基を包含する。「1個以上のエーテル結合を有するアルキル基」は、1個以上のエーテル結合が挿入されているアルキル基であることができる。本明細書中、このような基をアルキルエーテル基と称する場合がある。 Examples of "hydrocarbon groups having one or more ether bonds" include alkyl groups having one or more ether bonds. The "alkyl group having one or more ether bonds" can be an alkyl group into which one or more ether bonds are inserted. In the present specification, such a group may be referred to as an alkyl ether group.

本明細書中、特に限定のない限り、「アシル基」は、アルカノイル基を包含する。本明細書中、特に限定のない限り、「アルカノイル基」は、例えば、RCO−(当該式中、Rはアルキル基である。)で表される基である。 In the present specification, unless otherwise specified, the "acyl group" includes an alkanoyl group. In the present specification, unless otherwise specified, the "alkanoyl group" is, for example, a group represented by RCO- (in the formula, R is an alkyl group).

本明細書中、特に断りのない限り、「アリール基」は、単環性、2環性、3環性、又は4環性であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アリール基」は、炭素数6〜18のアリール基であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「アリール基」としては、例えば、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、2−ビフェニル、3−ビフェニル、4−ビフェニル、及び2−アンスリルが挙げられる。
Unless otherwise noted herein, the "aryl group" can be monocyclic, bicyclic, tricyclic or tetracyclic.
Unless otherwise specified in the present specification, the "aryl group" can be an aryl group having 6 to 18 carbon atoms.
Unless otherwise specified, examples of the "aryl group" in the present specification include phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 2-biphenyl, 3-biphenyl, 4-biphenyl, and 2-anthrill.

本明細書中、特に断りのない限り、「ヘテロアリール基」は、例えば、単環性、2環性、又は3環性、又は4環性の、5〜18員のヘテロアリール基であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「ヘテロアリール基」は、例えば、環構成原子として、炭素原子に加えて酸素原子、硫黄原子、及び窒素原子から選ばれる1〜4個のヘテロ原子を含有するヘテロアリール基である。当該「ヘテロアリール基」の炭素数は、例えば、3〜17であることができる。
本明細書中、特に断りのない限り、「ヘテロアリール基」は、「単環性ヘテロアリール基」、及び「芳香族縮合複素環基」を包含する。
Unless otherwise specified, the "heteroaryl group" herein is, for example, a monocyclic, bicyclic, tricyclic, or tetracyclic, 5- to 18-membered heteroaryl group. Can be done.
Unless otherwise specified, in the present specification, the "heteroaryl group" includes, for example, 1 to 4 heteroatoms selected from oxygen atoms, sulfur atoms, and nitrogen atoms in addition to carbon atoms as ring-constituting atoms. It is a heteroaryl group contained. The "heteroaryl group" can have, for example, 3 to 17 carbon atoms.
In the present specification, unless otherwise specified, the "heteroaryl group" includes a "monocyclic heteroaryl group" and an "aromatic condensed heterocyclic group".

本明細書中、特に断りのない限り、「単環性ヘテロアリール基」としては、例えば、ピロリル(例、1−ピロリル、2−ピロリル、3−ピロリル)、フリル(例、2−フリル、3−フリル)、チエニル(例、2−チエニル、3−チエニル)、ピラゾリル(例、1−ピラゾリル、3−ピラゾリル、4−ピラゾリル)、イミダゾリル(例、1−イミダゾリル、2−イミダゾリル、4−イミダゾリル)、イソオキサゾリル(例、3−イソオキサゾリル、4−イソオキサゾリル、5−イソオキサゾリル)、オキサゾリル(例、2−オキサゾリル、4−オキサゾリル、5−オキサゾリル)、イソチアゾリル(例、3−イソチアゾリル、4−イソチアゾリル、5−イソチアゾリル)、チアゾリル(例、2−チアゾリル、4−チアゾリル、5−チアゾリル)、トリアゾリル(例、1,2,3−トリアゾール−4−イル、1,2,4−トリアゾール−3−イル)、オキサジアゾリル(例、1,2,4−オキサジアゾール−3−イル、1,2,4−オキサジアゾール−5−イル)、チアジアゾリル(例、1,2,4−チアジアゾール−3−イル、1,2,4−チアジアゾール−5−イル)、テトラゾリル、ピリジル(例、2−ピリジル、3−ピリジル、4−ピリジル)、ピリダジニル(例、3−ピリダジニル、4−ピリダジニル)、ピリミジニル(例、2−ピリミジニル、4−ピリミジニル、5−ピリミジニル)、ピラジニル等が挙げられる。 In the present specification, unless otherwise specified, "monocyclic heteroaryl group" includes, for example, pyrrolyl (eg, 1-pyrrolyl, 2-pyrrolill, 3-pyrrolill), frill (eg, 2-furyl, 3). -Frill), thienyl (eg, 2-thienyl, 3-thienyl), pyrazolyl (eg, 1-pyrazolyl, 3-pyrazolyl, 4-pyrazolyl), imidazolyl (eg, 1-imidazolyl, 2-imidazolyl, 4-imidazolyl) , Isooxazolyl (eg, 3-isoxazolyl, 4-isooxazolyl, 5-isoxazolyl), oxazolyl (eg, 2-oxazolyl, 4-oxazolyl, 5-oxazolyl), isothiazolyl (eg, 3-isothiazolyl, 4-isothiazolyl, 5-isothiazolyl). ), Thiazolyl (eg, 2-thiazolyl, 4-thiazolyl, 5-thiazolyl), triazolyl (eg, 1,2,3-triazol-4-yl, 1,2,4-triazol-3-yl), oxadiazolyl (eg, 1,2,4-triazol-3-yl) Examples, 1,2,4-oxadiazole-3-yl, 1,2,4-oxadiazole-5-yl), thiadiazole (eg, 1,2,4-thiadiazole-3-yl, 1,2) , 4-Thiadiazole-5-yl), tetrazolyl, pyridyl (eg, 2-pyridyl, 3-pyridyl, 4-pyridyl), pyridadinyl (eg, 3-pyridazinyl, 4-pyridazinyl), pyrimidinyl (eg, 2-pyrimidinyl, 4-pyrimidinyl, 5-pyrimidinyl), pyrazinyl and the like can be mentioned.

