KR20210069130A - Visibly transparent, near-infrared-absorbing and ultraviolet-absorbing photovoltaic devices - Google Patents

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리샤 판디
매튜 쥬로우
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Abstract

가시적으로 투명한 광전지 장치, 예를 들면, 가시 광선에 대해 투명하지만 근적외선 광 및/또는 자외선 광을 흡수하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치가 개시된다. 광전지 장치는 투명한 전극 및 근적외선 또는 자외선을 흡수하는 가시적으로 투명한 광활성 화합물, 광학 재료, 및/또는 완충 재료를 사용한다.Visually transparent photovoltaic devices are disclosed, such as visually transparent photovoltaic devices that are transparent to visible light but absorb near infrared and/or ultraviolet light. Photovoltaic devices use transparent electrodes and visually transparent photoactive compounds, optical materials, and/or buffer materials that absorb near infrared or ultraviolet light.

Description

가시적으로 투명한, 근적외선-흡수 및 자외선-흡수 광전지 장치{VISIBLY TRANSPARENT, NEAR-INFRARED-ABSORBING AND ULTRAVIOLET-ABSORBING PHOTOVOLTAIC DEVICES}VISIBLY TRANSPARENT, NEAR-INFRARED-ABSORBING AND ULTRAVIOLET-ABSORBING PHOTOVOLTAIC DEVICES

관련 출원에 대한 교차 참조CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

본 출원은 2017년 6월 16일자로 출원된 미국 가특허원 제62/521,154호, 2017년 6월 16일자로 출원된 미국 가특허원 제62/521,158호, 2017년 6월 16일자로 출원된 미국 가특허원 제62/521,160호, 2017년 6월 16일자로 출원된 미국 가특허원 제62/521,211호, 2017년 6월 16일자로 출원된 미국 가특허원 제62/521,214호, 및 2017년 6월 16일자로 출원된 미국 가특허원 제62/521,224호의 이익을 청구하며, 이들 각각은 이의 전문이 참고로 본원에 포함된다.This application was filed on June 16, 2017 in U.S. Provisional Patent Application No. 62/521,154, filed on June 16, 2017 in U.S. Provisional Patent Application No. 62/521,158, filed on June 16, 2017 U.S. Provisional Patent Application No. 62/521,160, U.S. Provisional Patent Application No. 62/521,211, filed June 16, 2017, U.S. Provisional Patent Application No. 62/521,214, filed June 16, 2017, and 2017 It claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62/521,224, filed on June 16, , each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

기술분야technical field

본 출원은 일반적으로 광학적으로 활성인 재료 및 장치, 보다 구체적으로는, 가시적으로 투명한 광전지 장치 및 가시적으로 투명한 광전지 장치용 재료에 관한 것이다.BACKGROUND This application relates generally to optically active materials and devices, and more particularly, to visually transparent photovoltaic devices and materials for visually transparent photovoltaic devices.

태양 에너지의 장점을 취하는데 필수적인 표면적은 비-재생가능한 에너지 소비의 유의적인 부위를 상쇄하는데 있어서 장애물로 남아있다. 이러한 이유로, 가정집, 고층건물, 및 자동차의 창문 팬(window pane) 위에 통합될 수 있는 저-비용의, 투명한, 유기 광전지(OPV) 장치가 요구되고 있다. 예를 들면, 자동차 및 건축물에 이용되는 창유리(window glass)는 가시 스펙트럼, 예컨대, 약 450 내지 650 나노미터(nm)의 파장을 지닌 광에 대해 전형적으로 각각 70 내지 80% 및 55 내지 90% 투과성이다. 무기 반도체의 제한된 기계적 가요성(mechanical flexibility), 고 모듈 비용(high module cost) 및, 보다 중요하게는 밴드-형 흡수(band-like adsorption)는 투명한 태양광 전지에 대한 이들의 잠재적인 용도를 제한한다.The surface area necessary to take advantage of solar energy remains an obstacle in offsetting a significant portion of non-renewable energy consumption. For this reason, there is a need for low-cost, transparent, organic photovoltaic (OPV) devices that can be integrated over the window panes of homes, skyscrapers, and automobiles. For example, window glass used in automobiles and buildings is typically 70 to 80% and 55 to 90% transparent, respectively, for light having a wavelength in the visible spectrum, such as about 450 to 650 nanometers (nm). to be. The limited mechanical flexibility, high module cost, and, more importantly, band-like adsorption of inorganic semiconductors limit their potential use for transparent solar cells. do.

대조적으로, 유기 및 분자 반도체의 광학 특성은 이들의 무기 대응부의 밴드 흡수로부터 유일하게 구별되는 최대 및 최소의 흡수로 고도로 구조화된 흡수 스펙트럼을 생성한다.In contrast, the optical properties of organic and molecular semiconductors produce highly structured absorption spectra with absorption maxima and minima that are uniquely distinct from the band absorption of their inorganic counterparts.

그러나, 다양한 유기 및 분자 반도체가 존재하지만, 이들 중 많은 것이 가시 스펙트럼에서 강력한 흡수를 나타내므로 창유리-기반의 광전지에서 사용하기에는 최적이 아니다.However, while a variety of organic and molecular semiconductors exist, many of them exhibit strong absorption in the visible spectrum and are therefore not optimal for use in window glass-based photovoltaic cells.

본원에는 가시적으로 투명한 광전지 장치와 관련된 재료, 방법, 및 시스템이 기술되어 있다. 보다 특히, 본 상세한 설명은 붕소-디피로메텐-계 화합물, 근적외선 흡수 광활성 화합물, 근적외선 공여체 수용체(근-IR DA) 분자, 금속 디티올레이트 화합물, 자외선 전자 수용체 분자(UV 수용체), 가시적으로 투명한 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물, 가시적으로 투명한 테트라시아노 인다센 화합물, 가시적으로 투명한 카바졸 티아포르피린 화합물, 가시적으로 투명한 디티오펜 스쿠아린 화합물, 프탈로시아닌 화합물, 프탈로시아닌 유도체 화합물, 및 구조적으로 관련된 화합물, 및 가시적으로 투명한 광전지 장치의 광활성 물질로서 재료, 분자, 및 화합물을 혼입시키는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 발명의 구현예는 가시적으로 투명한 광전지 장치에 유용한, 유기 반도체 재료를 포함하는, 투명한 광활성 재료를 제공한다. 본 발명은 광전지 및 전자공학에서 다양한 적용에 적용가능하다.At the headquarters Materials, methods, and systems related to visually transparent photovoltaic devices are described. More particularly, the present specification relates to boron-dipyrromethene-based compounds, near-infrared absorbing photoactive compounds, near-infrared donor acceptor (near-IR DA) molecules, metal dithiolate compounds, ultraviolet electron acceptor molecules (UV acceptors), visually transparent tetracyano quinoidal thiophene compounds, visually transparent tetracyano indacene compounds, visually transparent carbazole thiaporphyrin compounds, visually transparent dithiophene squarine compounds, phthalocyanine compounds, phthalocyanine derivative compounds, and structurally related compounds; and methods and systems for incorporating materials, molecules, and compounds as photoactive materials for visually transparent photovoltaic devices. Embodiments of the present invention provide transparent photoactive materials, including organic semiconductor materials, useful in visually transparent photovoltaic devices. The present invention is applicable to various applications in photovoltaic cells and electronics.

투명한 광전지 장치를 위한 재료, 방법, 및 시스템, 예를 들면, 가시 광에는 투명하지만 근적외선 광 및/또는 자외선 광은 흡수하는 재료, 방법, 및 시스템이 개시되어 있다. 광전지 장치는 투명한 전극 및 가시적으로 투명한 붕소-디피로메텐(BODIPY)-계 화합물, 근적외선 공여체 수용체(근-IR DA) 분자, 금속 디티올레이트 화합물, 자외선 전자 수용체 분자(UV 수용체), 가시적으로 투명한 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물, 가시적으로 투명한 테트라시아노 인다센 화합물, 가시적으로 투명한 카바졸 티아포르피린 화합물, 가시적으로 투명한 디티오펜 스쿠아린 화합물, 프탈로시아닌 화합물, 프탈로시아닌 유도체 화합물, 또는 구조적으로 관련된 화합물을 사용하며, 이러한 화합물은 예를 들면, 광활성 재료, 완충제 재료, 및/또는 광학 층으로서 유용할 수 있다. 일부 구현예에서, 개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 최대 근적외선 흡수 강도 및 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내며, 여기서 최대 근적외선 흡수 강도는 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 크다.Materials, methods, and systems for transparent photovoltaic devices are disclosed, such as materials, methods, and systems that are transparent to visible light but absorb near-infrared light and/or ultraviolet light. Photovoltaic devices include transparent electrodes and visually transparent boron-dipyrromethene (BODIPY)-based compounds, near-infrared donor acceptor (near-IR DA) molecules, metal dithiolate compounds, ultraviolet electron acceptor molecules (UV acceptors), visually transparent A tetracyano quinoidal thiophene compound, a visibly transparent tetracyano indacene compound, a visibly transparent carbazole thiaporphyrin compound, a visibly transparent dithiophene squarine compound, a phthalocyanine compound, a phthalocyanine derivative compound, or a structurally related compound and such compounds may be useful, for example, as photoactive materials, buffer materials, and/or optical layers. In some embodiments, the disclosed visually transparent photoactive compounds exhibit a maximum near infrared absorption intensity and a maximum visible light absorption intensity, wherein the maximum near infrared absorption intensity is greater than the maximum visible light absorption intensity.

통상의 기술에 비한 다수의 이점이 본 발명의 방식에 의해 달성된다. 예를 들면, 본 발명의 구현예는 가시 광에 대해 투명하면서 광전지 전력 생성을 위해 근적외선 및/또는 자외선 조사를 흡수하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 유리하게는, 이러한 광학 특성은 유용한 가시 광을 여전히 통과시켜 관찰자가 광전지 장치를 통해 관찰가능하게 하면서, 입사하는 태양 방사선으로부터 광전기 장치 내에서 전기를 생성하는 능력을 제공한다.A number of advantages over conventional techniques are achieved by the method of the present invention. For example, embodiments of the present invention provide methods and systems for absorbing near infrared and/or ultraviolet radiation for photovoltaic power generation while being transparent to visible light. Advantageously, this optical property provides the ability to generate electricity within the optoelectronic device from incident solar radiation while still allowing useful visible light to pass through, making it observable by an observer through the photovoltaic device.

또한, 본원에 기술된 광활성 화합물은 광의 흡수를 통해 전자-정공 쌍(전자-hole pair)의 생성 및 분리를 위해 적합한 전자 공여체 및/또는 전자 수용체를 제공함으로써 외부회로에 DC 전압 또는 전류를 제공한다. 유리하게는, 개시된 광활성 화합물은 근적외선(NIR) 대역내, 예를 들면, 약 650 nm 내지 약 1400 nm에서 보다 큰 흡수 강도를 나타내면서, 가시 광에 대해 투명하거나 가시 대역내, 예를 들면, 약 450 내지 약 650 nm에서 비교적 소량의 광 만을 흡수하는 것들이다. 일부 구현예에서, 개시된 광활성 화합물은 NIR 대역내에서 피크 흡수를 나타낸다. 일부 구현예에서, 개시된 광활성 화합물은 NIR 대역내에서의 강도 미만의 강도를 갖는 가시 대역내 흡수를 나타낸다. 일부 구현예에서, 개시된 광활성 화합물은 UV 대역내에서 피크 흡수를 나타낸다. 일부 구현예에서, 개시된 광활성 화합물은 UV 대역내에서의 강도 미만의 강도를 갖는 가시 대역내 흡수를 나타낸다.In addition, the photoactive compounds described herein provide a DC voltage or current to an external circuit by providing suitable electron donors and/or electron acceptors for the generation and dissociation of electron-hole pairs through absorption of light. . Advantageously, the disclosed photoactive compounds exhibit greater absorption intensities in the near infrared (NIR) band, for example from about 650 nm to about 1400 nm, while being transparent to visible light or in the visible band, for example about 450 nm. those that absorb only a relatively small amount of light from to about 650 nm. In some embodiments, the disclosed photoactive compounds exhibit peak absorption within the NIR band. In some embodiments, the disclosed photoactive compounds exhibit absorption in the visible band with an intensity less than the intensity in the NIR band. In some embodiments, the disclosed photoactive compounds exhibit peak absorption within the UV band. In some embodiments, the disclosed photoactive compounds exhibit absorption in the visible band with an intensity less than the intensity in the UV band.

개시된 광활성 화합물은 가시적으로 투명한 광전지 장치의 제작 및 성능을 위한 장점을 제공하는 재료 특성을 또한 나타낸다. 예를 들면, 본원에 기술된 광활성 화합물을 포함하는 장치는 광활성 화합물을 용액-기반 적용 기술보다는 진공 증착 기술을 사용하여 기판에 적용하는 기술을 사용하여 제작할 수 있다. 진공 증착 기술의 사용은 유리하게는 고 순도 광활성 층을 생성함으로써, 장치 효율 및 성능을 개선시키며 제작 복잡성을 감소시킨다. 예를 들면, 투명한 광전지 장치는 개시된 광활성 화합물을 진공 열 증착 기술의 방법으로 활성 재료 층으로 도입함으로써, 용액 기반 광활성 재료 적용 단계의 사용 및 관련된 폐 생성물 취급 및 폐기를 제거할 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, 개시된 광활성 화합물은 증발 및/또는 승화 기술로 정제할 수 있다. 증발 및/또는 승화에 의한 정제는 고 순도 광활성 재료 및 화합물을 생성하는데 유용할 수 있으며, 이는 궁극적으로 개선된 투명한 광전지 장치 생산 및 성능을 가능하게 한다.The disclosed photoactive compounds also exhibit material properties that provide advantages for the fabrication and performance of visually transparent photovoltaic devices. For example, a device comprising a photoactive compound described herein may be fabricated using a technique in which the photoactive compound is applied to a substrate using a vacuum deposition technique rather than a solution-based application technique. The use of vacuum deposition techniques advantageously produces high purity photoactive layers, thereby improving device efficiency and performance and reducing fabrication complexity. For example, transparent photovoltaic devices can eliminate the use of solution-based photoactive material application steps and associated waste product handling and disposal by introducing the disclosed photoactive compounds into the active material layer by the method of vacuum thermal evaporation techniques. In addition, in some embodiments, the disclosed photoactive compounds can be purified by evaporation and/or sublimation techniques. Purification by evaporation and/or sublimation can be useful for producing high purity photoactive materials and compounds, which ultimately enables improved transparent photovoltaic device production and performance.

가시적으로 투명한 광전지 장치는 가시적으로 투명한 기판; 가시적으로 투명한 기판에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 전극; 상기 제1의 가시적으로 투명한 전극 위의 제2의 가시적으로 투명한 전극; 제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제1의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층은 가시적으로 투명한 광활성 화합물, 예를 들면, 본원에 기술된 임의의 가시적으로 투명한 광활성 화합물, 예를 들면, 제1의 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도, 예를 들면, 제1의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 제1의 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도를 나타내는 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 포함하는 제1의 가시적으로 투명한 활성층; 및 제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이에 존재하고 근적외선 또는 자외선 내에 제2의 최대 흡수 강도 및 제2의 최대 가시광선 흡수 강도, 예를 들면, 제2의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 제2의 최대 흡수 강도를 나타내는 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층을 포함할 수 있다. 임의로, 가시적으로 투명한 광전지 장치는 제1의 가시적으로 투명한 전극과 제1의 가시적으로 투명한 활성 층 사이에 배치된 제1 완충 층을 추가로 포함할 수 있다. 임의로, 가시적으로 투명한 광전지 장치는 제2의 가시적으로 투명한 활성 층과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이에 배치된 제2 완충 층을 추가로 포함할 수 있다.A visually transparent photovoltaic device comprises: a visually transparent substrate; a first visually transparent electrode coupled to the visually transparent substrate; a second visually transparent electrode over the first visually transparent electrode; A first visually transparent active layer between a first visually transparent electrode and a second visually transparent electrode, wherein the first visually transparent photoactive layer is a visually transparent photoactive compound, such as described herein. any visually transparent photoactive compound comprising a first maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity and a first maximum visible light absorption intensity, such as a first greater than the first maximum visible light absorption intensity. a first visually transparent active layer comprising a visually transparent photoactive compound exhibiting a maximum near-infrared or ultraviolet absorption intensity; and a second maximum absorption intensity in the near infrared or ultraviolet and a second maximum visible light absorption intensity between the first and second visually transparent electrodes, such as a second maximum visible light. and a second visually transparent photoactive layer exhibiting a second maximum absorption intensity greater than the absorption intensity. Optionally, the visually transparent photovoltaic device can further comprise a first buffer layer disposed between the first visually transparent electrode and the first visually transparent active layer. Optionally, the visually transparent photovoltaic device can further comprise a second buffer layer disposed between the second visually transparent active layer and the second visually transparent electrode.

임의로, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층은 제1의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된다. 임의로, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층은 제2의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된다. 임의로, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 제1의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된다. 임의로, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 제2의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된다. 본원에 사용된 바와 같이, 커플링되는 2개의 대상 또는 층은 2개의 대상 또는 층이 직접 커플링되거나(즉, 물리적 접촉으로) 이들 사이에 하나 이상의 추가의 대상 또는 층을 지니는 것과 같이, 간접적으로 커플링된 상태를 지칭한다. 대상 또는 층의 커플링은 대상 또는 층이 단일의 전체 구조 또는 장치의 부분임을 나타낼 수 있다.Optionally, the first visually transparent photoactive layer is coupled to the first visually transparent electrode. Optionally, the first visually transparent photoactive layer is coupled to the second visually transparent electrode. Optionally, a second visually transparent photoactive layer is coupled to the first visually transparent electrode. Optionally, the second visually transparent photoactive layer is coupled to the second visually transparent electrode. As used herein, two objects or layers that are coupled are indirectly, such as two objects or layers are directly coupled (ie, in physical contact) or have one or more additional objects or layers therebetween. It refers to a coupled state. Coupling of an object or layer may indicate that the object or layer is part of a single overall structure or device.

임의로, 광활성 화합물은 전자 수용체 재료로서 작용한다. 일부 구현예에서, 광활성 화합물이 전자 수용체 재료로서 작용하는 경우, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 전자 공여체 재료를 포함할 수 있다. 임의로, 광활성 화합물은 전자 공여체 재료로서 작용한다. 구현예에서, 광활성 화합물이 전자 공여체 재료로서 작용하는 경우, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 전자 수용체 재료를 포함할 수 있다.Optionally, the photoactive compound acts as an electron acceptor material. In some embodiments, when the photoactive compound acts as an electron acceptor material, the second visually transparent photoactive layer may comprise an electron donor material. Optionally, the photoactive compound acts as an electron donor material. In an embodiment, where the photoactive compound acts as an electron donor material, the second visually transparent photoactive layer may comprise an electron acceptor material.

다양한 구성이 광활성 층에 대해 고려된다. 예를 들면, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 각각 독립적으로 두께가 1 nm 내지 300 nm, 예를 들면, 약 5 nm, 10 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm, 35 nm, 40 nm, 45 nm, 50 nm, 55 nm, 60 nm, 65 nm, 70 nm, 75 nm, 80 nm, 85 nm, 90 nm, 95 nm, 100 nm, 105 nm, 110 nm, 115 nm, 120 nm, 125 nm, 130 nm, 135 nm, 140 nm, 145 nm, 150 nm, 155 nm, 160 nm, 165 nm, 170 nm, 175 nm, 180 nm, 185 nm, 190 nm, 195 nm, 200 nm, 205 nm, 210 nm, 215 nm, 220 nm, 225 nm, 230 nm, 235 nm, 240 nm, 245 nm, 250 nm, 255 nm, 260 nm, 265 nm, 270 nm, 275 nm, 280 nm, 285 nm, 290 nm, 295 nm, 또는 300 nm일 수 있다. 임의로, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 별도의, 혼합된, 또는 부분 혼합된 층에 상응한다. Various configurations are contemplated for the photoactive layer. For example, the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer each independently have a thickness of 1 nm to 300 nm, such as about 5 nm, 10 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm, 35 nm, 40 nm, 45 nm, 50 nm, 55 nm, 60 nm, 65 nm, 70 nm, 75 nm, 80 nm, 85 nm, 90 nm, 95 nm, 100 nm, 105 nm , 110 nm, 115 nm, 120 nm, 125 nm, 130 nm, 135 nm, 140 nm, 145 nm, 150 nm, 155 nm, 160 nm, 165 nm, 170 nm, 175 nm, 180 nm, 185 nm, 190 nm, 195 nm, 200 nm, 205 nm, 210 nm, 215 nm, 220 nm, 225 nm, 230 nm, 235 nm, 240 nm, 245 nm, 250 nm, 255 nm, 260 nm, 265 nm, 270 nm, 275 nm, 280 nm, 285 nm, 290 nm, 295 nm, or 300 nm. Optionally, the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer correspond to separate, mixed, or partially mixed layers.

다양한 화합물이 기술된 가시적으로 투명한 광전지 장치 내에서 광활성 화합물로서 유용하다. 예를 들면, 광활성 화합물은 근적외선 내에서 피크 흡수를 임의로 나타낼 수 있다. 임의로, 광활성 화합물은 자외선 내에서 피크 흡수를 나타낼 수 있다.A variety of compounds are useful as photoactive compounds in the optically transparent photovoltaic devices described. For example, the photoactive compound may optionally exhibit peak absorption in the near infrared. Optionally, the photoactive compound may exhibit peak absorption in ultraviolet light.

본원에 기술되고 가시적으로 투명한 광전지 장치내 광활성 층으로 유용한 예시적인 광활성 화합물의 예는 붕소-디피로메텐-계 광활성 화합물, 예를 들면, 이불화붕소 모이어티(모이어티), 예를 들면, 플루오로 붕소 디피로메텐 모이어티, 플루오로 붕소 아자디피로메텐 모이어티, 및 플루오로 디아자보롤로 및 관련된 코어 구조를 포함하는 것들을 포함한다. 본원에 기술된 붕소-디피로메텐-계 광활성 화합물의 다른 예는 이산화붕소 모이어티를 포함하는 것들을 포함하며, 이는 일반적으로 산소 치환된 이불화붕소 모이어티를 포함하는 화합물에 상응할 수 있다. 일부 예에서, 본원에 제공된 광활성 화합물은 화학식

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, 또는
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를 갖는다. 구현예에서, 각각의 A1은 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다. 구현예에서, 각각의 A2는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다. 구현예에서, 각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R이다. 구현예에서, 각각의 L 그룹은 독립적으로 단일 결합이거나 치환되거나 비치환된 알킬렌 그룹, 치환되거나 비치환된 아릴렌 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 헤테로아릴렌 그룹으로부터 선택된 2가 연결 그룹이다. 구현예에서, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다.Examples of exemplary photoactive compounds described herein and useful as photoactive layers in visually transparent photovoltaic devices include boron-dipyrromethene-based photoactive compounds, such as boron difluoride moieties (moieties), such as fluorine fluoro boron dipyrromethene moieties, fluoro boron azadipyrromethene moieties, and fluoro diazaborolo and related core structures. Other examples of boron-dipyrromethene-based photoactive compounds described herein include those comprising a boron dioxide moiety, which may generally correspond to a compound comprising an oxygen substituted boron difluoride moiety. In some instances, the photoactive compounds provided herein are of the formula
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Figure pat00002
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Figure pat00003
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Figure pat00004
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Figure pat00005
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Figure pat00006
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Figure pat00009
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Figure pat00010
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Figure pat00011
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Figure pat00012
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Figure pat00013
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Figure pat00014
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Figure pat00015
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, or
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has In an embodiment, each A 1 is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents. In an embodiment, each A2 is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents. In embodiments, each X is independently S, N, or C-R. In embodiments, each L group is independently a single bond or a divalent linking group selected from a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group. In embodiments, each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted a heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group.

다음 화학식을 갖는 가시적으로 투명한 광활성 화합물:A visually clear photoactive compound having the formula:

Figure pat00019
Figure pat00019

은 다음 화학식으로 추가로 특성화될 수 있다:can be further characterized by the formula:

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,
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,
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,
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,
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, 또는
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. 앞서 언급한 화학식의 화합물은 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 보다 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
,
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
,
Figure pat00032
, or
Figure pat00033
. It will be appreciated that the compound of the above-mentioned formula may exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near-infrared light than the maximum absorption intensity in the visible light.

다음 화학식을 갖는 가시적으로 투명한 광활성 화합물:A visually clear photoactive compound having the formula:

Figure pat00034
Figure pat00034

은 다음 화학식으로 추가로 특성화될 수 있다:can be further characterized by the formula:

Figure pat00035
또는
Figure pat00036
.
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or
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다음 화학식을 갖는 가시적으로 투명한 광활성 화합물:A visually clear photoactive compound having the formula:

Figure pat00037
Figure pat00037

은 다음 화학식으로 추가로 특성화될 수 있다:can be further characterized by the formula:

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.

본원에 기술되고 가시적으로 투명한 광전지 장치 내 광활성 층으로 유용한 광활성 화합물의 예는 근적외선 흡수 광활성 화합물, 예를 들면, 근적외선 흡수 공여체-수용체(근-IR DA) 분자를 포함하는 수용체 재료를 포함한다. 유리하게는, 근적외선 흡수 광활성 화합물은 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타낼 수 있는데, 예를 들면, 제1의 최대 근적외선 흡수 강도는 제1의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 크다. 본원에 기술된 광활성 화합물의 예는 가시적으로 투명한 근-IR DA 분자, 예를 들면, 디시아노-인단디온, 벤조-비스-티아디아졸, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민, 및 이의 유도체를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Examples of photoactive compounds described herein and useful as photoactive layers in visually transparent photovoltaic devices include near-infrared absorbing photoactive compounds, such as acceptor materials comprising near-infrared absorbing donor-acceptor (near-IR DA) molecules. Advantageously, the near infrared absorbing photoactive compound may exhibit a first maximum near infrared absorption intensity and a first maximum visible light absorption intensity, for example, the first maximum near infrared absorption intensity is the first maximum visible light absorption intensity bigger than Examples of photoactive compounds described herein include visually transparent near-IR DA molecules such as dicyano-indandione, benzo- bis -thiadiazole, diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine, and derivatives thereof. including, but not limited to.

임의로, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 근적외선을 흡수함으로써 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 근적외선에서 제2의 최대 흡수 강도 및 제2의 최대 가시광선 흡수 강도, 예를 들면, 제2의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 제2의 최대 흡수 강도를 나타낸다. 임의로, 수용체 재료에 의한 최대 근적외선 흡수는 공여체 재료에 의한 최대 근적외선 흡수에 대해 적색편이(redshift)된다. 임의로, 수용체 재료에 의한 최대 근적외선 흡수는 공여체 재료에 의한 최대 근적외선 흡수에 대해 청색편이(blueshift)된다. 예를 들면, 수용체 분자에 의한 피크 근적외선 흡수는 공여체 분자에 의한 피크 근적외선 흡수에 대해 청색편이되거나 적색편이될 수 있다.Optionally, the second visually transparent photoactive layer absorbs near infrared so that the second visually transparent photoactive layer has a second maximum absorption intensity in the near infrared and a second maximum visible light absorption intensity, such as a second maximum It represents a second maximum absorption intensity greater than the visible light absorption intensity. Optionally, the maximum near-infrared absorption by the acceptor material is redshifted relative to the maximum near-infrared absorption by the donor material. Optionally, the maximum near-infrared absorption by the acceptor material is blueshifted with respect to the maximum near-infrared absorption by the donor material. For example, the peak near-infrared absorption by the acceptor molecule may be blue-shifted or red-shifted relative to the peak near-infrared absorption by the donor molecule.

임의로, 근 적외선 흡수 광활성 화합물은 200 amu 내지 1000 amu, 300 amu 내지 800 amu, 또는 400 amu 내지 600 amu의 분자량을 갖는다. 예를 들면, 근적외선 흡수 광활성 화합물은 200 amu 내지 220 amu, 220 amu 내지 240 amu, 240 amu 내지 260 amu, 260 amu 내지 280 amu, 280 amu 내지 300 amu, 300 amu 내지 320 amu, 320 amu 내지 340 amu, 340 amu 내지 360 amu, 360 amu 내지 380 amu, 380 amu 내지 400 amu, 400 amu 내지 420 amu, 420 amu 내지 440 amu, 440 amu 내지 460 amu, 460 amu 내지 480 amu, 480 amu 내지 500 amu, 500 amu 내지 520 amu, 520 amu 내지 540 amu, 540 amu 내지 560 amu, 560 amu 내지 580 amu, 580 amu 내지 600 amu, 600 amu 내지 620 amu, 620 amu 내지 640 amu, 640 amu 내지 660 amu, 660 amu 내지 680 amu, 680 amu 내지 700 amu, 700 amu 내지 720 amu, 720 amu 내지 740 amu, 740 amu 내지 760 amu, 760 amu 내지 780 amu, 780 amu 내지 800 amu, 800 amu 내지 820 amu, 820 amu 내지 840 amu, 840 amu 내지 860 amu, 860 amu 내지 880 amu, 880 amu 내지 900 amu, 900 amu 내지 920 amu, 920 amu 내지 940 amu, 940 amu 내지 960 amu, 960 amu 내지 980 amu, 또는 980 amu 내지 1000 amu의 분자량을 갖는다.Optionally, the near infrared absorbing photoactive compound has a molecular weight of 200 amu to 1000 amu, 300 amu to 800 amu, or 400 amu to 600 amu. For example, the near-infrared absorbing photoactive compound may be 200 amu to 220 amu, 220 amu to 240 amu, 240 amu to 260 amu, 260 amu to 280 amu, 280 amu to 300 amu, 300 amu to 320 amu, 320 amu to 340 amu , 340 amu to 360 amu, 360 amu to 380 amu, 380 amu to 400 amu, 400 amu to 420 amu, 420 amu to 440 amu, 440 amu to 460 amu, 460 amu to 480 amu, 480 amu to 500 amu, 500 amu to 520 amu, 520 amu to 540 amu, 540 amu to 560 amu, 560 amu to 580 amu, 580 amu to 600 amu, 600 amu to 620 amu, 620 amu to 640 amu, 640 amu to 660 amu, 660 amu to 680 amu, 680 amu to 700 amu, 700 amu to 720 amu, 720 amu to 740 amu, 740 amu to 760 amu, 760 amu to 780 amu, 780 amu to 800 amu, 800 amu to 820 amu, 820 amu to 840 amu , 840 amu to 860 amu, 860 amu to 880 amu, 880 amu to 900 amu, 900 amu to 920 amu, 920 amu to 940 amu, 940 amu to 960 amu, 960 amu to 980 amu, or 980 amu to 1000 amu has a molecular weight.

일부 구현예에서, 근적외선 흡수 광활성 화합물, 예를 들면, 근-IR DA 분자는 가시적으로 투명한 광전기 셀(cell)의 광활성 층에 유용한 가시적으로 투명한 광활성 화합물이다. 유용한 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 디시아노-인단디온, 디시아노-인단디온 유도체, 벤조-비스-티아디아졸, 벤조-비스-티아디아졸 유도체, 벤조티아디아졸, 벤조티아디아졸 유도체, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민, 또는 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민 유도체로부터 선택된 것을 포함한다. 일부 구현예에서, 디시아노-인단디온은 화학식

Figure pat00039
또는
Figure pat00040
를 갖는다. 임의로, Y는 F, Cl, Br, 알콕시, 알킬, 또는 아릴이다. 임의로, n은 0 내지 5의 정수이다. 임의로, X는 C(CN)2, O, S, C(O), 또는 SO2이다. 임의로, Ar은 아릴, 예를 들면, 페닐, 티에틸, 티아졸릴 등이다. 임의로, t는 1 또는 2이다. 임의로, X는 이다. 임의로, 각각의 Z는 독립적으로 H 또는 다음 화학식을 갖는 라디칼이고:In some embodiments, a near-infrared absorbing photoactive compound, eg, a near-IR DA molecule, is a visually transparent photoactive compound useful in the photoactive layer of a visually transparent photoelectric cell. Useful visually transparent photoactive compounds include dicyano-indandione, dicyano-indandione derivatives, benzo- bis -thiadiazole, benzo- bis -thiadiazole derivatives, benzothiadiazole, benzothiadiazole derivatives, diketopy. rolopyrrole diphenylthienylamine, or diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine derivatives. In some embodiments, dicyano-indandione has the formula
Figure pat00039
or
Figure pat00040
has Optionally, Y is F, Cl, Br, alkoxy, alkyl, or aryl. Optionally, n is an integer from 0 to 5. Optionally, X is C(CN) 2 , O, S, C(O), or SO 2 . Optionally, Ar is aryl, such as phenyl, thiethyl, thiazolyl, and the like. Optionally, t is 1 or 2. Optionally, X is Optionally, each Z is independently H or a radical having the formula:

Figure pat00041
, 여기서 물결선은 pi 시스템에 대한 부착 점을 나타내고, X, Y, Ar, 및 n은 위에서 정의한 바와 같다.
Figure pat00041
, where the wavy line represents the point of attachment to the pi system, and X, Y, Ar, and n are as defined above.

pi 시스템의 예는 다음을 포함하며, 이중 일부는 또한 융합된 pi 시스템일 수 있다: 안트라[1,9-bc:5,10-b'c']디티오펜 이라디칼(diradical)(예컨대, 안트라[1,9-bc:5,10-b'c']디티오펜-1,6-디일); 4,9-디하이드로-s-인다세노[1,2-b:5,6-b']디티오펜 이라디칼(예컨대, 4,9-디하이드로-s-인다세노[1,2-b:5,6-b']디티오펜-2,7-디일); 비치환된 및 5-치환된 5H-디티에노[3,2-b:2',3'-h]카바졸 이라디칼(예컨대, 5-메틸-5H-디티에노[3,2-b:2',3'-h]카바졸-2,8-디일); 비치환된 및 4-치환된 4H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피롤 이라디칼(예컨대, 4-메틸-4H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피롤-2,6-디일 또는 4-(4-메틸페닐)-4H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피롤-2,6-디일); 디티에노[3,2-b:2',3'-d]티오펜 이라디칼(예컨대, 디티에노[3,2-b:2',3'-d]티오펜-2,6-디일); 티에노[3,2-b]티오펜 이라디칼(예컨대, 티에노[3,2-b]티오펜-2,6-디일). 임의로, 융합된 pi 시스템은 비치환되거나 예를 들면, 아릴, 알킬, 헤테로아릴, 할로 등으로 치환된 그룹을 포함한다. 일부 구현예에서, 융합된 pi 시스템은 다음 화학식을 가지며:Examples of pi systems include, some of which may also be fused pi systems : anthra[1,9-bc :5,10- b'c' ]dithiophene diradicals (eg , anthra [1,9- bc :5,10- b'c' ]dithiophene-1,6-diyl); 4,9-dihydro- s -indaceno[1,2- b :5,6- b' ]dithiophene radical (eg , 4,9-dihydro- s -indaceno[1,2- b : 5,6- b′ ]dithiophene-2,7-diyl); Unsubstituted and substituted 5 H 5-a dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-h] carbazole is a radical (e. G., 5-methyl -5 H - in dithieno [3,2 -b:2',3'-h]carbazole-2,8-diyl); unsubstituted and 4-substituted 4H -dithieno[3,2- b :2′,3′- d ]pyrrole radicals (eg , 4-methyl- 4H -dithieno[3,2- b: 2 ', 3'- d] pyrrol-2,6-diyl or 4- (4-methylphenyl) -4 H - rowing dt [3,2- b: 2', 3'- d] pyrrole -2 ,6-diyl); dithieno[3,2- b :2',3'- d ]thiophene radical (eg , dithieno[3,2- b :2',3'- d ]thiophene-2,6- diyl); thieno[3,2- b ]thiophene radicals (eg , thieno[3,2- b ]thiophene-2,6-diyl). Optionally, the fused pi system comprises groups unsubstituted or substituted, for example, with aryl, alkyl, heteroaryl, halo, and the like. In some embodiments, the fused pi system has the formula:

Figure pat00042
, 또는
Figure pat00043
, 여기서 RD는 임의로 수소 또는 알킬일 수 있다. 일부 구현예에서, pi 시스템은 다음 화학식을 가지며:
Figure pat00042
, or
Figure pat00043
, wherein R D may optionally be hydrogen or alkyl. In some embodiments, the pi system has the formula:

Figure pat00044
, 또는
Figure pat00045
, 여기서 RD는 임의로 수소 또는 알킬일 수 있다. 일부 구현예에서, 융합된 pi 시스템은 다음 화학식을 가지며:
Figure pat00044
, or
Figure pat00045
, wherein R D may optionally be hydrogen or alkyl. In some embodiments, the fused pi system has the formula:

Figure pat00046
,
Figure pat00047
,
Figure pat00048
,
Figure pat00049
, 또는
Figure pat00050
, 여기서 RD는 임의로 수소 또는 알킬일 수 있다. pi 시스템의 예는 또한 융합되지 않은 모이어티, 예를 들면, 트리페닐아민 이라디칼(예컨대, N-페닐-디(펜-4,1-디일)아민), 티오페닐아민 이라디칼(예컨대, N-메틸-디(티오펜-2,5-디일)아민 및 N-페닐-(펜-4,1-디일)-(티오펜-2,5-디일)-아민); 비페닐 이라디칼(예컨대, 1,1'-비펜-4,4'-디일), 티오펜 이라디칼(예컨대, 티오펜-2,5-디일), 페닐렌 이라디칼(예컨대, 펜-1,4-디일)을 포함하는 아민 라디칼을 포함할 수 있다. 임의로, 상기 융합되지 않은 pi 시스템은 비치환되거나 예를 들면, 아릴, 알킬, 헤테로아릴, 할로 등으로 치환된 그룹을 포함한다.
Figure pat00046
,
Figure pat00047
,
Figure pat00048
,
Figure pat00049
, or
Figure pat00050
, wherein R D may optionally be hydrogen or alkyl. Examples of pi systems also include unfused moieties such as triphenylamine radicals (eg N-phenyl-di(phen-4,1-diyl)amine), thiophenylamine radicals (eg N -methyl-di(thiophen-2,5-diyl)amine and N-phenyl-(phen-4,1-diyl)-(thiophen-2,5-diyl)-amine); Biphenyl radicals (eg 1,1'-biphen-4,4'-diyl), thiophene radicals (eg thiophene-2,5-diyl), phenylene radicals (eg phen-1, 4-diyl). Optionally, the unfused pi system comprises groups unsubstituted or substituted with, for example, aryl, alkyl, heteroaryl, halo, and the like.

일부 구현예에서, 벤조-비스-티아디아졸은 다음 화학식을 갖는다:In some embodiments, benzo- bis -thiadiazole has the formula:

Figure pat00051
,
Figure pat00052
, 또는
Figure pat00053
. 임의로, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, A1 및 A2는 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 및 헤테로사이클릴렌으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, X는 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, R1, R2, R3, 및 R4는 다음으로부터 독립적으로 선택된다:
Figure pat00051
,
Figure pat00052
, or
Figure pat00053
. Optionally, each of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 is independently selected from the group consisting of alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl. Optionally, A 1 and A 2 are independently selected from the group consisting of alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, and heterocyclylene. Optionally, X is selected from the group consisting of O, S, Se, and Te. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are independently selected from:

Figure pat00054
,
Figure pat00055
, 및
Figure pat00056
. 일부 구현예에서, A1 및 A2는 아릴렌 및 헤테로아릴렌으로부터 독립적으로 선택된다. 일부 구현예에서, A1 및 A2는 티오펜 이라디칼(예컨대, 티오펜-2,5-디일)이다. 일부 이러한 구현예에서, 각각의 R1, R2, R3, R4는 아릴(예컨대, 페닐)이다.
Figure pat00054
,
Figure pat00055
, and
Figure pat00056
. In some embodiments, A 1 and A 2 are independently selected from arylene and heteroarylene. In some embodiments, A 1 and A 2 are thiophene radicals (eg , thiophene-2,5-diyl). In some such embodiments, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 is aryl (eg , phenyl).

일부 구현예에서, 벤조티아디아졸은 다음 화학식을 갖는다:In some embodiments, benzothiadiazole has the formula:

Figure pat00057
,
Figure pat00058
, 또는
Figure pat00059
. 임의로, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, A1 및 A2는 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 및 헤테로사이클릴렌으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, X는 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, R1, R2, R3, 및 R4는 다음으로부터 독립적으로 선택된다:
Figure pat00057
,
Figure pat00058
, or
Figure pat00059
. Optionally, each of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 is independently selected from the group consisting of alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl. Optionally, A 1 and A 2 are independently selected from the group consisting of alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, and heterocyclylene. Optionally, X is selected from the group consisting of O, S, Se, and Te. In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are independently selected from:

Figure pat00060
,
Figure pat00061
, 및
Figure pat00062
. 일부 구현예에서, A1 및 A2는 아릴렌 및 헤테로아릴렌으로부터 독립적으로 선택된다. 일부 구현예에서, A1 및 A2는 티오펜 이라디칼(예컨대, 티오펜-2,5-디일)이다. 일부 이러한 구현예에서, 각각의 R1, R2, R3, R4는 아릴(예컨대, 페닐)이다. 구조는 링커(A 그룹)를 선택하고 이들을 지방족 또는 방향족 그룹으로 치환(R 그룹)시켜 용이하게 개질시킬 수 있다. 또한, X 그룹은 O, N, S, Se 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
Figure pat00060
,
Figure pat00061
, and
Figure pat00062
. In some embodiments, A 1 and A 2 are independently selected from arylene and heteroarylene. In some embodiments, A 1 and A 2 are thiophene radicals (eg , thiophene-2,5-diyl). In some such embodiments, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 is aryl (eg , phenyl). The structure can be readily modified by selecting linkers (group A) and substituting them with aliphatic or aromatic groups (group R). In addition, the X group may be selected from O, N, S, Se, or combinations thereof.

일부 구현예에서, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민은 화학식

Figure pat00063
을 갖는다. 임의로, R1 및 R2는 알킬 및 사이클로알킬로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, A1 및 A2는 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 및 헤테로사이클릴렌으로부터 독립적으로 선택된다.In some embodiments, diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine has the formula
Figure pat00063
has Optionally, R 1 and R 2 are independently selected from alkyl and cycloalkyl. Optionally, A 1 and A 2 are independently selected from alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, and heterocyclylene.

본원에 기술되고 가시적으로 투명한 광전지 장치 내의 광활성 층으로 유용한 예시적인 광활성 화합물은 금속 디티올레이트 화합물 또는 금속 디티올렌 화합물로도 또한 지칭되는, 금속 디티올레이트 착화합물, 예를 들면, 니켈 디티올레이트 화합물, 코발트 디티올레이트 화합물, 철 디티올레이트 화합물, 아연 디티올레이트 화합물, 몰리브데늄 디티올레이트 화합물, 팔라듐 디티올레이트 화합물, 백금 디티올레이트 화합물 등을 포함하는 것들을 포함한다. 일부 예에서, 본원에 제공된 광활성 화합물은 다음의 화학식을 갖는다:

Figure pat00064
,
Figure pat00065
,
Figure pat00066
,
Figure pat00067
,
Figure pat00068
,
Figure pat00069
,
Figure pat00070
,
Figure pat00071
,
Figure pat00072
,
Figure pat00073
, 또는
Figure pat00074
. 구현예에서, 각각의 M은 독립적으로 금속, 예를 들면, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, 또는 Pt이다. 구현예에서, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 구현예에서, 각각의 A는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 갖는 융합된 폴리사이클릭 환 그룹이다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 각각 독립적으로 메톡시 그룹, 디메틸 아미노 그룹, 시아노 그룹, 티아졸릴 그룹, 페닐 그룹, 말레이미드 그룹, 나프틸 그룹, 또는 페난트렌 그룹이다.Exemplary photoactive compounds described herein and useful as photoactive layers in visually transparent photovoltaic devices are metal dithiolate complexes, such as nickel dithiolate compounds, also referred to as metal dithiolate compounds or metal dithiolene compounds. , cobalt dithiolate compounds, iron dithiolate compounds, zinc dithiolate compounds, molybdenum dithiolate compounds, palladium dithiolate compounds, platinum dithiolate compounds, and the like. In some examples, the photoactive compounds provided herein have the formula:
Figure pat00064
,
Figure pat00065
,
Figure pat00066
,
Figure pat00067
,
Figure pat00068
,
Figure pat00069
,
Figure pat00070
,
Figure pat00071
,
Figure pat00072
,
Figure pat00073
, or
Figure pat00074
. In embodiments, each M is independently a metal, eg, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, or Pt. In embodiments, each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fusion an aromatic group, a substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. In an embodiment, each A is independently a fused polycyclic ring group having one or more R group substituents. Optionally, one or more R groups are each independently a methoxy group, a dimethyl amino group, a cyano group, a thiazolyl group, a phenyl group, a maleimide group, a naphthyl group, or a phenanthrene group.

다음 화학식:Formula:

Figure pat00075
을 갖는 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 다음 화학식에 의해 추가로 특징화될 수 있다:
Figure pat00075
Visually transparent photoactive compounds having a can be further characterized by the formula:

Figure pat00076
,
Figure pat00077
,
Figure pat00078
,
Figure pat00079
,
Figure pat00080
,
Figure pat00081
, 또는
Figure pat00082
. 다음 화학식:
Figure pat00076
,
Figure pat00077
,
Figure pat00078
,
Figure pat00079
,
Figure pat00080
,
Figure pat00081
, or
Figure pat00082
. Formula:

Figure pat00083
을 갖는 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 다음 화학식에 의해 추가로 특징화될 수 있으며:
Figure pat00084
, 여기서 각각의 A는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 갖는 융합된 폴리사이클릭 환 그룹이다. 예를 들면, 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 화학식
Figure pat00085
,
Figure pat00086
,
Figure pat00087
,
Figure pat00088
, 또는
Figure pat00089
를 가질 수 있다. 구체적인 광활성 화합물은 다음을 포함하나, 이에 한정되지 않는다:
Figure pat00083
Visually transparent photoactive compounds having a can be further characterized by the formula:
Figure pat00084
, wherein each A is independently a fused polycyclic ring group having one or more R group substituents. For example, a visually transparent photoactive compound has the formula
Figure pat00085
,
Figure pat00086
,
Figure pat00087
,
Figure pat00088
, or
Figure pat00089
can have Specific photoactive compounds include, but are not limited to:

Figure pat00090
,
Figure pat00091
,
Figure pat00092
,
Figure pat00093
,
Figure pat00094
,
Figure pat00095
,
Figure pat00096
Figure pat00097
,
Figure pat00098
,
Figure pat00099
,
Figure pat00100
,
Figure pat00101
,
Figure pat00102
, 및
Figure pat00103
.
Figure pat00090
,
Figure pat00091
,
Figure pat00092
,
Figure pat00093
,
Figure pat00094
,
Figure pat00095
,
Figure pat00096
Figure pat00097
,
Figure pat00098
,
Figure pat00099
,
Figure pat00100
,
Figure pat00101
,
Figure pat00102
, and
Figure pat00103
.

본원에 기술되고, 가시적으로 투명한 광전지 장치에서 광활성 재료로서 유용한 광활성 화합물의 예는 근적외선 흡수 공여체-수용체(근-IR DA) 분자, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드, 비스이미드 코로넨, 플루오란텐, 코라눌렌, 및 이들의 유도체를 포함한다. 일부 구현예에서, UV 수용체-분자는 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드 유도체, 비스이미드 코로넨, 비스이미드 코로넨 유도체, 플루오란텐, 플루오란텐 유도체, 코라눌렌, 코라눌렌 유도체, 및 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 임의로, 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 가시적 흡수가 거의 없거나 없다. 예를 들면, 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 수용체 재료의 제1의 최대 자외선 흡수 강도의 0.1% 내지 10%, 예를 들면, 약 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 5.5%, 6%, 6.5%, 7%, 7.5%, 8%, 8.5%, 9%, 9.5%, 또는 10%인 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타낼 수 있다.Examples of photoactive compounds described herein and useful as photoactive materials in visually transparent photovoltaic devices include near-infrared absorbing donor-acceptor (near-IR DA) molecules, naphthalenetetracarboxylic diimides, bisimide coronene, fluoranthene, chola Nullene, and derivatives thereof. In some embodiments, the UV receptor-molecule is naphthalenetetracarboxylic diimide, naphthalenetetracarboxylic diimide derivative, bisimide coronene, bisimide coronene derivative, fluoranthene, fluoranthene derivative, coranulene, coranulene. derivatives, and combinations thereof. Optionally, the visually transparent photoactive compound has little or no visible absorption. For example, the optically clear photoactive compound may contain 0.1% to 10% of the first maximum ultraviolet absorption intensity of the receptor material, such as about 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5%, 3%, a first maximum visible light absorption of 3.5%, 4%, 4.5%, 5%, 5.5%, 6%, 6.5%, 7%, 7.5%, 8%, 8.5%, 9%, 9.5%, or 10% strength can be expressed.

일부 구현예에서, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드는 다음의 화학식을 갖는다:In some embodiments, the naphthalenetetracarboxylic diimide has the formula:

Figure pat00104
,
Figure pat00105
,
Figure pat00106
,
Figure pat00107
, 또는
Figure pat00108
. 임의로, X1, X2, X3, X4는 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 또는 헤테로사이클릴이다. 임의로, R1 및 R2는 독립적으로 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 또는 헤테로사이클릴이다. 임의로, 각각의 X는 독립적으로 F, Cl, Br, 알킬, 알콕시, 또는 아릴이다. 임의로, 각각의 첨자 n은 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5이다. 임의로, 각각의 Y는 독립적으로 H, 알킬, 비치환된 아릴, 또는 치환된 아릴이다. 임의로, "Ar"로 표시된 각각의 환은 독립적으로 선택된 아릴 그룹이다.
Figure pat00104
,
Figure pat00105
,
Figure pat00106
,
Figure pat00107
, or
Figure pat00108
. Optionally, X 1 , X 2 , X 3 , X 4 are independently aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, or heterocyclyl. Optionally, R 1 and R 2 are independently H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, or heterocyclyl. Optionally, each X is independently F, Cl, Br, alkyl, alkoxy, or aryl. Optionally, each subscript n is independently 0, 1, 2, 3, 4, or 5. Optionally, each Y is independently H, alkyl, unsubstituted aryl, or substituted aryl. Optionally, each ring designated "Ar" is an independently selected aryl group.

일부 구현예에서, 비스이미드 코로넨은 다음 화학식을 갖는다:In some embodiments, the bisimide coronene has the formula:

Figure pat00109
또는
Figure pat00110
. 임의로, 각각의 R은 독립적으로 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클릴, 또는 전자-구인 그룹(예컨대, CN, 할로겐 등)이다.
Figure pat00109
or
Figure pat00110
. Optionally, each R is independently H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, heterocyclyl, or an electron-withdrawing group (eg , CN, halogen, etc.).

일부 구현예에서, 플루오란텐은 다음 화학식을 갖는다:In some embodiments, fluoranthene has the formula:

Figure pat00111
. 일부 구현예에서, 코라눌렌은 본원에 기술된 바와 같은 화학식 VII에 따른 구조를 갖는다. 임의로, R은 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 또는 헤테로사이클릴이다. 임의로, X 및 Y는 독립적으로 H 또는 전자-구인 그룹(예컨대, CN, 할로겐 등)이다. 임의로, Z1 및 Z2는 독립적으로 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 또는 헤테로사이클릴이다.
Figure pat00111
. In some embodiments, coranulene has a structure according to Formula VII as described herein. Optionally, R is H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, or heterocyclyl. Optionally, X and Y are independently H or an electron-withdrawing group (eg, CN, halogen, etc.). Optionally, Z 1 and Z 2 are independently H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, or heterocyclyl.

하기에 추가로 상세히 기술되는 바와 같이, 본원에 기술된 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드, 비스이미드 코로넨, 플루오란텐, 및 코라눌렌은 일반적으로 전자 수용체 재료로서 사용된다.As described in further detail below, the naphthalenetetracarboxylic diimides, bisimide coronenes, fluoranthenes, and coranulenes described herein are commonly used as electron acceptor materials.

본원에 기술되고 가시적으로 투명한 광전지 장치에서 광활성 층으로 유용한 광활성 화합물의 예는 퀴노이달 구조, 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 구조, 테트라시아노 인다센 구조, 카바졸 티아포르피린 구조, 및 디티오펜 스쿠아린 구조를 포함하는 것들을 포함한다. 일부 예에서, 본원에 제공된 광활성 화합물은 화학식

Figure pat00112
,
Figure pat00113
,
Figure pat00114
,
Figure pat00115
,
Figure pat00116
, 또는
Figure pat00117
를 갖는다. 구현예에서, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 구현예에서, 각각의 n은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7이다. 구현예에서, 각각의 X는 독립적으로 O, N-R, S, 또는 Se이다. 구현예에서, 각각의 A는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, 하나 이상의 R은 공여체 모이어티이다. 임의로, 하나 이상의 R은 수용체 모이어티이다.Examples of photoactive compounds described herein and useful as photoactive layers in visually transparent photovoltaic devices include quinoidal structures, tetracyano quinoidal thiophene structures, tetracyano indacene structures, carbazole thiaporphyrin structures, and dithiophene squarines. includes those that contain structures. In some instances, the photoactive compounds provided herein are of the formula
Figure pat00112
,
Figure pat00113
,
Figure pat00114
,
Figure pat00115
,
Figure pat00116
, or
Figure pat00117
has In embodiments, each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted a heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. In embodiments, each n is 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7. In embodiments, each X is independently O, NR, S, or Se. In embodiments, each A is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, one or more R is a donor moiety. Optionally, one or more R is an acceptor moiety.

구현예에서, 가시적으로 투명한 광활성 화합물, 예를 들면, 퀴노이달 화합물은 퀴노이달 골격 구조를 갖는다. 퀴노이달 화합물 또는 퀴노이달 골격을 포함하는 화합물의 예는 다음 화학식을 갖는 것들을 포함한다:In an embodiment, a visually transparent photoactive compound, eg, a quinoidal compound, has a quinoidal backbone structure. Examples of quinoidal compounds or compounds comprising a quinoidal skeleton include those having the following formula:

Figure pat00118
. 퀴노이달 화합물 또는 퀴노이달 골격을 포함하는 화합물의 예는 다음 화학식을 갖는 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물을 포함하고:
Figure pat00118
. Examples of a quinoidal compound or a compound containing a quinoidal skeleton include a tetracyano quinoidal thiophene compound having the following formula:

Figure pat00119
, 다음 화학식으로 추가로 특징화될 수 있으며:
Figure pat00119
, can be further characterized by the formula:

Figure pat00120
, 여기서 m은 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5이고, 예를 들면, 다음 화학식을 갖는 화합물로 추가로 특징화될 수 있다:
Figure pat00120
, wherein m is 0, 1, 2, 3, 4, or 5, and can be further characterized, for example, as a compound having the formula:

Figure pat00121
,
Figure pat00122
,
Figure pat00123
,
Figure pat00124
,
Figure pat00125
,
Figure pat00126
,
Figure pat00127
,
Figure pat00128
,
Figure pat00129
,
Figure pat00130
, 또는
Figure pat00131
. 구체적인 광활성 화합물은 화학식:
Figure pat00132
를 갖는 것들을 포함한다. 이러한 화합물은 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 보다 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다. 일부 구현예에서, 이러한 화합물은 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 자외선에서 보다 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있다.
Figure pat00121
,
Figure pat00122
,
Figure pat00123
,
Figure pat00124
,
Figure pat00125
,
Figure pat00126
,
Figure pat00127
,
Figure pat00128
,
Figure pat00129
,
Figure pat00130
, or
Figure pat00131
. Specific photoactive compounds have the formula:
Figure pat00132
include those with It can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in visible light. In some embodiments, such compounds may exhibit a stronger maximum absorption intensity in ultraviolet light than the maximum absorption intensity in visible light.

가시적으로 투명한 광활성 화합물, 예를 들면, 다음 화학식을 갖는 테트라시아노 인다센 화합물:A visually transparent photoactive compound, for example a tetracyano indacene compound having the formula:

Figure pat00133
또는
Figure pat00134
은 다음의 화학식으로 추가로 특징화될 수 있다:
Figure pat00133
or
Figure pat00134
can be further characterized by the formula:

Figure pat00135
,
Figure pat00136
,
Figure pat00137
, 또는
Figure pat00138
. 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 자외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다. 일부 구현예에서, 이러한 화합물은 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 보다 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있다.
Figure pat00135
,
Figure pat00136
,
Figure pat00137
, or
Figure pat00138
. It can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in ultraviolet light than the maximum absorption intensity in visible light. In some embodiments, such compounds may exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in visible light.

가시적으로 투명한 광전지 셀의 광활성 층에 유용한, 본원에 기술된 광활성 화합물의 예는 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 예를 들면, 알루미늄(Al)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 코발트 (Co)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 구리(Cu)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 철(Fe)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 납(Pb)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 마그네슘(Mg)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 망간(Mn)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 니켈(Ni)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 팔라듐(Pd)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 백금(Pt)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 규소(Si)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 주석(Sn)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 바나듐(V)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 아연(Zn)-함유 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌, 및 이들의 유도체를 포함한다.Examples of photoactive compounds described herein, useful for photoactive layers of visually transparent photovoltaic cells, include phthalocyanines and naphthalocyanines such as aluminum (Al)-containing phthalocyanines and naphthalocyanines, cobalt (Co)-containing phthalocyanines and naphthalocyanines. , copper (Cu)-containing phthalocyanine and naphthalocyanine, iron (Fe)-containing phthalocyanine and naphthalocyanine, lead (Pb)-containing phthalocyanine and naphthalocyanine, magnesium (Mg)-containing phthalocyanine and naphthalocyanine, manganese (Mn)- phthalocyanine and naphthalocyanine containing nickel (Ni)-containing phthalocyanine and naphthalocyanine, palladium (Pd)-containing phthalocyanine and naphthalocyanine, platinum (Pt)-containing phthalocyanine and naphthalocyanine, silicon (Si)-containing phthalocyanine and naphthalocyanine tin (Sn)-containing phthalocyanines and naphthalocyanines, vanadium (V)-containing phthalocyanines and naphthalocyanines, zinc (Zn)-containing phthalocyanines and naphthalocyanines, and derivatives thereof.

일부 구현예에서, 프탈로시아닌 화합물은 다음 화학식을 갖는다:In some embodiments, the phthalocyanine compound has the formula:

Figure pat00139
,
Figure pat00140
,
Figure pat00141
,
Figure pat00142
,
Figure pat00143
,
Figure pat00144
, 또는
Figure pat00145
. 일부 구현예에서, 나프탈로시아닌은 다음 화학식을 갖는다:
Figure pat00139
,
Figure pat00140
,
Figure pat00141
,
Figure pat00142
,
Figure pat00143
,
Figure pat00144
, or
Figure pat00145
. In some embodiments, the naphthalocyanine has the formula:

Figure pat00146
또는
Figure pat00147
. 임의로, 프탈로시아닌은 다음 화학식을 가지며:
Figure pat00148
, 여기서, M은 금속이고, A1, A2, A3, 및 A4는 각각의 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 환 그룹이다. 임의로, A1 A2, A3, 또는 A4 중 적어도 하나는 A1, A2, A3, 또는 A4 외에 적어도 하나보다 상이한 수의 융합된 환이다. 예를 들면, A1은 임의로 A2, A3, 또는 A4 중 적어도 하나로부터 상이한 수의 융합된 환을 포함한다. 이러한 방식으로, 프탈로시아닌은 비-대칭 구조를 나타낼 수 있으며, 이는 예를 들면, 화합물이 가시광선 영역에서 흡수하는 것을 방지하는데 유용할 수 있다.
Figure pat00146
or
Figure pat00147
. Optionally, the phthalocyanine has the formula:
Figure pat00148
, wherein M is a metal, and A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 are each a substituted or unsubstituted fused aromatic ring group. Optionally, A 1 A 2, A 3 , or A 4 at least one of A 1, A 2, A is a fused ring of 3, or a different number than the at least one in addition to A 4. For example, A 1 optionally includes a different number of fused rings from at least one of A 2 , A 3 , or A 4 . In this way, phthalocyanines can exhibit asymmetric structures, which can be useful, for example, to prevent compounds from absorbing in the visible region.

