KR20120031153A - Method for producing fullerene derivatives - Google Patents

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벤자민 프리베
마르쿠스 훔메르트
안네트 페트리히
마르틴 헤르메나우
세바스티안 숄츠
리코 미어하임
셀리나 올토프
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노발레드 아게
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Abstract

PURPOSE: A method for generating fullerene derivatives is provided to omit the use of fluorine gas and to improve yield by generating the halogenated fullerene based on the reaction of one or more halogen elements and fullerene. CONSTITUTION: Fullerene derivatives are generated by reacting fullerene with one or more halogen elements in a reactor. One or more additional chemical elements are added into the reactor. The halogen elements are selected from F, Cl, or Br. The fullerene is a spherical carbon cluster which is represented by chemical formula Cm. In chemical formula, the m is 36, 60, 70, 76, 78, 80, 82, and 84 or is selected from natural numbers which are suitable to form spherical molecules.

Description

풀러렌 유도체를 생산하는 방법{Method for producing fullerene derivatives}Method for producing fullerene derivatives

본 발명은 풀러렌 유도체를 생산하는 개선된 방법을 제공하고 있다.The present invention provides an improved process for producing fullerene derivatives.

종래 기술Conventional technology

유기 반도체 소자(organic semiconductor component), 예컨대, 유기 발광 다이오드(OLED) 및 유기 태양전지의 성능 및 수명이 지난 수년 이래로 상당히 개선되어 왔다. 한 가지 결정적인 중요사항은 유기 재료로 이루어지는 전하 수송층의 증가된 전도성이다[K. Walzer, B. Maennig, M. Pfeiffer, K. Leo, Chem . Rev. 107, 1233 (2007)]. 이를 위해서, 전하 수송층의 p- 및 n-도핑의 개념이 적절하다. 분자 도핑은 전하 캐리어의 밀도가 매트릭스내에서 증가되게 할 수 있으며, 이는 매트릭스의 불량한 고유의 전하 캐리어 이동성을 보충한다. 분자 도핑의 개념은 수송층의 전도성이 10의 몇승까지 증가되게 할 수 있다. [M. Pfeiffer, K. Leo, X. Zhou, J. S. Huang, M. Hofmann, A. Werner, J. Blochwitz-Nimoth, Org . Electron . 4, 89 (2003)]. 이는 또한 성능을 상당히 향상시키는데, 그 이유는 OLED내의 작동 전압이 감소되고 유기 태양 전지에서의 직렬저항이 저하되기 때문이다. 전하 캐리어를 위한 주입 장벽(injection barrier)이 저하되며 공핍 영역(depletion zone)이 형성되고, 이는 터널 프로세스를 통한 전하 캐리어에 의해서 용이하게 극복될 수 있다[J. Blochwitz, T. Fritz, M. Pfeiffer, K. Leo, D. M. Alloway, P. A. Lee, N. R. Amstrong, Org . Electron . 2, 97 (2001)]. 오늘날 구입 가능한 가장 효율적인 모노크롬(monochrome)[R. Meerheim, R. Nitsche, K. Leo, Appl . Phys . Lett . 93, 043310 (2008)] 및 화이트(white)[S. Reineke, F. Lindner, G. Schwartz, N. Seidler, K. Walzer, B. Lussem, K. Leo, Nature 459, 234 (2009)] OLED 및 유기 태양 전지[press release from Heliatek GmbH: http://heliatek.de/, April 2010]는 이러한 종류의 도핑된 층을 사용하고 있다. 도핑은 두 물질을 동시에 기화시킴으로써 달성될 수 있다. 가스상 중의 도펀트(dopant)는 낮은 비율로 매트릭스와 혼합되고 표면상에 증착된다. p-도핑(정공 수송)의 경우에, 그러한 매트릭스는, 예를 들어, N,N,N',N'-테트라키스-(4-메톡시페닐)벤지딘 (MeO-TPD)을 함유할 수 있다. 도핑을 가능하게 하기 위해서, 매트릭스는 (+/-0.3 eV)와 동일한 이온화 전위 또는 도펀트의 전자 친화도보다 낮은 이온화 전위를 지녀야 한다. p-도펀트(풀러렌 유도체)는 페로센(ferrocene)(Fc / Fc+)과 관련하여 약 -0.3V 또는 그 초과, 바람직하게는, 0.0 V 또는 그 초과, 더욱 바람직하게는 약 0.24V 또는 그 초과의 환원 전위를 지녀야 한다. 도핑 분자는 매트릭스 내에서 고르게 도입될 수 있어야 하며 낮은 확산 경향을 지녀야 한다. 높은 전자 친화도(EA)를 지닌 일부 p-도핑 분자, 예를 들어, 비교적 약한 전자 억셉터(electron acceptor) 테트라시아노퀴노디메탄 (TCNQ)[M. Maitrot, G. Guillaud, B. Boudjema, J. J. Andre, J. Simon, J. Appl. Phys . 60, 2396 (1986); R. C. Wheland, J. L. Gillson, J. Am . Chem . Soc . 98, 3916 (1976)], 또는 불소화된 개질 3,6-디플루오로-2,5,7,7,8,8-헥사시아노디메탄(F2-HCNQ) [Z. Q. Gao, B.X. Mi, G.Z. Xu, Y.Q. Wan, M.L. Gong, K.W. Cheah, C.H. Chen, Chem . Commun ., 117 (2008)] 및 종종 사용되는 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ) [J. Blochwitz, M. Pfeiffer, T. Fritz, K. Leo, Appl . Phys . Lett . 73, 729 (1998); W.Y. Gao and A. Kahn, Appl. Phys . Lett . 79, 4040 (2001)]이 공지되어 있다. 낮은 분자량 때문에, 이러한 재료 부류는 높은 증기압을 지니며, 증기 증착 챔버의 비조절된 오염을 유발시키는 경향이 있으며, 그에 의해서, 결국, 증착되는 층의 오염을 유발시키는 경향이 있다. 이러한 경우에, 소자내의 층들의 오염은 여기(exciton)를 억제시킬 수 있으며, 그 결과, 소자의 용량을 손상시킨다[B.X. Mi, Z.Q. Gao, K.W. Cheah, C.H. Chen, Appl . Phys. Lett . 94, 073507 (2009)]. 이러한 재료 부류로 도핑된 층들은 또한 낮은 열적 안정성을 지닌다[P. Wellmann, M. Hofmann, O. Zeika, A. Werner, J. Birnstock, R. Meerheim, G. He, K. Walzer, M. Pfeiffer, K. Leo, J. Soc . Inf . Disp. 13, 393 (2005)]. 이는 소자의 사용 수명을 단축시킨다.The performance and lifetime of organic semiconductor components, such as organic light emitting diodes (OLEDs) and organic solar cells, have improved significantly over the years. One crucial point is the increased conductivity of the charge transport layer of organic material [K. Walzer, B. Maennig, M. Pfeiffer, K. Leo, Chem . Rev. 107 , 1233 (2007). For this purpose, the concept of p- and n-doping of the charge transport layer is appropriate. Molecular doping can cause the density of charge carriers to increase in the matrix, which compensates for the poor inherent charge carrier mobility of the matrix. The concept of molecular doping can cause the conductivity of the transport layer to be increased by several powers of ten. [M. Pfeiffer, K. Leo, X. Zhou, JS Huang, M. Hofmann, A. Werner, J. Blochwitz-Nimoth, Org . Electron . 4 , 89 (2003). It also significantly improves performance because the operating voltage in the OLED is reduced and the series resistance in organic solar cells is lowered. The injection barrier for charge carriers is lowered and a depletion zone is formed, which can be easily overcome by charge carriers through the tunnel process [J. Blochwitz, T. Fritz, M. Pfeiffer, K. Leo, DM Alloway, PA Lee, NR Amstrong, Org . Electron . 2 , 97 (2001). The most efficient monochrome available today [R. Meerheim, R. Nitsche, K. Leo, Appl . Phys . Lett . 93 , 043310 (2008) and white [S. Reineke, F. Lindner, G. Schwartz, N. Seidler, K. Walzer, B. Lussem, K. Leo, Nature 459 , 234 (2009)] OLEDs and organic solar cells [press release from Heliatek GmbH: http: // heliatek.de/, April 2010] uses this type of doped layer. Doping may be accomplished by vaporizing both materials simultaneously. Dopants in the gas phase mix with the matrix at a low rate and deposit on the surface. In the case of p-doping (hole transport), such a matrix may contain, for example, N, N, N ', N'-tetrakis- (4-methoxyphenyl) benzidine (MeO-TPD). . To enable doping, the matrix must have an ionization potential equal to (+/- 0.3 eV) or an ionization potential lower than the electron affinity of the dopant. The p-dopant (fullerene derivative) is about -0.3 V or more, preferably 0.0 V or more, more preferably about 0.24 V or more with respect to ferrocene (Fc / Fc + ). Must have a reduction potential. Doping molecules must be able to be introduced evenly in the matrix and have a low diffusion tendency. Some p-doped molecules with high electron affinity (E A ), for example, relatively weak electron acceptor tetracyanoquinomethane (TCNQ) [M. Maitrot, G. Guillaud, B. Boudjema, JJ Andre, J. Simon, J. Appl. Phys . 60 , 2396 (1986); RC Wheland, JL Gillson, J. Am . Chem . Soc . 98 , 3916 (1976)], or fluorinated modified 3,6-difluoro-2,5,7,7,8,8-hexacyanodimethane (F 2 -HCNQ) [ZQ Gao, BX Mi, GZ Xu, YQ Wan, ML Gong, KW Cheah, CH Chen, Chem . Commun ., 117 (2008)] and often used 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinomimethane (F 4 -TCNQ) [J. Blochwitz, M. Pfeiffer, T. Fritz, K. Leo, Appl . Phys . Lett . 73 , 729 (1998); WY Gao and A. Kahn, Appl. Phys . Lett . 79 , 4040 (2001). Because of the low molecular weight, this class of materials has a high vapor pressure and tends to cause uncontrolled contamination of the vapor deposition chamber, thereby eventually leading to contamination of the deposited layer. In this case, contamination of the layers in the device can suppress excitation and, as a result, impair the capacity of the device [BX Mi, ZQ Gao, KW Cheah, CH Chen, Appl . Phys. Lett . 94 , 073507 (2009). Layers doped with this class of material also have low thermal stability [P. Wellmann, M. Hofmann, O. Zeika, A. Werner, J. Birnstock, R. Meerheim, G. He, K. Walzer, M. Pfeiffer, K. Leo, J. Soc . Inf . Disp. 13 , 393 (2005)]. This shortens the service life of the device.

