KR20220041178A - 인돌 기를 갖는 유기 반도체 화합물, 상기 유형의 화합물을 갖는 유기 광전자 구성요소 및 상기 유형의 화합물의 용도 - Google Patents
인돌 기를 갖는 유기 반도체 화합물, 상기 유형의 화합물을 갖는 유기 광전자 구성요소 및 상기 유형의 화합물의 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 화학식 I의 화합물, 상기 유형의 화합물을 함유하는 광전자 구성요소, 및 광전자 구성요소에서 그러한 화합물의 용도에 관한 것이다.
[화학식 I]
[화학식 I]
Description
본 발명은 화학식 I의 화합물, 그러한 화합물을 포함하는 광전자 구성요소, 및 광전자 구성요소에서 그러한 화합물의 용도에 관한 것이다.
전기 전도성 중합체 또는 작은 유기 분자로 만들어진 회로는 유기 전자장치에 사용된다. 유기 광전자 구성요소는, 예를 들어, 디스플레이, 데이터 저장 수단 또는 트랜지스터일 수 있다. 이들 구성요소는 또한 유기 광전자 구성요소, 특히 유기 광활성 구성요소, 특히 입사 전자기 방사선이 전하 캐리어, 특히 결합된 전자-정공 쌍(엑시톤)을 생성하는 광활성 층을 갖는 태양 전지 및 광검출기를 포함한다.
광활성 광전자 구성요소는 광전 효과를 이용하여 전자기 방사선을 전류로 변환할 수 있다. 이러한 종류의 전자기 방사선을 변환하려면 우수한 흡수 성질을 나타내는 흡수체 재료가 필요하다. 추가 광전자 구성요소는 전류가 이들을 통해 흐를 때 광을 방출하는 발광 전계발광 구성요소이다. 광전자 구성요소는 적어도 2개의 전극을 포함하며, 이때 하나의 전극은 기판에 적용되고 나머지 전극은 상대 전극으로 기능한다. 전극 사이에는 적어도 하나의 광활성 층, 바람직하게는 유기 광활성 층이 있다. 추가 층, 예를 들어, 전하 캐리어 수송 층은 전극 사이에 추가로 배열될 수 있다.
유기 태양 전지를 위한 다수의 흡수체 재료가 선행 기술로부터 알려져 있다.
국제 특허 출원 WO2017114937A1에는 가시 광선의 단파 스펙트럼 범위에서의 높은 흡수를 특징으로 하는 유기 화합물이 개시되어 있다. 유기 전자 구성요소를 위한 이 화합물의 용도 및 화합물의 제조 방법이 또한 개시되어 있다.
국제 특허 출원 WO2017114938A1에는 유기 반도체 재료 및 유기 구성요소에서의 이의 용도가 개시되어 있으며, 여기서, 유기 재료는 유기 전자 구성요소에서 기능적 구성요소로 작용하여 유기 태양 전지에서 흡수가 개선되거나 전하 캐리어 이동도가 증가한다.
선행 기술에 개시된 흡수체 재료가 유기 태양 전지에서 광활성 층에 적합하지만, 특히 유기 태양 전지(OPV)가 기존의 규소 기반 태양 전지와 경쟁할 수 있도록 하기 위해 흡수체 재료의 효율을 개선할 필요가 있다. 선행 기술의 특별한 단점은 특히 0.9 V 이상의 영역, 바람직하게는 0.94 V 이상의 영역, 또는 바람직하게는 0.95 V 이상의 영역, 특히 1 V의 영역에서 개방 회로 전압 Uoc를 갖는 태양 전지의 구성에 대해 특히 가시 광선의 청색/녹색 영역에서 높은 흡수 계수를 갖는 흡수체 재료의 효율이 부적절하다는 점이다. 특히 500 내지 600 nm 영역의 파장에서, 유기 광전자 구성요소에 대해 소분자, 특히 흡수체 분자의 알려진 유기 화합물의 흡수는 불충분하다. 이것의 효과는 이 파장 범위에서 광자가 충분한 정도로 활용될 수 없다는 것이다.
유기 광전자 구성요소에 사용되는 경우 특히 전자기 방사선의 흡수에 있어 이들 구성요소의 성질을 향상시키는 반도체 유기 재료를 찾고자 하는 노력이 계속되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 언급된 단점이 발생하지 않고, 특히 전자기 방사선의 흡수가 개선되고/되거나 유기 태양 전지의 효율이 증가된, 유기 광전자 구성요소에 사용하기에 적합한 개선된 흡수 성질을 갖는 유기 화합물, 적어도 하나의 그러한 화합물을 포함하는 광전자 구성요소, 및 광전자 구성요소에서 그러한 화합물의 용도를 제공하는 것이다.
목적은 독립항의 주제에 의해 달성된다. 유리한 구성은 종속항으로부터 명백하다.
목적은 특히 하기를 특징으로 하는 화학식 I의 화합물이 제공됨으로써 달성된다:
[화학식 I]
식 중,
R1은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R4는 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 및 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
각각의 경우에 적어도 하나의 A1, A2, A3 또는 A4는 독립적으로 하기 Ia의 기이고:
(식 중, 각각의 경우에, *는 화학식 I의 화합물에 대한 부착을 나타내고;
Z는 O, S, Se, 및 N-R8(여기서, R8은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택됨)로 이루어진 군으로부터 선택되고;
Y3은 N 또는 C-R9(여기서, R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고;
Y4는 N 또는 C-R10(여기서, R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고; 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 연결될 수 있고;
R3은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있음);
나머지 A1, A2, A3 또는 A4는 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되고;
A5는 H, 알킬, 알콕시 및 하기 Ib의 기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
(식 중, *는 화학식 I의 화합물에 대한 부착을 나타내고;
X는 O, S, Se, 및 N-R7(여기서, R7은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택됨)로 이루어진 군으로부터 선택되고;
Y1은 N 또는 C-R5(여기서, R5는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고;
Y2는 N 또는 C-R6(여기서, R6은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고;
여기서, R5 및 R6은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고;
R2는 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있음).
본 발명은 특히 중심 구조 단위가 인돌 단위인 화학식 I의 화합물의 A-D-A 염료에 관한 것이다. 특히 인돌 단위 상의 푸란 또는 티오펜 기의 존재, 및 바람직하게는 전자 구인성 기 중 적어도 하나에 인접하게 배열된 푸란 또는 티오펜 기 상의 적어도 하나의 이중 결합의 존재는 흡수체 재료의 성질을 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, Ia 기 및/또는 Ib 기는 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 적어도 하나의 전자 구인성 알킬 기를 갖고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고; 특히 바람직하게는, Ia 기 및 Ib 기는 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 적어도 하나의 전자 구인성 알킬 기를 갖고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합되지 않는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, R5 및 R6은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합되지 않는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 중심 인돌 단위, 특히 인돌 단위의 피롤 고리는 임의의 추가로 융합된 방향족 시스템을 갖지 않는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 피롤 고리는 푸란, 특히 벤조푸란을 함유하는 융합된 단위이다.