임의로, M은 Sn, SnCl2, SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl2, Si(OH)2, PbCl2, VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, 및 TiCl2로부터 선택된다. 임의로, 각각의 M은 독립적으로 금속, 예를 들면, Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl2, Pb, Pt, 또는 Pd를 포함한다. 임의로, 각각의 R1 내지 R24는 독립적으로 H, F, Cl, 페닐, 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴, 또는 전자 구인 그룹(예컨대, 전기음성 유기 리간드 또는 다른 전기음성 치환체)을 포함한다. 임의로, 첨자 m, n, o, 및 p는 독립적으로 정수 1 내지 5이다. 임의로, 각각의 X 및 각각의 Y는 독립적으로 H, F, Cl, Br, 알콕시, 알킬, 또는 아릴이다. 임의로, Z는 Cl, =O, 및 -OH이다. 임의로, 각각의 X는 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 전자 구인 그룹의 예는 설포닐 그룹(예컨대, 토실, 트리플릴, 메실 등), 할로알킬 그룹(예컨대, 트리플루오로메틸, 트리클로로메틸 등), 시아노, 설포네이트, 니트로, 및 카복실레이트를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Optionally, M is Sn, SnCl 2 , SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl 2 , Si(OH) 2 , PbCl 2 , VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, and TiCl 2 . Optionally, each M independently comprises a metal, such as Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl 2 , Pb, Pt, or Pd. Optionally, each R 1 -R 24 is independently H, F, Cl, phenyl, alkyl, cycloalkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl, or an electron withdrawing group (such as , electronegative organic ligands or other electronegative substituents). Optionally, the subscripts m, n, o, and p are independently integers 1-5. Optionally, each X and each Y is independently H, F, Cl, Br, alkoxy, alkyl, or aryl. Optionally, Z is Cl, =O, and -OH. Optionally, each X is independently selected from the group consisting of O, S, Se, and Te. Examples of electron withdrawing groups include sulfonyl groups (eg , tosyl, trifyl, mesyl, etc.), haloalkyl groups (eg , trifluoromethyl, trichloromethyl, etc.), cyano, sulfonates, nitro, and carboxylates. including, but not limited to.

다른 양태에서, 가시적으로 투명한 광활성 화합물이 제공되며, 이는 예를 들면, 가시적으로 투명한 광전지 장치의 광활성 층내 광활성 재료로서 유용할 수 있다. 본 양태의 광활성 화합물은 다음의 화학식을 가질 수 있다:In another aspect, a visually transparent photoactive compound is provided, which may be useful, for example, as a photoactive material in a photoactive layer of a visually transparent photovoltaic device. The photoactive compound of this embodiment may have the formula:

Figure pat00149
, 여기서 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이고, 각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 H, CH3, F, Cl, CN, OCH3, C(CH3)3, 또는 Ar―R이고, 여기서 Ar은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며, 여기서 Ar―R은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 가진 방향족 또는 헤테로방향족 그룹에 상응한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 티아졸릴 그룹, 페닐 그룹, 피리디닐 그룹, 이미다졸릴 그룹, 피롤릴 그룹, 티오페닐 그룹, 나프틸 그룹, 피레닐 그룹, 인돌릴 그룹, 벤조티오페닐 그룹, 벤즈이미다졸릴 그룹, 또는 벤조티아졸릴 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성하거나 2개 이상의 R 그룹은 융합된 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성한다. 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00149
, wherein each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group a group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein each X is independently S, N, or C-R. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, one or more R groups are independently H, CH 3 , F, Cl, CN, OCH 3 , C(CH 3 ) 3 , or Ar—R, where Ar is an aromatic or heteroaromatic group, wherein Ar—R corresponds to an aromatic or heteroaromatic group having one or more R group substituents. Optionally, one or more R groups are independently a thiazolyl group, a phenyl group, a pyridinyl group, an imidazolyl group, a pyrrolyl group, a thiophenyl group, a naphthyl group, a pyrenyl group, an indolyl group, a benzothiophenyl group, a benzimidazolyl group, or a benzothiazolyl group. Optionally, two or more R groups form an unfused aromatic or heteroaromatic group or two or more R groups form a fused aromatic or heteroaromatic group. It can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

예를 들면, 본 양태의 광활성 화합물은 다음의 화학식을 가질 수 있다:For example, the photoactive compound of this embodiment may have the formula:

Figure pat00150
,
Figure pat00151
,
Figure pat00152
,
Figure pat00153
,
Figure pat00154
,
Figure pat00155
,
Figure pat00156
,
Figure pat00157
,
Figure pat00158
, 또는
Figure pat00159
, 여기서 각각의 Ar은 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 가진 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다. 다른 예로서, 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:
Figure pat00150
,
Figure pat00151
,
Figure pat00152
,
Figure pat00153
,
Figure pat00154
,
Figure pat00155
,
Figure pat00156
,
Figure pat00157
,
Figure pat00158
, or
Figure pat00159
, wherein each Ar is independently an aromatic or heteroaromatic group having one or more R group substituents. As another example, the photoactive compound may have the formula:

Figure pat00160
또는
Figure pat00161
. 구체적인 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는 것들을 포함한다:
Figure pat00160
or
Figure pat00161
. Specific visually transparent photoactive compounds include those having the formula:

Figure pat00162
,
Figure pat00163
,
Figure pat00164
,
Figure pat00165
,
Figure pat00166
,
Figure pat00167
,
Figure pat00168
,
Figure pat00169
,
Figure pat00170
,
Figure pat00171
,
Figure pat00172
,
Figure pat00173
,
Figure pat00174
,
Figure pat00175
,
Figure pat00176
,
Figure pat00177
,
Figure pat00178
,
Figure pat00179
,
Figure pat00180
,
Figure pat00181
,
Figure pat00182
,
Figure pat00183
,
Figure pat00184
,
Figure pat00185
,
Figure pat00186
,
Figure pat00187
,
Figure pat00188
,
Figure pat00189
,
Figure pat00190
,
Figure pat00191
,
Figure pat00192
,
Figure pat00193
,
Figure pat00194
,
Figure pat00195
,
Figure pat00196
,
Figure pat00197
,
Figure pat00198
,
Figure pat00199
,
Figure pat00200
,
Figure pat00201
,
Figure pat00202
,
Figure pat00203
,
Figure pat00204
,
Figure pat00205
,
Figure pat00206
,
Figure pat00207
,
Figure pat00208
,
Figure pat00209
,
Figure pat00210
,
Figure pat00211
,
Figure pat00212
,
Figure pat00213
,
Figure pat00214
,
Figure pat00215
,
Figure pat00216
,
Figure pat00217
,
Figure pat00218
,
Figure pat00219
,
Figure pat00220
,
Figure pat00221
,
Figure pat00222
,
Figure pat00223
,
Figure pat00224
,
Figure pat00225
,
Figure pat00226
,
Figure pat00227
,
Figure pat00228
,
Figure pat00229
,
Figure pat00230
, 또는
Figure pat00231
. 다시, 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 보다 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00162
,
Figure pat00163
,
Figure pat00164
,
Figure pat00165
,
Figure pat00166
,
Figure pat00167
,
Figure pat00168
,
Figure pat00169
,
Figure pat00170
,
Figure pat00171
,
Figure pat00172
,
Figure pat00173
,
Figure pat00174
,
Figure pat00175
,
Figure pat00176
,
Figure pat00177
,
Figure pat00178
,
Figure pat00179
,
Figure pat00180
,
Figure pat00181
,
Figure pat00182
,
Figure pat00183
,
Figure pat00184
,
Figure pat00185
,
Figure pat00186
,
Figure pat00187
,
Figure pat00188
,
Figure pat00189
,
Figure pat00190
,
Figure pat00191
,
Figure pat00192
,
Figure pat00193
,
Figure pat00194
,
Figure pat00195
,
Figure pat00196
,
Figure pat00197
,
Figure pat00198
,
Figure pat00199
,
Figure pat00200
,
Figure pat00201
,
Figure pat00202
,
Figure pat00203
,
Figure pat00204
,
Figure pat00205
,
Figure pat00206
,
Figure pat00207
,
Figure pat00208
,
Figure pat00209
,
Figure pat00210
,
Figure pat00211
,
Figure pat00212
,
Figure pat00213
,
Figure pat00214
,
Figure pat00215
,
Figure pat00216
,
Figure pat00217
,
Figure pat00218
,
Figure pat00219
,
Figure pat00220
,
Figure pat00221
,
Figure pat00222
,
Figure pat00223
,
Figure pat00224
,
Figure pat00225
,
Figure pat00226
,
Figure pat00227
,
Figure pat00228
,
Figure pat00229
,
Figure pat00230
, or
Figure pat00231
. Again, it can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

본 양태의 광활성 화합물은 대안적으로 다음 화학식을 가질 수 있다:The photoactive compounds of this embodiment may alternatively have the formula:

Figure pat00232
, 여기서, 각각의 L 그룹은 독립적으로 단일 결합이거나, 치환되거나 비치환된 알킬렌 그룹, 치환되거나 비치환된 아릴렌 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 헤테로아릴렌 그룹으로부터 선택된 2가의 연결 그룹이고, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이며, 각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 H, CH3, F, Cl, CN, OCH3, C(CH3)3, 또는 Ar―R이고, 여기서 Ar은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며, 여기서 Ar―R은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 가진 방향족 또는 헤테로방향족 그룹에 상응한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 티아졸릴 그룹, 페닐 그룹, 피리디닐 그룹, 이미다졸릴 그룹, 피롤릴 그룹, 티오페닐 그룹, 나프틸 그룹, 피레닐 그룹, 인돌릴 그룹, 벤조티오페닐 그룹, 벤즈이미다졸릴 그룹, 또는 벤조티아졸릴 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성하거나 여기서 2개 이상의 R 그룹은 융합된 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성한다. 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 보다 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00232
, wherein each L group is independently a single bond, a divalent linking group selected from a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein each X is independently S, N, or C-R. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, one or more R groups are independently H, CH 3 , F, Cl, CN, OCH 3 , C(CH 3 ) 3 , or Ar—R, where Ar is an aromatic or heteroaromatic group, wherein Ar—R corresponds to an aromatic or heteroaromatic group having one or more R group substituents. Optionally, one or more R groups are independently a thiazolyl group, a phenyl group, a pyridinyl group, an imidazolyl group, a pyrrolyl group, a thiophenyl group, a naphthyl group, a pyrenyl group, an indolyl group, a benzothiophenyl group, a benzimidazolyl group, or a benzothiazolyl group. Optionally, two or more R groups form an unfused aromatic or heteroaromatic group or wherein two or more R groups form a fused aromatic or heteroaromatic group. It can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

예를 들면, 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:For example, the photoactive compound of this embodiment may have the formula:

Figure pat00233
,
Figure pat00234
,
Figure pat00235
,
Figure pat00236
,
Figure pat00237
,
Figure pat00238
,
Figure pat00239
,
Figure pat00240
,
Figure pat00241
,
Figure pat00242
, 또는
Figure pat00243
, 여기서 각각의 Ar은 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다. 임의로, 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는다:
Figure pat00233
,
Figure pat00234
,
Figure pat00235
,
Figure pat00236
,
Figure pat00237
,
Figure pat00238
,
Figure pat00239
,
Figure pat00240
,
Figure pat00241
,
Figure pat00242
, or
Figure pat00243
, wherein each Ar is independently an aromatic or heteroaromatic group having one or more R group substituents. Optionally, the photoactive compound has the formula:

Figure pat00244
또는
Figure pat00245
. 구체적인 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는 것들을 포함한다:
Figure pat00244
or
Figure pat00245
. Specific photoactive compounds include those having the formula:

Figure pat00246
,
Figure pat00247
,
Figure pat00248
,
Figure pat00249
,
Figure pat00250
,
Figure pat00251
, 또는
Figure pat00252
. 다시, 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00246
,
Figure pat00247
,
Figure pat00248
,
Figure pat00249
,
Figure pat00250
,
Figure pat00251
, or
Figure pat00252
. Again, it can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

본 양태의 광활성 화합물은 대안적으로 다음 화학식을 가질 수 있다:The photoactive compounds of this embodiment may alternatively have the formula:

Figure pat00253
, 여기서 A1은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고, 각각의 A2는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 여기서 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, A1은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 5-원 또는 6-원 방향족 또는 헤테로방향족 환을 포함한다. 임의로, A1은 하나 이상의 티아졸 환, 벤젠 환, 피리딘 환, 이미다졸 환, 피롤 환, 티오펜 환, 나프탈렌, 피렌, 인돌, 벤조티오펜, 벤즈이미다졸, 벤조티아졸, 또는 트리아진 환을 포함하는 비치환되거나 R 치환된 환 그룹을 포함한다. 임의로, 각각의 A2는 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 5-원 또는 6-원 방향족 또는 헤테로방향족 환을 포함한다. 임의로, 각각의 A2는 하나 이상의 티아졸 환, 벤젠 환, 피리딘 환, 이미다졸 환, 피롤 환, 티오펜 환, 나프탈렌, 피렌, 인돌, 벤조티오펜, 벤즈이미다졸, 벤조티아졸, 또는 트리아진 환을 포함하는 비치환되거나 R 치환된 환 그룹을 포함한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 H, CH3, F, Cl, CN, OCH3, C(CH3)3, 또는 Ar―R이고, 여기서 Ar은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며, 여기서 Ar―R은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 가진 방향족 또는 헤테로방향족 그룹에 상응한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 티아졸릴 그룹, 페닐 그룹, 피리디닐 그룹, 이미다졸릴 그룹, 피롤릴 그룹, 티오페닐 그룹, 나프틸 그룹, 피레닐 그룹, 인돌릴 그룹, 벤조티오페닐 그룹, 벤즈이미다졸릴 그룹, 또는 벤조티아졸릴 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성하거나 여기서 2개 이상의 R 그룹은 융합된 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성한다. 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00253
, wherein A1 is a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents, and each A2 is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents, Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein at least two R groups are either a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused group. to form a ring group. Optionally, A1 comprises a 5- or 6-membered aromatic or heteroaromatic ring comprising one or more R group substituents. Optionally, A1 is one or more thiazole ring, benzene ring, pyridine ring, imidazole ring, pyrrole ring, thiophene ring, naphthalene, pyrene, indole, benzothiophene, benzimidazole, benzothiazole, or triazine ring including unsubstituted or R substituted ring groups. Optionally, each A2 comprises a 5- or 6-membered aromatic or heteroaromatic ring comprising one or more R group substituents. Optionally, each A2 is one or more thiazole ring, benzene ring, pyridine ring, imidazole ring, pyrrole ring, thiophene ring, naphthalene, pyrene, indole, benzothiophene, benzimidazole, benzothiazole, or triazine Including unsubstituted or R substituted ring groups including rings. Optionally, one or more R groups are independently H, CH 3 , F, Cl, CN, OCH 3 , C(CH 3 ) 3 , or Ar—R, where Ar is an aromatic or heteroaromatic group, wherein Ar—R corresponds to an aromatic or heteroaromatic group having one or more R group substituents. Optionally, one or more R groups are independently a thiazolyl group, a phenyl group, a pyridinyl group, an imidazolyl group, a pyrrolyl group, a thiophenyl group, a naphthyl group, a pyrenyl group, an indolyl group, a benzothiophenyl group, a benzimidazolyl group, or a benzothiazolyl group. Optionally, two or more R groups form an unfused aromatic or heteroaromatic group or wherein two or more R groups form a fused aromatic or heteroaromatic group. It can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

예를 들면, 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:For example, the photoactive compound of this embodiment may have the formula:

Figure pat00254
,
Figure pat00255
,
Figure pat00256
,
Figure pat00257
, 또는
Figure pat00258
, 여기서 각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R이다. 구체적인 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는 것들을 포함한다:
Figure pat00254
,
Figure pat00255
,
Figure pat00256
,
Figure pat00257
, or
Figure pat00258
, wherein each X is independently S, N, or C-R. Specific photoactive compounds include those having the formula:

Figure pat00259
,
Figure pat00260
,
Figure pat00261
,
Figure pat00262
,
Figure pat00263
,
Figure pat00264
,
Figure pat00265
,
Figure pat00266
, 또는
Figure pat00267
. 다시, 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00259
,
Figure pat00260
,
Figure pat00261
,
Figure pat00262
,
Figure pat00263
,
Figure pat00264
,
Figure pat00265
,
Figure pat00266
, or
Figure pat00267
. Again, it can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

본 양태의 광활성 화합물은 대안적으로 다음 화학식을 가질 수 있다:The photoactive compounds of this embodiment may alternatively have the formula:

Figure pat00268
, 여기서 A1은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고, 각각의 A2는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, A1은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 5-원 또는 6-원 방향족 또는 헤테로방향족 환을 포함한다. 임의로, A1은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합된 5-원 또는 6-원 방향족 또는 헤테로방향족 환을 포함한다. 임의로, 각각의 A2는 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 5-원 또는 6-원 방향족 또는 헤테로방향족 환을 포함한다. 임의로, 각각의 A2는 하나 이상의 티아졸 환, 벤젠 환, 피리딘 환, 이미다졸 환, 피롤 환, 티오펜 환, 나프탈렌, 피렌, 인돌, 벤조티오펜, 벤즈이미다졸, 또는 벤조티아졸을 포함하는 비치환되거나 R 치환된 환 그룹을 포함한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 H, CH3, F, Cl, CN, OCH3, C(CH3)3, 또는 Ar―R이고, 여기서 Ar은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며, 여기서 Ar―R은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 가진 방향족 또는 헤테로방향족 그룹에 상응한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 티아졸릴 그룹, 페닐 그룹, 피리디닐 그룹, 이미다졸릴 그룹, 피롤릴 그룹, 티오페닐 그룹, 나프틸 그룹, 피레닐 그룹, 인돌릴 그룹, 벤조티오페닐 그룹, 벤즈이미다졸릴 그룹, 또는 벤조티아졸릴 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성하거나 여기서 2개 이상의 R 그룹은 융합된 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성한다. 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00268
, wherein A1 is a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents, and each A2 is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents, Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, A1 comprises a 5- or 6-membered aromatic or heteroaromatic ring comprising one or more R group substituents. Optionally, A1 comprises a fused 5-membered or 6-membered aromatic or heteroaromatic ring comprising one or more R group substituents. Optionally, each A2 comprises a 5- or 6-membered aromatic or heteroaromatic ring comprising one or more R group substituents. Optionally, each A2 comprises one or more thiazole ring, benzene ring, pyridine ring, imidazole ring, pyrrole ring, thiophene ring, naphthalene, pyrene, indole, benzothiophene, benzimidazole, or benzothiazole unsubstituted or R substituted ring groups. Optionally, one or more R groups are independently H, CH 3 , F, Cl, CN, OCH 3 , C(CH 3 ) 3 , or Ar—R, where Ar is an aromatic or heteroaromatic group, wherein Ar—R corresponds to an aromatic or heteroaromatic group having one or more R group substituents. Optionally, one or more R groups are independently a thiazolyl group, a phenyl group, a pyridinyl group, an imidazolyl group, a pyrrolyl group, a thiophenyl group, a naphthyl group, a pyrenyl group, an indolyl group, a benzothiophenyl group, a benzimidazolyl group, or a benzothiazolyl group. Optionally, two or more R groups form an unfused aromatic or heteroaromatic group or wherein two or more R groups form a fused aromatic or heteroaromatic group. It can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

예를 들면, 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:For example, the photoactive compound of this embodiment may have the formula:

Figure pat00269
, 여기서 각각의 A3는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다. 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식에 의해 추가로 특징화될 수 있다:
Figure pat00269
, wherein each A3 is independently an aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents. The photoactive compounds of this aspect may be further characterized by the formula:

Figure pat00270
,
Figure pat00271
,
Figure pat00272
, 또는
Figure pat00273
, 여기서 각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R이다. 구체적인 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는 것들을 포함한다:
Figure pat00270
,
Figure pat00271
,
Figure pat00272
, or
Figure pat00273
, wherein each X is independently S, N, or C-R. Specific photoactive compounds include those having the formula:

Figure pat00274
,
Figure pat00275
,
Figure pat00276
,
Figure pat00277
, 또는
Figure pat00278
. 다시, 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00274
,
Figure pat00275
,
Figure pat00276
,
Figure pat00277
, or
Figure pat00278
. Again, it can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

이러한 양태의 다른 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:Other photoactive compounds of this embodiment may have the formula:

Figure pat00279
, 여기서 M은 금속이고, 각각의 A는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 갖는 융합된 폴리사이클릭 환 그룹이며, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, M은 Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, 또는 Pt이다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 각각 독립적으로 메톡시 그룹, 페닐 그룹, 디메틸 아미노 그룹, 시아노 그룹, 티아졸릴 그룹, 또는 페닐 그룹이다. 임의로, A는 티아졸릴 그룹, 페닐 그룹, 말레이미드 그룹, 나프틸 그룹, 아세나프탈렌 그룹, 또는 페난트렌 그룹을 포함한다. 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00279
, wherein M is a metal, each A is independently a fused polycyclic ring group having one or more R group substituents, and each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, or It is a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, M is Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, or Pt. Optionally, one or more R groups are each independently a methoxy group, a phenyl group, a dimethyl amino group, a cyano group, a thiazolyl group, or a phenyl group. Optionally, A includes a thiazolyl group, a phenyl group, a maleimide group, a naphthyl group, an acenaphthalene group, or a phenanthrene group. It can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

예를 들면, 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:

Figure pat00280
,
Figure pat00281
,
Figure pat00282
,
Figure pat00283
, 또는
Figure pat00284
. 임의로, 본 양태의 화합물은 다음 화학식을 갖는다:For example, The photoactive compound of this embodiment may have the formula:
Figure pat00280
,
Figure pat00281
,
Figure pat00282
,
Figure pat00283
, or
Figure pat00284
. Optionally, the compound of this embodiment has the formula:

Figure pat00285
,
Figure pat00286
,
Figure pat00287
,
Figure pat00288
, 또는
Figure pat00289
. 구체적인 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는 것들을 포함한다:
Figure pat00285
,
Figure pat00286
,
Figure pat00287
,
Figure pat00288
, or
Figure pat00289
. Specific visually transparent photoactive compounds include those having the formula:

Figure pat00290
,
Figure pat00291
,
Figure pat00292
,
Figure pat00293
, 또는
Figure pat00294
. 다시, 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00290
,
Figure pat00291
,
Figure pat00292
,
Figure pat00293
, or
Figure pat00294
. Again, it can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

본 양태의 광활성 화합물은 대안적으로 다음 화학식을 가질 수 있다:The photoactive compounds of this embodiment may alternatively have the formula:

Figure pat00295
, 여기서 M은 금속, 예를 들면, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, 또는 Pt이고, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 여기서 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 메톡시 그룹, 페닐 그룹, 디메틸 아미노 그룹, 시아노 그룹, 티아졸릴 그룹, 또는 페닐 그룹이다. 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00295
, wherein M is a metal, for example Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, or Pt, and each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group , substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, or substituted or an unsubstituted alkoxy group, wherein two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, one or more R groups are independently a methoxy group, a phenyl group, a dimethyl amino group, a cyano group, a thiazolyl group, or a phenyl group. It can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

예를 들면, 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:For example, The photoactive compound of this embodiment may have the formula:

Figure pat00296
. 임의로, 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는다:
Figure pat00296
. Optionally, the photoactive compound has the formula:

Figure pat00297
또는
Figure pat00298
. 구체적인 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는 것들을 포함한다:
Figure pat00297
or
Figure pat00298
. Specific photoactive compounds include those having the formula:

Figure pat00299
또는
Figure pat00300
. 다시, 이러한 화합물이 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00299
or
Figure pat00300
. Again, it can be seen that these compounds can exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in the visible light.

다른 양태에서, 가시적으로 투명한 광활성 화합물이 제공되며, 이는 예를 들면, 가시적으로 투명한 광전지 장치의 광활성 층내 광활성 재료로서 유용할 수 있다. 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:In another aspect, a visually transparent photoactive compound is provided, which may be useful, for example, as a photoactive material in a photoactive layer of a visually transparent photovoltaic device. The photoactive compound of this embodiment may have the formula:

Figure pat00301
, 여기서 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이고, n은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7이며, 각각의 X는 독립적으로 O, N-R, S, 또는 Se이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 H, 치환되거나 비치환된 C1-C6 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 C2-C6 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹이다. 이러한 화합물은 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도 및 최대 가시광선 흡수 강도, 예를 들면, 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00301
, wherein each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group a group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, n is 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7; , each X is independently O, NR, S, or Se. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, one or more R groups are independently H, a substituted or unsubstituted C1-C6 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2-C6 alkenyl group, a substituted or unsubstituted aromatic group, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group is a group It will be appreciated that such compounds may exhibit a maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity and a maximum visible light absorption intensity, eg, a maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity greater than the maximum visible light absorption intensity.

예를 들면, 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:For example, in this aspect The photoactive compound may have the formula:

Figure pat00302
, 여기서 m은 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5이다. 임의로, 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는다:
Figure pat00302
, where m is 0, 1, 2, 3, 4, or 5. Optionally, the photoactive compound of this embodiment has the formula:

Figure pat00303
,
Figure pat00304
,
Figure pat00305
,
Figure pat00306
,
Figure pat00307
,
Figure pat00308
,
Figure pat00309
,
Figure pat00310
,
Figure pat00311
,
Figure pat00312
,
Figure pat00313
,
Figure pat00303
,
Figure pat00304
,
Figure pat00305
,
Figure pat00306
,
Figure pat00307
,
Figure pat00308
,
Figure pat00309
,
Figure pat00310
,
Figure pat00311
,
Figure pat00312
,
Figure pat00313
,

Figure pat00314
,
Figure pat00315
, 또는
Figure pat00316
. 구체적인 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는 것들을 포함한다:
Figure pat00314
,
Figure pat00315
, or
Figure pat00316
. Specific visually transparent photoactive compounds include those having the formula:

Figure pat00317
,
Figure pat00318
,
Figure pat00319
,
Figure pat00320
,
Figure pat00321
, 또는
Figure pat00322
. 다시, 이러한 화합물은 가시적으로 투명할 수 있으며 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00317
,
Figure pat00318
,
Figure pat00319
,
Figure pat00320
,
Figure pat00321
, or
Figure pat00322
. Again, it will be appreciated that these compounds can be visually transparent and exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in visible light.

본 양태의 광활성 화합물은 대안적으로 다음 화학식을 가질 수 있다:The photoactive compounds of this embodiment may alternatively have the formula:

Figure pat00323
또는
Figure pat00324
, 여기서 각각의 A는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, A는 독립적으로 벤젠 환 또는 티오펜 환이다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 H, 치환되거나 비치환된 C1-C6 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 C2-C6 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹이다. 이러한 화합물은 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도 및 최대 가시광선 흡수 강도, 예를 들면, 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00323
or
Figure pat00324
, wherein each A is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents, and each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group , substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, substituted or unsubstituted amine group, or substituted or It is an unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, A is independently a benzene ring or a thiophene ring. Optionally, one or more R groups are independently H, a substituted or unsubstituted C1-C6 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2-C6 alkenyl group, a substituted or unsubstituted aromatic group, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group is a group It will be appreciated that such compounds may exhibit a maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity and a maximum visible light absorption intensity, eg, a maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity greater than the maximum visible light absorption intensity.

예를 들면, 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:For example, in this aspect The photoactive compound may have the formula:

Figure pat00325
,
Figure pat00326
,
Figure pat00327
, 또는
Figure pat00328
. 광활성 화합물의 구체적인 예는 다음 화학식을 갖는 것들을 포함한다:
Figure pat00325
,
Figure pat00326
,
Figure pat00327
, or
Figure pat00328
. Specific examples of photoactive compounds include those having the formula:

Figure pat00329
,
Figure pat00330
,
Figure pat00331
, 또는
Figure pat00332
. 다시, 이러한 화합물은 가시적으로 투명할 수 있으며 가시광선에서 최대 흡수 강도보다 근적외선에서 더 강력한 최대 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00329
,
Figure pat00330
,
Figure pat00331
, or
Figure pat00332
. Again, it will be appreciated that these compounds can be visually transparent and exhibit a stronger maximum absorption intensity in the near infrared than the maximum absorption intensity in visible light.

본 양태의 광활성 화합물은 대안적으로 다음 화학식을 가질 수 있다:The photoactive compounds of this embodiment may alternatively have the formula:

Figure pat00333
, 여기서 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 H, 치환되거나 비치환된 C1-C6 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 C2-C6 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹이다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 3급 부틸 그룹이다. 이러한 화합물은 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도 및 최대 가시광선 흡수 강도, 예를 들면, 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00333
, wherein each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, one or more R groups are H, a substituted or unsubstituted C1-C6 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2-C6 alkenyl group, a substituted or unsubstituted aromatic group, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group . Optionally, at least one R group is a tertiary butyl group. It will be appreciated that such compounds may exhibit a maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity and a maximum visible light absorption intensity, eg, a maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity greater than the maximum visible light absorption intensity.

예를 들면, 본 양태의 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:For example, in this aspect The compound may have the formula:

Figure pat00334
. 광활성 화합물의 구체적인 예는 다음 화학식을 갖는 화합물을 포함한다:
Figure pat00334
. Specific examples of photoactive compounds include compounds having the formula:

Figure pat00335
.
Figure pat00335
.

본 양태의 광활성 화합물은 대안적으로 다음 화학식을 가질 수 있다:The photoactive compounds of this embodiment may alternatively have the formula:

Figure pat00336
, 여기서 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 H, 치환되거나 비치환된 C1-C6 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 C2-C6 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹이다. 이러한 화합물은 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도 및 최대 가시광선 흡수 강도, 예를 들면, 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다.
Figure pat00336
, wherein each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. Optionally, one or more R groups are H, a substituted or unsubstituted C1-C6 alkyl group, a substituted or unsubstituted C2-C6 alkenyl group, a substituted or unsubstituted aromatic group, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group . It will be appreciated that such compounds may exhibit a maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity and a maximum visible light absorption intensity, eg, a maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity greater than the maximum visible light absorption intensity.

예를 들면, 본 양태의 광활성 화합물은 다음 화학식을 가질 수 있다:For example, in this aspect The photoactive compound may have the formula:

Figure pat00337
또는
Figure pat00338
. 구체적인 예의 광활성 화합물은 다음 화학식을 갖는 화합물이다:
Figure pat00337
or
Figure pat00338
. A specific example of a photoactive compound is a compound having the formula:

Figure pat00339
.
Figure pat00339
.

유리하게는, 개시된 광활성 화합물은 최대 또는 피크 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 또는 피크 근적외선 또는 자외선 흡수 강도를 나타낸다. 일부 구현예에서, 개시된 광활성 화합물은 통합된 가시적 흡수 계수보다 큰 통합된 근적외선 또는 자외선 흡수 계수를 나타낸다. 예를 들면, 개시된 광활성 화합물의 일부 구현예는 가시 파장 대역(450 nm 내지 650 nm) 밖의, 예를 들면, 근적외선 파장 대역(650 nm 내지 1400 nm) 또는 자외선 파장 대역(200 nm 내지 450 nm)내의 피크 흡수를 나타낸다. 바람직하게는 근적외선 또는 자외선을 흡수함으로써, 개시된 광활성 화합물은 가시적 투명도를 나타내며, 유리하게는 가시적으로 투명한 광전지 장치내에 포함시키는데 유용할 수 있다. 다양한 구현예에서, 상이한 최대 가시적 흡수 또는 최소 가시적 투과율이 특수한 목표 적용을 위해 선택될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 30%의 가시적 투과율 또는 70%의 흡수가 일부 적용에 바람직할 수 있다. 다른 구현예에서, 100%의 가시적 투과율 또는 0%의 흡수가 일부 적용에 바람직할 수 있다. 이러한 방식으로, 가시적으로 투명한 광전지 셀은 광전지 생성(또는, 부수적인 흡수)의 목적을 위해 일부 가시광 뿐만 아니라 근적외선 및/또는 자외선을 흡수할 수 있으며, 여전히 목표 가시적 투과율 수준을 충족할 수 있다.Advantageously, the disclosed photoactive compounds exhibit a maximum or peak near infrared or ultraviolet absorption intensity greater than the maximum or peak visible light absorption intensity. In some embodiments, the disclosed photoactive compounds exhibit an integrated near-infrared or ultraviolet absorption coefficient that is greater than the integrated visible absorption coefficient. For example, some embodiments of the disclosed photoactive compounds are outside the visible wavelength band (450 nm to 650 nm), such as within the near infrared wavelength band (650 nm to 1400 nm) or the ultraviolet wavelength band (200 nm to 450 nm). peak absorption. Preferably by absorbing near infrared or ultraviolet radiation, the disclosed photoactive compounds exhibit visible transparency and may be useful for inclusion in advantageously visually transparent photovoltaic devices. It will be appreciated that in various embodiments, different maximum visible absorption or minimum visible transmittance may be selected for a particular target application. For example, in some embodiments, a visible transmittance of 30% or an absorption of 70% may be desirable for some applications. In other embodiments, a visible transmittance of 100% or an absorption of 0% may be desirable for some applications. In this way, a visually transparent photovoltaic cell can absorb some visible light as well as near infrared and/or ultraviolet light for the purpose of photovoltaic generation (or incidental absorption) and still meet the target visible transmittance level.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 가시적 투과율, 가시적으로 투명한 등은 0% 내지 70%, 예를 들면, 약 70% 이하, 약 65% 이하, 약 60% 이하, 약 55% 이하, 약 50% 이하, 약 45% 이하, 약 40% 이하, 약 35% 이하, 약 30% 이하, 약 25%, 또는 약 20% 이하의 가시광선 대역내에서 전체 흡수, 평균 흡수, 또는 최대 흡수를 나타내는 재료의 특성을 지칭한다. 달리 말하면, 가시적으로 투명한 재료는 30% 내지 100%의 입사 가시광, 예를 들면, 약 80% 이상의 입사 가시광, 약 75% 이상의 입사 가시광, 약 70% 이상의 입사 가시광, 약 65% 이상의 입사 가시광, 약 60% 이상의 입사 가시광, 약 55% 이상의 입사 가시광, 약 50% 이상의 입사 가시광, 약 45% 이상의 입사 가시광, 약 40% 이상의 입사 가시광, 약 35% 이상의 입사 가시광, 또는 약 30% 이상의 입사 가시광을 투과시킬 수 있다. 가시적으로 투명한 재료는 일반적으로 사람이 관찰하는 경우 적어도 부분적으로 비치는(see-through)(즉, 완전히 불투명하지 않은) 것으로 간주된다. 임의로, 가시적으로 투명한 재료는 사람이 관찰하는 경우 무색(즉, 특수한 색상의 외관을 제공할 수 있는 강력한 가시적 흡수 특징을 나타내지 않음)일 수 있다.As used herein, the terms visible transmittance, visually transparent, etc., refer to 0% to 70%, such as about 70% or less, about 65% or less, about 60% or less, about 55% or less, about 50% or less. , about 45% or less, about 40% or less, about 35% or less, about 30% or less, about 25% or less, or about 20% or less of a material that exhibits total absorption, average absorption, or maximum absorption within the visible light band refers to In other words, a visually transparent material may comprise from 30% to 100% incident visible light, e.g., at least about 80% incident visible light, at least about 75% incident visible light, at least about 70% incident visible light, at least about 65% incident visible light, about At least 60% incident visible light, at least about 55% incident visible light, at least about 50% incident visible light, at least about 45% incident visible light, at least about 40% incident visible light, at least about 35% incident visible light, or transmits at least about 30% incident visible light can do it A material that is visually transparent is generally considered to be at least partially see-through (ie, not completely opaque) to human observation. Optionally, the visibly transparent material can be colorless (ie, not exhibiting strong visible absorption characteristics that can give the appearance of a special color) to human observation.

다양한 상이한 R-그룹 치환이 일반적으로 본원에 고려된다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 H, CH3, F, Cl, CN, OCH3, C(CH3)3, 또는 Ar―R이고, 여기서 Ar은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며, 여기서 Ar―R은 하나 이상의 R 그룹 치환체를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 그룹에 상응한다. 임의로, 하나 이상의 R 그룹은 독립적으로 티아졸릴 그룹, 페닐 그룹, 피리디닐 그룹, 이미다졸릴 그룹, 피롤릴 그룹, 티오페닐 그룹, 나프틸 그룹, 피레닐 그룹, 인돌릴 그룹, 벤조티오페닐 그룹, 벤즈이미다졸릴 그룹, 또는 벤조티아졸릴 그룹이다. 일부 구현예에서, 2개 이상의 R 그룹은 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성하거나 2개 이상의 R 그룹은 융합된 방향족 또는 헤테로방향족 그룹을 형성한다.A variety of different R-group substitutions are generally contemplated herein. For example, in some embodiments, one or more R groups are independently H, CH 3 , F, Cl, CN, OCH 3 , C(CH 3 ) 3 , or Ar—R, where Ar is aromatic or heteroaromatic. group, wherein Ar-R corresponds to an aromatic or heteroaromatic group having one or more R group substituents. Optionally, one or more R groups are independently a thiazolyl group, a phenyl group, a pyridinyl group, an imidazolyl group, a pyrrolyl group, a thiophenyl group, a naphthyl group, a pyrenyl group, an indolyl group, a benzothiophenyl group, a benzimidazolyl group, or a benzothiazolyl group. In some embodiments, two or more R groups form an unfused aromatic or heteroaromatic group or two or more R groups form a fused aromatic or heteroaromatic group.

개시된 광활성 화합물 및 재료는 가시적으로 투명한 광전지 장치, 예를 들면, 가시적으로 투명한 기판; 가시적으로 투명한 기판에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 전극; 제1의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 활성 층, 예를 들면, 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 높은 최대 근적외선 흡수 강도를 나타내는 본원에 기술된 광활성 화합물을 포함하는 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층; 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층에 커플링되고 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 자외선 흡수 강도 또는 최대 근적외선 흡수 강도를 나타내는 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층; 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층에 커플링된 제2의 가시적으로 투명한 전극을 포함하는 가시적으로 투명한 광전지 장치에서 유용하다.The disclosed photoactive compounds and materials can be applied to visually transparent photovoltaic devices, such as visually transparent substrates; a first visually transparent electrode coupled to the visually transparent substrate; A first visually transparent active layer coupled to a first visually transparent electrode, for example, a first photoactive compound as described herein that exhibits a maximum near infrared absorption intensity greater than the maximum visible light absorption intensity. a visually transparent photoactive layer; a second visually transparent photoactive layer coupled to the first visually transparent photoactive layer and exhibiting a maximum ultraviolet absorption intensity or a maximum near infrared absorption intensity greater than the maximum visible light absorption intensity; and a second visually transparent electrode coupled to the second visually transparent photoactive layer.

하기에 추가로 상세히 기술되는 바와 같이, 본원에 기술된 광활성 화합물은 전자 공여체 재료 또는 전자 수용체 재료로서 유용할 수 있다. 구현예에서, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 대측 재료(opposite material), 예를 들면, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층의 광 활성 재료가 전자 공여체 재료인 경우 전자 수용체 재료로서 또는 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층의 광 활성 재료가 전자 수용체 재료인 경우 전자 공여체 재료로서 유용할 수 있는 제2의 광활성 화합물을 포함할 수 있다. 광활성 층에서 사용되는 광활성 화합물은 임의의 적합한 농도를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 광활성 화합물은 실질적으로 순수한 형태의 층으로 존재한다. 그러나, 일부 구현예에서, 광활성 층은 예를 들면, 다수의 광활성 화합물, 예를 들면, 전자 수용체 재료 및 전자 공여체 재료가 존재하는 경우 혼합된 형태로서 존재할 수 있다. 상이한 광활성 재료는 본원에 기술된 장치 속에서 광전지 생성을 달성하기 위한 임의로 적합한 농도 또는 농도 비를 가질 수 있다. 임의로, 제1 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 독립적으로 두께가 약 1 nm 내지 약 300 nm이다. 임의로, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층은 별도의, 혼합된, 또는 부분 혼합된 층에 상응한다.As described in further detail below, the photoactive compounds described herein may be useful as electron donor materials or electron acceptor materials. In an embodiment, the second visually transparent photoactive layer is an opposite material, e.g., an electron acceptor material when the photoactive material of the first visually transparent photoactive layer is an electron donor material or as the first When the photoactive material of the visually transparent photoactive layer is an electron acceptor material, it may comprise a second photoactive compound which may be useful as an electron donor material. The photoactive compound used in the photoactive layer may have any suitable concentration. In some embodiments, the photoactive compound is present as a layer in substantially pure form. However, in some embodiments, the photoactive layer may exist in a mixed form, for example when multiple photoactive compounds are present, eg, an electron acceptor material and an electron donor material. The different photoactive materials may optionally have suitable concentrations or concentration ratios to achieve photovoltaic cell production in the devices described herein. Optionally, the first and second visually transparent photoactive layers are independently about 1 nm to about 300 nm thick. Optionally, the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer correspond to separate, mixed, or partially mixed layers.

가시적으로 투명한 광전지 장치에 사용되는 다른 층은 투명한 광전지 장치의 작동에 적합한 조성 및 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 다양한 가시적으로 투명한 기판, 예를 들면, 투명한 유리, 투명한 중합체 등을 구성하는 것이 적합할 수 있다. 일부 구현예에서, 가시적으로 투명한 기판은 근적외선 광(즉, 650 nm 초과의 파장을 지닌 광) 및/또는 자외선 광(즉, 450 nm 미만의 파장을 지닌 광)에 대해 투명할 수 있다. 이러한 방식으로, 가시적으로 투명한 기판은 가시적으로 투명한 광전지 장치에 의한 광전지 에너지 생성에 적합할 수 있는 근적외선 및/또는 자외선 광을 흡수하지 않을 수 있다. 그러나, 일부 구현예에서, 가시적으로 투명한 기판은 적외선 및/또는 자외선 광을 흡수할 수 있으며, 이는 예를 들면, 가시적으로 투명한 기판이 광활성 층(들)을 통과한 후 과도한 적외선 또는 자외선 입사 방사선을 차단함으로써 전체적인 자외선 및/또는 적외선 투과를 방지하거나 감소시키는 구성에 유용할 수 있다. 유용한 가시적으로 투명한 기판은 두께가 약 50 nm 내지 약 30 mm인 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Other layers used in visually transparent photovoltaic devices may exhibit compositions and properties suitable for operation of transparent photovoltaic devices. For example, it may be suitable to construct a variety of visually transparent substrates, such as transparent glass, transparent polymers, and the like. In some embodiments, a visually transparent substrate can be transparent to near-infrared light (ie, light having a wavelength greater than 650 nm) and/or ultraviolet light (ie, light having a wavelength less than 450 nm). In this way, the visually transparent substrate may not absorb near infrared and/or ultraviolet light that may be suitable for photovoltaic energy generation by a visually transparent photovoltaic device. However, in some embodiments, the visually transparent substrate is capable of absorbing infrared and/or ultraviolet light, which may result in excessive infrared or ultraviolet incident radiation, for example after the visually transparent substrate has passed through the photoactive layer(s). Blocking may be useful in configurations that prevent or reduce overall ultraviolet and/or infrared transmission by blocking. Useful visually transparent substrates include, but are not limited to, those with a thickness of from about 50 nm to about 30 mm.

가시적으로 투명한 전극의 예는 산화주석 인듐 또는 전도성 원소, 예를 들면, 구리, 금, 은, 알루미늄 등의 투명한 박(thin) 필름을 포함하는 것들을 포함한다. 가시적으로 투명한 전극이 전도성 원소를 포함하는 경우, 두께는 전도성 원소가 대부분 불투명할 수 있지만, 박 필름으로서 사용되는 경우 전도성 원소는 여전히 가시광의 투과를 허용할 수 있도록 할 수 있다. 유용한 가시적으로 투명한 전극은 두께가 약 1 nm 내지 약 500 nm인 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Examples of visually transparent electrodes include those comprising a transparent thin film of indium tin oxide or a conductive element such as copper, gold, silver, aluminum, or the like. When the visually transparent electrode includes a conductive element, the thickness may allow the conductive element to be mostly opaque, but when used as a thin film, the conductive element may still allow transmission of visible light. Useful visually transparent electrodes include, but are not limited to, those with a thickness of from about 1 nm to about 500 nm.

다른 층들이 본원에 기술된 가시적으로 투명한 광전지 장치 속에 존재할 수 있다. 예를 들면, 가시적으로 투명한 광전지 장치는 임의로 하나 이상의 완충 층(buffer layer), 예를 들면, 제1의 가시적으로 투명한 전극과 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 사이에 배치된 제1 완충 층 및/또는 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이에 배치된 제2 완충 층을 포함할 수 있다. 유용한 완충 층은 다양한 목적을 제공할 수 있으며 다양한 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 경우에, 완충 층은 본원에 기술된 광활성 재료 또는 화합물을 포함할 수 있다. 임의로, 유용한 완충 층은 두께가 약 1 nm 내지 약 500 nm이다.Other layers may be present in the visually transparent photovoltaic devices described herein. For example, a visually transparent photovoltaic device may optionally include one or more buffer layers, such as a first buffer layer disposed between the first visually transparent electrode and the first visually transparent photoactive layer and/or or a second buffer layer disposed between the second visually transparent photoactive layer and the second visually transparent electrode. Useful buffer layers can serve a variety of purposes and can include a variety of compositions. For example, in some cases, the buffer layer may include a photoactive material or compound described herein. Optionally, useful buffer layers are from about 1 nm to about 500 nm thick.

다른 양태에서, 방법, 예를 들면, 가시적으로 투명한 광활성 재료의 제조 방법 및 가시적으로 투명한 광전지 장치의 제조 방법이 제공된다. 일 구현예에서, 이러한 양태의 방법은 투명한 기판을 제공하는 단계; 임의로, 투명한 기판 위에 하나 이상의 광학 층을 형성시키는 단계; 제1 투명 전극을 형성시키는 단계; 임의로 제1 투명 전극 상에 제1 완충 층을 형성시키는 단계; 예를 들면, 본원에 기술된 광활성 화합물을 포함하는 하나 이상의 광활성 층을 형성시키는 단계; 임의로, 제2 완충 층을 형성시키는 단계; 제2 투명 전극을 형성시키는 단계; 및 임의로 제2 투명 전극 위에 하나 이상의 광학 층을 형성시키는 단계를 포함한다. 임의로, 하나 이상의 완충 층은 본원에 기술된 광활성 화합물을 포함한다. 임의로, 하나 이상의 층을 형성시키는 단계는 광활성 화합물을 제조하는 단계 및 광활성 화합물을 증착시키는 단계를 포함한다. 본원에 제공된 다양한 광활성 화합물을 제조하는 단계의 예는 하기에 기술되어 있다.In another aspect, methods, such as methods of making a visually transparent photoactive material and a method of making a visually transparent photovoltaic device, are provided. In one embodiment, the method of this aspect comprises providing a transparent substrate; optionally, forming one or more optical layers over the transparent substrate; forming a first transparent electrode; optionally forming a first buffer layer on the first transparent electrode; forming one or more photoactive layers comprising, for example, a photoactive compound described herein; optionally, forming a second buffer layer; forming a second transparent electrode; and optionally forming one or more optical layers over the second transparent electrode. Optionally, at least one buffer layer comprises a photoactive compound described herein. Optionally, forming the one or more layers comprises preparing the photoactive compound and depositing the photoactive compound. Examples of steps for preparing the various photoactive compounds provided herein are described below.

이러한 상이한 단계에 대한 변형은 본 개시내용을 고려하면 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 광활성 층은 전자 수용체 및 전자 공여체 재료를 포함하는 별개의 층 또는 혼합된 층으로서 제공될 수 있다. 예를 들면, 굴절률 정합 층(index matching layer), 반사방지 층(antireflection layer) 등과 같은, 상이한 광학 층을 사용할 수 있다.Variations on these different steps will occur in light of the present disclosure. For example, the photoactive layer may be provided as a separate or mixed layer comprising electron acceptor and electron donor materials. For example, different optical layers may be used, such as an index matching layer, an antireflection layer, and the like.

다양한 기술, 예를 들면, 진공 증착 기술 및 용액 증착 기술을 포함하는 다양한 기술이 하나 이상의 층을 형성하는데 유용할 수 있다. 일 구현예에서, 열 증발은 광활성 층의 일부로서 광활성 화합물을 증착하기 위해 사용된다. 다양한 패턴화 기술이 가시적으로 투명한 광전지 장치의 제조 방법에 유용할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 가시적으로 투명한 전극이 임의로, 패턴화될 수 있으며, 가시적으로 활성인 광활성 층이 임의로, 패턴화될 수 있고, 완충 층이 임의로, 패턴화될 수 있으며, 광학 층 등이 패턴화될 수 있다. 적합한 패턴화 기술은 석판인쇄술, 마스킹(masking), 리프트-오프(lift-off), 에칭(etching) 등을 포함하는 패턴화 기술을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.A variety of techniques may be useful in forming one or more layers, including various techniques, for example, vacuum deposition techniques and solution deposition techniques. In one embodiment, thermal evaporation is used to deposit the photoactive compound as part of the photoactive layer. It will be appreciated that a variety of patterning techniques may be useful in methods of manufacturing visually transparent photovoltaic devices. For example, a visually transparent electrode may optionally be patterned, a visually active photoactive layer may optionally be patterned, a buffer layer may optionally be patterned, an optical layer or the like may be patterned. can Suitable patterning techniques include, but are not limited to, patterning techniques including lithography, masking, lift-off, etching, and the like.

본 발명의 이러한 및 다른 구현예 및 양태는 많은 이의 장점 및 특징과 함께, 하기 내용 및 첨부된 도면과 함께 보다 상세히 기술된다.These and other embodiments and aspects of the present invention, along with many advantages and features thereof, are described in greater detail in the following text and in conjunction with the accompanying drawings.

도 1a는 본 발명의 구현예에 따른 가시적으로 투명한 광전지 장치를 나타내는 단순화된 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 구현예에 따른 가시적으로 투명한 광전지 장치내 광활성 층(들)의 다양한 구성의 개관을 제공한다.
도 2는 태양광 스펙트럼, 사람 눈 감도, 및 예시적인 투명한 광전기 장치 흡수를 파장의 함수로서 나타내는 단순화된 플롯이다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따른 가시적으로 투명한 광전지 장치에 대한 단순화된 에너지 수준 개략도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 광활성 층을 포함할 수 있는, 상이한 전자 수용체 및 공여체 구성에 대한 흡수 프로파일의 예를 나타내는 플롯을 제공한다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 가시적으로 투명한 광전지 장치의 제조 방법의 개관을 제공한다.
도 6은 상이한 부류의 유기 분자에 대한 일반적인 흡수 특징 및 공여체/수용체 거동을 나타내는 플롯을 제공한다.
도 7a는 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 루트의 예의 개관을 제공한다.
도 7b는 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개략도를 제공한다.
도 8은 용액 중의 상이한 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 정규화된 흡광도 스펙트럼을 나타내는 데이타를 제공한다.
도 9는 광전지 셀의 예에 대한 전압의 함수로서 전류 밀도의 예를 나타내는 데이타를 제공한다.
도 10은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 11은 가시적으로 투명한 광활성 화합물이 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 12는 용액 속의 상이한 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이타를 제공한다.
도 13은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 14는 용액 중의 상이한 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이타를 제공한다.
도 15는 광전지 셀의 예에 대한 전압의 함수로서 전류 밀도의 예를 나타내는 데이타를 제공한다.
도 16은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 17은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 18은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 19는 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 20은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 21은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 22는 용액 속의 상이한 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이타를 제공한다.
도 23은 대칭 DiCN 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 24는 비대칭 DiCN 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 25는 DiCN-IDDT 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 26은 DiCN-DTCz 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 27은 DiCN-BODIPY 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 28은 DiCN-SO2 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 29는 DiCN 화합물의 스펙트럼 특성을 나타낸다.
도 30은 DiCN 및 DiCN-SO2 화합물의 스펙트럼 특성을 나타낸다.
도 31은 비대칭 DiCN 수용체 A-16 및 CuPc 공여체를 함유하는 광전지 셀의 예에 대한 전압의 함수로서 전류 밀도의 예를 나타내는 데이타를 제공한다.
도 32는 벤조-비스-티아디아졸(BBT) 화합물의 제조를 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 33은 광활성 화합물에 대한 흡수 스펙트럼의 예를 나타낸다.
도 34a는 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 34b는 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 35는 용액 중의 상이한 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이타를 제공한다.
도 36은 광전지 셀의 예에 대한 전압의 함수로서 전류 밀도의 예를 나타내는 데이타를 제공한다.
도 37은 광전지 셀의 예에 대한 전압의 함수로서 전류 밀도의 예를 나타내는 데이타를 제공한다.
도 38은 나프탈렌-테트라카복실릭 디이미드(NTCDI) 화합물의 형성을 위한 합성경로의 예를 나타낸다.
도 39는 NTCDI 화합물 E-1의 스펙트럼 특성을 나타낸다.
도 40a는 NTCDI 수용체 E-1 및 ClAlPc 공여체를 함유하는 광전지 셀의 예에 대한 전압의 함수로서 전류 밀도의 예를 나타내는 데이타를 제공한다.
도 40b는 NTCDI 화합물 E-1을 함유하는 캐소드(cathode) 완충 층을 갖는 광전지 셀의 예에 대한 전압의 함수로서 전류 밀도의 예를 나타내는 데이타를 제공한다.
도 41은 비스이미드 코로넨 (CBI) 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 42a는 플루오란텐 유도체의 형성을 위한 합성경로의 예를 나타낸다.
도 42b는 플루오란텐 유도체의 형성을 위한 합성경로의 예를 나타낸다.
도 43은 SubPc 공여체를 지닌 수용체로서 플루오란텐을 갖는 광전지 셀의 예에 대한 전압의 함수로서 전류 밀도의 예를 나타내는 데이타를 제공한다.
도 44는 코라눌렌 유도체의 형성을 위한 합성경로의 예를 나타낸다.
도 45는 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성경로의 예의 개관을 제공한다.
도 46은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 예의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이타를 제공한다.
도 47은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 48은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성 경로의 예의 개관을 제공한다.
도 49는 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 예의 흡수 스펙트럼을 나타내는 데이타를 제공한다.
도 50은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 형성을 위한 합성경로의 예의 개관을 제공한다.
도 51은 SnPc, SnNcCl2, 및 SnPcCl2에 의한 UV/NIR의 흡수를 나타낸다.
도 52는 NIR 흡수 공여체 재료로서 SnNcCl2를 사용하는 장치의 외부 양자 효율을 투명한 PV에 사용되는 전형적인 공여체 재료인, ClAlPc를 사용하는 장치와 비교한다.
도 53은 NIR 흡수 공여체 재료로서 SnNcCl2를 사용하는 장치의 전류 전압 성능을 투명한 PV에 사용되는 전형적인 공여체 재료인, ClAlPc를 사용하는 장치와 비교한다.
도 54는 NIR 흡수 공여체 재료로서 SnNcCl2를 사용하는 장치에서 사용되는 물질의 에너지 수준을, 투명한 PV에 사용되는 전형적인 공여체 재료인, ClAlPc를 사용하는 장치와 비교한다.
도 55는 NIR 수용체로서 SnPcCl2를 사용하는 예시적인 장치에 대한 성능을 나타낸다.
도 56은 공여체 및 수용체 재료로서 각각 SnNcCl2 및 SnPcCl2를 사용하는 투명한 PV의 전류-전압 성능을 나타낸다.
도 57은 공여체 및 수용체 재료로서 각각 SnNcCl2 및 SnPcCl2를 사용하는 투명한 PV의 외부 양자 효율 성능을 나타낸다.
도 58은 프탈로시아닌 화합물의 제조를 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 59는 프탈로시아닌 화합물의 제조를 위한 합성 경로의 예를 나타낸다.
도 60a는 프탈로시아닌 J-14의 스펙트럼 특성을 나타낸다.
도 60b는 프탈로시아닌 J-3의 스펙트럼 특성을 나타낸다.
도 61은 프탈로시아닌 J-1, 프탈로시아닌 J-2, 및 프탈로시아닌 J-3의 스펙트럼 특성의 비교를 나타낸다.
1A is a simplified schematic diagram illustrating a visually transparent photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
1B provides an overview of various configurations of photoactive layer(s) in a visually transparent photovoltaic device in accordance with embodiments of the present invention.
2 is a simplified plot showing the solar spectrum, human eye sensitivity, and exemplary transparent optoelectronic device absorption as a function of wavelength.
3 is a simplified energy level schematic for a visually transparent photovoltaic device in accordance with an embodiment of the present invention.
4A, 4B, 4C, and 4D provide plots showing examples of absorption profiles for different electron acceptor and donor configurations, which may include a photoactive layer.
5 provides an overview of a method of manufacturing a visually transparent photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
6 provides plots showing general absorption characteristics and donor/acceptor behavior for different classes of organic molecules.
7A provides an overview of an example of a synthetic route for the formation of a visually transparent photoactive compound.
7B provides a schematic diagram of an example of a synthetic route for the formation of a visually transparent photoactive compound.
8 provides data showing normalized absorbance spectra of different visually clear photoactive compounds in solution.
9 provides data representing an example of current density as a function of voltage for an example of a photovoltaic cell.
10 provides an overview of an example of a synthetic route for the formation of a visually transparent photoactive compound.
11 provides an overview of an example of a synthetic route for the formation of a visually transparent photoactive compound.
12 provides data representing normalized absorption spectra of different visually transparent photoactive compounds in solution.
13 provides an overview of an example of a synthetic route for the formation of a visually transparent photoactive compound.
14 provides data showing normalized absorption spectra of different visually clear photoactive compounds in solution.
15 provides data representing an example of current density as a function of voltage for an example of a photovoltaic cell.
16 provides an overview of examples of synthetic routes for the formation of visually transparent photoactive compounds.
17 provides an overview of examples of synthetic routes for the formation of visually transparent photoactive compounds.
18 provides an overview of examples of synthetic routes for the formation of visually transparent photoactive compounds.
19 provides an overview of examples of synthetic routes for the formation of visually transparent photoactive compounds.
20 provides an overview of examples of synthetic routes for the formation of visually transparent photoactive compounds.
21 provides an overview of examples of synthetic routes for the formation of visually transparent photoactive compounds.
22 provides data showing normalized absorption spectra of different visually clear photoactive compounds in solution.
23 shows an example of a synthetic route for the formation of symmetric DiCN compounds.
24 shows an example of a synthetic route for the formation of asymmetric DiCN compounds.
25 shows an example of a synthetic route for the formation of DiCN-IDDT compounds.
26 shows an example of a synthetic route for the formation of DiCN-DTCz compounds.
27 shows an example of a synthetic route for the formation of DiCN-BODIPY compounds.
28 shows an example of a synthetic route for the formation of a DiCN-SO 2 compound.
29 shows the spectral characteristics of the DiCN compound.
30 shows the spectral characteristics of DiCN and DiCN-SO 2 compounds.
31 provides data showing examples of current density as a function of voltage for an example of a photovoltaic cell containing an asymmetric DiCN acceptor A-16 and a CuPc donor.
32 shows an example of a synthetic route for the preparation of a benzo- bis-thiadiazole (BBT) compound.
33 shows an example of an absorption spectrum for a photoactive compound.
34A provides an overview of an example of a synthetic route for the formation of a visually transparent photoactive compound.
34B provides an overview of an example of a synthetic route for the formation of a visually transparent photoactive compound.
35 provides data showing normalized absorption spectra of different visually clear photoactive compounds in solution.
36 provides data representing an example of current density as a function of voltage for an example of a photovoltaic cell.
37 provides data representing an example of current density as a function of voltage for an example of a photovoltaic cell.
38 shows an example of a synthetic route for the formation of a naphthalene-tetracarboxylic diimide (NTCDI) compound.
39 shows the spectral characteristics of NTCDI compound E-1.
40A provides data showing an example of current density as a function of voltage for an example of a photovoltaic cell containing an NTCDI acceptor E-1 and a ClAlPc donor.
40B provides data showing examples of current density as a function of voltage for an example of a photovoltaic cell having a cathode buffer layer containing NTCDI compound E-1.
41 shows an example of a synthetic route for the formation of a bisimide coronene (CBI) compound.
42A shows an example of a synthetic route for the formation of a fluoranthene derivative.
42B shows an example of a synthetic route for the formation of a fluoranthene derivative.
43 provides data showing examples of current density as a function of voltage for an example of a photovoltaic cell with fluoranthene as an acceptor with a SubPc donor.
44 shows an example of a synthetic route for the formation of a coranulene derivative.
45 provides an overview of an example of a synthetic route for the formation of a visually transparent photoactive compound.
46 provides data showing normalized absorption spectra of examples of visually clear photoactive compounds.
47 provides an overview of examples of synthetic routes for the formation of visually transparent photoactive compounds.
48 provides an overview of an example of a synthetic route for the formation of a visually transparent photoactive compound.
49 provides data showing absorption spectra of examples of visually transparent photoactive compounds.
50 provides an overview of examples of synthetic routes for the formation of visually transparent photoactive compounds.
51 shows absorption of UV/NIR by SnPc, SnNcCl 2 , and SnPcCl 2 .
FIG. 52 compares the external quantum efficiency of a device using SnNcCl 2 as the NIR absorbing donor material to a device using ClAlPc, a typical donor material used for transparent PV.
53 compares the current voltage performance of a device using SnNcCl 2 as the NIR absorbing donor material to a device using ClAlPc, a typical donor material used for transparent PV.
FIG. 54 compares the energy levels of materials used in devices using SnNcCl 2 as the NIR absorbing donor material to devices using ClAlPc, a typical donor material used for transparent PV.
55 shows performance for an exemplary device using SnPcCl 2 as the NIR acceptor.
56 shows the current-voltage performance of transparent PVs using SnNcCl 2 and SnPcCl 2 as donor and acceptor materials, respectively.
57 shows the external quantum efficiency performance of transparent PVs using SnNcCl 2 and SnPcCl 2 as donor and acceptor materials, respectively.
58 shows an example of a synthetic route for the preparation of a phthalocyanine compound.
59 shows an example of a synthetic route for the preparation of a phthalocyanine compound.
Figure 60a shows the spectral characteristics of phthalocyanine J-14.
Figure 60b shows the spectral characteristics of phthalocyanine J-3.
Fig. 61 shows comparison of spectral characteristics of phthalocyanine J-1, phthalocyanine J-2, and phthalocyanine J-3.