本明細書中、特に断りのない限り、「芳香族縮合複素環基」としては、例えば、イソインドリル(例、1−イソインドリル、2−イソインドリル、3−イソインドリル、4−イソインドリル、5−イソインドリル、6−イソインドリル、7−イソインドリル)、インドリル(例、1−インドリル、2−インドリル、3−インドリル、4−インドリル、5−インドリル、6−インドリル、7−インドリル)、ベンゾ[b]フラニル(例、2−ベンゾ[b]フラニル、3−ベンゾ[b]フラニル、4−ベンゾ[b]フラニル、5−ベンゾ[b]フラニル、6−ベンゾ[b]フラニル、7−ベンゾ[b]フラニル)、ベンゾ[c]フラニル(例、1−ベンゾ[c]フラニル、4−ベンゾ[c]フラニル、5−ベンゾ[c]フラニル)、ベンゾ[b]チエニル、(例、2−ベンゾ[b]チエニル、3−ベンゾ[b]チエニル、4−ベンゾ[b]チエニル、5−ベンゾ[b]チエニル、6−ベンゾ[b]チエニル、7−ベンゾ[b]チエニル)、ベンゾ[c]チエニル(例、1−ベンゾ[c]チエニル、4−ベンゾ[c]チエニル、5−ベンゾ[c]チエニル)、インダゾリル(例、1−インダゾリル、2−インダゾリル、3−インダゾリル、4−インダゾリル、5−インダゾリル、6−インダゾリル、7−インダゾリル)、ベンゾイミダゾリル(例、1−ベンゾイミダゾリル、2−ベンゾイミダゾリル、4−ベンゾイミダゾリル、5−ベンゾイミダゾリル)、1,2−ベンゾイソオキサゾリル(例、1,2−ベンゾイソオキサゾール−3−イル、1,2−ベンゾイソオキサゾール−4−イル、1,2−ベンゾイソオキサゾール−5−イル、1,2−ベンゾイソオキサゾール−6−イル、1,2−ベンゾイソオキサゾール−7−イル)、ベンゾオキサゾリル(例、2−ベンゾオキサゾリル、4−ベンゾオキサゾリル、5−ベンゾオキサゾリル、6−ベンゾオキサゾリル、7−ベンゾオキサゾリル)、1,2−ベンゾイソチアゾリル(例、1,2−ベンゾイソチアゾール−3−イル、1,2−ベンゾイソチアゾール−4−イル、1,2−ベンゾイソチアゾール−5−イル、1,2−ベンゾイソチアゾール−6−イル、1,2−ベンゾイソチアゾール−7−イル)、ベンゾチアゾリル(例、2−ベンゾチアゾリル、4−ベンゾチアゾリル、5−ベンゾチアゾリル、6−ベンゾチアゾリル、7−ベンゾチアゾリル)、イソキノリル(例、1−イソキノリル、3−イソキノリル、4−イソキノリル、5−イソキノリル)、キノリル(例、2−キノリル、3−キノリル、4−キノリル、5−キノリル、8−キノリル)、シンノリニル(例、3−シンノリニル、4−シンノリニル、5−シンノリニル、6−シンノリニル、7−シンノリニル、8−シンノリニル)、フタラジニル(例、1−フタラジニル、4−フタラジニル、5−フタラジニル、6−フタラジニル、7−フタラジニル、8−フタラジニル)、キナゾリニル(例、2−キナゾリニル、4−キナゾリニル、5−キナゾリニル、6−キナゾリニル、7−キナゾリニル、8−キナゾリニル)、キノキサリニル(例、2−キノキサリニル、3−キノキサリニル、5−キノキサリニル、6−キノキサリニル、7−キノキサリニル、8−キノキサリニル)、ピラゾロ[1,5−a]ピリジル(例、ピラゾロ[1,5−a]ピリジン−2−イル、ピラゾロ[1,5−a]ピリジン−3−イル、ピラゾロ[1,5−a]ピリジン−4−イル、ピラゾロ[1,5−a]ピリジン−5−イル、ピラゾロ[1,5−a]ピリジン−6−イル、ピラゾロ[1,5−a]ピリジン−7−イル)、イミダゾ[1,2−a]ピリジル(例、イミダゾ[1,2−a]ピリジン−2−イル、イミダゾ[1,2−a]ピリジン−3−イル、イミダゾ[1,2−a]ピリジン−5−イル、イミダゾ[1,2−a]ピリジン−6−イル、イミダゾ[1,2−a]ピリジン−7−イル、イミダゾ[1,2−a]ピリジン−8−イル)等が挙げられる。 Unless otherwise specified, the "aromatically fused heterocyclic group" in the present specification includes, for example, isoindolyl (eg, 1-isoindrill, 2-isoindrill, 3-isoindrill, 4-isoindrill, 5-isoindol, 6- Isoindrill, 7-isoindrill), indrill (eg, 1-indrill, 2-indrill, 3-indrill, 4-indrill, 5-indrill, 6-indrill, 7-indrill), benzo [b] furanyl (eg, 2-indrill) Benzo [b] flanyl, 3-benzo [b] flanyl, 4-benzo [b] flanyl, 5-benzo [b] flanyl, 6-benzo [b] flanil, 7-benzo [b] flanyl), benzo [c] ] Furanyl (eg, 1-benzo [c] flanyl, 4-benzo [c] flanyl, 5-benzo [c] flanyl), benzo [b] thienyl, (eg, 2-benzo [b] thienyl, 3-benzo) [B] thienyl, 4-benzo [b] thienyl, 5-benzo [b] thienyl, 6-benzo [b] thienyl, 7-benzo [b] thienyl), benzo [c] thienyl (eg, 1-benzo [e.g.] c] Thienyl, 4-benzo [c] thienyl, 5-benzo [c] thienyl), indazolyl (eg, 1-indazolyl, 2-indazolyl, 3-indazolyl, 4-indazolyl, 5-indazolyl, 6-indazolyl, 7 -Indazolyl), benzoimidazolyl (eg, 1-benzoimidazolyl, 2-benzoimidazolyl, 4-benzoimidazolyl, 5-benzoimidazolyl), 1,2-benzoisoxazole (eg, 1,2-benzoisoxazole-3-yl, 1) , 2-benzoisoxazole-4-yl, 1,2-benzoisoxazole-5-yl, 1,2-benzoisoxazole-6-yl, 1,2-benzoisoxazole-7-yl), benzoxal Zoryl (eg, 2-benzoxazolyl, 4-benzoxazolyl, 5-benzoxazolyl, 6-benzoxazolyl, 7-benzoxazolyl), 1,2-benzothiazolyl (eg, 2-benzoxazolyl, 1,2-benzoxazolyl) Examples, 1,2-benzoisothiazole-3-yl, 1,2-benzoisothiazole-4-yl, 1,2-benzoisothiazole-5-yl, 1,2-benzoisothiazole-6-yl, 1,2-benzoisothiazole-7-yl), benzothiazolyl (eg, 2-benzothiazolyl, 4-benzothiazolyl, 5-benzothiazolyl, 6-benzothiazolyl, 7-benzothiazolyl), isoquinolyl (eg, 1- Isoquinolyl, 3-isoquinolyl, 4-isoquinolyl, 5-isoquinolyl), quinolyl (eg, 2-quinolyl, 3-quinolyl, 4-quinolyl, 5-quinolyl, 8-quinolyl), cinnolinyl (eg, 3-cinnolinyl, 4- Synnolinyl, 5-cinnolinyl, 6-cinnolinyl, 7-cinnolinyl, 8-cinnolinyl), phthalazinyl (eg, 1-phthalazinyl, 4-phthalazinyl, 5-phthalazinyl, 6-phthalazinyl, 7-phthalazinyl, 8-phthalazinyl), quinazolinyl (eg, 1-phthalazinyl, 4-phthalazinyl, 5-phthalazinyl, 8-phthalazinyl) Examples, 2-quinazolinyl, 4-quinazolinyl, 5-quinazolinyl, 6-quinazolinyl, 7-quinazolinyl, 8-quinazolinyl), quinoxalinyl (eg, 2-quinoxalinyl, 3-quinoxalinyl, 5-quinoxalinyl, 6-quinoxalinyl, 7-quinoxalinyl). , 8-Kinoxalinyl), pyrazolo [1,5-a] pyridyl (eg, pyrazolo [1,5-a] pyridin-2-yl, pyrazolo [1,5-a] pyridin-3-yl, pyrazolo [1,5] 5-a] Pyridine-4-yl, Pyrazoro [1,5-a] Pyridine-5-yl, Pyrazoro [1,5-a] Pyridine-6-yl, Pyrazoro [1,5-a] Pyridine-7- Il), imidazo [1,2-a] pyridyl (eg, imidazo [1,2-a] pyridin-2-yl, imidazo [1,2-a] pyridin-3-yl, imidazo [1,2-a] ] Pyridine-5-yl, imidazo [1,2-a] pyridin-6-yl, imidazo [1,2-a] pyridin-7-yl, imidazo [1,2-a] pyridin-8-yl), etc. Can be mentioned.

本明細書中、特に限定のない限り、「アルキル基」としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、及びヘキシル等の、直鎖状、又は分枝鎖状の、炭素数1〜10のアルキル基が例示される。 In the present specification, unless otherwise specified, "alkyl groups" include, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl and the like. , Linear or branched alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms are exemplified.

以下、本発明のフラーレン誘導体、及びそれを含有するn型半導体材料等について具体的に説明する。 Hereinafter, the fullerene derivative of the present invention, an n-type semiconductor material containing the fullerene derivative, and the like will be specifically described.

フラーレン誘導体
本発明のフラーレン誘導体は、後記式(1)で表されるフラーレン誘導体である。
Fullerene derivative The fullerene derivative of the present invention is a fullerene derivative represented by the following formula (1).

式(1):

Figure 0006931891
[式中、
X1aは、水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、1個以上の置換基を有していてもよいアルコキシ基、又はシアノ基を表し、
X1bは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、1個以上の置換基を有していてもよいアルコキシ基、又はシアノ基を表し、
は、1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、又は1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基を表し、
は、水素原子、又は有機基を表し、及び
環Aは、フラーレン環を表す。]Equation (1):
Figure 0006931891
[During the ceremony,
X 1a is a hydrogen atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an alkyl group which may have one or more substituents, an alkoxy group which may have one or more substituents, or a cyano. Represents a group
X 1b represents a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an alkyl group which may have one or more substituents, an alkoxy group which may have one or more substituents, or a cyano group. ,
R 2 represents an aryl group which may have one or more substituents or a heteroaryl group which may have one or more substituents.
R 3 represents a hydrogen atom or an organic group, and ring A represents a fullerene ring. ]

X1aは、好ましくは、水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である。X 1a is preferably a hydrogen atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.

X1aは、より好ましくは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である。X 1a is more preferably a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.

X1aは、更に好ましくは、塩素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である。X 1a is more preferably a chlorine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.

X1bは、好ましくは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である。X 1b is preferably a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.

X1bは、より好ましくは、塩素原子、臭素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である。X 1b is more preferably a chlorine atom, a bromine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.

X1bは、更に好ましくは、塩素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である。X 1b is more preferably a chlorine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.

X1a、及びX1bは、好ましくは、同一又は異なって、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である。X 1a and X 1b are preferably the same or different, chlorine atom, bromine atom, iodine atom, methyl group, methoxy group, or cyano group.

X1a、及びX1bは、より好ましくは、同一又は異なって、塩素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である。X 1a and X 1b are more preferably the same or different chlorine atoms, methyl groups, methoxy groups, or cyano groups.

好ましいX1a、及び好ましいX1bは、それぞれ、電子吸引性基であってもよく、又は電子供与性基であってもよい。The preferred X 1a and preferred X 1b may be electron-withdrawing groups or electron-donating groups, respectively.

本発明のフラーレン誘導体は、特に、X1a、及びX1bが、このような基であることにより、n型半導体材料として優れた性質を有することができる。
具体的には、例えば、有機薄膜太陽電池等の光電変換素子用のn型半導体に使用した場合に、高い電圧を与えることができる。
The fullerene derivative of the present invention can have excellent properties as an n-type semiconductor material , especially when X 1a and X 1b are such groups.
Specifically, for example, when used in an n-type semiconductor for a photoelectric conversion element such as an organic thin film solar cell, a high voltage can be applied.

で表される「1個以上の置換基を有していてもよいアリール基」における置換基の例は、
(a)フッ素原子、
(b)1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、
(c)1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、
(d)エステル基、及び
(e)シアノ基
を包含する。
Examples of substituents of the "one or more optionally substituted aryl group" represented by R 2,
(a) Fluorine atom,
(b) Alkyl groups optionally substituted with one or more fluorine atoms,
(c) Alkoxy groups optionally substituted with one or more fluorine atoms,
(d) Ester group and
(e) Includes a cyano group.

当該置換基の数は、例えば、0個(無置換)、1個、2個、3個、4個、又は5個である。 The number of the substituents is, for example, 0 (unsubstituted), 1, 2, 3, 4, or 5.

で表される「1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基」における置換基の例は、
(a)フッ素原子、
(b)1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、
(c)1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、
(d)エステル基、及び
(e)シアノ基
を包含する。
Examples of substituents of the "one or more heteroaryl group optionally having substituents" represented by R 2,
(a) Fluorine atom,
(b) Alkyl groups optionally substituted with one or more fluorine atoms,
(c) Alkoxy groups optionally substituted with one or more fluorine atoms,
(d) Ester group and
(e) Includes a cyano group.

当該置換基の数は、例えば、0個(無置換)、1個、2個、3個、4個、又は5個である。 The number of the substituents is, for example, 0 (unsubstituted), 1, 2, 3, 4, or 5.