치환이란 특히 치환기에 의한 H가 대체되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 치환기란 특히, 수소, 바람직하게는 할로겐, 알킬 기(여기서, 알킬 기는 선형 또는 분지형일 수 있음), 알케닐 기, 알키닐 기, 알콕시 기, 티오알콕시 기, 아릴 기, 또는 헤테로아릴 기를 제외한 모든 원자 및 원자단(atomic group)을 의미하는 것으로 이해된다. 할로겐이란 특히, F, Cl 또는 Br, 바람직하게는 F를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 알킬 기에서 어떠한 탄소 원자도 헤테로원자로 대체되지 않았다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, R2 및 R3은 수소 원자가 아니다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, A1 또는 A4는 수소 원자가 아니다. 본 발명의 특히 바람직한 구현예에서, A1 및 A4는 수소 원자이다.
헤테로원자, 특히 화학식 I에서 헤테로원자란 특히 O, S, Se, Si, B, N 및 P로 이루어진 군으로부터 선택되는 원자, 바람직하게는 O, S, Se 및 N으로 이루어진 군으로부터 선택되는 원자를 의미하는 것으로 이해된다.
대안적으로 바람직한 구현예에서, 중심 인돌 단위, 특히 인돌 단위의 피롤 고리는 적어도 하나의 융합된 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭 고리 구조를 갖는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, R5와 R6 사이에 및/또는 R9와 R10 사이에 형성된 고리 구조는 적어도 하나의 이중 결합, 바람직하게는 방향족 시스템을 갖는다.
본 발명의 화합물은 특히 소분자이다. 소분자란 특히 표준 압력(주변 대기의 기압) 및 실온에서 고체 상으로 존재하는 100 g/mol과 2000 g/mol 사이의 단분산 몰 질량을 갖는 비중합체성 유기 분자를 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 소분자는 광활성으로, "광활성"이란 광이 공급될 때 분자가 전하 상태 및/또는 편광 상태의 변화를 겪는다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 광활성 분자의 특정한 특징은 정의된 파장 범위 내에서 전자기 방사선을 흡수하는 것으로, 흡수된 전자기 방사선, 즉 광자는 엑시톤으로 변환된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 화학식 I, II, III, IV, V, VI, VII 및/또는 VIII의 아릴 기 및 헤테로아릴 기는 C5-C10-아릴 및 C5-C10-헤테로아릴 기이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, Y1, Y2, Y3, 및 Y4는 각각 독립적으로 N, CH, CF, C-CH3, C-CF3, C-C2H5, C-C3H8, C-OCH3, C-OC2H5, C-SCH3, C-SC2H5로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 본 발명의 화합물의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬 기는 선형 또는 분지형이고, 알킬 기는 바람직하게는 C1-C5 알킬 기이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 위치 Y1, Y2, 3 및 Y4 중 적어도 하나는 N이고; 바람직하게는, 적어도 하나의 위치 Y1 또는 Y2는 N이고/이거나 적어도 하나의 위치 Y3 또는 Y4는 N이다. 이것은 특히 전자에 의한 최고 점유 분자 궤도(HOMO)를 낮추고, 본 발명의 화합물의 흡수 스펙트럼을 더 짧은 파장으로 이동시킨다.
본 발명의 특히 바람직한 구현예에서, Y1, Y2, Y3 및 Y4는 각각 CH이다. 이 경우에, 2개의 5원 고리는 각각 추가 치환을 갖거나 추가 치환이 없는 푸란 고리이다.
본 발명의 화합물은 선행 기술에 비해 이점이 있다. 유리하게는, 본 발명의 화합물은 500 내지 700 nm의 비교적 넓은 스펙트럼 범위의 가시 광선에서 놀랍게도 우수한 흡수 특성을 가지며; 특히, 약 500 내지 700 nm의 스펙트럼 범위에서 놀랍게도 높은 흡수가 관찰되었다. 유리하게는, 가시 광선의 청색/녹색 영역의 파장 범위에서 흡수가 개선된 흡수체 재료가 제공된다. 놀랍게도, 본 발명의 화합물의 중심 구조 단위, 즉 중심 인돌 단위는 원하는 흡수 성질을 갖는 화합물을 얻기에 탁월하게 적합하다. 본 발명의 화합물은 유리하게는 광활성 유기 전자 구성요소의 제조 및 작동에 있어 통상적으로 이들에게 주어진 요구를 충족하기에 충분한 열적, 화학적 및 전기화학적 안정성을 가지며; 특히, 이들 화합물은 특히 잔류물 없이 감압 하에 쉽게 증발될 수 있다. 유리하게는, 본 발명의 화합물은 이들을 유기 광전자 구성요소, 특히 유기 태양 전지에서 사용하기에 적합하게 만드는 전하 캐리어 수송 성질을 갖는다. 유리하게는, 화합물은 특히 적합한 에너지 준위로 매우 우수한 수송 성질을 갖는다. 놀랍게도, 본 발명의 화합물은 인돌 단위의 중심 구조적 요소로 인해 전자기 방사선, 특히 가시 스펙트럼 영역의 광의 특히 우수한 흡수를 갖는 것으로 밝혀졌다. 이것은 특히 유기 광전자 구성요소의 효율을 증가시키고/시키거나 광활성 층에서 전하 캐리어 이동도를 증가시킨다. 유리하게는, 본 발명의 화합물은 흡수 계수가 높다. 유리하게는, 개방 회로 전압 Uoc는 0.9 V 초과, 바람직하게는 0.94 V 초과, 특히 바람직하게는 0.95 V 초과이다.
본 발명의 하나의 전개방식에서, 화합물은 화학식 II의 화합물이다:
[화학식 II]
(식 중, R1은 바람직하게는 H, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 s-부틸로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R4는 바람직하게는 H, 할로겐, CN, 알콕시 및 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
여기서, X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S임).
본 발명의 한 전개방식에서, 화합물은 화학식 VII의 화합물이다:
[화학식 VII]
(식 중, R1은 바람직하게는 H, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 s-부틸로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R4는 바람직하게는 H, 할로겐, CN, 알콕시 및 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고; 여기서, Z는 O 또는 S이고; A1 또는 A4는 바람직하게는 수소 원자임).
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 2개의 A1, A2, A3 또는 A4는 각각 독립적으로 하기 Ia의 기이다:
(식 중, 나머지 A1, A2, A3 또는 A4는 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택됨).
본 발명의 한 전개방식에서, 적어도 하나의 A1, A2, A3 또는 A4는 독립적으로 하기 기이다:
(식 중, R3은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고; R3은 바람직하게는 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기이고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고;
R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있음).
본 발명의 바람직한 구현예에서, A1, A2, A3 또는 A4 기 중 적어도 2개는 각각 독립적으로 하기 기이다:
(식 중에서, R3은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고; R3은 바람직하게는 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기이고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고;
R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있음).