본 개시내용은 가시적으로 투명한 광활성 화합물 및 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 포함하는 가시적으로 투명한 광전지 장치에 관한 것이다. 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 근적외선 영역 또는 자외선 영역내에서 광을 보다 강력하게 흡수하며 가시광선 영역에서는 거의 강력하게 흡수하지 않아서, 가시적으로 투명한 광전지 장치에서 이들의 사용을 가능하게 한다. 개시된 가시적으로 투명한 광전지 장치는 가시적으로 투명한 전극 사이에 배치된 가시적으로 투명한 광활성 재료를 지닌 가시적으로 투명한 전극을 포함한다.The present disclosure relates to a visually transparent photoactive compound and a visually transparent photovoltaic device comprising a visually transparent photoactive compound. Visibly transparent photoactive compounds absorb light more strongly in the near-infrared region or ultraviolet region and little strongly in the visible region, allowing their use in visually transparent photovoltaic devices. The disclosed visually transparent photovoltaic device includes a visually transparent electrode having a visually transparent photoactive material disposed between the visually transparent electrodes.

개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 붕소 디피로메텐계 광활성 화합물, 예를 들면, 디아미노 디플루오로 붕소-계 유기 염료, 및 관련된 디아미노 이산소 붕소-계 유기 염료를 흡수한다. 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 예는 붕소-질소 결합을 포함하는 환 구조 내에 불소화되거나 산소화된 붕소 코어를 포함한다. 예를 들면, 개시된 광활성 화합물은

Figure pat00340
또는
Figure pat00341
의 일반적인 구조적 특징을 공유하며, 여기서 물결선 결합은 화합물의 다른 부위에 대한 연결을 나타내고, 이러한 화합물은 동일한 화합물의 부분들 또는 상이한 서브구조일 수 있다. 이러한 일반적인 구조적 특징은 나타낸 바와 같이 본원에 나타낼 수 있지만, 이의 상이한 성분은 전기적으로 하전되어 화합물에 대한 원자가 요건을 만족시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이러한 전하는 나타낼 수 없지만, 당해 분야의 기술자는 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 붕소 원자는 음성 전하를 나타낼 수 있다. 다른 예로서, 질소 원자는 양성 전하를 나타낼 수 있다. 임의로, 질소 원자는 0 전하 또는 음성 전하를 나타낼 수 있다. 디아미노 디플루오로 또는 이산소 붕소 성분 외에, 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 다른 서브 구조는 본질적으로 유기 또는 헤테로유기일 수 있다. 예를 들면, 가시적으로 투명한 화합물은 방향족 또는 헤테로방향족 종, 사이클릭 또는 헤테로사이클릭 종을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 작용화되어 적합한 광학적 및/또는 물리적 특성을 달성할 수 있다.The disclosed visually clear photoactive compounds absorb boron dipyrromethene-based photoactive compounds, such as diamino difluoro boron-based organic dyes, and related diamino boron dioxyboron-based organic dyes. Examples of visually transparent photoactive compounds include a fluorinated or oxygenated boron core in a ring structure comprising boron-nitrogen bonds. For example, the disclosed photoactive compounds may be
Figure pat00340
or
Figure pat00341
, where wavy bonds indicate links to other sites of the compound, and such compounds may be parts of the same compound or different substructures. While these general structural features may be represented herein as shown, it will be appreciated that the different components thereof may be electrically charged to satisfy the valence requirements for the compound. Such charges cannot be shown, but will be understood by those skilled in the art. For example, a boron atom may exhibit a negative charge. As another example, the nitrogen atom may exhibit a positive charge. Optionally, the nitrogen atom may exhibit a zero charge or a negative charge. Besides the diamino difluoro or boron dioxygen component, other substructures of the visually transparent photoactive compounds may be organic or heteroorganic in nature. For example, a visually clear compound may include aromatic or heteroaromatic species, cyclic or heterocyclic species, each of which may be functionalized to achieve suitable optical and/or physical properties.

개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 근-IR DA 분자, 예를 들면, 디시아노-인단디온, 벤조-비스-티아디아졸, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민, 및 이의 유도체를 포함하며, 이는 작용화되어 적합한 광학적 및/또는 물리적 특성을 달성할 수 있다.Disclosed visually clear photoactive compounds include near-IR DA molecules such as dicyano-indandione, benzo- bis -thiadiazole, diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine, and derivatives thereof, which act may be formulated to achieve suitable optical and/or physical properties.

개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 금속 디티올레이트 염료를 포함한다. 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 예는 화합물에 의한 흡수를 조절하도록 작용화될 수 있는 유기 또는 헤테로유기 치환체를 포함하는 금속 디티올레이트 착화합물을 포함한다. 예를 들면, 개시된 광활성 화합물은

Figure pat00342
의 일반적인 구조적 특징을 공유하며, 여기서 물결선은 구조가 화합물의 다른 부분에 연결된 위치를 나타내고, 이러한 화합물은 동일한 화합물(즉, 환 또는 융합된 환 주조) 또는 상이한 소구조의 부분일 수 있다. 금속 디티올레이트 구성성분 외에, 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 다른 소구조는 본질적으로 유기 또는 헤테로유기일 수 있다. 예를 들면, 가시적으로 투명한 화합물은 방향족 또는 헤테로방향족 종, 사이클릭 또는 헤테로사이클릭 종을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 작용화되어 적합한 광학적 및/또는 물리적 특성을 달성할 수 있다.The disclosed visually transparent photoactive compounds include metal dithiolate dyes. Examples of visually transparent photoactive compounds include metal dithiolate complexes comprising organic or heteroorganic substituents that may be functionalized to modulate absorption by the compound. For example, the disclosed photoactive compounds may be
Figure pat00342
, where the wavy line indicates where the structure is linked to other moieties of the compound, and such compounds may be parts of the same compound (ie , cast rings or fused rings) or different substructures. In addition to the metal dithiolate constituents, other substructures of the visually transparent photoactive compounds may be organic or heteroorganic in nature. For example, a visually clear compound may include aromatic or heteroaromatic species, cyclic or heterocyclic species, each of which may be functionalized to achieve suitable optical and/or physical properties.

개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 UV 수용체 분자, 예를 들면, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드, 비스이미드 코로넨, 플루오란텐, 및 코라눌렌을 포함하며, 이는 작용화되어 적합한 광학적 및/또는 물리적 특성을 달성할 수 있다.The disclosed visually clear photoactive compounds include UV receptor molecules such as naphthalenetetracarboxylic diimide, bisimide coronene, fluoranthene, and coranulene, which are functionalized to impart suitable optical and/or physical properties. can be achieved

개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물, 테트라시아노 인다센 화합물, 카바졸 티아포르피린 화합물, 및 디티오펜 스쿠아린 화합물을 포함한다. 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 예는 작용화되어 화합물에 의한 흡수를 조절할 수 있다. 일부 구현예에서, 개시된 광활성 화합물은 디시아노 메틸렌 그룹을 포함하며, 이러한 그룹은

Figure pat00343
로 나타낼 수 있고, 여기서 물결선은 구조가 화합물의 다른 부분에 연결된 위치를 나타낸다. 일부 구현예에서, 개시된 광활성 화합물은 2개의 디시아노 메틸렌 그룹을 포함할 수 있고 테트라시아노 화합물로 지칭될 수 있다. 일부 구현예에서, 개시된 광활성 화합물은 공액된 구조 또는 융합된 방향족 또는 헤테로방향족 환을 포함할 수 있다. 이러한 성분 외에, 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 다른 소구조는 본질적으로 유기 또는 헤테로유기일 수 있다. 예를 들면, 가시적으로 투명한 화합물은 방향족 또는 헤테로방향족 종, 사이클릭 또는 헤테로사이클릭 종을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 작용화되어 적합한 광학적 및/또는 물리적 특성을 달성할 수 있다.The disclosed visually transparent photoactive compounds include tetracyano quinoidal thiophene compounds, tetracyano indacene compounds, carbazole thiaporphyrin compounds, and dithiophene squarine compounds. Examples of visually transparent photoactive compounds can be functionalized to modulate absorption by the compound. In some embodiments, the disclosed photoactive compounds comprise dicyano methylene groups, which groups are
Figure pat00343
, where the wavy line indicates the position where the structure is connected to other moieties of the compound. In some embodiments, the disclosed photoactive compounds may comprise two dicyano methylene groups and may be referred to as tetracyano compounds. In some embodiments, the disclosed photoactive compounds may comprise conjugated structures or fused aromatic or heteroaromatic rings. In addition to these components, other substructures of visually transparent photoactive compounds may be organic or heteroorganic in nature. For example, a visually clear compound may include aromatic or heteroaromatic species, cyclic or heterocyclic species, each of which may be functionalized to achieve suitable optical and/or physical properties.

개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 프탈로시아닌, 예를 들면, Al, Co, Cu, Fe, Pb, Mg, Mn, Ni, Pd, Pt, Si, Sn, V, Zn 등을 함유하는 것들을 포함하며, 이는 작용화되어 적합한 광학적 및/또는 물리적 특성을 달성할 수 있다.The disclosed visually clear photoactive compounds include those containing phthalocyanines such as Al, Co, Cu, Fe, Pb, Mg, Mn, Ni, Pd, Pt, Si, Sn, V, Zn, etc., which act may be formulated to achieve suitable optical and/or physical properties.

일부 구현예에서, 개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 정제를 위해, 매우 고 분자량인 화합물이 휘발성을 제한할 수 있으므로, 매우 높은 분자량, 예컨대, 약 500 amu 이상, 약 550 amu 이상, 약 600 amu 이상, 약 650 amu 이상, 약 700 amu 이상, 약 750 amu 이상, 약 800 amu 이상, 또는 500 amu 내지 2000 amu이 바람직할 수 있고, 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 제조 및 정제 방법은 증발 또는 승화-기반 정제 방법을 사용할 수 있다. 또한, 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 열 증발 기술을 사용하여 가시적으로 투명한 광전지 장치에 증착시킬 수 있으며 매우 고 분자량의 화합물은 열 증발을 사용하여 증착시키기 어려울 수 있다. 다양한 구현예에서, 본원에 기술된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 분자량이 200 amu 내지 700 amu, 약 700 amu 이하, 약 650 amu 이하, 또는 약 600 amu 이하, 또는 약 550 amu 이하, 또는 약 500 amu 이하, 또는 약 450 amu 이하, 또는 약 400 amu 이하, 또는 약 350 amu 이하, 또는 약 300 amu 이하, 또는 약 250 amu 이하, 또는 약 200 amu 이하이다.In some embodiments, for purification of the disclosed visually clear photoactive compounds, very high molecular weights, such as about 500 amu or more, about 550 amu or more, about 600 amu or more, because very high molecular weight compounds can limit volatility, About 650 amu or greater, about 700 amu or greater, about 750 amu or greater, about 800 amu or greater, or between 500 amu and 2000 amu may be preferred, and methods for preparing and purifying visually transparent photoactive compounds include evaporation or sublimation-based purification methods. can be used In addition, visually transparent photoactive compounds can be deposited on visually transparent photovoltaic devices using thermal evaporation techniques and very high molecular weight compounds can be difficult to deposit using thermal evaporation. In various embodiments, the visually clear photoactive compounds described herein have a molecular weight of 200 amu to 700 amu, about 700 amu or less, about 650 amu or less, or about 600 amu or less, or about 550 amu or less, or about 500 amu or less. , or about 450 amu or less, or about 400 amu or less, or about 350 amu or less, or about 300 amu or less, or about 250 amu or less, or about 200 amu or less.

원하는 광학적 특성을 달성하기 위하여, 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 근적외선 광의 광자가 흡수되어 흡수된 양성자의 것과 일치하는 에너지 차이로 전자의 보다 높은 분자 오비탈로의 승격(promotion)을 초래하는 분자 전자 구조를 나타낼 수 있다. 연장된 방향성(aromaticity) 또는 연장된 공액(conjugation)을 지닌 화합물은 근적외선 및/또는 자외선 광자의 것과 일치하는 에너지로 전자 흡수를 나타낼 수 있으므로, 연장된 방향성 또는 연장된 공액을 나타내는 화합물이 유리하다. 그러나, 일부 경우에, 연장된 방향성 또는 연장된 공액은 가시 대역(즉, 약 450 nm 내지 약 650 nm)에서 흡수를 생성할 수 있다. 공액 및 방향성 외에도, 흡수 특징은 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 유기 구조내 헤테로원자, 예를 들면, 질소 또는 황 원자의 혼입에 의해 조절될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 흡수 특징은 전자 공여 또는 전자 구인 그룹, 예를 들면, 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 코어 구조에 결합된 할로겐 원자, 알킬 그룹, 알콕시 그룹 등의 존재 및 위치에 의해 조절될 수 있다. 또한, 흡수 특징은 임의로, 광활성 화합물내 전자 공여체 그룹 또는 전자 수용체 그룹의 존재에 의해 조절될 수 있다.To achieve the desired optical properties, visually transparent photoactive compounds exhibit molecular electronic structures in which photons of near-infrared light are absorbed, resulting in the promotion of electrons to higher molecular orbitals with an energy difference consistent with that of the absorbed proton. can Compounds exhibiting extended aromaticity or extended conjugation are advantageous, as compounds with extended aromaticity or extended conjugation may exhibit electron absorption with energies consistent with those of near-infrared and/or ultraviolet photons. However, in some cases, extended directional or extended conjugation can produce absorption in the visible band (ie, about 450 nm to about 650 nm). In addition to conjugation and aromaticity, the absorption characteristics can be controlled by the incorporation of heteroatoms, such as nitrogen or sulfur atoms, in the organic structure of the visually transparent photoactive compound. Additionally or alternatively, the absorption characteristics can be controlled by the presence and position of electron donating or electron withdrawing groups, for example, halogen atoms, alkyl groups, alkoxy groups, etc. bound to the core structure of the optically transparent photoactive compound. have. In addition, the absorption characteristics can optionally be modulated by the presence of electron donor groups or electron acceptor groups in the photoactive compound.

일반적으로 본원에 사용된 용어 및 어구는 이들의 당해 분야에서 인식되는 의미를 가지며, 이는 당해 분야의 기술자에게 공지된 표준 교재, 학술 참고문헌 및 문맥에 대한 참고로 발견될 수 있다. 다음의 정의는 본 발명의 문맥에서 이들의 구체적인 용도를 명확하게 하기 위해 제공된다.In general, terms and phrases used herein have their art-recognized meanings, which can be found by reference to standard textbooks, academic references, and contexts known to those skilled in the art. The following definitions are provided to clarify their specific use in the context of the present invention.

본원에 사용될 때, "최대 흡수 강도"는 특수한 스펙트럼 영역, 예를 들면, 자외선 대역(200 nm 내지 450 nm 또는 280 nm 내지 450 nm), 가시 대역(450 nm 내지 650 nm), 또는 근적외선 대역(650 nm 내지 1400 nm)에서의 최장 흡수 값을 지칭한다. 일부 예에서, 최대 흡수 강도는 국소 또는 절대 최대치인 흡수 특징, 예를 들면, 흡수 대역 또는 피크의 흡수 강도에 상응할 수 있으며, 피크 흡수로 지칭될 수 있다. 일부 예에서, 특정의 대역내 최대 흡수 강도는 국소 또는 절대 최대치에 상응하지 않을 수 있지만 대신에 특정의 대역내에서 최대 흡수 값에 상응할 수 있다. 이러한 구성은 예를 들면, 흡수 특징이 다수의 대역(예컨대, 가시적 및 근적외선)으로 확산하고, 가시 대역내에서 발생하는 흡수 특징으로부터의 흡수 값은, 예를 들면, 흡수 특징의 피크가 근적외선 대역내에 위치하지만 흡수 특징의 꼬리가 가시 대역으로 연장하는 경우, 근적외선 대역내에서 발생하는 것들보다 더 작다. 일부 구현예에서, 본원에 기술된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 약 650 나노미터보다 더 큰 파장(즉, 근적외선내)에서 흡수 피크를 가질 수 있으며, 가시적으로 투명한 광활성 재료의 흡수 피크는 약 450 내지 650 나노미터 사이의 임의의 파장에서 가시적으로 투명한 광활성 재료의 흡수보다 더 클 수 있다.As used herein, “maximum absorption intensity” refers to a specific spectral region, such as the ultraviolet band (200 nm to 450 nm or 280 nm to 450 nm), the visible band (450 nm to 650 nm), or the near infrared band (650 nm). nm to 1400 nm). In some examples, the maximum absorption intensity may correspond to an absorption characteristic that is a local or absolute maximum, eg, the absorption intensity of an absorption band or peak, and may be referred to as a peak absorption. In some examples, the maximum absorption intensity within a particular band may not correspond to a local or absolute maximum, but may instead correspond to a maximum absorption value within a particular band. Such a configuration is, for example, that the absorption characteristic spreads into multiple bands (eg, visible and near-infrared), and absorption values from absorption characteristics occurring within the visible band, for example, the peak of the absorption characteristic is within the near-infrared band. However, if the tail of the absorption feature extends into the visible band, it is smaller than those occurring within the near infrared band. In some embodiments, the visually transparent photoactive compounds described herein can have absorption peaks at wavelengths greater than about 650 nanometers (ie, in the near infrared), and the absorption peaks of the visually transparent photoactive materials are between about 450 and 650. It can be greater than the absorption of a photoactive material that is visually transparent at any wavelength between nanometers.

일 구현예에서, 개시된 조성물 또는 화합물은 단리되거나 정제된다. 일 구현예에서, 단리되거나 정제된 화합물은 당해 분야에서 이해될 수 있는 바와 같이 적어도 부분적으로 단리되거나 정제된다. 일 구현예에서, 개시된 조성물 또는 화합물은 화학적 순도가 90%, 임의로, 일부 적용시 95%, 임의로, 일부 적용시 99%, 임의로, 일부 적용시 99.9%, 임의로, 일부 적용시 99.99%, 및 임의로, 일부 적용시 99.999% 순수하다.In one embodiment, a disclosed composition or compound is isolated or purified. In one embodiment, the isolated or purified compound is at least partially isolated or purified as would be understood in the art. In one embodiment, the disclosed composition or compound has a chemical purity of 90%, optionally, in some applications, 95%, optionally, in some applications, 99%, optionally, in some applications, 99.9%, optionally, in some applications, 99.99%, and optionally , 99.999% pure in some applications.

본원에 개시된 화합물은 임의로, 하나 이상의 이온화가능한 그룹을 함유한다. 이온화가능한 그룹은 양성자가 제거될 수 있거나(예컨대, -COOH) 첨가될 수 있는(예컨대, 아민) 그룹 및 4급화될 수 있는 그룹(예컨대, 아민)을 포함한다. 이러한 분자 및 이의 염의 모든 가능한 이온성 형태가 본원의 개시내용에 개별적으로 포함되는 것으로 의도된다. 본원에 기술된 화합물의 염과 관련하여, 제공된 적용을 위해 본 발명의 염의 제조에 적절한 광범위한 이용가능한 다양한 반대 이온(counter-ion)이 선택될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 적용에서, 염의 제조를 위한 제공되는 음이온 또는 양이온의 선택은 이러한 염의 증가되거나 감소된 용해도를 초래할 수 있다.The compounds disclosed herein optionally contain one or more ionizable groups. Ionizable groups include groups from which a proton can be removed (eg, -COOH) or added (eg, amines) and groups capable of being quaternized (eg, amines). All possible ionic forms of such molecules and salts thereof are intended to be individually included in the disclosure herein. With respect to the salts of the compounds described herein, it will be appreciated that a wide variety of available counter-ions suitable for the preparation of the salts of the present invention for a given application may be selected. In specific applications, the choice of a given anion or cation for the preparation of a salt may result in increased or decreased solubility of such salt.

임의로, 개시된 화합물은 하나 이상의 키랄 중심을 함유한다. 따라서, 본 개시내용은 라세미 혼합물, 부분입체이성체, 거울상이성체, 호변이성체(tautomer) 및 하나 이상의 입체이성체가 풍부한 혼합물을 포함한다. 키랄 중심을 포함하는 개시된 화합물은 화합물의 라세미 형태뿐만 아니라 개개 거울상이성체 및 이의 비-라세미 혼합물도 포함한다.Optionally, the disclosed compounds contain one or more chiral centers. Accordingly, the present disclosure includes racemic mixtures, diastereomers, enantiomers, tautomers and mixtures enriched in one or more stereoisomers. Disclosed compounds containing chiral centers include racemic forms of the compounds as well as individual enantiomers and non-racemic mixtures thereof.

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "그룹" 및 "모이어티"는 화학적 화합물의 작용 그룹을 지칭할 수 있다. 개시된 화합물의 그룹은 화합물의 부분인 원자 또는 원자들의 집합을 지칭한다. 개시된 화합물의 그룹은 하나 이상의 공유결합성 결합을 통해 화합물의 다른 원자에 부착될 수 있다. 그룹은 또한 이들의 원자가 상태와 관련하여 특징화될 수 있다. 본 개시내용은 일가, 이가, 삼가 등의 원자가 상태로 특징화된 그룹을 포함한다. 구현예에서, 용어 "치환체"는 용어 "그룹" 및 "모이어티"와 상호교환적으로 사용될 수 있다.As used herein, the terms “group” and “moiety” may refer to a functional group of a chemical compound. A group of disclosed compounds refers to an atom or group of atoms that are part of the compound. Groups of the disclosed compounds may be attached to other atoms of the compound via one or more covalent bonds. Groups can also be characterized in terms of their valence state. The present disclosure includes groups characterized by valence states, such as monovalent, divalent, trivalent, and the like. In embodiments, the term “substituent” may be used interchangeably with the terms “group” and “moiety”.

통상적이고 당해 분야에 널리 공지된 바와 같이, 본원에 개시된 화학식내 수소 원자는 항상 명시적으로 나타나지는 않는데, 예를 들면, 지방족, 방향족, 지환족, 카보사이클릭 및/또는 헤테로사이클릭 환의 탄소 원자에 결합된 수소 원자는 인용된 화학식내에서 항상 명시적으로 나타나지 않는다. 본원에, 예를 들면, 인용된 임의의 특수한 화학식 및 구조식의 설명의 문맥에서 제공된 구조식은 방법 및 조성물의 개시된 화합물의 화학적 조성을 전달하도록 의도된다. 제공된 구조는 이러한 화합물의 원자 사이에 원자의 특정 위치 및 결합 각을 나타내지 않음을 알 수 있을 것이다.As is common and well known in the art, hydrogen atoms in the formulas disclosed herein are not always explicitly represented, for example, carbon atoms of aliphatic, aromatic, cycloaliphatic, carbocyclic and/or heterocyclic rings. The hydrogen atom attached to is not always explicitly shown in the recited formulas. Structural formulas provided herein, for example, in the context of descriptions of any specific formulas and structures recited, are intended to convey the chemical composition of the disclosed compounds of the methods and compositions. It will be appreciated that the structures provided do not represent specific positions of atoms and bond angles between atoms of these compounds.

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "알킬렌" 및 "알킬렌 그룹"은 동의어로 사용되며 본원에 정의된 바와 같은 알킬 그룹으로부터 유래된 2가 그룹을 지칭한다. 본 개시내용은 하나 이상의 알킬렌 그룹을 가진 화합물을 포함한다. 일부 화합물내 알킬렌 그룹은 부착 및/또는 스페이서 그룹으로서 작용한다. 개시된 화합물은 임의로, 치환된 및/또는 비치환된 C1-C20 알킬렌, C1-C10 알킬렌 및 C1-C5 알킬렌 그룹을 포함한다.As used herein, the terms “alkylene” and “alkylene group” are used synonymously and refer to a divalent group derived from an alkyl group as defined herein. The present disclosure includes compounds having one or more alkylene groups. Alkylene groups in some compounds act as attachment and/or spacer groups. The disclosed compounds optionally include substituted and/or unsubstituted C 1 -C 20 alkylene, C 1 -C 10 alkylene and C 1 -C 5 alkylene groups.

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "사이클로알킬렌" 및 "사이클로알킬렌 그룹"은 동의어로 사용되며 본원에 정의된 바와 같은 사이클로알킬 그룹으로부터 유래된 2가 그룹을 지칭한다. 본 개시내용은 하나 이상의 사이클로알킬렌 그룹을 갖는 화합물을 포함한다. 일부 화합물내 사이클로알킬 그룹은 부착 및/또는 스페이서 그룹으로서 작용한다. 개시된 화합물은 임의로, 치환된 및/또는 비치환된 C3-C20 사이클로알킬렌, C3-C10 사이클로알킬렌 및 C3-C5 사이클로알킬렌 그룹을 포함한다.As used herein, the terms “cycloalkylene” and “cycloalkylene group” are used synonymously and refer to a divalent group derived from a cycloalkyl group as defined herein. The present disclosure includes compounds having one or more cycloalkylene groups. Cycloalkyl groups in some compounds act as attachment and/or spacer groups. The disclosed compounds optionally include substituted and/or unsubstituted C 3 -C 20 cycloalkylene, C 3 -C 10 cycloalkylene and C 3 -C 5 cycloalkylene groups.

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "아릴렌" 및 "아릴렌 그룹"은 동의어로 사용되며 본원에 정의된 바와 같은 아릴 그룹으로부터 유래된 2가 그룹을 지칭한다. 본 개시내용은 하나 이상의 아릴렌 그룹을 가진 화합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 아릴렌은 아릴 그룹의 방향족 환의 2개의 환내 탄소 원자로부터 수소 원자를 제거함으로써 아릴 그룹으로부터 유래된 2가 그룹이다. 일부 화합물내 아릴렌 그룹은 부착 및/또는 스페이서 그룹으로서 작용한다. 일부 화합물내 아릴렌 그룹은 발색단, 형광단, 방향족 안테나(aromatic antenna), 염료 및/또는 영상화(imaging) 그룹으로서 작용한다. 개시된 화합물은 임의로, 치환된 및/또는 비치환된 C3-C30 아릴렌, C3-C20 아릴렌, C3-C10 아릴렌 및 C1-C5 아릴렌 그룹을 포함한다.As used herein, the terms “arylene” and “arylene group” are used synonymously and refer to a divalent group derived from an aryl group as defined herein. The present disclosure includes compounds having one or more arylene groups. In some embodiments, arylene is a divalent group derived from an aryl group by removing a hydrogen atom from two intra-ring carbon atoms of the aromatic ring of the aryl group. Arylene groups in some compounds act as attachment and/or spacer groups. Arylene groups in some compounds act as chromophores, fluorophores, aromatic antennas, dyes and/or imaging groups. The disclosed compounds optionally include substituted and/or unsubstituted C 3 -C 30 arylene, C 3 -C 20 arylene, C 3 -C 10 arylene and C 1 -C 5 arylene groups.

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "헤테로아릴렌" 및 "헤테로아릴렌 그룹"은 동의어로 사용되며 본원에 정의된 바와 같은 헤테로아릴 그룹으로부터 유래된 2가 그룹을 지칭한다. 본 개시내용은 하나 이상의 헤테로아릴렌 그룹을 갖는 화합물을 포함한다. 일부 구현예에서, 헤테로아릴렌은 헤테로아릴 그룹의 헤테로방향족 또는 방향족 환의 2개의 환내 탄소 원자 또는 환내 질소 원자로부터 수소 원자를 제거함으로써 헤테로아릴 그룹으로부터 유래된 2가 그룹이다. 일부 화합물내 헤테로아릴렌 그룹은 부착 및/또는 스페이서 그룹으로서 작용한다. 일부 화합물내 헤테로아릴렌 그룹은 발색단, 방향족 안테나, 형광단, 염료 및/또는 영상화 그룹으로서 작용한다. 개시된 화합물은 임의로, 치환된 및/또는 비치환된 C3-C30 헤테로아릴렌, C3-C20 헤테로아릴렌, C1-C10 헤테로아릴렌 및 C3-C5 헤테로아릴렌 그룹을 포함한다.As used herein, the terms “heteroarylene” and “heteroarylene group” are used synonymously and refer to a divalent group derived from a heteroaryl group as defined herein. The present disclosure includes compounds having one or more heteroarylene groups. In some embodiments, heteroarylene is a divalent group derived from a heteroaryl group by removing a hydrogen atom from two intra-ring carbon atoms or an intra-ring nitrogen atom of the heteroaromatic or aromatic ring of the heteroaryl group. Heteroarylene groups in some compounds act as attachment and/or spacer groups. Heteroarylene groups in some compounds act as chromophores, aromatic antennas, fluorophores, dyes and/or imaging groups. The disclosed compounds optionally contain substituted and/or unsubstituted C 3 -C 30 heteroarylene, C 3 -C 20 heteroarylene, C 1 -C 10 heteroarylene and C 3 -C 5 heteroarylene groups. include

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "알케닐렌" 및 "알케닐렌 그룹"은 동의어로 사용되며 본원의 정의된 바와 같은 알케닐 그룹으로부터 유래된 2가 그룹을 지칭한다. 본 개시내용은 하나 이상의 알케닐렌 그룹을 갖는 화합물을 포함한다. 일부 화합물내 알케닐렌 그룹은 부착 및/또는 스페이서 그룹으로서 작용한다. 개시된 화합물은 임의로, 치환된 및/또는 비치환된 C2-C20 알케닐렌, C2-C10 알케닐렌 및 C2-C5 알케닐렌 그룹을 포함한다.As used herein, the terms “alkenylene” and “alkenylene group” are used synonymously and refer to a divalent group derived from an alkenyl group as defined herein. The present disclosure includes compounds having one or more alkenylene groups. Alkenylene groups in some compounds act as attachment and/or spacer groups. The disclosed compounds optionally include substituted and/or unsubstituted C 2 -C 20 alkenylene, C 2 -C 10 alkenylene and C 2 -C 5 alkenylene groups.

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "사이클로알케닐렌" 및 "사이클로알케닐렌 그룹"은 동의어로 사용되며 본원에 정의된 바와 같은 사이클로알케닐 그룹으로부터 유래된 2가 그룹을 지칭한다. 본 개시내용은 하나 이상의 사이클로알케닐렌 그룹을 갖는 화합물을 포함한다. 일부 화합물내 사이클로알케닐렌 그룹은 부착 및/또는 스페이서 그룹으로서 작용한다. 개시된 화합물은 임의로, 치환된 및/또는 비치환된 C3-C20 사이클로알케닐렌, C3-C10 사이클로알케닐렌 및 C3-C5 사이클로알케닐렌 그룹을 포함한다.As used herein, the terms “cycloalkenylene” and “cycloalkenylene group” are used synonymously and refer to a divalent group derived from a cycloalkenyl group as defined herein. The present disclosure includes compounds having one or more cycloalkenylene groups. Cycloalkenylene groups in some compounds act as attachment and/or spacer groups. The disclosed compounds optionally include substituted and/or unsubstituted C 3 -C 20 cycloalkenylene, C 3 -C 10 cycloalkenylene and C 3 -C 5 cycloalkenylene groups.

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "알키닐렌" 및 "알키닐렌 그룹" 동의어로 사용되며 본원에 정의된 바와 같은 알키닐 그룹으로부터 유래된 2가 그룹을 지칭한다. 본 개시내용은 하나 이상의 알키닐렌 그룹을 갖는 화합물을 포함한다. 일부 화합물내 알키닐렌 그룹은 부착 및/또는 스페이서 그룹으로서 작용한다. 개시된 화합물은 임의로, 치환된 및/또는 비치환된 C2-C20 알키닐렌, C2-C10 알키닐렌 및 C2-C5 알키닐렌 그룹을 포함한다.As used herein, the terms "alkynylene" and "alkynylene group" are used synonymously and refer to a divalent group derived from an alkynyl group as defined herein. The present disclosure includes compounds having one or more alkynylene groups. Alkynylene groups in some compounds act as attachment and/or spacer groups. The disclosed compounds optionally include substituted and/or unsubstituted C 2 -C 20 alkynylene, C 2 -C 10 alkynylene and C 2 -C 5 alkynylene groups.

본원에 사용된 바와 같은, 용어 "할로"는 할로겐 그룹, 예를 들면, 플루오로(-F), 클로로(-Cl), 브로모(-Br), 또는 요오도(-I)를 지칭한다.As used herein, the term “halo” refers to a halogen group such as fluoro (-F), chloro (-Cl), bromo (-Br), or iodo (-I).

용어 "헤테로사이클릭"은 환내에, 탄소 이외에, 적어도 하나의 다른 종류의 원자를 함유하는 환 구조를 지칭한다. 이러한 원자의 예는 황, 셀레늄, 텔루륨, 질소, 인, 규소, 게르마늄, 붕소, 알루미늄, 및 전이 금속을 포함한다. 헤테로사이클릭 환의 예는 피롤리디닐, 피페리딜, 이미다졸리디닐, 테트라하이드로푸란, 테트라하이드로티에틸, 푸릴, 티에틸, 피리딜, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 피리다지닐, 피라지닐, 인돌릴, 이미다졸릴, 옥사졸릴, 티아졸릴, 피라졸릴, 피리디닐, 벤족사디아졸릴, 벤조티아디아졸릴, 트리아졸릴 및 테트라졸릴 그룹을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 헤테로사이클릭 환의 원자는 예를 들면, 치환체로서 제공된, 광범위한 다른 원자 및 작용 그룹에 결합될 수 있다.The term "heterocyclic" refers to a ring structure containing, in addition to carbon, at least one other type of atom in the ring. Examples of such atoms include sulfur, selenium, tellurium, nitrogen, phosphorus, silicon, germanium, boron, aluminum, and transition metals. Examples of heterocyclic rings include pyrrolidinyl, piperidyl, imidazolidinyl, tetrahydrofuran, tetrahydrothiethyl, furyl, thiethyl, pyridyl, quinolyl, isoquinolyl, pyridazinyl, pyrazinyl, indolyl, imidazolyl, oxazolyl, thiazolyl, pyrazolyl, pyridinyl, benzoxadiazolyl, benzothiadiazolyl, triazolyl and tetrazolyl groups. Atoms of the heterocyclic ring may be attached to a wide variety of other atoms and functional groups, provided, for example, as substituents.

용어 "카보사이클릭"은 환내에 탄소 원자만을 함유하는 환 구조를 지칭한다. 카보사이클릭 환의 탄소 원자는 예를 들면, 치환체로서 제공된, 광범위한 다른 원자 및 작용 그룹에 결합될 수 있다.The term “carbocyclic” refers to a ring structure containing only carbon atoms in the ring. The carbon atom of the carbocyclic ring may be attached to a wide variety of other atoms and functional groups, provided, for example, as substituents.

용어 "지환족"은 방향족 환이 아닌 환을 지칭한다. 지환족 환은 카보사이클릭 및 헤테로사이클릭 환 둘 다를 포함한다.The term “cycloaliphatic” refers to a ring that is not an aromatic ring. Alicyclic rings include both carbocyclic and heterocyclic rings.

용어 "지방족"은 비-방향족 탄화수소 화합물 및 그룹을 지칭한다. 지방족 그룹은 일반적으로 하나 이상의 다른 원자, 예를 들면, 탄소 및 수소 원자에 공유결합으로 결합된 탄소 원자를 포함한다. 그러나, 지방족 그룹은 탄소 원자 대신에, 비-탄소 원자, 예를 들면, 산소 원자, 질소 원자, 황 원자 등을 포함할 수 있다. 비-치환된 지방족 그룹은 수소 치환체만을 포함한다. 치환된 지방족 그룹은 비-수소 치환체, 예를 들면, 할로 그룹 및 본원에 기술된 다른 치환체를 포함한다. 지방족 그룹은 직쇄, 분지형, 또는 사이클릭일 수 있다. 지방족 그룹은 포화될 수 있으며, 하나의 결합 만이 인접한 탄소(또는 다른) 원자와 결합함을 의미한다. 지방족 그룹은 비포화될 수 있으며, 하나 이상의 이중 결합 또는 삼중 결합이 인접한(또는 다른) 원자에 결합함을 의미한다.The term “aliphatic” refers to non-aromatic hydrocarbon compounds and groups. Aliphatic groups generally include a carbon atom covalently bonded to one or more other atoms, such as carbon and hydrogen atoms. However, instead of a carbon atom, an aliphatic group may contain a non-carbon atom, for example, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, and the like. Non-substituted aliphatic groups contain only hydrogen substituents. Substituted aliphatic groups include non-hydrogen substituents such as halo groups and other substituents described herein. Aliphatic groups can be straight chain, branched, or cyclic. Aliphatic groups can be saturated, meaning that only one bond is associated with an adjacent carbon (or other) atom. An aliphatic group may be unsaturated, meaning that one or more double or triple bonds are attached to adjacent (or other) atoms.

알킬 그룹은 직쇄, 분지형 및 사이클릭 알킬 그룹을 포함한다. 알킬 그룹은 1 내지 30개의 탄소들을 갖는 것들을 포함한다. 알킬 그룹은 탄소수 1 내지 3의 작은 알킬 그룹을 포함한다. 알킬 그룹은 탄소수 4 내지 10의 중간 길이 알킬 그룹을 포함한다. 알킬 그룹은 탄소수 10 이상의 긴 알킬 그룹, 특히 탄소수 10 내지 30의 알킬 그룹을 포함한다. 용어 사이클로알킬은 구체적으로 환 구조, 예를 들면, 탄소수 3 내지 30, 임의로, 탄소수 3 내지 20 및 임의로, 탄소수 3 내지 10의 환 구조를 갖는 알킬 그룹, 예를 들면, 하나 이상의 환을 갖는 알킬 그룹을 지칭한다. 사이클로알킬 그룹은 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9- 또는 10-원 탄소 환을 갖는 것(들) 및 특히 3-, 4-, 5-, 6-, 또는 7-원 환(들)을 갖는 것들을 포함한다. 사이클로알킬 그룹내 탄소 환은 또한 알킬 그룹을 수반할 수 있다. 사이클로알킬 그룹은 비사이클릭 및 트리사이클로알킬 그룹을 포함할 수 있다. 알킬 그룹은 임의로 치환된다. 치환된 알킬 그룹은 다른 것들 중에서, 아릴 그룹으로 치환된 것들을 포함하며, 이는 궁극적으로 임의로, 치환될 수 있다. 구체적인 알킬 그룹은 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, 사이클로프로필, n-부틸, s-부틸, t-부틸, 사이클로부틸, n-펜틸, 분지형-펜닐, 사이클로펜틸, n-헥실, 분지형 헥실, 및 사이클로헥실 그룹을 포함하며, 이들 모두는 임의로, 치환된다. 치환된 알킬 그룹은 완전히 할로겐화되거나 반-할로겐화된 알킬 그룹, 예를 들면, 하나 이상의 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및/또는 요오드 원자로 대체된 하나 이상의 수소를 갖는 알킬 그룹을 포함한다. 치환된 알킬 그룹은 완전히-불소화되거나 반-불소화된 알킬 그룹, 예를 들면, 하나 이상의 수소가 하나 이상의 불소 원자로 대체된 알킬 그룹을 지칭한다.Alkyl groups include straight-chain, branched and cyclic alkyl groups. Alkyl groups include those having from 1 to 30 carbons. The alkyl group includes a small alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. The alkyl group includes a medium length alkyl group having 4 to 10 carbon atoms. The alkyl group includes a long alkyl group having 10 or more carbon atoms, particularly an alkyl group having 10 to 30 carbon atoms. The term cycloalkyl specifically refers to an alkyl group having a ring structure, for example a ring structure having 3 to 30 carbon atoms, optionally 3 to 20 carbon atoms and optionally 3 to 10 carbon atoms, for example an alkyl group having one or more rings. refers to Cycloalkyl groups include those having 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9- or 10-membered carbon ring(s) and in particular 3-, 4-, 5-, 6-, or those with 7-membered ring(s). A carbon ring in a cycloalkyl group may also carry an alkyl group. Cycloalkyl groups may include bicyclic and tricycloalkyl groups. Alkyl groups are optionally substituted. Substituted alkyl groups include, among others, those substituted with aryl groups, which may ultimately be optionally substituted. Specific alkyl groups include methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, cyclopropyl, n-butyl, s-butyl, t-butyl, cyclobutyl, n-pentyl, branched-pennyl, cyclopentyl, n-hexyl, branched hexyl, and cyclohexyl groups, all of which are optionally substituted. Substituted alkyl groups include fully halogenated or semi-halogenated alkyl groups, for example, alkyl groups having one or more hydrogens replaced by one or more fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms and/or iodine atoms. A substituted alkyl group refers to a fully-fluorinated or semi-fluorinated alkyl group, eg, an alkyl group in which one or more hydrogens have been replaced by one or more fluorine atoms.

알콕시 그룹은 산소에 대한 연결에 의해 개질된 알킬 그룹이며 화학식 R-O로 나타낼 수 있고 또한 알킬 에테르 그룹으로 지칭될 수 있다. 알콕시 그룹의 예는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시 및 헵톡시를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 알콕시 그룹은 치환된 알콕시 그룹을 포함하며, 여기서 그룹의 알킬 부위는 알킬 그룹의 설명과 관련하여 본원에 제공된 바와 같이 치환된다. 본원에 사용된 바와 같은 MeO-는 CH3O-를 지칭한다.An alkoxy group is an alkyl group modified by a linkage to oxygen and may be represented by the formula RO and may also be referred to as an alkyl ether group. Examples of alkoxy groups include, but are not limited to, methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy and heptoxy. Alkoxy groups include substituted alkoxy groups, wherein the alkyl portion of the group is substituted as provided herein with respect to the description of the alkyl group. MeO-, as used herein, refers to CH 3 O-.

알케닐 그룹은 직쇄, 분지형 및 사이클릭 알케닐 그룹을 포함한다. 알케닐 그룹은 1, 2개 이상의 이중 결합을 가진 것들 및 이중 결합 중 2개 이상이 공액된 이중 결합인 것들을 포함한다. 알케닐 그룹은 탄소수가 2 내지 20개인 것들을 포함한다. 알케닐 그룹은 탄소수 2 내지 4의 작은 알케닐 그룹을 포함한다. 알케닐 그룹은 탄소수 5 내지 10의 중간 길이 알케닐 그룹을 포함한다. 알케닐 그룹은 탄소수 10 이상인 긴 알케닐 그룹, 특히 탄소수 10 내지 20의 알케닐 그룹을 지칭한다. 사이클로알케닐 그룹은 이중 결합이 환내에 있거나 환에 부착된 알케닐 그룹내에 있는 것들을 포함한다. 용어 사이클로알케닐은 구체적으로 환 구조를 갖는 알케닐 그룹, 예를 들면, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9- 또는 10-원의 탄소 환(들)을 갖는 알케닐 그룹 및 특히 3-, 4-, 5-, 6- 또는 7-원 환(들)을 갖는 알케닐 그룹을 지칭한다. 사이클로알케닐 그룹내 탄소 환은 또한 알킬 그룹을 수반할 수 있다. 사이클로알케닐 그룹은 비사이클릭 및 트리사이클릭 알케닐 그룹을 포함할 수 있다. 알케닐 그룹은 임의로, 치환된다. 치환된 알케닐 그룹은 다른 것들 중에서 알킬 또는 아릴 그룹으로 치환된 것들을 포함하며, 이러한 그룹은 궁극적으로 임의로 치환될 수 있다. 구체적인 알케닐 그룹은 에테닐, 프로프-1-에틸, 프로프-2-에닐, 사이클로프로프-1-에닐, 부트-1-에닐, 부트-2-에닐, 사이클로부트-1-에닐, 사이클로부트-2-에닐, 펜트-1-에닐, 펜트-2-에닐, 분지형 펜테닐, 사이클로펜트-1-에닐, 헥스-1-에닐, 분지형 헥세닐, 사이클로헥세닐을 포함하며, 이들 모두는 임의로, 치환된다. 치환된 알케닐 그룹은 완전히-할로겐화되거나 반-할로겐화된 알케닐 그룹, 예를 들면, 하나 이상의 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및/또는 요오드 원자로 대체된 하나 이상의 수소를 갖는 알케닐 그룹을 포함한다. 치환된 알케닐 그룹은 완전히 불소화되거나 반-불소화된 알케닐 그룹, 예를 들면, 하나 이상의 불소 원자로 대체된 하나 이상의 수소 원자를 갖는 알케닐 그룹을 포함한다.Alkenyl groups include straight chain, branched and cyclic alkenyl groups. Alkenyl groups include those having one, two or more double bonds and those in which two or more of the double bonds are conjugated double bonds. Alkenyl groups include those having 2 to 20 carbon atoms. The alkenyl group includes a small alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms. The alkenyl group includes a medium length alkenyl group having 5 to 10 carbon atoms. The alkenyl group refers to a long alkenyl group having 10 or more carbon atoms, particularly an alkenyl group having 10 to 20 carbon atoms. Cycloalkenyl groups include those in which the double bond is in the ring or in the alkenyl group attached to the ring. The term cycloalkenyl specifically refers to an alkenyl group having a ring structure, for example a 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8-, 9- or 10-membered carbon ring(s). alkenyl groups having 3-, 4-, 5-, 6- or 7-membered ring(s). A carbon ring in a cycloalkenyl group may also carry an alkyl group. Cycloalkenyl groups can include bicyclic and tricyclic alkenyl groups. An alkenyl group is optionally substituted. Substituted alkenyl groups include, among others, those substituted with alkyl or aryl groups, which groups may ultimately be optionally substituted. Specific alkenyl groups include ethenyl, prop-1-ethyl, prop-2-enyl, cycloprop-1-enyl, but-1-enyl, but-2-enyl, cyclobut-1-enyl, cyclo but-2-enyl, pent-1-enyl, pent-2-enyl, branched pentenyl, cyclopent-1-enyl, hex-1-enyl, branched hexenyl, cyclohexenyl, all of which is optionally substituted. Substituted alkenyl groups include fully-halogenated or semi-halogenated alkenyl groups, for example, alkenyl groups having one or more hydrogens replaced by one or more fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms and/or iodine atoms. . Substituted alkenyl groups include fully fluorinated or semi-fluorinated alkenyl groups, eg, alkenyl groups having one or more hydrogen atoms replaced with one or more fluorine atoms.

아릴 그룹은 하나 이상의 5-, 6- 또는 7-원 방향족 및/또는 헤테로사이클릭 방향족 환을 갖는 그룹을 포함한다. 용어 헤테로아릴은 구체적으로 적어도 하나의 5-, 6- 또는 7-원 헤테로사이클릭 방향족 환을 갖는 아릴 그룹을 지칭한다. 아릴 그룹은 하나 이상의 융합된 방향족 및 헤테로방향족 환 또는 하나 이상의 방향족 또는 헤테로방향족 환 및 공유결합성 결합을 통해 융합되거나 연결될 수 있는 하나 이상의 비-방향족 환의 조합을 함유할 수 있다. 헤테로사이클릭 방향족 환은 다른 것들 중에서, 환 내에 하나 이상의 N, O, 또는 S 원자를 포함할 수 있다. 헤테로사이클릭 방향족 환은 다른 것들 중에서, 1, 2 또는 3개의 N 원자를 지닌 것들, 1 또는 2개의 O 원자를 지닌 것들, 및 1 또는 2개의 S 원자를 지닌 것들, 또는 1 또는 2 또는 3개의 N, O 또는 S 원자의 조합을 포함할 수 있다. 아릴 그룹은 임의로, 치환된다. 치환된 아릴 그룹은 다른 것들 중에서 알킬 또는 알케닐 그룹으로 치환된 것들을 포함하며, 이러한 그룹은 궁극적으로 임의로, 치환될 수 있다. 구체적인 아릴 그룹은 페닐, 비페닐 그룹, 피롤리디닐, 이미다졸리디닐, 테트라하이드로푸릴, 테트라하이드로티에틸, 푸릴, 티에틸, 피리딜, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 피리다지닐, 피라지닐, 인돌릴, 이미다졸릴, 옥사졸릴, 티아졸릴, 피라졸릴, 피리디닐, 벤족사디아졸릴, 벤조티아디아졸릴, 및 나프틸 그룹을 포함하며, 이들 모두는 임의로, 치환된다. 치환된 아릴 그룹은 완전히 할로겐되거나 반할로겐화된 아릴 그룹, 예를 들면, 하나 이상의 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및/또는 요오드 원자로 대체된 하나 이상의 수소를 갖는 아릴 그룹을 포함한다. 치환된 아릴 그룹은 완전히 불소화되거나 반불소화된 아릴 그룹, 예를 들면, 하나 이상의 불소 원자로 대체된 하나 이상의 수소를 갖는 아릴 그룹을 포함한다. 아릴 그룹은 다음 중 임의의 하나에 상응하는 방향족 그룹-함유 또는 헤테로사이클릭 방향족 그룹-함유 그룹을 포함하나, 이에 한정되지 않는다: 벤젠, 나프탈렌, 나프토퀴논, 디페닐메탄, 플루오렌, 안트라센, 안트라퀴논, 페난트렌, 테트라센, 테트라센디온, 피리딘, 퀴놀린, 이소퀴노린, 인돌, 이소인돌, 피롤, 이미다졸, 옥사졸, 티아졸, 피라졸, 피라진, 피리미딘, 푸린, 벤즈이미다졸, 푸란, 벤조푸람, 디벤조푸란, 카바졸, 아크리딘, 아크리돈, 페난트리딘, 티오펜, 벤조티오펜, 디벤조티오펜, 크산텐, 크산톤, 플라본, 코우마린, 아줄렌 또는 안트라사이클린. 본원에 사용된 바와 같은, 상기 나열된 그룹에 상응하는 그룹은 명시적으로 방향족 또는 헤테로사이클릭 방향족 그룹을 포함하며, 예를 들면, 방향족 및 헤테로사이클릭 방향족 그룹의 1가, 2가 및 다가 그룹은 임의의 적합한 부착 점에서 본 발명의 화합물내에 공유 결합된 구성으로 제공된다. 구현예에서, 아릴 그룹은 5 내지 30개의 탄소 원자를 함유한다. 구현예에서, 아릴 그룹은 하나의 방향족 또는 헤테로방향족 6-원 환 및 하나 이상의 추가의 5- 또는 6-원 방향족 또는 헤테로방향족 환을 포함한다. 구현예에서, 아릴 그룹은 환내에 5 내지 18개의 탄소 원자를 함유한다. 아릴 그룹은 임의로, 하나 이상의 전자 공여 그룹, 전자 구인 그룹 및/또는 치환체로서 제공된 표적화 리간드를 갖는 하나 이상의 방향족 환 또는 헤테로사이클릭 방향족 환을 갖는다.Aryl groups include groups having one or more 5-, 6- or 7-membered aromatic and/or heterocyclic aromatic rings. The term heteroaryl specifically refers to an aryl group having at least one 5-, 6- or 7-membered heterocyclic aromatic ring. An aryl group may contain one or more fused aromatic and heteroaromatic rings or a combination of one or more aromatic or heteroaromatic rings and one or more non-aromatic rings which may be fused or linked via a covalent bond. A heterocyclic aromatic ring may contain, among other things, one or more N, O, or S atoms in the ring. Heterocyclic aromatic rings are, among other things, those with 1, 2 or 3 N atoms, those with 1 or 2 O atoms, and those with 1 or 2 S atoms, or those with 1 or 2 or 3 N atoms , O or a combination of S atoms. An aryl group is optionally substituted. Substituted aryl groups include, among other things, those substituted with alkyl or alkenyl groups, which groups may ultimately be optionally substituted. Specific aryl groups include phenyl, biphenyl group, pyrrolidinyl, imidazolidinyl, tetrahydrofuryl, tetrahydrothiethyl, furyl, thiethyl, pyridyl, quinolyl, isoquinolyl, pyridazinyl, pyrazinyl, indolyl, imidazolyl, oxazolyl, thiazolyl, pyrazolyl, pyridinyl, benzoxadiazolyl, benzothiadiazolyl, and naphthyl groups, all of which are optionally substituted. Substituted aryl groups include fully halogenated or semi-halogenated aryl groups, for example, aryl groups having one or more hydrogens replaced by one or more fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms and/or iodine atoms. Substituted aryl groups include fully fluorinated or semifluorinated aryl groups, eg, aryl groups having one or more hydrogens replaced with one or more fluorine atoms. Aryl groups include, but are not limited to, aromatic group-containing or heterocyclic aromatic group-containing groups corresponding to any one of the following: benzene, naphthalene, naphthoquinone, diphenylmethane, fluorene, anthracene, Anthraquinone, phenanthrene, tetracene, tetracenedione, pyridine, quinoline, isoquinoline, indole, isoindole, pyrrole, imidazole, oxazole, thiazole, pyrazole, pyrazine, pyrimidine, purine, benzimidazole , furan, benzofuram, dibenzofuran, carbazole, acridine, acridone, phenanthridine, thiophene, benzothiophene, dibenzothiophene, xanthene, xanthone, flavone, coumarin, azulene or anthracyclines. As used herein, groups corresponding to the groups listed above explicitly include aromatic or heterocyclic aromatic groups, for example, monovalent, divalent and polyvalent groups of aromatic and heterocyclic aromatic groups are provided in the form covalently attached within the compounds of the present invention at any suitable point of attachment. In an embodiment, the aryl group contains 5 to 30 carbon atoms. In embodiments, an aryl group comprises one aromatic or heteroaromatic 6-membered ring and at least one additional 5- or 6-membered aromatic or heteroaromatic ring. In embodiments, the aryl group contains 5 to 18 carbon atoms in the ring. The aryl group optionally has one or more aromatic rings or heterocyclic aromatic rings with one or more electron donating groups, electron withdrawing groups and/or targeting ligands provided as substituents.

아릴알킬 및 알킬아릴 그룹은 하나 이상의 아릴 그룹으로 치환된 알킬 그룹이며, 여기서 알킬 그룹은 임의로, 추가의 치환체를 수반하며, 아릴 그룹은 임의로, 치환된다. 구체적인 알킬아릴 그룹은 페닐-치환된 알킬 그룹, 예컨대, 페닐메틸 그룹이다. 알킬아릴 및 아릴알킬 그룹은 하나 이상의 알킬 그룹으로 치환된 아릴 그룹으로서 대안으로 기술되며, 여기서 알킬 그룹은 임의로, 추가의 치환체를 수반하고, 아릴 그룹은 임의로, 치환된다. 구체적인 알킬아릴 그룹은 알킬-치환된 페닐 그룹, 예를 들면, 메틸페닐이다. 치환된 아릴알킬 그룹은 완전히 할로겐화되거나 반-할로겐화된 아릴알킬 그룹, 예를 들면, 하나 이상의 알킬을 갖는 아릴알킬 그룹 및/또는 하나 이상의 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 및/또는 요오드 원자로 대체된 하나 이상의 수소를 갖는 아릴 그룹을 포함한다.Arylalkyl and alkylaryl groups are alkyl groups substituted with one or more aryl groups, wherein the alkyl group is optionally accompanied by further substituents and the aryl group is optionally substituted. A specific alkylaryl group is a phenyl-substituted alkyl group, such as a phenylmethyl group. Alkylaryl and arylalkyl groups are alternatively described as aryl groups substituted with one or more alkyl groups, wherein the alkyl group optionally carries additional substituents and the aryl group is optionally substituted. A specific alkylaryl group is an alkyl-substituted phenyl group such as methylphenyl. A substituted arylalkyl group is a fully halogenated or semi-halogenated arylalkyl group, for example an arylalkyl group having one or more alkyl and/or one replaced by one or more fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms and/or iodine atoms. and aryl groups having more than one hydrogen.

하나 이상의 치환체를 함유하는 본원에 기술된 임의의 그룹으로서, 이러한 그룹은 입체구조적으로 비현실적이고/이거나 합성적으로 실현불가능한 임의의 치환체 또는 치환체 패턴을 함유하지 않는 것으로 이해된다. 또한, 개시된 화합물은 이러한 화합물의 치환으로부터 발생하는 모든 입체화학적 이성체를 포함한다. 알킬 그룹의 임의의(optional) 치환은 하나 이상의 알케닐 그룹, 아릴 그룹 또는 둘 다를 지닌 치환을 포함하며, 여기서 알케닐 그룹 또는 아릴 그룹은 임의로 치환된다. 알케닐 그룹의 임의의 치환은 하나 이상의 알킬 그룹, 아릴 그룹, 또는 둘 다를 사용한 치환을 포함하며, 여기서 알킬 그룹 또는 아릴 그룹은 임의로, 치환된다. 아릴 그룹의 임의의 치환은 하나 이상의 알킬 그룹, 알케닐 그룹, 또는 둘 다를 지닌 아릴 환의 치환을 포함하고, 여기서 알킬 그룹 또는 알케닐 그룹은 임의로, 치환된다.As any group described herein that contains one or more substituents, it is understood that such group does not contain any substituents or patterns of substituents that are sterically impractical and/or synthetically impractical. In addition, the disclosed compounds include all stereochemically isomers resulting from the substitution of such compounds. Optional substitution of an alkyl group includes substitution with one or more alkenyl groups, aryl groups, or both, wherein the alkenyl group or aryl group is optionally substituted. Optional substitution of an alkenyl group includes substitution with one or more alkyl groups, aryl groups, or both, wherein the alkyl group or aryl group is optionally substituted. Optional substitution of an aryl group includes substitution of an aryl ring bearing one or more alkyl groups, alkenyl groups, or both, wherein the alkyl group or alkenyl group is optionally substituted.

임의의 알킬, 알케닐 및 아릴 그룹에 대한 임의의 치환은 다른 것들 중에서 하나 이상의 다음의 치환체를 지닌 치환을 포함한다:Optional substitutions for any of the alkyl, alkenyl and aryl groups include substitutions with one or more of the following substituents, among others:

불소, 염소, 브롬 또는 요오드를 포함하는 할로겐;halogens including fluorine, chlorine, bromine or iodine;

-CN을 포함하는 슈도할라이드;pseudohalides comprising -CN;

-COOR(여기서, R은 수소 또는 알킬 그룹 또는 아릴 그룹이거나, 보다 구체적으로, 여기서 R은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 또는 페닐 그룹이고, 이들 모두는 임의로, 치환된다);-COOR, wherein R is hydrogen or an alkyl group or an aryl group, or more specifically, where R is a methyl, ethyl, propyl, butyl, or phenyl group, all of which are optionally substituted;

-COR(여기서, R은 수소 또는 알킬 그룹 또는 아릴 그룹이거나, 보다 구체적으로, 여기서, R은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 또는 페닐 그룹이고, 이들 모두는 임의로, 치환된다);-COR, wherein R is hydrogen or an alkyl group or an aryl group, or more specifically, wherein R is a methyl, ethyl, propyl, butyl, or phenyl group, all of which are optionally substituted;

-CON(R)2(여기서, 각각의 R은, 각각의 다른 R과는 독립적으로 수소 또는 알킬 그룹 또는 아릴 그룹이거나, 보다 구체적으로, 여기서 R은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 또는 페닐 그룹이고, 이들 모두는 임의로, 치환되며; 여기서 R 및 R은 하나 이상의 이중 결합을 함유할 수 있고 하나 이상의 추가의 탄소 원자를 함유할 수 있는 환을 형성할 수 있다);-CON(R) 2 wherein each R independently of each other R is hydrogen or an alkyl group or an aryl group, or more specifically, wherein R is a methyl, ethyl, propyl, butyl, or phenyl group , all of which are optionally substituted; wherein R and R may form a ring which may contain one or more double bonds and may contain one or more additional carbon atoms);

-OCON(R)2(여기서, 각각의 R은, 각각의 다른 R과는 독립적으로, 수소 또는 알킬 그룹 또는 아릴 그룹이고, 보다 구체적으로, R은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 또는 페닐 그룹이며, 이들 중 모두는 임의로, 치환되고; 여기서 R 및 R은 하나 이상의 이중 결합을 함유할 수 있고 하나 이상의 추가의 탄소 원자를 함유할 수 있는 환을 형성할 수 있다);-OCON(R) 2 wherein each R, independently of each other R, is hydrogen or an alkyl group or an aryl group, more specifically, R is a methyl, ethyl, propyl, butyl, or phenyl group , all of which are optionally substituted; wherein R and R may form a ring which may contain one or more double bonds and may contain one or more additional carbon atoms);

-N(R)2(여기서, 각각의 R은, 각각의 다른 R과는 독립적으로 수소, 또는 알킬 그룹, 또는 아실 그룹 또는 아릴 그룹이거나, 보다 구체적으로, 여기서 R은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 페닐 또는 아세틸 그룹이고, 이들 중 모두는 임의로, 치환되며; 여기서 R 및 R은 하나 이상의 이중 결합을 함유할 수 있고 하나 이상의 추가의 탄소 원자를 함유할 수 있는 환을 형성할 수 있다);—N(R) 2 , wherein each R independently of each other R is hydrogen, or an alkyl group, or an acyl group or an aryl group, or more specifically, wherein R is methyl, ethyl, propyl, butyl , phenyl or acetyl groups, all of which are optionally substituted; wherein R and R may form a ring which may contain one or more double bonds and may contain one or more additional carbon atoms);

-SR(여기서, R은 수소 또는 알킬 그룹 또는 아릴 그룹이거나, 보다 구체적으로, 여기서 R은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 또는 페닐 그룹이고, 이들 모두는 임의로 치환된다);-SR, wherein R is hydrogen or an alkyl group or an aryl group, or more specifically, wherein R is a hydrogen, methyl, ethyl, propyl, butyl, or phenyl group, all of which are optionally substituted;

-SO2R, 또는 -SOR(여기서, R은 알킬 그룹 또는 아릴 그룹이거나, 보다 구체적으로, 여기서 R은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 또는 페닐 그룹이고, 이들 모두는 임의로, 치환된다);—SO 2 R, or —SOR, wherein R is an alkyl group or an aryl group, or more specifically, wherein R is a methyl, ethyl, propyl, butyl, or phenyl group, all of which are optionally substituted;

-OCOOR(여기서, R은 알킬 그룹 또는 아릴 그룹이다);-OCOOR, wherein R is an alkyl group or an aryl group;

-SO2N(R)2(여기서, 각각의 R은, 각각의 다른 R과는 독립적으로, 수소, 알킬 그룹, 또는 아릴 그룹이고, 이들 모두는 임의로, 치환되며, 여기서 R 및 R은 하나 이상의 이중 결합을 함유할 수 있고 하나 이상의 추가의 탄소 원자를 함유할 수 있는 환을 형성할 수 있다);—SO 2 N(R) 2 , wherein each R, independently of each other R, is hydrogen, an alkyl group, or an aryl group, all of which are optionally substituted, wherein R and R are one or more may contain double bonds and may form rings which may contain one or more additional carbon atoms);

-OR(여기서, R은 H, 알킬 그룹, 아릴 그룹, 또는 아실 그룹이고, 이들 모두는 임의로 치환된다). 특정의 예에서, R은 아실이어서, -OCOR"를 생성할 수 있으며, 여기서 R"는 수소 또는 알킬 그룹 또는 아릴 그룹이고, 보다 구체적으로 여기서 R"는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 또는 페닐 그룹이고, 이들 모두는 임의로, 치환된다.-OR, wherein R is H, an alkyl group, an aryl group, or an acyl group, all of which are optionally substituted. In certain instances, R can be acyl, resulting in -OCOR", where R" is hydrogen or an alkyl group or aryl group, more specifically wherein R" is a methyl, ethyl, propyl, butyl, or phenyl group , all of which are optionally substituted.