は、好ましくは、
(a)フッ素原子、
(b)1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、
(c)1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、
(d)エステル基、及び
(e)シアノ基
からなる群より選ばれる1個以上の置換基で置換されていてもよい、
アリール基(好ましくは、フェニル基)である。
R 2 is preferably
(a) Fluorine atom,
(b) Alkyl groups optionally substituted with one or more fluorine atoms,
(c) Alkoxy groups optionally substituted with one or more fluorine atoms,
(d) Ester group and
(e) It may be substituted with one or more substituents selected from the group consisting of cyano groups.
It is an aryl group (preferably a phenyl group).

が、1個以上の置換基を有するフェニル基である場合、当該置換基の位置は、例えば、オルト位、メタ位、又はパラ位であることができる。When R 2 is a phenyl group having one or more substituents, the positions of the substituents can be, for example, the ortho-position, the meta-position, or the para-position.

は、好ましくは、オルト位に1個、又は2個の置換基を有していてもよいフェニル基である。R 2 is preferably a phenyl group which may have one or two substituents at the ortho position.

は、好ましくは、
水素原子、
1個以上の置換基で置換されていてもよいアルキル基、
1個以上の置換基で置換されていてもよいアルケニル基、
1個以上の置換基で置換されていてもよいアルキニル基、
1個以上の置換基で置換されていてもよいアリール基、
1個以上の置換基で置換されていてもよいエーテル基、又は
1個以上の置換基で置換されていてもよいエステル基
である。
R 3 is preferably
Hydrogen atom,
Alkyl groups that may be substituted with one or more substituents,
An alkenyl group which may be substituted with one or more substituents,
An alkynyl group which may be substituted with one or more substituents,
Aryl groups that may be substituted with one or more substituents,
An ether group that may be substituted with one or more substituents, or an ester group that may be substituted with one or more substituents.

としての、
「1個以上の置換基で置換されていてもよいアルキル基」、
「1個以上の置換基で置換されていてもよいアルケニル基」、
「1個以上の置換基で置換されていてもよいアルキニル基」、
「1個以上の置換基で置換されていてもよいアリール基」、
「1個以上の置換基で置換されていてもよいエーテル基」、及び
「1個以上の置換基で置換されていてもよいエステル基」
における各「置換基」における置換基の例は、フッ素原子、1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、エステル基、及びシアノ基、を包含する。当該置換基の数は、1個以上、且つ置換可能な最大数以下であることができ、好ましくは、例えば、1〜4個、1〜3個、1〜2個、又は1個である。
As R 3,
"Alkyl groups optionally substituted with one or more substituents",
"An alkenyl group optionally substituted with one or more substituents",
"Alkynyl group optionally substituted with one or more substituents",
"Aryl groups optionally substituted with one or more substituents",
"Ether groups optionally substituted with one or more substituents" and "Ester groups optionally substituted with one or more substituents"
Examples of the substituent in each "substituent" in the above are an alkyl group optionally substituted with one or more fluorine atoms, an alkoxy group and an ester group optionally substituted with one or more fluorine atoms. , And a cyano group. The number of the substituents can be 1 or more and not more than the maximum number that can be substituted, and is preferably, for example, 1 to 4, 1 to 3, 1 to 2, or 1.

は、より好ましくは、
水素原子、
炭素数2〜18(好ましくは3〜12、より好ましくは4〜10、更に好ましくは5〜10、より更に好ましくは5〜8)のアルキル基、
フッ素原子、1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、1個以上のフッ素原子で置換されていてもよいアルコキシ基、エステル基、及びシアノ基から選ばれる1つ以上の置換基で置換されていてもよいアリール基(好ましくは、フェニル基)、
炭素数1〜12(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜8、更に好ましくは1〜6)のエーテル基(好ましくは、アルキルエーテル基)、又は
炭素数2〜12(好ましくは2〜10、より好ましくは2〜8、更に好ましくは2〜6)のエステル基
である。
R 3 is more preferably
Hydrogen atom,
An alkyl group having 2 to 18 carbon atoms (preferably 3 to 12, more preferably 4 to 10, still more preferably 5 to 10, still more preferably 5 to 8).
One or more substituents selected from a fluorine atom, an alkyl group optionally substituted with one or more fluorine atoms, an alkoxy group optionally substituted with one or more fluorine atoms, an ester group, and a cyano group. An aryl group (preferably a phenyl group) which may be substituted with,
An ether group (preferably an alkyl ether group) having 1 to 12 carbon atoms (preferably 1 to 10, more preferably 1 to 8 and even more preferably 1 to 6), or 2 to 12 carbon atoms (preferably 2 to 10). , More preferably 2-8, still more preferably 2-6) ester groups.

は、更に好ましくは、
炭素数2〜18(好ましくは3〜12、より好ましくは4〜10、更に好ましくは5〜8)のアルキル基、
炭素数1〜12(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜8、更に好ましくは1〜6)のエーテル基、又は
炭素数2〜12(好ましくは2〜10、より好ましくは2〜8、更に好ましくは2〜6)のエステル基
である。
R 3 is more preferably
Alkyl groups having 2 to 18 carbon atoms (preferably 3 to 12, more preferably 4 to 10 and even more preferably 5 to 8).
An ether group having 1 to 12 carbon atoms (preferably 1 to 10, more preferably 1 to 8 and even more preferably 1 to 6), or 2 to 12 carbon atoms (preferably 2 to 10, more preferably 2 to 8). More preferably, it is an ester group of 2 to 6).

は、より更に好ましくは、炭素数1〜8のアルキル基、又は炭素数5〜6のエーテル基である。R 3 is even more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an ether group having 5 to 6 carbon atoms.

は、特に好ましくは、メチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、CH−(CH−O−CH−、又はCH−O−(CH−O−(CH−O−CH−である。R 3 is particularly preferably a methyl group, a hexyl group, a 2-ethylhexyl group, CH 3- (CH 2 ) 2- O-CH 2- , or CH 3- O- (CH 2 ) 2- O- (CH). 2 ) 2- O-CH 2- .

本発明の好適な一態様では、Rは、水素原子、又はアルキル基である。
当該対応において、Rは、好ましくは、
(1)水素原子、又は
(2)直鎖状、若しくは分枝鎖状の、炭素数2〜18(好ましくは3〜12、より好ましくは4〜10、更に好ましくは5〜10、及びより更に好ましくは5〜8)のアルキル基
である。
In one preferred embodiment of the present invention, R 3 is hydrogen atom, or an alkyl group.
In the corresponding, R 3 is preferably,
(1) Hydrogen atom or
(2) Linear or branched chain with 2 to 18 carbon atoms (preferably 3 to 12, more preferably 4 to 10, still more preferably 5 to 10, and even more preferably 5 to 8). It is an alkyl group.

環Aは、好ましくは、C60フラーレン環、又はC70フラーレン環、より好ましくはC60フラーレン環である。Ring A is preferably a C 60 fullerene ring, or a C 70 fullerene ring, and more preferably a C 60 fullerene ring.

環Aは、好ましくは、C60フラーレン環である。Ring A is preferably a, C 60 fullerene ring.

式(1)のフラーレン誘導体は、環AがC60フラーレン環であるフラーレン誘導体(以下、C60フラーレン誘導体ともいう。)、及び環AがC70フラーレン環であるフラーレン誘導体(以下、C70フラーレン誘導体ともいう。)の混合物であってもよい。The fullerene derivatives of the formula (1) are a fullerene derivative in which ring A is a C 60 fullerene ring (hereinafter, also referred to as a C 60 fullerene derivative), and a fullerene derivative in which ring A is a C 70 fullerene ring (hereinafter, C 70 fullerene). It may also be a mixture of (also referred to as a derivative).

当該混合物における、C60フラーレン誘導体及びC70フラーレン誘導体の含有量の比は、例えば、モル比で、99.999:0.001〜0.001:99.999、99.99:0.01〜0.01:99.99、99.9:0.1〜0.1:99.9、99:1〜1:99、95:5〜5:95、90:10〜10:90、又は80:20〜20:80であることができる。
当該C60フラーレン誘導体及びC70フラーレン誘導体の含有量の比は、好ましくは、80:20〜50:50、より好ましくは、80:20〜60:40であることができる。
当該混合物における、C60フラーレン誘導体の含有量は、例えば、0.001〜99.999質量%、0.01〜99.99質量%、0.1〜99.9質量%、1〜99質量%、5〜95質量%、10〜90質量%、又は20〜80質量%であることができる。
当該C60フラーレン誘導体の含有量は、好ましくは、50〜80質量%、及び
より好ましくは、60〜80質量%であることができる。
当該混合物における、C70フラーレン誘導体の含有量は、例えば、0.001〜99.999質量%、0.01〜99.99質量%、0.1〜99.9質量%、1〜99質量%、5〜95質量%、10〜90質量%、又は20〜80質量%であることができる。
当該C70フラーレン誘導体の含有量は、好ましくは、20〜50質量%、及び
より好ましくは、20〜40質量%であることができる。
当該混合物は、C60フラーレン誘導体、及びC70フラーレン誘導体から実質的になることができる。
当該混合物は、C60フラーレン誘導体、及びC70フラーレン誘導体からなることができる。
当該混合物は、C60フラーレン誘導体、及びC70フラーレン誘導体の混合物であることができる。
The ratio of the contents of the C 60 fullerene derivative and the C 70 fullerene derivative in the mixture is, for example, 99.999: 0.001 to 0.001: 99.999, 99.99: 0.01 to, in terms of molar ratio. 0.01: 99.99, 99.9: 0.1 to 0.1: 99.9, 99: 1 to 1:99, 95: 5 to 5:95, 90:10 to 10:90, or 80 : 20 to 20:80.
The ratio of the contents of the C 60 fullerene derivative and the C 70 fullerene derivative can be preferably 80:20 to 50:50, more preferably 80:20 to 60:40.
In the mixture, the content of C 60 fullerene derivatives are, for example, 0.001 to 99.999% by weight, 0.01 to 99.99 mass%, 0.1 to 99.9 wt%, 99 wt% , 5 to 95% by mass, 10 to 90% by mass, or 20 to 80% by mass.
The content of the C 60 fullerene derivative is preferably 50 to 80 wt%, and more preferably, may be 60 to 80 mass%.
In the mixture, the content of C 70 fullerene derivatives are, for example, 0.001 to 99.999% by weight, 0.01 to 99.99 mass%, 0.1 to 99.9 wt%, 99 wt% , 5 to 95% by mass, 10 to 90% by mass, or 20 to 80% by mass.
The content of the C 70 fullerene derivative is preferably 20 to 50 wt%, and more preferably, may be 20 to 40 mass%.
The mixture can substantially consist of a C 60 fullerene derivative and a C 70 fullerene derivative.
The mixture can consist of a C 60 fullerene derivative and a C 70 fullerene derivative.
The mixture can be a mixture of a C 60 fullerene derivative and a C 70 fullerene derivative.