본 발명의 한 전개방식에서, 화합물은 화학식 III 및/또는 IV의 화합물이다:
[화학식 III]
[화학식 IV]
(식 중, R1은 H 또는 알킬이고;
X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
A1, A3 및 A4, 또는 A1, A2 및 A4는 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 및 부분 플루오르화 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R3은 H, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 알콕시, 아미노, 아릴, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고; R3은 바람직하게는 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기이고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, X 및 Z는 O이고, R4는 H이고, R5 및 R6은 H임).
본 발명의 바람직한 구현예에서, 화합물은 화학식 X의 화합물이다:
[화학식 X]
(식 중, R1은 H 또는 알킬이고;
X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 및 부분 플루오르화 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R3은 H, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 알콕시, 아미노, 아릴, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고; R3은 바람직하게는 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기이고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, X 및 Z는 O이고, R4는 H이고, R5 및 R6은 H임).
본 발명의 바람직한 구현예에서, 화학식 X의 화합물에서, A2, A3 및 A4는 각각 H이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 화합물은 화학식 XI의 화합물이다:
[화학식 XI]
(식 중, R1은 H 또는 알킬이고;
X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
A1, A2 및 A3은 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 및 부분 플루오르화 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R3은 H, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 알콕시, 아미노, 아릴, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고; R3은 바람직하게는 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기이고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, X 및 Z는 O이고, R4는 H이고, R5 및 R6은 H임).
본 발명의 바람직한 구현예에서, 화학식 XI의 화합물에서, A1, A2 및 A3은 각각 H이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 화학식 I의 화합물은 화학식 Ia에서의 위치 Y1 및/또는 Y2 및 화학식 IIa에서의 위치 Y3 및/또는 Y4에서 N을 갖는다:
[화학식 Ia]
[화학식 IIa]
그 결과, 특히, 결과적인 광학적 성질, 특히 광의 흡수는 O 이외의 원자를 갖는 비교 가능한 화합물의 경우보다 더 유리한다.
본 발명의 한 전개방식에서, 화학식 III에서, A1, A3 및 A4는 H(화학식 V)이고, 화학식 IV에서, A1, A2 및 A4는 H(화학식 VI)이다:
[화학식 V]
[화학식 VI]
(식 중, X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고, R5 및 R6은 바람직하게는 H임). 이것은 예외적인 방식으로 본 발명의 유리한 효과를 실현한다.
본 발명의 한 전개방식에서, 화합물은 화학식 VIII 및/또는 IX의 화합물이다:
[화학식 VIII]
[화학식 IX]
(식 중, R1은 H 또는 알킬이고;
X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고;
R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고, 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고;
R5는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고;
R6은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고, 여기서, R5 및 R6은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, R5 및 R6은 H이고, R9 및 R10은 H임).
본 발명의 바람직한 구현예에서, 화합물은 화학식 XII의 화합물이다:
[화학식 XII]
(식 중, R1은 H 또는 알킬이고;
X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고;
R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고, 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고;
R5는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고;
R6은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고, 여기서, R5 및 R6은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, R5 및 R6은 H이고, R9 및 R10은 H이다. 여기서, R3은 H, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 알콕시, 아미노, 아릴, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고; 바람직하게는, R3은 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기이고, R2는 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고; 바람직하게는 R2는 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기임).
본 발명의 바람직한 구현예에서, X 및/또는 Z는 O이고; 여기서, 구조는 특히 치환된 푸란 고리이다. 바람직하게는, 중심 인돌 단위 상의 A1, A2, A3, A4 또는 A5 기에서 적어도 하나의 푸란 고리는 화합물에 의한 흡수를 증가시킨다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, A5 기 및 A1, A2, A3 및 A4 기 중 적어도 하나는 동일하다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, R4는 H, 메틸, 프로필 또는 이소프로필이고, 여기서, X 및 Z는 O이고, R4는 H이고, R5 및 R6은 H이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, Ib 기에서 R2는 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기를 갖고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고/있거나, Ia 기에서 R3은 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기를 갖고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, R2 및/또는 R3은 적어도 2개의 C-C 이중 결합을 갖는다.
본 발명의 한 전개방식에서, R2 및 R3은 각각 독립적으로 하기 기이다:
(식 중, n은 1, 2, 3 또는 4이고, *는 화학식 Ia 및/또는 Ib의 기에 대한 부착을 나타내고;
R11, R12 및 R13은 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, COO-알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 사이클릭 또는 개방 사슬 알케닐로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 할로겐 또는 CN으로 치환될 수 있는데, 단 R11 및 R12 둘 모두가 H는 아니라는 조건에서 그러하고, 여기서, R11 및 R12는 바람직하게는 CN임). 이것은 예외적인 방식으로 본 발명의 유리한 효과를 실현한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, R2 및/또는 R3은 각각의 경우에 독립적으로 하기 기이다:
(식 중, m은 0, 1 또는 2이고, l은 0, 1 또는 2이고;
R11, R12, R13, R14, R15 및 R16은 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, COO-알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 사이클릭 또는 개방 사슬 알케닐로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 할로겐 또는 CN으로 치환될 수 있는데, 단 R11 및 R12 둘 모두가 H는 아니라는 조건에서 그러하고, 여기서, R11 및 R12는 바람직하게는 CN임). 많은 수의 CN 기는 R2 및/또는 R3 기의 특히 우수한 수용체 작용을 달성할 수 있다.
본 발명의 추가의 전개방식에서, R2 및 R3은 각각 독립적으로 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
(식 중, *는 화학식 Ia 및/또는 Ib의 기에 대한 부착을 나타내고, R2 및 R3은 바람직하게는 동일함).
본 발명의 한 전개방식에서, 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
본 발명의 한 전개방식에서, 화합물은 F7 및/또는 F16이다:
본 발명의 바람직한 구현예에서, X는 Z와 동일하고, R2는 R3과 동일하고, R5는 R9와 동일하고, R6은 R10과 동일하다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 화학식 I의 화합물은 추가로 R5 및 R6 및/또는 R9 및 R10에 의해 형성된 5원 또는 6원 고리를 갖고; 이 5원 고리 또는 6원 고리는 추가 위치에서 치환될 수 있다.