구체적인 치환된 알킬 그룹은 할로알킬 그룹, 특히 트리할로메틸 그룹 및 구체적으로 트리플루오로메틸 그룹을 포함한다. 구체적인 치환된 아릴 그룹은 모노-, 디-, 트리-, 테트라- 및 펜타-할로-치환된 페닐 그룹; 모노-, 디-, 트리-, 테트라-, 펜타-, 헥사-, 및 헵타-할로-치환된 나프탈렌 그룹; 3- 또는 4-할로-치환된 페닐 그룹, 3- 또는 4-알킬-치환된 페닐 그룹, 3- 또는 4-알콕시-치환된 페닐 그룹, 3- 또는 4-RCO-치환된 페닐, 5- 또는 6-할로-치환된 나프탈렌 그룹을 포함한다. 보다 구체적으로, 치환된 아릴 그룹은 아세틸페닐 그룹, 특히 4-아세틸페닐 그룹; 플루오로페닐 그룹, 특히 3-플루오로페닐 및 4-플루오로페닐 그룹; 클로로페닐 그룹, 특히 3-클로로페닐 및 4-클로로페닐 그룹; 메틸페닐 그룹, 특히 4-메틸페닐 그룹; 및 메톡시페닐 그룹, 특히 4-메톡시페닐 그룹을 포함한다.Specific substituted alkyl groups include haloalkyl groups, especially trihalomethyl groups, and specifically trifluoromethyl groups. Specific substituted aryl groups include mono-, di-, tri-, tetra- and penta-halo-substituted phenyl groups; mono-, di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, and hepta-halo-substituted naphthalene groups; 3- or 4-halo-substituted phenyl group, 3- or 4-alkyl-substituted phenyl group, 3- or 4-alkoxy-substituted phenyl group, 3- or 4-RCO-substituted phenyl, 5- or 6-halo-substituted naphthalene groups. More specifically, the substituted aryl group is an acetylphenyl group, particularly a 4-acetylphenyl group; fluorophenyl groups, especially 3-fluorophenyl and 4-fluorophenyl groups; chlorophenyl groups, especially 3-chlorophenyl and 4-chlorophenyl groups; methylphenyl group, especially 4-methylphenyl group; and a methoxyphenyl group, particularly a 4-methoxyphenyl group.

도 1a는 본 발명의 구현예에 따른 가시적으로 투명한 광전지 장치를 나타내는 단순화된 개략도이다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 가시적으로 투명한 광전지 장치(100)는 다수의 층 및 하기에 보다 충분히 설명된 소자를 포함한다. 도 2와 관련하여 설명하는 바와 같이, 가시적으로 투명한은 광전지 장치가 예를 들면, 가시 파장 대역내 가시광을 실질적으로 투과시키면서, 450 nm 내지 650 nm의 가시 파장 대역 밖의 파장에서 광 에너지를 흡수함을 나타낸다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, UV 및/또는 NIR 광은 층 및 광전지 장치의 소자내에서 흡수되는 반면 가시광은 장치를 통해 투과된다. 따라서, 본원에 제공된 투명성의 설명은 가시적 투명성으로 이해되어야 한다.1A is a simplified schematic diagram illustrating a visually transparent photovoltaic device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A , a visually transparent photovoltaic device 100 includes multiple layers and elements more fully described below. 2, the visually transparent silver photovoltaic device absorbs light energy at wavelengths outside the visible wavelength band of, for example, 450 nm to 650 nm, while substantially transmitting visible light within the visible wavelength band. indicates. As shown in Figure 1a, UV and/or NIR light is absorbed within the layers and elements of the photovoltaic device while visible light is transmitted through the device. Accordingly, the description of transparency provided herein is to be understood as visible transparency.

나타낸 다른 층 및 구조에 충분한 기계적 지지를 제공하는 유리 또는 다른 가시적으로 투명한 재료일 수 있는, 기판(105)은 광학 층(110) 및 (112)를 지지한다. 이러한 광학 층은 반사방지(antireflection)(AR) 특성, 파장 선택적인 반사 또는 분산된 브래그 반사(distributed Bragg reflection) 특성, 굴절률 정합 특성(index matching property), 캡슐화 등을 포함하는 다양한 광학 특성을 제공할 수 있다. 광학 층은 유리하게는 가시적으로 투명할 수 있다. 추가의 광학 층(114)을 예를 들면, AR 코팅, 굴절률 정합 레이터(index matching later), 수동형 적외선 또는 자외선 흡수 층 등으로 이용할 수 있다. 임의로, 광학 층은 자외선 및/또는 근적외선 광에 대해 투명할 수 있거나 적어도 자외선 및/또는 근적외선 대역내 파장의 소세트에 대해 투명할 수 있다. 구성에 따라서, 추가의 광학 층(114)는 또한 수동적 가시적 흡수 층일 수 있다. 기판 재료의 예는 다양한 유리 및 강성 및 가요성 중합체를 포함한다. 다층 기판을 또한 이용할 수 있다. 기판은 임의의 적합한 두께, 예를 들면, 1 mm 내지 20 mm의 두께를 가짐으로써 다른 층 및 구조에 필요한 기계적 지지를 제공할 수 있다. 일부 경우에, 기판은 접착성 필름이거나 이를 포함함으로써 다른 구조물, 예를 들면, 윈도우 팬(window pane), 디스플레이 장치 등에 가시적으로 투명한 광전지 장치(100)를 적용할 수 있도록 할 수 있다.Substrate 105 supports optical layers 110 and 112 , which may be glass or other visually transparent material that provides sufficient mechanical support for the other layers and structures shown. Such optical layers may provide a variety of optical properties including antireflection (AR) properties, wavelength selective reflection or distributed Bragg reflection properties, index matching properties, encapsulation, and the like. can The optical layer may advantageously be visually transparent. Additional optical layers 114 may be used, for example as AR coatings, index matching later, passive infrared or ultraviolet absorbing layers, and the like. Optionally, the optical layer may be transparent to ultraviolet and/or near-infrared light or may be transparent to at least a subset of wavelengths in the ultraviolet and/or near-infrared band. Depending on the configuration, the additional optical layer 114 may also be a passive, visible absorbing layer. Examples of substrate materials include various glasses and rigid and flexible polymers. Multilayer substrates may also be used. The substrate may have any suitable thickness, for example between 1 mm and 20 mm, to provide the necessary mechanical support for other layers and structures. In some cases, the substrate may be or include an adhesive film to allow application of the visibly transparent photovoltaic device 100 to other structures, such as window panes, display devices, and the like.

장치 전체가 가시적 투과율, 예를 들면, 450 내지 650 nm 범위에서 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70%, 또는 100% 이하 또는 이에 근접하는 투과율을 나타낼 수 있지만, 개별적으로 취해진 특정의 재료는 가시 스펙트럼의 부분에서 흡수를 나타낼 수 있음을 알 수 있을 것이다. 임의로, 가시적으로 투명한 광전지 장치내 각각의 개별 재료 또는 층은 가시 범위내에서 예를 들면, 30% 초과(즉, 30% 내지 100%)와 같은 고 투과율을 가진다. 투과 또는 흡수는 퍼센트로 나타낼 수 있으며 재료의 흡수 특성, 두께 또는 흡수하는 재료가 통과하는 통로 길이, 및 흡수하는 재료의 농도에 의존함으로써, 흡수하는 재료가 통과하는 경로 길이가 짧고/짧거나 흡수하는 재료가 저 농도로 존재하는 경우 가시 스펙트럼 영역내에 흡수성을 지닌 재료가 여전히 낮은 흡수 또는 높은 투과를 나타낼 수 있도록 할 수 있다.Although the device as a whole may exhibit a visible transmittance, for example, a transmittance of at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, or at most 100%, in the range of 450 to 650 nm, transmittance that is individually It will be appreciated that certain materials, taken as , may exhibit absorption in the portion of the visible spectrum. Optionally, each individual material or layer in the visually transparent photovoltaic device has a high transmittance within the visible range, eg, greater than 30% (ie, 30% to 100%). Permeation or absorption can be expressed as a percentage and depends on the absorbent properties of the material, the thickness or passage length through which the absorbing material passes, and the concentration of the absorbing material, whereby the absorbing material has a short path length and/or absorbent material. When the material is present in a low concentration, it may be possible for a material with absorptivity in the visible spectral region to still exhibit low absorption or high transmission.

본원 및 하기 기술된 바와 같이, 다양한 광활성 층내 광활성 재료는 유리하게는 가시광선 영역내에서 최소의 흡수율을 나타내며(예컨대, 20% 미만, 30% 미만, 40% 미만, 50% 미만, 60% 미만, 또는 70% 미만), 대신 근적외선 및/또는 자외선 영역내에서 높은 흡수(예컨대, 50% 초과, 60% 초과, 70% 초과, 또는 80% 초과의 흡수 피크)를 나타낸다. 일부 적용을 위해, 가시광선 영역내 흡수율은 70% 정도로 클 수 있다. 다른 재료, 예를 들면, 기판, 광학 층, 및 완충 층의 다양한 구성은 이러한 재료가 가시적 흡수의 일부 양을 나타낼 수 있다고 해도, 이러한 재료가 전체적인 가시적 투명성을 제공하도록 할 수 있다. 예를 들면, 금속, 예를 들면, Ag 또는 Cu와 같은, 가시적 흡수를 나타내는 금속의 박 필름은 투명 전극 내에 포함될 수 있으나; 박 필름 구성 내에 제공되는 경우, 필름의 전체적인 투명성은 높을 수 있다. 유사하게, 광학 층 또는 완충 층 내에 포함된 재료는 가시 범위 내에서 흡수를 나타낼 수 있지만, 가시적 광 흡수의 전체적인 양이 낮아서, 가시적 투과율을 제공하는 농도 또는 두께에서 제공될 수 있다.As described herein and below, the photoactive materials in the various photoactive layers advantageously exhibit minimal absorption in the visible region (e.g., less than 20%, less than 30%, less than 40%, less than 50%, less than 60%, or less than 70%), instead exhibiting high absorption (eg, absorption peaks greater than 50%, greater than 60%, greater than 70%, or greater than 80%) in the near infrared and/or ultraviolet region. For some applications, absorption in the visible region can be as high as 70%. Various configurations of other materials, eg, substrates, optical layers, and buffer layers, may allow such materials to provide overall visible transparency, although these materials may exhibit some amount of visible absorption. For example, a thin film of a metal that exhibits visible absorption, such as, for example, Ag or Cu, may be included in the transparent electrode; When provided in a thin film construction, the overall transparency of the film can be high. Similarly, materials contained within an optical layer or buffer layer may exhibit absorption within the visible range, but the overall amount of visible light absorption may be low, provided at concentrations or thicknesses that provide visible transmission.

가시적으로 투명한 광전지 장치(100)는 또한 전극 (120)과 전극 (122) 사이에 배치된 광활성 층(140)을 지닌 투명 전극 (120) 및 (122)의 세트를 포함한다. ITO, 금속 박 필름, 또는 다른 적합한 가시적으로 투명한 재료를 사용하여 제작할 수 있는 이러한 전극은 나타낸 다양한 층 중 하나 이상에 대한 전기적 연결을 제공한다. 예를 들면, 구리, 은, 또는 다른 금속의 박 필름은 심지어 이러한 금속이 가시 대역내에서 광을 흡수할 수 있다고 해도, 가시적으로 투명한 전극으로서 사용하기에 적합할 수 있다. 그러나, 박 필름, 예를 들면, 두께가 1 nm 내지 200 nm(예컨대, 약 5 nm, 약 10 nm, 약 15 nm, 약 20 nm, 약 25 nm, 약 30 nm, 약 35 nm, 약 40 nm, 약 45 nm, 약 50 nm, 약 55 nm, 약 60 nm, 약 65 nm, 약 70 nm, 약 75 nm, 약 80 nm, 약 85 nm, 약 90 nm, 약 95 nm, 약 100 nm, 약 105 nm, 약 110 nm, 약 115 nm, 약 120 nm, 약 125 nm, 약 130 nm, 약 135 nm, 약 140 nm, 약 145 nm, 약 150 nm, 약 155 nm, 약 160 nm, 약 165 nm, 약 170 nm, 약 175 nm, 약 180 nm, 약 185 nm, 약 190 nm, 또는 약 195 nm)인 필름으로서 제공되는 경우, 가시 대역내 박 필름의 전체적인 투과율은 높게, 예를 들면, 30% 초과, 40% 초과, 50% 초과, 60% 초과, 70% 초과, 80% 초과, 또는 90% 초과로 유지할 수 있다. 유리하게는, 금속 박 필름은, 투명 전극으로서 사용되는 경우, 일부 반도체의 투명한 전도성 산화물이 자외선 대역내에서 발생하는 밴드 갭을 나타냄으로써 자외선 광에 대해 고도로 흡수성이거나 불투명하므로, 투명 전극, 예를 들면, ITO로서 유용할 수 있는 다른 반도체 재료 보다 자외선 대역 내에서 더 낮은 흡수를 나타낼 수 있다. 그러나, 일부 경우에, 자외선 광이 특정 재료를 분해할 수 있으므로, 자외선을 흡수하는 투명 전극을 사용하여, 예를 들면, 기저 성분으로부터 자외선 광의 적어도 일부를 스크리닝할 수 있다.The visually transparent photovoltaic device 100 also includes a set of transparent electrodes 120 and 122 having a photoactive layer 140 disposed between the electrodes 120 and 122 . These electrodes, which may be fabricated using ITO, thin metal films, or other suitable visually transparent materials, provide electrical connections to one or more of the various layers shown. For example, thin films of copper, silver, or other metals may be suitable for use as visually transparent electrodes, even if these metals are capable of absorbing light within the visible band. However, thin films, for example, have a thickness of 1 nm to 200 nm (eg, about 5 nm, about 10 nm, about 15 nm, about 20 nm, about 25 nm, about 30 nm, about 35 nm, about 40 nm , about 45 nm, about 50 nm, about 55 nm, about 60 nm, about 65 nm, about 70 nm, about 75 nm, about 80 nm, about 85 nm, about 90 nm, about 95 nm, about 100 nm, about 105 nm, about 110 nm, about 115 nm, about 120 nm, about 125 nm, about 130 nm, about 135 nm, about 140 nm, about 145 nm, about 150 nm, about 155 nm, about 160 nm, about 165 nm , about 170 nm, about 175 nm, about 180 nm, about 185 nm, about 190 nm, or about 195 nm), the overall transmittance of the thin film in the visible band is high, for example, 30% greater than 40%, greater than 50%, greater than 60%, greater than 70%, greater than 80%, or greater than 90%. Advantageously, the thin metal film, when used as a transparent electrode, is highly absorptive or opaque to ultraviolet light by exhibiting a band gap that occurs in the ultraviolet band of the transparent conductive oxides of some semiconductors, such as a transparent electrode, for example , may exhibit lower absorption in the ultraviolet band than other semiconductor materials that may be useful as ITO. However, in some cases, since ultraviolet light can degrade certain materials, a transparent electrode that absorbs ultraviolet light can be used, for example, to screen at least a portion of the ultraviolet light from the underlying component.

진공 증착 기술, 예를 들면, 원자 층 증착, 화학 증기 증착, 물리적 증기 증착, 열 증발, 스퍼터 증착(sputter deposition), 에피택시(epitaxy) 등을 포함하는 다양한 증착 기술을 사용하여 투명 전극을 생성할 수 있다. 용액 기반 증착 기술, 예를 들면, 스핀-코팅(spin-coating)을 또한 일부 경우에 사용할 수 있다. 또한, 투명 전극을 석판 인쇄술, 리프트 오프, 에칭 등을 포함하는, 미세제작 분야에 공지된 기술을 사용하여 패턴화할 수 있다.A variety of deposition techniques can be used to create transparent electrodes, including vacuum deposition techniques, e.g., atomic layer deposition, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, thermal evaporation, sputter deposition, epitaxy, and the like. can Solution based deposition techniques, such as spin-coating, may also be used in some cases. In addition, transparent electrodes can be patterned using techniques known in the art of microfabrication, including lithography, lift off, etching, and the like.

완충 층 (130) 및 (132) 및 광활성 층 (140)을 사용하여 광 전지 장치의 전기적 및 광학적 특성을 시행할 수 있다. 이러한 층은 단일 재료의 층일 수 있거나 특정의 적용에 대해 적절하게는 다수의 서브-층을 포함할 수 있다. 따라서, 용어 "층"은 단일 재료의 단일 층을 나타내려는 것이 아니라, 동일하거나 상이한 재료의 다수의 서브-층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 완충 층(130), 광활성 층(들)(140) 및 완충 층(132)을 적층된 구성으로 반복함으로써, 예를 들면, 다수의 헤테로 접합(heterojunction)을 포함하는 탄뎀 장치 구성(tandem device configuration)을 제공한다. 일부 구현예에서, 광활성 층(들)은 또한 공여체 및 수용체로 지칭되는, 전자 공여체 재료 및 전자 수용체 재료를 포함한다. 이러한 공여체 및 수용체는 가시적으로 투명하지만, 가시 파장 대역 밖에서 흡수하여 장치의 광활성 특성을 제공한다.The buffer layers 130 and 132 and the photoactive layer 140 can be used to enforce the electrical and optical properties of photovoltaic devices. Such a layer may be a single layer of material or may include multiple sub-layers as appropriate for the particular application. Thus, the term “layer” is not intended to denote a single layer of a single material, but may include multiple sub-layers of the same or different materials. In some embodiments, a tandem device configuration comprising, for example, multiple heterojunctions, by repeating the buffer layer 130 , the photoactive layer(s) 140 , and the buffer layer 132 in a stacked configuration. (tandem device configuration) is provided. In some embodiments, the photoactive layer(s) include electron donor materials and electron acceptor materials, also referred to as donors and acceptors. Although these donors and acceptors are visibly transparent, they absorb outside the visible wavelength band, providing the device's photoactive properties.

유용한 완충 층은 전자 수송 층, 전자 차단 층, 정공 수송 층(hole transport layer), 정공 차단 층(hole blocking layer), 여기자 차단 층(exciton blocking layer), 광학 스페이서, 물리적 완충 층, 전하 재결합 층, 또는 전하 생성 층으로서 작용하는 것들을 포함한다. 완충 층은 임의의 적합한 두께를 나타냄으로써 원하는 완충 효과를 제공할 수 있으며 임의로, 존재하거나 부재할 수 있다. 유용한 완충 층은, 존재하는 경우, 두께가 1 nm 내지 1 μm일 수 있다. 풀러렌(fullerene) 재료, 탄소 나노튜브 재료, 그래펜(graphene) 재료, 금속 산화물, 예를 들면, 산화몰리드덴, 산화티탄, 산화아연 등, 중합체, 예를 들면, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리스티렌 설폰산, 폴리아닐린 등, 공중합체, 중합체 혼합물, 및 소 분자, 예를 들면, 바토쿠프로인을 포함하는, 다양한 재료를 완충 층으로서 사용될 수 있다. 완충 층은 증착 공정(예컨대, 열 증착) 또는 용액 프로세싱 방법(예컨대, 스핀 코팅)을 사용하여 적용할 수 있다.Useful buffer layers include electron transport layers, electron blocking layers, hole transport layers, hole blocking layers, exciton blocking layers, optical spacers, physical buffer layers, charge recombination layers, or those that act as a charge generating layer. The buffer layer may be of any suitable thickness to provide the desired cushioning effect and may optionally be present or absent. Useful buffer layers, if present, can be between 1 nm and 1 μm thick. Fullerene materials, carbon nanotube materials, graphene materials, metal oxides such as molyddenum oxide, titanium oxide, zinc oxide, etc., polymers such as poly(3,4-ethylene) A variety of materials can be used as the buffer layer, including deoxythiophene), polystyrene sulfonic acid, polyaniline, and the like, copolymers, polymer mixtures, and small molecules such as vatocuproin. The buffer layer may be applied using a deposition process (eg, thermal evaporation) or a solution processing method (eg, spin coating).

도 1b는 광활성 층(140)에 대한 다양한 단일 연결 구성의 예의 개관을 나타낸다. 임의로, 광활성 층(140)은 혼합된 공여체/수용체(거대한 헤테로접합) 구성, 평면 공여체/수용체 구성, 평면 및 혼합된 공여체/수용체 구성, 또는 구배 공여체/수용체 구성에 상응할 수 있다. 다양한 재료, 예를 들면, 자외선 대역 또는 근적외선 대역에서 흡수하지만 가시 대역에서는 어느 경우든지 간에, 최소로 흡수하는 재료를 광활성 층(140)으로서 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 광활성 재료를 사용하여 자외선 및/또는 근적외선 흡수에 의해 외부 회로를 작동시키기 위한 전자-정공 쌍을 생성하여, 가시 광을 비교적 교란되지 않고 남겨둠으로써 가시적 투과율을 제공할 수 있다. 나타낸 바와 같이, 광활성 층(140)은 평면 헤테로접합, 예를 들면, 별개의 공여체 및 수용체 층을 포함할 수 있다. 광활성 층(140)은 대안적으로 평면-혼합된 헤테로접합 구조, 예를 들면, 별개의 수용체 및 공여체 층 및 혼합된 공여체-수용체 층을 포함할 수 있다. 광활성 층(140)은 대안적으로 완전히 혼합된 수용체-공여체 층을 포함하는 혼합된 헤테로접합 구조 또는 다양한 상대 농도 구배로 혼합된 공여체-수용체 층을 포함하는 것들을 포함할 수 있다.1B shows an overview of examples of various single connection configurations for photoactive layer 140 . Optionally, the photoactive layer 140 may correspond to a mixed donor/acceptor (giant heterojunction) configuration, a planar donor/acceptor configuration, a planar and mixed donor/acceptor configuration, or a gradient donor/acceptor configuration. A variety of materials can be used as the photoactive layer 140 , for example, a material that absorbs in the ultraviolet or near infrared bands but minimally in any case in the visible band. In this way, photoactive materials can be used to generate electron-hole pairs for actuating external circuits by absorption of ultraviolet and/or near infrared rays, leaving visible light relatively undisturbed, thereby providing visible transmittance. As shown, the photoactive layer 140 may include a planar heterojunction, eg, separate donor and acceptor layers. The photoactive layer 140 may alternatively comprise a planar-mixed heterojunction structure, eg, separate acceptor and donor layers and a mixed donor-acceptor layer. The photoactive layer 140 may alternatively include mixed heterojunction structures comprising fully mixed acceptor-donor layers or those comprising mixed donor-acceptor layers in various relative concentration gradients.

광활성 층은 임의의 적합한 두께를 가질 수 있으며 광활성 재료의 임의의 적합한 농도 또는 조성을 가짐으로써 원하는 수준의 투과율 및 자외선/근적외선 흡수 특성을 제공할 수 있다. 광활성 층의 두께의 예는 약 1 nm 내지 약 1 μm, 약 1 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 100 nm의 범위일 수 있다. 일부 경우에, 광활성 층은 개별 서브-층 또는 층들의 혼합물로 제조되어 도 1b에 나타낸 바와 같이, 적합한 광전지 전력 생성 특성을 제공할 수 있다. 도 1b에 나타낸 다양한 구성을 사용할 수 있으며 유리한 광전지 전력 생성을 제공하기 위해 사용된 특정의 공여체 및 수용체 재료에 의존한다. 예를 들면, 일부 공여체 및 수용체 조합은 특정의 구성으로부터 유리할 수 있지만, 다른 공여체 및 수용체 조합은 다른 특정의 구성으로부터 유리할 수 있다. 공여체 재료 및 수용체 재료를 임의의 비 또는 농도로 제공함으로써 적합한 광전지 전력 생성 특성을 제공할 수 있다. 혼합된 층의 경우, 공여체 대 수용체의 상대 농도는 임의로 약 20 대 1 내지 약 1 대 20이다. 임의로, 공여체 대 수용체의 상대 농도는 임의로 약 5 대 1 내지 약 1 대 5이다. 임의로, 공여체 및 수용체는 1 대 1의 비로 존재한다.The photoactive layer can have any suitable thickness and can have any suitable concentration or composition of the photoactive material to provide a desired level of transmittance and ultraviolet/near infrared absorption properties. Examples of the thickness of the photoactive layer may range from about 1 nm to about 1 μm, from about 1 nm to about 300 nm, or from about 1 nm to about 100 nm. In some cases, the photoactive layer can be made from individual sub-layers or mixtures of layers to provide suitable photovoltaic power generation properties, as shown in FIG. 1B . The various configurations shown in FIG. 1B can be used and depend on the particular donor and acceptor materials used to provide advantageous photovoltaic power generation. For example, some donor and acceptor combinations may benefit from certain configurations, while other donor and acceptor combinations may benefit from other specific configurations. Suitable photovoltaic power generation properties can be provided by providing the donor material and the acceptor material in any ratio or concentration. For mixed layers, the relative concentration of donor to acceptor is optionally from about 20 to 1 to about 1 to 20. Optionally, the relative concentration of donor to acceptor is optionally from about 5 to 1 to about 1 to 5. Optionally, the donor and acceptor are present in a ratio of 1 to 1.

다양한 구현예에서, 가시적으로 투명한 광전지 장치(100)는 투명 전극(120), 광활성 층(140) 및 투명 전극(122)을 포함하며, 임의의 하나 이상의 기판(105), 광학 층 (110), (112), 및 (114), 및 완충 층 (130) 및 (132)을 임의로, 포함시키거나 배제시킬 수 있다.In various embodiments, a visually transparent photovoltaic device 100 includes a transparent electrode 120 , a photoactive layer 140 and a transparent electrode 122 , including any one or more substrates 105 , an optical layer 110 , (112), and (114), and the buffer layers (130) and (132) may optionally be included or excluded.

본원에 보다 충분히 기술된 바와 같이, 본 발명의 구현예는 하나 이상의 완충 층, 광학 층, 및/또는 광활성 층에 대한 디아미노디플루오로 붕소-계 유기 염료, 및 관련된 디아미노 이산소 붕소-계 유기 염료를 포함한다. 이러한 화합물은 코어 구조의 전기적 및/또는 광학적 특성의 개질을 위한 적합하게 작용화된 버전을 포함할 수 있다. 예로서, 개시된 화합물은 450 nm 내지 650 nm 사이의 가시 파장 대역내에서 흡수 특성을 감소시키고 650 nm 초과의 파장에서 NIR 대역내 흡수 특성을 증가시키는 작용 그룹을 포함할 수 있다.As described more fully herein, embodiments of the present invention provide diaminodifluoro boron-based organic dyes for one or more buffer layers, optical layers, and/or photoactive layers, and related diamino dioxyboron dioxygen-based organic dyes. Contains organic dyes. Such compounds may include suitably functionalized versions for modification of the electrical and/or optical properties of the core structure. As an example, the disclosed compounds may contain functional groups that decrease absorption properties in the visible wavelength band between 450 nm and 650 nm and increase absorption properties in the NIR band at wavelengths greater than 650 nm.

예로서, 개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 일부 구현예에서, 전자 공여체 광활성 재료로서 유용하며, 광전지 장치에 유용한 광활성 층을 제공하기 위해, 적합한 전자 수용체 광활성 재료와 쌍을 이룰 수 있다. 임의로, 개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 전자 수용체 광활성 재료로서 유용하며, 광전지 장치에 유용한 광활성 층을 제공하기 위하여, 적합한 전자 공여체 광활성 재료와 쌍을 이룰 수 있다. 공여체 및 수용체 재료의 예는 각각 2017년 6월 16일자로 출원된, 미국 가특허원 제62/521,154호, 제62/521,158호, 제62/521,160호, 제62/521,211호, 제62/521,214호, 및 제62/521,224호에 기술되어 있으며, 이들은 이의 전문이 참고로 본원에 포함된다.For example, the disclosed visually transparent photoactive compounds are, in some embodiments, useful as electron donor photoactive materials and can be paired with suitable electron acceptor photoactive materials to provide photoactive layers useful in photovoltaic devices. Optionally, the disclosed visually transparent photoactive compounds are useful as electron acceptor photoactive materials and can be paired with suitable electron donor photoactive materials to provide photoactive layers useful for photovoltaic devices. Examples of donor and acceptor materials are U.S. Provisional Patent Applications Nos. 62/521,154, 62/521,158, 62/521,160, 62/521,211, 62/521,214, each filed on June 16, 2017. and 62/521,224, which are incorporated herein by reference in their entirety.

구현예에서, 개시된 광활성 화합물의 화학 구조는 하나 이상의 유도(directing) 그룹, 예를 들면, 전자 공여 그룹, 전자 구인 그룹, 또는 코어 금속 원자에 대한 또는 코어 금속 원자로의 치환으로 작용화함으로써, 재료에 바람직한 전기적 특성을 제공할 수 있다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 광활성 화합물을 아민 그룹, 페놀 그룹, 알킬 그룹, 페닐 그룹, 또는 다른 전자 공여 그룹으로 작용화시켜 광전기 장치내 전자 공여체로서 작용하는 재료의 능력을 개선시킨다. 다른 예로서, 일부 구현예에서, 광활성 화합물을 시아노 그룹, 할로겐, 설포닐 그룹, 또는 다른 전자 구인 그룹으로 작용화시켜 광전지 장치내 전자 수용체로서 작용하는 재료의 능력을 개선시킬 수 있다.In an embodiment, the chemical structure of a disclosed photoactive compound is incorporated into a material by functionalizing it with one or more directing groups, e.g., electron donating groups, electron withdrawing groups, or substitutions for or with a core metal atom. It can provide desirable electrical properties. For example, in some embodiments, the photoactive compound is functionalized with an amine group, phenol group, alkyl group, phenyl group, or other electron donating group to improve the ability of the material to act as an electron donor in an optoelectronic device. As another example, in some embodiments, a photoactive compound can be functionalized with a cyano group, halogen, sulfonyl group, or other electron withdrawing group to improve the ability of a material to act as an electron acceptor in a photovoltaic device.

구현예에서, 광활성 화합물을 작용화시켜 원하는 광학 특성을 제공한다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 광활성 화합물을 연장된 공액으로 작용화시켜 재료의 흡수 프로파일을 적색편이시킬 수 있다. 공액이 분자에 pi 분자의 비편재화를 지칭할 수 있으며 분자 구조내 단일 및 다수 결합을 변경시킴으로써 특징화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 전자 공액을 연장시키는 작용화는 하나 이상의 방향족 그룹을 재료의 분자 구조로 융합시키는 것을 포함할 수 있다. 연장된 공액을 제공할 수 있는 다른 작용화는 예를 들면, 비닐 그룹에 의한 알켄 작용화, 방향족 또는 헤테로방향족 작용화, 예를 들면, 아실 그룹에 의한 카보닐 작용화, 설포닐 작용화, 니트로 작용화, 시아노 작용화 등을 포함한다. 다양한 분자 작용화는 광활성 화합물의 광학적 및 전기적 특성 둘 다에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있을 것이다.In embodiments, the photoactive compound is functionalized to provide the desired optical properties. For example, in some embodiments, photoactive compounds can be functionalized with extended conjugates to redshift the absorption profile of the material. It will be appreciated that conjugation can refer to the delocalization of a pi molecule to a molecule and can be characterized by altering single and multiple bonds in the molecular structure. For example, functionalization to prolong electron conjugation may involve fusing one or more aromatic groups into the molecular structure of the material. Other functionalizations that may provide extended conjugation include, for example, alkene functionalization with vinyl groups, aromatic or heteroaromatic functionalizations, for example carbonyl functionalization with acyl groups, sulfonyl functionalization, nitro functionalization, cyano functionalization, and the like. It will be appreciated that various molecular functionalizations can affect both optical and electrical properties of photoactive compounds.

장치 기능은 고체 상태의 활성 층의 형태에 의해 영향받을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 여기자 확산 길이 및 큰 계면 영역의 규모의 치수를 지닌, 별개의 도메인으로의 전자 공여체 및 수용체의 분리는 고 장치 효율을 달성하는데 유리할 수 있다. 유리하게는, 광활성 재료의 분자 골격을 조정함으로써 재료의 형태를 조절할 수 있다. 예를 들면, 본원에 기술된 바와 같은 작용 그룹의 도입은, 이러한 개질이 재료의 에너지론 또는 전자 특성에 영향을 미치는 지의 여부에 상관없이, 고체 상태의 재료의 형태에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이러한 형태학적 변형은 순수한 재료에서 및 특수한 재료를 상응하는 공여체 또는 수용체와 배합하는 경우 관찰될 수 있다. 형태를 조절하기에 유용한 작용성은 알킬 쇄, 공액된 링커, 불소화된 알칸, 거대 그룹(예컨대, 3급-부틸, 페닐, 나프틸 또는 사이클로헥실)의 첨가 뿐만 아니라 분자의 평면 밖의 구조의 부분이 과도한 결정화를 억제하도록 설계된 보다 복잡한 커플링 과정을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.It will be appreciated that device functionality may be affected by the shape of the active layer in the solid state. Separation of electron donors and acceptors into distinct domains, with dimensions on the scale of exciton diffusion lengths and large interfacial regions, can be advantageous for achieving high device efficiencies. Advantageously, it is possible to control the shape of the material by adjusting the molecular skeleton of the photoactive material. For example, the introduction of functional groups as described herein can have a significant impact on the morphology of materials in the solid state, regardless of whether such modifications affect the energetic or electronic properties of the material. Such morphological modifications can be observed in pure materials and when special materials are combined with the corresponding donor or acceptor. Functionalities useful for controlling conformation include the addition of alkyl chains, conjugated linkers, fluorinated alkanes, macro groups (such as tert-butyl, phenyl, naphthyl or cyclohexyl) as well as excessive portions of the out-of-plane structure of the molecule. including, but not limited to, more complex coupling processes designed to inhibit crystallization.

구현예에서, 다른 분자 구조 특성이 광활성 화합물에서 바람직한 전기적 및 광학적 특성을 제공할 수 있다. 예를 들면, 일부 구현예에서, 광활성 화합물은 전자 공여로 특징화될 수 있는 분자의 일부를 나타낼 수 있지만 분자의 다른 부위는 전자 수용으로서 특징화될 수 있다. 임의의 이론으로 국한시키려는 의도없이, 교호하는 전자 공여 및 전자 수용 부위를 포함하는 분자는 교호하는 전자 공여 및 전자 수용 부위를 결여하는 유사한 분자와 비교하여 분자의 흡수 특성을 적색편이시킬 수 있다. 예를 들면, 교호하는 전자 공여 및 전자 수용 부위는 감소될 수 있거나 또는 그렇지 않으면 최고로 점유된 분자 오비탈과 최저로 점유된 분자 오비탈 사이에 보다 낮은 에너지 갭을 생성한다. 유기 공여체 및/또는 수용체 그룹은 본원에 기술된 가시적으로 투명한 광활성 화합물에서, 임의의 아릴, 방향족, 헤테로아릴, 헤테로방향족, 알킬, 또는 알케닐 그룹에서와 같은, R-그룹 치환체로서 유용할 수 있다.In embodiments, other molecular structural properties may provide desirable electrical and optical properties in the photoactive compound. For example, in some embodiments, a photoactive compound may represent a portion of a molecule that can be characterized as electron donating while other portions of the molecule can be characterized as electron accepting. Without wishing to be bound by any theory, a molecule comprising alternating electron donating and electron accepting sites may redshift the absorption properties of the molecule compared to a similar molecule lacking alternating electron donating and electron accepting sites. For example, alternating electron donating and electron accepting sites can be reduced or otherwise create a lower energy gap between the most occupied molecular orbital and the least occupied molecular orbital. Organic donor and/or acceptor groups may be useful as R-group substituents, such as in any aryl, aromatic, heteroaryl, heteroaromatic, alkyl, or alkenyl group, in the optically transparent photoactive compounds described herein. .

Figure pat00344
,
Figure pat00345
,
Figure pat00346
, 및
Figure pat00347
는 강력한 수용체 그룹으로 고려될 수 있다. 유기 수용체 그룹의 예는
Figure pat00348
,
Figure pat00349
,
Figure pat00350
,
Figure pat00351
, 및
Figure pat00352
를 포함하며, 이는 중간 수용체 그룹으로 고려될 수 있다. 유기 수용체 그룹의 예는
Figure pat00353
,
Figure pat00354
,
Figure pat00355
,
Figure pat00356
,
Figure pat00357
,
Figure pat00358
, 및
Figure pat00359
를 포함하며, 이는 보다 약한 수용체 그룹으로 고려될 수 있다. 나타낸 유기 수용체 그룹의 경우, RA는 예를 들면, 임의로, 수소 또는 알킬일 수 있다. 또한, 물결선은 나타낸 구조가 다른 소구조에 연결된 위치를 나타낸다.
Figure pat00344
,
Figure pat00345
,
Figure pat00346
, and
Figure pat00347
can be considered as a strong receptor group. Examples of organic acceptor groups are
Figure pat00348
,
Figure pat00349
,
Figure pat00350
,
Figure pat00351
, and
Figure pat00352
, which can be considered as an intermediate acceptor group. Examples of organic acceptor groups are
Figure pat00353
,
Figure pat00354
,
Figure pat00355
,
Figure pat00356
,
Figure pat00357
,
Figure pat00358
, and
Figure pat00359
, which can be considered a weaker receptor group. For the indicated organic acceptor groups, R A can, for example, optionally be hydrogen or alkyl. Also, the wavy line indicates the position where the structure shown is connected to other substructures.

유기 공여체 그룹의 예는

Figure pat00360
,
Figure pat00361
,
Figure pat00362
,
Figure pat00363
,
Figure pat00364
를 포함하며, 이는 강력한 공여체 그룹으로 고려될 수 있다. 유기 공여체의 예는
Figure pat00365
,
Figure pat00366
,
Figure pat00367
를 포함하며, 이는 중간의 공여체 그룹으로 고려될 수 있다. 유기 공여체 그룹의 예는
Figure pat00368
,
Figure pat00369
,
Figure pat00370
,
Figure pat00371
, 및
Figure pat00372
를 포함하며, 이는 보다 약한 공여체 그룹으로 고려될 수 있다. 나타낸 유기 공여체 그룹의 경우, RD는 예를 들면, 임의로, 수소 또는 알킬일 수 있다. 또한, 물결선은 나타낸 구조가 다른 소구조에 연결된 위치를 나타낸다.Examples of organic donor groups are
Figure pat00360
,
Figure pat00361
,
Figure pat00362
,
Figure pat00363
,
Figure pat00364
, which can be considered a strong donor group. Examples of organic donors are
Figure pat00365
,
Figure pat00366
,
Figure pat00367
, which can be considered as an intermediate donor group. Examples of organic donor groups are
Figure pat00368
,
Figure pat00369
,
Figure pat00370
,
Figure pat00371
, and
Figure pat00372
, which can be considered a weaker donor group. For the organic donor groups shown, R D can, for example, optionally be hydrogen or alkyl. Also, the wavy line indicates the position where the structure shown is connected to other substructures.

구현예에서, 광활성 화합물은 대칭 구조, 예를 들면, 2개 이상의 대칭 점을 갖는 구조를 나타낼 수 있다. 대칭 구조는 코어 그룹이 동일한 그룹에 의해 대측 면에서 작용화되거나 동일한 코어 그룹 중 2개가 융합되거나 그렇지 않으면 서로 결합된 것들을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 광활성 화합물은 비대칭 구조, 예를 들면, 2개 미만 대칭점을 갖는 구조를 나타낼 수 있다. 비대칭 구조는 코어 그룹이 대측 면에서 상이한 그룹에 의해 작용화되거나 2개의 상이한 코어 그룹이 융합되거나 그렇지 않으면 서로 결합된 것들을 포함할 수 있다.In embodiments, the photoactive compound may exhibit a symmetric structure, eg, a structure having two or more points of symmetry. Symmetric structures may include those in which the core groups are functionalized on opposite sides by the same group or two of the same core group are fused or otherwise bonded to each other. In other embodiments, the photoactive compound may exhibit an asymmetric structure, eg, a structure with less than two points of symmetry. Asymmetric structures may include those in which the core group is functionalized on the opposite side by a different group, or in which two different core groups are fused or otherwise bonded to each other.

본원에 기술된 재료가 전자 공여체 또는 전자 수용체로서 투명한 광전지 장치내에 광활성 층으로서 포함되는 경우, 층 두께는 장치 출력, 흡수, 또는 투과율을 변화시키도록 조절할 수 있다. 예를 들면, 공여체 또는 수용체 층 두께를 증가시키는 것은 이러한 층 내에서 광 흡수를 증가시킬 수 있다. 일부 경우에, 공여체 또는 수용체 층 내의 공여체/수용체 재료의 농도를 증가시키는 것은 이러한 층 내에서 광 흡수를 유사하게 증가시킬 수 있다. 그러나, 일부 구현예에서, 공여체/수용체 재료의 농도는 예를 들면, 활성 재료 층이 공여체/수용체 재료의 순수하거나 실질적으로 순수한 층 또는 공여체/수용체 재료의 순수하거나 실질적으로 순수한 혼합물을 포함하는 경우 조절가능하지 않을 수 있다. 임의로, 공여체/수용체 재료는 용매 중에 제공될 수 있거나 담체, 예를 들면, 완충 층 재료 속에 현탁될 수 있으며, 이 경우 공여체/수용체 재료의 농도는 조절될 수 있다. 일부 구현예에서, 생산된 전류가 최대화되는 공여체 층 농도가 선택된다. 일부 구현예에서, 생산된 전류가 최대화되는 수용체 층 농도가 선택된다.When the material described herein is incorporated as a photoactive layer in a transparent photovoltaic device as an electron donor or electron acceptor, the layer thickness can be adjusted to change the device output, absorption, or transmittance. For example, increasing the donor or acceptor layer thickness may increase light absorption within such layers. In some cases, increasing the concentration of donor/acceptor material in a donor or acceptor layer may similarly increase light absorption within this layer. However, in some embodiments, the concentration of the donor/acceptor material is controlled, for example, when the active material layer comprises a pure or substantially pure layer of donor/acceptor material or a pure or substantially pure mixture of donor/acceptor material. It may not be possible. Optionally, the donor/acceptor material may be provided in a solvent or suspended in a carrier such as a buffer layer material, in which case the concentration of the donor/acceptor material may be adjusted. In some embodiments, the donor layer concentration is selected that maximizes the current produced. In some embodiments, the receptor layer concentration is selected that maximizes the current produced.

그러나, 전하 수집 효율은 하전된 담체에 대해 증가된 "이동 거리(travel distance)"로 인하여 공여체 또는 수용체 두께가 증가하면서 감소할 수 있다. 따라서, 증가하는 층 두께로 증가된 흡수와 감소된 전하 수집 효율 사이에 절충이 될 수 있다. 따라서, 이는 두께당 증가된 광 흡수를 허용하는 고 흡수 계수 및/또는 농도를 갖는 본원에 기술된 바와 같은 재료를 선택하는데 유리할 수 있다. 일부 구현예에서, 생산된 전류가 최대화되는 공여체 층 두께가 선택된다. 일부 구현예에서, 생산된 전류가 최대화되는 수용체 층 두께가 선택된다.However, charge collection efficiency may decrease with increasing donor or acceptor thickness due to increased “travel distance” relative to the charged carrier. Thus, a compromise can be made between increased absorption and decreased charge collection efficiency with increasing layer thickness. Accordingly, it may be advantageous to select a material as described herein having a high absorption coefficient and/or concentration that allows for increased light absorption per thickness. In some embodiments, a donor layer thickness is selected that maximizes the current produced. In some embodiments, the acceptor layer thickness is selected that maximizes the current produced.

본원에 기술된 재료로부터 형성된 개개의 광활성 층 두께 외에도, 투명한 광전지 장치내 다른 층의 두께 및 조성을 또한 선택하여, 광활성 층내에서 흡수를 향상시킬 수 있다. 다른 층(완충 층, 전극 등)은 전형적으로 박 필름 장치 스택(stack) 및 수득되는 광공진기(optical cavity)의 맥락에서 이들의 광학 특성(굴절율 및 소광 계수)에 기초하여 선택된다. 예를 들면, 근적외선 흡수 광활성 층은 근적외선 파장에 대한 광학장(optical field)의 피크내에 위치할 수 있으며 여기서 이는 장치에 의해 생산된 흡수 및 수득되는 전류를 최대화하도록 흡수한다. 이는 스페이서로서 제2의 광활성 층 및/또는 광학 층을 사용하여 전극으로부터 적절한 거리에 광활성 층을 이격시킴으로써 달성할 수 있다. 유사한 계획을 자외선 흡수 광활성 층에 사용할 수 있다. 많은 경우에, 보다 긴 파장의 광학 분야의 피크는 또한 보다 짧은 파장의 광학 분야의 피크와 비교하여 2개의 투명 전극 중 보다 반사적인 투명 전극으로부터 더 멀리 위치될 것이다. 따라서, 별도의 공여체 및 수용체 광활성 층을 사용하는 경우, 보다 적색을 흡수하는(보다 긴 파장) 재료를 보다 반사적인 전극으로부터 더 멀리, 그리고 보다 청색을 흡수하는(보다 짧은 파장) 재료를 반사적인 전극에 더 가깝게 위치시키도록, 공여체 및 수용체를 선택할 수 있다.In addition to the individual photoactive layer thicknesses formed from the materials described herein, the thickness and composition of other layers in the transparent photovoltaic device may also be selected to enhance absorption within the photoactive layer. Other layers (buffer layers, electrodes, etc.) are typically selected based on their optical properties (refractive index and extinction coefficient) in the context of the thin film device stack and the resulting optical cavity. For example, the near-infrared absorbing photoactive layer may be positioned within the peak of the optical field for the near-infrared wavelength, where it absorbs to maximize the absorption and current obtained by the device. This can be achieved by spacing the photoactive layer at an appropriate distance from the electrode using a second photoactive layer and/or optical layer as a spacer. A similar scheme can be used for ultraviolet absorbing photoactive layers. In many cases, the longer wavelength optical field peak will also be located further away from the more reflective transparent electrode of the two transparent electrodes compared to the shorter wavelength optical field peak. Thus, when using separate donor and acceptor photoactive layers, the more red absorbing (longer wavelength) material is placed further away from the more reflective electrode, and the bluer absorbing (shorter wavelength) material is used with the reflective electrode. The donor and acceptor can be selected to be located closer to the .

일부 구현예에서, 광학 층은 공여체가 공여체 층내에서 흡수하여 광 흡수를 증가시킴으로써 공여체 층에 의해 생산된 전류를 증가시키는 파장에서 광학장의 강도를 증가시키도록 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 층은 수용체가 수용체 층내에서 흡수하여 광 흡수를 증가시킴으로써 수용체 층에 의해 생산된 전류를 증가시키는 파장에서 광학장의 강도를 증가시키도록 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 층을 사용하여 가시적 흡수 또는 가시적 반사를 감소시킴으로써 스택의 투과율을 개선시킬 수 있다. 또한, 전극 재료 및 두께는, 가시 범위내에서 광을 우선적으로 투과하면서, 광활성 층내에서 가시 범위 밖의 흡수를 향상시키도록 선택될 수 있다.In some embodiments, an optical layer can be included to increase the strength of the optical field at a wavelength at which the donor increases the current produced by the donor layer by increasing absorption of light within the donor layer. In some embodiments, the optical layer can be included to increase the intensity of the optical field at a wavelength at which the receptor absorbs within the receptor layer to increase light absorption, thereby increasing the current produced by the receptor layer. In some embodiments, optical layers can be used to improve the transmittance of the stack by reducing visible absorption or visible reflection. Further, the electrode material and thickness may be selected to enhance absorption outside the visible range within the photoactive layer, while preferentially transmitting light within the visible range.

임의로, 가시적으로 투명한 광전지 장치의 스펙트럼 적용범위를 향상시키는 것은 탄뎀 셀로 지칭되는, 가시적으로 투명한 광전지 장치의 다중-셀 시리즈 스택의 사용으로 달성되며, 이는 도 1a를 참고로 기술된 바와 같이, 완충 층(130), 광활성 층(140), 및 완충 층(132)의 다수의 스택된 거리로서 포함될 수 있다. 이러한 구성은 하나 이상의 광활성 층을 포함하며, 이는 전형적으로 예를 들면, 완충 층(들) 및/또는 박 금속 층의 조합에 의해 분리된다. 이러한 구성에서, 각각의 서브셀(subcell)내에서 생성된 전류는 대측 전극에 연속적으로 유동하므로, 셀내 순 전류(net current)는 예를 들면, 특정의 서브셀에 의해 생성된 최저 전류에 의해 제한된다. 개회로 전압(open circuit voltage: VOC)은 서브셀의 VOC의 합과 동일하다. 태양광 스펙트럼의 상이한 영역에서 흡수하는 상이한 공여체-수용체로 제작된 서브-셀을 조합함으로써, 단일 연결 셀과 관련한 효율의 유의적인 개선이 달성될 수 있다.Optionally, enhancing the spectral coverage of visually transparent photovoltaic devices is achieved with the use of a multi-cell series stack of visually transparent photovoltaic devices, referred to as tandem cells, which, as described with reference to FIG. 130 , photoactive layer 140 , and buffer layer 132 may be included as multiple stacked distances. Such constructions include one or more photoactive layers, which are typically separated by, for example, a combination of buffer layer(s) and/or thin metal layers. In this configuration, the current generated in each subcell flows continuously to the opposite electrode, so that the net current in the cell is limited by, for example, the lowest current generated by a particular subcell. do. The open circuit voltage (VOC) is equal to the sum of the VOCs of the subcells. By combining sub-cells fabricated with different donor-acceptors that absorb in different regions of the solar spectrum, significant improvements in efficiency associated with single connected cells can be achieved.

공여체 층 및/또는 수용체 층을 포함하는 완충층 및 광활성 층 중 하나 이상에서 이용된 재료와 관련된 추가의 설명은 하기에 제공된다.Further description relating to materials used in one or more of the photoactive layer and the buffer layer, including the donor layer and/or the acceptor layer, is provided below.

도 2는 태양광 스펙트럼, 사람 눈 감도, 및 파장의 함수로서 예시적인 가시적으로 투명한 광전지 장치 흡수를 나타내는 단순화된 플롯이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 구현예는 약 450 nm 내지 약 650 nm의 가시적 파장 대역내에서 흡수가 낮은 광전지 구조를 이용하지만 UV 및 NIR 대역내, 즉, 가시 파장 대역 밖에서 흡수하여, 가시적으로 투명한 광전지 작동을 가능하도록 한다. 자외선 대역 또는 자외선 영역은 구현예에서, 약 200 nm 내지 450 nm의 광 파장으로 기술될 수 있다. 기저 수준에서 유용한 태양광 방사선은 자외선 약 280 nm 미만의 제한된 양의 자외선을 가질 수 있으므로, 일부 구현예에서, 자외선 대역 또는 자외선 영역은 약 280 nm 내지 450 nm의 광의 파장으로 기술될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 근적외선 대역 또는 근적외선 영역은 구현예에서, 약 650 nm 내지 1400 nm의 광의 파장으로 기술될 수 있다. 본원에 기술된 다양한 조성물은 NIR 영역에서보다 더 작은 가시광선 영역내에서 최대 흡수 강도를 지닌 NIR 피크를 포함하는 흡수를 나타낼 수 있다.2 is a simplified plot showing exemplary visually transparent photovoltaic device absorption as a function of solar spectrum, human eye sensitivity, and wavelength. As shown in FIG. 2 , the embodiment of the present invention uses a photovoltaic structure with low absorption within the visible wavelength band of about 450 nm to about 650 nm, but absorbs within the UV and NIR bands, that is, outside the visible wavelength band, to enable transparent photovoltaic operation. The ultraviolet band or ultraviolet region may, in embodiments, be described as a light wavelength between about 200 nm and 450 nm. It will be appreciated that solar radiation useful at basal levels may have a limited amount of ultraviolet radiation less than about 280 nm, so in some embodiments, the ultraviolet band or ultraviolet region can be described as a wavelength of light between about 280 nm and 450 nm. will be able The near-infrared band or near-infrared region may, in embodiments, be described as a wavelength of light between about 650 nm and 1400 nm. The various compositions described herein can exhibit absorption comprising a NIR peak with a maximum absorption intensity in the visible region that is smaller than in the NIR region.

도 3은 유기 광전지 장치, 예를 들면, 가시적으로 투명한 광전지 장치(100)의 예의 작동을 위한 개략적인 에너지 수준의 개괄적 도해를 제공한다. 예를 들면, 이러한 광전지 장치내에서, 다양한 광활성 재료는 완충 층, 전극 등에 사용되는 재료의 유형 및 이들의 분자 특성에 따라, 전자 공여체 또는 전자 수용체 특성을 나타낼 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 각각의 공여체 및 수용체 재료는 최대 점유 분자 오비탈(HOMO) 및 최저 비점유 분자 오비탈(LUMO)을 가진다. HOMO로부터 LUMO로의 전자의 전이는 광자의 흡수에 의해 제공될 수 있다. 재료의 HOMO와 LUMO(HOMO-LUMO 갭) 사이의 에너지는 재료의 광학적 대역 갭의 에너지를 대략적으로 나타낸다. 본원에 제공된 투명한 광전지 장치로 유용한 전자 공여체 및 전자 수용체 재료의 경우, 전자 공여체 및 전자 수용체 재료에 대한 HOMO-LUMO 갭은 바람직하게는 가시광선 영역내 광자의 에너지 밖에 속한다. 예를 들면, HOMO-LUMO 갭은 광활성 재료에 따라 자외선 영역 또는 근적외선 영역내에 있을 수 있다. HOMO가 통상의 전도체 또는 반도체에서의 가전자대(valence band)와 비교가능하지만, LUMO는 통상의 전도체 또는 반도체에서의 전도대(conduction band)와 비교가능함을 알 수 있을 것이다.3 provides a schematic illustration of a schematic energy level for the operation of an example of an organic photovoltaic device, eg, a visually transparent photovoltaic device 100 . For example, within such photovoltaic devices, various photoactive materials may exhibit electron donor or electron acceptor properties, depending on the type of material used for the buffer layer, electrode, etc. and their molecular properties. As shown in Figure 3, each donor and acceptor material has a maximum occupied molecular orbital (HOMO) and a lowest unoccupied molecular orbital (LUMO). The transition of electrons from HOMO to LUMO may be provided by absorption of a photon. The energy between the HOMO and LUMO (HOMO-LUMO gap) of a material roughly represents the energy of the material's optical bandgap. For electron donor and electron acceptor materials useful as the transparent photovoltaic devices provided herein, the HOMO-LUMO gaps for the electron donor and electron acceptor materials preferably fall outside the energy of photons in the visible region. For example, the HOMO-LUMO gap may be in the ultraviolet region or the near infrared region depending on the photoactive material. It will be appreciated that while HOMO is comparable to the valence band in a conventional conductor or semiconductor, LUMO is comparable to the conduction band in a conventional conductor or semiconductor.

많은 유기 분자, 예를 들면, 유기 반도체의 협소한 흡수 스펙트럼은 이것이 단일 분자 종을 사용하여 전체 흡수 스펙트럼을 흡수하는 것을 어렵게 만들 수 있다. 따라서, 전자 공여체 및 수용체 분자는 일반적으로 쌍을 이루어 상보적인 흡수 스펙트럼을 제공하고 광 흡수의 스펙트럼 적용 범위를 증가시킨다. 또한, 공여체 및 수용체 분자는 이들의 에너지 수준(HOMO 및 LUMO)이 서로와 관련하여 유리하게 놓이도록 선택된다. 공여체 및 수용체의 LUMO 수준에 있어서의 차이는 공여체에 생성된 전자-정공 쌍(여기자)의 분리를 위한 구동력을 제공하지만, 공여체 및 수용체의 HOMO 수준에 있어서의 차이는 수용체 상에 생성된 전자-정공 쌍(여기자)의 분리를 위한 구동력을 제공한다. 일부 구현예에서, 수용체가 전자를 인접한 완충 층으로 효율적으로 수송하기 위해 고 전자 이동성을 갖는 것이 유용할 수 있다. 일부 구현예에서, 공여체가 정공을 완충 층에 효율적으로 수송하기 위해 높은 정공 이동성을 갖는 것이 유용할 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, VOC는 수용체의 LUMO와 공여체의 HOMO 사이의 차이에 직접 비례하는 것으로 밝혀졌으므로, 수용체의 LUMO 수준과 공여체의 HOMO 수준에서의 차이를 증가시켜 개회로 전압(VOC)을 증가시키는 것이 유용할 수 있다. 광활성 층내에 이러한 공여체-수용체 쌍화(pairing)는 도 6을 참고하여 하기에 기술된 바와 같이, 본원에 기술된 재료 중 하나를, 본원에 기술된 상이한 가시적으로 투명한 광활성 화합물 또는 완전히 별도의 재료 시스템일 수 있는 상보적인 재료와 적절하게 쌍화시켜, 달성할 수 있다.The narrow absorption spectrum of many organic molecules, such as organic semiconductors, can make it difficult to absorb the entire absorption spectrum using a single molecular species. Thus, electron donor and acceptor molecules are usually paired to provide complementary absorption spectra and increase the spectral coverage of light absorption. In addition, the donor and acceptor molecules are selected such that their energy levels (HOMO and LUMO) lie favorably with respect to each other. Differences in the LUMO levels of the donor and acceptor provide a driving force for the dissociation of electron-hole pairs (excitons) produced in the donor, whereas differences in the HOMO levels of the donor and acceptor produce electron-holes on the acceptor. It provides the driving force for the separation of the pair (excitons). In some embodiments, it may be useful for an acceptor to have high electron mobility in order to efficiently transport electrons to an adjacent buffer layer. In some embodiments, it may be useful for the donor to have high hole mobility to efficiently transport holes to the buffer layer. Also, in some embodiments, it has been found that VOC is directly proportional to the difference between the LUMO of the acceptor and the HOMO of the donor, thus increasing the difference in the LUMO level of the acceptor and the HOMO level of the donor to increase the open circuit voltage (VOC). It can be useful to do This donor-acceptor pairing within the photoactive layer can be achieved by combining one of the materials described herein with a different visually transparent photoactive compound described herein or a completely separate material system, as described below with reference to FIG. 6 . This can be achieved by properly pairing with complementary materials that are available.

애노드 완충 층 또는 정공 수송 층으로 일반적으로 지칭되는, 공여체에 인접한 완충 층은 완충층의 HOMO 수준 또는 가전자대(무기 재료의 경우)가 공여체로부터 애노드(투명 전극)으로 정공을 수송하기 위해 에너지 랜드스케이프(energy landscape) 내에서의 공여체의 HOMO 수준과 정렬되도록, 선택된다. 일부 구현예에서, 완충 층은 높은 정공 이동성을 갖는 것이 유용할 수 있다. 캐소드 완충 층 또는 전자 수송 층으로서 일반적으로 지칭되는, 수용체에 인접한 완충 층은, 완충 층의 LUMO 수준 또는 전도 대역(무기 재료의 경우)이 전자를 수용체로부터 캐소드 (투명 전극)으로 수송하기 위해 에너지 랜드스케이프 내에서의 수용체의 LUMO 수준과 정렬되도록, 선택한다. 일부 구현예에서, 완충 층은 높은 전자 이동능을 갖도록 하는 것이 유용할 수 있다.The buffer layer adjacent the donor, commonly referred to as the anode buffer layer or hole transport layer, is at the HOMO level or valence band (in the case of inorganic materials) of the buffer layer to transport holes from the donor to the anode (transparent electrode) energy landscape ( energy landscape) to align with the HOMO level of the donor. In some embodiments, it may be useful for the buffer layer to have high hole mobility. A buffer layer adjacent to an acceptor, commonly referred to as a cathode buffer layer or electron transport layer, is such that the LUMO level or conduction band of the buffer layer (in the case of inorganic materials) energy lands to transport electrons from the acceptor to the cathode (transparent electrode). The selection is made to align with the LUMO level of the receptor within the landscape. In some embodiments, it may be useful for a buffer layer to have high electron mobility.