과불소화된 풀러렌이 또한 약 5eV의 상당한 전자 친화성을 지닌다[N. Liu, Y. Morio, F. Okino, H. Touhara, O.V. Boltalina, V.K. Pavlovich, Synth . Metals 86, 2289 (1997)]. 과불소화된 풀러렌 C60F36(perfluorinated fullerene C60F36)이 이전에 용액-기반 공정에서 증착되는 폴리머 층내의 p-도펀트로서 연구되었다[O. Solomeshch, Y.J. Yu, A.A. Goryunkov, L.N. Sidorov, R.F. Tuktarov, D.H. Choi, J.-Il Jin, N. Tessler, Adv . Mater . 21, 4456 (2009)]. 문헌은 불소화된 풀러렌의 생산에 대한 몇 가지 공개 보고서를 포함한다. 볼탈리나(Boltalina) 등은 다양한 플루오로플럼베이트(fluoroplumbate)[P.A. Troshin, O.V. Boltalina, N.V. Polykova, Z.E. Klinkina, J. Fluor . Chem . 110, 157, (2001)], 란타노이드 계열의 플루오라이드[A.A. Goryunkov, Z. Mazej, B. Zemva, S.H. Strauss, O.V. Boltalina, Mendeleev Commun . 16, 159 (2006)] 또는 불소 가스와 연관된 전이금속 플루오라이드[N.S. Chilingarov, A.V. Nikitin, J.V. Rau, I.V. Golyshevsky, A.V. Kepman, F.M. Spiridonov, L.N. Sidorov, J. Fluor . Chem . 113, 219 (2002)]를 사용하여 불소화된 풀러렌을 합성하였다. 앞서 인용된 모든 방법은 플루오르화 동안 또는 적합한 시약의 플루오르화를 위한 합성 동안 분자 불소 가스의 사용을 기반으로 한다. 불소는 아주 독성인 것으로 분류되며 장치 셋업에 통상적으로 사용되는 아주 많은 재료에 대해서 부식 효과를 지닌다. 요구되는 작업장 안전 대책은 이들 생산 예를 아주 실시불가능하게 하고 너무 비용이 많이 들게 한다. 동시에, 그러한 방법들은 C60F36와 관련하여 단지 중간 정도의 양호한 선택성을 나타냈으며, 아주 낮은 정도에서 30% 미만의 중간 정도의 수율을 나타냈다. 볼탈리나 등은 불소 가스를 사용하지 않으면서 C60F36를 합성하는 변형방법을 공개하였는데, 그러한 방법에서는, 폐쇄된 한 단부를 지닌 니켈 파이프가 마그네슘(III) 플루오라이드 및 C60의 분말로 충전되었다[O. Boltalina, A. Borschevskii, L. Sidrov, J. Street, R. Taylor, Chem . Comm ., 529 (1996)]. 충전된 니켈 파이프를 유리 승화 튜브에 넣었다. 유리 튜브를 튜브 노(tube furnace)내의 10-2mbar의 압력하에 30분 이내로 330℃로 가열하고, 그 온도에서 24시간 동안 유지시켰다. 이러한 시간 동안, 다양한 불소화된 풀러렌의 혼합물이 차가운 유리벽에 응축되었다. 질량 분광분석에 따르면, 이러한 혼합물은 51% C60F36, 33 %C60 (미반응된 ㅍ푸풀러렌), 8% C60F34 및 15% C60F32로 이루어져 있다. 기재된 모든 방법은 밀리몰 규모로 측정할 수 없는 단점을 공유한다.Perfluorinated fullerenes also have a significant electron affinity of about 5 eV [N. Liu, Y. Morio, F. Okino, H. Touhara, OV Boltalina, VK Pavlovich, Synth . Metals 86 , 2289 (1997). Perfluorinated digested fullerene C 60 F 36 (perfluorinated fullerene C 60 F 36) the solution in the pre-study was a p- dopant in the polymer-based layer deposited in step [O. Solomeshch, YJ Yu, AA Goryunkov, LN Sidorov, RF Tuktarov, DH Choi, J.-Il Jin, N. Tessler, Adv . Mater . 21 , 4456 (2009). The literature includes several public reports on the production of fluorinated fullerenes. Voltalina et al. Include various fluoroplumbates [PA Troshin, OV Boltalina, NV Polykova, ZE Klinkina, J. Fluor . Chem . 110 , 157, (2001)], fluorides of the lanthanoid series [AA Goryunkov, Z. Mazej, B. Zemva, SH Strauss, OV Boltalina, Mendeleev Commun . 16 , 159 (2006)] or transition metal fluorides associated with fluorine gas [NS Chilingarov, AV Nikitin, JV Rau, IV Golyshevsky, AV Kepman, FM Spiridonov, LN Sidorov, J. Fluor . Chem . 113 , 219 (2002)] were used to synthesize fluorinated fullerenes. All methods cited above are based on the use of molecular fluorine gas during fluorination or during synthesis for fluorination of suitable reagents. Fluorine is classified as very toxic and has a corrosive effect on the many materials commonly used in device setup. The required workplace safety measures make these production examples very impractical and too costly. At the same time, such methods showed only moderately good selectivity with respect to C 60 F 36 , with very low to medium yields of less than 30%. Voltalina et al. Have disclosed a method for synthesizing C 60 F 36 without the use of fluorine gas, in which a nickel pipe with a closed end is made of powder of magnesium (III) fluoride and C 60 . Charged [O. Boltalina, A. Borschevskii, L. Sidrov, J. Street, R. Taylor, Chem . Comm . , 529 (1996). The filled nickel pipes were placed in a glass sublimation tube. The glass tube was heated to 330 ° C. within 30 minutes under a pressure of 10 −2 mbar in a tube furnace and held at that temperature for 24 hours. During this time, a mixture of various fluorinated fullerenes condensed on the cold glass walls. According to mass spectrometry, this mixture consists of 51% C 60 F 36 , 33% C 60 (unreacted ppufullerene), 8% C 60 F 34 and 15% C 60 F 32 . All the methods described share a disadvantage that cannot be measured on the millimolar scale.