なお、本明細書中、C60フラーレン(環)を、当該技術分野において、しばしば行われるように、次のような構造式:

Figure 0006931891
で表す場合がある。In this specification, the C 60 fullerene (ring), in the art, as often done, the following structure formula:
Figure 0006931891
It may be represented by.

従って、環AがC60フラーレン環である場合、式(1)のフラーレン誘導体は、次の一般式:

Figure 0006931891
で表すことができる。Therefore, when Ring A is a C 60 fullerene ring, the fullerene derivative of the formula (1) have the general formula:
Figure 0006931891
Can be represented by.

本発明の好適な一態様において、
X1aは、水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基であり、
X1bは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基であり、
は、1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、又は1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基であり、
は、水素原子、又はアルキル基であり、及び
環Aは、C60、又はC70フラーレン環(好ましくはC60フラーレン環)である。
In a preferred embodiment of the present invention
X 1a is a hydrogen atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.
X 1b is a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.
R 2 is an aryl group that may have one or more substituents, or a heteroaryl group that may have one or more substituents.
R 3 is a hydrogen atom or an alkyl group, and ring A is a C 60 or C 70 fullerene ring (preferably a C 60 fullerene ring).

本発明の別の好適な一態様においては、
X1aは、塩素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基であり、
X1bは、塩素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基であり、
は、フェニル基であり、
は、水素原子、又は炭素数5〜10のアルキル基であり、及び
環Aは、C60、又はC70フラーレン環(好ましくはC60フラーレン環)である。
In another preferred embodiment of the invention,
X 1a is a chlorine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.
X 1b is a chlorine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.
R 2 is a phenyl group
R 3 is a hydrogen atom or an alkyl group having 5 to 10 carbon atoms, and ring A is a C 60 or C 70 fullerene ring (preferably a C 60 fullerene ring).

本発明の更に別の好適な一態様においては、
X1aは、直鎖状、又は分枝鎖状の、炭素数2〜8のアルキル基であり、
X1bは、直鎖状、又は分枝鎖状の、炭素数2〜8のアルキル基であり、
は、1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、又は1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基であり、
は、水素原子、又は炭素数5〜10のアルキル基であり、及び
環Aは、C60、又はC70フラーレン環(好ましくはC60フラーレン環)である。
In yet another preferred embodiment of the invention,
X 1a is a linear or branched alkyl group having 2 to 8 carbon atoms.
X 1b is a linear or branched alkyl group having 2 to 8 carbon atoms.
R 2 is an aryl group that may have one or more substituents, or a heteroaryl group that may have one or more substituents.
R 3 is a hydrogen atom or an alkyl group having 5 to 10 carbon atoms, and ring A is a C 60 or C 70 fullerene ring (preferably a C 60 fullerene ring).

本発明のフラーレン誘導体は、各種の有機溶媒に対して十分な溶解性を示すので、塗布法による薄膜の形成が容易である。
更に、本発明のフラーレン誘導体は、n型半導体材料として、有機p型半導体材料と共に用いて有機発電層を調製した際に、バルクヘテロジャンクション構造を容易に形成できる。
本発明のフラーレン誘導体は、高い変換効率を有し、且つ高い電圧の出力を可能にする。
Since the fullerene derivative of the present invention exhibits sufficient solubility in various organic solvents, it is easy to form a thin film by a coating method.
Further, the fullerene derivative of the present invention can easily form a bulk heterojunction structure when an organic power generation layer is prepared by using it together with an organic p-type semiconductor material as an n-type semiconductor material.
The fullerene derivative of the present invention has high conversion efficiency and enables high voltage output.

本発明のフラーレン誘導体は、好ましくは、LUMO準位の値が-3.65eV以上である。
LUMO準位は、KarakawaらJournal of Materials Chemistry A, 2014年, 2巻, 20889頁に記載の方法により、測定できる。
The fullerene derivative of the present invention preferably has a LUMO level value of -3.65 eV or higher.
The LUMO level can be measured by the method described in Karakawa et al. Journal of Materials Chemistry A, 2014, Vol. 2, p. 20889.

フラーレン誘導体の製造方法
本発明のフラーレン誘導体は、公知のフラーレン誘導体の製造方法、又はこれに準じた方法によって製造することができる。
本発明のフラーレン誘導体は、具体的には、例えば、下記のスキームの方法に従って、合成できる。スキーム中の記号は前記と同意義を表し、及び、当業者に明らかなように、式(a)、及び式(b)における各記号は、式(1)における各記号に対応する。
Method for Producing Fullerene Derivative The fullerene derivative of the present invention can be produced by a known method for producing a fullerene derivative or a method similar thereto.
Specifically, the fullerene derivative of the present invention can be synthesized, for example, according to the method of the following scheme. The symbols in the scheme have the same meanings as described above, and as will be apparent to those skilled in the art, each symbol in formula (a) and formula (b) corresponds to each symbol in formula (1).

Figure 0006931891
Figure 0006931891

<工程A>
工程Aでは、グリシン誘導体(化合物(b))をアルデヒド化合物(化合物(a))及びフラーレン(化合物(c))と反応させて、式(1)で表されるフラーレン誘導体(化合物(1))を得る。
<Step A>
In step A, the glycine derivative (compound (b)) is reacted with an aldehyde compound (compound (a)) and fullerene (compound (c)), and the fullerene derivative represented by the formula (1) (compound (1)). To get.

アルデヒド化合物(化合物(a))、グリシン誘導体(化合物(b))及びフラーレン(化合物(c))の量比は任意だが、収率を高くする観点から、通常、フラーレン(化合物(c))1モルに対して、アルデヒド化合物(化合物(a))及びグリシン誘導体(化合物(b))をそれぞれ0.1〜10モル、好ましくは0.5〜2モルの量で用いる。 The amount ratio of the aldehyde compound (compound (a)), the glycine derivative (compound (b)) and the fullerene (compound (c)) is arbitrary, but from the viewpoint of increasing the yield, the fullerene (compound (c)) 1 is usually used. The aldehyde compound (compound (a)) and the glycine derivative (compound (b)) are used in an amount of 0.1 to 10 mol, preferably 0.5 to 2 mol, respectively, based on the molar amount.

当該反応は、無溶媒又は溶媒中で行われる。
当該溶媒としては、例えば、二硫化炭素、クロロホルム、ジクロロエタン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等が例示される。なかでも、クロロホルム、トルエン、キシレン、及びクロロベンゼン等が好ましい。これらの溶媒は、適当な割合で混合して用いてもよい。
The reaction is carried out in a solvent-free or solvent-free manner.
Examples of the solvent include carbon disulfide, chloroform, dichloroethane, toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene and the like. Of these, chloroform, toluene, xylene, chlorobenzene and the like are preferable. These solvents may be mixed and used in an appropriate ratio.

反応温度は、通常、室温〜およそ150℃の範囲内であり、好ましくはおよそ80〜およそ120℃の範囲内である。ここで、室温は、好ましくは15〜30℃の範囲内であることができる。 The reaction temperature is usually in the range of room temperature to about 150 ° C, preferably in the range of about 80 to about 120 ° C. Here, the room temperature can be preferably in the range of 15 to 30 ° C.

反応時間は、通常およそ1時間〜およそ4日間の範囲内であり、好ましくはおよそ10〜およそ48時間の範囲内である。 The reaction time is usually in the range of about 1 hour to about 4 days, preferably in the range of about 10 to about 48 hours.

得られた化合物(1)を、必要に応じて慣用の精製方法で精製できる。
例えば、得られた化合物(1)を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒としては、例えば、ヘキサン−クロロホルム、ヘキサン−トルエン、又はヘキサン−二硫化炭素が好ましい。)で精製し、その後、更にHPLC(分取GPC)(展開溶媒としては、例えば、クロロホルム、又はトルエンが好ましい。)で精製できる。
The obtained compound (1) can be purified by a conventional purification method, if necessary.
For example, the obtained compound (1) is purified by silica gel column chromatography (preferably, for example, hexane-chloroform, hexane-toluene, or hexane-carbon disulfide as the developing solvent), and then further HPLC ( It can be purified by preparative GPC) (for example, chloroform or toluene is preferable as the developing solvent).

当該工程Aで用いられる、アルデヒド化合物(化合物(a))、グリシン誘導体(化合物(b))及びフラーレン(化合物(c))は、それぞれ公知の化合物であり、公知の方法、又はこれに準じた方法によって合成するか、商業的に入手可能である。 The aldehyde compound (compound (a)), glycine derivative (compound (b)) and fullerene (compound (c)) used in the step A are known compounds, respectively, and are known methods or the same. Synthesized by method or commercially available.

アルデヒド化合物(化合物(a))は、具体的には、例えば、後記の方法(a1)、(a2)又は(a3)で合成することができる。
これらの方法を示す反応式において、Rは前記式(1)におけるRと同義であり、目的とするフラーレン誘導体のRに対応する。
Specifically, the aldehyde compound (compound (a)) can be synthesized, for example, by the method (a1), (a2) or (a3) described later.
In the reaction formula indicated these methods, R 2 has the same meaning as R 2 in the formula (1), corresponding to R 2 of the fullerene derivative of interest.