도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 4d는 가시적으로 투명한 광전지 장치에 유용한 상이한 전자 공여체 및 전자 수용체 구성에 대한 흡수 대역의 예를 나타내는 플롯을 제공한다. 도 4a에서, 공여체 재료는 NIR내에서 흡수를 나타내지만, 수용체 재료는 UV 내에서 흡수를 나타낸다. 도 4b는 대치 구성을 나타내며, 여기서 공여체 재료는 UV내에서 흡수를 나타내지만, 수용체 재료는 NIR내에서 흡수를 나타낸다.4A, 4B, 4C, and 4D provide plots showing examples of absorption bands for different electron donor and electron acceptor configurations useful in visually transparent photovoltaic devices. In Figure 4a, the donor material exhibits absorption in the NIR, while the acceptor material exhibits absorption in the UV. Figure 4b shows an alternative configuration, where the donor material exhibits absorption in the UV while the acceptor material exhibits absorption in the NIR.

도 4c는 추가의 구성을 나타내며, 여기서 공여체 및 수용체 재료 둘 다는 NIR내에서 흡수를 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 태양광 스펙트럼은 자외선내에 단지 비교적 적은 양과 함께 NIR내에서 유의적인 양의 유용한 방사선을 나타내어, 태양광 스펙트럼으로부터 다량의 에너지를 획득하는데 유용한 도 4c에 나타낸 구성이 되도록 한다. 공여체가 수용체에 대해 청색 편이되는 도 4c에 나타낸 구성과 대치된, 수용체가 공여체에 대해 청색 편이되는 도 4d에 나타낸 바와 같이, 공여체 및 수용체 재료 둘 다가 NIR내에서 흡수를 나타내는 다른 구현예가 고려된다는 것을 알 수 있을 것이다.Figure 4c shows a further configuration, where both the donor and acceptor materials show absorption in the NIR. As shown in the figure, the solar spectrum exhibits a significant amount of useful radiation in the NIR with only a relatively small amount in the ultraviolet, making the configuration shown in FIG. 4C useful for obtaining large amounts of energy from the solar spectrum. It is contemplated that other embodiments are contemplated in which both the donor and acceptor materials exhibit absorption within the NIR, as shown in FIG. 4D in which the acceptor is blue shifted with respect to the donor, as opposed to the configuration shown in FIG. 4C where the donor is blue shifted with respect to the acceptor you will know

본 발명은 또한 가시적으로 투명한 광전지 장치, 예를 들면, 가시적으로 투명한 광전지 장치(100)를 제조하는 방법을 제공한다. 예를 들면, 도 5는 일부 구현예에 따른 가시적으로 투명한 광전지 장치를 제조하기 위한 방법(500)의 개관을 제공한다. 방법(500)은 블록(505)에서 시작하며, 여기서 투명 기판이 제공된다. 유용한 투명 기판은 가시적으로 투명한 기판, 예를 들면, 유리, 플라스틱, 석영 등을 포함함을 알 수 있을 것이다. 가요성 및 강성 기판이 다양한 구현예에서 유용하다. 임의로, 투명 기판에는 상부 및/또는 하부 표면에 예비형성된 하나 이상의 광학 층이 제공된다.The present invention also provides a method of making a visually transparent photovoltaic device, for example a visually transparent photovoltaic device 100 . For example, FIG. 5 provides an overview of a method 500 for making a visually transparent photovoltaic device in accordance with some embodiments. The method 500 begins at block 505 , where a transparent substrate is provided. It will be appreciated that useful transparent substrates include visually transparent substrates such as glass, plastic, quartz, and the like. Flexible and rigid substrates are useful in various embodiments. Optionally, the transparent substrate is provided with one or more optical layers preformed on the upper and/or lower surfaces.

블록(510)에서, 하나 이상의 광학 층이 임의로, 투명 기판에 또는 위에, 예를 들면, 투명 기판의 표면 상부 및/또는 하부 상에 형성된다. 임의로, 하나 이상의 광학 층은 다른 재료, 예를 들면, 개재층(intervening layer) 또는 재료, 예를 들면, 투명한 전도체 상에 형성된다. 임의로, 하나 이상의 광학 층은 가시적으로 투명 기판에 인접하고/하거나 이와 접촉하여 위치한다. 광학 층의 형성은 임의적이며, 일부 구현예에서 투명 기판과 인접하고/하거나 이와 접촉한 광학 층을 포함하지 않을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 광학 층은 하나 이상의 화학적 증착 방법, 예를 들면, 플레이팅, 화학 용액 증착, 스핀 코팅, 딥 코팅, 화학 증기 증착, 플라즈마 강화된 화학 증기 증착, 및 원자 층 증착, 또는 하나 이상의 물리적 증착 방법, 예를 들면, 열 증발, 전자 빔 증발, 분자 빔 에피탁시, 스퍼터링(sputtering), 펄스 레이저 증착, 이온 빔 증착, 및 전자분무 증착을 포함하나, 이에 한정되지 않는 다양한 방법을 사용하여 형성시킬 수 있다. 유용한 광학 층은 가시적으로 투명한 광학 층을 포함함을 알 수 있을 것이다. 유용한 광학 층은 예를 들면, 방사방지 특성, 파장 선택적 반사 또는 분산된 브래그 반사 특성(distributed Bragg reflection property), 굴절률 정합 특성, 캡슐화 등을 포함하는 하나 이상의 광학 특성을 제공하는 것들을 포함할 수 있다. 유용한 광학 층은 임의로, 자외선 및/또는 근적외선 광에 대해 투명한 광학 층을 포함한다. 그러나, 구성에 따라서, 일부 광학 층은 임의로, 수동적 적외선 및/또는 자외선 흡수를 제공할 수 있다. 임의로, 광학 층은 본원에 기술된 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 포함할 수 있다.At block 510 , one or more optical layers are optionally formed on or over the transparent substrate, eg, over and/or under the surface of the transparent substrate. Optionally, one or more optical layers are formed on another material, such as an intervening layer or material, such as a transparent conductor. Optionally, one or more optical layers are positioned visibly adjacent to and/or in contact with the transparent substrate. It will be appreciated that the formation of the optical layer is optional and may not include an optical layer adjacent to and/or in contact with the transparent substrate in some embodiments. The optical layer may be formed by one or more chemical vapor deposition methods, such as plating, chemical solution deposition, spin coating, dip coating, chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, and atomic layer deposition, or one or more physical vapor deposition methods, such as For example, it can be formed using a variety of methods including, but not limited to, thermal evaporation, electron beam evaporation, molecular beam epitaxy, sputtering, pulsed laser deposition, ion beam deposition, and electrospray deposition. . It will be appreciated that useful optical layers include optically transparent optical layers. Useful optical layers may include those that provide one or more optical properties including, for example, anti-radiation properties, wavelength selective reflection or distributed Bragg reflection properties, refractive index matching properties, encapsulation, and the like. Useful optical layers optionally include optical layers that are transparent to ultraviolet and/or near infrared light. However, depending on the configuration, some optical layers may optionally provide passive infrared and/or ultraviolet absorption. Optionally, the optical layer can include a visually transparent photoactive compound described herein.

블록(515)에서, 투명 전극이 형성된다. 상기 기술된 바와 같이, 투명 전극은 인듐 주석 산화물 박 필름 또는 다른 투명한 전도 필름, 예를 들면, 금속 박 필름(예컨대, Ag, Cu 등), 금속 박 필름(예컨대, Ag, Cu 등) 및 유전 재료, 또는 전도성 유기 재료(예컨대, 전도성 중합체 등)를 포함하는 다층 스택에 상응할 수 있다. 투명 전극은 가시적으로 투명한 전극을 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 투명 전극은 진공 증착 기술, 예를 들면, 원자 층 증착, 화학 증기 증착, 물리적 증기 증착, 열 증발, 스퍼터 증착, 에피탁시 등을 포함하는 하나 이상의 증착 공정을 사용하여 형성시킬 수 있다. 용액 기반 증착 기술, 예를 들면, 스핀-코팅을 또한 일부 경우에 사용할 수 있다. 또한, 투명 전극을 미세제조 기술, 예를 들면, 석판인쇄술, 리프트 오프, 에칭 등을 사용하여 패턴화할 수 있다.At block 515, a transparent electrode is formed. As described above, the transparent electrode may be an indium tin oxide thin film or other transparent conductive film, such as a metal thin film (eg, Ag, Cu, etc.), a metal thin film (eg, Ag, Cu, etc.) and a dielectric material. , or a multilayer stack comprising a conductive organic material (eg, a conductive polymer, etc.). It will be appreciated that the transparent electrode may include an electrode that is visually transparent. The transparent electrode may be formed using one or more deposition processes including vacuum deposition techniques, for example, atomic layer deposition, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, thermal evaporation, sputter deposition, epitaxy, and the like. Solution based deposition techniques, such as spin-coating, may also be used in some cases. In addition, transparent electrodes can be patterned using microfabrication techniques such as lithography, lift-off, etching, and the like.

블록(520)에서, 하나 이상의 완충 층이 예를 들면, 투명 전극 상에 형성된다. 완충 층은 하나 이상의 화학 증착 방법, 예를 들면, 플레이팅, 화학 용액 증착, 스핀 코팅, 딥 코팅, 화학 증기 증착, 플라즈마 강화 화학적 증기 증착, 및 원자 층 증착, 또는 하나 이상의 물리적 증착 방법, 예를 들면, 열 증발, 전자 빔 증발, 분자 빔 에피탁시, 스퍼터링, 펄스 레이저 증착, 이온 빔 증착, 및 전자분무 증착을 포함하나, 이에 한정되지 않는 다양한 방법을 사용하여 형성시킬 수 있다. 유용한 완충 층은 가시적으로 투명한 완충 층을 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 유용한 완충 층은 전자 수송 층, 전자 차단 층, 정공 수송 층, 정공 차단 층, 광학 스페이서, 물리적 완충 층, 전하 재결합 층, 또는 전하 생성 층으로서 작용하는 것들을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 개시된 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 완충 층 재료로서 유용할 수 있다. 예를 들면, 완충 층은 임의로, 본원에 기술된 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 포함한다.At block 520 , one or more buffer layers are formed, for example, on the transparent electrode. The buffer layer may be formed by one or more chemical vapor deposition methods, such as plating, chemical solution deposition, spin coating, dip coating, chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, and atomic layer deposition, or one or more physical vapor deposition methods, such as For example, it may be formed using a variety of methods including, but not limited to, thermal evaporation, electron beam evaporation, molecular beam epitaxy, sputtering, pulsed laser deposition, ion beam deposition, and electrospray deposition. It will be appreciated that useful buffer layers may include visually transparent buffer layers. Useful buffer layers can include those that act as electron transport layers, electron blocking layers, hole transport layers, hole blocking layers, optical spacers, physical buffer layers, charge recombination layers, or charge generating layers. In some cases, the disclosed visually transparent photoactive compounds may be useful as buffer layer materials. For example, the buffer layer optionally comprises a visually clear photoactive compound described herein.

블록(525)에서, 하나 이상의 광활성 층은 예를 들면, 완충 층 또는 투명 전극 상에 형성된다. 상술한 바와 같이, 광활성 층은 전자 공여체 및 수용체의 전자 수용체 층 및 전자 공여체 층 또는 공-증착된 층을 포함할 수 있다. 유용한 광활성 층은 본원에 기술된 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 포함하는 것들을 포함한다. 광활성 층은 하나 이상의 화학적 증착 방법, 예를 들면, 플레이팅, 화학 용액 증착, 스핀 코팅, 딥 코팅, 화학 증기 증착, 플라즈마 강화된 화학 증기 증착, 및 원자 층 증착, 또는 하나 이상의 물리적 증착 방법, 예를 들면, 열 증발, 전자 빔 증발, 분자 빔 에피탁시, 스퍼터링, 펄스 레이저 증착, 이온 빔 증착, 및 전자분무 증착을 포함하나, 이에 한정되지 않는 다양한 방법을 사용하여 형성시킬 수 있다.At block 525 , one or more photoactive layers are formed on, for example, a buffer layer or a transparent electrode. As mentioned above, the photoactive layer may comprise an electron acceptor layer of an electron donor and an acceptor and an electron donor layer or a co-deposited layer. Useful photoactive layers include those comprising a visually clear photoactive compound described herein. The photoactive layer may be formed by one or more chemical vapor deposition methods, such as plating, chemical solution deposition, spin coating, dip coating, chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, and atomic layer deposition, or one or more physical vapor deposition methods, such as For example, it may be formed using a variety of methods including, but not limited to, thermal evaporation, electron beam evaporation, molecular beam epitaxy, sputtering, pulsed laser deposition, ion beam deposition, and electrospray deposition.

일부 예에서, 광활성 층에 유용한 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 진공 증착 기술, 예를 들면, 열 증발을 사용하여 증착시킬 수 있다. 진공 증착은 진공 챔버 속에서, 예를 들면, 약 10-5 Torr 내지 약 10-8 Torr의 압력에서 일어날 수 있다. 하나의 예에서, 진공 증착은 약 10-7 Torr의 압력에서 일어날 수 있다. 상기에 나타낸 바와 같이, 다양한 증착 기술을 적용할 수 있다. 일부 구현예에서, 열 증발이 사용된다. 열 증발은 200℃ 내지 500℃의 온도에서 증착될 재료원(즉, 가시적으로 투명한 광활성 화합물)을 가열시키는 단계를 포함함 수 있다. 재료원의 온도는 약 0.01 nm/s 내지 약 1 nm/s의 박 필름 성장 속도를 달성하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 0.1 nm/s의 박 필름 성장 속도를 사용할 수 있다. 이러한 성장 속도는 수분 내지 수시간의 과정에 걸쳐 약 1 nm 내지 500 nm의 두께를 가진 박 필름을 생성하기에 유용하다. 증착되는 재료의 다양한 특성(예컨대, 분자량, 휘발능, 열 안전성)은 공급원 온도 또는 최대로 유용한 공급원 온도를 조정하거나 이에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 증착되는 재료의 열 분해 온도는 공급원의 최대 온도를 제한할 수 있다. 다른 예로서, 표적 증착 속도를 달성하는데 보다 높은 공급원 온도가 요구될 수 있는, 거의 휘발성이 아닌 재료와 비교하여, 고도로 휘발성인 증착되는 재료는 표적 증착 속도를 달성하기 위해 보다 낮은 공급원 온도를 필요로 할 수 있다. 증착되는 재료가 공급원으로부터 증발됨에 따라, 보다 낮은 온도에서 표면(예컨대, 기판, 광학 층, 투명 전극, 완충 층 등) 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 표면은 약 10℃ 내지 약 100℃의 온도를 가질 수 있다. 일부 경우에, 표면의 온도는 능동적으로 조절될 수 있다. 일부 경우에, 표면의 온도는 능동적으로 조절되지 않을 수 있다.In some instances, visually transparent photoactive compounds useful for the photoactive layer may be deposited using vacuum deposition techniques, such as thermal evaporation. Vacuum deposition may occur in a vacuum chamber, for example, at a pressure of about 10 -5 Torr to about 10 -8 Torr. In one example, vacuum deposition may occur at a pressure of about 10 -7 Torr. As indicated above, various deposition techniques can be applied. In some embodiments, thermal evaporation is used. Thermal evaporation may include heating the material source to be deposited (ie, a visually transparent photoactive compound) at a temperature of 200°C to 500°C. The temperature of the material source may be selected to achieve a thin film growth rate of from about 0.01 nm/s to about 1 nm/s. For example, a thin film growth rate of 0.1 nm/s can be used. This growth rate is useful for producing thin films with thicknesses of about 1 nm to 500 nm over the course of minutes to hours. It will be appreciated that various properties of the material being deposited (eg, molecular weight, volatility, thermal stability) can adjust or affect the source temperature or the maximally useful source temperature. For example, the thermal decomposition temperature of the material being deposited may limit the maximum temperature of the source. As another example, highly volatile deposited materials require lower source temperatures to achieve target deposition rates compared to less volatile materials, which may require higher source temperatures to achieve target deposition rates. can do. As the material being deposited evaporates from the source, it may be deposited on a surface (eg, substrate, optical layer, transparent electrode, buffer layer, etc.) at a lower temperature. For example, the surface may have a temperature of from about 10°C to about 100°C. In some cases, the temperature of the surface may be actively controlled. In some cases, the temperature of the surface may not be actively controlled.

블록(530)에서, 하나 이상의 완충 층은 예를 들면, 광활성 층에 임의로, 형성된다. 블록(530)에서 형성된 완충 층은 블록(520)에서 형성된 것들과 유사하게 형성될 수 있다. 블록 (520, 525, 및 530)이 예를 들어, 광활성 층, 및, 임의로, 다양한 완충 층을 포함하는 재료들의 다층 스택을 형성하기 위해, 하나 이상의 횟수로 반복될 수 있음을 알 수 있을 것이다.At block 530 , one or more buffer layers are optionally formed, for example, on the photoactive layer. The buffer layer formed at block 530 may be formed similarly to those formed at block 520 . It will be appreciated that blocks 520 , 525 , and 530 may be repeated one or more times to form a multilayer stack of materials including, for example, a photoactive layer, and, optionally, various buffer layers.

블록(535)에서, 제2 투명 전극이 예를 들면, 완충 층 또는 광활성 층에 형성된다. 제2 투명 전극은 블록(515)에서 제1 투명 전극의 형성에 적용가능한 기술을 사용하여 형성시킬 수 있다.At block 535 , a second transparent electrode is formed, for example, in a buffer layer or a photoactive layer. The second transparent electrode may be formed in block 515 using techniques applicable to the formation of the first transparent electrode.

블록(540)에서, 하나 이상의 추가의 광학 층은 예를 들면, 제2 투명 전극에서 임의로, 형성된다.At block 540 , one or more additional optical layers are optionally formed, for example at the second transparent electrode.

도 5에 나타낸 구체적인 단계가 본 발명의 다양한 구현예에 따른 가시적으로 투명한 광전지 장치를 제조하는 특정의 방법을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 단계의 다른 순서를 또한 대안적인 구현예에 따라 수행할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 대안적인 구현예는 상이한 순서로 상기에 나타낸 단계를 수행할 수 있다. 또한, 도 5에 나타낸 개개 단계는 개개 단계에 적절하게 다양한 순서로 수행될 수 있는 다수의 소-단계를 포함할 수 있다. 또한, 추가의 단계를 특정의 적용에 따라 추가하거나 제거할 수 있다. 많은 변화, 변형, 및 대안을 사용할 수 있음을 알 수 있을 것이다.It should be understood that the specific steps shown in FIG. 5 provide a specific method of making a visually transparent photovoltaic device according to various embodiments of the present invention. Other sequences of steps may also be performed according to alternative embodiments. For example, alternative embodiments of the present invention may perform the steps shown above in a different order. Furthermore, the individual steps shown in FIG. 5 may include a number of sub-steps that may be performed in various orders as appropriate to the individual steps. Additionally, additional steps may be added or removed depending on the particular application. It will be appreciated that many variations, modifications, and alternatives are possible.

방법(500)은 전기 에너지를 생성하기 위한 방법에 상응하도록 임의로, 연장될 수 있다. 예를 들면, 전기 에너지를 생성하는 방법은 예를 들면, 방법(500)에 따른 가시적으로 투명한 광전지 장치를 제조함으로써 가시적으로 투명한 광전지 장치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 전기 에너지를 생성하는 방법은 또한 가시적으로 투명한 광전지 장치를 가시광선, 자외선 및/또는 근적외선 광에 노출시켜 예를 들면, 전기 에너지의 생성을 위해, 도 3을 참고로 상술한 바와 같이, 전자-정공 쌍의 형성 및 분리를 구동시킬 수 있다. 가시적으로 투명한 광전지 장치는 광활성 재료, 완충 재료, 및/또는 광학 층으로서 본원에 기술된 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 포함할 수 있다.Method 500 can optionally be extended to correspond to a method for generating electrical energy. For example, a method of generating electrical energy may include providing a visually transparent photovoltaic device, eg, by manufacturing a visually transparent photovoltaic device according to method 500 . A method of generating electrical energy may also include exposing a visually transparent photovoltaic device to visible, ultraviolet and/or near infrared light, for example, for the generation of electrical energy, as described above with reference to FIG. 3 , electron-holes. It can drive the formation and separation of pairs. A visually transparent photovoltaic device can include a photoactive material, a buffer material, and/or a visually transparent photoactive compound described herein as an optical layer.

도 6은 상이한 부류의 광활성 화합물에 대해 일반적인 흡수 특성 및/ 공여체/수용체 거동을 나타내는 플롯을 제공한다. 가시적으로 투명한 광전지 장치에 유용한 가시적으로 투명한 광활성 층은 나타낸 상이한 부류의 하나 이상의 광활성 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본원에 기술된 광활성 화합물은 도 6에 나타낸 부류의 다른 광활성 화합물과 함께 수용체 화합물로서 가시적으로 투명한 광활성 층내로 포함시킬 수 있다.6 provides plots showing general absorption properties and/or donor/acceptor behavior for different classes of photoactive compounds. A visually transparent photoactive layer useful in a visually transparent photovoltaic device may comprise one or more photoactive compounds of the different classes shown. For example, the photoactive compounds described herein can be incorporated into a visually transparent photoactive layer as an acceptor compound along with other photoactive compounds of the class shown in FIG. 6 .

일부 예에서, 본원에 기술된 붕소-디피로메텐(BODIPY)-계 화합물은 도 6에 나타낸 부류의 다른 광활성 화합물과 합께 공여체 또는 수용체 화합물로서 가시적으로 투명한 광활성 층내로 포함시킬 수 있다. 예로서, 붕소-디피로메텐 (BODIPY)-계 화합물을 전자 공여체 광활성 재료로서 사용하는 경우, 이는 대응부로서 도 6에 나타낸 부류로부터의 전자 수용체 광활성 재료와 쌍을 이루어 광전지 장치에 유용한 광활성 층을 제공할 수 있다. 유사하게, 붕소-디피로메텐(BODIPY)-계 화합물이 전자 수용체 광활성 재료로서 사용되는 경우, 이는 대응부로서 도 6에 나타낸 부류로부터의 전자 공여체 광활성 재료와 쌍을 이루어 광전지 장치에 유용한 광활성 층을 제공할 수 있다.In some instances, the boron-dipyrromethene (BODIPY)-based compounds described herein can be incorporated into a visually transparent photoactive layer as a donor or acceptor compound in combination with other photoactive compounds of the class shown in FIG. 6 . As an example, when a boron-dipyrromethene (BODIPY)-based compound is used as an electron donor photoactive material, it is paired with an electron acceptor photoactive material from the class shown in FIG. 6 as a counterpart to form a photoactive layer useful in photovoltaic devices. can provide Similarly, when boron-dipyrromethene (BODIPY)-based compounds are used as electron acceptor photoactive materials, they are paired with electron donor photoactive materials from the class shown in FIG. 6 as their counterparts to form photoactive layers useful in photovoltaic devices. can provide

일부 경우에, 개시된 광활성 화합물은 나타낸 수용체-공여체-수용체 구조(A-D-A)내에 속할 수 있으며 근적외선을 흡수하는 전자 수용체 광활성 재료로서 유용할 수 있으며 대응부로서 도 6에 나타낸 부류로부터의 전자 공여체 광활성 재료와 쌍을 이루어 광전지 장치에 유용한 광활성 층을 제공할 수 있다.In some cases, the disclosed photoactive compounds may fall within the indicated acceptor-donor-acceptor structure (ADA) and may be useful as electron acceptor photoactive materials that absorb near infrared light, as counterpart electron donor photoactive materials from the class shown in FIG. They can be paired to provide a useful photoactive layer for a photovoltaic device.

다른 예로서, 본원에 기술된 프탈로시아닌은 도 6에 나타낸 부류의 다른 광활성 화합물과 함께 공여체 또는 수용체 화합물로서 가시적으로 투명한 광활성 층내로 포함시킬 수 있다. 예로서, 프탈로시아닌을 전자 공여체 광활성 재료로서 사용하는 경우, 이는 대응부로서 도 6에 나타낸 부류로부터의 전자 수용체 광활성 재료와 쌍을 이루어 광전지 장치에 유용한 광활성 층을 제공할 수 있다. 유사하게, 프탈로시아닌을 전자 수용체 광활성 재료로서 사용하는 경우, 이는 대응부로서 도 6에 나타낸 부류로부터의 전자 공여체 광활성 재료와 쌍을 이루어 광전지 장치에 유용한 광활성 층을 제공할 수 있다.As another example, the phthalocyanines described herein can be incorporated into a visually transparent photoactive layer as a donor or acceptor compound along with other photoactive compounds of the class shown in FIG. 6 . For example, when phthalocyanine is used as the electron donor photoactive material, it can be paired with an electron acceptor photoactive material from the class shown in FIG. 6 as a counterpart to provide a useful photoactive layer in a photovoltaic device. Similarly, when phthalocyanine is used as an electron acceptor photoactive material, it can be paired with an electron donor photoactive material from the class shown in FIG. 6 as a counterpart to provide a useful photoactive layer for a photovoltaic device.

일반적인 예로서, 본원에 기술된 화합물은 도 6에 나타낸 부류의 다른 공여체 광활성 화합물과 함께 수용체 화합물로서 가시적으로 투명한 광활성 층내로 포함시킬 수 있다. 예로서, 화합물을 전자 수용체 광활성 재료로서 사용하는 경우, 이는 대응부로서 도 6에 나타낸 부류로부터의 전자 공여체 광활성 재료와 쌍을 이루어 광전지 장치에 유용한 광활성 층을 제공할 수 있다. 다른 일반적인 예로서, 본원에 기술된 화합물은 도 6에 나타낸 부류의 다른 수용체 광활성 화합물과 함께 공여체 화합물로서 가시적으로 투명한 광활성 층내로 포함시킬 수 있다. 예로서, 화합물을 전자 공여체 광활성 재료로서 사용하는 경우, 이는 대응부로서 도 6에 나타낸 부류로부터의 전자 수용체 광활성 재료와 쌍을 이루어 광전지 장치에 유용한 광활성 층을 제공할 수 있다.As a general example, the compounds described herein can be incorporated into a visually transparent photoactive layer as an acceptor compound along with other donor photoactive compounds of the class shown in FIG. 6 . For example, when a compound is used as an electron acceptor photoactive material, it can be paired with an electron donor photoactive material from the class shown in FIG. 6 as a counterpart to provide a useful photoactive layer for a photovoltaic device. As another general example, the compounds described herein can be incorporated into a visually transparent photoactive layer as a donor compound along with other acceptor photoactive compounds of the class shown in FIG. 6 . For example, when a compound is used as an electron donor photoactive material, it can be paired with an electron acceptor photoactive material from the class shown in FIG. 6 as a counterpart to provide a useful photoactive layer for a photovoltaic device.

일반적인 예로서, TAPC, 또는 이의 유도체가 UV를 흡수하는 전자 공여체로서 사용될 수 있다. 다른 일반적인 예로서, 플러렌 또는 플러렌 유도체는 임의로, UV를 흡수하는 전자 수용체로서 사용될 수 있다. 다른 일반적인 예로서, 시아닌 염이 근적외선을 흡수하는 전자 공여체로서 사용될 수 있다. 다른 일반적인 예에서, 공여체-수용체-공여체 구조(D-A-D)를 지닌 분자가 근적외선을 흡수하는 전자 공여체 광활성 재료 또는 전자 수용체 광활성 재료로서 유용할 수 있다. 다른 일반적인 예로서, 수용체-공여체-수용체 구조(A-D-A)를 지닌 분자가 근적외선을 흡수하는 전자 수용체 광활성 재료로서 유용할 수 있다. D-A-D 및 A-D-A 구조에 대한 수용체 그룹 및 공여체 그룹의 예는 상기에 기술되어 있다. 일부 경우에, 나타낸 상이한 부류는 오버랩핑 흡수 특징(즉, 스펙트럼 범위)를 나타낼 수 있다. 그러나, 상이한 스펙트럼 영역으로부터의 흡수 특징을 지니거나 오버랩핑 흡수 특징을 가지지 않거나 상이한 피크 흡수 파장을 가진 대응 광활성 화합물을 선택하는 것이 바람직할 수 있다.As a general example, TAPC, or a derivative thereof, can be used as the electron donor that absorbs UV. As another general example, fullerenes or fullerene derivatives may optionally be used as electron acceptors that absorb UV. As another general example, cyanine salts can be used as electron donors that absorb near infrared rays. In another general example, molecules having a donor-acceptor-donor structure (D-A-D) may be useful as electron donor photoactive materials or electron acceptor photoactive materials that absorb near infrared rays. As another general example, molecules having an acceptor-donor-acceptor structure (A-D-A) may be useful as electron acceptor photoactive materials that absorb near infrared rays. Examples of acceptor groups and donor groups for the D-A-D and A-D-A structures are described above. In some cases, the different classes shown may exhibit overlapping absorption characteristics (ie, spectral ranges). However, it may be desirable to select corresponding photoactive compounds that have absorption characteristics from different spectral regions, do not have overlapping absorption characteristics, or have different peak absorption wavelengths.

광활성 재료, 완충 재료, 및/또는 광학 층으로서 유용한, 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 붕소-디피로메텐-계 화합물, 예를 들면, 디플루오로 붕소-계 유기 염료, 및 관련된 이산소 붕소-계 유기 염료를 포함한다. 일부 예에서, 광활성 화합물은 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 근적외선 흡수 강도를 나타내며 화학식

Figure pat00373
,
Figure pat00374
,
Figure pat00375
,
Figure pat00376
,
Figure pat00377
, 또는
Figure pat00378
를 갖는다. 구현예에서, 각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R이다. 구현예에서, 각각의 L 그룹은 독립적으로 단일 결합이거나 치환되거나 비치환된 알킬렌 그룹, 치환되거나 비치환된 아릴렌 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 헤테로아릴렌 그룹으로부터 선택된 2가 연결 그룹이다. 구현예에서, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다.Visibly transparent photoactive compounds useful as photoactive materials, buffer materials, and/or optical layers include boron-dipyrromethene-based compounds, such as difluoroboron-based organic dyes, and related boron dioxygen-based organic dyes. contains dyes. In some instances, the photoactive compound exhibits a maximum near-infrared absorption intensity greater than the maximum visible-light absorption intensity and has the formula
Figure pat00373
,
Figure pat00374
,
Figure pat00375
,
Figure pat00376
,
Figure pat00377
, or
Figure pat00378
has In embodiments, each X is independently S, N, or C-R. In embodiments, each L group is independently a single bond or a divalent linking group selected from a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group. In embodiments, each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted a heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group.

도 7a 및 도 7b는 가시적으로 투명한 광활성 화합물, 예를 들면, 화학식

Figure pat00379
,
Figure pat00380
, 또는
Figure pat00381
를 갖는 것을 제조하기 위한 합성 반응식(scheme)의 예를 제공한다. 동일한 분자식이나 상이한 구조적 구성(즉, 구조 이성체)의 화합물이 도 7a와 도 7b 사이의 차이에 의해 대조되는 바와 같이, 형성될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 도 7a를 참조하면, 많은 상이한 치환이 반응물
Figure pat00382
에 대해 이루어짐으로써, 예를 들면, 수득되는 최종 생성물내 붕소-함유 환에 대해 5-원 환 펜던트(pendant)가
Figure pat00383
, 예를 들면,
Figure pat00384
,
Figure pat00385
,
Figure pat00386
, 또는
Figure pat00387
과 같은, 파라 치환된 페닐 그룹 외에의 다른 구조물로 치환될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 유사하게, 도 7b를 참조하면, 많은 상이한 치환이 펜던트 페닐 또는 티오펜을 가하는 반응에 대해 이루어져 식별되는 최종 반응 생성물이 형성될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 치환은 치환된 페닐 환(예컨대, 알킬 치환된, 할로겐 치환된, 알콕시 치환된 등)을 포함할 수 있다. 다른 펜던트 환 구조, 예를 들면, 나프틸 그룹, 페난트릴 그룹, 안트릴 그룹 등을 유사하게 가할 수 있다. 또한, 붕소-질소 환에 융합된 환 구조를 개질시키기 위해, 디시아노 나프틸렌, 디시아노 티오펜 등과 같은 다른 구조가 도 7a의 1,2-디시아노벤젠 출발 반응물에 대해 치환될 수 있다. 붕소-질소 환, 예를 들면, 벤조인돌 또는 나프토인돌, 티에노피롤 등에 융합된 환 구조를 개질시키기 위해, 도 7b의 인돌에 대한 유사한 치환이 또한 이루어질 수 있다. 표 1은 약칭 식별자(ID)와 함께 디플루오로 붕소-계 유기 염료의 예를 제공한다.7a and 7b show a visually transparent photoactive compound, for example, the chemical formula
Figure pat00379
,
Figure pat00380
, or
Figure pat00381
Examples of synthetic schemes for preparing those having It will be appreciated that compounds of the same molecular formula or different structural composition (ie structural isomers) may be formed, as contrasted by the difference between FIGS. 7A and 7B . Referring to Figure 7a, many different substitutions are made for the reactants.
Figure pat00382
For example, a 5-membered ring pendant to the boron-containing ring in the final product obtained is
Figure pat00383
, For example,
Figure pat00384
,
Figure pat00385
,
Figure pat00386
, or
Figure pat00387
It will be appreciated that it may be substituted with a structure other than a para-substituted phenyl group, such as Similarly, referring to FIG. 7B , it will be seen that many different substitutions can be made for the reaction adding pendant phenyl or thiophene to form the identified final reaction product. For example, substitution can include a substituted phenyl ring (eg, alkyl substituted, halogen substituted, alkoxy substituted, etc.). Other pendant ring structures such as a naphthyl group, a phenanthryl group, an anthryl group, and the like can be similarly added. In addition, in order to modify the ring structure fused to the boron-nitrogen ring, other structures such as dicyano naphthylene, dicyano thiophene, etc. may be substituted for the 1,2-dicyanobenzene starting reactant of FIG. 7A . Similar substitutions for the indole of Figure 7b can also be made to modify the ring structure fused to a boron-nitrogen ring, for example, benzoindole or naphthoindole, thienopyrrole, and the like. Table 1 provides examples of difluoroboron-based organic dyes with abbreviated identifiers (IDs).

Figure pat00388
Figure pat00388

Figure pat00389
Figure pat00389

Figure pat00390
Figure pat00390

Figure pat00391
Figure pat00391

Figure pat00392
Figure pat00392

Figure pat00393
Figure pat00393

도 8은 표 1에서의 다수의 화합물에 대한 예시적인 정규화된 흡수 스펙트럼을 제공하며, 이러한 화합물이 자외선내 일부 흡수 및 가시 대역내 최소의 흡수와 함께 근적외선내에서의 강력한 흡수를 나타낸다.8 provides exemplary normalized absorption spectra for a number of compounds in Table 1, wherein these compounds show strong absorption in the near infrared with some absorption in the ultraviolet and minimal absorption in the visible band.

샘플 광전지 장치를 표 1에서의 다수의 투명한 광활성 화합물을 사용하여 설치하였으며 광전지 효율에 대해 시험하였다. 수용체로서 사용된 C60을 지닌 공여체 분자로서 사용된 투명한 광활성 화합물을 사용하여, 도 1a에 나타낸 바와 같이 일반적으로 설치된, 2개의 장치 구성을 시험 목적을 위해 사용하였다. 하나의 구성에서, 2개의 투명 전극을 사용하여 완전히 투명한 장치를 생성하였다. 제2 구성에서, 하나의 투명 전극(인듐 주석 산화물)을 사용하고 하나의 불투명한 전극을 사용하였다. 제2 구성에 따라 설치된 장치는 불투명한 전극의 존재로 인해 불투명함을 나타내었지만, 장치를 투명한 전극을 통해 비추어 거동을 시험하였다. 일부 투명한 광활성 화합물을 구성 둘 다에서 사용하여 비교 결과를 제공하였다. 결과는 표 2에 요약하며, 여기서 AVT는 평균 가시적 투과(투명한 셀의 경우)이고, Jsc는 단락 전류 밀도(short circuit current density)이고, VOC는 개회로 전압이며, FF는 충전율이다(함께 개회로 전압 및 단락 전류에서 이론적 전력에 대한 최대 전력의 비교).A sample photovoltaic device was installed using a number of the transparent photoactive compounds in Table 1 and tested for photovoltaic efficiency. Two device configurations, generally installed as shown in FIG. 1A , with a transparent photoactive compound used as the donor molecule with C 60 used as the acceptor, were used for testing purposes. In one configuration, two transparent electrodes were used to create a fully transparent device. In the second configuration, one transparent electrode (indium tin oxide) was used and one opaque electrode was used. The device installed according to the second configuration showed opacity due to the presence of the opaque electrode, but the behavior was tested by illuminating the device through a transparent electrode. Some clear photoactive compounds were used in both configurations to provide comparative results. The results are summarized in Table 2, where AVT is the mean visible transmission (for transparent cells), J sc is the short circuit current density, V OC is the open circuit voltage, and FF is the charge factor (together with Comparison of maximum power to theoretical power at open circuit voltage and short circuit current).

예로서, 불투명한 구성을 지닌 D-10으로서 식별되는 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 사용하는 투명한 광전지 장치는 다음과 같이 설치하였다. 약 8 nm 두께의 애노드 완충 층을 가시적으로 투명한 기판 및 인듐 주석 산화물(ITO) 투명한 전도체 위에 증착시켰다. 공여체로서 D-10의 약 20 nm 두께 층을 애노드 완충 층 위에 증착시켰다. 수용체로서 C60을 포함하는 약 50 nm 두께의 층을 공여체 층 위에 증착시켰다. 약 5 nm 두께의 캐소드 완충 층을 수용체 층 위에 증착시켰다. 최종적으로, 약 80 nm 두께의 불투명한 알루미늄 층을 상부 전극으로서 증착시켰다. 셀을 비추고 성능을 모니터링하였다. 도 9는 전압의 함수로서 전류 밀도를 나타내는, D-10 광전지 셀에 대한 데이타의 예를 제공한다.As an example, a transparent photovoltaic device using a visually transparent photoactive compound identified as D-10 with an opaque configuration was installed as follows. An anode buffer layer about 8 nm thick was deposited over the visually transparent substrate and the indium tin oxide (ITO) transparent conductor. An about 20 nm thick layer of D-10 as a donor was deposited over the anode buffer layer. An about 50 nm thick layer comprising C 60 as acceptor was deposited over the donor layer. A cathode buffer layer about 5 nm thick was deposited over the acceptor layer. Finally, an opaque aluminum layer about 80 nm thick was deposited as the top electrode. Cells were illuminated and performance monitored. 9 provides an example of data for a D-10 photovoltaic cell, showing current density as a function of voltage.

Figure pat00394
Figure pat00394

예를 들면, 붕소 원자에 결합된 불소를 작용화된 산소 원자로 치환시킴으로써, 본원에 제공된 가시적으로 투명한 광활성 화합물에 대해 추가의 맞춤(customization)을 행할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 도 10은 디플루오라이드 붕소-계 화합물 및 카테콜을 포함하는 반응을 사용하여 이산소 붕소-계 화합물의 합성 경로의 개관을 제공한다. 본원에 기술된 디플루오라이드 붕소-계 화합물은 도 10에 나타낸 것에 대해 치환될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 다른 반응물, 예를 들면, 다른 딕스하이드록시 방향족 유도체(예컨대, 2,3-디하이드록시나프탈렌)이 카테콜에 대해 치환될 수 있음을 또한 알 수 있을 것이다. 도 11은 메톡시 치환된 화합물 및 BCl3를 포함하는 반응에 의해 이산소붕소-계 화합물을 형성하기 위한 대안적인 합성 반응식을 제공한다. 표 3은 약칭 식별자(ID)와 함께 이산소붕소-계 유기 염료의 예를 제공한다. 도 12는, 화합물 D-3가 화합물 D-1보다 가시 대역내에서 약간 적은 흡수를 나타내지만, 유사한 흡수 프로파일을 나타내는, 디플루오로 붕소-계 화합물 D-1 및 이산소붕소-계 화합물 D-3에 대한 흡수 스펙트럼을 나타내는 비교 데이타를 제공한다.It will be appreciated that further customizations can be made to the visually transparent photoactive compounds provided herein, for example, by substituting a functionalized oxygen atom for fluorine bonded to a boron atom. 10 provides an overview of a synthetic route for boron dioxygen-based compounds using reactions involving boron difluoride-based compounds and catechols. It will be appreciated that the boron difluoride-based compounds described herein may be substituted for those shown in FIG. 10 . It will also be appreciated that other reactants, such as other dixhydroxy aromatic derivatives (eg, 2,3-dihydroxynaphthalene), may be substituted for catechol. 11 provides an alternative synthetic scheme for forming boron dioxide-based compounds by a reaction involving a methoxy substituted compound and BCl 3 . Table 3 provides examples of boron dioxide-based organic dyes with abbreviated identifiers (IDs). 12 shows that compound D-3 shows slightly less absorption in the visible band than compound D-1, but shows a similar absorption profile, difluoroboron-based compound D-1 and boron dioxygen-based compound D- Comparative data showing the absorption spectra for 3 are provided.

Figure pat00395
Figure pat00395

디플루오로 붕소-계 가시적으로 투명한 광활성 화합물 및 이산소 붕소-계 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 붕소 및 인접한 질소 원자를 포함하는 환이 융합된 환 구성, 예를 들면, 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 근적외선 흡수 강도를 나타내고 화학식

Figure pat00396
, 또는
Figure pat00397
를 갖는 구조를 갖는 구조들을 나타낼 수 있는 구조를 가질 수 있다. 구현예에서, 각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R이다. 구현예에서, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 예를 들면, 붕소 및 인접한 질소 원자를 포함하는 환은 5-원 또는 6-원 환, 예를 들면, 티아졸 환, 벤젠 환, 피리딘 환, 이미다졸 환, 피롤 환, 티오펜 환, 나프탈렌, 피렌, 인돌, 벤조티오펜, 벤즈이미다졸, 벤조티아졸, 또는 트리아진 환에 융합될 수 있다. 도 13은 융합된 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 형성하기 위한 합성 반응식을 제공한다. 3개의 티오펜 융합된 가시적으로 투명한 광활성 화합물(I-33, I-34, 및 I-35)에 대한 흡수 스펙트럼은 도 14에 나타낸다. 페닐 치환된(I-33) 및 3급-부틸-페닐 치환된 (I-35) 융합된 화합물에 대한 스텍트럼은 가시 대역에서 거의 흡수하지 않는 양호한 스펙트럼 특성을 나타낸다. 티오펜 치환된 융합된 화합물 I-34에 대한 스펙트럼은 보다 넓은 흡수 특징을 나타내지만, 가시 대역에서 여전히 현저하게 적은 흡수를 나타낸다.Difluoro boron-based visually transparent photoactive compounds and boron dioxygen-based visually transparent photoactive compounds have a ring structure in which a ring comprising boron and an adjacent nitrogen atom is fused, e.g., a maximum greater than the maximum visible light absorption intensity. Represents the near-infrared absorption intensity and chemical formula
Figure pat00396
, or
Figure pat00397
It may have a structure that can represent structures having a structure having . In embodiments, each X is independently S, N, or C-R. In embodiments, each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted a heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. For example, a ring containing boron and adjacent nitrogen atoms is a 5-membered or 6-membered ring, such as a thiazole ring, a benzene ring, a pyridine ring, an imidazole ring, a pyrrole ring, a thiophene ring, naphthalene, pyrene , to an indole, benzothiophene, benzimidazole, benzothiazole, or triazine ring. 13 provides a synthetic scheme to form a fused visually transparent photoactive compound. Absorption spectra for three thiophene fused, visually clear photoactive compounds (I-33, I-34, and I-35) are shown in FIG. 14 . The spectra for the phenyl substituted (I-33) and tert-butyl-phenyl substituted (I-35) fused compounds show good spectral properties with little absorption in the visible band. The spectrum for the thiophene substituted fused compound I-34 shows broader absorption characteristics, but still significantly less absorption in the visible band.

광전지 장치의 예는 I-35로 식별되는 페닐 치환된 티오펜 융합된 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 사용하여 설치하였으며 불투명한 구성은 다음과 같이 설치되었다. 약 8 nm 두께의 애노드 완충 층을 가시적으로 투명한 기판 및 인듐 주석 산화물(ITO) 투명한 전도체 위에 증착시켰다. 공여체로서 I-35의 약 20 nm 두께의 층을 애노드 완충 층 위에 증착시켰다. 수용체로서 C60을 포함하는 약 30 nm 두께의 층을 공여체 층 위에 증착시켰다. 약 5 nm 두께의 캐소드 완충 층을 수용체 층 위에 증착시켰다. 최종적으로, 약 80 nm 두께의 불투명한 알루미늄 층을 상부 전극으로서 증착시켰다. 셀을 조명하고 성능을 모니터링하였다. 도 15는 전압의 함수로서 전류 밀도를 나타내는, I-35 광전지 셀에 대한 데이타의 예를 제공한다.An example of a photovoltaic device was set up using a phenyl substituted thiophene fused, visually clear photoactive compound identified as I-35 and the opaque configuration was set up as follows. An anode buffer layer about 8 nm thick was deposited over the visually transparent substrate and the indium tin oxide (ITO) transparent conductor. An about 20 nm thick layer of I-35 as a donor was deposited over the anode buffer layer. An about 30 nm thick layer comprising C 60 as acceptor was deposited over the donor layer. A cathode buffer layer about 5 nm thick was deposited over the acceptor layer. Finally, an opaque aluminum layer about 80 nm thick was deposited as the top electrode. Cells were illuminated and performance monitored. 15 provides an example of data for an I-35 photovoltaic cell, showing current density as a function of voltage.

융합된 가시적으로 투명한 광활성 화합물에 대한 임의의 개질로서, 분자량의 감소가 유리할 수 있다. 예를 들면, D-33, D-34, D-35, I-33, I-34, 및 I-35는 600 amu 과량의 분자량을 나타낸다. 보다 낮은 분자량의 화합물이 더 높은 휘발성을 가지고 진공 증착 기술을 사용하여 보다 용이하게 증착될 수 있으므로, 분자량의 감소는 가시적으로 투명한 광전지 장치의 형성시 가시적으로 투명한 광활성 화합물의 사용을 개선시킬 수 있다. 측-그룹을 제거하여 화합물 D-36, D-37, D-38, I-36, I-37, 및 I-38을 형성함으로써, 분자량을 600 amu 미만으로 감소시킨다. 일부 합성 기술은 정제 목적을 위해 승화를 사용할 수 있으므로, 보다 적은 분자량은 또한 합성 목적을 위해 유리할 수 있다. 도 16은 감소된 분자량을 지닌 화합물을 생산하기 위한 합성 반응식의 개관을 제공한다.As any modification to the fused visually clear photoactive compound, a reduction in molecular weight may be advantageous. For example, D-33, D-34, D-35, I-33, I-34, and I-35 represent a molecular weight in excess of 600 amu. Reducing molecular weight may improve the use of visually transparent photoactive compounds in the formation of visually transparent photovoltaic devices, as lower molecular weight compounds have higher volatility and can be more readily deposited using vacuum deposition techniques. The molecular weight is reduced to less than 600 amu by removal of the side-group to form compounds D-36, D-37, D-38, I-36, I-37, and I-38. Since some synthetic techniques may use sublimation for purification purposes, lower molecular weights may also be advantageous for synthetic purposes. 16 provides an overview of a synthetic scheme for producing compounds with reduced molecular weight.

가시적으로 투명한 광활성 화합물에 대한 추가의 구성은 비스(bis) 구조를 포함시킬 수 있으며 여기서 2개의 붕소-질소 함유 환이 화합물내에 포함된다. 예를 들면, 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 근적외선 흡수 강도를 나타낼 수 있으며 화학식

Figure pat00398
,
Figure pat00399
, 또는
Figure pat00400
를 가질 수 있다. 임의로, 각각의 A1은 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다. 임의로, 각각의 A2는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다. 임의로, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다.A further configuration for a visually transparent photoactive compound may include a bis structure wherein two boron-nitrogen containing rings are included in the compound. For example, a visually transparent photoactive compound may exhibit a maximum near-infrared absorption intensity greater than the maximum visible-light absorption intensity, and
Figure pat00398
,
Figure pat00399
, or
Figure pat00400
can have Optionally, each A1 is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents. Optionally, each A2 is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents. Optionally, each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group.

예를 들면, 각각의 A1은 임의로 하나 이상의 티아졸 환, 벤젠 환, 피리딘 환, 이미다졸 환, 피롤 환, 티오펜 환, 나프탈렌, 피렌, 인돌, 벤조티오펜, 벤즈이미다졸, 벤조티아졸, 또는 트리아진 환을 포함하는 비치환되거나 R 치환된 환 그룹을 독립적으로 포함한다. 임의로, 각각의 A2는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 5-원 또는 6-원 방향족 또는 헤테로방향족 환을 포함한다. 임의로, 각각의 A2는 독립적으로 하나 이상의 티아졸 환, 벤젠 환, 피리딘 환, 이미다졸 환, 피롤 환, 티오펜 환, 나프탈렌, 피렌, 인돌, 벤조티오펜, 벤즈이미다졸, 벤조티아졸, 또는 트리아진 환을 포함하는 비치환되거나 R 치환된 환 그룹을 포함한다.For example, each A1 is optionally one or more thiazole ring, benzene ring, pyridine ring, imidazole ring, pyrrole ring, thiophene ring, naphthalene, pyrene, indole, benzothiophene, benzimidazole, benzothiazole, or an unsubstituted or R substituted ring group including a triazine ring. Optionally, each A2 independently comprises a 5- or 6-membered aromatic or heteroaromatic ring comprising one or more R group substituents. Optionally, each A2 is independently one or more thiazole ring, benzene ring, pyridine ring, imidazole ring, pyrrole ring, thiophene ring, naphthalene, pyrene, indole, benzothiophene, benzimidazole, benzothiazole, or unsubstituted or R substituted ring groups including triazine rings.

추가의 예에서, 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 화학식

Figure pat00401
,
Figure pat00402
,
Figure pat00403
,
Figure pat00404
,
Figure pat00405
,
Figure pat00406
,
Figure pat00407
,
Figure pat00408
, 또는
Figure pat00409
를 가질 수 있으며, 각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R이고, 각각의 A3는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다.In a further example, the visually transparent photoactive compound is
Figure pat00401
,
Figure pat00402
,
Figure pat00403
,
Figure pat00404
,
Figure pat00405
,
Figure pat00406
,
Figure pat00407
,
Figure pat00408
, or
Figure pat00409
, each X is independently S, N, or C-R, and each A3 is independently an aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents.

표 4는 비스 구성을 갖는 구체적인 화합물의 예를 제공하며, 도 17, 도 18, 도 19, 도 20, 및 도 21은 비스 구성을 갖는 화합물을 형성하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다.Table 4 provides examples of specific compounds having a bis configuration, and Figures 17, 18, 19, 20, and 21 provide examples of synthetic schemes to form compounds having a bis configuration.

Figure pat00410
Figure pat00410

Figure pat00411
Figure pat00411

D-56으로 식별되는 광활성 화합물의 흡수 스텍트럼은 비교를 위해, D-1의 흡수 스펙트럼과 함께 도 22에 나타낸다. D-56은 근적외선내에서 보다 넓고 약간 청색편이된 낮은 에너지 흡수 피크를 나타내지만, 여전히 가시 대역에서 낮은 흡수를 나타낸다.The absorption spectrum of the photoactive compound identified as D-56 is shown in FIG. 22 together with the absorption spectrum of D-1 for comparison. D-56 shows a wider and slightly blueshifted low energy absorption peak in the near infrared, but still shows low absorption in the visible band.

BODIPY-계 화합물(본원에서 또한 BODIPY 화합물로 지칭됨)은 공여체 재료로서 사용될 수 있으며 다수의 유용한 수용체 물질과 쌍을 이룰 수 있다. 예를 들면, 가시적으로 투명한 광전지 장치는 BODIPY-계 공여체 재료 및 풀러렌(예컨대, C60, C70, 또는 이의 조합)을 함유하는 수용체 재료를 함유할 수 있다.BODIPY-based compounds (also referred to herein as BODIPY compounds) can be used as donor materials and can be paired with a number of useful acceptor materials. For example, a visually transparent photovoltaic device can contain a BODIPY-based donor material and an acceptor material containing a fullerene (eg, C60, C70, or a combination thereof).

일부 구현예에서, 공여체 재료는 본원에 기술된 바와 같은 하나 이상의 BODIPY 화합물을 포함하며, 수용체 재료는 니켈 디티올레이트(NDT) 화합물, 디시아노-인단디온(DiCN), 벤조티아디아졸(BT), 벤조-비스-티아디아졸(BBT), 디케토피롤로피롤 디페닐티에틸아민(DPP-DPTA), 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드(NTCDI), 비스이미드 코로넨(CBI), 플루오란텐, 코라눌렌, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 NDT 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함한다. 유용한 DiCN, BT, BBT, 및 DPP-DPTA의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NTCDI, CBI, 플루오란텐, 및 코라눌렌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the donor material comprises one or more BODIPY compounds as described herein, and the acceptor material is a nickel dithiolate (NDT) compound, dicyano-indandione (DiCN), benzothiadiazole (BT). , benzo- bis -thiadiazole (BBT), diketopyrrolopyrrole diphenylthiethylamine (DPP-DPTA), naphthalenetetracarboxylic diimide (NTCDI), bisimide coronene (CBI), fluoranthene, chola Nullene, phthalocyanine, naphthalocyanine, or combinations thereof. Examples of useful NDT compounds include those described herein. Examples of useful DiCN, BT, BBT, and DPP-DPTA include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NTCDI, CBI, fluoranthene, and coranulene include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful phthalocyanines and naphthalocyanines include, but are not limited to, those described herein.

일부 구현예에서, 수용체 재료는 DiCN, BT, BBT, DPP-DPTA, NTCDI, 플루오란텐, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 수용체 재료는 NDT를 포함한다. 일부 구현예에서, 수용체 재료는 CBI, 코라눌렌, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 또는 이들의 조합을 포함한다.In some embodiments, the acceptor material comprises DiCN, BT, BBT, DPP-DPTA, NTCDI, fluoranthene, or combinations thereof. In some embodiments, the receptor material comprises NDT. In some embodiments, the acceptor material comprises CBI, coranulene, phthalocyanine, naphthalocyanine, or a combination thereof.

특정의 예에서, 공여체 재료는 BODIPY 화합물을 함유하며, 수용체 재료는 또한 BODIPY 화합물을 함유한다. 이러한 예에서, 수용체 BODIPY는 본원에 기술된 바와 같이, 전자 구인 그룹 또는 수용체 모이어티로 작용화될 수 있다. 공여체 재료, 예를 들면, NDT, DiCN, BT, BBT, DPP-DPTA, 프탈로시아닌, 또는 나프탈로시아닌과 함께 쌍을 이루는 경우 이러한 방식으로 작용화된 BODIPY 화합물은 또한 수용체 재료로서 사용될 수 있다.In certain instances, the donor material contains a BODIPY compound and the acceptor material also contains a BODIPY compound. In this example, the receptor BODIPY can be functionalized with an electron withdrawing group or an acceptor moiety, as described herein. BODIPY compounds functionalized in this way when paired with a donor material such as NDT, DiCN, BT, BBT, DPP-DPTA, phthalocyanine, or naphthalocyanine can also be used as acceptor material.

광활성 재료, 완충 재료, 및/또는 광학 층으로서 유용한 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 근적외선을 흡수하는 공여체-수용체(근-IR DA) 분자를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같은, 용어 "공여체-수용체 분자"는 상이한 상대적인 전자 구인 또는 전자 공여 특성을 제공하는 상이한 모이어티를 갖는 화합물을 지칭한다. 예를 들면, 공여체-수용체 분자는 전자 공여 특성을 제공하는 공여체 모이어티 및 전자 구인 특성을 제공하는 수용체 모이어티를 포함한다. 일반적으로, 공여체-수용체 분자는 비교적 보다 더 전자 공여 특성을 제공하는 제1의 모이어티 및 비교적 보다 덜 전자 공여 특성을 제공하는 제2의 모이어티를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 공여체-수용체 분자는 비교적 보다 더 전자 구인 특성을 제공하는 제1의 모어이티 및 비교적 덜 전자 구인 특성을 제공하는 제2의 모이어티를 포함할 수 있다. 공여체-수용체 분자는 또한 "푸쉬-풀(push-pull)" 분자로 지칭될 수 있으며 분자의 대측면에 또는 분자의 상이한 영역내에 하나 이상의 상이한 전자 구인 또는 전자 공여 모이어티를 포함할 수 있다. 예를 들면, 푸쉬-풀 분자는 공여체-수용체-공여체 구조 또는 수용체-공여체-수용체 구조를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 푸쉬-풀 분자는 이중 결합 또는 공액된 모이어티의 하나의 측면에 강력하거나 매우 강력한 공여체 모이어티를 가질 수 있으며 이중 결합 또는 공액된 시스템의 대측 면에 강력하거나 매우 강력한 수용체 모이어티를 가질 수 있다. 본원에 기술된 푸쉬-풀 분자는 광전지 장치내에 전자 수용체로서 거동하는 것들을 포함한다. 본원에 기술된 공여체-수용체 분자는 광전지 장치내 전자 수용체로서 거동하는 것들을 포함한다. DA 분자는 수용체 공여체 모이어티 및 수용체 모이어티 둘 다를 포함할 수 있지만, 이는 본원에 기술된 바와 같은 공여체 재료(예컨대, 니켈 디티올레이트, BODIPY, 또는 다른 공여체 재료)와 쌍을 이루는 경우 중요한 수용체 재료로서 사용될 수 있다. 근-IR DA 분자의 예는 디시아노-인단디온, 벤조-비스-티아디아졸, 벤조티아디아졸, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민, 및 이들의 유도체를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Visibly transparent photoactive compounds useful as photoactive materials, buffer materials, and/or optical layers include donor-acceptor (near-IR DA) molecules that absorb near infrared light. As used herein, the term “donor-acceptor molecule” refers to compounds having different moieties that provide different relative electron withdrawing or electron donating properties. For example, a donor-acceptor molecule comprises a donor moiety that provides electron donating properties and an acceptor moiety that provides electron withdrawing properties. In general, a donor-acceptor molecule may comprise a first moiety that provides relatively more electron donating properties and a second moiety that provides relatively less electron donating properties. In other words, the donor-acceptor molecule may comprise a first moiety that provides relatively more electron withdrawing properties and a second moiety that provides relatively less electron withdrawing properties. A donor-acceptor molecule may also be referred to as a "push-pull" molecule and may include one or more different electron withdrawing or electron donating moieties on opposite sides of the molecule or within different regions of the molecule. For example, a push-pull molecule may have a donor-acceptor-donor structure or an acceptor-donor-acceptor structure. In some embodiments, a push-pull molecule may have a strong or very strong donor moiety on one side of the double bond or conjugated moiety and a strong or very strong acceptor moiety on the opposite side of the double bond or conjugated system. can have The push-pull molecules described herein include those that behave as electron acceptors in photovoltaic devices. The donor-acceptor molecules described herein include those that behave as electron acceptors in photovoltaic devices. Although DA molecules can include both acceptor donor moieties and acceptor moieties, they are important acceptor materials when paired with a donor material as described herein (eg, nickel dithiolate, BODIPY, or other donor material). can be used as Examples of near-IR DA molecules include, but are not limited to, dicyano-indandione, benzo-bis -thiadiazole, benzothiadiazole, diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine, and derivatives thereof.

일부 구현예에서, 활성 층은 구조 A-D-A를 갖는 수용체를 포함하며, 여기서 각각의 "A" 모이어티는 수용체 모이어티이고 "D" 모이어티는 공여체 모이어티이다. 비-제한적인 예로서, 각각의 "A" 모이어티는 독립적으로 다음으로부터 선택될 수 있고:In some embodiments, the active layer comprises an acceptor having structures A-D-A, wherein each "A" moiety is an acceptor moiety and a "D" moiety is a donor moiety. As a non-limiting example, each "A" moiety can be independently selected from:

Figure pat00412
,
Figure pat00413
,
Figure pat00414
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Figure pat00415
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,
Figure pat00418
, 및
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,
Figure pat00412
,
Figure pat00413
,
Figure pat00414
,
Figure pat00415
,
Figure pat00416
,
Figure pat00417
,
Figure pat00418
, and
Figure pat00419
,

"D" 모이어티는 다음으로부터 선택될 수 있으며:The "D" moiety may be selected from:

Figure pat00420
,
Figure pat00421
,
Figure pat00422
,
Figure pat00423
,
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,
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,
Figure pat00426
,
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,
Figure pat00428
, 및
Figure pat00429
,
Figure pat00420
,
Figure pat00421
,
Figure pat00422
,
Figure pat00423
,
Figure pat00424
,
Figure pat00425
,
Figure pat00426
,
Figure pat00427
,
Figure pat00428
, and
Figure pat00429
,

여기서 RD는 수소 또는 알킬이고, 물결선은 나타낸 구조가 다른 구조에 연결된 위치를 나타낸다.where R D is hydrogen or alkyl, and the wavy line indicates the position where the structure shown is linked to another structure.