따라서, 본 발명의 목적은 풀러렌 유도체를 생산하는 개선된 방법을 제시하는 것이다. 그러한 목적은 청구항 제 1항 및 대응하는 종속 청구항에 따른 생산 방법에 의해서 해결된다.It is therefore an object of the present invention to present an improved method of producing fullerene derivatives. Such an object is solved by a production method according to claim 1 and the corresponding dependent claims.

풀러렌 유도체를 생산하는 방법에서, 풀러렌은 반응기내에서 하나 이상의 할로겐과의 반응에 주어지며, 하나 이상의 추가의 화학적 원소가 또한 반응기에 첨가된다. In the process for producing the fullerene derivative, fullerene is given to the reaction with one or more halogens in the reactor, and one or more additional chemical elements are also added to the reactor.

이러한 방법의 이점은 생산이 불소 가스의 사용을 포함하지 않으며, 수율이 높고, 생성된 물질이 더욱 순수하다는 사실을 포함한다.The advantages of this method include the fact that the production does not involve the use of fluorine gas, the yield is high and the material produced is more pure.

풀러렌은 바람직하게는 화학식 Cm으로부터 선택되며, 여기서, m은 36, 60, 70, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 90, 94 또는 그러한 종류의 구형 분자를 형성할 수 있는 임의의 다른 전체 수로부터 선택된다. 바람직하게는 m = 60, 70, 76, 80, 82, 84, 86, 90, 또는 94이다.Fullerenes are preferably selected from the formula C m , where m is 36, 60, 70, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 90, 94 or any of those that can form spherical molecules of that kind Other total number. Preferably m = 60, 70, 76, 80, 82, 84, 86, 90, or 94.

이러한 할로겐은 F, Cl, 및 Br로부터 선택되며, F가 바람직하다. 할로겐은 할로겐-금속 이온-염 화합물의 형태(본원에서 할로겐 화합물로 일컬어짐)로 사용되는 것이 바람직하다. 금속 이온은 다음 금속 이온으로부터 선택된다: 크롬 (Cr), 망간 (Mn), 루테늄 (Ru), 몰리브덴 (Mo), 철 (Fe), 텅스텐 (W), 코발트 (Co), 로듐 (Rh), 이리듐 (Ir), 니켈 (Ni), 팔라듐 (Pd), 백금 (Pt), 구리 (Cu), 은 (Ag), 금 (Au), 탈륨 (Tl), 주석 (Sn), 안티몬 (Sb), 텔루륨 (Te), 납 (Pb), 비스무트 (Bi), 란탄 (La), 세륨 (Ce), 프라세오디뮴 (Pr), 네오디뮴 (Nd), 사마륨 (Sm), 유로퓸 (Eu), 가돌리늄 (Gd), 테르븀 (Tb), 디스프로슘 (Dy), 홀뮴 (Ho), 에르븀 (Er), 툴륨 (Tm), 이테르븀 (Yb), 루테튬 (Lu). 바람직한 화합물은 MnF3이다. Such halogen is selected from F, Cl, and Br, with F being preferred. Halogen is preferably used in the form of a halogen-metal ion-salt compound, referred to herein as a halogen compound. Metal ions are selected from the following metal ions: chromium (Cr), manganese (Mn), ruthenium (Ru), molybdenum (Mo), iron (Fe), tungsten (W), cobalt (Co), rhodium (Rh), Iridium (Ir), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), thallium (Tl), tin (Sn), antimony (Sb), Tellurium (Te), Lead (Pb), Bismuth (Bi), Lanthanum (La), Cerium (Ce), Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd) Terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu). Preferred compound is MnF 3 .

추가의 화학적 원소는 어떠한 크기의 와이어, 턴닝(turning) 또는 분말의 형태로 사용된다. 이는 순수한 형태로, 합금으로서 또는 혼합물로서 도입될 수 있다.Additional chemical elements are used in the form of wires, turning or powder of any size. It can be introduced in pure form, as an alloy or as a mixture.