유기 단일 또는 탠덤 전지는 선행 기술로부터 알려져 있다. 공개된 명세서 DE102004014046A1에는 서로의 상부에 적층된 하나 이상의 pi, ni, 및/또는 pin 다이오드의 유기 층으로 이루어진 광활성 구성요소, 특히 태양 전지를 개시하고 있다. 국제 특허 출원 WO201116108A1에는 적어도 하나의 유기 층 시스템(전극들 사이에 배치되어 있고 적어도 2개의 광활성 층 시스템을 가지며 광활성 층 시스템 사이에 전하 캐리어 유형이 동일한 적어도 2개의 상이한 수송 층 시스템을 가지며, 하나의 수송 층 시스템은 2개의 광활성 층 시스템 중 하나의 에너지와 매칭되고 나머지 수송 층 시스템은 투명한 것을 특징으로 함)과 함께 전극 및 상대 전극을 갖는 광활성 구성요소가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 또한 적어도 하나의 본 발명의 화합물, 특히 상기 기재된 예시적인 구현예 중 하나에 따른 화합물을 포함하는 광전자 구성요소를 제공함으로써 달성된다. 광전자 구성요소의 경우, 이는 특히 본 발명의 화합물과 관련하여 이미 밝혀져 있는 이점을 발생시킨다. 광전자 구성요소는 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 배열된 층 시스템을 포함하고, 층 시스템의 적어도 하나의 층은 본 발명의 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
유기 광전자 구성요소의 효율은 화합물, 즉 흡수체 재료의 흡수 특성을 포함하는 요인에 따라 달라진다. 여기서 유리한 성질은 전자기 방사선의 이용 가능한 스펙트럼의 넓은 영역에서 특히 높은 흡수인데, 이것이 상이한 파장의 광자를 전력 생성에 사용할 수 있게 해주기 때문이다.
광전자 구성요소, 특히 유기 광전자 구성요소란 특히 유기 전도성 또는 반도체 재료를 포함하는 구성요소, 특히 트랜지스터, 발광 유기 구성요소, 유기 광활성 디바이스, 광검출기 또는 유기 태양 전지를 의미하는 것으로 이해된다. 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함하는 태양 전지는 가시광선의 단파 스펙트럼을 특히 효율적으로 활용하도록 한다.
유기 광기전 소자(OPV)는 특히 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함하는 유기 광활성 층과 함께 적어도 하나의 유기 광활성 층을 갖는 광기전 소자를 의미하는 것으로 이해된다. 광활성 유기 광전자 구성요소는, 예를 들어, 가시 광선 파장 범위에서 전자기 방사선이 광전 효과를 사용하여 전류로 변환되도록 한다. 변환에는 충분히 우수한 흡수 성질을 나타내는 유기 반도체 재료가 필요하다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 광전자 구성요소는 태양 전지, FET, LED 또는 광검출기, 바람직하게는 유기 태양 전지(OPV), OFET, OLED 또는 유기 광검출기이다.
여기서 유기 전자 구성요소는 특히 전극 사이에 배치된 유기 광활성 층과 함께 전극 및 상대 전극을 포함한다. 이 유기 광활성 층은 광전자 구성요소에 중요한 기능, 특히 정공의 수송(p-전도성) 또는 전자의 수송(n-전도성)과 같은 전하-캐리어 수송 기능을 갖는다. 유기 광활성 층은 특히 엑시톤(전자-정공 쌍)이 가시 광선, UV 방사선, 및/또는 IR 방사선으로부터의 방사선에 의해 형성되는 광활성 층이다. 유기 재료는 인쇄되거나 접착되거나 코팅되거나 증착되거나 달리 박막 또는 작은 부피의 형태로 호일에 도포된다. 유리, 세라믹 또는 반도체 기판 상의 전자장치에도 사용되는 모든 공정은 마찬가지로 얇은 층을 생산하는 데 사용할 수 있다.
본 발명의 한 전개방식에서, 층 시스템은 적어도 하나의 광활성 층, 바람직하게는 흡수체 층을 갖고, 여기서, 적어도 하나의 광활성 층은 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함한다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 광활성 층은 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된다.
본 발명의 한 전개방식에서, 층 시스템은 적어도 2개의 광활성 층, 바람직하게는 적어도 3개의 광활성 층, 또는 바람직하게는 적어도 4개의 광활성 층, 바람직하게는 흡수체 층을 갖는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 유기 태양 전지는 적어도 하나의 유기 어셉터 물질과 접촉하는 적어도 하나의 유기 도너 물질을 포함하는 광활성 층을 가지며, 도너 물질과 억셉터 물질은 특히 벌크 이종접합(BHJ)으로도 불리는 도너-억셉터 이종접합을 형성하고, 여기서, 광활성 층은 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 광전자 구성요소는 적어도 하나의 추가 층, 바람직하게는 적어도 하나의 전하 수송 층, 특히 전자 수송 층 및/또는 정공 수송 층을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 전하 수송 층, 특히 적어도 하나의 전자 수송 층 및/또는 적어도 하나의 정공 수송 층은 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 유기 태양 전지는 단일 전지, 또는 탠덤, 삼중, 사중 또는 기타 다중 전지이다.
탠덤 전지란 특히 2개의 기능 전지가 공간적으로 서로의 상부에 적층되고, 바람직하게는 제1 전극과 제2 전극 사이에 직렬로 연결되고, 여기서, 하나 이상의 중간층이 전지 사이에 배치될 수 있음을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 다중 전지 또는 다중접합 전지는 2개 초과의 기능 전지가 공간에서 서로의 상부에 적층되고 직렬로 연결되는 것을 의미하는 것으로 이해되며, 여기서, 중간층은 전지 사이에 배열될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 광전자 구성요소는 기판을 포함하고, 층 시스템은 제1 전극과 제2 전극 사이의 기판 상에 배치되고; 특히, 광전자 구성요소의 전극 중 하나가 기판에 직접 적용되는 것이 가능하다.
본 발명의 한 전개방식에서, 광활성 층은 적어도 하나의 본 발명의 화합물과 적어도 하나의 추가 화합물의 혼합 층, 또는 적어도 하나의 본 발명의 화합물과 적어도 2개의 추가 화합물의 혼합 층의 형태를 취하고, 상기 화합물은 바람직하게는 흡수체 재료이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 광전자 구성요소는 nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, 또는 pipn 전지, 또는 적어도 하나의 i 층을 포함하는 nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, 또는 pipn 전지의 조합 형태를 취한다.
i 층이란 특히, 고유의 도핑되지 않은 층을 의미하는 것으로 이해된다. 하나 이상의 i 층은 여기에서 하나의 재료(평면 이종 접합, PHJ) 또는 상호침투 망상구조를 갖는 벌크 이종접합(BHJ)으로 불리는 2개 이상의 재료의 혼합물로 이루어질 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 화합물 및/또는 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함하는 층은 진공 처리, 기상 증착 또는 용매 처리에 의해, 특히 바람직하게는 진공 처리에 의해 증착될 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 광전자 구성요소, 바람직하게는 유기 광전자 구성요소, 특히 상기 기재된 실시예 중 하나에 따른 본 발명의 화합물의 용도를 제공함으로써 달성된다. 광전자 구성요소에서 본 발명의 화합물의 사용은 특히 본 발명의 화합물 및 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함하는 광전자 구성요소와 관련하여 밝혀져 있는 이점을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 광전자 구성요소, 바람직하게는 유기 광전자 구성요소는 유기 태양 전지이다.