일부 구현예에서, 활성 층은 구조 D-A-D를 갖는 수용체를 포함하며, 여기서 각각의 "D" 모이어티는 공여체 모이어티이고 "A" 모이어티는 수용체 모이어티이다. 비-제한적인 예로서, 각각의 "D" 모이어티는 독립적으로 다음으로부터 선택될 수 있고:In some embodiments, the active layer comprises an acceptor having structures D-A-D, wherein each "D" moiety is a donor moiety and the "A" moiety is an acceptor moiety. As a non-limiting example, each "D" moiety can be independently selected from:

Figure pat00430
,
Figure pat00431
, 및
Figure pat00432
,
Figure pat00430
,
Figure pat00431
, and
Figure pat00432
,

"A" 모이어티는 다음으로부터 선택될 수 있으며:The "A" moiety may be selected from:

Figure pat00433
,
Figure pat00434
,
Figure pat00435
,
Figure pat00436
,
Figure pat00437
,
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Figure pat00439
, 및
Figure pat00440
,
Figure pat00433
,
Figure pat00434
,
Figure pat00435
,
Figure pat00436
,
Figure pat00437
,
Figure pat00438
,
Figure pat00439
, and
Figure pat00440
,

여기서 RA는 수소 또는 알킬이고, 물결선은 나타낸 구조가 다른 구조에 연결된 위치를 나타낸다.where R A is hydrogen or alkyl, and the wavy line indicates the position where the structure shown is linked to another structure.

디시아노-인단디온(DiCN) 및 이의 유도체(디시아노-인단디온 인다세노디티오펜, 디시아노-인단디온 디티에노카바졸, 디시아노-인단디온, 안트라디티오펜, 디시아노-인단디온 붕소-디피로메텐, 디시아노-벤조[b]티오펜-3(2H)-온 1,1-디옥사이드)는 본원에 기술된 장치내에서 수용체로서 사용될 수 있다. 예를 들면, ITIC(즉, 3,9-비스(2-메틸렌-(3-(1,1-디시아노메틸렌)-인다논))-5,5,11,11-테트라키스(4-헥실페닐)-디티에노[2,3-d:2',3'-d']-s-인다세노[1,2-b:5,6-b']디티오펜)은 유기 광전지 장치내에서 비-풀러렌 수용체로서 양호한 성능을 입증하였지만 투명한 광전지 장치내에서 이전에 사용되지는 않았다. 디시아노-인단디온은 전형적으로 근적외선내에서 흡수 최대를 나타낸다.Dicyano-indandione (DiCN) and its derivatives (dicyano-indandione indacenodithiophene, dicyano-indandione dithienocarbazole, dicyano-indandione, anthradithiophene, dicyano-indandione boron- Dipyrromethene, dicyano-benzo[ b ]thiophen-3( 2H )-one 1,1-dioxide) can be used as an acceptor in the devices described herein. For example, ITIC (ie , 3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexyl Phenyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene) in organic photovoltaic devices Although it has demonstrated good performance as a non-fullerene acceptor, it has not been used before in transparent photovoltaic devices. Dicyano-indandione typically exhibits an absorption maximum in the near infrared.

DiCN 구조의 예는 화학식 I에 따른 것들을 포함한다:Examples of DiCN structures include those according to Formula I:

Figure pat00441
(I).
Figure pat00441
(I).

임의로, Y는 화학식 I의 화합물에서 F, Cl, Br, 알콕시, 알킬, 또는 아릴이다. 임의로, n은 화학식 I의 화합물에서 0 내지 5의 정수이다. 임의로, X는 화학식 I의 화합물에서 C(CN)2, O, S, C(O), 또는 SO2이다. 임의로, Ar은 아릴, 예를 들면, 페닐, 티에틸, 티아졸릴 등이다.Optionally, Y is F, Cl, Br, alkoxy, alkyl, or aryl in the compound of formula (I). Optionally, n is an integer from 0 to 5 in the compound of formula (I). Optionally, X is C(CN) 2 , O, S, C(O), or SO 2 in compounds of formula (I). Optionally, Ar is aryl, such as phenyl, thiethyl, thiazolyl, and the like.

융합된 pi 시스템의 예는 안트라[1,9-bc:5,10-b'c']디티오펜 이라디칼(예컨대, 안트라[1,9-bc:5,10-b'c']디티오펜-1,6-디일); 4,9-디하이드로-s-인다세노[1,2-b:5,6-b']디티오펜 이라디칼(예컨대, 4,9-디하이드로-s-인다세노[1,2-b:5,6-b']디티오펜-2,7-디일); 비치환된 및 5-치환된 5H-디티에노[3,2-b:2',3'-h]카바졸 이라디칼(예컨대, 5-메틸-5H-디티에노[3,2-b:2',3'-h]카바졸-2,8-디일); 비치환된 및 4-치환된 4H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피롤 이라디칼(예컨대, 4-메틸-4H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피롤-2,6-디일 또는 4-(4-메틸페닐)-4H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피롤-2,6-디일); 디티에노[3,2-b:2',3'-d]티오펜 이라디칼(예컨대, 디티에노[3,2-b:2',3'-d]티오펜-2,6-디일); 티에노[3,2-b]티오펜 이라디칼(예컨대, 티에노[3,2-b]티오펜-2,6-디일)을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 임의로, 융합된 pi 시스템은 비치환되거나 예를 들면, 아릴, 알킬, 헤테로아릴, 할로 등으로 치환된 그룹을 포함한다.An example of a fused pi system is an anthra[1,9-bc :5,10- b'c' ]dithiophene radical (eg , anthra[1,9- bc :5,10- b'c' ]dithiophene -1,6-diyl); 4,9-dihydro- s -indaceno[1,2- b :5,6- b' ]dithiophene radical (eg , 4,9-dihydro- s -indaceno[1,2- b : 5,6- b′ ]dithiophene-2,7-diyl); Unsubstituted and substituted 5 H 5-a dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-h] carbazole is a radical (e. G., 5-methyl -5 H - in dithieno [3,2 -b:2',3'-h]carbazole-2,8-diyl); unsubstituted and 4-substituted 4H -dithieno[3,2- b :2′,3′- d ]pyrrole radicals (eg , 4-methyl- 4H -dithieno[3,2- b: 2 ', 3'- d] pyrrol-2,6-diyl or 4- (4-methylphenyl) -4 H - rowing dt [3,2- b: 2', 3'- d] pyrrole -2 ,6-diyl); dithieno[3,2- b :2',3'- d ]thiophene radical (eg , dithieno[3,2- b :2',3'- d ]thiophene-2,6- diyl); thieno[3,2- b ]thiophene radicals (eg , thieno[3,2- b ]thiophene-2,6-diyl). Optionally, the fused pi system comprises groups unsubstituted or substituted, for example, with aryl, alkyl, heteroaryl, halo, and the like.

일부 구현예에서, 화학식 I의 화합물내 융합된 pi 시스템은 다음으로부터 선택된다:In some embodiments, the pi system fused in the compound of formula (I) is selected from:

Figure pat00442
, 및
Figure pat00443
,
Figure pat00442
, and
Figure pat00443
,

여기서 RD는 임의로, 수소 또는 알킬일 수 있다.wherein R D can optionally be hydrogen or alkyl.

일부 구현예에서, 화학식 I의 화합물내 융합된 pi 시스템은 다음으로부터 선택된다:In some embodiments, the pi system fused in the compound of formula (I) is selected from:

Figure pat00444
, 및
Figure pat00445
,
Figure pat00444
, and
Figure pat00445
,

여기서 RD는 임의로, 수소 또는 알킬일 수 있다.wherein R D can optionally be hydrogen or alkyl.

일부 구현예에서, 화학식 I의 화합물내 융합된 pi 시스템은 다음으로부터 선택된다:In some embodiments, the pi system fused in the compound of formula (I) is selected from:

Figure pat00446
,
Figure pat00447
,
Figure pat00448
,
Figure pat00449
, 및
Figure pat00450
.
Figure pat00446
,
Figure pat00447
,
Figure pat00448
,
Figure pat00449
, and
Figure pat00450
.

여기서 RD는 임의로, 수소 또는 알킬일 수 있다.wherein R D can optionally be hydrogen or alkyl.

DiCN 화합물은 또한 융합되지 않은 pi 시스템 및 비대칭 구조(융합되거나 융합되지 않은 pi 시스템을 지닌)를 지닌 것들을 포함한다. 일부 구현예에서, DiCN 화합물은 화학식 II 대 화학식 II에 따른 구조를 갖는다:DiCN compounds also include unfused pi systems and those with asymmetric structures (with fused or unfused pi systems). In some embodiments, the DiCN compound has a structure according to Formula II versus Formula II:

Figure pat00451
(II).
Figure pat00451
(II).

임의로, Y는 화학식 I의 화합물에서 F, Cl, Br, 알콕시, 알킬, 또는 아릴이다. 임의로, n은 화학식 II의 화합물에서 0 내지 5의 정수이다. 임의로, t는 화학식 II의 화합물에서 1 또는 2이다. 임의로, X는 화학식 II의 화합물에서 C(CN)2, O, S, C(O), 또는 SO2이다. 임의로, Ar은 화학식 II의 화합물에서 아릴, 예를 들면, 페닐, 티에틸, 티아졸릴 등이다. 임의로, 각각의 Z는 독립적으로 H 또는 다음 화학식을 갖는 라디칼이고:Optionally, Y is F, Cl, Br, alkoxy, alkyl, or aryl in the compound of formula (I). Optionally, n is an integer from 0 to 5 in the compound of formula (II). Optionally, t is 1 or 2 in the compound of formula (II). Optionally, X is C(CN) 2 , O, S, C(O), or SO 2 in the compound of Formula II. Optionally, Ar is aryl in the compound of formula II, for example phenyl, thiethyl, thiazolyl, and the like. Optionally, each Z is independently H or a radical having the formula:

Figure pat00452
,
Figure pat00452
,

여기서 물결선은 pi 시스템에 대한 부착 점을 나타내고 X, Y, Ar, 및 n은 상기 정의된 바와 같다.where the wavy line represents the point of attachment to the pi system and X, Y, Ar, and n are as defined above.

화학식 II의 화합물내 존재하는 pi 시스템의 예는 융합된 pi 시스템, 예를 들면, 안트라[1,9-bc:5,10-b'c']디티오펜 이라디칼(예컨대, 안트라[1,9-bc:5,10-b'c']디티오펜-1,6-디일); 4,9-디하이드로-s-인다세노[1,2-b:5,6-b']디티오펜 이라디칼(예컨대, 4,9-디하이드로-s-인다세노[1,2-b:5,6-b']디티오펜-2,7-디일); 비치환된 및 5-치환된 5H-디티에노[3,2-b:2',3'-h]카바졸 이라디칼(예컨대, 5-메틸-5H-디티에노[3,2-b:2',3'-h]카바졸-2,8-디일); 비치환된 및 4-치환된 4H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피롤 이라디칼(예컨대, 4-메틸-4H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피롤-2,6-디일 또는 4-(4-메틸페닐)-4H-디티에노[3,2-b:2',3'-d]피롤-2,6-디일); 디티에노[3,2-b:2',3'-d]티오펜 이라디칼(예컨대, 디티에노[3,2-b:2',3'-d]티오펜-2,6-디일); 티에노[3,2-b]티오펜 이라디칼(예컨대, 티에노[3,2-b]티오펜-2,6-디일)을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Examples of pi systems present in compounds of formula II include fused pi systems, such as anthra[1,9-bc :5,10- b'c' ]dithiophene radicals (eg , anthra[1,9 - bc :5,10- b'c' ]dithiophene-1,6-diyl); 4,9-dihydro- s -indaceno[1,2- b :5,6- b' ]dithiophene radical (eg , 4,9-dihydro- s -indaceno[1,2- b : 5,6- b′ ]dithiophene-2,7-diyl); Unsubstituted and substituted 5 H 5-a dithieno [3,2-b: 2 ', 3'-h] carbazole is a radical (e. G., 5-methyl -5 H - in dithieno [3,2 -b:2',3'-h]carbazole-2,8-diyl); unsubstituted and 4-substituted 4H -dithieno[3,2- b :2′,3′- d ]pyrrole radicals (eg , 4-methyl- 4H -dithieno[3,2- b: 2 ', 3'- d] pyrrol-2,6-diyl or 4- (4-methylphenyl) -4 H - rowing dt [3,2- b: 2', 3'- d] pyrrole -2 ,6-diyl); dithieno[3,2- b :2',3'- d ]thiophene radical (eg , dithieno[3,2- b :2',3'- d ]thiophene-2,6- diyl); thieno[3,2- b ]thiophene radicals (eg , thieno[3,2- b ]thiophene-2,6-diyl).

화학식 II의 화합물내 존재하는 pi 시스템의 예는 융합되지 않은 모이어티, 예를 들면, 트리페닐아민 이라디칼(예컨대, N-페닐-디(펜-4,1-디일)아민), 티오페닐아민 이라디칼(예컨대, N-메틸-di(티오펜-2,5-디일)아민 및 N-페닐-(펜-4,1-디일)-(티오펜-2,5-디일)-아민)을 포함하는 아민 라디칼; 비페닐 이라디칼(예컨대, 1,1'-비펜-4,4'-디일), 티오펜 이라디칼(예컨대, 티오펜-2,5-디일), 페닐렌 이라디칼(예컨대, 펜-1,4-디일)을 포함한다.Examples of pi systems present in compounds of formula II include unfused moieties such as triphenylamine radicals (eg , N -phenyl-di(phen-4,1-diyl)amine), thiophenylamine radicals (eg , N -methyl-di(thiophen-2,5-diyl)amine and N -phenyl-(phen-4,1-diyl)-(thiophen-2,5-diyl)-amine) amine radicals comprising; Biphenyl radical (e.g., 1,1'-4,4'-diyl bipen), thiophene radical (e.g., thiophene-2,5-diyl), a phenylene radical (e.g., pen-1, 4-diyl).

임의로, 융합된 및 융합되지 않은 pi 시스템은 비치환되거나 예를 들면, 아릴, 알킬, 헤테로아릴, 할로 등으로 치환된 그룹을 포함한다.Optionally, fused and unfused pi systems include groups unsubstituted or substituted with, for example, aryl, alkyl, heteroaryl, halo, and the like.

일부 구현예에서, 화학식 II의 화합물내 pi 시스템은 다음으로부터 선택된다:In some embodiments, the pi system in the compound of Formula II is selected from:

Figure pat00453
, 및
Figure pat00454
,
Figure pat00453
, and
Figure pat00454
,

여기서 RD는 임의로, 수소 또는 알킬일 수 있다.wherein R D can optionally be hydrogen or alkyl.

일부 구현예에서, 화학식 II의 화합물내 pi 시스템은 다음으로부터 선택된다:In some embodiments, the pi system in the compound of Formula II is selected from:

Figure pat00455
, 및
Figure pat00456
,
Figure pat00455
, and
Figure pat00456
,

여기서 RD는 임의로, 수소 또는 알킬일 수 있다.wherein R D can optionally be hydrogen or alkyl.

일부 구현예에서, 화학식 II의 화합물내 pi 시스템은 다음으로부터 선택된다:In some embodiments, the pi system in the compound of Formula II is selected from:

Figure pat00457
,
Figure pat00458
,
Figure pat00459
,
Figure pat00460
, 및
Figure pat00461
.
Figure pat00457
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Figure pat00458
,
Figure pat00459
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Figure pat00461
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여기서 RD는 임의로, 수소 또는 알킬일 수 있다.wherein R D can optionally be hydrogen or alkyl.

도 23 내지 28은 화학식 I 및 화학식 II에 따른 화합물을 포함하는 대칭 및 비대칭 DiCN 화합물을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 2-(3-옥소-2,3-디하이드로-1H-인덴-1-일리덴)말로노니트릴(제품 번호 1080-74-6)은 임의로, 시약, 예를 들면, 아세틱 무수물의 존재 하에서 다수의 디- 및 트리-알데하이드와 축합하여 대칭 DiCN 화합물을 제공할 수 있다. 비대칭 DiCN 화합물은 도 24에 나타낸 바와 같이 일-작용성 알데하이드를 사용함으로써 제조할 수 있다. 다른 방법을 또한 예를 들면, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 7148-7151; Adv. Mater. 2016, 28, 4734; 및 Adv. Mater. 2015, 27, 1170에 기술된 바와 같이 DiCN 제조에 사용할 수 있다. 예를 들면, ITIC(제품 번호 1664293-06-4), ITIC-M 이성체(제품 번호 2047352-80-5; 2047352-83-8; 2047352-86-1), ITIC-TH(제품 번호 1889344-13-1), 및 ITIC-2F(제품 번호 2097998-59-7)를 포함하는 다수의 DiCN 화합물은 상업적으로 이용가능하다.23-28 provide examples of synthetic schemes for preparing symmetric and asymmetric DiCN compounds, including compounds according to Formulas I and II. As shown in Figure 23, for example, 2-(3-oxo-2,3-dihydro-1 H -inden-1-ylidene)malononitrile (cat. No. 1080-74-6) is optionally Condensation with a number of di- and tri-aldehydes in the presence of reagents such as acetic anhydride can give symmetric DiCN compounds. Asymmetric DiCN compounds can be prepared by using mono-functional aldehydes as shown in FIG. 24 . Other methods are also described, for example, in J. Am. Chem. Soc. , 2017 , 139, 7148-7151; Adv. Mater. 2016 , 28, 4734; and Adv. Mater. 2015 , 27, 1170 can be used for DiCN preparation. For example, ITIC (Cat No. 1664293-06-4), ITIC-M Isomer (Cat No. 2047352-80-5; 2047352-83-8; 2047352-86-1), ITIC-TH (Cat No. 1889344-13) -1), and a number of DiCN compounds, including ITIC-2F (catalog no. 2097998-59-7), are commercially available.

표 5 내지 9는 약칭 식별자(ID)와 함께 DiCN 화합물의 비-제한적인 예를 제공한다.Tables 5-9 provide non-limiting examples of DiCN compounds with abbreviated identifiers (IDs).

Figure pat00462
Figure pat00462

Figure pat00463
Figure pat00463

Figure pat00464
Figure pat00464

Figure pat00465
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Figure pat00466

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Figure pat00467

Figure pat00468
Figure pat00468

본원에 기술된 DiCN 및 이의 유도체는 임의로 "수용체-공여체-수용체" 분자로서 특성화될 수 있다. 구현예에서, DiCN 및 이의 유도체는 투명한 광전지내 수용체로서 거동할 수 있다. 이러한 분자는 NIR을 흡수할 수 있고 유기 광전지 장치내에서 고 효율로 일부 사용되는 경우 비-풀러렌 수용체로서 특성화될 수 있다. 구현예에서, 이러한 재료는 예를 들면, DiCN형 수용체가 DiCN에 대해 청색 편이된 위치에서 흡수하는 하나 이상의 공여체와 쌍을 이루는 경우, 매우 높은 효율로 반투명한 PV 장치내에서 유용할 수 있다. 이러한 청색 편이된 흡수는 부분적으로 가시 스펙트럼내에 존재할 수 있다. 그러나, 이는 투과율을 심각하게 제한한다. 매우 투명한 장치는 DiCN 재료를 UV-선택적인 공여체 분자(도 4b와 유사), 또는 DiCN에 대해 적색 편이된 NIR-선택적인 공여체(도 4d와 유사)와 쌍을 이룸으로써 달성할 수 있다.The DiCNs and derivatives thereof described herein may optionally be characterized as "acceptor-donor-acceptor" molecules. In embodiments, DiCN and its derivatives can behave as receptors in transparent photovoltaic cells. Such molecules can absorb NIR and can be characterized as non-fullerene acceptors when used in some cases with high efficiency in organic photovoltaic devices. In embodiments, such materials may be useful in translucent PV devices with very high efficiency, for example, when a DiCN-type acceptor is paired with one or more donors that absorb at a blue-shifted position with respect to DiCN. This blue-shifted absorption may be partially within the visible spectrum. However, this severely limits the transmittance. Highly transparent devices can be achieved by pairing the DiCN material with either a UV-selective donor molecule (similar to FIG. 4b ), or a NIR-selective donor that is redshifted to DiCN (similar to FIG. 4d ).

DiCN 화합물은 수용체 재료로서 사용될 수 있으며 다수의 유용한 공여체 재료와 쌍을 이룰 수 있다. 일부 구현예에서, 수용체 재료는 DiCN 화합물 또는 DiCN 유도체를 함유하며, 공여체 재료는 붕소-디피로메텐 (BODIPY) 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트(NDT) 화합물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 BODIPY 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NDT 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 적용은 이의 전문이 본원에 참고로 포함된다. 일부 구현예에서, 공여체 재료는 BODIPY, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 또는 이들의 조합을 함유한다.DiCN compounds can be used as acceptor materials and can be paired with many useful donor materials. In some embodiments, the acceptor material contains a DiCN compound or a DiCN derivative, and the donor material comprises a boron-dipyrromethene (BODIPY) compound, a phthalocyanine, a naphthalocyanine, a nickel dithiolate (NDT) compound, or a combination thereof. do. Examples of useful BODIPY compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful phthalocyanines and naphthalocyanines include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NDT compounds include, but are not limited to, those described herein. This application is incorporated herein by reference in its entirety. In some embodiments, the donor material contains BODIPY, phthalocyanine, naphthalocyanine, or a combination thereof.

일부 구현예에서, DiCN 및 이의 유도체는 용액 가공 기술에 의해 광활성 재료 층내에 형성시킬 수 있다. 그러나, DiCN 및 이의 유도체는, 구현예에서, "수용체-공여체-수용체" 분자로서 설치될 수 있다. 구현예에서, 중심 공여체 코어는 펜던트 알킬 쇄를 지닌 거대한 융합된 방향족 환에 상응할 수 있어서, 용액 상 공정을 위한 용해도를 제공한다. 유리하게는, DiCN 및 이의 유도체의 양태는 이러한 특성의 펜던트 알킬 쇄 또는 다른 열적으로 불안정한 분지형 또는 가용화 작용 그룹을 포함하지 않을 수 있으며, 이는 비교적 개선된 증발성으로, 보다 적은 분자량 구조를 생성할 수 있다. 유리하게는, 이러한 및 다른 "공여체-수용체-공여체" 분자는 가스 상 증착 기술, 예를 들면, 열 증발을 사용하여 가공할 수 있다.In some embodiments, DiCN and its derivatives can be formed in the photoactive material layer by solution processing techniques. However, DiCN and its derivatives may, in embodiments, be established as "acceptor-donor-acceptor" molecules. In an embodiment, the central donor core may correspond to a large fused aromatic ring with pendant alkyl chains, providing solubility for solution phase processing. Advantageously, embodiments of DiCN and its derivatives may not include pendant alkyl chains or other thermally labile branched or solubilizing functional groups of this nature, which will result in lower molecular weight structures with relatively improved evaporation. can Advantageously, these and other “donor-acceptor-donor” molecules can be processed using gas phase deposition techniques, such as thermal evaporation.

도 29 및 도 30은 DiCN 화합물에 대한 예시적인 정규화된 흡수 스펙트럼을 제공한다. 샘플 광전지 장치를 DiCN 화합물 A-16을 사용하여 설치시키고 광전지 효율에 대해 시험하였다. A-16을 수용체로서 사용하였고 구리 프탈로시아닌(CuPc)을 공여체로서 사용하였다. 약 8 nm 두께의 애노드 완충 층을 가시적으로 투명한 기판 및 인듐 주석 산화물(ITO) 투명한 전도체 위에 증착시켰다. 공여체로서 CuPc의 약 10 nm 두께 층을 애노드 완충 층 위에 증착시켰다. 수용체로서 DiCN A-16을 포함하는 약 10 nm 두께 층을 공여체 층 위에 증착시켰다. 약 5 nm 두께의 캐소드 완충 층을 수용체 층 위에 증착시켰다. 최종적으로, 약 80 nm 두께의 불투명한 알루미늄 층을 상부 전극으로서 증착시켰다. 셀을 비추고 성능을 모니터링하였다. 도 15는 전압의 함수로서 전류 밀도를 나타내는, A-16 광전지 셀에 대한 데이타의 예를 제공한다.29 and 30 provide exemplary normalized absorption spectra for DiCN compounds. A sample photovoltaic device was installed using DiCN compound A-16 and tested for photovoltaic efficiency. A-16 was used as the acceptor and copper phthalocyanine (CuPc) was used as the donor. An anode buffer layer about 8 nm thick was deposited over the visually transparent substrate and the indium tin oxide (ITO) transparent conductor. An about 10 nm thick layer of CuPc as the donor was deposited over the anode buffer layer. An about 10 nm thick layer containing DiCN A-16 as acceptor was deposited over the donor layer. A cathode buffer layer about 5 nm thick was deposited over the acceptor layer. Finally, an opaque aluminum layer about 80 nm thick was deposited as the top electrode. Cells were illuminated and performance monitored. 15 provides an example of data for an A-16 photovoltaic cell, showing current density as a function of voltage.

벤조(1,2-c:4,5-c)비스((1,2,5)-티아디아졸)을 포함하는 벤조- 비스-티아디아졸 화합물(BBT) 및 다음의 구조를 갖는 다른 BBT를 본원에 기술된 장치에 사용할 수 있다. BBT는 전형적으로 본원에 기술된 장치내에서 수용체로서 사용된다. 일부 구현예에서, BBT는 공여체로서 사용될 수 있다. BBT는 전형적으로 근적외선에서 최대 흡수를 나타낸다. Benzo- bis -thiadiazole compounds (BBT) including benzo(1,2-c:4,5-c)bis((1,2,5)-thiadiazole) and other BBTs having the structure can be used in the devices described herein. BBT is typically used as a receptor in the devices described herein. In some embodiments, BBT may be used as a donor. BBT typically exhibits maximum absorption in the near infrared.

BBT는 강력한 전자 구인 그룹이므로 이것이 강력한 전자 공여 그룹, 예를 들면, 아민에 공유결합으로 결합되는 경우, 수득되는 전하 전달 상태 흡수는 스펙트럼의 적외선 부위내에 있다. 이는 스펙트럼의 가시 부위내에서 광을 흡수하지 않는 광전자 장치의 제작을 가능하게 한다. BBT는 또한 진공 하에서 용이하게 승화되며, 다른 수용체보다 투명한 광전지 장치내에서 보다 우수한 가시적 투과율 및 보다 중성인 색상을 제공할 수 있다.Since BBT is a strong electron withdrawing group, when it is covalently bound to a strong electron donating group, such as an amine, the resulting charge transfer state absorption is in the infrared region of the spectrum. This allows the fabrication of optoelectronic devices that do not absorb light within the visible part of the spectrum. BBT also sublimes easily under vacuum and can provide better visible transmittance and more neutral colors in photovoltaic devices that are transparent than other receptors.

일부 구현예에서, BBT 화합물은 화학식 IIIa, IIIb, 또는 IIIc에 따른 구조를 갖는다:In some embodiments, the BBT compound has a structure according to Formula IIIa, IIIb, or IIIc:

Figure pat00469
(IIIa)
Figure pat00470
(IIIb)
Figure pat00471
(IIIc).
Figure pat00469
(IIIa)
Figure pat00470
(IIIb)
Figure pat00471
(IIIc).

임의로, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 화학식 IIIa, 화학식 IIIb, 및 화학식 IIIc의 화합물에서 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, A1 A2는 화학식 IIIa, 화학식 IIIb, 및 화학식 IIIc의 화합물에서 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 및 헤테로사이클릴렌으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, X는 화학식 IIIa, 화학식 IIIb, 및 화학식 IIIc의 화합물에서 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.Optionally, each of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 consists of alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl in the compounds of Formulas IIIa, IIIb, and IIIc independently selected from the group. optionally, A 1 and A 2 is independently selected from the group consisting of alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, and heterocyclylene in the compounds of Formulas IIIa, IIIb, and IIIc. Optionally, X is selected from the group consisting of O, S, Se, and Te in the compounds of Formulas IIIa, IIIb, and IIIc.

일부 구현예에서, 화학식 IIIa, 화학식 IIIb, 및/또는 화학식 IIIc의 화합물내 R1, R2, R3, 및 R4는 독립적으로 다음으로부터 선택된다: In some embodiments, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 in a compound of Formula IIIa, Formula IIIb, and/or Formula IIIc are independently selected from:

Figure pat00472
,
Figure pat00473
, 및
Figure pat00474
.
Figure pat00472
,
Figure pat00473
, and
Figure pat00474
.

일부 구현예에서, 화학식 IIIb 또는 IIIc의 화합물내 A1 A2는 독립적으로 아릴렌 및 헤테로아릴렌으로부터 선택된다. 일부 구현예에서, 화학식 IIIb 또는 IIIc의 화합물내 A1 A2는 티오펜 이라디칼(예컨대, 티오펜-2,5-디일)이다. 일부 이러한 구현예에서, 각각의 R1, R2, R3, R4는 아릴(예컨대, 페닐)이다. In some embodiments, A 1 in a compound of Formula IIIb or IIIc and A 2 is independently selected from arylene and heteroarylene. In some embodiments, A 1 in a compound of Formula IIIb or IIIc and A 2 is a thiophene radical (eg , thiophene-2,5-diyl). In some such embodiments, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 is aryl (eg , phenyl).

일부 구현예에서, 벤조티아디아졸 화합물은 화학식 IVa, 화학식 IVb, 또는 화학식 IVc에 따른 구조를 갖는다:In some embodiments, the benzothiadiazole compound has a structure according to Formula IVa, Formula IVb, or Formula IVc:

Figure pat00475
(IVa)
Figure pat00476
(IVb)
Figure pat00477
(IVc).
Figure pat00475
(IVa)
Figure pat00476
(IVb)
Figure pat00477
(IVc).

임의로, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 화학식 IVa, 화학식 IVb, 및 화학식 IVc의 화합물에서 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, A1 A2는 화학식 IVa, 화학식 IVb, 및 화학식 IVc의 화합물에서 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 및 헤테로사이클릴렌으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, X는 화학식 IVa, 화학식 IVb, 및 화학식 IVc의 화합물에서 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.Optionally, each of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 in the compounds of Formulas IVa, IVb, and Formula IVc consists of alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl. independently selected from the group. optionally, A 1 and A 2 is independently selected from the group consisting of alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, and heterocyclylene in the compounds of Formulas IVa, IVb, and IVc. Optionally, X is selected from the group consisting of O, S, Se, and Te in the compounds of Formulas IVa, IVb, and IVc.

일부 구현예에서, 화학식 IVa, 화학식 IVb, 및/또는 화학식 IVc의 화합물에서 R1, R2, R3, 및 R4는 다음으로부터 독립적으로 선택된다:In some embodiments, in compounds of Formula IVa, Formula IVb, and/or Formula IVc, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are independently selected from:

Figure pat00478
,
Figure pat00479
, 및
Figure pat00480
.
Figure pat00478
,
Figure pat00479
, and
Figure pat00480
.

일부 구현예에서, 화학식 IVb 또는 IVc의 화합물내 A1 A2는 아릴렌 및 헤테로아릴렌으로부터 독립적으로 선택된다. 일부 구현예에서, 화학식 IIIb 또는 IIIc의 화합물내 A1 A2는 티오펜 이라디칼(예컨대, 티오펜-2,5-디일)이다. 일부 이러한 구현예에서, 각각의 R1, R2, R3, R4는 아릴(예컨대, 페닐)이다. In some embodiments, A 1 in a compound of Formula IVb or IVc and A 2 is independently selected from arylene and heteroarylene. In some embodiments, A 1 in a compound of Formula IIIb or IIIc and A 2 is a thiophene radical (eg , thiophene-2,5-diyl). In some such embodiments, each of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 is aryl (eg , phenyl).

구조는 링커(A 그룹) 및 지방족 또는 방향족 그룹을 지닌 이들의 치환(R 그룹)을 선택함으로써 용이하게 개질시킬 수 있다. 또한, X 그룹은 O, N, S, Se 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. BBT는 하기 장치 구성내에서 수용체(혼합된 층 또는 순수한 층에서) 또는 수송 층으로서 사용될 수 있다.The structure can be easily modified by selecting the linker (group A) and their substitution with an aliphatic or aromatic group (group R). In addition, the X group may be selected from O, N, S, Se, or combinations thereof. BBT can be used as a receptor (in a mixed layer or a pure layer) or transport layer within the following device configurations.

도 32는 화학식 IIIa, 화학식 IIIb, 화학식 IIIc, 화학식 IVa, 화학식 IVb, 및 화학식 IVc에 따른 화합물을 포함하는, BT 화합물 및 BBT 화합물을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 예를 들면, 4,7-디브로모벤조[c]-1,2,5-티아디아졸(제품 번호 15155-41-6)은 스틸-형 커플링 반응(Stille-type coupling reaction)에서 스타닐 티오펜과 반응하여 티오펜-치환된 BT 및 BBT 화합물을 제공할 수 있다. 다른 방법이 또한 예를 들면, Chem. Mater. 2011, 23, 5484-5490에 기술된 바와 같이 BT 및 BBT 제조에 사용될 수 있다. 표 10은 약칭 식별자와 함께 BT 및 BBT 화합물의 비-제한적 예를 제공한다.32 provides examples of synthetic schemes for preparing BT compounds and BBT compounds, including compounds according to Formula IIIa, Formula IIIb, Formula IIIc, Formula IVa, Formula IVb, and Formula IVc. For example, 4,7-dibromobenzo[c]-1,2,5-thiadiazole (product number 15155-41-6) is a star in a Stille-type coupling reaction. Reactions with nyl thiophenes can provide thiophene-substituted BT and BBT compounds. Other methods are also described, for example, in Chem. Mater. 2011 , 23, 5484-5490 can be used in the preparation of BT and BBT. Table 10 provides non-limiting examples of BT and BBT compounds along with abbreviated identifiers.

BT 화합물 및 BBT 화합물은 수용체 분자로서 사용될 수 있으며 다수의 유용한 공여체 재료와 쌍을 이룰 수 있다. 일부 구현예에서, 수용체 재료는 BT, BBT, 또는 이들의 유도체를 함유하며, 공여체 재료는 붕소-디피로메텐(BODIPY) 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트(NDT) 화합물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 BODIPY 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NDT 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 일부 구현예에서, 공여체 재료는 BODIPY, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 또는 이들의 조합을 함유한다.BT compounds and BBT compounds can be used as acceptor molecules and can be paired with a number of useful donor materials. In some embodiments, the acceptor material contains BT, BBT, or a derivative thereof, and the donor material is a boron-dipyrromethene (BODIPY) compound, a phthalocyanine, naphthalocyanine, a nickel dithiolate (NDT) compound, or a compound thereof include combinations. Examples of useful BODIPY compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful phthalocyanines and naphthalocyanines include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NDT compounds include, but are not limited to, those described herein. In some embodiments, the donor material contains BODIPY, phthalocyanine, naphthalocyanine, or a combination thereof.

Figure pat00481
Figure pat00481

디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민(DPP-DPTA) 및 이의 유도체는 본원에 기술된 장치에서 수용체로서 사용될 수 있다. DPP-DPTA는 공여체-수용체-공여체 구조에 의해 특징화되며, 특정의 DPP-DPTA에 의존하여 근적외선 및 가시광선 영역내에서 최대 흡수를 나타낼 수 있다.Diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine (DPP-DPTA) and its derivatives can be used as receptors in the devices described herein. DPP-DPTA is characterized by a donor-acceptor-donor structure, and depending on the specific DPP-DPTA can exhibit maximum absorption in the near-infrared and visible regions.

일부 구현예에서, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민은 화학식 V에 따른 화합물이다:In some embodiments, diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine is a compound according to Formula V:

Figure pat00482
(V).
Figure pat00482
(V).

임의로, 화학식 V의 화합물내 R1 R2는 알킬, 사이클로알킬로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, A1 A2는 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 및 헤테로사이클릴렌으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. DPP-DPTA 화합물 및 DPP-DPTA 유도체의 비-제한적 예는 표 11에 제시되어 있다. 일부 구현예에서, DPP-DPTA 유도체는 이소인디고, 예를 들면, 화합물 C-1이다. 도 33은 광활성 화합물에 대한 흡수 스펙트럼의 예를 나타내지만, 이러한 화합물은 일부 가시적으로 투명한 광전지 장치 구현예에 대해 바람직할 수 있는 것보다 더 가시광선 영역에서 흡수한다. Optionally, R 1 in the compound of formula V and R 2 is independently selected from the group consisting of alkyl, cycloalkyl. optionally, A 1 and A 2 is independently selected from the group consisting of alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, and heterocyclylene. Non-limiting examples of DPP-DPTA compounds and DPP-DPTA derivatives are shown in Table 11. In some embodiments, the DPP-DPTA derivative is isoindigo, eg, compound C-1. 33 shows examples of absorption spectra for photoactive compounds, such compounds absorb more in the visible region than may be desirable for some visually transparent photovoltaic device embodiments.

Figure pat00483
Figure pat00483

광활성 재료, 완충 재료, 및/또는 광학 층으로서 유용한 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 금속 디티올렌 착화합물을 포함한다. 일부 예에서, 광활성 화합물은 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰 최대 근적외선 흡수 강도를 나타내며 화학식

Figure pat00484
,
Figure pat00485
, 또는
Figure pat00486
를 갖는다. 구현예에서, 각각의 M은 독립적으로 금속, 예를 들면, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, 또는 Pt이다. 구현예에서, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다. 구현예에서, 각각의 A는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 갖는 융합된 폴리사이클릭 환 그룹이다.Visibly transparent photoactive compounds useful as photoactive materials, buffer materials, and/or optical layers include metal dithiolene complexes. In some instances, the photoactive compound exhibits a maximum near-infrared absorption intensity greater than the maximum visible-light absorption intensity and has the formula
Figure pat00484
,
Figure pat00485
, or
Figure pat00486
has In embodiments, each M is independently a metal, eg, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, or Pt. In embodiments, each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fusion an aromatic group, a substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group. In an embodiment, each A is independently a fused polycyclic ring group having one or more R group substituents.

도 34a 및 도 34b는 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 도 34a를 참고하면, 수득되는 최종 생성물이 상이하도록, 디티온에 대한 페닐 환 펜던트를 다른 구조의 구조물, 예를 들면, 상이한 위치에서 보다 더 치환체를 지닌 페닐 환으로의 치환, 또는 페닐 환 둘 다의 다른 치환체, 예를 들면, 디티온(예컨대,

Figure pat00487
,
Figure pat00488
,
Figure pat00489
,
Figure pat00490
, 또는
Figure pat00491
)에 융합된 환 구조로의 치환을 가능하게 함으로써, 예를 들면, 반응물
Figure pat00492
에 대해 많은 상이한 치환을 행할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 유사하게, 도 34b를 참고하면, 상이한 최종 생성물을 형성하기 위해 많은 상이한 치환을 시아노 그룹에 대해 행할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 치환은 페닐 환(예컨대, 알킬 치환된, 할로겐 치환된, 알콕시 치환된, 등), 융합된 환 구조를 포함할 수 있다. 다른 펜던트 환 구조, 예를 들면, 나프틸 그룹, 페난트릴 그룹, 아세나프틸 그룹 등을 유사하게 가할 수 있다.34A and 34B provide examples of synthetic schemes for preparing visually transparent photoactive compounds. Referring to Figure 34a, so that the final product obtained is different, the phenyl ring pendant to the dithione is replaced with a structure of another structure, for example, a phenyl ring having more substituents than at a different position, or both the phenyl ring Other substituents of, for example, dithione (e.g. ,
Figure pat00487
,
Figure pat00488
,
Figure pat00489
,
Figure pat00490
, or
Figure pat00491
) by enabling substitution with a ring structure fused to, for example, a reactant
Figure pat00492
It will be appreciated that many different substitutions can be made for . Similarly, referring to FIG. 34B , it will be seen that many different substitutions can be made to the cyano group to form different end products. For example, substitution can include phenyl rings (eg , alkyl substituted, halogen substituted, alkoxy substituted, etc.), fused ring structures. Other pendant ring structures, for example, a naphthyl group, a phenanthryl group, an acenaphthyl group, and the like can be similarly added.

표 12는 약칭 식별자(ID)와 함께 금속 디티온 착화합물의 예를 제공한다.Table 12 provides examples of metal dithione complexes along with their abbreviated identifiers (IDs).

Figure pat00493
Figure pat00493

Figure pat00494
Figure pat00494

도 35은 표 12에서의 다수의 화합물에 대한 예시적인 정규화된 흡수 스펙트럼을 제공하며, 상기 표는 이러한 화합물이 자외선내에서 일부 흡수 및 가시 대역내에서 최소의 흡수와 함께 근적외선내에서 강력한 흡수를 나타냄을 나타낸다.35 provides exemplary normalized absorption spectra for a number of compounds in Table 12, which shows that these compounds exhibit strong absorption in the near infrared with some absorption in the ultraviolet and minimal absorption in the visible band. indicates

샘플 광전지 장치를 표 12에서의 다수의 투명한 광활성 화합물을 사용하여 설치시키고 광전지 효율에 대해 시험하였다. 광활성 층 또는 완충 층으로서 사용된 투명한 광활성 화합물을 사용하여, 도 1a에 나타낸 바와 같이 일반적으로 설치된, 2개의 장치 구성을 시험 목적을 위해 사용하였다. 하나의 구성에서, 2개의 투명한 전극을 사용하여 완전히 투명한 장치를 생성하였다. 제2 구성에서, 하나의 투명한 전극(인듐 주석 산화물)을 사용하고 하나의 불투명한 전극을 사용하였다. 제2 구성에 따라 설치한 장치는 불투명한 전극의 존재로 인하여 불투명도를 나타내었지만, 장치를 투명한 전극을 통해 조명하여 광전지 거동을 시험하였다.Sample photovoltaic devices were installed using a number of the clear photoactive compounds in Table 12 and tested for photovoltaic efficiency. Two device configurations, generally installed as shown in FIG. 1A , with a transparent photoactive compound used as the photoactive layer or buffer layer, were used for testing purposes. In one configuration, two transparent electrodes were used to create a fully transparent device. In the second configuration, one transparent electrode (indium tin oxide) was used and one opaque electrode was used. Although the device installed according to the second configuration exhibited opacity due to the presence of the opaque electrode, the photovoltaic behavior was tested by illuminating the device through the transparent electrode.

예로서, 불투명한 구성을 갖는 N-1으로서 식별되는 가시적으로 투명한 광활성 화합물을 사용한 투명한 광전지 장치를 다음과 같이 설치하였다. 약 8 nm 두께의 캐소드 완충 층을 가시적으로 투명한 기판 및 인듐 주석 산화물(ITO) 투명한 도체 위에 증착시켰다. 공여체로서 서브프탈로시아닌(SubPc) 염료의 약 15 nm 두께의 층을 애노드 완충 층 위에 증착시켰다. 수용체로서 화합물 N-1의 약 30 nm 두께의 층을 공여체 층 위에 증착시켰다. 약 5 nm 두께의 캐소드 완충 층을 수용체 층 위에 증착시켰다. 최종적으로, 약 80 nm 두께의 불투명한 알루미늄 층을 상부 전극으로서 증착시켰다. 셀을 비추고 성능을 모니터링하였다. 도 36은 전압의 함수로서 전류 밀도를 나타내는, N-10 광전지 셀에 대한 데이타의 예를 제공한다.As an example, a transparent photovoltaic device using a visually transparent photoactive compound identified as N-1 having an opaque configuration was installed as follows. A cathode buffer layer about 8 nm thick was deposited over the visually transparent substrate and the indium tin oxide (ITO) transparent conductor. An about 15 nm thick layer of subphthalocyanine (SubPc) dye as a donor was deposited over the anode buffer layer. An about 30 nm thick layer of compound N-1 as the acceptor was deposited over the donor layer. A cathode buffer layer about 5 nm thick was deposited over the acceptor layer. Finally, an opaque aluminum layer about 80 nm thick was deposited as the top electrode. Cells were illuminated and performance monitored. 36 provides an example of data for an N-10 photovoltaic cell, showing current density as a function of voltage.

투명한 광전지 장치의 다른 예를 불투명한 구성에서 완충 층으로서 니켈 디티올레이트 착화합물을 사용하여 설치하였다. 화합물 N-1을 포함하는 약 10 nm 두께의 캐소드 완충 층을 가시적으로 투명한 기판 및 인듐 주석 산화물(ITO) 투명한 전도체 위에 증착시켰다. 광활성 층으로서, C60을 포함하는 약 60 nm 두께 층을 완충 층 위에 증착시켰다. 약 20 nm 두께의 애노드 완충 층을 수용체 층 위에 증착시켰다. 최종적으로, 약 80 nm 두께의 불투명한 알루미늄 층을 상부 전극으로서 증착시켰다. 셀을 비추고 성능을 모니터링하였다. 도 37은 전압의 함수로서 전류 밀도를 나타내는, 광전지 셀에 대한 데이타의 예를 제공한다.Another example of a transparent photovoltaic device was installed using a nickel dithiolate complex as a buffer layer in an opaque configuration. An about 10 nm thick cathode buffer layer comprising compound N-1 was deposited over a visually transparent substrate and an indium tin oxide (ITO) transparent conductor. As the photoactive layer, an about 60 nm thick layer comprising C 60 was deposited over the buffer layer. An anode buffer layer about 20 nm thick was deposited over the acceptor layer. Finally, an opaque aluminum layer about 80 nm thick was deposited as the top electrode. Cells were illuminated and performance monitored. 37 provides an example of data for a photovoltaic cell, showing current density as a function of voltage.

금속 디티올레이트는 수용체 재료로서 사용될 수 있으며 다수의 유용한 재료와 쌍을 이룰 수 있다. 일부 구현예에서, 예를 들면, 수용체 재료는 하나 이상의 금속 디티올레이트를 포함하며, 공여체 재료는 붕소-디피로메텐(BODIPY) 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 디시아노-인단디온(DiCN), 벤조티아디아졸(BT), 벤조-비스-티아디아졸 (BBT), 디케토피롤로피롤 디페닐티에틸아민(DPP-DPTA), 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 BODIPY 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 DiCN, BT, BBT, 및 DPP-DPTA의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 일부 구현예에서, 공여체 재료는 BODIPY 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 공여체 재료는 DiCN, BT, BBT, 또는 DPP-DPTA를 포함한다.Metal dithiolates can be used as receptor materials and can be paired with a number of useful materials. In some embodiments, for example, the acceptor material comprises one or more metal dithiolates and the donor material is a boron-dipyrromethene (BODIPY) compound, phthalocyanine, naphthalocyanine, dicyano-indandione (DiCN), benzo thiadiazole (BT), benzo- bis -thiadiazole (BBT), diketopyrrolopyrrole diphenylthiethylamine (DPP-DPTA), or a combination thereof. Examples of useful BODIPY compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful DiCN, BT, BBT, and DPP-DPTA include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful phthalocyanines and naphthalocyanines include, but are not limited to, those described herein. In some embodiments, the donor material comprises a BODIPY compound, a phthalocyanine, a naphthalocyanine, or a combination thereof. In some embodiments, the donor material comprises DiCN, BT, BBT, or DPP-DPTA.

특정의 예에서, 수용체 재료는 금속 디티올레이트를 함유하고, 공여체 재료는 또한 금속 디티올레이트를 함유한다. 이러한 예에서, 공여체 금속 디티올레이트는 하나 이상의 공여체 그룹, 예를 들면, 상술한 강한, 중간의, 및 약한 공여 그룹으로 작용화될 수 있다. 이러한 방식으로 작용화된 금속 디티올레이트는 또한 수용체 재료, 예를 들면, BODIPY, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, DiCN, BT, BBT, 또는 DPP-DPTA, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드(NTCDI), 비스이미드 코로넨(CBI), 플루오란텐, 코라눌렌, 풀러렌(예컨대, C60 또는 C70), 또는 이들의 조합과 쌍을 이루는 경우, 공여체 재료로서 사용될 수 있다. 유용한 NTCDI, CBI, 플루오란텐, 및 코라눌렌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.In certain instances, the acceptor material contains a metal dithiolate and the donor material also contains a metal dithiolate. In this example, the donor metal dithiolate may be functionalized with one or more donor groups, such as the strong, moderate, and weak donor groups described above. Metal dithiolates functionalized in this way can also be used with acceptor materials such as BODIPY, phthalocyanine, naphthalocyanine, DiCN, BT, BBT, or DPP-DPTA, naphthalenetetracarboxylic diimide (NTCDI), bisimide coro When paired with nene (CBI), fluoranthene, coranulene, fullerene (eg , C60 or C70), or combinations thereof, it can be used as the donor material. Examples of useful NTCDI, CBI, fluoranthene, and coranulene include, but are not limited to, those described herein.

광활성 재료, 완충 재료, 및/또는 광학 층으로서 유용한 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드, 비스이미드 코로넨, 플루오란텐, 코라눌렌, 및 이들의 유도체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는, UV 수용체 분자를 포함한다.Visibly transparent photoactive compounds useful as photoactive materials, buffer materials, and/or optical layers include, but are not limited to, naphthalenetetracarboxylic diimides, bisimide coronenes, fluoranthenes, coranulenes, and derivatives thereof. , including UV receptor molecules.

나프탈렌테트라카복실릭 디이미드(NTCDI) 및 이의 유도체(4,5,9,10-테트라아미노-나프탈렌테트라카복실릭 디이미드 및 이미다조 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드를 포함하나, 이에 한정되지 않는)가 본원에 기술된 장치내에서 수용체로서 전형적으로 사용된다. 그러나, 특정의 구현예에서, NTCDI 및/또는 이의 유도체는 공여체로서 사용될 수 있다. 다른 장점 중에서, NTCDI는 양호한 투명성, 자외선내에서 최대 흡수, 및 합성의 취급용이성을 특징으로 한다. NTCDI는 가시적으로 투명한 광전지 장치 외에 특정의 유기 광전지 장치에서 유용하다.Naphthalenetetracarboxylic diimide (NTCDI) and its derivatives (including but not limited to 4,5,9,10-tetraamino-naphthalenetetracarboxylic diimide and imidazo naphthalenetetracarboxylic diimide) are disclosed herein. It is typically used as a receptor in the device described in However, in certain embodiments, NTCDI and/or derivatives thereof may be used as donors. Among other advantages, NTCDI is characterized by good transparency, maximum absorption in ultraviolet light, and ease of handling of the synthesis. NTCDI is useful in certain organic photovoltaic devices in addition to visually transparent photovoltaic devices.

나프탈렌디카복스이미드의 이량체를 2개의 질소(즉, 각각의 NTCDI 단량체내 하나의 질소)를 브릿지하는 그룹을 통해 연결시킬 수 있다. 2개 성분의 구조는 질소 위치에서 다양한 그룹, 예를 들면, 지방족 또는 방향족 그룹으로 용이하게 개질시킬 수 있다. 구조는 베이 위치(bay position)에서 다양한 그룹, 예를 들면, 할라이드, 지방족, 또는 방향족 그룹으로 개질시킬 수 있다. NTCDI 단량체 사이의 연결은 직접적인 N-N 연결 및 1,4 페닐렌 디아민 연결을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. NTCDI는 본원에 기술된 장치에서 수용체(혼합층 또는 순수한 층에서) 또는 수송 층으로서 사용될 수 있다.A dimer of naphthalenedicarboximide can be linked via a group bridging two nitrogens (ie one nitrogen in each NTCDI monomer). The structure of the two components can be readily modified at the nitrogen position with various groups, for example, aliphatic or aromatic groups. The structure can be modified at the bay position with various groups, such as halide, aliphatic, or aromatic groups. Linkages between NTCDI monomers include, but are not limited to, direct N-N linkages and 1,4 phenylene diamine linkages. NTCDI may be used as a receptor (in a mixed or pure layer) or transport layer in the devices described herein.

나프탈렌디카복스이미드는 전자기 스펙트럼의 자외선 위치에서 흡수하여, 이들을 가시적으로 투명한 광전지에 대해 매력적인 재료 부류가 되도록 한다. 필름 형태는 광활성 층에서 매우 중요하다. 풀러런스의 3차원 형상은 장치내에서 이들의 고 성능을 가능하게 하는 것으로 제안되어 왔다. 따라서, 이러한 특성을 모사(mimic)하기 위해서는 보다 높은 차원수(dimensionality)를 지닌 분자를 합성하는 것이 바람직할 수 있다. 평면 발색단을 이용하는 이량체 구조는 원하는 차원수를 달성하기 위한 하나의 방법이다.Naphthalenedicarboximides absorb in the ultraviolet position of the electromagnetic spectrum, making them an attractive material class for visually transparent photovoltaic cells. Film morphology is very important in the photoactive layer. The three-dimensional shape of fullerness has been proposed to enable their high performance in devices. Therefore, it may be desirable to synthesize molecules with higher dimensionality to mimic these properties. Dimeric structures using planar chromophores are one way to achieve the desired number of dimensions.

NTCDI 화합물의 예는 다음 화학식 VI에 따른 것들 및 이의 유도체를 포함한다:Examples of NTCDI compounds include those according to formula (VI) and derivatives thereof:

Figure pat00495
(VI)
Figure pat00495
(VI)

임의로, X1, X2, X3, X4는 화학식 VI의 화합물에서 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, R1 R2는 화학식 VI의 화합물에서 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.Optionally, X 1 , X 2 , X 3 , X 4 are independently selected from the group consisting of aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, heterocyclyl in the compound of formula VI. optionally, R 1 and R 2 is independently selected from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, and heterocyclyl in the compound of Formula VI.

NTCDI 화합물의 예는 또한 다음 화학식 VII에 따른 것들 및 이의 유도체를 포함한다:Examples of NTCDI compounds also include those according to formula (VII) and derivatives thereof:

Figure pat00496
(VII)
Figure pat00496
(VII)

임의로, 각각의 X는 화학식 VII의 화합물에서 F, Cl, Br, 알킬, 알콕시, 및 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, 각각의 첨자 n은 화학식 VII의 화합물에서 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5이다. 임의로, 각각의 Y는 화학식 VII의 화합물에서 H, 알킬, 비치환된 아릴, 또는 치환된 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, "Ar"로 표시된 각각의 환은 화학식 VII의 화합물에서 독립적으로 선택된 아릴 그룹이다.Optionally, each X is independently selected from the group consisting of F, Cl, Br, alkyl, alkoxy, and aryl in the compound of Formula VII. Optionally, each subscript n is independently 0, 1, 2, 3, 4, or 5 in the compound of Formula VII. Optionally, each Y is independently selected from the group consisting of H, alkyl, unsubstituted aryl, or substituted aryl in the compound of Formula VII. Optionally, each ring designated "Ar" is an independently selected aryl group in the compound of Formula VII.

NTCDI 화합물의 예는 또한 다음 화학식 VIII에 따른 화합물 및 이의 유도체를 포함한다:Examples of NTCDI compounds also include compounds according to the following formula (VIII) and derivatives thereof:

Figure pat00497
(VIII)
Figure pat00497
(VIII)

임의로, 각각의 X 및 각각의 Y는 화학식 VIII의 화합물에서 F, Cl, Br, 알킬, 알콕시, 및 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, 첨자 n은 독립적으로 화학식 VIII의 화합물에서 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5이다. 임의로, 각각의 첨자 m은 독립적으로 화학식 VIII의 화합물에서 0, 1, 또는 2이다. 임의로, "Ar"로 표시된 각각의 환은 독립적으로 화학식 VIII의 화합물에서 독립적으로 선택된 아릴 그룹이다.Optionally, each X and each Y is independently selected from the group consisting of F, Cl, Br, alkyl, alkoxy, and aryl in the compound of Formula VIII. Optionally, the subscript n is independently 0, 1, 2, 3, 4, or 5 in the compound of Formula (VIII). Optionally, each subscript m is independently 0, 1, or 2 in the compound of Formula (VIII). Optionally, each ring designated "Ar" is independently an independently selected aryl group in the compound of Formula VIII.

NTCDI 화합물의 예는 다음 화학식 IXa 및 화학식 IXb에 따른 것들 및 이의 유도체를 포함한다:Examples of NTCDI compounds include those according to the following formulas (IXa) and (IXb) and derivatives thereof:

Figure pat00498
(IXa)
Figure pat00498
(IXa)

Figure pat00499
(IXb)
Figure pat00499
(IXb)

임의로, 브릿징 그룹(B)는 화학식 IXa 및 화학식 IXb의 화합물에서 직접적인 공유 결합, 아릴렌 링커, 헤테로아릴렌 링커, 알킬렌 링커, 또는 헤테로알킬렌 링커일 수 있다. 임의로, 각각의 X1, X2, X3, X4, X5, 및 X6는 화학식 IXa 및 화학식 IXb의 화합물에서 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클릴, 및 할로겐로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, 각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 화학식 IXa 및 화학식 IXb의 화합물에서 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.Optionally, the bridging group (B) may be a direct covalent bond, an arylene linker, a heteroarylene linker, an alkylene linker, or a heteroalkylene linker in the compounds of formulas IXa and IXb. Optionally, each of X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 , and X 6 is H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, hetero in the compounds of Formulas IXa and IXb independently selected from the group consisting of cyclyl, and halogen. Optionally, each of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 in the compounds of Formulas IXa and IXb is selected from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, and heterocyclyl. independently selected.

일부 구현예에서, 수용체 재료는 NTCDI 화합물 또는 NTCDI 유도체를 포함하고 공여체 재료는 붕소-디피로메텐 (BODIPY) 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트(NDT) 화합물, 디시아노-인단디온(DiCN), 벤조티아디아졸(BT), 벤조-비스-티아디아졸(BBT), 디케토피롤로피롤 디페닐티에틸아민(DPP-DPTA), 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 BODIPY 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NDT 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함한다. 유용한 DiCN, BT, BBT, 및 DPP-DPTA의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the acceptor material comprises an NTCDI compound or an NTCDI derivative and the donor material is a boron-dipyrromethene (BODIPY) compound, phthalocyanine, naphthalocyanine, nickel dithiolate (NDT) compound, dicyano-indandione (DiCN) ), benzothiadiazole (BT), benzo- bis -thiadiazole (BBT), diketopyrrolopyrrole diphenylthiethylamine (DPP-DPTA), or a combination thereof. Examples of useful BODIPY compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful phthalocyanines and naphthalocyanines include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NDT compounds include those described herein. Examples of useful DiCN, BT, BBT, and DPP-DPTA include, but are not limited to, those described herein.

도 38은 화학식 VI, 화학식 VII, 화학식 VIII, 화학식 IXa, 및 화학식 IXb에 따른 화합물을 포함하는, NTCDI 화합물을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 예를 들면, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카복실릭 이무수물(제품 번호 81-30-1)은, 임의로, 염기, 예를 들면, 피리딘, 디이소프로필에틸 아민 등의 존재 하에서, 다수의 방향족 및 지방족 아민과 반응하여 다양한 NTCDI 화합물을 제공할 수 있다. 다른 방법을 또한 예를 들면, J. Org. Chem. 2007, 72 (21), 8070-8075에 기술된 바와 같은 NTCDI 제조를 위해 사용할 수 있다. 다수의 NTCDI 화합물, 예를 들면, NDI-2OD-Br 중합체(제품 번호 1100243-35-3) 및 NDI-2HD-2Br(제품 번호 1459168-68-3)은 상업적으로 이용가능하며 본원에 제공된 장치에서 사용될 수 있다.38 provides examples of synthetic schemes for preparing NTCDI compounds, including compounds according to Formula VI, Formula VII, Formula VIII, Formula IXa, and Formula IXb. For example, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (Product No. 81-30-1) is optionally in the presence of a base such as pyridine, diisopropylethyl amine, can be reacted with aromatic and aliphatic amines to give various NTCDI compounds. Other methods are also described, for example, in J. Org. Chem. 2007, 72 (21), 8070-8075. A number of NTCDI compounds, such as NDI-2OD-Br polymer (Cat No. 1100243-35-3) and NDI-2HD-2Br (Cat No. 1459168-68-3), are commercially available and in the apparatus provided herein. can be used

표 13 내지 14는 약칭 식별자(ID)와 함께 NTCDI 화합물의 비-제한적 예를 제공한다.Tables 13-14 provide non-limiting examples of NTCDI compounds with abbreviated identifiers (IDs).