추가의 화학적 원소는 바람직하게는 티탄 (Ti), 지르코늄 (Zr), 바나듐 (V), 니오븀 (Nb), 탄탈 (Ta), 크롬 (Cr), 몰리브덴 (Mo), 텅스텐 (W), 망간 (Mn), 레늄 (Re), 철 (Fe), 루테늄 (Ru), 오스뮴 (Os), 코발트 (Co), 로듐 (Rh), 이리듐 (Ir), 니켈 (Ni), 팔라듐 (Pd), 백금 (Pt), 구리 (Cu), 은 (Ag), 금 (Au), 아연 (Zn), 카드뮴 (Cd), 알루미늄 (Al), 갈륨 (Ga), 인듐 (In), 탈륨 (Tl), 게르마늄 (Ge), 주석 (Sn), 납 (Pb), 비소 (As), 안티몬 (Sb), 비스무트 (Bi), 셀레늄 (Se), 텔루륨 (Te), 란탄 (La), 세륨 (Ce), 프라세오디뮴 (Pr), 네오디뮴 (Nd), 사마륨 (Sm), 유로퓸 (Eu), 가돌리늄 (Gd), 테르븀 (Tb), 디스프로슘 (Dy), 홀뮴 (Ho), 에르븀 (Er), 툴륨 (Tm), 이테르븀 (Yb), 루테튬 (Lu)으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 니켈(Ni)이 특히 바람직하다.Further chemical elements are preferably titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese ( Mn), rhenium (Re), iron (Fe), ruthenium (Ru), osmium (Os), cobalt (Co), rhodium (Rh), iridium (Ir), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum ( Pt), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), zinc (Zn), cadmium (Cd), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), germanium ( Ge), tin (Sn), lead (Pb), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), selenium (Se), tellurium (Te), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu). Nickel (Ni) is particularly preferred.

풀러렌-할로겐 유도체는 바람직하게는 화학식 CmFn을 지니며, 여기서, n은 1내지 m일 수 있다. C60F36 (m = 60 및 n = 36) 및 C60F34 내지 48 (m = 60 및 n = 34 내지 48).The fullerene-halogen derivative preferably has the formula C m F n , where n can be 1 to m. C 60 F 36 (m = 60 and n = 36) and C 60 F 34 to 48 (m = 60 and n = 34 to 48).

본 발명의 한 가지 구체예에서, 풀러렌은 반응 전에 하나 이상의 추가의 화학적 원소와 혼합된다. 풀러렌, 하나 이상의 추가의 화학적 원소 및 할로겐 화합물은 바람직하게는 반응 전에 혼합된다.In one embodiment of the invention, the fullerene is mixed with one or more additional chemical elements prior to the reaction. Fullerenes, one or more additional chemical elements and halogen compounds are preferably mixed before the reaction.

반응기는 반응 동안 환경(예, 대기)에 대해서 폐쇄되는 화학적 반응기이다. 화학적 반응기는, 예를 들어, 보일러(boiler), 파이프, 또는 일부 다른 용기일 수 있다. 많은 수의 연결된 용기들이 또한 사용될 수 있다.The reactor is a chemical reactor that is closed to the environment (eg atmosphere) during the reaction. The chemical reactor may be, for example, a boiler, a pipe, or some other vessel. Large numbers of connected containers can also be used.

본 발명의 유리한 형태에서, 반응기는 기다란 용기(elongated vessel), 예컨대, 승화 튜브(sublimation tube)이며, 여기서, 생산은 동시 분리가 이루어지는 승화를 통해서 수행된다.In an advantageous form of the invention, the reactor is an elongated vessel, such as a sublimation tube, wherein the production is carried out through sublimation with simultaneous separation.

풀러렌 유도체가 유기 반도체층에 사용되는 것이 바람직하다. 풀러렌 유도체는 유기 반도체층을 형성할 수 있다. It is preferable that a fullerene derivative is used for the organic semiconductor layer. The fullerene derivative may form an organic semiconductor layer.

유기 반도체층이 매트릭스로서의 유기 정공 수송 반도체 재료 및 p-도펀트로서의 풀러렌 유도체를 포함하는 도핑된 층임이 또한 본 발명과 일치된다. 증가된 전하 캐리어 밀도 및 효과적인 전하 캐리어 이동성을 지닌 도핑된 반도체 재료가 본 발명에 따른 방법을 수행함으로써 생성될 수 있다.It is also consistent with the present invention that the organic semiconductor layer is a doped layer comprising an organic hole transport semiconductor material as a matrix and a fullerene derivative as a p-dopant. Doped semiconductor materials with increased charge carrier density and effective charge carrier mobility can be produced by performing the method according to the present invention.

풀러렌 유도체는 유리하게는 유기 다이오드의 소자, 유기 광활성 소자, 특히, 태양 전지, 광검출기 또는 발광 다이오드일 수 있다. The fullerene derivative may advantageously be an element of an organic diode, an organic photoactive element, in particular a solar cell, photodetector or light emitting diode.

하나 이상의 유기 반도체층을 함유하는 소자는 유기 소자인 것으로 여겨진다. 그러한 목적을 위해서, 풀러렌 및 이들의 유도체가 또한 그러한 유기의 정의에 포함된다. 유기 반도체층은 또한 유기 분자, 소위 "소분자(small molecule)", 또는 유기 폴리머를 함유하며, 여기서, 단일층으로서 또는 다른 유기(예컨대, US2005 0110009호에 기재된 것들) 또는 무기 재료와의 혼합물로의 유기 분자 및 유기 폴리머는 반도체 또는 금속-유사 성질을 지닌다. 유기 발광 다이오드는 일반적으로 많은 상이한 유기 재료의 층들로 구성되는데, 그러한 층들중 하나 이상의 층(발광층)은 전압이 가해질 때에 광을 방출하도록 유도될 수 있는 전계발광 물질을 함유한다(Tang, US 4,769,292). 고도로 효율적인 OLED가, 예를 들어, US 7,074,500호에 기재되어 있다. 태양전지의 구성은 본 기술분야의 전문가에게는 공지되어 있다. 이와 관련하여, EP1861886호 및 EP1859494호를 참조할 수 있다. 특히 바람직한 소자는 문헌Walzer et al., Chem. Rev. 107, 1233 (2007)]에 기재된 바와 같은 도핑된 소자이다.Devices containing at least one organic semiconductor layer are considered to be organic devices. For that purpose, fullerenes and derivatives thereof are also included in the definition of such organics. The organic semiconductor layer also contains organic molecules, so-called "small molecules", or organic polymers, where they are incorporated as a single layer or in a mixture with other organic (eg, those described in US2005 0110009) or inorganic materials. Organic molecules and organic polymers have semiconductor or metal-like properties. Organic light emitting diodes generally consist of layers of many different organic materials, one or more of which (light emitting layers) contain an electroluminescent material that can be induced to emit light when voltage is applied (Tang, US 4,769,292). . Highly efficient OLEDs are described, for example, in US 7,074,500. The construction of solar cells is known to those skilled in the art. In this regard, reference may be made to EP1861886 and EP1859494. Particularly preferred devices are described in Walzer et al., Chem. Rev. 107, 1233 (2007).