본 발명의 화합물 및 이의 광학적 성질의 일부 특정 실시예가 이하에 명시된다. 표 1은 본 발명의 이들 화합물의 융점 및 최대 흡수(용매(SO) 중에서 nm 및 eV로)의 개요를 나타낸다. 표 1에 나열된 화합물의 관련된 흡수 스펙트럼은 도 3 내지 도 15에 나타낸다. 스펙트럼 데이터는 두께가 30 nm인 석영 유리 상의 진공 증착 층에 관한 것이다.
[표 1]
a 시작점(onset) DSC(동적 시차 열량계)
b 디클로로메탄 중
광학적 성질은 실험을 통해 결정되었다. 광도계를 사용하여 디클로로메탄 중 큐벳에서 희석 용액으로 최대 흡수 λ최대를 측정하였다. 설명된 모든 화합물의 측정된 최대 흡수는 530 nm 내지 610 nm이다.
본 발명의 화합물은 가시 광선의 넓은 스펙트럼 내에서의 특히 높은 흡수로 주목할 만하다. 따라서, 본 발명의 화합물은 높은 비율의 단파 가시 광선을 포함하는 비교적 넓은 스펙트럼 영역에 걸쳐 광자를 흡수하고 이를 전기 에너지로 전환할 수 있다.
표 1의 흡수 스펙트럼으로부터, 본 발명의 화합물은 특히 우수한 방사선 흡수율을 가지며 따라서 가시 스펙트럼 영역에서 광학 밀도에 대해 상대적으로 높은 적분을 갖는다고 추론할 수 있다. 여기서 "적분"이 의미하는 것은 흡수 스펙트럼의 곡선 아래 면적이며, 이는 광활성 재료로서의 재료의 적합성에 대한 중요한 특징이다.
표 2는 직접 비교에서 본 발명의 화합물의 다양한 파라미터를 나타낸다. 개방 회로 전압 Uoc, 단락 전류 Jsc 및 충전율 FF의 광기전 파라미터는 각각의 경우에 태양 전지의 동일한 구조와 관련된다.
본 발명의 화합물, 즉 유기 광전자 구성요소에서 흡수체 재료로서의 용도를 조사하기 위해, 전류-전압 곡선은 하기 구조를 갖는 BHJ 전지에서 측정되었다: AM1.5 조명 하의 ITO/C60(15 nm)/본 발명의 화합물(흡수체 재료): C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm)을 갖는 유리(AM = 공기 질량; AM = 1.5, 이 스펙트럼에서, 전체 방사선 전력은 1000 W/m2임; 태양 모듈 측정에 대한 표준 값으로서의 AM = 1.5), 광활성 층은 벌크 이종접합(BHJ)임. ITO(인듐 주석 산화물)로 만들어진 투명한 커버 접점이 유리 기판에 적용된다. 여기서, ITO는 전극의 역할을 하고 인접한 플러렌 C60은 전자 수송 층(ETL)의 역할을 하며, 이에 인접한 것은 전자 수용체 물질로서의 광활성 C60 층 및 정공 수용체 물질(도너 물질)로서의 본 발명의 각 화합물이고, 이어서 정공 수송 층(HTL)으로서의 BPAPF(9,9-비스[4-(N,N-비스(바이페닐-4-일)아미노)페닐]-9H-플루오렌) 및 NDP9(Novaled AG)로 도핑된 BPAPF에 이어서 알루미늄으로 만들어진 전극이 뒤따른다(도 2 참조).
인돌 단위와 상호작용하는 푸란 기 또는 티오펜 기를 갖는 본 발명의 화합물의 유리한 상승 효과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
본 발명의 화합물의 특히 유리한 특성은 또한 동일한 태양 전지 구조에서 개방 회로 전압 Uoc, 단락 회로 전류 Jsc 및 충전율 FF의 광기전 파라미터에서 입증된다. 상승된 충전율 FF는 본 발명의 화합물이 개선된 흡수 성질뿐만 아니라 탁월한 전하 캐리어 수송 성질을 갖는다는 것을 시사한다. 전하 수송 성질과 흡수 성질에 따라, 우수한 충진율로 높은 광전류를 달성할 수 있다. 따라서, 매우 잘 조합된 탠덤/삼중/사중 또는 다중접합 태양 전지를 생산하는 것이 가능하다. 표 2에 나타낸 화합물 중, 화합물 F3, F4, F6, F8, F9 및 F13이 가장 우수한 광학적 성질을 가지며; 보다 특히, 이들로 제조된 유기 태양 전지의 가장 높은 전지 효율(eff), 즉 가장 높은 효율이 이들 화합물에 대해 달성되었으며, 이들 화합물 중, F6 및 F9는 태양 전지에서 가장 높은 효율을 갖는다. 이들 화합물은 각각 중심 인돌 단위의 5원 고리 및 6원 고리 상에 푸란 고리 및/또는 티오펜 고리, 특히 각각 하나의 푸란 고리를 갖는다. 추가로 유리한 것은 중심 인돌 단위의 피롤 고리의 N 상의 H, 또는 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸 기, 특히 이소프로필, 이소부틸 또는 s-부틸 기이다. 바람직하게는, 추가 5원 고리(Ia, IIa)는 중심 인돌 단위의 2' 및 6' 위치에 부착된다. 2개의 외부 5원 고리(Ia, IIa)는 바람직하게는 각각 디시아노비닐 및/또는 부타디에닐디시아노 기를 갖는다.
본 발명은 도면을 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다. 도면은 다음을 나타낸다:
도 1은 본 발명의 화합물의 합성을 위한 합성 반응식의 실시예이고;
도 2는 횡단면에서의 광전자 구성요소의 실시예의 개략도이고;
도 3은 화합물 F1의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F1을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 4는 화합물 F2의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F2를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 5는 화합물 F3의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F3을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 6은 화합물 F4의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F4를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 7은 화합물 F5의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F5를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 8은 화합물 F6의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F6을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 9는 화합물 F7의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F7을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 10은 화합물 F8의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F8을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 11은 화합물 F9의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F9를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 12는 화합물 F10의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F10을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 13은 화합물 F11의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F11을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 14는 화합물 F12의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F12를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 15는 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F13을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 화합물의 합성을 위한 합성 반응식의 실시예이고;
도 2는 횡단면에서의 광전자 구성요소의 실시예의 개략도이고;
도 3은 화합물 F1의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F1을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 4는 화합물 F2의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F2를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 5는 화합물 F3의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F3을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 6은 화합물 F4의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F4를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 7은 화합물 F5의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F5를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 8은 화합물 F6의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F6을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 9는 화합물 F7의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F7을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 10은 화합물 F8의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F8을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 11은 화합물 F9의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F9를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 12는 화합물 F10의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F10을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 13은 화합물 F11의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F11을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 14는 화합물 F12의 흡수 스펙트럼, 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F12를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이고;
도 15는 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F13을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율을 나타내는 그래프이다.
실시예
도 1은 본 발명의 화합물의 합성을 위한 합성 반응식의 실시예를 나타낸다.