Figure pat00500
Figure pat00500

Figure pat00501
Figure pat00501

Figure pat00502
Figure pat00502

Figure pat00503
Figure pat00503

도 39는 NTCDI E-1에 대한 예시적인 정규화된 흡수 스펙트럼을 제공하며, 이는 화합물이 가시광선 및 근적외선내에서 제한된 흡수와 함께 자외선내에서 강력하게 흡수함을 나타낸다. 샘플 광전지 장치를 수용체로서 또는 캐소드 완충제로서 NTCDI 화합물 E-1을 사용하여 설치하였다. 제1의 예에서, E-1은 수용체로서 사용하고 알루미늄 프탈로시아닌 클로라이드(ClAlPc)는 공여체로서 사용하였다. 약 8 nm 두께의 애노드 완충 층을 가시적으로 투명한 기판 및 인듐 주석 산화물(ITO) 투명한 전도체 위에 증착시켰다. 공여체로서 ClAlPc의 약 15 nm 두께의 층을 애노드 완충 층 위에 증착시켰다. 수용체로서 NTCDI E-1을 포함하는 약 10 nm 두께의 층을 공여체 층 위에 증착시켰다. 약 5 nm 두께의 캐소드 완충 층을 수용체 층 위에 증착시켰다. 최종적으로, 약 50 nm의 두께의 인듐 주석 산화물의 투명한 층을 상부 전극으로서 증착시켰다. 셀을 비추고 성능을 모니터링하였다. 도 40a는 전압의 함수로서 전류 밀도를 나타내는, E-1 광전지 셀에 대한 데이타의 예를 제공한다.39 provides an exemplary normalized absorption spectrum for NTCDI E-1, indicating that the compound absorbs strongly in ultraviolet light with limited absorption in visible and near infrared light. A sample photovoltaic device was set up using NTCDI compound E-1 as the acceptor or cathode buffer. In the first example, E-1 was used as the acceptor and aluminum phthalocyanine chloride (ClAlPc) was used as the donor. An anode buffer layer about 8 nm thick was deposited over the visually transparent substrate and the indium tin oxide (ITO) transparent conductor. An about 15 nm thick layer of ClAlPc as the donor was deposited over the anode buffer layer. An about 10 nm thick layer containing NTCDI E-1 as the acceptor was deposited over the donor layer. A cathode buffer layer about 5 nm thick was deposited over the acceptor layer. Finally, a transparent layer of indium tin oxide with a thickness of about 50 nm was deposited as the top electrode. Cells were illuminated and performance monitored. 40A provides an example of data for an E-1 photovoltaic cell, showing current density as a function of voltage.

제2의 예에서, E-1을 풀러 공여체(fuller donor)를 함유하는 셀내 캐소드 완충 층에 사용하였다. NTCDI E-1을 함유하는 약 5 nm 두께의 캐소드 완충 층을 기판 위에 증착시켰다. 공여체로서 C60(25%:75%)의 약 60 nm 두께의 층을 캐소드 완충 층 위에 증착시켰다. 약 20 nm 두께의 애노드 완충 층을 공여체 층 위에 증착시켰다. 최종적으로, 약 50 nm 두께의 인듐 주석 산화물의 애노드를 애노드 완충 층의 상부에서 제조하였다. 셀을 비추고 성능을 모니터링하였다. 도 40b는 전압의 함수로서 전류 밀도를 나타내는, E-1 광전지 셀의 데이타의 예를 나타낸다.In a second example, E-1 was used in an intra-cell cathode buffer layer containing a fuller donor. About 5 nm thick cathode buffer layer containing NTCDI E-1 was deposited on the substrate. An about 60 nm thick layer of C60 (25%:75%) as donor was deposited over the cathode buffer layer. An anode buffer layer about 20 nm thick was deposited over the donor layer. Finally, an anode of about 50 nm thick indium tin oxide was prepared on top of the anode buffer layer. Cells were illuminated and performance monitored. 40B shows an example of data for an E-1 photovoltaic cell, showing current density as a function of voltage.

비스이미드 코로넨(CBI) 및 이의 유도체를 본원의 장치내에서 수용체로서 전형적으로 사용한다. 그러나, 특정의 구현예에서, CBI 및/또는 이의 유도체는 장치내에서 공여체로서 사용할 수 있다. NTCDI와 같이, CBI는 자외선내에서 최대 흡수를 특징으로 한다. CBI는 광전지 장치에 이전에 사용되지 않았다.Bisimide coronene (CBI) and its derivatives are typically used as receptors in the devices herein. However, in certain embodiments, CBI and/or derivatives thereof may be used as donors in the device. Like NTCDI, CBI is characterized by maximum absorption in ultraviolet light. CBI has not previously been used in photovoltaic devices.

CBI 화합물의 예는 다음 화학식 Xa 및 화학식 Xb에 따른 것들 및 이의 유도체를 포함한다:Examples of CBI compounds include those according to the following formulas (Xa) and (Xb) and derivatives thereof:

Figure pat00504
(Xa)
Figure pat00504
(Xa)

Figure pat00505
(Xb)
Figure pat00505
(Xb)

임의로, 각각의 R은 화학식 Xa 및 화학식 Xb에 따른 화합물에서 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클릴, 및 전자-구인 그룹(예컨대, CN, 할로겐 등)으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.Optionally, each R is H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, heterocyclyl, and an electron-withdrawing group (such as CN, halogen, etc.) in compounds according to Formulas Xa and Xb. independently selected from the group consisting of

일부 구현예에서, 수용체 재료는 CBI 화합물 또는 CBI 유도체를 함유하며 공여체 재료는 붕소-디피로메텐 (BODIPY) 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트(NDT) 화합물, 디시아노-인단디온(DiCN), 벤조티아디아졸(BT), 벤조-비스-티아디아졸(BBT), 디케토피롤로피롤 디페닐티에틸아민(DPP-DPTA), 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 BODIPY 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NDT 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 DiCN, BT, BBT, 및 DPP-DPTA의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the acceptor material contains a CBI compound or a CBI derivative and the donor material is a boron-dipyrromethene (BODIPY) compound, phthalocyanine, naphthalocyanine, nickel dithiolate (NDT) compound, dicyano-indandione (DiCN) ), benzothiadiazole (BT), benzo- bis -thiadiazole (BBT), diketopyrrolopyrrole diphenylthiethylamine (DPP-DPTA), or a combination thereof. Examples of useful BODIPY compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful phthalocyanines and naphthalocyanines include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NDT compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful DiCN, BT, BBT, and DPP-DPTA include, but are not limited to, those described herein.

도 41은 CBI 화합물, 예를 들면, 화학식 Xa 및 화학식 Xb에 따른 화합물을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 예를 들면, 페릴렌(제품 번호: 198-55-0)을 N-치환된 말레이미드, 예를 들면, N-메틸 말레이미드(제품 번호: 930-88-1) 및 클로라닐(118-75-2)로 열적으로 어닐링시켜 N-치환된 CBI 화합물을 제공할 수 있다. 테트라카복시 페릴렌 또는 페릴렌-3,4,9,10-테트라카복실릭 이무수물(제품 번호: 128-69-8)을 사용하고 카복시/무수물 그룹을 예컨대, 다양하게-치환된 아민을 지닌 상응하는 아미드로 전환시킴으로써 추가의 작용성을 도입할 수 있다. 다른 방법을 또한 예를 들면, Chem Eur J. 2007, 13 (6), 1746-1753에 기술된 바와 같이, CBI 제조를 위해 사용할 수 있다. CBI 화합물의 비-제한적 예는 하기에 나타낸 CBI F-1 및 CBI F-2를 포함한다.41 provides examples of synthetic schemes for preparing CBI compounds, eg, compounds according to Formulas Xa and Xb. For example, perylene (catalog: 198-55-0) can be replaced with N-substituted maleimides, such as N-methyl maleimide (cat: 930-88-1) and chloranyl (118-75). -2) can be thermally annealed to give the N-substituted CBI compound. Use tetracarboxy perylene or perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride (product number: 128-69-8) and replace the carboxy/anhydride group with, for example, the corresponding with variously-substituted amines. Additional functionality can be introduced by conversion to an amide. Other methods are also described, for example, in Chem Eur J. 2007, 13 (6), 1746-1753, for the preparation of CBI. Non-limiting examples of CBI compounds include CBI F-1 and CBI F-2 shown below.

Figure pat00506
(F-1)
Figure pat00507
(F-2)
Figure pat00506
(F-1)
Figure pat00507
(F-2)

플루오란텐 및 이의 유도체는 전형적으로 본원에 기술된 장치에서 수용체로서 사용된다. 그러나, 특정의 구현예에서, 플루오란텐 및/또는 이의 유도체는 장치에서 공여체로서 사용될 수 있다. 플루오란텐은 자외선, 합성 취급용이성, 및 조율가능한 에너지 수준에 있어서 최대 흡수를 특징으로 한다. 플루오란텐은 특정의 유기 광전지 장치에 사용되어 왔지만 투명한 광전지 장치에 기존에 사용되지 않았다.Fluorantene and its derivatives are typically used as receptors in the devices described herein. However, in certain embodiments, fluoranthene and/or derivatives thereof may be used as donors in the device. Fluoranthenes are characterized by maximum absorption in ultraviolet light, synthetic handling, and tunable energy levels. Fluoranthenes have been used in certain organic photovoltaic devices, but have not previously been used in transparent photovoltaic devices.

플루오란텐의 예는 융합된 이미드 구조를 포함한다:Examples of fluoranthenes include fused imide structures:

Figure pat00508
.
Figure pat00508
.

구조는 질소 위치에서 다양한 그룹, 예를 들면, 아릴 그룹, 알킬 그룹, 및/또는 사이클로알킬 그룹으로 용이하게 개질시킬 수 있다. 구조는 또한 Ar 위치에서 할로, 아릴, 알킬, 사이클로알킬 등으로 개질시킬 수 있다. 구조는 또한 X 및 Y 위치에서 다양한 그룹, 예를 들면, 할로, 아릴, 알킬, 사이클로알킬 등으로 개질시킬 수 있다. 플루오란텐 융합된 이미드는 본원에 기술된 장치 구성에서 수용체 또는 공여체(혼합된 층 또는 순수한 층내에) 또는 수송 층으로서 사용될 수 있다.The structure can be readily modified with various groups at the nitrogen position, for example, aryl groups, alkyl groups, and/or cycloalkyl groups. The structure may also be modified at the Ar position with halo, aryl, alkyl, cycloalkyl, and the like. The structure may also be modified with various groups at the X and Y positions, for example, halo, aryl, alkyl, cycloalkyl, and the like. Fluoranthene fused imides can be used as acceptor or donor (in mixed or pure layers) or transport layers in the device configurations described herein.

일부 구현예에서, 플루오란텐은 다음 화학식 XI에 따른 화합물 또는 이의 유도체이다:In some embodiments, the fluoranthene is a compound according to Formula XI or a derivative thereof:

Figure pat00509
(VI)
Figure pat00509
(VI)

임의로, R은 화학식 XI에 따른 화합물에서 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 임의로, X 및 Y는 화학식 XI에 따른 화합물에서 H 및 전자-구인 그룹(예컨대, CN, 할로겐 등)으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, Z1 Z2는 화학식 XI에 따른 화합물에서 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.Optionally, R is selected from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, and heterocyclyl in a compound according to formula (XI). Optionally, X and Y are H and E in the compound according to Formula XI - is independently selected from the group consisting of a withdrawing group (e.g., CN, halogen, etc.). optionally, Z 1 and Z 2 is independently selected from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, and heterocyclyl in a compound according to Formula XI.

일부 구현예에서, 수용체 재료는 플루오란텐 또는 플루오란텐 유도체를 함유하며, 공여체 재료는 붕소-디피로메텐(BODIPY) 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트(NDT) 화합물, 디시아노-인단디온(DiCN), 벤조티아디아졸 (BT), 벤조-비스-티아디아졸(BBT), 디케토피롤로피롤 디페닐티에틸아민(DPP-DPTA), 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 BODIPY 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NDT 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 DiCN, BT, BBT, 및 DPP-DPTA의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the acceptor material contains fluoranthene or a fluoranthene derivative, and the donor material is a boron-dipyrromethene (BODIPY) compound, phthalocyanine, naphthalocyanine, nickel dithiolate (NDT) compound, dicyano- indandione (DiCN), benzothiadiazole (BT), benzo- bis -thiadiazole (BBT), diketopyrrolopyrrole diphenylthiethylamine (DPP-DPTA), or a combination thereof. Examples of useful BODIPY compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful phthalocyanines and naphthalocyanines include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NDT compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful DiCN, BT, BBT, and DPP-DPTA include, but are not limited to, those described herein.

도 42a 및 42b는 플루오란텐 화합물, 예를 들면, 화학식 XI에 따른 화합물을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 예를 들면, 1,3-디(티오펜-2-일)프로판-2-온을 아세나프텐퀴논(예컨대, 1,2-디옥소-1,2-디하이드로아세나프틸렌-5-카보니트릴)에 이어서 N-치환된 말레이미드(예컨대, N-메틸 말레이미드)와 반응시켜 다양한 N-치환된 융합된 이미드 플루오란텐을 제공할 수 있다. 다른 방법을 또한 예를 들면, Org. Lett. 2010, 12 (23), 5522-5525에 기술된 바와 같이 플루란텐 제조에 사용할 수 있다. 플루오란텐의 비-제한적 예는 하기에 나타낸 플루오란텐 G-1 및 플루오란텐 G-2를 포함한다.42A and 42B provide examples of synthetic schemes for preparing fluoranthene compounds, for example compounds according to Formula XI. For example, 1,3-di(thiophen-2-yl)propan-2-one can be replaced with acenaphthenequinone (eg , 1,2-dioxo-1,2-dihydroacenaphthylene-5-carbonitrile) This can then be reacted with an N-substituted maleimide (eg, N-methyl maleimide) to provide the various N-substituted fused imide fluoranthenes. Other methods are also described, for example, in Org. Lett. 2010, 12 (23), 5522-5525. Non-limiting examples of fluoranthenes include fluoranthene G-1 and fluoranthene G-2 shown below.

Figure pat00510
(G-1)
Figure pat00511
(G-2)
Figure pat00510
(G-1)
Figure pat00511
(G-2)

샘플 광전지 장치를 수용체로서 플루오란텐 G-1 및 공여체로서 붕소 서브프탈로시아닌(B-SubPc)를 사용하여 설치하였다. 약 8 nm 두께의 애노드 완충 층을 가시적으로 투명한 기판 및 인듐 주석 산화물(ITO) 투명한 전도체 위에 증착시켰다. 공여체로서 B-SubPc의 약 20 nm 두께의 층을 애노드 완충 층 위에 증착시켰다. 수용체로서 플루오란텐 G-1을 포함하는 약 10 nm 두께의 층을 공여체 층 위에 증착시켰다. 약 5 nm 두께의 캐소드 완충 층을 수용체 층 위에 증착시켰다. 최종적으로, 약 50 nm 두께의 인듐 주석 산화물의 투명한 층을 캐소드로서 증착시켰다. 셀을 비추고 성능을 모니터링하였다. 도 43은 전압의 함수로서 전류 밀도를 나타내는, G-1 광전지 셀에 대한 데이타의 예를 제공한다.A sample photovoltaic device was set up using fluoranthene G-1 as the acceptor and boron subphthalocyanine (B-SubPc) as the donor. An anode buffer layer about 8 nm thick was deposited over the visually transparent substrate and the indium tin oxide (ITO) transparent conductor. An about 20 nm thick layer of B-SubPc as the donor was deposited over the anode buffer layer. An about 10 nm thick layer containing fluoranthene G-1 as an acceptor was deposited over the donor layer. A cathode buffer layer about 5 nm thick was deposited over the acceptor layer. Finally, a transparent layer of indium tin oxide about 50 nm thick was deposited as the cathode. Cells were illuminated and performance monitored. 43 provides an example of data for a G-1 photovoltaic cell, showing current density as a function of voltage.

코라눌렌 및 이의 유도체는 본원에 기술된 장치에서 수용체로서 전형적으로 사용된다. 그러나, 특정의 구현예에서, 코라눌렌 및/또는 이의 유도체는 장치에서 공여체로서 사용될 수 있다. 코라눌렌은 자외선 내에서 최대 흡수를 특징으로 한다. 코라눌렌은 특정의 유기 광전지 장치에서 사용되었으나 투명한 광전지 장치에서 기존에 사용되지 않았다.Coranulene and its derivatives are typically used as receptors in the devices described herein. However, in certain embodiments, coranulene and/or derivatives thereof may be used as donors in the device. Coranulene is characterized by maximum absorption in ultraviolet light. Coranulene has been used in certain organic photovoltaic devices, but has not previously been used in transparent photovoltaic devices.

코라눌렌의 예는 다음 화학식 XIIa 및 화학식 VIIb에 따른 것들 및 이의 유도체를 포함한다:Examples of coranulene include those according to the following formulas (XIIa) and (VIIb) and derivatives thereof:

Figure pat00512
(XIIa)
Figure pat00512
(XIIa)

Figure pat00513
(XIIb)
Figure pat00513
(XIIb)

임의로, 각각의 R은 화학식 XIIa 및 화학식 XIIb에 따른 화합물에서 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클릴, 및 전자-구인 그룹(예컨대, CN, 할로겐 등)으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.Optionally, each R is H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, heterocyclyl, and an electron-withdrawing group (such as CN, halogen, etc.) in compounds according to Formulas XIIa and XIIb. independently selected from the group consisting of

일부 구현예에서, 수용체 재료는 코라눌렌 또는 코라눌렌 유도체를 함유하고 공여체 재료는 붕소-디피로메텐 (BODIPY) 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트(NDT) 화합물, 디시아노-인단디온(DiCN), 벤조티아디아졸(BT), 벤조-비스-티아디아졸(BBT), 디케토피롤로피롤 디페닐티에틸아민(DPP-DPTA), 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 BODIPY 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NDT 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 DiCN, BT, BBT, 및 DPP-DPTA의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the acceptor material contains coranulene or a coranulene derivative and the donor material is a boron-dipyrromethene (BODIPY) compound, phthalocyanine, naphthalocyanine, nickel dithiolate (NDT) compound, dicyano-indandione ( DiCN), benzothiadiazole (BT), benzo- bis -thiadiazole (BBT), diketopyrrolopyrrole diphenylthiethylamine (DPP-DPTA), or a combination thereof. Examples of useful BODIPY compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful phthalocyanines and naphthalocyanines include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NDT compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful DiCN, BT, BBT, and DPP-DPTA include, but are not limited to, those described herein.

도 44는 코라눌렌, 예를 들면 화학식 XIIa 및 화학식 XIIb에 따른 코라눌렌을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 예를 들면, 아세타프텐퀴논(제품 번호: 82-86-0)는 1,3-비스(2-크롤로페닐)프로판-2-온에 이어서 노르보르나디엔과 반응시켜 7,10-비스(2-클로로페닐)플루오란텐을 형성시킨 다음, 이를 팔라듐 촉매를 사용하여 상응하는 코라눌렌으로 전환시킬 수 있다. 대안적으로, 다양한 N-치환된 말레이미드를 팔라듐-촉매된 코라눌렌 형성 단계 전에 노르보르나디엔 대신 사용할 수 있다. 다른 방법을 또한 예를 들면, ACS Omega, 2017 , 2, 8, 4964-4971에 기술된 바와 같이 코라눌렌 제조에 사용할 수 있다. 표 16은 약칭 식별자와 함께 코라눌렌의 비-제한적 예를 제공한다.44 provides examples of synthetic schemes for preparing coranulene, for example coranulene according to Formulas XIIa and XIIb. For example, acetaphthenequinone (product number: 82-86-0) is reacted with 1,3-bis(2-chlorophenyl)propan-2-one followed by norbornadiene to 7,10-bis (2-chlorophenyl)fluoranthene can be formed and then converted to the corresponding coranulene using a palladium catalyst. Alternatively, various N-substituted maleimides may be used in place of norbornadiene prior to the palladium-catalyzed coranulene formation step. Other methods can also be used, for example, ACS Omega , 2017 , 2, 8, 4964-4971, which may be used in the preparation of coranulene. Table 16 provides non-limiting examples of coranulene with abbreviated identifiers.

Figure pat00514
Figure pat00514

광활성 재료, 완충 재료, 및/또는 광학 층으로서 유용한 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 투명한 테트라시아노 퀴노이달 티오펜, 테트라시아노 인다센, 카바졸 티아포르피린, 또는 디티오펜 스쿠아린 유기 분자를 포함한다. 일부 예에서, 광활성 화합물은 최대 가시광선 흡수 강도보다 보다 큰 최대 자외선 흡수 강도 또는 최대 근적외선 흡수 강도를 나타내며 화학식

Figure pat00515
,
Figure pat00516
,
Figure pat00517
,
Figure pat00518
, 또는
Figure pat00519
를 갖는다. 구현예에서, 각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이다. 구현예에서, 각각의 n은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7이다. 구현예에서, 각각의 X는 독립적으로 O, N-R, S, 또는 Se이다. 구현예에서, 각각의 A는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이다. 임의로, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성한다.Visibly transparent photoactive compounds useful as photoactive materials, buffer materials, and/or optical layers include transparent tetracyano quinoidal thiophene, tetracyano indacene, carbazole thiaporphyrin, or dithiophene squarin organic molecules. In some instances, the photoactive compound exhibits a maximum ultraviolet absorption intensity or a maximum near infrared absorption intensity greater than the maximum visible light absorption intensity and has the formula
Figure pat00515
,
Figure pat00516
,
Figure pat00517
,
Figure pat00518
, or
Figure pat00519
has In embodiments, each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted a heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. In embodiments, each n is 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7. In embodiments, each X is independently O, NR, S, or Se. In embodiments, each A is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents. Optionally, two or more R groups form a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused ring group.

도 45는 가시적으로 투명한 광활성 화합물, 예를 들면, 본원에서 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물로서 지칭될 수 있는, 화학식

Figure pat00520
를 갖는 것들을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 반응물이
Figure pat00521
의 형태를 취할 수 있도록, 예를 들면, 티오펜의 3-위치에서 메틸 그룹의 메틸 그룹, 예를 들면, R 그룹 외의 다른 구조로의 치환을 가능하게 함으로써, 반응물
Figure pat00522
에 대해 많은 상이한 치환이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 반응물
Figure pat00523
은 예를 들면, 티오펜 환 상의 3- 또는 4-위치에서 하나 이상의 R 그룹으로 작용화됨으로써, 반응물이
Figure pat00524
의 형태를 취할 수 있도록 한다. 예를 들면, 치환된 또는 비치환된 알킬 그룹 또는 치환된 또는 비치환된 방향족 그룹을 다른 것들 외에도 R 그룹에 대해 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 다양한 상이한 치환된 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물을 도 45에서의 반응식을 따라서 생성시킬 수 있다. 표 17은 약칭 식별자(ID)와 함께 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물의 예를 제공한다.Figure 45 is a photoactive compound that is visually clear, for example, the formula, which may be referred to herein as a tetracyano quinoidal thiophene compound;
Figure pat00520
Examples of synthetic schemes for preparing those having reactant
Figure pat00521
For example, by allowing the substitution of a methyl group at the 3-position of the thiophene with a structure other than a methyl group, for example the R group, the reactant may take the form of
Figure pat00522
It will be appreciated that many different substitutions can be made for . Additionally or alternatively, the reactants
Figure pat00523
is functionalized with one or more R groups, for example in the 3- or 4-position on the thiophene ring, so that the reactants are
Figure pat00524
to take the form of For example, a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aromatic group may be used for the R group in addition to others. In this way, a variety of different substituted tetracyano quinoidal thiophene compounds can be generated according to the scheme in FIG. 45 . Table 17 provides examples of tetracyano quinoidal thiophene compounds with an abbreviated identifier (ID).

Figure pat00525
Figure pat00525

도 46은 표 17에서의 화합물 O-1에 대한 예시적인 정규화된 흡수 스펙트럼을 제공하며, 이는 화합물이 자외선 및 가시 대역에서 제한된 흡수와 함께 근적외선내에서 강력한 흡수를 보인다는 것을 나타낸다.46 provides an exemplary normalized absorption spectrum for compound O-1 in Table 17, indicating that the compound exhibits strong absorption in the near infrared with limited absorption in the ultraviolet and visible bands.

도 47은 가시적으로 투명한 광활성 화합물, 예를 들면, 본원에서 테트라시아노 인다센 화합물로 지칭되는, 화학식

Figure pat00526
또는
Figure pat00527
를 갖는 것들을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 반응물이
Figure pat00528
의 형태를 취할 수 있도록, 예를 들면, 티오펜의 3- 또는 4-위치에서 메틸 그룹의 메틸 그룹이외의 다른 구조, 예를 들면, R 그룹으로의 치환을 가능하게 함으로써, 많은 상이한 치환이 반응물
Figure pat00529
에 대해 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 반응물이
Figure pat00530
의 형태를 취할 수 있도록, 반응물
Figure pat00531
은 하나 이상의 R 그룹으로, 예를 들면, 페닐 환의 3- 또는 4-위치에서 작용화될 수 있다. 예를 들면, 치환된 또는 비치환된 알킬 그룹 또는 치환된 또는 비치환된 방향족 그룹을 다른 것들 외에도 R 그룹에 대해 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 다양한 상이한 치환된 테트라시아노 인다센 화합물을 도 47에서의 반응식에 따라 생성시킬 수 있다. 표 18은 약칭 식별자(ID)와 함께 테트라시아노 인다센 화합물의 예를 제공한다.Figure 47 is a visually clear photoactive compound, for example, referred to herein as a tetracyano indacene compound, the formula
Figure pat00526
or
Figure pat00527
Examples of synthetic schemes for preparing those having reactant
Figure pat00528
Many different substitutions can be made in the reactants, for example by allowing the substitution of a methyl group at the 3- or 4-position of the thiophene with a structure other than the methyl group, for example the R group.
Figure pat00529
It can be seen that this can be done for Additionally or alternatively, the reactants
Figure pat00530
so that the reactant can take the form of
Figure pat00531
can be functionalized with one or more R groups, for example at the 3- or 4-position of the phenyl ring. For example, a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aromatic group may be used for the R group in addition to others. In this way, a variety of different substituted tetracyano indacene compounds can be generated according to the scheme in FIG. 47 . Table 18 provides examples of tetracyano indacene compounds with an abbreviated identifier (ID).

Figure pat00532
Figure pat00532

도 48은 가시적으로 투명한 광활성 화합물, 예를 들면, 본원에서 카바졸 티아포르피린 화합물로서 지칭되는, 화학식

Figure pat00533
을 갖는 것들을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 반응물이
Figure pat00534
의 형태를 취할 수 있도록, 예를 들면, 페닐 환 상의 3급 부틸의 3급 부틸 그룹 이외의 다른 구조, 예를 들면, R 그룹으로의 치환을 가능하게 함으로써, 많은 상이한 치환이 반응물
Figure pat00535
에 대해 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 치환된 또는 비치환된 알킬 그룹 또는 치환된 또는 비치환된 방향족 그룹을 다른 것들 외에도 R 그룹에 대해 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 다양한 상이한 치환된 카바졸 티아포르피린 화합물을 도 48에서의 반응식에 따라 생성할 수 있다. 표 19는 약칭 식별자(ID)와 함께 카바졸 티아포르피린 화합물의 예를 제공한다.Figure 48 is a visually clear photoactive compound, for example, referred to herein as a carbazole thiaporphyrin compound, the formula
Figure pat00533
Examples of synthetic schemes for preparing those having reactant
Figure pat00534
Many different substitutions can take the form of, for example, the substitution of a tertiary butyl on the phenyl ring with a structure other than a tertiary butyl group, for example an R group, so that many different substitutions can be made in the reactants.
Figure pat00535
It can be seen that this can be done for For example, a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aromatic group may be used for the R group in addition to others. In this way, a variety of different substituted carbazole thiaporphyrin compounds can be generated according to the scheme in FIG. 48 . Table 19 provides examples of carbazole thiaporphyrin compounds with an abbreviated identifier (ID).

Figure pat00536
Figure pat00536

도 49는 표 19에서의 화합물 L-1에 대한 예시적인 정규화된 흡수 스펙트럼을 제공하며, 이는 화합물이 가시 대역에서 제한된 흡광도와 함께 근적외선 및 자외선 대역에서 강력한 흡수를 보임을 나타낸다.49 provides an exemplary normalized absorption spectrum for compound L-1 in Table 19, indicating that the compound shows strong absorption in the near infrared and ultraviolet bands with limited absorbance in the visible band.

도 50은 가시적으로 투명한 광활성 화합물, 예를 들면, 본원에서 디티오펜 스쿠아린 화합물로 지칭될 수 있는, 화학식

Figure pat00537
를 갖는 것들을 제조하기 위한 합성 반응식의 예를 제공한다. 반응물이
Figure pat00538
의 형태를 취할 수 있도록, 예를 들면, 티오펜 환에서 R 그룹으로의 치환을 가능하게 함으로써, 많은 상이한 치환이 반응물
Figure pat00539
에 대해 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 추가로 또는 대안적으로, 반응물
Figure pat00540
을 하나 이상의 R 그룹으로 작용화함으로써, 반응물이
Figure pat00541
의 형태를 취하도록 할 수 있다. 예를 들면, 치환된 또는 비치환된 알킬 그룹 또는 치환된 또는 비치환된 방향족 그룹을 다른 것들 외에도 R 그룹에 대해 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 다양한 상이한 치환된 디티오펜 스쿠아린 화합물을 도 50에서의 반응식에 따라 생성시킬 수 있다. 표 20은 약칭 식별자(ID)와 함께 디티오펜 스쿠아린 화합물의 예를 제공한다.50 is a chemically clear photoactive compound, which may be referred to herein as a dithiophene squarine compound, for example;
Figure pat00537
Examples of synthetic schemes for preparing those having reactant
Figure pat00538
Many different substitutions can take the form of, for example, a thiophene ring to an R group, so that many different substitutions can take the form of
Figure pat00539
It can be seen that this can be done for Additionally or alternatively, the reactants
Figure pat00540
By functionalizing with one or more R groups, the reactants are
Figure pat00541
can take the form of For example, a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aromatic group may be used for the R group in addition to others. In this way, a variety of different substituted dithiophene squarine compounds can be generated according to the scheme in FIG. 50 . Table 20 provides examples of dithiophene squarin compounds with abbreviated identifiers (IDs).

Figure pat00542
Figure pat00542

도 50에 나타낸 바와 같이, 디티오펜 스쿠아린은 전자 공여체/전자 수용체/전자 공여체 구조를 갖는 것으로 고려될 수 있다.As shown in Figure 50, dithiophene squarin can be considered to have an electron donor/electron acceptor/electron donor structure.

일부 구현예에서, 공여체 재료 또는 수용체 재료는 본원에 기술된 바와 같은 하나 이상의 테트라시아노 퀴노이달 티오펜, 테트라시아노 인다센, 카바졸 티아포르피린, 또는 디티오펜 스쿠아린 화합물을 포함하며, 대응부 재료는 니켈 디티올레이트(NDT) 화합물, 디시아노-인단디온(DiCN), 벤조티아디아졸(BT), 벤조-비스-티아디아졸(BBT), 디케토피롤로피롤 디페닐티에틸아민(DPP-DPTA), 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드(NTCDI), 비스이미드 코로넨(CBI), 플루오란텐, 코라눌렌, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, BODIPY 화합물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 NDT 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 DiCN, BT, BBT, 및 DPP-DPTA의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NTCDI, CBI, 플루오란텐, 및 코라눌렌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 BODIPY 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the donor material or acceptor material comprises one or more of a tetracyano quinoidal thiophene, tetracyano indacene, carbazole thiaporphyrin, or dithiophene squarin compound as described herein, wherein the counterpart Materials are nickel dithiolate (NDT) compound, dicyano-indandione (DiCN), benzothiadiazole (BT), benzo- bis -thiadiazole (BBT), diketopyrrolopyrrole diphenylthiethylamine (DPP) -DPTA), naphthalenetetracarboxylic diimide (NTCDI), bisimide coronene (CBI), fluoranthene, coranulene, phthalocyanine, naphthalocyanine, BODIPY compound, or a combination thereof. Examples of useful NDT compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful DiCN, BT, BBT, and DPP-DPTA include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NTCDI, CBI, fluoranthene, and coranulene include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful BODIPY compounds include, but are not limited to, those described herein.

광활성 재료, 완충 재료, 및/또는 광학 층으로서 유용한 가시적으로 투명한 광활성 화합물은 Al-함유 프탈로시아닌, Co-함유 프탈로시아닌, Cu-함유 프탈로시아닌, Fe-함유 프탈로시아닌, Pb-함유 프탈로시아닌, Mg-함유 프탈로시아닌, Mn-함유 프탈로시아닌, Ni-함유 프탈로시아닌, Pd-함유 프탈로시아닌, Pt-함유 프탈로시아닌, Si-함유, Sn-함유 프탈로시아닌, V-함유 프탈로시아닌, Zn-함유 프탈로시아닌, 및 이들의 유도체를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.Visibly transparent photoactive compounds useful as photoactive materials, buffer materials, and/or optical layers include Al-containing phthalocyanines, Co-containing phthalocyanines, Cu-containing phthalocyanines, Fe-containing phthalocyanines, Pb-containing phthalocyanines, Mg-containing phthalocyanines, Mn -containing phthalocyanine, Ni-containing phthalocyanine, Pd-containing phthalocyanine, Pt-containing phthalocyanine, Si-containing, Sn-containing phthalocyanine, V-containing phthalocyanine, Zn-containing phthalocyanine, and derivatives thereof .

재료의 광학적 및 전기적 특성은 중심 금속에 대해 감도일 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 중심 금속은 Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl2, Pb, Pt, Pd, V 등일 수 있다. 그러나, 다른 금속이 금속 프탈로시아닌-계 재료와 함께 유용할 수 있으며, 니켈에 대한 상이한 금속의 치환은 흡수 프로파일 및 또는 공여체/수용체 거동에 대한 변화를 초래할 수 있다. 또한 산소 및 다른 보호 그룹을 중심 금속에 결합시킬 수 있다.It will be appreciated that the optical and electrical properties of the material may be sensitive to the central metal. For example, the central metal may be Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl 2 , Pb, Pt, Pd, V, or the like. However, other metals may be useful with metal phthalocyanine-based materials, and substitution of different metals for nickel may result in changes to the absorption profile and/or donor/acceptor behavior. It can also bond oxygen and other protecting groups to the central metal.

특정의 금속 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌은 "n-형"(고 전자 이동성) 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 공여체에 대해 이러한 분자의 HOMO 수준을 오프셋시킴으로써 엑시톤 해리를 허용하여, 이러한 재료가 분자 광전지 장치에서 수용체로서 보다 잘 작용하도록 하는 것이 유리할 수 있다. 모 n-형 재료의 HOMO 수준이 공여체 재료의 것보다 더 깊지 않은 경우, 전기음성 치환체를 모 분자에 가하여 이의 HOMO 수준을 변화시킴으로써, 원하는 HOMO 수준 오프셋을 생성할 수 있다. 이러한 재료는 풀러런스, 예를 들면, 분자 광전지 장치에 일반적으로 사용된 수용체 재료인, C60과 대체될 수 있다.Certain metal phthalocyanines and naphthalocyanines have been found to exhibit “n-type” (high electron mobility) properties. It may be advantageous to offset the HOMO level of these molecules with respect to the donor, thereby allowing exciton dissociation, allowing these materials to function better as acceptors in molecular photovoltaic devices. If the HOMO level of the parent n-type material is not deeper than that of the donor material, an electronegative substituent can be added to the parent molecule to change its HOMO level, thereby creating the desired HOMO level offset. This material can be replaced with a fullerance, for example C 60 , which is an acceptor material commonly used in molecular photovoltaic devices.

층에 적합한 재료는 다음 화학식 XIII의 하나 이상의 프탈로시아닌을 포함할 수 있다:Suitable materials for the layer may comprise one or more phthalocyanines of formula (XIII):

Figure pat00543
(XIII)
Figure pat00543
(XIII)

여기서, M은 Sn, SnCl2, SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl2, Si(OH)2, PbCl2, VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, 및 TiCl2로 이루어진 그룹으로부터 선택되고 각각의 R1 내지 R16는 H, F, Cl, 및 전자 구인 그룹(예컨대, 전기음성 유기 리간드 또는 다른 전기음성 치환체)으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 전자 구인 그룹의 예는 설포닐 그룹(예컨대, 토실, 트리플릴, 메실 등), 할로알킬 그룹(예컨대, 트리플루오로메틸, 트리클로로메틸 등), 시아노, 설포네이트, 니트로, 및 카복실레이트를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.where M is Sn, SnCl 2 , SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl 2 , Si(OH) 2 , PbCl 2 , VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, and TiCl 2 and each R 1 to R 16 is independently selected from the group consisting of H, F, Cl, and an electron withdrawing group (eg, an electronegative organic ligand or other electronegative substituent). Examples of electron withdrawing groups include sulfonyl groups (eg, tosyl, triflyl, mesyl, etc.), haloalkyl groups (eg trifluoromethyl, trichloromethyl, etc.), cyano, sulfonates, nitro, and carboxylates. including, but not limited to.

층에 적합한 재료는 다음 화학식 XIV의 하나 이상의 나프탈로시아닌을 포함할 수 있다:Suitable materials for the layer may comprise one or more naphthalocyanines of formula (XIV):

Figure pat00544
(XIV),
Figure pat00544
(XIV),

여기서, M은 Sn, SnCl2, SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl2, Si(OH)2, PbCl2, VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, 및 TiCl2로 이루어진 그룹으로부터 선택되고 R1 내지 R24중 각각은 H, F, Cl, 및 전자 구인 그룹으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.where M is Sn, SnCl 2 , SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl 2 , Si(OH) 2 , PbCl 2 , VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, and TiCl 2 , and each of R 1 to R 24 is independently selected from the group consisting of H, F, Cl, and an electron withdrawing group.

화학식 XIII 및 화학식 XIV의 화합물은 본원의 활성층내 재료로서 포함될 수 있고 태양광 스펙트럼의 UV/NIR 부분에서 흡수 피크를 갖는 금속 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 비-제한적인 예이다. 이러한 재료의 에너지 수준은 추가의 치환체(예컨대, 전기음성 치환체)를 가함으로써 개질시킬 수 있다.The compounds of formulas (XIII) and (XIV) are non-limiting examples of metal phthalocyanines and naphthalocyanines that can be included as materials in the active layer herein and have absorption peaks in the UV/NIR portion of the solar spectrum. The energy level of these materials can be modified by adding additional substituents (eg, electronegative substituents).

화학식 XIII 또는 화학식 XIV내 화합물의 구체적인 예는 하기에 화학식 XV, XVI, 및 XVII로서 제공된다:Specific examples of compounds within Formula XIII or Formula XIV are provided below as Formulas XV, XVI, and XVII:

Figure pat00545
(XV, SnPc)
Figure pat00545
(XV, SnPc)

Figure pat00546
(XVI; SnNcCl2)
Figure pat00546
(XVI; SnNcCl 2 )

Figure pat00547
(XVII; SnPcCl2)
Figure pat00547
(XVII; SnPcCl 2 )

SnPc 및 SnNcCl2는 OPV 내에서 공여체 재료로서 사용된 반면 SnPcCl2는 고 전자 이동성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 모든 3개의 재료는 태양광 스펙트럼의 UV/NIR 부분을 흡수한다. 도 51을 참고한다.SnPc and SnNcCl 2 were used as donor materials in OPV whereas SnPcCl 2 was found to have high electron mobility. All three materials absorb the UV/NIR portion of the solar spectrum. See FIG. 51 .

이러한 새로운 재료는 전기적으로 역전된(상부로부터 하부로: 상부 전극, 완충 층(MoO3), 공여체, 수용체, 완충 층(ZnO), 하부 전극) 또는 통상적인(상부로부터 하부로: 상부 전극, 완충 층(BCP), 수용체, 공여체, 완충 층(MoO3), 하부 전극) 장치 구조로 사용될 수 있다. 역전된 장치 구조에서, 전자(정공)는 하부(상부) 전극에서 수집된다. 대조적으로, 전자(정공)은 통상의 장치 구조에서 상부(하부) 전극에서 수집된다. 언급된 완충 층은 비-제한적인 예이다. 당업자가 주지하고 있는 바와 같이, 당해 분야에 공지되고 나열된 것들 이외의 완충 층이 대안적인 구현예에 포함될 수 있다.These new materials can be electrically inverted (top to bottom: top electrode, buffer layer (MoO 3 ), donor, acceptor, buffer layer (ZnO), bottom electrode) or conventional (top to bottom: top electrode, buffer). layer (BCP), acceptor, donor, buffer layer (MoO 3 ), bottom electrode) device structure. In the inverted device structure, electrons (holes) are collected at the lower (upper) electrode. In contrast, electrons (holes) are collected at the top (bottom) electrode in conventional device structures. The mentioned buffer layer is a non-limiting example. As those skilled in the art will appreciate, buffer layers other than those listed and known in the art may be included in alternative embodiments.

실험은 역전된 장치 구조내에서 이러한 새로운 재료 중 일부를 사용하여 수행하였다. ZnO 및 MoO3을 각각 하부 및 상부 완충 층으로서 사용하였다. ITO 및 은을 각각 하부 및 상부 전극으로서 사용하였다. SnNcCl2의 흡수 스펙트럼은 ClAlPc와 비교하여 적색-편이되며 투명한 PV를 제조하는데 적합하다. SnNcCl2/C60 셀(~0.2 V)로부터 추출된 VOC는 이의 ClAlPc 대응부(~0.8V)보다 더 낮다. 따라서, 이의 흡수 스펙트럼을 유지하면서 보다 큰 VOC를 가능하게 하기 위해, 본원의 활성층에서 재료로서 사용된 SnNcCl2 분자는 개질될 수 있다. 이는 SnNcCl2에 전기음성 치환체를 가함으로써 달성할 수 있다. 도 52 내지 54를 참고한다.Experiments were performed using some of these new materials within an inverted device structure. ZnO and MoO 3 were used as the bottom and top buffer layers, respectively. ITO and silver were used as the lower and upper electrodes, respectively. The absorption spectrum of SnNcCl2 is red-shifted compared to ClAlPc and is suitable for preparing transparent PVs. The VOC extracted from the SnNcCl 2 /C60 cell (~0.2 V) is lower than its ClAlPc counterpart (~0.8 V). Therefore, in order to enable a larger VOC while maintaining its absorption spectrum, the SnNcCl 2 molecule used as a material in the active layer herein can be modified. This can be achieved by adding an electronegative substituent to SnNcCl 2 . See Figures 52-54.

금속 프탈로시아닌(MPc)은 OPV내에서 공여체 재료로서 일반적으로 사용된다. 그러나, MPc는 고 전자 이동성 및 OPV내에서 수용체 재료로서 작용할 가능성을 가질 수 있다. 이러한 재료의 하나의 예는 SnPcCl2이다. C60과는 달리, SnPcCl2는 스펙트럼의 NIR 부분 만을 흡수한다. 도 55를 참고한다. 따라서, SnPcCl2는 본원의 활성 층을 위해, 그리고 투명한 PV를 제조하기 위해 적절한 수용체 재료이다. SnPcCl2의 에너지 수준은 전기음성 치환체를 가하여 이의 수용체 특성을 조절함으로써 조정될 수 있다.Metal phthalocyanine (MPc) is commonly used as a donor material in OPV. However, MPc may have high electron mobility and potential to act as acceptor material in OPV. One example of such a material is SnPcCl 2 . Unlike C 60 , SnPcCl 2 absorbs only the NIR portion of the spectrum. See FIG. 55 . Therefore, SnPcCl 2 is a suitable acceptor material for the active layer herein and for making transparent PVs. The energy level of SnPcCl 2 can be tuned by adding electronegative substituents to modulate its acceptor properties.

공여체 및 수용체 재료로서 SnNcCl2 SnPcCl2을 각각 사용하는 투명한 PV를 설치하였다. 이러한 장치에 대한 성능은 도 56 및 57에 나타나 있다. SnNcCl 2 and as donor and acceptor materials Transparent PVs using SnPcCl 2 respectively were installed. Performance for these devices is shown in Figures 56 and 57.

공여체 재료 및 n-형 재료, 및 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌의 n-형 특성은 H. Peisert, M. Knupfer, T. Schwieger, G. G. Fuentes, D. Olligs, J. Fink, and Th. Schmidt, J. Appl. Phys. 2003, 93, 9683-9692; H. Brinkmann, C. Kelting, S. Makarov, O. Tsaryova, G. Schnurpfeil, D. Wohrle, and D. Schlettwein, Phys. stat. sol. (a) 2008, 205, 409-420; P. Sullivan, A. Duraud, l. Hancox, N. Beaumont, G. Mirri, J. H. R. Tucker, R. A. Hatton, M. Shipman, and T. S. Jones, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 352-355; B. Verreet, B. P. Rand, D. Cheyns, A. Hadipour, T. Aernouts, P. Heremans, A. Medina, C. G. Claessens, and T. Torres, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 565-568; H. Gommans, T. Aernouts, B. Verreet, P. Heremans, A. Medina, C. G. Claessens, and T. Torres, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 3435-3439; and D. Song, H. Wang, F. Zhu, J. Yang, H. Tian, Y. Geng, and D. Yan, Adv. Mater. 2008, 20, 2142-2144, B. Lim, G. Y. Margulis, J.-H. Yum, E. L. Unger, B. E. Hardin, M. Gratzel, M. D. McGeheer, and A. Sellinger, Org. Lett. 2013, 15, 784-787; A. N. Cammidge, V. H. M. Goddard, G. Will, D. P. Arnold, and M. J. Cook, Tetrahedron Lett. 2009, 50, 3013-3016; P. Margaron, R. Langlois, and J. E. van Liert, J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 1992, 14, 187-199; M. Hanack and M. Lang, Adv. Mater. 1994, 6, 819-833; 및 N. B. McKeown, J. Mater. Chem. 2000, 10, 1979-1995에서 찾을 수 있으며, 이들 모두는 전문이 개시된 것 처럼 본원에 참고로 포함된다.Donor materials and n-type materials, and the n-type properties of phthalocyanines and naphthalocyanines are described in H. Peisert, M. Knupfer, T. Schwieger, GG Fuentes, D. Olligs, J. Fink, and Th. Schmidt, J. Appl. Phys. 2003 , 93, 9683-9692; H. Brinkmann, C. Kelting, S. Makarov, O. Tsaryova, G. Schnurpfeil, D. Wohrle, and D. Schlettwein, Phys. stat. sol. (a) 2008 , 205, 409-420; P. Sullivan, A. Duraud, l. Hancox, N. Beaumont, G. Mirri, JHR Tucker, RA Hatton, M. Shipman, and TS Jones, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 352-355; B. Verreet, BP Rand, D. Cheyns, A. Hadipour, T. Aernouts, P. Heremans, A. Medina, CG Claessens, and T. Torres, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 565-568; H. Gommans, T. Aernouts, B. Verreet, P. Heremans, A. Medina, CG Claessens, and T. Torres, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 3435-3439; and D. Song, H. Wang, F. Zhu, J. Yang, H. Tian, Y. Geng, and D. Yan, Adv. Mater. 2008 , 20, 2142-2144, B. Lim, GY Margulis, J.-H. Yum, EL Unger, BE Hardin, M. Gratzel, MD McGeheer, and A. Sellinger, Org. Lett. 2013, 15, 784-787; AN Cammidge, VHM Goddard, G. Will, DP Arnold, and MJ Cook, Tetrahedron Lett. 2009, 50, 3013-3016; P. Margaron, R. Langlois, and JE van Liert, J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 1992, 14, 187-199; M. Hanack and M. Lang, Adv. Mater. 1994, 6, 819-833; and NB McKeown, J. Mater. Chem. 2000, 10, 1979-1995, all of which are incorporated herein by reference as if set forth in their entirety.

본원의 층에 적합한 물질은 공액된 치환체의 첨가로 개질시킨 UV/NIR를 흡수하는 유기 반도체 재료를 포함할 수 있다. 이러한 새로운 재료는 공액된 치환체를 유기 반도체로서 일반적으로 사용되는, 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌과 같은, 공여체 또는 수용체 재료에 첨가함으로써 합성될 수 있다. 공액의 첨가는 원래의 분자의 흡수 스펙트럼의 적색-편이를 발생시킨다. 첨가는 가시광선 영역내에서 일부 흡수와 함께 UV/NIR을 주로 흡수하는 재료의 흡수 스펙트럼을 조정하여 이를 가시광선 영역내에서 완전히 투명하게 할 수 있다. 적합한 물질의 추가의 예는 다음 화학식 XVIII 및 XIX의 것들을 포함한다:Suitable materials for the layers herein may include UV/NIR absorbing organic semiconductor materials modified by the addition of conjugated substituents. These new materials can be synthesized by adding conjugated substituents to donor or acceptor materials, such as phthalocyanines and naphthalocyanines, commonly used as organic semiconductors. Addition of the conjugate results in a red-shift of the absorption spectrum of the original molecule. Addition can adjust the absorption spectrum of a material that mainly absorbs UV/NIR with some absorption in the visible region, making it completely transparent in the visible region. Further examples of suitable materials include those of Formulas XVIII and XIX:

Figure pat00548
(XVIII) 또는
Figure pat00548
(XVIII) or

Figure pat00549
(XIX),
Figure pat00549
(XIX),

여기서, M은 Sn, SnCl2, SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl2, Si(OH)2, PbCl2, VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, 및 TiCl2로 이루어진 그룹으로부터 선택되고; R1은 페닐이며; 첨자 m은 1 내지 5이고; 첨자 n은 1 내지 5이며; 첨자 o는 1 내지 5이고; 첨자 p는 1 내지 5이다. 일부 구현예에서, R2, R3, 및 R4는 또한 페닐이다. 또한, 화학식 XVIII의 화합물과 화학식 XIX의 화합물의 조합이 가능하다. 본원의 화합물의 임의의 2개 이상의 조합이 가능하다. 화학식 XVIII 및 화학식 XIX내의 화합물의 구체적인 예는 하기 화학식 XX, XXI, XXII, XXIII, XXIV, 및 XXV에 나타낸다:where M is Sn, SnCl 2 , SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl 2 , Si(OH) 2 , PbCl 2 , VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, and is selected from the group consisting of TiCl 2 ; R 1 is phenyl; subscript m is 1 to 5; subscript n is 1 to 5; the subscript o is 1 to 5; The subscript p is 1 to 5. In some embodiments, R 2 , R 3 , and R 4 are also phenyl. Combinations of compounds of formula XVIII with compounds of formula XIX are also possible. Combinations of any two or more of the compounds herein are possible. Specific examples of compounds within Formulas XVIII and XIX are shown in Formulas XX, XXI, XXII, XXIII, XXIV, and XXV below:

Figure pat00550
(XX; ClAlPc);
Figure pat00550
(XX; ClAlPc);

Figure pat00551
(XXI);
Figure pat00551
(XXI);

Figure pat00552
(XXII);
Figure pat00552
(XXII);

Figure pat00553
(XXIII);
Figure pat00553
(XXIII);

Figure pat00554
(XXIV); 및
Figure pat00554
(XXIV); and

Figure pat00555
(XXV).
Figure pat00555
(XXV).

프탈로시아닌은 임의로, 화학식 XXXII에 따른 구조를 갖는다:The phthalocyanine optionally has a structure according to Formula XXXII:

Figure pat00556
(XXXII), 여기서
Figure pat00556
(XXXII), where

M은 금속이고,M is a metal,

A1, A2, A3, 및 A4는 각각의 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 환 그룹이며, 여기서 A1은 A2, A3, 또는 A4 중 적어도 하나로부터의 상이한 수의 융합된 환을 포함한다. 이러한 방식으로, 프탈로시아닌은 비-대칭 구조를 나타낼 수 있다. 화학식 XXXII의 비대칭 프탈로시아닌의 예는 화학식 XXI, XXII, XXIII, XXIV, 및 XXV의 것들을 포함한다.A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 are each substituted or unsubstituted fused aromatic ring group, wherein A 1 is from at least one of A 2 , A 3 , or A 4 . different numbers of fused rings. In this way, phthalocyanines can exhibit an asymmetric structure. Examples of asymmetric phthalocyanines of Formula XXXII include those of Formulas XXI, XXII, XXIII, XXIV, and XXV.

프탈로시아닌 합성의 예는 다음과 같다.Examples of phthalocyanine synthesis are as follows.

화학적 합성: 프탈로니트릴, 4,5-디클로로프탈로니트릴, 4-플루로오프탈로니트릴 및 테트라플루오로프탈로니트릴을 정제를 위해 승화시켰다. 최고로 이용가능한 순도로 구입한 아세트산 아연(II), 불화칼륨, 18크라운-6 및 1,8-디아자비사이클로[5.4.0]운데크-7-엔(DBU)을 추가의 정제없이 사용하였다. 제조를 위해 사용된 용매(시약 등급)를 건조시키고, 증류시키며 무수 조건 하에 저장하였다. 모든 합성은 고 순도 및 무수 질소 하에서 수행하였다.Chemical Synthesis: Phthalonitrile, 4,5-dichlorophthalonitrile, 4-fluorophthalonitrile and tetrafluorophthalonitrile were sublimed for purification. Zinc(II) acetate, potassium fluoride, 18crown-6 and 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU), purchased at the highest available purity, were used without further purification. The solvent used for preparation (reagent grade) was dried, distilled and stored under anhydrous conditions. All syntheses were performed under high purity and dry nitrogen.

프탈로시아니네이토 아연(II)(PcZn) DBU(0.76 g, 5 mmol)를 무수 n-펜탄올(20 mL) 중 승화된 프탈로니트릴(0.64 g, 5 mmol) 및 무수 아세트산아연(II)(0.23 g, 1.25 mmol)의 혼합물에 첨가하였다. 혼합물을 36시간 동안 환류 하에 가열시켰다. 메탄올(50 mL)을 첨가하였다. 단리된 생성물을 물 및 메탄올로 세척한 다음, 속슬레 장치(Soxhlet apparatus)에서 메탄올로 밤새 처리하였다. 수율 0.54 g(75%). 이후에, 건조된 PcZn을 10-7-10-6 mbar 및 370℃에서 구역 승화에 의해 정제하였다.Phthalocyaninato zinc(II)(PcZn) DBU (0.76 g, 5 mmol) was mixed with sublimated phthalonitrile (0.64 g, 5 mmol) and anhydrous zinc(II) acetate in anhydrous n-pentanol (20 mL). (0.23 g, 1.25 mmol). The mixture was heated at reflux for 36 h. Methanol (50 mL) was added. The isolated product was washed with water and methanol and then treated with methanol overnight in a Soxhlet apparatus. Yield 0.54 g (75%). Thereafter, the dried PcZn was purified by zone sublimation at 10-7-10-6 mbar and 370°C.

사용된 염기의 비-제한적 예는 하기 화학식 XXVI(DBU), XXVII(TBD), XXVIII(DBN), 및 XXIX(BEMP)로 나타낸다:Non-limiting examples of bases used are represented by formulas XXVI (DBU), XXVII (TBD), XXVIII (DBN), and XXIX (BEMP):

Figure pat00557
Figure pat00557

Pc의 합성은 반응식 I에 요약된 바와 같이 수행할 수 있다:The synthesis of Pc can be performed as summarized in Scheme I:

반응식 IScheme I

Figure pat00558
Figure pat00558

Nc의 합성은 반응식 II에 요약된 바와 같이 수행할 수 있다:The synthesis of Nc can be performed as summarized in Scheme II:

반응식 IIScheme II

Figure pat00559
Figure pat00559

도 58 및 도 59에 나타낸 바와 같이, 금속 공급원, 예를 들면, 염화바나듐(III) 또는 염화아연과 1,2-디시아노벤젠의 포함은 금속 치환된 프탈로시아닌을 제공한다. 또한 시아노벤젠 출발 재료는 추가로 (예컨대, 티오페닐 그룹 또는 다른 치환체로) 치환될 수 있다. 표 21은 이러한 방법을 통해 제조될 수 있는 프탈로시아닌 화합물의 추가의 비-제한적인 예를 제공한다.58 and 59, the inclusion of 1,2-dicyanobenzene with a metal source such as vanadium(III) chloride or zinc chloride provides a metal substituted phthalocyanine. The cyanobenzene starting material may also be further substituted (eg, with a thiophenyl group or other substituent). Table 21 provides additional non-limiting examples of phthalocyanine compounds that can be prepared via this method.

Figure pat00560
Figure pat00560

Figure pat00561
Figure pat00561

Figure pat00562
Figure pat00562

따라서, 일부 구현예에서 프탈로시아닌은 다음 화학식 XXXII에 따른 화합물 또는 이의 유도체이다:Accordingly, in some embodiments the phthalocyanine is a compound according to Formula XXXII or a derivative thereof:

Figure pat00563
(XXXII)
Figure pat00563
(XXXII)

임의로, 각각의 X 및 각각의 Y는 화학식 XXXII의 화합물에서 H, F, Cl, Br, 알콕시, 알킬, 및 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, Z는 화학식 XXXII의 화합물에서 Cl, =O, 및 -OH로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 임의로 M은 화학식 XX의 화합물에서 금속(예컨대, Cu, Fe, Co, Mn, Al, 또는 Sn)이다.Optionally, each X and each Y is independently selected from the group consisting of H, F, Cl, Br, alkoxy, alkyl, and aryl in the compound of Formula XXXII. Optionally, Z is selected from the group consisting of Cl, =O, and -OH in the compound of formula XXXII. Optionally M is a metal (eg , Cu, Fe, Co, Mn, Al, or Sn) in the compound of formula (XX).

일부 구현예에서 프탈로시아닌은 다음 화학식 XXXIII, 화학식 XXXIV, 화학식 XXXV 또는 화학식 XXXVI에 따른 화합물 또는 이들의 유도체이다:In some embodiments, the phthalocyanine is a compound according to Formula XXXIII, Formula XXXIV, Formula XXXV, or Formula XXXVI, or a derivative thereof:

Figure pat00564
(XXXIII)
Figure pat00564
(XXXIII)

Figure pat00565
(XXXIV)
Figure pat00565
(XXXIV)

Figure pat00566
(XXXV)
Figure pat00566
(XXXV)

Figure pat00567
(XXXVI)
Figure pat00567
(XXXVI)

임의로, 각각의 R1 내지 R8은 화학식 XXXIII, 화학식 XXXIV, 화학식 XXXV, 및 화학식 XXXVI의 화합물에서 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, 각각의 X는 화학식 XXXIII, 화학식 XXXIV, 화학식 XXXV, 및 화학식 XXXVI의 화합물에서 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택된다. 임의로, M은 화학식 XXXIII, 화학식 XXXIV, 화학식 XXXV, 및 화학식 XXXVI의 화합물에서 금속(예컨대, Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl2, Pb, Pt, 또는 Pd)이다.Optionally, each R 1 to R 8 is a group consisting of alkyl, cycloalkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl in the compounds of Formula XXXIII, Formula XXXIV, Formula XXXV, and Formula XXXVI independently selected from Optionally, each X is independently selected from the group consisting of O, S, Se, and Te in the compounds of Formula XXXIII, Formula XXXIV, Formula XXXV, and Formula XXXVI. Optionally, M is a metal (eg, Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl 2 , Pb, Pt, or Pd) in the compounds of Formula XXXIII, Formula XXXIV, Formula XXXV, and Formula XXXVI.

도 60a 및 60b 및 도 61은 프탈로시아닌 J-14, J-1, J-2, 및 J-3에 대한 예시적인 정규화된 흡수 스펙트럼을 제공한다. 스펙트럼은 화합물이 UV 및 근적외선에서 강력한 흡수를 나타냄을 입증한다.60A and 60B and 61 provide exemplary normalized absorption spectra for phthalocyanines J-14, J-1, J-2, and J-3. The spectrum demonstrates that the compound exhibits strong absorption in the UV and near infrared.

일부 구현예에서, 공여체 재료는 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 또는 이들의 조합을 포함하며, 수용체 재료는 붕소-디피로메텐(BODIPY) 화합물, 니켈 디티올레이트(NDT) 화합물, 디시아노-인단디온(DiCN), 벤조티아디아졸(BT), 벤조-비스-티아디아졸(BBT), 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민(DPP-DPTA), 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드(NTCDI), 비스이미드 코로넨(CBI), 플루오란텐, 코라눌렌, 또는 이들의 조합을 포함한다. 유용한 BODIPY 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NDT 화합물의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 DiCN, BT, BBT, 및 DPP-DPTA의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 유용한 NTCDI, CBI, 플루오란텐, 및 코라눌렌의 예는 본원에 기술된 것들을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.In some embodiments, the donor material comprises phthalocyanine, naphthalocyanine, or a combination thereof, and the acceptor material is a boron-dipyrromethene (BODIPY) compound, a nickel dithiolate (NDT) compound, a dicyano-indandione (DiCN) ), benzothiadiazole (BT), benzo- bis -thiadiazole (BBT), diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine (DPP-DPTA), naphthalenetetracarboxylic diimide (NTCDI), bisimide coronene (CBI), fluoranthene, coranulene, or a combination thereof. Examples of useful BODIPY compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NDT compounds include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful DiCN, BT, BBT, and DPP-DPTA include, but are not limited to, those described herein. Examples of useful NTCDI, CBI, fluoranthene, and coranulene include, but are not limited to, those described herein.

일부 구현예에서, 수용체 재료는 DiCN, BT, BBT, DPP-DPTA, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 수용체 재료는 NDT, NTCDI, 플루오란텐, 플러렌, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 수용체 재료는 BODIPY, CBI, 코라눌렌, 또는 이들의 조합을 포함한다.In some embodiments, the acceptor material comprises DiCN, BT, BBT, DPP-DPTA, or a combination thereof. In some embodiments, the acceptor material comprises NDT, NTCDI, fluoranthene, fullerene, or a combination thereof. In some embodiments, the receptor material comprises BODIPY, CBI, coranulene, or a combination thereof.