풀러렌 유도체는 유리하게는 배터리의 일부, 바람직하게는 캐소드(cathode)를 구성한다[N. Liu, H. Touhara, F. Okino, S. Kawasaki, Y. Nakacho, J. Electrochem. Soc . 143, 2267 (1996)].Fullerene derivatives advantageously constitute part of the battery, preferably the cathode [N. Liu, H. Touhara, F. Okino, S. Kawasaki, Y. Nakacho, J. Electrochem. Soc . 143 , 2267 (1996).

도 1은 밀리몰 규모의 C60F36을 생산하는 장치의 개략도이다.
도 2는 반응 생성물의 질량분광분석을 나타내는 도면이다.
도 3은 p-도펀트 C60F36의 분자 구조, 및 p-도펀트 F4-TCNQ와 MeO-TPD의 구조의 ORTEP 표현이다.
도 4는 UPS 및 XPS를 사용한 p-도펀트 F4-TCNQ 및 C60F36의 오염 거동의 측정을 나타내는 도면이다.
도 5는 BF-DPB의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 F4-TCNQ 또는 C60F36을 함유하는 정공 수송층의 열적 안정성을 나타내는 도면이다.
도 7은 OLED의 층 구성 및 조성, 및 Bphen, 스피로-TAD(Spiro-TAD), α-NPD 및 Ir(MDQ)2acac의 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 OLED들의 전계발광 스펙트럼의 비교를 나타내는 도면이다.
도 9는 OLED들 둘 모두의 특징적 I(V) 곡선 및 휘도를 비교하는 도면이다.
도 10은 OLED들의 에너지 생산량 및 외부 양자 효율을 비교하는 도면이다.
도 11은 유기 태양전지의 층 구성 및 조성, 및 ZnPc의 구조를 나타내는 도면이다.
도 12는 태양 시뮬레이터(sun simulator)(AM1.5)에 의한 조명하에 및 암실에서 태양전기 둘 모두의 특징적 I(V) 곡선의 비교 및 모든 특징적 성능 파라미터를 나타내는 도면이다.
도 13은 시간적 노화 과정에서 특징적 파라미터들의 비교를 나타내는 도면이다.
1 is a schematic of an apparatus for producing millimolar C 60 F 36 .
2 is a diagram showing mass spectrometry of a reaction product.
3 is an ORTEP representation of the molecular structure of p-dopant C 60 F 36 and the structure of p-dopant F 4 -TCNQ and MeO-TPD.
4 shows the measurement of the contamination behavior of p-dopant F 4 -TCNQ and C 60 F 36 using UPS and XPS.
5 shows the structure of a BF-DPB.
6 is a diagram showing the thermal stability of the hole transport layer containing F 4 -TCNQ or C 60 F 36 .
FIG. 7 is a diagram showing the layer structure and composition of OLEDs and the structure of Bphen, Spiro-TAD, α-NPD, and Ir (MDQ) 2 acac.
8 shows a comparison of the electroluminescence spectra of OLEDs.
9 is a diagram comparing the characteristic I (V) curves and luminance of both OLEDs.
10 is a diagram comparing energy output and external quantum efficiency of OLEDs.
11 is a diagram showing the layer structure and composition of an organic solar cell and the structure of ZnPc.
FIG. 12 shows a comparison of characteristic I (V) curves and all characteristic performance parameters of solar electricity both under illumination by a sun simulator (AM1.5) and in the dark.
13 shows a comparison of characteristic parameters in a temporal aging process.

CC 6060 FF 3636 를 합성하기 위한 To synthesize 실시예Example

미량의 물과 산소를 MnF3 (ABCR, 98%)로부터 추출하고, 24 시간 이내에 10-3 mbar의 압력 및 200℃의 온도에서 합성을 위해서 사용하였다. 풀러렌 C60을 화학약품 공급자(예를 들어, American Dye Source)로부터 구매하고, 3회 승화(triple sublimation)에 의해서 정제하였다. 풀러렌 C60(1.00 g; 1.388 mmol) 및 MnF3 (5.59 g; 60.15 mmol)을 질소 대기하에 그라인딩 디쉬(grinding dish)에서 완전히 분쇄하였다. 니켈 분말 (6.6 g; 10%)을 니켈 도가니중의 혼합물에 첨가하고, 충전된 니켈 도가니를 도 1에 도시된 바와 같은 승화 장치에 넣었다. 승화 튜브를 4?10-4mbar의 압력하에 24 시간 동안 330℃의 온도로 가열하고, 그러한 시간 동안, 불소화된 반응 생성물을 황백색(yellowish-white) 고형물(0.76g)의 형태로 승화 튜브의 냉각기 부분상에 응축시켰다. 응축물이 적재된 고리를 추가의 승화 단계로 보내고, 그러한 승화 단계 마지막에 0.75g(0.534 mmol, 이론적인 수율의 38%)의 생성물을 분리하였다. 승화된 생성물의 나머지를 분석하기 분석하기 위해서, 샘플을 톨루엔에 완전히 용해시키고, 질량분석기에서 완전히 증발시켰다. 전체의 총 이온 전류(total ion current)를 측정하고, 도 2에 나타냈다. 샘플에 존재하는 모든 화합물의 세기에 대한 비율은 다음 조성에 대응한다: 84% C60F36, 14% C60F34 및 2% C60.Traces of water and oxygen were extracted from MnF 3 (ABCR, 98%) and used for synthesis at a pressure of 10 −3 mbar and a temperature of 200 ° C. within 24 hours. Fullerene C 60 was purchased from a chemical supplier (eg, American Dye Source) and purified by triple sublimation. Fullerene C 60 (1.00 g; 1.388 mmol) and MnF 3 (5.59 g; 60.15 mmol) were ground completely in a grinding dish under a nitrogen atmosphere. Nickel powder (6.6 g; 10%) was added to the mixture in the nickel crucible and the charged nickel crucible was placed in a sublimation apparatus as shown in FIG. The sublimation tube is heated to a temperature of 330 ° C. for 24 hours under a pressure of 4-10 −4 mbar, during which time the fluorinated reaction product is cooled in the form of a yellowish-white solid (0.76 g). Condensed on part. The ring loaded with condensate was sent to a further sublimation step and 0.75 g (0.534 mmol, 38% of theoretical yield) were separated at the end of that sublimation step. To analyze the remainder of the sublimated product, the sample was completely dissolved in toluene and evaporated completely in a mass spectrometer. The total total ion current was measured and shown in FIG. 2. The ratios for the intensities of all compounds present in the samples correspond to the following compositions: 84% C 60 F 36 , 14% C 60 F 34 and 2% C 60 .