方法(a1):R −CH OHで表されるアルコールの酸化
この方法における酸化には、公知の方法、例えば、(i)酸化剤としてクロム酸、酸化マンガン等を用いる方法、(ii)ジメチルスルホキシドを酸化剤として用いるスワーン(swern)酸化、又は(iii)触媒共存下に過酸化水素、酸素、空気等を用いて酸化する方法などを適用できる。
The method (a1): the oxide oxidation in the method of the alcohol represented by R 2 -CH 2 OH, the known methods include, for example, (i) chromic acid as an oxidizing agent, a method using a manganese oxide or the like, (ii) Swern oxidation using dimethyl sulfoxide as an oxidizing agent, or a method of oxidizing using hydrogen peroxide, oxygen, air, or the like in the presence of a (iii) catalyst can be applied.

方法(a2):R −COOHで表されるカルボン酸、その酸ハライド、そのエステル、又はその酸アミドなどの還元
この方法における還元には、公知の方法、例えば、(i)還元剤として金属水素化物を用いる方法、(ii)触媒存在下に水素還元する方法、又は(iii)ヒドラジンを還元剤とする方法などを適用できる。
The method (a2): a carboxylic acid represented by R 2 -COOH, the acid halide, an ester thereof, or reducing the reduction in this method such as the acid amide, a known method, for example, (i) a metal as a reducing agent A method using a hydride, (ii) a method of reducing hydrogen in the presence of a catalyst, (iii) a method using hydrazine as a reducing agent, and the like can be applied.

方法(a3):R −X(Xは、ハロゲンを表す。)で表されるハロゲン化物のカルボニル化
この方法におけるカルボニル化には、例えば、n−BuLiを用いて前記ハロゲン化物からアニオンを形成させ、これにカルボニル基を導入化する方法を適用できる。ここでのカルボニル基導入試薬としては、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF);又はピペリジン、モルホリン、ピペラジン若しくはピロリジンのN−ホルミル誘導体等のアミド化合物が用いられる。
The method (a3): R 2 -X ( . X is representing halogen) in the carbonylation in the carbonylation this method halide represented by, for example, forming an anion from the halide with n-BuLi A method of introducing a carbonyl group into this can be applied. As the carbonyl group introduction reagent here, an amide compound such as N, N-dimethylformamide (DMF); or an N-formyl derivative of piperidine, morpholine, piperazine or pyrrolidine is used.

グリシン誘導体(化合物(b))は、具体的には、例えば、後記の方法(b1)、(b2)又は(b3)によって合成することができる。
以下の合成スキームにおいて、Rは、式(1)中の部分構造:

Figure 0006931891
を表す。Specifically, the glycine derivative (compound (b)) can be synthesized, for example, by the method (b1), (b2) or (b3) described later.
In the following synthesis scheme, R 1 is the partial structure in equation (1):
Figure 0006931891
Represents.

方法(b1):アニリン誘導体とハロゲン化酢酸との反応

Figure 0006931891
当該反応は、水、メタノール、エタノール、又はそれらの混合物などを溶媒として用い、及び必要に応じて塩基の存在下で実施できる。 Method (b1): Reaction of aniline derivative with acetic acid halide
Figure 0006931891
The reaction can be carried out using water, methanol, ethanol, or a mixture thereof as a solvent, and if necessary, in the presence of a base.

方法(b2):アニリン誘導体とハロゲン化酢酸エステルとの反応、及び当該反応で得られたグリシン誘導体エステルの加水分解

Figure 0006931891
この方法において、アニリン誘導体とハロゲン化酢酸エステルの反応は、例えば、メタノール、エタノールなどを溶媒として用い、酢酸塩、炭酸塩、リン酸塩、3級アミンなどの塩基の存在下に行うことができる。グリシン誘導体エステルの加水分解は、通常、水溶性アルカリの存在下に、室温で行うことができる。 Method (b2): Reaction of aniline derivative with halogenated acetate, and hydrolysis of glycine derivative ester obtained by the reaction.
Figure 0006931891
In this method, the reaction between the aniline derivative and the halogenated acetate can be carried out using, for example, methanol, ethanol or the like as a solvent in the presence of a base such as acetate, carbonate, phosphate or tertiary amine. .. Hydrolysis of the glycine derivative ester can usually be carried out at room temperature in the presence of a water-soluble alkali.

方法(b3):芳香族ハロゲン化物とグリシンとの反応

Figure 0006931891
この反応は、例えば、触媒として一価銅を用い、及びバルキーなアミン、アミノ酸、又はアミノアルコールなどの存在下で行うことができる。反応溶媒としては、水、メタノール、エタノール、又はこれらの混合物が好ましく用いられる。反応温度は、室温〜100℃程度である。 Method (b3): Reaction of aromatic halides with glycine
Figure 0006931891
This reaction can be carried out, for example, using monovalent copper as a catalyst and in the presence of bulky amines, amino acids, amino alcohols and the like. As the reaction solvent, water, methanol, ethanol, or a mixture thereof is preferably used. The reaction temperature is about room temperature to 100 ° C.

本発明のフラーレン誘導体は、このように、グリシン誘導体とアルデヒド化合物を原料として簡単な方法で合成できるので、低コストで製造可能である。 Since the fullerene derivative of the present invention can be synthesized by a simple method using the glycine derivative and the aldehyde compound as raw materials in this way, it can be produced at low cost.

フラーレン誘導体の用途
本発明のフラーレン誘導体は、n型半導体材料、特に有機薄膜太陽電池等の光電変換素子用のn型半導体材料として好適に使用できる。
本発明のフラーレン誘導体は、また、電子輸送材料として、トランジスタ、及びペロブスカイト太陽電池などにも用いることができる。
Applications of fullerene derivatives The fullerene derivatives of the present invention can be suitably used as n-type semiconductor materials, particularly n-type semiconductor materials for photoelectric conversion elements such as organic thin-film solar cells.
The fullerene derivative of the present invention can also be used as an electron transport material for transistors, perovskite solar cells, and the like.

本発明のフラーレン誘導体をn型半導体材料として使用する場合、通常、有機p型半導体材料(有機p型半導体化合物)と組み合わせて用いられる。
当該有機p型半導体材料としては、例えば、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリ−p−フェニレンビニレン、ポリ−アルコキシ−p−フェニレンビニレン、ポリ−9,9−ジアルキルフルオレン、ポリ−p−フェニレンビニレンなどが例示される。
これらは太陽電池としての検討例が多く、かつ入手が容易であるので、容易に安定した性能のデバイスを得ることができる。
また、より高い変換効率を得るためには、バンドギャップを狭くすることで(ローバンドギャップ)長波長光の吸収を可能にした、ドナーアクセプター型π共役高分子が有効である。
これらドナーアクセプター型π共役高分子は、ドナーユニットとアクセプターユニットとを有し、これらが交互に配置された構造を有する。
ここで用いられるドナーユニットとしては、ベンゾジチオフェン、ジチエノシロール、N−アルキルカルバゾールが、またアクセプターユニットとしては、ベンゾチアジアゾール、チエノチオフェン、チオフェンピロールジオンなどが例示される。
具体的には、これらのユニットを組み合わせた、ポリ(チエノ[3,4−b]チオフェン−co−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]チオフェン)(PTBxシリーズ)、ポリ(ジチエノ[1,2−b:4,5−b’][3,2−b:2’,3’−d]シロール−alt−(2,1,3−ベンゾチアジアゾール)類などの高分子化合物が例示される。
これらのうちでも、好ましいものとしては、
(1)ポリ({4,8−ビス[(2−エチルヘキシル)オキシ]ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−2,6−ジイル}{3−フルオロ−2−[(2−エチルヘキシル)カルボニル]チエノ[3,4−b]チオフェンジイル})(PTB7、構造式を以下に示す)、
(2)ポリ[(4,8−ジ(2−エチルヘキシルオキシ)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン)−2,6−ジイル−alt−((5−オクチルチエノ[3,4−c]ピロール−4,6−ジオン)−1,3−ジイル)(PBDTTPD、構造式を以下に示す)、
(3)ポリ[(4,4’−ビス(2−エチルヘキシル)ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール)−2,6−ジイル−alt−(2,1,3−ベンゾチアジアゾール)−4,7−ジイル](PSBTBT、構造式を以下に示す)、
(4)ポリ[N−9’’−ヘプタデカニル−2,7−カルバゾール−アルト−5,5−(4’,7’−ジ−2−チエニル−2’,1’,3’−ベンゾチアジアゾール)](PCDTBT、構造式を以下に示す)、及び
(5)ポリ[1−(6−{4,8−ビス[(2−エチルヘキシル)オキシ]−6−メチルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン−2−イル}{3−フルオロ−4−メチルチエノ[3,4−b]チオフェン−2−イル}−1−オクタノン)(PBDTTT−CF、構造式を以下に示す)
などが例示される。
なかでも、より好ましい例としては、アクセプターユニットとしてチエノ[3,4−b]チオフェンの3位にフッ素原子を有するPTB系化合物が挙げられ、特に好ましい例としては、PBDTTT−CF及びPTB7が例示される。
When the fullerene derivative of the present invention is used as an n-type semiconductor material, it is usually used in combination with an organic p-type semiconductor material (organic p-type semiconductor compound).
Examples of the organic p-type semiconductor material include poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly-p-phenylene vinylene, poly-alkoxy-p-phenylene vinylene, poly-9,9-dialkylfluorene, and poly-p-. Examples include phenylene vinylene and the like.
Since these are often studied as solar cells and are easily available, it is possible to easily obtain a device having stable performance.
Further, in order to obtain higher conversion efficiency, a donor acceptor type π-conjugated polymer that enables absorption of long wavelength light by narrowing the band gap (low band gap) is effective.
These donor acceptor type π-conjugated polymers have a donor unit and an acceptor unit, and have a structure in which these are arranged alternately.
Examples of the donor unit used here include benzodithiophene, dithienosylol and N-alkylcarbazole, and examples of the acceptor unit include benzothiadiazole, thienothiophene and thiophenpyrroledione.
Specifically, a combination of these units, poly (thieno [3,4-b] thiophene-co-benzo [1,2-b: 4,5-b'] thiophene) (PTBx series), poly (PTBx series), poly ( Polymer compounds such as dithieno [1,2-b: 4,5-b'] [3,2-b: 2', 3'-d] siror-alt- (2,1,3-benzothiadiazole) Is exemplified.
Of these, the preferred one is
(1) Poly ({4,5-bis [(2-ethylhexyl) oxy] benzo [1,2-b: 4,5-b'] dithiophene-2,6-diyl} {3-fluoro-2-[ (2-Ethylhexyl) carbonyl] thieno [3,4-b] thiophendiyl}) (PTB7, structural formula is shown below),
(2) Poly [(4,8-di (2-ethylhexyloxy) benzo [1,2-b: 4,5-b'] dithiophene) -2,6-diyl-alt-((5-octyltiero [3] , 4-c] Pyrrole-4,6-dione) -1,3-diyl) (PBDTTPD, structural formula is shown below),
(3) Poly [(4,4'-bis (2-ethylhexyl) dithieno [3,2-b: 2', 3'-d] siror) -2,6-diyl-alt- (2,1,3) -Benzothiadiazole) -4,7-diyl] (PSBTBT, structural formula is shown below),
(4) Poly [N-9''-heptadecanyl-2,7-carbazole-alto-5,5- (4', 7'-di-2-thienyl-2', 1', 3'-benzothiadiazole) ] (PCDTBT, structural formula is shown below), and (5) Poly [1- (6- {4,8-bis [(2-ethylhexyl) oxy] -6-methylbenzo [1,2-b: 4, 5-b'] dithiophen-2-yl} {3-fluoro-4-methylthieno [3,4-b] thiophen-2-yl} -1-octanone) (PBDTT-CF, structural formula is shown below)
Etc. are exemplified.
Among them, more preferable examples include PTB compounds having a fluorine atom at the 3-position of thieno [3,4-b] thiophene as an acceptor unit, and PBDTTTT-CF and PTB7 are particularly preferable examples. Will be done.