본 발명의 화합물의 일반적인 제조는 선행 기술로부터 당업자에게 알려져 있다. 이러한 맥락에서 특히 국제 출원 WO2017114937A1 및 WO2017114938A1을 참조한다.
도 1은 본 발명의 화합물의 일반적인 합성을 나타낸다. 이러한 방식으로, 화합물 F2, F3, F4, F5, F6, F8, F9, F10, F11, F12, F14, F15, F17 및 F18은 간단한 방식으로 그리고 우수한 수율로 얻을 수 있다. 화합물 F1, F7, F13 및 F16은 국제 출원 WO2017114937A1 및 WO2017114938A1에 개시된 합성에 의해 제조된다. 중심 인돌 단위에 대한 치환기(Ia, IIa)의 연결 위치는 표 3에 요약되어 있다.
[표 3]
본 발명의 화학식 I의 화합물은 하기를 특징으로 한다:
[화학식 I]
식 중, R1은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고; R4는 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 및 알케닐로 이루어진 군으로부터 선택되고; 각각의 경우에 적어도 하나의 A1, A2, A3 또는 A4는 독립적으로 하기 Ia의 기이고:
(식 중, 각각의 경우에, *는 화학식 I의 화합물에 대한 부착을 나타내고; Z는 O, S, Se, 및 N-R8(여기서, R8은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택됨)로 이루어진 군으로부터 선택되고;
Y3은 N 또는 C-R9(여기서, R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고;
Y4는 N 또는 C-R10(여기서, R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고; 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고; R3은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있음); 나머지 A1, A2, A3 또는 A4는 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되고; A5는 H, 알킬, 알콕시 및 하기 Ib의 기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
(식 중, *는 화학식 I의 화합물에 대한 부착을 나타내고; X는 O, S, Se, 및 N-R7(여기서, R7은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택됨)로 이루어진 군으로부터 선택되고; Y1은 N 또는 C-R5(여기서, R5는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고; Y2는 N 또는 C-R6(여기서, R6은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고; 여기서, R5 및 R6은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고; R2는 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있음).
본 발명의 한 구성에서, 화합물은 하기 화학식 II의 화합물이다:
[화학식 II]
(식 중, R1은 바람직하게는 H 및 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고; R4는 바람직하게는 H, 할로겐, CN, 알콕시 및 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고; 여기서, X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S임).
본 발명의 추가의 구성에서, 화합물은 화학식 VII의 화합물이다:
[화학식 VII]
(식 중, R1은 바람직하게는 H, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 s-부틸로 이루어진 군으로부터 선택되고; R4는 바람직하게는 H, 할로겐, CN, 알콕시 및 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고; 여기서, Z는 O 또는 S임).
본 발명의 추가의 구성에서, 적어도 하나의 A1, A2, A3 또는 A4는 독립적으로 하기 기이다:
(식 중, R3은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고; R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 연결될 수 있음).
본 발명의 추가의 구성에서, 화합물은 화학식 III 및/또는 IV의 화합물이다:
[화학식 III]
[화학식 IV]
(식 중, R1은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 s-부틸로 이루어진 군으로부터 선택되고; X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고; R3은 H, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 알콕시, 아미노, 아릴, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, X 및 Z는 O이고, R4는 H이고, R5 및 R6은 H임).
본 발명의 추가의 구성에서, 화학식 III에서, A1, A3 및 A4는 H (화학식 V)이고, 화학식 IV에서, A1, A2 및 A4는 H (화학식 VI)이다:
[화학식 V]
[화학식 VI]
(식 중, X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
R5 및 R6은 바람직하게는 H임).
본 발명의 추가의 구성에서, 화합물은 화학식 VIII 및/또는 IX의 화합물이다:
[화학식 VIII]
[화학식 IX]
(식 중, R1은 H 또는 알킬이고; X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고; R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고; R5는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; R6은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; 여기서, R5 및 R6은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, 5 및 R6은 H이고, R9 및 R10은 H임).
본 발명의 추가의 구성에서, R2 및 R3은 각각 독립적으로 하기 기이다:
(식 중, n은 1, 2, 3 또는 4이고, *는 각각의 경우에 화학식 Ia 및/또는 Ib의 기에 대한 부착을 나타내고; R11, R12 및 R13은 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, COO-알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 사이클릭 또는 개방 사슬 알케닐로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 할로겐 또는 CN으로 치환될 수 있는데, 단 R11 및 R12 둘 모두가 H는 아니라는 조건에서 그러하고, 여기서, R11 및 R12는 바람직하게는 CN임).
본 발명의 추가의 구성에서, R2 및 R3은 각각 독립적으로 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
(식 중, *는 화학식 Ia 및/또는 Ib의 기에 대한 부착을 나타내고, R2 및 R3은 바람직하게는 동일함).
본 발명의 추가의 구성에서, 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
본 발명의 추가의 구성에서, 화합물은 F7 및/또는 F16이다:
도 2는 횡단면에서의 광전자 구성요소의 실시예의 개략도를 나타낸다.
광전자 구성요소는 제1 전극(1), 제2 전극(2), 및 제1 전극(1)과 제2 전극(2) 사이에 배열된 층 시스템(7)을 포함한다. 층 시스템(7)의 적어도 하나의 층은 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함한다.
본 발명의 한 구성에서, 광전자 구성요소는 유기 태양 전지, OFET, OLED 또는 유기 광검출기이다.
종래 기술로부터 알려진 유기 태양 전지의 구조는 pin 또는 nip 다이오드로 이루어진다(Martin Pfeiffer, "Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", Ph.D. thesis TU-Dresden, 1999, and WO2011/161108A1). pin 태양 전지는 일반적으로 투명한 베이스 접점에 인접해 있는 기판, p 층(들), i 층(들), n 층(들) 및 상부 접점으로 이루어진다. nip 태양 전지는 일반적으로 투명한 베이스 접점에 인접해 있는 기판, n 층(들), i 층(들), p 층(들) 및 상부 접점으로 이루어진다.
이러한 실시예에서, 광전자 구성요소는 태양 전지이다. 태양 전지는, 예를 들어, 유리로 만들어진 기판(1)을 갖고, 그 위에, 예를 들어, ITO를 포함하는 전극(2)이 있다. 그 위에는 전자 수송 층(3) (ETL) 및 평면 이종접합 또는 벌크 이종접합으로서 적어도 하나의 본 발명의 화합물, p-전도성 도너 물질, 및 n-전도성 억셉터 물질, 예를 들어, C60 플러렌을 포함하는 광활성 층(4)이 배치되어 있다. 그 위에 p-도핑된 정공 수송 층(5) (HTL) 및 알루미늄으로 만들어진 전극(6)이 배치된다.
본 발명의 추가의 구성에서, 층 시스템(7)은 적어도 하나의 광활성 층(4), 바람직하게는 흡수체 층을 갖고, 이때 적어도 하나의 광활성 층(4)은 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함한다.