공정 fair 실시예Example 1 One

F4-TCNQ와 비교한 도펀트 C60F36의 오염 거동의 수집. 이러한 수집의 목적은 도펀트 F4-TCNQ 및 C60F36의 휘발성을 시험하고, F4-TCNQ와는 달리, C60F36가 어떠한 챔버 오염을 나타내지 않는다는 증거를 제시하기 위한 것이다.Collection of contamination behavior of dopant C 60 F 36 compared to F 4 -TCNQ. The purpose of this collection is to test the volatility of the dopants F 4 -TCNQ and C 60 F 36 and to provide evidence that, unlike F 4 -TCNQ, C 60 F 36 does not show any chamber contamination.

도펀트 F4-TCNQ 및 C60F36의 휘발성은 x-레이 광전자 분광법(x-ray photoelectron spectroscopy (XPS))을 이용하여 불소 시그날을 참조로 비도핑된 MeO-TPD 층에서 시험되었다. 도 4는 10nm 두께의 고유 MeO-TPD 층 상에서 XPS 측정으로 얻은 1s 불소 코어 시그날들의 비교를 나타낸다. 이러한 층들은 도펀트를 함유하지 않거나 비가열된 공급원 내에 둘 중 하나를 함유하는 챔버에서 생성되었다. 689.5 eV의 결합 에너지에 대한 현저한 불소 시그날은 챔버에서 F4-TCNQ의 존재하에 기화가 진행된 층에서만 관찰 가능하다. 자외선 광전자 분광법(ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS))에서, 이러한 층은 또한 MeO-TPD의 최고점유분자궤도함수(highest occupied molecular orbital (HOMO))의 페르미 에너지(EB = 0 eV)에 대한 0.53 eV의 현저한 이동의 형태로 도핑 효과를 확인시키고 있다. 이러한 오염은, C60F36의 존재하에 기화가 진행된 샘플과는 대조적으로, F4-TCNQ 분자의 오염 전위를 입증하고 있다. C60F36를 함유하는 챔버로부터의 샘플에서, XPS에서 불소 시그날이 관찰되지 않았으며, UPS에서 HOMO 이동이 없었다. 즉, MeO-TPD 층의 오염이 관찰되지 않았다. F4-TCNQ에 비한 C60F36의 아주 낮은 휘발성은 정공 수송층을 가공하는 문제에서의 현저한 이점을 나타낸다.Volatilities of the dopants F 4 -TCNQ and C 60 F 36 were tested in undoped MeO-TPD layers using fluorine signals using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). 4 shows a comparison of 1s fluorine core signals obtained by XPS measurements on a 10 nm thick native MeO-TPD layer. These layers were produced in a chamber containing no dopant or containing either in a non-heated source. Significant fluorine signals for a binding energy of 689.5 eV can only be observed in the layer having evaporated in the presence of F 4 -TCNQ in the chamber. In ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), this layer also provides a significant 0.53 eV of Fermi energy (EB = 0 eV) of the highest occupied molecular orbital (HOMO) of MeO-TPD. The doping effect is confirmed in the form of movement. This contamination demonstrates the contamination potential of the F 4 -TCNQ molecule, in contrast to the sample which has evaporated in the presence of C 60 F 36 . In the sample from the chamber containing C 60 F 36 , no fluorine signal was observed in the XPS and there was no HOMO shift in the UPS. That is, no contamination of the MeO-TPD layer was observed. The very low volatility of C 60 F 36 over F 4 -TCNQ represents a significant advantage in the problem of processing the hole transport layer.

공정 fair 실시예Example 2 2

F4-TCNQ와 비교한 C60F36-도핑된 정공 수송층의 열적 안정성의 수집. 본 목적은 C60F36으로 도핑된 정공 수송층의 열적 안정성을 제시하고자 하는 것이다.Collection of thermal stability of C 60 F 36 -doped hole transport layer compared to F 4 -TCNQ. The purpose is to present the thermal stability of the hole transport layer doped with C 60 F 36 .

열적 안정성을 시험하기 위해서, 매트릭스 재료 N,N'-((디페닐-N,N'-비스)9,9-디메틸-플루오렌-2-일)-벤지딘 (BF-DPB)을 선택하였는데, 그 이유는 이의 높은 유리 전이 온도(TG=160℃)(US20020171358 A1) 때문이다. 따라서, TG 이하의 온도에 좌우되는 이의 전도성 거동은 도펀트에 기인한다. F4-TCNQ에 대한 26mol% 및 C60F36에 대한 21mol%의 비율에서, 두 층은 실온에서 3?10-6 S cm-1의 상당한 전도성을 나타낸다(도 6). 이러한 점에서, C60F36에 의한 낮은 도핑은 도펀트의 높은 도핑 효율의 증거이다. F4-TCNQ의 LUMO는, 에너지 면에서 대체적으로, UPS에 의해서 측정되는 바와 같이 BF-DPB의 HOMO 수준과 동일하기 때문에, 그러한 시스템에서의 생성되는 전하의 전달은 비효율적이다. 따라서, C60F36는 F4-TCNQ보다 더 강한 전자 친화성을 지니는 것으로 추측될 수 있다. 온도가 상승함에 따라서, 두 층의 전도성이 증가하고 F4-TCNQ 및 C60F36에 대한 265 meV 및 692 meV의 활성화 에너지는 최대까지 증가하며, 온도가 추가로 증가하면, 전도성이 붕괴된다. 낮은 안정성이 BF-DPB/F4-TCNQ 층에서 관찰되며, 전도성은 145℃에서 감쇄된다. BF-DPB/C60F36층에서는, 180℃까지 붕괴되지 않으며, 매트릭스 재료의 TG보다 더 높다. 따라서, 전도성의 감쇄는 C60F36 도펀트에 직접 기인하지 않는다. To test the thermal stability, the matrix material N, N '-((diphenyl-N, N'-bis) 9,9-dimethyl-fluoren-2-yl) -benzidine (BF-DPB) was chosen. The reason is because of its high glass transition temperature (T G = 160 ° C.) (US20020171358 A1). Thus, its conductive behavior, which depends on the temperature below T G , is due to the dopant. At a ratio of 26 mol% for F 4 -TCNQ and 21 mol% for C 60 F 36 , the two layers exhibit significant conductivity of 3˜10 −6 S cm −1 at room temperature (FIG. 6). In this regard, low doping by C 60 F 36 is evidence of the high doping efficiency of the dopant. Since the LUMO of F 4 -TCNQ is, in general, the same as the HOMO level of BF-DPB as measured by the UPS, the transfer of generated charges in such a system is inefficient. Thus, C 60 F 36 can be assumed to have stronger electron affinity than F 4 -TCNQ. As the temperature rises, the conductivity of the two layers increases and the activation energy of 265 meV and 692 meV for F 4 -TCNQ and C 60 F 36 increases to a maximum, and as the temperature further increases, the conductivity collapses. Low stability is observed in the BF-DPB / F 4 -TCNQ layer and conductivity is attenuated at 145 ° C. In the BF-DPB / C 60 F 36 layer, it does not collapse to 180 ° C. and is higher than the TG of the matrix material. Thus, the attenuation of conductivity is not directly attributable to the C 60 F 36 dopant.