특정의 예에서, 공여체 재료는 프탈로시아닌 또는 나프탈로시아닌을 함유하며, 수용체 재료는 또한 프탈로시아닌 또는 나프탈로시아닌을 함유한다. 이러한 예에서, 수용체 프탈로시아닌/나프탈로시아닌은 본원에 기술된 바와 같은 전자 구인 그룹 또는 수용체 그룹으로 작용화될 수 있다. 이러한 방식으로 작용화된 프탈로시아닌 및 나프탈로시아닌은 또한 공여체 재료, 예를 들면, BODIPY, NDT, DiCN, BT, BBT, 또는 DPP-DPTA와 쌍을 이루는 경우 수용체 재료로서 사용될 수 있다.In certain instances, the donor material contains phthalocyanine or naphthalocyanine and the acceptor material also contains phthalocyanine or naphthalocyanine. In such instances, the acceptor phthalocyanine/naphthalocyanine may be functionalized with an electron withdrawing group or an acceptor group as described herein. Phthalocyanines and naphthalocyanines functionalized in this way can also be used as acceptor materials when paired with donor materials such as BODIPY, NDT, DiCN, BT, BBT, or DPP-DPTA.

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본 개시내용 전체에서 모든 참고문헌, 예를 들면, 허여되거나 승인된 특허 또는 균등물을 포함하는 특허 서류; 특허 출원 공보; 및 비-특허 문헌 서류 또는 다른 출처의 자료는, 개별적으로 참고로 포함되는 것처럼, 이의 전문이 본원에 참고로 포함된다.Patent documents including all references throughout this disclosure, for example, issued or granted patents or equivalents; Patent Application Gazette; and materials from non-patent literature documents or other sources are hereby incorporated by reference in their entirety, as if individually incorporated by reference.

본 개시내용에 언급된 모든 특허 및 공보는 본 발명이 속한 당해 분야의 기술의 수준을 나타낸다. 본원에 인용된 참고문헌은 일부 경우에 이들의 출원일과 같이, 당해 분야의 상태를 나타내기 위해 이의 전문이 본원에 참고로 포함되며, 이러한 정보는 필요할 경우 선행 기술에 있는 특정 구현예를 배제하기 위해(예를 들면, 부인하기 위해), 본원에 사용될 수 있는 것으로 의도된다. 예를 들면, 화합물이 청구되는 경우, 본원에 개시된 참고문헌(특히 참고된 특허 서류)에 개시된 특정 화합물을 포함하여, 선행 기술에 공지된 화합물이 청구범위에 포함되도록 의도되지 않는 것으로 이해되어야 한다.All patents and publications mentioned in this disclosure are indicative of the state of the art to which this invention pertains. The references cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety to indicate the state of the art, in some cases, such as their filing dates, and such information is provided, where necessary, to exclude specific embodiments in the prior art. (eg, to disclaim), it is intended to be used herein. For example, where compounds are claimed, it is to be understood that compounds known in the prior art are not intended to be encompassed by the claims, including the specific compounds disclosed in the references disclosed herein (particularly the referenced patent documents).

치환체의 그룹이 본원에 개시된 경우, 이러한 그룹 및 치환체를 사용하여 형성시킬 수 있는 모든 소그룹 및 부류의 모든 개개 구성원은 별도로 개시되어 있는 것으로 이해하여야 한다. 마르쿠쉬 그룹(Markush group) 또는 다른 그룹화를 본원에 사용하는 경우, 그룹의 모든 개개 구성원 및 그룹의 가능한 모든 조합 및 소조합은 본 개시내용에 개별적으로 포함되는 것으로 의도된다. 본원에 사용된 바와 같이, "및/또는"은 "및/또는"에 의해 분리된 목록내 항목들 중 하나, 모두, 또는 임의의 조합이 목록에 포함되어 있음을 의미하는데; 예를 들면, "1, 2 및/또는 3"은 "'1' 또는 '2' 또는 '3' 또는 '1 및 2' 또는 '1 및 3' 또는 '2 및 3' 또는 '1, 2 및 3'"과 동일하다.When groups of substituents are disclosed herein, it is to be understood that all individual members of all subgroups and classes that can be formed using such groups and substituents are separately disclosed. When Markush groups or other groupings are used herein, all individual members of groups and all possible combinations and subcombinations of groups are intended to be individually encompassed by this disclosure. As used herein, "and/or" means that the list includes one, all, or any combination of items in the list separated by "and/or"; For example, "1, 2 and/or 3" means "'1' or '2' or '3' or '1 and 2' or '1 and 3' or '2 and 3' or '1, 2 and 3'".

기술되거나 예시된 성분들의 모든 제형 또는 조합이 달리 기술하지 않는 한, 본 발명을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 재료의 구체적인 명칭은, 당해 분야의 기술자가 동일한 재료를 상이하게 명명할 수 있는 것으로 공지되어 있으므로, 예시적인 것으로 의도된다. 구체적으로 예시된 것들 외의 방법, 장치 소자, 출발 재료, 및 합성 방법이 과도한 실험에 의존하지 않고 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 임의의 이러한 방법, 장치 소자, 출발 재료, 및 합성 방법의 모든 당해 분야에 공지된 기능적 균등물이 본 발명에 포함되도록 의도된다. 범위, 예를 들면, 온도 범위, 시간 범위, 또는 조성 범위가 명세서에 제공된 경우, 모든 중간 범위 및 하위범위 뿐만 아니라 제공된 범위내에 포함된 모든 개개 값이 본 개시내용에 포함되도록 의도된다.Any formulation or combination of ingredients described or exemplified may be used in the practice of the present invention unless otherwise indicated. Specific names of materials are intended to be illustrative, as it is known that those skilled in the art may name the same material differently. It will be appreciated that methods, device elements, starting materials, and synthetic methods other than those specifically exemplified may be used in the practice of the present invention without resorting to undue experimentation. All art-known functional equivalents of any such methods, device elements, starting materials, and synthetic methods are intended to be encompassed by the present invention. Where ranges, e.g., temperature ranges, time ranges, or composition ranges are provided in the specification, it is intended to be encompassed by the present disclosure, as well as all intermediate ranges and subranges, as well as all individual values subsumed within the range provided.

본원에 사용된 바와 같이, "포함하는"은 "포괄하는", "함유하는", 또는 "를 특징으로 하는"과 동의어이며, 포괄적이거나 개방적이며 추가의, 인용되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, "로 이루어진"은 청구된 요소내에 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을 배제한다. 본원에 사용된 바와 같이, "로 필수적으로 이루어진"은 청구범위의 기본적이고 신규한 특징에 실질적으로 영향을 미치지 않는 재료 또는 단계를 배제하지 않는다. 특히 조성물의 성분의 설명 또는 장치의 소자의 설명에서, 용어 "포함하는"의 본원의 임의의 인용은 인용된 성분 또는 요소로 필수적으로 이루어진 및 이로 이루어진 조성물 및 방법을 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 본원에 실례로 기술된 본 발명은 본원에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소 또는 요소들, 제한 또는 제한들의 부재 하에서 실시될 수 있다.As used herein, “comprising” is synonymous with “comprising,” “comprising,” or “characterizing,” inclusive or open-ended and does not exclude additional, unrecited elements or method steps. does not As used herein, “consisting of” excludes any element, step, or ingredient not specified within the claimed element. As used herein, “consisting essentially of” does not exclude materials or steps that do not materially affect the basic and novel characteristics of the claims. It is to be understood that any recitation herein of the term “comprising”, particularly in a description of components of a composition or description of an element of a device, includes compositions and methods consisting essentially of and consisting of the recited components or elements. The invention illustratively described herein may be practiced in the absence of any element or elements, limitation or limitations, not specifically disclosed herein.

사용된 용어 및 표현은 설명의 측면으로 사용되며 제한하는 것이 아니고, 도시 및 설명된 특징 또는 이의 부분의 임의의 균등물을 배제하는 이러한 용어 및 표현을 사용할 의도가 없으며, 그러나 다양한 변형이 청구된 본 발명의 범위 내에서 가능함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명이 바람직한 구현예 및 임의의 특징에 의해 구체적으로 개시되었지만 개시된 본원의 개념의 수정 및 변형이 당해 분야의 기술자에 의해 이루어질 수 있으며, 이러한 변형 및 변화가 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되는 것으로 이해하여야 한다.The terms and expressions used are used as aspects of description and not of limitation, and there is no intention to use such terms and expressions of excluding any equivalents of the illustrated and described features or portions thereof, however, various modifications are claimed in this subject matter. It can be seen that it is possible within the scope of the invention. Accordingly, although the present invention has been specifically disclosed in terms of preferred embodiments and certain features, modifications and variations of the concepts herein disclosed may occur to those skilled in the art, and such modifications and variations are defined by the appended claims. It is to be understood as being considered to be within the scope of the present invention as such.

Claims (119)

가시적으로 투명한 광전지 장치로서,
가시적으로 투명한 기판;
가시적으로 투명한 기판에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극 위의 제2의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제1의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제1의 가시적으로 투명한 활성 층은 근적외선 흡수 광활성 화합물을 포함하는 수용체 재료를 포함하고, 여기서 근적외선 흡수 광활성 화합물은 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내고, 여기서 제1의 최대 근적외선 흡수 강도가 제1의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제1의 가시적으로 투명한 활성 층; 및
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제2의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제2의 가시적으로 투명한 활성 층이 근적외선내에서 제2의 최대 흡수 강도 및 제2의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내는 공여체 재료를 포함하고, 여기서 제2의 최대 흡수 강도는 제2의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제2의 가시적으로 투명한 활성 층을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.
A visually transparent photovoltaic device comprising:
a visibly transparent substrate;
a first visually transparent electrode coupled to the visually transparent substrate;
a second visually transparent electrode over the first visually transparent electrode;
A first visually transparent active layer between a first visually transparent electrode and a second visually transparent electrode, wherein the first visually transparent active layer comprises an acceptor material comprising a near-infrared absorbing photoactive compound; wherein the near infrared absorbing photoactive compound exhibits a first maximum near infrared absorption intensity and a first maximum visible light absorption intensity, wherein the first maximum near infrared absorption intensity is greater than the first maximum visible light absorption intensity. a visibly transparent active layer; and
a second visually transparent active layer between the first visually transparent electrode and the second visually transparent electrode, wherein the second visually transparent active layer has a second maximum absorption intensity in the near infrared and a second A visually transparent photovoltaic cell comprising a donor material exhibiting a maximum visible light absorption intensity, wherein the second maximum absorption intensity is greater than the second maximum visible light absorption intensity. Device.
제1항에 있어서, 공여체 재료가 붕소-디피로메텐 화합물을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The photovoltaic device of claim 1 , wherein the donor material comprises a boron-dipyrromethene compound. 제1항에 있어서, 공여체 재료가 프탈로시아닌 또는 나프탈로시아닌을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The photovoltaic device of claim 1 , wherein the donor material comprises phthalocyanine or naphthalocyanine. 제1항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제1의 가시적으로 투명한 전극에 커플링되거나 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제2의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photoactive layer of claim 1 , wherein the first visually transparent photoactive layer is coupled to the first visually transparent electrode or the first visually transparent photoactive layer is coupled to the second visually transparent electrode. photovoltaic device. 제1항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 분리된, 혼합된, 또는 부분 혼합된 층에 상응하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 1 , wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer correspond to separate, mixed, or partially mixed layers. 제1항에 있어서, 수용체 재료에 의한 최대 근적외선 흡수가 공여체 재료에 의한 최대 근적외선 흡수에 대해 적색편이(redshift)된, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The photovoltaic device of claim 1 , wherein the maximum near-infrared absorption by the acceptor material is redshifted with respect to the maximum near-infrared absorption by the donor material. 제1항에 있어서, 수용체 재료에 의한 최대 근적외선 흡수가 공여체 재료에 의한 최대 근적외선 흡수에 대해 청색편이(blueshift)되는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The optically transparent photovoltaic device of claim 1 , wherein the maximum near-infrared absorption by the acceptor material is blueshifted with respect to the maximum near-infrared absorption by the donor material. 제1항에 있어서, 근적외선 흡수 광활성 화합물이 근적외선을 흡수하는 공여체-수용체(근-IR DA) 분자를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The photovoltaic device of claim 1 , wherein the near-infrared absorbing photoactive compound comprises a donor-acceptor (near-IR DA) molecule that absorbs near infrared. 제8항에 있어서, 근-IR DA 분자가 디시아노-인단디온, 디시아노-인단디온 유도체, 벤조-비스-티아디아졸, 벤조-비스-티아디아졸 유도체, 벤조티아디아졸, 벤조티아디아졸 유도체, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민 유도체, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.9. The method of claim 8, wherein the near-IR DA molecule is dicyano-indandione, dicyano-indandione derivatives, benzo- bis -thiadiazole, benzo- bis -thiadiazole derivatives, benzothiadiazole, benzothiadia A visually transparent photovoltaic device selected from the group consisting of sol derivatives, diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine, diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine derivatives, and combinations thereof. 제9항에 있어서, 근-IR DA 분자가 분자량이 200 amu 내지 1000 amu, 300 amu 내지 800 amu, 또는 400 amu 내지 600 amu인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.10. The photovoltaic device of claim 9, wherein the near-IR DA molecule has a molecular weight of 200 amu to 1000 amu, 300 amu to 800 amu, or 400 amu to 600 amu. 제9항에 있어서, 디시아노-인단디온이 다음 화학식 및 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00568
,
여기서,
Y는 F, Cl, Br, 알콕시, 알킬, 및 아릴로 이루어진 그룹으로부터 선택되고;
각각의 첨자 n은 독립적으로 0, 1, 2, 3, 또는 4이며;
각각의 X는 C(CN)2, O, S, C(O), 및 SO2로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
"Ar"로 표시된 각각의 환은 독립적으로 선택된 아릴 그룹이며,
융합된 pi 시스템 브릿징 그룹은 비치환되거나 (예컨대, 아릴, 알킬, 헤테로아릴, 할로 등으로) 치환됨.
10. The photovoltaic device of claim 9, wherein the dicyano-indandione has the following formula and derivatives thereof:
Figure pat00568
,
here,
Y is selected from the group consisting of F, Cl, Br, alkoxy, alkyl, and aryl;
each subscript n is independently 0, 1, 2, 3, or 4;
each X is independently selected from the group consisting of C(CN) 2 , O, S, C(O), and SO 2 ;
Each ring denoted by "Ar" is an independently selected aryl group,
The fused pi system bridging group is unsubstituted or substituted (eg , with aryl, alkyl, heteroaryl, halo, etc.).
제9항에 있어서, 디시아노-인단디온이 다음 화학식 및 이의 유도체를 갖는 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00569
,
여기서,
Z는 독립적으로 H 또는 다음 화학식을 갖는 라디칼이고:
Figure pat00570
,
여기서, 물결선은 pi 시스템에 대한 부착 점을 나타내며,
Y는 F, Cl, Br, 알콕시, 알킬, 및 아릴로 이루어진 그룹으로부터 선택되고;
각각의 첨자 n은 독립적으로 0, 1, 2, 3, 또는 4이며;
t는 1 또는 2이고;
각각의 X는 C(CN)2, O, S, C(O), 및 SO2로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되며;
"Ar"로 표시된 각각의 환은 독립적으로 선택된 아릴 그룹이고,
pi 시스템 브릿징 그룹은 비치환되거나 (예컨대, 아릴, 알킬, 헤테로아릴, 할로 등으로) 치환됨.
10. The photovoltaic device of claim 9, wherein the dicyano-indandione has the following formula and derivatives thereof:
Figure pat00569
,
here,
Z is independently H or a radical having the formula:
Figure pat00570
,
where the wavy line represents the point of attachment to the pi system,
Y is selected from the group consisting of F, Cl, Br, alkoxy, alkyl, and aryl;
each subscript n is independently 0, 1, 2, 3, or 4;
t is 1 or 2;
each X is independently selected from the group consisting of C(CN) 2 , O, S, C(O), and SO 2 ;
each ring denoted by "Ar" is an independently selected aryl group,
The pi system bridging group is unsubstituted or substituted (eg , with aryl, alkyl, heteroaryl, halo, etc.).
제9항에 있어서, 디시아노-인단디온이 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00571
Figure pat00572
.
10. The photovoltaic device of claim 9, wherein the dicyano-indandione is selected from the group consisting of:
Figure pat00571
and
Figure pat00572
.
제9항에 있어서, 근-IR DA 분자가 디시아노-인단디온 또는 디시아노-인단디온 유도체이고, 공여체 재료가 붕소-디피로메텐 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트 화합물, 벤조-비스-티아디아졸, 벤조티아디아졸, 또는 이들의 조합을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.10. The method according to claim 9, wherein the near-IR DA molecule is a dicyano-indandione or a dicyano-indandione derivative, and the donor material is a boron-dipyrromethene compound, phthalocyanine, naphthalocyanine, nickel dithiolate compound, benzo-bis - A visually transparent photovoltaic device comprising thiadiazole, benzothiadiazole, or a combination thereof. 제9항에 있어서, 벤조-비스-티아디아졸이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00573
,
Figure pat00574
, 또는
Figure pat00575
,
여기서:
각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
A1 A2는 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 및 헤테로사이클릴렌으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되며;
X는 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 선택됨.
10. The photovoltaic device of claim 9, wherein the benzo- bis -thiadiazole has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00573
,
Figure pat00574
, or
Figure pat00575
,
here:
each R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 is independently selected from the group consisting of alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl;
A 1 and A 2 is independently selected from the group consisting of alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, and heterocyclylene;
X is selected from the group consisting of O, S, Se, and Te.
제9항에 있어서, 벤조티아디아졸이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00576
,
Figure pat00577
, 또는
Figure pat00578
,
여기서:
각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
A1 A2는 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 및 헤테로사이클릴렌으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되며;
X는 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 선택됨.
10. The photovoltaic device of claim 9, wherein the benzothiadiazole has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00576
,
Figure pat00577
, or
Figure pat00578
,
here:
each R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 is independently selected from the group consisting of alkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl;
A 1 and A 2 is independently selected from the group consisting of alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, and heterocyclylene;
X is selected from the group consisting of O, S, Se, and Te.
제9항에 있어서, 근-IR DA 분자가 벤조-비스-티아디아졸, 벤조-비스-티아디아졸 유도체, 벤조티아디아졸, 또는 벤조티아디아졸 유도체이고, 공여체 재료가 붕소-디피로메텐 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트 화합물, 또는 이의 조합을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.10. The method of claim 9, wherein the near-IR DA molecule is benzo- bis -thiadiazole, benzo- bis -thiadiazole derivative, benzothiadiazole, or benzothiadiazole derivative, and the donor material is boron-dipyrromethene. A photovoltaic device that is visually transparent, comprising a compound, a phthalocyanine, a naphthalocyanine, a nickel dithiolate compound, or a combination thereof. 제9항에 있어서, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00579
,
여기서, R1 및 R2는 알킬, 사이클로알킬로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
A1 A2는 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌, 사이클로알킬렌, 및 헤테로사이클릴렌으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택됨.
10. The photovoltaic device of claim 9, wherein the diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00579
,
wherein R 1 and R 2 are independently selected from the group consisting of alkyl, cycloalkyl;
A 1 and A 2 is independently selected from the group consisting of alkylene, arylene, heteroarylene, cycloalkylene, and heterocyclylene.
제9항에 있어서, 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민 유도체가 다음 화합물인, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00580
.
10. The photovoltaic device of claim 9, wherein the diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine derivative is a compound of:
Figure pat00580
.
제9항에 있어서, 근-IR DA 분자가 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민 또는 디케토피롤로피롤 디페닐티에닐아민 유도체이고, 공여체 재료가 붕소-디피로메텐 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트 화합물, 벤조-스-티아디아졸, 벤조티아디아졸, 또는 이들의 조합을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.10. The method of claim 9, wherein the near-IR DA molecule is a diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine or a diketopyrrolopyrrole diphenylthienylamine derivative, and the donor material is a boron-dipyrromethene compound, phthalocyanine, naphthalocyanine, nickel dithiol acrylate compounds, benzo-non-scan-thiadiazole, benzo-thiadiazole, or a transparent photovoltaic device with visible combinations thereof. 가시적으로 투명한 광전지 장치로서,
가시적으로 투명한 기판;
가시적으로 투명한 기판에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극 위의 제2의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제1의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 붕소-디피로메텐-계 화합물을 포함하고, 여기서 붕소-디피로메텐-계 화합물이 광활성 화합물이며 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내고, 여기서 제1의 최대 근적외선 흡수 강도가 제1의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제1의 가시적으로 투명한 활성 층; 및
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이에 존재하고 근적외선 또는 자외선내에서 제2의 최대 흡수 강도 및 제2의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내는 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층으로서, 여기서 제2의 최대 흡수 강도가 제2의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.
A visually transparent photovoltaic device comprising:
a visibly transparent substrate;
a first visually transparent electrode coupled to the visually transparent substrate;
a second visually transparent electrode over the first visually transparent electrode;
A first visually transparent active layer between a first visually transparent electrode and a second visually transparent electrode, wherein the first visually transparent photoactive layer comprises a boron-dipyrromethene-based compound, wherein The boron-dipyrromethene-based compound is a photoactive compound and exhibits a first maximum near-infrared absorption intensity and a first maximum visible light absorption intensity, wherein the first maximum near-infrared absorption intensity is greater than the first maximum visible light absorption intensity. a large, said first visually transparent active layer; and
a second visually transparent photoactive layer present between the first visually transparent electrode and the second visually transparent electrode and exhibiting a second maximum absorption intensity in near infrared or ultraviolet and a second maximum visible light absorption intensity in the near infrared or ultraviolet; , wherein the second visually transparent photoactive layer is greater than the second maximum visible light absorption intensity.
제21항에 있어서, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제2의 붕소-디피로메텐-계를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 21 , wherein the second visually transparent photoactive layer comprises a second boron-dipyrromethene-based. 제21항에 있어서, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 나프탈렌-테트라카복실릭 디이미드(NTCDI) 화합물을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 21 , wherein the second visually transparent photoactive layer comprises a naphthalene-tetracarboxylic diimide (NTCDI) compound. 제21항에 있어서, 광활성 화합물이 전자 수용체 재료로서 작용하고 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 전자 공여체 재료를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 21 , wherein the photoactive compound acts as an electron acceptor material and the second visually transparent photoactive layer comprises an electron donor material. 제21항에 있어서, 광활성 화합물이 전자 공여체 재료로서 작용하고 여기서 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 전자 수용체 재료를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 21 , wherein the photoactive compound acts as an electron donor material and wherein the second visually transparent photoactive layer comprises an electron acceptor material. 제21항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 독립적으로 두께가 1 nm 내지 300 nm인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 21 , wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer independently have a thickness of 1 nm to 300 nm. 제21항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 분리된, 혼합된, 또는 부분 혼합된 층에 상응하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 21 , wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer correspond to separate, mixed, or partially mixed layers. 제21항에 있어서, 광활성 화합물이 가시적으로 투명한, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The photovoltaic device of claim 21 , wherein the photoactive compound is visually transparent. 제21항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제1의 가시적으로 투명한 전극에 커플링되거나 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제2의 가시적으로 투명한 전극에 커플링되는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.22. The visually transparent photoactive layer of claim 21, wherein the first visually transparent photoactive layer is coupled to the first visually transparent electrode or the first visually transparent photoactive layer is coupled to the second visually transparent electrode. photovoltaic device. 제21항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00581
,
여기서,
광활성 화합물은 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내고,
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성하며,
여기서, 각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R임.
22. The photovoltaic device of claim 21, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00581
,
here,
the photoactive compound exhibits a first maximum near-infrared absorption intensity and a first maximum visible-light absorption intensity;
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, or two or more R groups are either a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused group form a ring group,
wherein each X is independently S, N, or C-R.
제30항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00582
또는
Figure pat00583
.
31. The photovoltaic device of claim 30, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00582
or
Figure pat00583
.
제31항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00584
또는
Figure pat00585
.
32. The photovoltaic device of claim 31, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00584
or
Figure pat00585
.
제30항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00586
,
Figure pat00587
,
Figure pat00588
, 또는
Figure pat00589
.
31. The photovoltaic device of claim 30, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00586
,
Figure pat00587
,
Figure pat00588
, or
Figure pat00589
.
제33항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00590
,
Figure pat00591
,
Figure pat00592
, 또는
Figure pat00593
.
34. The photovoltaic device of claim 33, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00590
,
Figure pat00591
,
Figure pat00592
, or
Figure pat00593
.
제30항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00594
또는
Figure pat00595
.
31. The photovoltaic device of claim 30, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00594
or
Figure pat00595
.
제21항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00596
,
여기서,
광활성 화합물은 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내고,
각각의 L 그룹은 독립적으로 단일 결합이거나, 치환되거나 비치환된 알킬렌 그룹, 치환되거나 비치환된 아릴렌 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 헤테로아릴렌 그룹으로부터 선택된 2가 연결 그룹이고,
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성하고,
각각의 X는 독립적으로 S, N, 또는 C―R임.
22. The photovoltaic device of claim 21, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00596
,
here,
the photoactive compound exhibits a first maximum near-infrared absorption intensity and a first maximum visible-light absorption intensity;
Each L group is independently a single bond or a divalent linking group selected from a substituted or unsubstituted alkylene group, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group,
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, is a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, or two or more R groups are a substituted or unsubstituted cyclic group or a substituted or unsubstituted fused to form a ring group,
each X is independently S, N, or C-R.
제36항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00597
또는
Figure pat00598
.
37. The photovoltaic device of claim 36, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00597
or
Figure pat00598
.
제21항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00599
,
여기서,
광활성 화합물은 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내고,
A1는 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며,
각각의 A2는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며,
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 여기서 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성함.
22. The photovoltaic device of claim 21, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00599
,
here,
the photoactive compound exhibits a first maximum near-infrared absorption intensity and a first maximum visible-light absorption intensity;
A1 is a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents;
each A2 is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents;
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein at least two R groups are either a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused group. to form a ring group.
제38항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00600
,
여기서:
광활성 화합물은 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내고,
A1는 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이며,
각각의 A2는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 여기서 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성함.
39. The photovoltaic device of claim 38, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00600
,
here:
the photoactive compound exhibits a first maximum near-infrared absorption intensity and a first maximum visible-light absorption intensity;
A1 is a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents;
each A2 is independently a fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents;
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein at least two R groups are either a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused group. to form a ring group.
제39항에 있어서, 붕소-디피로메텐-계 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00601
.
40. The photovoltaic device of claim 39, wherein the boron-dipyrromethene-based compound has the formula:
Figure pat00601
.
가시적으로 투명한 광전지 장치로서,
가시적으로 투명한 기판;
가시적으로 투명한 기판에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 위의 제2의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제1의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 화학식
Figure pat00602
을 갖는 광활성 화합물을 포함하는
[여기서,
광활성 화합물은 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내며, 여기서 제1의 최대 근적외선 흡수 강도는 제1의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 크며,
M은 금속이고,
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성함], 상기 제1의 가시적으로 투명한 활성 층; 및
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이에 존재하고 근적외선 또는 자외선내에서 제2의 최대 흡수 강도 및 제2의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내는 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층으로서, 여기서 제2의 최대 흡수 강도가 제2의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.
A visually transparent photovoltaic device comprising:
a visibly transparent substrate;
a first visually transparent electrode coupled to the visually transparent substrate;
a second visually transparent electrode over the first visually transparent photoactive layer;
A first visually transparent active layer between a first visually transparent electrode and a second visually transparent electrode, wherein the first visually transparent photoactive layer has the formula
Figure pat00602
comprising a photoactive compound having
[here,
the photoactive compound exhibits a first maximum near-infrared absorption intensity and a first maximum visible light absorption intensity, wherein the first maximum near-infrared absorption intensity is greater than the first maximum visible light absorption intensity;
M is a metal,
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, a substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, or two or more R groups are a substituted or unsubstituted cyclic group or a substituted or unsubstituted fused group. to form a ring group], the first visually transparent active layer; and
a second visually transparent photoactive layer present between the first visually transparent electrode and the second visually transparent electrode and exhibiting a second maximum absorption intensity and a second maximum visible light absorption intensity in the near infrared or ultraviolet; , wherein the second visually transparent photoactive layer is greater than the second maximum visible light absorption intensity.
제41항에 있어서, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 붕소-디피로메텐-계 화합물을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 41 , wherein the second visually transparent photoactive layer comprises a boron-dipyrromethene-based compound. 제41항에 있어서, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 프탈로시아닌 또는 나프탈로시아닌을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치. The visually transparent photovoltaic device of claim 41 , wherein the second visually transparent photoactive layer comprises phthalocyanine or naphthalocyanine. 제41항에 있어서, 광활성 화합물이 전자 수용체 재료로서 작용하고, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 전자 공여체 재료를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 41 , wherein the photoactive compound acts as an electron acceptor material and the second visually transparent photoactive layer comprises an electron donor material. 제41항에 있어서, 광활성 화합물이 전자 공여체 재료로서 작용하고 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 전자 수용체 재료를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 41 , wherein the photoactive compound acts as an electron donor material and the second visually transparent photoactive layer comprises an electron acceptor material. 제41항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 독립적으로 두께가 1 nm 내지 300 nm인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The visually transparent photovoltaic device of claim 41 , wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer independently have a thickness of 1 nm to 300 nm. 제41항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 독립된, 혼합된, 또는 부분 혼합된 층에 상응하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치. The visually transparent photovoltaic device of claim 41 , wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer correspond to separate, mixed, or partially mixed layers. 제41항에 있어서, 광활성 화합물이 가시적으로 투명한, 가시적으로 투명한 광전지 장치.The photovoltaic device of claim 41 , wherein the photoactive compound is visually transparent. 제41항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제1의 가시적으로 투명한 전극에 커플링되거나 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제2의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된, 가시적으로 투명한 광전지 장치.42. The visually transparent photoactive layer of claim 41, wherein the first visually transparent photoactive layer is coupled to the first visually transparent electrode or the first visually transparent photoactive layer is coupled to the second visually transparent electrode. photovoltaic device. 제41항에 있어서, M이 Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, 또는 Pt인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.42. The photovoltaic device of claim 41, wherein M is Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, or Pt. 제41항에 있어서, 하나 이상의 R 그룹이 각각 독립적으로 메톡시 그룹, 디메틸 아미노 그룹, 시아노 그룹, 티아졸릴 그룹, 페닐 그룹, 말레이미드 그룹, 나프틸 그룹, 또는 페난트렌 그룹인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.42. The visually transparent photovoltaic device. 제41항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00603
또는
Figure pat00604
.
42. The photovoltaic device of claim 41, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00603
or
Figure pat00604
.
제52항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00605
또는
Figure pat00606
.
53. The photovoltaic device of claim 52, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00605
or
Figure pat00606
.
제41항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00607
,
Figure pat00608
,
Figure pat00609
,
Figure pat00610
,
Figure pat00611
,
Figure pat00612
,
Figure pat00613
,
Figure pat00614
,
Figure pat00615
.
42. The photovoltaic device of claim 41, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00607
,
Figure pat00608
,
Figure pat00609
,
Figure pat00610
,
Figure pat00611
,
Figure pat00612
,
Figure pat00613
,
Figure pat00614
,
Figure pat00615
.
제41항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00616
, 여기서, 각각의 A는 독립적으로 하나 이상의 R 그룹 치환체를 갖는 융합된 폴리사이클릭 환 그룹임.
42. The photovoltaic device of claim 41, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00616
, wherein each A is independently a fused polycyclic ring group having one or more R group substituents.
제55항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00617
,
Figure pat00618
,
Figure pat00619
,
Figure pat00620
, 또는
Figure pat00621
.
56. The photovoltaic device of claim 55, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00617
,
Figure pat00618
,
Figure pat00619
,
Figure pat00620
, or
Figure pat00621
.
제56항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00622
,
Figure pat00623
,
Figure pat00624
,
Figure pat00625
, 또는
Figure pat00626
.
57. The photovoltaic device of claim 56, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00622
,
Figure pat00623
,
Figure pat00624
,
Figure pat00625
, or
Figure pat00626
.
제41항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00627
.
42. The photovoltaic device of claim 41, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00627
.
제58항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00628
또는
Figure pat00629
.
59. The photovoltaic device of claim 58, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00628
or
Figure pat00629
.
가시적으로 투명한 광전지 장치로서,
가시적으로 투명한 기판;
가시적으로 투명한 기판에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극에 대해 위의 제2의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제1의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 화학식
Figure pat00630
또는
Figure pat00631
을 갖는 광활성 화합물을 포함하는
[여기서,
광활성 화합물은 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내고, 여기서 제1의 최대 근적외선 흡수 강도는 제1의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 크며,
M은 금속이고,
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 알케닐 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 여기서 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성함], 상기 제1의 가시적으로 투명한 활성 층; 및
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이에 존재하고 근적외선 또는 자외선내에서 제2의 최대 흡수 강도 및 제2의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내는 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층으로서, 여기서 제2의 최대 흡수 강도가 제2의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.
A visually transparent photovoltaic device comprising:
a visibly transparent substrate;
a first visually transparent electrode coupled to the visually transparent substrate;
a second visually transparent electrode above the first visually transparent electrode;
A first visually transparent active layer between a first visually transparent electrode and a second visually transparent electrode, wherein the first visually transparent photoactive layer has the formula
Figure pat00630
or
Figure pat00631
comprising a photoactive compound having
[here,
the photoactive compound exhibits a first maximum near-infrared absorption intensity and a first maximum visible light absorption intensity, wherein the first maximum near-infrared absorption intensity is greater than the first maximum visible light absorption intensity;
M is a metal,
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, a substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein at least two R groups are a substituted or unsubstituted cyclic group or a substituted or unsubstituted forming a fused ring group], said first visually transparent active layer; and
a second visually transparent photoactive layer present between the first visually transparent electrode and the second visually transparent electrode and exhibiting a second maximum absorption intensity and a second maximum visible light absorption intensity in the near infrared or ultraviolet; , wherein the second visually transparent photoactive layer is greater than the second maximum visible light absorption intensity.
가시적으로 투명한 광전지 장치로서,
가시적으로 투명한 기판;
가시적으로 투명한 기판에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극 위의 제2의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제1의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제1의 가시적으로 투명한 활성 층은 자외선 전자 수용체(UV 수용체) 분자를 포함하는 수용체 재료를 포함하고, 여기서 UV 수용체-계 재료는 광활성 화합물이고 제1의 최대 자외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내며, 여기서 제1의 최대 자외선 흡수 강도는 제1의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제1의 가시적으로 투명한 활성 층; 및
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제2의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제2의 가시적으로 투명한 활성 층이 근적외선내에서 제2의 최대 흡수 강도 및 제2의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내는 공여체 재료를 포함하고, 여기서 제2의 최대 흡수 강도는 제2의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제2의 가시적으로 투명한 활성 층을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.
A visually transparent photovoltaic device comprising:
a visibly transparent substrate;
a first visually transparent electrode coupled to the visually transparent substrate;
a second visually transparent electrode over the first visually transparent electrode;
A first visually transparent active layer between a first visually transparent electrode and a second visually transparent electrode, wherein the first visually transparent active layer is an acceptor material comprising an ultraviolet electron acceptor (UV acceptor) molecule. wherein the UV receptor-based material is a photoactive compound and exhibits a first maximum ultraviolet absorption intensity and a first maximum visible light absorption intensity, wherein the first maximum ultraviolet absorption intensity is the first maximum visible light absorption intensity a larger, said first visually transparent active layer; and
a second visually transparent active layer between the first visually transparent electrode and the second visually transparent electrode, wherein the second visually transparent active layer has a second maximum absorption intensity in the near infrared and a second A visually transparent photovoltaic cell comprising a donor material exhibiting a maximum visible light absorption intensity, wherein the second maximum absorption intensity is greater than the second maximum visible light absorption intensity. Device.
제61항에 있어서, 제1의 최대 가시광선 흡수 강도가 제1의 최대 자외선 흡수 강도의 0.1% 내지 10%인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.62. The photovoltaic device of claim 61, wherein the first maximum visible light absorption intensity is between 0.1% and 10% of the first maximum ultraviolet absorption intensity. 제62항에 있어서, 제1의 최대 가시광선 흡수 강도가 제1의 최대 자외선 흡수 강도의 0.1% 내지 5%인, 가시적으로 투명한 광전지 장치. 63. The photovoltaic device of claim 62, wherein the first maximum visible light absorption intensity is between 0.1% and 5% of the first maximum ultraviolet absorption intensity. 제61항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 독립적으로 두께가 1 nm 내지 300 nm인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.62. The visually transparent photovoltaic device of claim 61, wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer are independently between 1 nm and 300 nm thick. 제61항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 독립된, 혼합된, 또는 부분 혼합된 층에 상응하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치. 62. The visually transparent photovoltaic device of claim 61, wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer correspond to separate, mixed, or partially mixed layers. 제61항에 있어서, 수용체 재료가 가시적으로 투명한, 가시적으로 투명한 광전지 장치.62. The photovoltaic device of claim 61, wherein the acceptor material is visually transparent. 제61항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제1의 가시적으로 투명한 전극에 커플링되거나 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제2의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된, 가시적으로 투명한 광전지 장치.62. The visually transparent photoactive layer of claim 61, wherein the first visually transparent photoactive layer is coupled to the first visually transparent electrode or the first visually transparent photoactive layer is coupled to the second visually transparent electrode. photovoltaic device. 제61항에 있어서, UV 수용체-분자가 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드 유도체, 비스이미드 코로넨, 비스이미드 코로넨 유도체, 플루오란텐, 플루오란텐 유도체, 코라눌렌, 코라눌렌 유도체, 및 이의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.62. The method according to claim 61, wherein the UV receptor-molecule is naphthalenetetracarboxylic diimide, naphthalenetetracarboxylic diimide derivative, bisimide coronene, bisimide coronene derivative, fluoranthene, fluoranthene derivative, coranulene, chola. A visually transparent photovoltaic device selected from the group consisting of nullene derivatives, and combinations thereof. 제68항에 있어서, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드가 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00632
,
여기서,
X1, X2, X3, X4는 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
R1 R2는 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택됨.
69. The photovoltaic device of claim 68, wherein the naphthalenetetracarboxylic diimide has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00632
,
here,
X 1 , X 2 , X 3 , X 4 are independently selected from the group consisting of aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, heterocyclyl;
R 1 and R 2 is independently selected from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, and heterocyclyl.
제68항에 있어서, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드가 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00633
,
여기서:
각각의 X는 F, Cl, Br, 알킬, 알콕시, 및 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
각각의 첨자 n은 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5이며;
각각의 Y는 H, 알킬, 비치환된 아릴, 또는 치환된 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
"Ar"로 표시된 각각의 환은 독립적으로 선택된 아릴 그룹임.
69. The photovoltaic device of claim 68, wherein the naphthalenetetracarboxylic diimide has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00633
,
here:
each X is independently selected from the group consisting of F, Cl, Br, alkyl, alkoxy, and aryl;
each subscript n is independently 0, 1, 2, 3, 4, or 5;
each Y is independently selected from the group consisting of H, alkyl, unsubstituted aryl, or substituted aryl;
Each ring designated "Ar" is an independently selected aryl group.
제68항에 있어서, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드가 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00634
,
여기서:
각각의 X 및 각각의 Y는 F, Cl, Br, 알킬, 알콕시, 및 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
첨자 n은 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5이며;
각각의 첨자 m은 독립적으로 0, 1, 또는 2이고;
"Ar"로 표시된 각각의 환은 독립적으로 선택된 아릴 그룹임.
69. The photovoltaic device of claim 68, wherein the naphthalenetetracarboxylic diimide has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00634
,
here:
each X and each Y is independently selected from the group consisting of F, Cl, Br, alkyl, alkoxy, and aryl;
subscript n is independently 0, 1, 2, 3, 4, or 5;
each subscript m is independently 0, 1, or 2;
Each ring designated "Ar" is an independently selected aryl group.
제68항에 있어서, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드가 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00635
, 또는
Figure pat00636
,
여기서:
브릿징 그룹(B)은 직접적인 공유 결합, 아릴렌 링커, 헤테로아릴렌 링커, 알킬렌 링커, 또는 헤테로알킬렌 링커이고,
각각의 X1, X2, X3, X4 , X5, 및 X6는 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클릴, 및 할로겐으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되며,
각각의 R1, R2, R3, 및 R4는 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택됨.
69. The photovoltaic device of claim 68, wherein the naphthalenetetracarboxylic diimide has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00635
, or
Figure pat00636
,
here:
The bridging group (B) is a direct covalent bond, an arylene linker, a heteroarylene linker, an alkylene linker, or a heteroalkylene linker,
each X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 , and X 6 is independently from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, heterocyclyl, and halogen is selected as
each R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 is independently selected from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, and heterocyclyl.
제68항에 있어서, 나프탈렌테트라카복실릭 디이미드가 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00637
,
Figure pat00638
,
Figure pat00639
, 및
Figure pat00640
.
69. The photovoltaic device of claim 68, wherein the naphthalenetetracarboxylic diimide is selected from the group consisting of:
Figure pat00637
,
Figure pat00638
,
Figure pat00639
, and
Figure pat00640
.
제68항에 있어서, 비스이미드 코로넨이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00641
또는
Figure pat00642
,
여기서:
각각의 R은 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 헤테로사이클릴, 및 전자-구인 그룹(예컨대, CN, 할로겐 등)으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택됨.
69. The photovoltaic device of claim 68, wherein the bisimide coronene has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00641
or
Figure pat00642
,
here:
each R is independently selected from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, heterocyclyl, and an electron-withdrawing group (eg , CN, halogen, etc.).
제68항에 있어서, 플루오란텐이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00643

여기서:
R은 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 선택되고;
X 및 Y는 H 및 전자-구인 그룹(예컨대, CN, 할로겐 등)으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되며;
Z1 Z2는 H, 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택됨.
69. The photovoltaic device of claim 68, wherein the fluoranthene has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00643

here:
R is selected from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, and heterocyclyl;
X and Y are independently selected from the group consisting of H and an electron-withdrawing group (eg , CN, halogen, etc.);
Z 1 and Z 2 is independently selected from the group consisting of H, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, and heterocyclyl.
제68항에 있어서, 플루오란텐이 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00644
Figure pat00645
.
69. The photovoltaic device of claim 68, wherein the fluoranthene is selected from the group consisting of:
Figure pat00644
and
Figure pat00645
.
제68항에 있어서, 코라눌렌이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00646
또는
Figure pat00647
,
여기서:
각각의 R은 H 및 전자-구인 그룹(예컨대, CN, 할로겐 등)으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택됨.
69. The photovoltaic device of claim 68, wherein the coranulene has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00646
or
Figure pat00647
,
here:
each R is independently selected from the group consisting of H and an electron-withdrawing group (eg , CN, halogen, etc.).
제68항에 있어서, 공여체 재료가 붕소-디피로메텐 화합물, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 니켈 디티올레이트 화합물, 디시아노-인단디온, 벤조티아디아졸, 벤조-비스-티아디아졸, 디케토피롤로피롤 디페닐티에틸아민, 또는 이들의 조합을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치. 69. The method of claim 68, wherein the donor material is boron-dipyrromethene compound, phthalocyanine, naphthalocyanine, nickel dithiolate compound, dicyano-indandione, benzothiadiazole, benzo- bis -thiadiazole, diketopyrrolopyrrole A photovoltaic device that is visually transparent, comprising diphenylthiethylamine, or a combination thereof. 가시적으로 투명한 광전지 장치로서,
가시적으로 투명한 기판;
가시적으로 투명한 기판에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극 위의 제2의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제1의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층은 제1의 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내는 광활성 화합물이고, 여기서 제1의 최대 근적외선 또는 자외선 흡수 강도는 제1의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 크며, 여기서 광활성 화합물은 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물, 테트라시아노 인다센 화합물, 카바졸 티아포르피린, 또는 디티오펜 스쿠아린 화합물인, 상기 제1의 가시적으로 투명한 활성 층; 및
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이에 존재하고 근적외선 또는 자외선내에서 제2의 최대 흡수 강도 및 제2의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내는 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층으로서, 여기서 제2의 최대 흡수 강도가 제2의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.
A visually transparent photovoltaic device comprising:
a visibly transparent substrate;
a first visually transparent electrode coupled to the visually transparent substrate;
a second visually transparent electrode over the first visually transparent electrode;
a first visually transparent active layer between a first visually transparent electrode and a second visually transparent electrode, wherein the first visually transparent photoactive layer has a first maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity and a first a photoactive compound exhibiting a maximum visible light absorption intensity, wherein the first maximum near infrared or ultraviolet absorption intensity is greater than the first maximum visible light absorption intensity, wherein the photoactive compound is a tetracyanoquinoidal thiophene compound, tetracyano said first visually transparent active layer which is an indacene compound, a carbazole thiaporphyrin, or a dithiophene squarin compound; and
a second visually transparent photoactive layer present between the first visually transparent electrode and the second visually transparent electrode and exhibiting a second maximum absorption intensity and a second maximum visible light absorption intensity in the near infrared or ultraviolet; , wherein the second visually transparent photoactive layer is greater than the second maximum visible light absorption intensity.
제79항에 있어서, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 붕소-디피로메텐-계 화합물을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.80. The visually transparent photovoltaic device of claim 79, wherein the second visually transparent photoactive layer comprises a boron-dipyrromethene-based compound. 제79항에 있어서, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 자외선 수용체 분자를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치. 81. The visually transparent photovoltaic device of claim 79, wherein the second visually transparent photoactive layer comprises an ultraviolet receptor molecule. 제79항에 있어서, 광활성 화합물이 전자 수용체 재료로서 작용하고 여기서 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 전자 공여체 재료를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.81. The visually transparent photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound acts as an electron acceptor material and wherein the second visually transparent photoactive layer comprises an electron donor material. 제79항에 있어서, 광활성 화합물이 전자 공여체 재료로서 작용하고 여기서 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 전자 수용체 재료를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.81. The visually transparent photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound acts as an electron donor material and wherein the second visually transparent photoactive layer comprises an electron acceptor material. 제79항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 독립적으로 두께가 1 nm 내지 300 nm인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.80. The visually transparent photovoltaic device of claim 79, wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer are independently between 1 nm and 300 nm thick. 제79항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 분리된, 혼합된, 또는 부분 혼합된 층에 상응하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치. 80. The visually transparent photovoltaic device of claim 79, wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer correspond to separate, mixed, or partially mixed layers. 제79항에 있어서, 광활성 화합물이 가시적으로 투명한, 가시적으로 투명한 광전지 장치.80. The photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound is visually transparent. 제79항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제1의 가시적으로 투명한 전극에 커플링되거나 여기서 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제2의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된, 가시적으로 투명한 광전지 장치.80. The visibly transparent photoactive layer of claim 79, wherein the first visually transparent photoactive layer is coupled to the first visually transparent electrode or wherein the first visually transparent photoactive layer is coupled to the second visually transparent electrode. Transparent photovoltaic device. 제79항에 있어서, 광활성 화합물이 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.80. The photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound is a tetracyano quinoidal thiophene compound. 제79항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는 테트라시아노 퀴노이달 티오펜 화합물인, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00648
,
여기서,
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 여기서 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성하고,
n은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7이며,
각각의 X는 독립적으로 O, N-R, S, 또는 Se임.
80. The photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound is a tetracyano quinoidal thiophene compound having the formula:
Figure pat00648
,
here,
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein at least two R groups are either a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused group. to form a ring group,
n is 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7,
each X is independently O, NR, S, or Se.
제89항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00649
,
여기서,
m은 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5임.
91. The photovoltaic device of claim 89, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00649
,
here,
m is 0, 1, 2, 3, 4, or 5.
제90항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00650
,
Figure pat00651
,
Figure pat00652
,
Figure pat00653
,
Figure pat00654
,
Figure pat00655
,
Figure pat00656
,
Figure pat00657
,
Figure pat00658
,
Figure pat00659
, 또는
Figure pat00660
.
91. The photovoltaic device of claim 90, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00650
,
Figure pat00651
,
Figure pat00652
,
Figure pat00653
,
Figure pat00654
,
Figure pat00655
,
Figure pat00656
,
Figure pat00657
,
Figure pat00658
,
Figure pat00659
, or
Figure pat00660
.
제91항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00661
.
92. The photovoltaic device of claim 91, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00661
.
제79항에 있어서, 광활성 화합물이 테트라시아노 인다센 화합물인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.80. The photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound is a tetracyano indacene compound. 제79항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식의 테트라시아노 인다센 화합물인, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00662
또는
Figure pat00663
,
여기서,
각각의 A는 하나 이상의 R 그룹 치환체를 포함하는 독립적으로 융합되거나 융합되지 않은 방향족 또는 헤테로방향족 그룹이고,
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 여기서 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성함.
80. The photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound is a tetracyano indacene compound of the formula:
Figure pat00662
or
Figure pat00663
,
here,
each A is an independently fused or unfused aromatic or heteroaromatic group comprising one or more R group substituents;
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein at least two R groups are either a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused group. to form a ring group.
제94항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00664
,
Figure pat00665
,
Figure pat00666
, 또는
Figure pat00667
.
95. The photovoltaic device of claim 94, wherein the photoactive compound has the formula:
Figure pat00664
,
Figure pat00665
,
Figure pat00666
, or
Figure pat00667
.
제79항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식의 카바졸 티아포르피린 화합물인, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00668
,
여기서,
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 여기서 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성함.
80. The photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound is a carbazole thiaporphyrin compound of the formula:
Figure pat00668
,
here,
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein at least two R groups are either a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused group. to form a ring group.
제79항에 있어서, 광활성 화합물이 디티오펜 스쿠아린 화합물인, 가시적으로 투명한 광전지 장치.80. The photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound is a dithiophene squarine compound. 제79항에 있어서, 광활성 화합물이 다음 화학식을 갖는, 디티오펜 스쿠아린 화합물인 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00669
,
여기서:
각각의 R 그룹은 독립적으로 수소, 할로겐, 시아노 그룹, 치환되거나 비치환된 알킬 그룹, 치환되거나 비치환된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 융합된 헤테로방향족 그룹, 치환되거나 비치환된 아민 그룹, 또는 치환되거나 비치환된 알콕시 그룹이거나, 여기서 2개 이상의 R 그룹은 치환되거나 비치환된 환 그룹 또는 치환되거나 비치환된 융합된 환 그룹을 형성함.
80. The photovoltaic device of claim 79, wherein the photoactive compound is a dithiophene squarine compound having the formula:
Figure pat00669
,
here:
Each R group is independently hydrogen, halogen, cyano group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted aromatic group, substituted or unsubstituted fused aromatic group, substituted or unsubstituted heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted fused heteroaromatic group, a substituted or unsubstituted amine group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, wherein at least two R groups are either a substituted or unsubstituted ring group or a substituted or unsubstituted fused group. to form a ring group.
가시적으로 투명한 광전지 장치로서,
가시적으로 투명한 기판;
가시적으로 투명한 기판에 커플링된 제1의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극 위의 제2의 가시적으로 투명한 전극;
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이의 제1의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제1의 가시적으로 투명한 활성 층은 프탈로시아닌-계 재료를 포함하고, 여기서 프탈로시아닌-계 재료는 광활성 화합물이며 제1의 최대 근적외선 흡수 강도 및 제1의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내고, 여기서 제1의 최대 근적외선 흡수 강도는 제1의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제1의 가시적으로 투명한 활성 층; 및
제1의 가시적으로 투명한 전극과 제2의 가시적으로 투명한 전극 사이에 존재하고 근적외선 또는 자외선내에서 제2의 최대 흡수 강도 및 제2의 최대 가시광선 흡수 강도를 나타내는 제2의 가시적으로 투명한 활성 층으로서, 여기서 제2의 최대 흡수 강도가 제2의 최대 가시광선 흡수 강도보다 더 큰, 상기 제2의 가시적으로 투명한 활성 층을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.
A visually transparent photovoltaic device comprising:
a visibly transparent substrate;
a first visually transparent electrode coupled to the visually transparent substrate;
a second visually transparent electrode over the first visually transparent electrode;
A first visually transparent active layer between a first visually transparent electrode and a second visually transparent electrode, wherein the first visually transparent active layer comprises a phthalocyanine-based material, wherein the phthalocyanine-based material is a photoactive compound and exhibits a first maximum near-infrared absorption intensity and a first maximum visible light absorption intensity, wherein the first maximum near-infrared absorption intensity is greater than the first maximum visible light absorption intensity; transparent active layer; and
a second visually transparent active layer present between the first visually transparent electrode and the second visually transparent electrode and exhibiting a second maximum absorption intensity in the near infrared or ultraviolet and a second maximum visible light absorption intensity in the near infrared or ultraviolet; , wherein the second maximum absorption intensity of visible light is greater than the maximum absorption intensity of visible light.
제99항에 있어서, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제2의 프탈로시아닌-계 재료를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.101. The visually transparent photovoltaic device of claim 99, wherein the second visually transparent photoactive layer comprises a second phthalocyanine-based material. 제99항에 있어서, 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 붕소-디피로메텐-계 화합물을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.101. The visually transparent photovoltaic device of claim 99, wherein the second visually transparent photoactive layer comprises a boron-dipyrromethene-based compound. 제99항에 있어서, 프탈로시아닌-계 재료가 전자 수용체 재료로서 작용하고, 여기서 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 전자 공여체 재료를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.101. The visually transparent photovoltaic device of claim 99, wherein the phthalocyanine-based material acts as an electron acceptor material, wherein the second visually transparent photoactive layer comprises an electron donor material. 제99항에 있어서, 프탈로시아닌-계 재료가 전자 공여체 재료로서 작용하고, 여기서 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 전자 수용체 재료를 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.101. The visually transparent photovoltaic device of claim 99, wherein the phthalocyanine-based material acts as an electron donor material, wherein the second visually transparent photoactive layer comprises an electron acceptor material. 제99항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제1의 가시적으로 투명한 전극에 커플링되거나 여기서 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층이 제2의 가시적으로 투명한 전극에 커플링된, 가시적으로 투명한 광전지 장치.101. The visibly transparent photoactive layer of claim 99, wherein the first visually transparent photoactive layer is coupled to the first visually transparent electrode or wherein the first visually transparent photoactive layer is coupled to the second visually transparent electrode. Transparent photovoltaic device. 제99항에 있어서, 제1의 가시적으로 투명한 광활성 층 및 제2의 가시적으로 투명한 광활성 층이 분리된, 혼합된, 또는 부분 혼합된 층에 상응하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치. 101. The visually transparent photovoltaic device of claim 99, wherein the first visually transparent photoactive layer and the second visually transparent photoactive layer correspond to separate, mixed, or partially mixed layers. 제99항에 있어서, 프탈로시아닌-계 재료가 가시적으로 투명한, 가시적으로 투명한 광전지 장치.101. The photovoltaic device of claim 99, wherein the phthalocyanine-based material is visually transparent. 제99항에 있어서, 프탈로시아닌-계가 프탈로시아닌을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.101. The photovoltaic device of claim 99, wherein the phthalocyanine-based comprises a phthalocyanine. 제107항에 있어서, 프탈로시아닌이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00670

여기서,
M은 Sn, SnCl2, SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl2, Si(OH)2, PbCl2, VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, 및 TiCl2로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,
각각의 R1 내지 R16은 H, F, Cl, 및 전자 구인 그룹으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택됨.
108. The photovoltaic device of claim 107, wherein the phthalocyanine has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00670

here,
M is Sn, SnCl 2 , SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl 2 , Si(OH) 2 , PbCl 2 , VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, and TiCl 2 is selected from the group consisting of
each R 1 to R 16 is independently selected from the group consisting of H, F, Cl, and an electron withdrawing group.
제107항에 있어서, 프탈로시아닌이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00671

여기서:
각각의 X 및 각각의 Y는 H, F, Cl, Br, 알콕시, 알킬, 및 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
M은 금속이며;
Z는 Cl, =O, 및 -OH로 이루어진 그룹으로부터 선택됨.
108. The photovoltaic device of claim 107, wherein the phthalocyanine has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00671

here:
each X and each Y is independently selected from the group consisting of H, F, Cl, Br, alkoxy, alkyl, and aryl;
M is a metal;
Z is selected from the group consisting of Cl, =O, and -OH.
제109항에 있어서, M이 Cu, Fe, Co, Mn, Al, 및 Sn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 가시적으로 투명한 광전지 장치.110. The photovoltaic device of claim 109, wherein M is selected from the group consisting of Cu, Fe, Co, Mn, Al, and Sn. 제107항에 있어서, 프탈로시아닌이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00672
,
Figure pat00673
, 또는
Figure pat00674
,
여기서:
각각의 R1 내지 R8은 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
각각의 X는 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되며;
M은 금속임.
108. The photovoltaic device of claim 107, wherein the phthalocyanine has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00672
,
Figure pat00673
, or
Figure pat00674
,
here:
each R 1 to R 8 is independently selected from the group consisting of alkyl, cycloalkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl;
each X is independently selected from the group consisting of O, S, Se, and Te;
M is metal.
제111항에 있어서, M이 Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl2, Pb, Pt, 및 Pd로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 가시적으로 투명한 광전지 장치.112. The photovoltaic device of claim 111, wherein M is selected from the group consisting of Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl 2 , Pb, Pt, and Pd. 제99항에 있어서, 프탈로시아닌-계가 나프탈로시아닌을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치.101. The photovoltaic device of claim 99, wherein the phthalocyanine-based comprises naphthalocyanine. 제113항에 있어서, 나프탈로시아닌이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00675
,
여기서,
M은 Sn, SnCl2, SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl2, Si(OH)2, PbCl2, VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, 및 TiCl2로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,
각각의 R1 내지 R24는 H, F, Cl, 및 전자 구인 그룹으로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택됨.
114. The photovoltaic device of claim 113, wherein the naphthalocyanine has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00675
,
here,
M is Sn, SnCl 2 , SnO, Pb, Mg, Mn, AlCl, AlOH, GaCl, MnCl, SiCl 2 , Si(OH) 2 , PbCl 2 , VO, Co, Fe, FeCl, Ni, TiO, and TiCl 2 is selected from the group consisting of
each R 1 to R 24 is independently selected from the group consisting of H, F, Cl, and an electron withdrawing group.
제113항에 있어서, 나프탈로시아닌이 다음 화학식 또는 이의 유도체를 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00676

여기서:
각각의 R1 내지 R6은 알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 및 헤테로사이클릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고;
각각의 X는 O, S, Se, 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되며;
M은 금속임.
114. The photovoltaic device of claim 113, wherein the naphthalocyanine has the formula: or a derivative thereof:
Figure pat00676

here:
each R 1 to R 6 is independently selected from the group consisting of alkyl, cycloalkyl, alkenyl, alkynyl, aryl, heteroaryl, cycloalkyl, and heterocyclyl;
each X is independently selected from the group consisting of O, S, Se, and Te;
M is metal.
제115항에 있어서, M이 Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl2, Pb, Pt, 및 Pd로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 가시적으로 투명한 광전지 장치.116. The photovoltaic device of claim 115, wherein M is selected from the group consisting of Cu, Co, Ni, Zn, Mg, ClAl, SnCl 2 , Pb, Pt, and Pd. 제99항에 있어서, 프탈로시아닌이 다음 화학식을 갖는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00677
,
여기서,
M은 금속이고,
A1, A2, A3, 및 A4는 각각의 치환되거나 비치환된 융합된 방향족 환 그룹이며, 여기서 A1은 A2, A3, 또는 A4 중 적어도 하나로부터의 상이한 수의 융합된 환을 포함함.
101. The photovoltaic device of claim 99, wherein the phthalocyanine has the formula:
Figure pat00677
,
here,
M is a metal,
A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 are each substituted or unsubstituted fused aromatic ring group, wherein A 1 is from at least one of A 2 , A 3 , or A 4 . containing different numbers of fused rings.
제117항에 있어서, 프탈로시아닌-계 재료가 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00678
,
Figure pat00679
,
Figure pat00680
,
Figure pat00681
, 및
Figure pat00682
.
118. The photovoltaic device of claim 117, wherein the phthalocyanine-based material comprises one or more compounds selected from the group consisting of:
Figure pat00678
,
Figure pat00679
,
Figure pat00680
,
Figure pat00681
, and
Figure pat00682
.
제99항에 있어서, 프탈로시아닌-계 재료가 다음으로부터 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는, 가시적으로 투명한 광전지 장치:
Figure pat00683
,
Figure pat00684
,
Figure pat00685
,
Figure pat00686
,
Figure pat00687
,
Figure pat00688
,
Figure pat00689
,
Figure pat00690
,
Figure pat00691
,
Figure pat00692
,
Figure pat00693
,
Figure pat00694
,
Figure pat00695
,
Figure pat00696
,
Figure pat00697
, 및
Figure pat00698
.
101. The photovoltaic device of claim 99, wherein the phthalocyanine-based material comprises at least one compound selected from the group consisting of:
Figure pat00683
,
Figure pat00684
,
Figure pat00685
,
Figure pat00686
,
Figure pat00687
,
Figure pat00688
,
Figure pat00689
,
Figure pat00690
,
Figure pat00691
,
Figure pat00692
,
Figure pat00693
,
Figure pat00694
,
Figure pat00695
,
Figure pat00696
,
Figure pat00697
, and
Figure pat00698
.
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