Figure 0006931891
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本発明のフラーレン誘導体を、有機p型半導体材料との組み合わせにおいて、n型半導体材料として用いて調製された有機発電層は、高い変換効率を発現できる。
本発明のフラーレン誘導体は、各種の有機溶媒に対して良好な溶解性を示すので、これをn型半導体材料として使用した場合、塗布法による有機発電層の調製が可能であり、大面積の有機発電層の調製も容易である。
The organic power generation layer prepared by using the fullerene derivative of the present invention as an n-type semiconductor material in combination with an organic p-type semiconductor material can exhibit high conversion efficiency.
Since the fullerene derivative of the present invention exhibits good solubility in various organic solvents, when it is used as an n-type semiconductor material, an organic power generation layer can be prepared by a coating method, and a large area of organic matter can be prepared. The power generation layer is also easy to prepare.

また、本発明のフラーレン誘導体は、有機p型半導体材料との相溶性が良好であって、且つ適度な自己凝集性を有する化合物である。このため、当該フラーレン誘導体をn型半導体材料(有機n型半導体材料)としてバルクジャンクション構造の有機発電層を容易に形成する。この有機発電層を用いることによって、高い変換効率を有する有機薄膜太陽電池、或いは光センサーを得ることができる。 Further, the fullerene derivative of the present invention is a compound having good compatibility with an organic p-type semiconductor material and having an appropriate self-aggregation property. Therefore, the fullerene derivative is used as an n-type semiconductor material (organic n-type semiconductor material) to easily form an organic power generation layer having a bulk junction structure. By using this organic power generation layer, an organic thin-film solar cell or an optical sensor having high conversion efficiency can be obtained.

よって、本発明のフラーレン誘導体をn型半導体材料として用いることによって、低コストで優れた性能を有する有機薄膜太陽電池を作製することが可能となる。
また、本発明のn型半導体材料を含有する(又は、からなる)有機発電層の別の応用として、デジタルカメラ用イメージセンサーがある。デジタルカメラの高機能化(高精細化)の要求に対して、既存のシリコン半導体からなるイメージセンサーには、感度低下の課題が指摘されている。これに対して、光感度の高い有機材料からなるイメージセンサーにより、高感度と高精細化が可能になると期待されている。このようなセンサーの受光部を構築する材料には、光を感度良く吸収し、ここから電気信号を高効率で発生させることが求められる。このような要求に対して、本発明のn型半導体材料を含有する(又は、からなる)有機発電層は、可視光を効率良く電気エネルギーに変換できるので、上記イメージセンサー受光部材料としても、高い機能を発現できる。
Therefore, by using the fullerene derivative of the present invention as an n-type semiconductor material, it is possible to manufacture an organic thin-film solar cell having excellent performance at low cost.
Further, as another application of the organic power generation layer containing (or consisting of) the n-type semiconductor material of the present invention, there is an image sensor for a digital camera. In response to the demand for higher functionality (higher definition) of digital cameras, it has been pointed out that existing image sensors made of silicon semiconductors have a problem of lowering sensitivity. On the other hand, it is expected that an image sensor made of an organic material having high light sensitivity will enable high sensitivity and high definition. The material for constructing the light receiving portion of such a sensor is required to absorb light with high sensitivity and generate an electric signal from the light source with high efficiency. In response to such a requirement, the organic power generation layer containing (or consisting of) the n-type semiconductor material of the present invention can efficiently convert visible light into electrical energy, and thus can be used as the image sensor light receiving part material. Can express high function.

n型半導体材料
本発明のn型半導体材料は、本発明のフラーレン誘導体からなる。
n-type semiconductor material The n-type semiconductor material of the present invention comprises the fullerene derivative of the present invention.

有機発電層
本発明の有機発電層は、n型半導体材料(n型半導体化合物)として、本発明のフラーレン誘導体を含有する。
本発明の有機発電層は、光変換層(光電変換層)であることができる。
また、本発明の有機発電層は、通常、本発明のフラーレン誘導体、すなわち本発明のn型半導体材料との組み合わせにおいて、前記有機p型半導体材料(有機p型半導体化合物)を含有する。
また、本発明の有機発電層は、通常、本発明のn型半導体材料及び前記有機p型半導体からなる。
本発明の有機発電層においては、好ましくは、本発明のn型半導体材料と前記有機p型半導体材料とがバルクヘテロジャンクション構造を形成している。
Organic power generation layer The organic power generation layer of the present invention contains the fullerene derivative of the present invention as an n-type semiconductor material (n-type semiconductor compound).
The organic power generation layer of the present invention can be an optical conversion layer (photoelectric conversion layer).
Further, the organic power generation layer of the present invention usually contains the organic p-type semiconductor material (organic p-type semiconductor compound) in combination with the fullerene derivative of the present invention, that is, the n-type semiconductor material of the present invention.
The organic power generation layer of the present invention is usually composed of the n-type semiconductor material of the present invention and the organic p-type semiconductor.
In the organic power generation layer of the present invention, preferably, the n-type semiconductor material of the present invention and the organic p-type semiconductor material form a bulk heterojunction structure.

本発明の有機発電層は、例えば、本発明のn型半導体材料及び前記有機p型半導体材料を有機溶媒に溶解させ、得られた溶液から、スピンコート法、キャスト法、ディッピング法、インクジェット法、ドクターブレード法、及びスクリーン印刷法等の公知の薄膜形成方法を採用して、基板上に薄膜を形成することにより、調製できる。 In the organic power generation layer of the present invention, for example, the n-type semiconductor material of the present invention and the organic p-type semiconductor material are dissolved in an organic solvent, and from the obtained solution, a spin coating method, a casting method, a dipping method, an inkjet method, etc. It can be prepared by forming a thin film on a substrate by adopting a known thin film forming method such as a doctor blade method and a screen printing method.

当該有機発電層の薄膜形成において、本発明のフラーレン誘導体は、有機p型半導体材料(好ましくは、P3HT、又はPTB7)との相溶性が良好であって、且つ適度な自己凝集性を有するので、n型半導体材料としての本発明のフラーレン誘導体及び有機p型半導体材料を含有し、かつバルクヘテロジャンクション構造を有する有機発電層を容易に得ることができる。 In forming the thin film of the organic power generation layer, the fullerene derivative of the present invention has good compatibility with an organic p-type semiconductor material (preferably P3HT or PTB7) and has appropriate self-aggregation property. An organic power generation layer containing the fullerene derivative of the present invention as an n-type semiconductor material and an organic p-type semiconductor material and having a bulk heterojunction structure can be easily obtained.

有機薄膜太陽電池
本発明の有機薄膜太陽電池は、前記で説明した本発明の有機発電層を備える。
このため、本発明の有機薄膜太陽電池は、高い変換効率を有する。
当該有機薄膜太陽電池の構造は特に限定されず、公知の有機薄膜太陽電池と同様の構造であることができ、及び本発明の有機薄膜太陽電池は、公知の有機薄膜太陽電池の製造方法に従って製造できる。
Organic thin-film solar cell The organic thin-film solar cell of the present invention includes the organic power generation layer of the present invention described above.
Therefore, the organic thin-film solar cell of the present invention has high conversion efficiency.
The structure of the organic thin-film solar cell is not particularly limited, and can be the same structure as a known organic thin-film solar cell, and the organic thin-film solar cell of the present invention is manufactured according to a known method for manufacturing an organic thin-film solar cell. can.