본 발명의 추가의 구성에서, 층 시스템(7)은 적어도 2개의 광활성 층, 바람직하게는 적어도 3개의 광활성 층, 또는 바람직하게는 적어도 4개의 광활성 층을 갖는다.
본 발명의 추가의 구성에서, 광활성 층은 적어도 하나의 본 발명의 화합물과 적어도 하나의 추가 화합물의 혼합 층, 또는 적어도 하나의 본 발명의 화합물과 적어도 2개의 추가 화합물의 혼합 층의 형태를 취하고, 상기 화합물은 바람직하게는 흡수체 재료이다.
본 발명의 추가의 구성에서, 광전자 구성요소는 기능층을 추가로 갖는데, 이들은 특히 특히 탠덤 전지, 삼중 전지 또는 다중 전지 형태이다.
도 3 내지 도 15는 본 발명의 화합물 및 이의 광학적 성질의 특정 실시예를 아래에 제공한다:
도 3은 화합물 F1의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F1을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
흡수 스펙트럼(nm 단위의 파장에 대한 광학 밀도)은 석영 유리 상의 각 화합물 F1 내지 F13의 30 nm 두께의 진공 증착된 층에 대해 측정되었다.
전류-전압 곡선은 유기 태양 전지를 특징으로 하는 지수를 포함한다. 여기서, 가장 중요한 지수는 충전율 FF, 개방 회로 전압 Uoc 및 단락 회로 전류 Jsc이다.
특정 경우에, ITO 층 상의 BHJ 전지는 15 nm 두께의 C60 층을 갖는다. 이 층에 C60과 함께 화합물 F1을 30 nm 두께로 도포하였다. 이 층에 이어 10 nm 두께의 BPAPF 층이 있으며, 그 상부에 BPAPF 및 NDP9를 포함하는 30 nm 두께의 추가 층이 있다. 이 층에서 BPAPF의 비율은 전체 층을 기준으로 10 중량%이다. 이 층은 NDP9를 포함하는 1 nm 두께의 추가 층에 인접하고, 이어 100 nm 두께의 알루미늄 층이 뒤따른다. 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었고, 광활성 층은 벌크 이종접합(BHJ)을 특징으로 한다: ITO/C60(15 nm)/F1:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F1을 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 62.7%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 0.83 V이고, 단락 회로 Jsc는 10.8 mA/cm2이다. 화합물 F1을 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 5.62%이다.
또한, 화합물 F1은 240℃ 내지 255℃의 최종 온도까지의 온도에서 특히 우수한 증발성을 나타낸다.
도 4는 화합물 F2의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F2를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F2:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F2를 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 61.7%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 1.02 V이고, 단락 회로 Jsc는 8.0 mA/cm2이다. 화합물 F2를 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 5.03%이다.
도 5는 화합물 F3의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F3을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F3:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F3을 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 73.8%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 0.98 V이고, 단락 회로 Jsc는 11.5 mA/cm2이다. 화합물 F3을 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 8.32%이다. F3은 높은 충전율 FF로 특히 우수한 수송 성질을 나타낸다.
도 6은 화합물 F4의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F4를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F4:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F4를 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 72.1%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 0.94 V이고, 단락 회로 Jsc는 11.9 mA/cm2이다. 화합물 F4를 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 8.07%이다.
도 7은 화합물 F5의 흡수 스펙트럼(A), 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F5를 포함하는 BHJ 전지의 류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F5:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F5를 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 62.3%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 1.01 V이고, 단락 회로 Jsc는 7.7 mA/cm2이다. 화합물 F5를 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 4.85%이다.
도 8은 화합물 F6의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F6을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/화합물 F6:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F6을 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 72.5%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 0.96 V이고, 단락 회로 Jsc는 13.8 mA/cm2이다. 화합물 F6을 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 9.60%이다.
도 9는 화합물 F7의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F7을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F7:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F7을 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 63.6%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 1.0 V이고, 단락 회로 Jsc는 9.8 mA/cm2이다. 화합물 F1을 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 6.23%이다.
도 10은 화합물 F8의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F8을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F8:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F8을 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 67.9%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 0.98 V이고, 단락 회로 Jsc는 12.8 mA/cm2이다. 화합물 F8을 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 8.52%이다. 화합물 F8은 진공 증착 하에 특히 안정한 거동을 나타낸다.
도 11은 화합물 F9의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F9를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F9:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F9를 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 70.3%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 0.98 V이고, 단락 회로 Jsc는 13.6 mA/cm2이다. 화합물 F9를 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 9.37%이다.
도 12는 화합물 F10의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F10을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F10:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F10을 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 56.5%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 1.01 V이고, 단락 회로 Jsc는 11.8 mA/cm2이다. 화합물 F1을 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 6.73%이다.
도 13은 화합물 F11의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F11을 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F11:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F11을 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 56.7%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 0.98 V이고, 단락 회로 Jsc는 11.3 mA/cm2이다. 화합물 F11을 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 6.28%이다.
도 14는 화합물 F12의 흡수 스펙트럼(A), 그리고 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F12를 포함하는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선, 스펙트럼 외부 양자 수율, 및 충전율(B)을 나타내는 그래프이다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F12:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F12를 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 50.7%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 1.03 V이고, 단락 회로 Jsc는 8.9 mA/cm2이다. 화합물 F12을 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 4.65%이다.
도 15는 유기 태양 전지 형태의 유기 광전자 구성요소에서 측정된, 화합물 F13을 포함하는 BHJ 전지의 스펙트럼 외부 양자 수율 및 충전율의 그래프 표현을 나타낸다.
광활성 층으로서 벌크 이종접합(BHJ)을 갖는, 하기 구조를 갖는 BHJ 전지의 전류-전압 곡선이 결정되었다: ITO/C60(15 nm)/F13:C60(30 nm, 3:2, 50℃)/BPAPF(10 nm)/BPAPF:NDP9(30 nm, 10 중량% NDP9)/NDP9(1 nm)/Al(100 nm). 화합물 F13을 포함하는 광전자 구성요소에서, 충전율 FF는 70.3%이고, 개방 회로 전압 Uoc는 0.87 V이고, 단락 회로 Jsc는 12.2 mA/cm2이다. 화합물 F13을 포함하는 이러한 유형의 광전자 구성요소, 특히 태양 전지의 전지 효율은 7.46%이다.
화합물의 흡수 성질을 갖는 화합물 F1 내지 F13의 실험 데이터 및 유기 태양 전지에서 측정된 전류-전압 곡선은 본 발명의 화합물이 유기 태양 전지 및 기타 유기 광전자 구성요소에 사용하기에 매우 우수한 적합성을 가지며 특히 0.9 V 초과의 개방 회로 전압 Uoc를 가능하게 한다는 것을 입증한다.