공정 fair 실시예Example 3 3

F4-TCNQ와 비교한 OLED내의 C60F36-도핑된 정공 수송층의 사용에 대한 수집. 오랜지-레드 발광성을 지닌 인광성 p-i-n OLED를 소자에서의 도판트들을 비교하기 위해서 사용하였다.Collection for the use of C 60 F 36 -doped hole transport layers in OLEDs compared to F 4 -TCNQ. Phosphorescent pin OLEDs with orange-red luminescence were used to compare the dopants in the device.

생산된 소자의 층 구조가 도 7에 예시되어 있다. 유기층은 90 nm 두께의 인듐-주석 옥사이드(ITO) 애노드와 100nm 두께의 은(silver) 피복형 접촉부 사이의 유리 기재상에 위치된다. 1중량%의 F4-TCNQ 또는 8중량%의 C60F36로 도핑된 60nm 두께의 MeO-TPD 층이 정공 수송층(HTL)로서 작용하며, 이에 의해서 약 2?10-5 S cm-1의 전도성이 달성된다. 65 nm의 세슘-도핑된 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(BPhen)이 전자 수송층(ETL)으로 작용하며, 유사한 전도성을 제공한다. 발광층(EML)에 주입된 전자를 축적시키기 위해서, 2,2',7,7'-테트라키스-(N,N-디페닐아미노)-9,9'-스피로바이플루오렌(Spiro-TAD) 및 BPhen의 10nm 두께의 전자 및 정공 차단층들(EBL, HBL)이 EML의 측면 중 한 측면 상에 포함된다. 20 nm 두께의 EML은 10중량%의 트리플렛 이미터(triplet emitter) 이리듐(III)비스(2-메틸디벤조-[f,h]퀴녹살린)아세틸아세톤 (Ir(MDQ)2(acac))으로 도핑된 N,N'-디(나프탈렌-2-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (α-NPD)으로 이루어진다. 도 8에 도시된 바와 같이, OLED들 둘 모두는 동일한 전계발광 스펙트럼을 나타내며, 이는 C60F36의 의존적 흡수를 방지한다. 두 비교 소자의 전류-전압 곡선은 유사하지만(도 9), C60F36-도펀트에 의한 특징적 곡선 I(V)은 가파라서, 정공 주입이 동일한 층 전도성에 대해서 우수함을 나타낸다. 더 많은 정공 주입은 전하 캐리어 밀도를 증가시키고, EML중의 전하 캐리어 밸런스를 이동시켜 C60F36 OLED의 더 큰 효율을 유도한다(도 10).The layer structure of the device produced is illustrated in FIG. 7. The organic layer is located on a glass substrate between a 90 nm thick indium-tin oxide (ITO) anode and a 100 nm thick silver coated contact. 1% by weight of F 4 -TCNQ or a 60nm thick doped with 8% of C 60 F 36 weight MeO-TPD layer serving as a hole transport layer (HTL), and carries approximately 2? 10 -5 S cm -1 by Conductivity is achieved. Cesium-doped 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen) at 65 nm acts as an electron transport layer (ETL), providing similar conductivity. 2,2 ', 7,7'-tetrakis- (N, N-diphenylamino) -9,9'-spirobifluorene (Spiro-TAD) to accumulate electrons injected into the light emitting layer (EML) And 10 nm thick electron and hole blocking layers (EBL, HBL) of BPhen are included on one of the sides of the EML. 20 nm thick EML was prepared with 10% by weight of triplet emitter iridium (III) bis (2-methyldibenzo- [f, h] quinoxaline) acetylacetone (Ir (MDQ) 2 (acac)). Doped N, N'-di (naphthalen-2-yl) -N, N'-diphenyl-benzidine (α-NPD). As shown in FIG. 8, both OLEDs exhibit the same electroluminescence spectrum, which prevents dependent absorption of C 60 F 36 . The current-voltage curves of the two comparative elements are similar (FIG. 9), but the characteristic curve I (V) by C 60 F 36 -dopant is steep, indicating that the hole injection is excellent for the same layer conductivity. More hole injection increases the charge carrier density and shifts the charge carrier balance in the EML, leading to greater efficiency of the C 60 F 36 OLED (FIG. 10).

공정 fair 실시예Example 4 4

F4-TCNQ와 비교한 유기 태양 전지중의 C60F36 도핑된 정공 수송층의 사용에 대한 수집. 그와 같이 얻은 소자의 사용 수명 측정은 도너-억셉터-업소버 페어(donor-acceptor-absorber pair)로서의 아연 프탈로시아닌(ZnPc) 및 C60의 하이브리드 층들을 사용한 소자의 안정성을 나타내고 있다.Collection for use of C 60 F 36 doped hole transport layer in organic solar cells compared to F 4 -TCNQ. The service life measurement of the device thus obtained shows the stability of the device using hybrid layers of zinc phthalocyanine (ZnPc) and C 60 as donor-acceptor-absorber pair.

그와 같이 생산된 소자의 층 구조가 도 11에 도시되어 있다. 2중량%의 F4-TCNQ 또는 8중량%의 C60F36로 도핑된 60nm 두께의 MeO-TPD 층이 정공 수송층(HTL)로서 작용한다. C60 및 ZnPc (1:1)의 30nm 하이브리드 층이 업소버 층으로서 작용하며, 이는 30nm 두께의 고유한 C60 층에 인접된다. 전자 수송은 3중량%의 3,6-비스(디메틸아미노)아크리딘(AOB)로 도핑된 15nm 두께의 C60층에 의해서 이루어진다. 반사 캐소드가 100nm 두께의 알루미늄 층에 의해서 형성된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 두 태양 전지는 모든 파라미터에 대해서 비견되며 단지 최소의 차이만을 나타내고 있고, 이러한 차이는 측정불확도(measurement uncertainty)의 범위 내에 있다. 오픈 터미널 전압(open terminal voltage (V OC ))은 도핑 물질에 영향을 받지 않는다. C60F36로 의한 도핑은 아주 작은 직류 저항 감소를 유발시킨다.The layer structure of the device thus produced is shown in FIG. A 60 nm thick MeO-TPD layer doped with 2 wt% F 4 -TCNQ or 8 wt% C 60 F 36 serves as the hole transport layer (HTL). A 30 nm hybrid layer of C 60 and ZnPc (1: 1) acts as an absorber layer, adjacent to the unique C 60 layer 30 nm thick. Electron transport is accomplished by a 15 nm thick C 60 layer doped with 3% by weight of 3,6-bis (dimethylamino) acridine (AOB). The reflective cathode is formed by a 100 nm thick aluminum layer. As shown in FIG. 12, the two solar cells are comparable for all parameters and show only minimal differences, which are within the range of measurement uncertainty. Open terminal voltage ( V OC ) is not affected by the doping material. Doping with C 60 F 36 causes a very small DC resistance reduction.