当該フラーレン誘導体を含む有機薄膜太陽電池の一例としては、例えば、基板上に、透明電極(陰極)、陰極側電荷輸送層、有機発電層、陽極側電荷輸送層及び対極(陽極)が順次積層された構造の太陽電池を例示できる。当該有機発電層は、好ましくは、有機p型半導体材料、及びn型半導体材料としての本発明のフラーレン誘導体を含有し、バルクヘテロジャンクション構造を有する半導体薄膜層(すなわち、光電変換層)である。
このような構造の太陽電池において、有機発電層以外の各層の材料としては、公知の材料を適宜使用できる。具体的には、電極の材料としては、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、及び酸化インジウム(ITO)等が例示される。電荷輸送層の材料としては、例えば、PFN(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)−alt−2,7−(9,9−ジオクチルフルオレン)])及びMoO(酸化モリブデン)等が例示される。
As an example of an organic thin-film solar cell containing the fullerene derivative, for example, a transparent electrode (cathode), a cathode-side charge transport layer, an organic power generation layer, an anode-side charge transport layer, and a counter electrode (anode) are sequentially laminated on a substrate. An example of a solar cell having a above-mentioned structure can be illustrated. The organic power generation layer is preferably a semiconductor thin film layer (that is, a photoelectric conversion layer) containing an organic p-type semiconductor material and a fullerene derivative of the present invention as an n-type semiconductor material and having a bulk heterojunction structure.
In a solar cell having such a structure, a known material can be appropriately used as a material for each layer other than the organic power generation layer. Specifically, examples of the electrode material include aluminum, gold, silver, copper, indium oxide (ITO), and the like. Examples of the material of the charge transport layer include PFN (poly [9,9-bis (3'-(N, N-dimethylamino) propyl-2,7-fluorene) -alt-2,7- (9,9). -Dioctylfluorene)]) and MoO 3 (molybdenum oxide) are exemplified.

光センサー
上記のように、本発明で得られる光電変換層は、デジタルカメラの高機能製品における、イメージセンサー用受光部として有効に機能する。従来のシリコンフォトダイオードを用いた光センサーに比較して、明るいところで白トビが起こらず、また暗いところでもはっきりした映像を得ることができる。このため、従来のカメラより高品位の映像を得ることができる。光センサーは、シリコン基板、電極、光電変換層からなる光受光部、カラーフィルター、及びマイクロレンズから構築される。当該受光部の厚さは数100nm程度であることができ、従来のシリコンフォトダイオードの数分の1の厚さで構成され得る。
Optical sensor As described above, the photoelectric conversion layer obtained in the present invention effectively functions as a light receiving unit for an image sensor in a high-performance product of a digital camera. Compared with a conventional optical sensor using a silicon photodiode, overexposure does not occur in a bright place, and a clear image can be obtained even in a dark place. Therefore, it is possible to obtain a higher quality image than that of a conventional camera. The optical sensor is constructed from a silicon substrate, electrodes, a photodetector composed of a photoelectric conversion layer, a color filter, and a microlens. The thickness of the light receiving portion can be about several hundred nm, and can be configured to be a fraction of the thickness of a conventional silicon photodiode.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例中の記号及び略号は、以下の意味で用いられる。この他にも、本明細書中、本発明が属する技術分野において、通常用いられる記号及び略号が用いられ得る。 The symbols and abbreviations in the examples are used with the following meanings. In addition to this, symbols and abbreviations commonly used in the technical field to which the present invention belongs may be used in the present specification.

合成例1Synthesis example 1

Figure 0006931891
Figure 0006931891

N-(2,6-ジメチルフェニル)-グリシン(90mg, 0.5mmol), ベンツアルデヒド(1mL), 及びフラーレン(360mg, 0.5mmol)のクロロベンゼン溶液(150mL)を48時間加熱還流した。
反応生成液を減圧下に濃縮し、反応物をカラムクロマトグラフィー(SiO2, ヘキサン-トルエン=20:1〜10:1)
さらにHPLC(Buckyprep: トルエン)で精製し、目的物を120 mg(25.4 %)得た。
(純度:99%以上)
A chlorobenzene solution (150 mL) of N- (2,6-dimethylphenyl) -glycine (90 mg, 0.5 mmol), benzaldehyde (1 mL), and fullerene (360 mg, 0.5 mmol) was heated to reflux for 48 hours.
The reaction product is concentrated under reduced pressure, and the reaction product is subjected to column chromatography (SiO2, hexane-toluene = 20: 1 to 10: 1).
Further, the product was purified by HPLC (Buckyprep: toluene) to obtain 120 mg (25.4%) of the desired product.
(Purity: 99% or more)

1H-NMR (CDCl3)δ: 2.57 (3H, s), 2.91 (3H, s), 5.00 (1H, d, J=9.9 Hz), 5.12 (1H, d, J=9.9 Hz), 6.41 (1H, s), 6.82 (1H, d, J=7.3 Hz), 6.97 (1H, t, J=7.3 Hz), 7.01 - 7.25 (4H, m), 7.50 (2H, bs).
MS (FAB) m/z 944 (M). HRMS calcd for C76H17N 943.13610; found 943.1340.
1 1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 2.57 (3H, s), 2.91 (3H, s), 5.00 (1H, d, J = 9.9 Hz), 5.12 (1H, d, J = 9.9 Hz), 6.41 ( 1H, s), 6.82 (1H, d, J = 7.3 Hz), 6.97 (1H, t, J = 7.3 Hz), 7.01 --7.25 (4H, m), 7.50 (2H, bs).
MS (FAB) m / z 944 (M + ). HRMS calcd for C 76 H 17 N 943.13610; found 943.1340.

合成例2Synthesis example 2

Figure 0006931891
Figure 0006931891

N-(2,6-ジクロロフェニル)-2-フェニルグリシン(160mg, 0.5mmol), ヘプタナール(1mL), 及びフラーレン(360mg, 0.5mmol)のジクロロベンゼン溶液(300mL)を2週間加熱還流した。
反応生成液を減圧下に濃縮し、反応物をカラムクロマトグラフィー(SiO2, ヘキサン-トルエン=100:1〜20:1)で精製し、目的物を42.0 mg(7.9 %)得た。
A dichlorobenzene solution (300 mL) of N- (2,6-dichlorophenyl) -2-phenylglycine (160 mg, 0.5 mmol), heptanal (1 mL), and fullerene (360 mg, 0.5 mmol) was heated to reflux for 2 weeks.
The reaction product was concentrated under reduced pressure, and the reaction product was purified by column chromatography (SiO2, hexane-toluene = 100: 1 to 20: 1) to obtain 42.0 mg (7.9%) of the desired product.

1H-NMR (CDCl3)δ: 0.81 (3H, t, J=7.3 Hz), 0.80 - 1.60 (8H, m), 2.24 - 2.40 (1H, m), 2.60 - 2.80 (1H, m), 5.36 (1H, d-d, J=7.3, 4.6 Hz), 6.75 (1H, s), 7.00 - 7.32 (5H, m), 7.50 (1H, d, J=8.0 Hz), 7.63 (1H, bd, J=7.3 Hz), 7.79 (1H, bd, J=6.9 Hz).
MS (FAB) m/z 1067 (M). HRMS calcd for C80H23Cl2N 1067.1208; found 1067.1202.
1 1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 0.81 (3H, t, J = 7.3 Hz), 0.80 ―― 1.60 (8H, m), 2.24 ―― 2.40 (1H, m), 2.60 ―― 2.80 (1H, m), 5.36 (1H, dd, J = 7.3, 4.6 Hz), 6.75 (1H, s), 7.00 --7.32 (5H, m), 7.50 (1H, d, J = 8.0 Hz), 7.63 (1H, bd, J = 7.3) Hz), 7.79 (1H, bd, J = 6.9 Hz).
MS (FAB) m / z 1067 (M + ). HRMS calcd for C 80 H 23 Cl 2 N 1067.1208; found 1067.1202.

合成例3Synthesis example 3

Figure 0006931891
Figure 0006931891

N-(2,6-メトキシフェニル)-2-フェニルグリシン(150mg, 0.52mmol), ヘプタナール(2mL), 及びフラーレン(720mg, 0.5mmol)のジクロロベンゼン溶液(200mL)を4日間加熱還流した。
反応生成液を減圧下に濃縮し、反応物をカラムクロマトグラフィー(SiO2, ヘキサン-トルエン=20:1〜5:1)で精製し、目的物を182 mg(33 %:アミノ酸換算)得た。
A dichlorobenzene solution (200 mL) of N- (2,6-methoxyphenyl) -2-phenylglycine (150 mg, 0.52 mmol), heptanal (2 mL), and fullerene (720 mg, 0.5 mmol) was heated under reflux for 4 days.
The reaction product was concentrated under reduced pressure, and the reaction product was purified by column chromatography (SiO2, hexane-toluene = 20: 1 to 5: 1) to obtain 182 mg (33%: amino acid equivalent) of the target product.

1H-NMR (CDCl3)δ: 0.80 (3H, t, J=7.3 Hz), 1.02 - 1.64 (8H, m), 2.16 - 2.28 (1H, m), 2.52 - 2.64 (1H, m), 3.98 (3H, s), 4.04 (3H, s), 5.36 (1H, d-d, J=6.9, 4.6 Hz), 6.50 (1H, d, J=8.2 Hz), 6.55 (1H, s), 6.63 (1H, d, J=8.2 Hz), 7.05 - 7.30 (4H, m), 7.50 (1H, bs), 8.05 (1H, bs).
MS (FAB) m/z 1060 (M). HRMS calcd for C82H30NO2 (M+1) 1060.2277; found 1060.2281.
1 1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 0.80 (3H, t, J = 7.3 Hz), 1.02 ―― 1.64 (8H, m), 2.16 ―― 2.28 (1H, m), 2.52 ―― 2.64 (1H, m), 3.98 (3H, s), 4.04 (3H, s), 5.36 (1H, dd, J = 6.9, 4.6 Hz), 6.50 (1H, d, J = 8.2 Hz), 6.55 (1H, s), 6.63 (1H, s) d, J = 8.2 Hz), 7.05 --7.30 (4H, m), 7.50 (1H, bs), 8.05 (1H, bs).
MS (FAB) m / z 1060 (M + ). HRMS calcd for C 82 H 30 NO 2 (M + 1) 1060.2277; found 1060.2281.