Claims (17)
- 화학식 I의 화합물로서,
[화학식 I]
식 중,
R1은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R4는 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 및 알케닐로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 경우에 적어도 하나의 A1, A2, A3 또는 A4는 독립적으로 하기 Ia의 기이고:
(식 중, 각각의 경우에, *는 화학식 I의 화합물에 대한 부착을 나타내고;
Z는 O, S, Se, 및 N-R8(여기서, R8은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택됨)로 이루어진 군으로부터 선택되고;
Y3은 N 또는 C-R9(여기서, R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고;
Y4는 N 또는 C-R10(여기서, R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고;
여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고;
R3은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있음);
나머지 A1, A2, A3 또는 A4는 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아미노로 이루어진 군으로부터 선택되고;
A5는 H, 알킬, 알콕시 및 하기 Ib의 기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 화합물
(식 중, *는 화학식 I의 화합물에 대한 부착을 나타내고;
X는 O, S, Se, 및 N-R7(여기서, R7은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택됨)로 이루어진 군으로부터 선택되고;
Y1은 N 또는 C-R5(여기서, R5는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고;
Y2는 N 또는 C-R6(여기서, R6은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있음)이고;
여기서, R5 및 R6은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고; R2는 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있음). - 제1항에 있어서, 상기 화합물이 화학식 II의 화합물임을 특징으로 하는 화합물:
[화학식 II]
(식 중, R1은 바람직하게는 H 및 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R4는 바람직하게는 H, 할로겐, CN, 알콕시 및 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
여기서, X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S임). - 제1항에 있어서, 상기 화합물이 화학식 VII의 화합물임을 특징으로 하는 화합물:
[화학식 VII]
(식 중, R1은 바람직하게는 H, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 s-부틸로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R4는 바람직하게는 H, 할로겐, CN, 알콕시 및 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고; 여기서, Z는 O 또는 S임). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 경우에 적어도 하나의 A1, A2, A3 또는 A4가 독립적으로 하기 기임을 특징으로 하는 화합물:
(식 중, R3은 H, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 아미노, 아릴, 알케닐, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고;
R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 연결될 수 있음). - 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물이 화학식 III 및/또는 IV의 화합물임을 특징으로 하는 화합물:
[화학식 III]
[화학식 IV]
(식 중, R1은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 및 s-부틸로 이루어진 군으로부터 선택되고;
X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
A1, A3 및 A4, 또는 A1, A2 및 A4는 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 및 부분 플루오르화 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R3은 H, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 알콕시, 아미노, 아릴, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, X 및 Z는 O이고, R4는 H이고, R5 및 R6은 H임). - 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 III에서 A1, A3 및 A4가 H(화학식 V)이고, 화학식 IV에서 A1, A2 및 A4가 H(화학식 VI)임을 특징으로 하는 화합물:
[화학식 V]
[화학식 VI]
(식 중, X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
R5 및 R6은 바람직하게는 H임). - 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물이 화학식 X의 화합물임을 특징으로 하는 화합물:
[화학식 X]
(식 중, R1은 H 또는 알킬이고;
X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
A2, A3 및 A4는 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 및 부분 플루오르화 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R3은 H, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 알콕시, 아미노, 아릴, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, X 및 Z는 O이고, R4는 H이고, R5 및 R6은 H임). - 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물이 화학식 XI의 화합물임을 특징으로 하는 화합물:
[화학식 XI]
(식 중, R1은 H 또는 알킬이고;
X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
A1, A2 및 A3은 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, 알콕시, 알킬, 플루오르화 알킬, 및 부분 플루오르화 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R3은 H, 알킬, 플루오르화 알킬, 부분 플루오르화 알킬, 알콕시, 아미노, 아릴, 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 갖는 전자 구인성 알킬 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 CN 또는 F로 치환될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, X 및 Z는 O이고, R4는 H이고, R5 및 R6은 H임). - 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물이 화학식 VIII 또는 IX의 화합물임을 특징으로 하는 화합물:
[화학식 VIII]
[화학식 IX]
(식 중, R1은 H 또는 알킬이고;
X 및 Z는 각각 독립적으로 O 또는 S이고;
R9는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고;
R10은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; 여기서, R9 및 R10은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고,
R5는 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고;
R6은 H, 할로겐, 알콕시, 분지형 또는 선형의 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 알케닐, 및 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 치환될 수 있고; 여기서, R5 및 R6은 고리 구조의 형태로 호모사이클릭 또는 헤테로사이클릭으로 서로 결합될 수 있고;
여기서, 바람직하게는, R5 및 R6은 H이고, R9 및 R10은 H임). - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, R2 및 R3가 각각 독립적으로 하기 기임을 특징으로 하는 화합물:
(식 중, n은 1, 2, 3 또는 4이고, *는 각각의 경우에 화학식 Ia 및/또는 Ib의 기에 대한 부착을 나타내고;
R11, R12 및 R13은 각각 독립적으로 H, 할로겐, CN, COO-알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 사이클릭 또는 개방 사슬 알킬, 사이클릭 또는 개방 사슬 알케닐로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, H는 각각의 경우에 할로겐 또는 CN으로 치환될 수 있는데, 단 R11 및 R12 둘 모두가 H는 아니라는 조건에서 그러하고, 여기서, R11 및 R12는 바람직하게는 CN임). - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, R2 및 R3이 각각 독립적으로 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화합물:
(식 중, *는 화학식 Ia 및/또는 Ib의 기에 대한 부착을 나타내고, R2 및 R3은 바람직하게는 동일함). - 제1항, 제2항, 제4항 내지 제6항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물이 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화합물:
- 제1항, 제3항, 제4항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물이 F7 및/또는 F16인 것을 특징으로 하는 화합물:
- 제1 전극(2), 제2 전극(3), 및 상기 제1 전극(1)과 상기 제2 전극(2) 사이에 배열되어 있는 층 시스템(7)을 포함하는 광전자 구성요소로서, 상기 층 시스템(7)의 적어도 하나의 층이 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 화합물을 포함하고, 여기서, 상기 광전자 구성요소는 바람직하게는 유기 태양 전지, OFET, OLED 또는 유기 광검출기인 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
- 제14항에 있어서, 상기 층 시스템(7)이 적어도 하나의 광활성 층(4), 바람직하게는 흡수체 층을 갖고, 여기서, 상기 적어도 하나의 광활성 층(4)은 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 화합물을 포함하고, 이때 상기 층 시스템(7)은 바람직하게는 적어도 2개의 광활성 층, 바람직하게는 적어도 3개의 광활성 층, 또는 바람직하게는 적어도 4개의 광활성 층을 갖는 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 광활성 층(4)이 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 화합물과 적어도 하나의 추가 화합물의 혼합 층으로서, 또는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 화합물과 적어도 2개의 추가 화합물의 혼합 층으로서 형성되고, 여기서, 상기 화합물은 바람직하게는 흡수체 재료인 것을 특징으로 하는 광전자 구성요소.
- 유기 광전자 구성요소에서 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 화합물의 용도로서, 상기 유기 광전자 구성요소는 바람직하게는 유기 태양 전지인 용도.
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