태양전지를 50℃에서 및 500 mW cm-2의 출력을 지닌 화이트 LED로부터의 조명하에 노화시켰다. 도 13은 유기 태양전지의 내구성에서의 차이를 예시하고 있다. F4-TCNQ의 낮은 유리 전이 온도 때문에, 그러한 도펀트로 도핑된 태양전지는 100 시간 미만의 수명을 나타내어서, 그러한 재료가 시판용으로는 전혀 적합하지 않게 한다. 반면, C60F36를 함유하는 전지는 500 시간의 기간에 걸쳐서 일정한 전지 파라미터를 지닌다. 따라서, 이들 전지의 안정성은 F4-TCNQ를 함유하는 전지의 안정성보다 현저하게 높다.The solar cells were aged at 50 ° C. and under illumination from white LEDs with an output of 500 mW cm −2 . 13 illustrates the difference in durability of the organic solar cell. Because of the low glass transition temperature of F 4 -TCNQ, solar cells doped with such dopants have a lifetime of less than 100 hours, making such materials at all unsuitable for commercial use. In contrast, cells containing C 60 F 36 have constant cell parameters over a period of 500 hours. Thus, the stability of these batteries is significantly higher than that of batteries containing F 4 -TCNQ.

따라서, p-i-n OLED 및 유기 태양전지에서의 p-도펀트로서의 이의 사용과 관련하여, F4-TCNQ의 대체가 소자의 개선된 성능 및 소자의 더 높은 안정성과 연관된다는 결론에 이를 수 있다. 또한, C60F36 도펀트의 낮은 증기압은 챔버가 생산 공정 동안 오염되지 않음을 의미한다.Thus, with regard to its use as p-dopants in pin OLEDs and organic solar cells, it can be concluded that the replacement of F 4 -TCNQ is associated with improved performance of the device and higher stability of the device. In addition, the low vapor pressure of the C 60 F 36 dopant means that the chamber is not contaminated during the production process.

Claims (12)

풀러렌(fullerene)이 반응기 내에서 하나 이상의 할로겐 원자와 반응되는, 풀러렌 유도체를 생산하는 방법으로서, 하나 이상의 추가의 화학적 원소가 반응기에 첨가됨을 특징으로 하는, 풀러렌 유도체를 생산하는 방법.A method for producing a fullerene derivative wherein fullerene is reacted with one or more halogen atoms in a reactor, characterized in that one or more additional chemical elements are added to the reactor. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 할로겐 원자가 F, Cl, 또는 Br로부터 선택됨을 특징으로 하는, 풀러렌 유도체를 생산하는 방법.The method of claim 1, wherein at least one halogen atom is selected from F, Cl, or Br. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 풀러렌이 화학식 Cm을 지닌 구형의 탄소 클러스터(spherical carbon cluster)이고, m이 36, 60, 70, 76, 78, 80, 82, 84 또는 그러한 구형 분자를 형성시키기에 적합한 어떠한 다른 자연수로부터 선택됨을 특징으로 하는, 풀러렌 유도체를 생산하는 방법.3. The method of claim 1, wherein fullerene is a spherical carbon cluster having the formula C m and m is 36, 60, 70, 76, 78, 80, 82, 84 or such spherical molecules. A method for producing a fullerene derivative, characterized in that it is selected from any other natural water suitable for forming. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 할로겐 원자가 하나 이상의 염 또는 염 혼합물의 형태로 사용되고, 염이 금속 이온을 함유하며, 금속 이온이 Cr, Mn, Ru, Mo, Fe, W, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Tl, Sn, Sb, Te, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 또는 Lu로부터 선택됨을 특징으로 하는, 풀러렌 유도체를 생산하는 방법.The method of claim 1, wherein the halogen atoms are used in the form of one or more salts or salt mixtures, the salts contain metal ions, the metal ions being Cr, Mn, Ru, Mo, Fe, W, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Tl, Sn, Sb, Te, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, A process for producing a fullerene derivative, characterized in that it is selected from Er, Tm, Yb, or Lu. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 추가의 화학적 원소가 Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 또는 어떠한 크기의 와이어, 턴닝(turning) 또는 분말의 형태의 이들 원소들의 혼합물일 수 있음을 특징으로 하는, 풀러렌 유도체를 생산하는 방법.The method of claim 1, wherein the one or more additional chemical elements are Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh. , Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, Te, La, Ce, Pr, Nd , Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, or a fullerene derivative, characterized in that it may be a mixture of these elements in the form of wire, turning or powder of any size. How to produce. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 화학적 원소가 니켈임을 특징으로 하는, 풀러렌 유도체를 생산하는 방법.6. The method of claim 1, wherein the further chemical element is nickel. 7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 생산이 승화를 통한 동시의 분리와 함께 수행됨을 특징으로 하는, 풀러렌 유도체를 생산하는 방법.7. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the production is carried out with simultaneous separation through sublimation. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해서 생산된 재료가 함유됨을 특징으로 하는, 유기 반도체층.An organic semiconductor layer, characterized by containing a material produced by the method according to any one of claims 1 to 7. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해서 생산된 풀러렌 유도체 및 유기 정공 수송 반도체 재료가 함유됨을 특징으로 하는, 도핑된 유기 반도체층.A doped organic semiconductor layer, characterized in that it contains a fullerene derivative and an organic hole transport semiconductor material produced by the method according to any one of claims 1 to 7. 제 9항에 있어서, 풀러렌 유도체가 유기 정공 수송 반도체 재료에 대한 p-도펀트임을 특징으로 하는, 도핑된 유기 반도체층.10. The doped organic semiconductor layer of claim 9, wherein the fullerene derivative is a p-dopant for an organic hole transport semiconductor material. 하나 이상의 층이 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따라서 생산된 풀러렌 유도체를 함유하는, 다층 구조를 지닌 유기 다이오드, 유기 광활성 소자, 특히, 태양전지, 광검출기(photodetector) 또는 발광 다이오드.An organic diode, organic photoactive device, in particular a solar cell, a photodetector or a light emitting diode, having a multilayer structure, wherein at least one layer contains a fullerene derivative produced according to any one of claims 1 to 10. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라서 생산된 풀러렌 유도체를 함유하는 배터리.
A battery containing a fullerene derivative produced according to the method according to any one of claims 1 to 7.
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