合成例4Synthesis example 4

Figure 0006931891
Figure 0006931891

N-(2-シアノフェニル)-2-フェニルグリシン(150mg, 0.60mmol), ヘプタナール(1mL), 及びフラーレン(588mg, 0.82mmol)のクロロベンゼン溶液(300mL)を8日間加熱還流した。
反応生成液を減圧下に濃縮し、反応物をカラムクロマトグラフィー(SiO2, ヘキサン-トルエン=20:1〜2:1)で精製し、目的物を210 mg(33.6 %:アミノ酸換算)得た。
A chlorobenzene solution (300 mL) of N- (2-cyanophenyl) -2-phenylglycine (150 mg, 0.60 mmol), heptanal (1 mL), and fullerene (588 mg, 0.82 mmol) was heated to reflux for 8 days.
The reaction product was concentrated under reduced pressure, and the reaction product was purified by column chromatography (SiO2, hexane-toluene = 20: 1 to 2: 1) to obtain 210 mg (33.6%: amino acid equivalent) of the target product.

1H-NMR (CDCl3)δ: 0.81 (3H, t, J=7.3 Hz), 1.10 - 1.70 (8H, m), 2.16 - 2.28 (1H, m), 2.80 - 2.92 (1H, m), 5.90 - 6.05 (1H, m), 6.41 (1H, s), 7.10 - 7.40 (5H, m), 7.44 (1H, t, J=7.8 Hz), 7.60 (1H, bs), 7.68 (1H, bs), 7.79 (1H, d, J=7.3 Hz).
MS (FAB) m/z 1025 (M). HRMS calcd for C81H25N2 (M+1) 1025.2018; found 1025.2014.
1 1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 0.81 (3H, t, J = 7.3 Hz), 1.10 ―― 1.70 (8H, m), 2.16 ―― 2.28 (1H, m), 2.80 ―― 2.92 (1H, m), 5.90 --6.05 (1H, m), 6.41 (1H, s), 7.10 --7.74 (5H, m), 7.44 (1H, t, J = 7.8 Hz), 7.60 (1H, bs), 7.68 (1H, bs), 7.79 (1H, d, J = 7.3 Hz).
MS (FAB) m / z 1025 (M + ). HRMS calcd for C 81 H 25 N 2 (M + 1) 1025.2018; found 1025.2014.

前記合成例で得た各フラーレン誘導体、並びに後記の対照化合物1、2、及び3をn型半導体材料として用いて、後記の方法で太陽電池を作製し、機能を評価した。
有機p型半導体材料としてはPTB7を、電荷輸送層材料としてはPFN(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)−alt−2,7−(9,9−ジオクチルフルオレン)])及びMoO(酸化モリブデン)を、電極としてはITO(酸化インジウムスズ)(陰極)及びアルミニウム(陽極)をそれぞれ用いた。
Using each fullerene derivative obtained in the synthesis example and the control compounds 1, 2 and 3 described later as n-type semiconductor materials, a solar cell was prepared by the method described later and its function was evaluated.
PTB7 is used as an organic p-type semiconductor material, and PFN (poly [9,9-bis (3'-(N, N-dimethylamino) propyl-2,7-fluorene) -alt-2, is used as a charge transport layer material. 7- (9,9-dioctylfluorene)]) and MoO 3 (molybdenum oxide) were used, and ITO (indium tin oxide) (cathode) and aluminum (anode) were used as electrodes, respectively.

Figure 0006931891
Figure 0006931891

(1)試験用太陽電池の作製
以下の手順により試験用太陽電池を作製した。
1)基板の前処理
ITOパターニングガラス板をプラズマ洗浄機中に入れて、酸素ガスを流入しながら発生したプラズマにより基板表面を10分間洗浄処理した。
2)PFN薄膜(陰極側電荷輸送層)の作製
ABLE/ASS−301型のスピンコート法製膜装置を用い、PFNメタノール溶液(2%w/v)を用いて、前記で前処理を施したITOガラス板上にPFN薄膜を形成した。形成されたPFN薄膜の膜厚は約10nmであった。
3)有機半導体膜(有機発電層)の作製
前記基板をグローブボックス中でMIKASA/MS−100型のスピンコート法製膜装置を用い、事前にクロロベンゼンに溶かしたPTB7とフラーレン誘導体、およびジヨードオクタン(クロロベンゼンに対して3%v/v)を含有する溶液をPFN薄膜の上にスピンコート(1000rpm、2分間)し、厚さ約90〜110nmの有機半導体薄膜(有機発電層)を形成させて、積層体を得た。
4)陽極側電荷輸送層及び金属電極の真空蒸着
小型高真空蒸着装置を用い、前記で作製した積層体を高真空蒸着装置中のマスクの上に置き、陽極側電荷輸送層としてのMoO層(10nm)、及び金属電極としてのアルミニウム層(80nm)を順次蒸着した。
(1) Preparation of test solar cell A test solar cell was prepared by the following procedure.
1) Pretreatment of the substrate The ITO patterning glass plate was placed in a plasma washer, and the surface of the substrate was washes with the plasma generated while inflowing oxygen gas for 10 minutes.
2) Preparation of PFN thin film (cathode side charge transport layer) ITO pretreated with PFN methanol solution (2% w / v) using ABLE / ASS-301 type spin coating film forming apparatus. A PFN thin film was formed on the glass plate. The film thickness of the formed PFN thin film was about 10 nm.
3) Preparation of organic semiconductor film (organic power generation layer) PTB7 and fullerene derivatives, which were previously dissolved in chlorobenzene using a MIKASA / MS-100 type spin coating film forming apparatus, and diiodooctane (diiodooctane). A solution containing 3% v / v) with respect to chlorobenzene was spin-coated (1000 rpm, 2 minutes) on the PFN thin film to form an organic semiconductor thin film (organic power generation layer) having a thickness of about 90 to 110 nm. A laminate was obtained.
4) Vacuum vapor deposition of anode-side charge transport layer and metal electrode Using a compact high-vacuum vapor deposition device, the laminate prepared above is placed on a mask in the high-vacuum vapor deposition device, and the MoO 3 layer as the anode-side charge transport layer is used. (10 nm) and an aluminum layer (80 nm) as a metal electrode were sequentially vapor-deposited.

(2)擬似太陽光照射による電流測定
擬似太陽光照射による電流測定には、ソースメーター、電流電圧計測ソフト及び疑似太陽光照射装置を用いた。
前記(1)で作製した各試験用太陽電池に対して100mWの疑似太陽光を照射して、発生した電流と電圧を測定して、以下の式によりエネルギー変換効率を算出した。
開放電圧の測定結果を表1に示す。尚、変換効率は、下記式により求めた値である。
変換効率η(%)=FF(Voc×Jsc/Pin)×100
FF:曲線因子、Voc:開放電圧、Jsc:短絡電流、Pin:入射光強度(密度)
結果を表1に示す。

Figure 0006931891
(2) Current measurement by pseudo-sunlight irradiation A source meter, current-voltage measurement software, and a pseudo-sunlight irradiation device were used for current measurement by pseudo-sunlight irradiation.
Each test solar cell produced in (1) above was irradiated with 100 mW of pseudo-sunlight, the generated current and voltage were measured, and the energy conversion efficiency was calculated by the following formula.
Table 1 shows the measurement results of the open circuit voltage. The conversion efficiency is a value obtained by the following formula.
Conversion efficiency η (%) = FF (V oc × J sc / P in) × 100
FF: fill factor, V oc: open circuit voltage, J sc: short-circuit current, P in: incident light intensity (density)
The results are shown in Table 1.
Figure 0006931891

Claims (11)

式(1):
Figure 0006931891

[式中、
X1aは、水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、1個以上の置換基を有していてもよいアルキル基、1個以上の置換基を有していてもよいアルコキシ基、又はシアノ基を表し、
X1bは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基を表し、
は、1個以上の置換基を有していてもよいアリール基、又は1個以上の置換基を有していてもよいヘテロアリール基を表し、
は、水素原子、又はアルキル基を表し、及び
環Aは、フラーレン環
を表す。]
で表されるフラーレン誘導体。
Equation (1):
Figure 0006931891

[During the ceremony,
X 1a is a hydrogen atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, an alkyl group which may have one or more substituents, an alkoxy group which may have one or more substituents, or a cyano. Represents a group
X 1b represents a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group.
R 2 represents an aryl group which may have one or more substituents or a heteroaryl group which may have one or more substituents.
R 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group, and ring A represents a fullerene ring. ]
Fullerene derivative represented by.
X1aは、水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である請求項1に記載のフラーレン誘導体。 The fullerene derivative according to claim 1, wherein X 1a is a hydrogen atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group. X1aは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、メチル基、メトキシ基、又はシアノ基である請求項2に記載のフラーレン誘導体。 The fullerene derivative according to claim 2, wherein X 1a is a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a methyl group, a methoxy group, or a cyano group. は、1個以上の置換基を有していてもよいアリール基である請求項1〜のいずれか1項に記載のフラーレン誘導体。 The fullerene derivative according to any one of claims 1 to 3 , wherein R 2 is an aryl group which may have one or more substituents. は、オルト位に1個、又は2個の置換基を有していてもよいフェニル基である請求項に記載のフラーレン誘導体。 The fullerene derivative according to claim 4 , wherein R 2 is a phenyl group which may have one or two substituents at the ortho position. 環Aは、C60フラーレン環である請求項1〜のいずれか1項に記載のフラーレン誘導体。 Ring A is a fullerene derivative according to any one of claims 1 to 5 which is a C 60 fullerene ring. 請求項1〜のいずれか1項に記載のフラーレン誘導体を含有するn型半導体材料。 An n-type semiconductor material containing the fullerene derivative according to any one of claims 1 to 6. 有機薄膜太陽電池用である請求項に記載のn型半導体材料。 The n-type semiconductor material according to claim 7 , which is used for organic thin-film solar cells. 請求項に記載のn型半導体材料を含有する有機発電層。 An organic power generation layer containing the n-type semiconductor material according to claim 8. 請求項に記載の有機発電層を備える光電変換素子。 The photoelectric conversion element including the organic power generation layer according to claim 9. 有機薄膜太陽電池である、請求項10に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 10 , which is an organic thin-film solar cell.
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