KR20230127248A - 화합물 및 유기 전자 소자에서의 이의 용도 - Google Patents

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마르틴 파이페르
안드레 바이스
이반 라미레즈
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Abstract

본 발명은 일반식(I)의 화합물, 유기 전자 소자에서의 이러한 화합물의 용도, 및 이러한 화합물을 포함한 유기 전자 소자에 관한 것이다.

Description

화합물 및 유기 전자 소자에서의 이의 용도
본 발명은 일반식(I)의 화합물, 유기 전자 소자에서의 이러한 화합물의 용도, 및 이러한 화합물을 포함한 유기 전자 소자에 관한 것이다.
유기 물질로 이루어진 전자 소자는 LED(OLED) 및 유기 태양 전지 소자(OPV), 즉 유기 태양 전지(organic solar cell)로서 사용되는 것에 대해 공지되어 있다. 사용된 유기 물질은 이러한 유기 전자 소자에서 다양한 기능들, 특히 전하 운반, 발광 또는 광 흡수의 기능을 충족한다. 광전자 소자에서 유기 물질은 폴리머 또는 소분자일 수 있고 용제 또는 유제(emulsion)에서는 코팅 또는 프린팅 등의 습식 화학 공정을 통해 또는 진공에서는 승화(sublimation)를 통해 박막으로 가공될 수 있다. 유기 전자 소자는 예를 들어 디스플레이, 데이터 저장 장치 또는 트랜지스터일 수 있으나, 유기 광전자 소자, 특히 태양 전지 또는 광검출기일 수도 있다. 태양 전지 또는 광검출기는, 전자기 빔이 입사될 때 연결된 전자 정공쌍(electron hole pair)(엑시톤)이 전하 이동체(charge carrier)로서 생성되는 광활성 층을 갖는다. 엑시톤은 확산을 통해 전자 및 정공이 서로 분리되는 계면에 도달한다. 전자를 수용하는 물질은 수용체로, 정공을 수용하는 물질은 공여체로 지칭된다. 다른 유기 전자 소자는 전류가 흐를 때 빛을 방출하는 발광 소자이다. 유기 전자 소자는 적어도 두 개의 전극을 포함하고, 하나의 전극은 기판에 제공되고 다른 전극은 상대 전극(counter electrode)의 역할을 한다. 전극들 사이에 적어도 하나의 광활성 층, 바람직하게는 유기 광활성 층이 있다. 추가의 층, 예를 들어 수송 층이 전극들 사이에 배치될 수 있다.
유기 전자 소자에 사용될 때 소자의 특성을 개선하는 유기 반도체 물질에 대한 연구가 계속되고 있다. 공지되어 있는 흡수체의 흡수 스펙트럼은 청색 스펙트럼 영역을 완전히 커버하지 못한다. 따라서 흡수 영역 증대 및 태양 전지의 효율성 상승을 위해 스펙트럼 영역 400 nm 내지 600 nm, 특히 450 내지 550 nm에서 강하게 흡수하고 1 V 범위의 전압을 갖는 흡수체가 필요하다. 이는 특히 이중 셀(tandem cell) 및 삼중 셀(triplet cell)에 사용 시 바람직하다.
이러한 목적은 독립 청구항들의 대상에 의해 달성된다. 바람직한 구성들은 종속 청구항들로부터 생겨난다.
이러한 목적은 특히 일반식(I)
A1-(T1)a-(T2)b-(Z)c-(T3)d-(T4)e-A2 (I)
의 화합물의 제공에 의해 달성되되, 파라미터 a, b, d, e는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1이고, 단 파라미터 a, b, d, e 중 적어도 하나는 1이고,
파라미터 c는 1, 2 또는 3이고,
일반 기 Z는, *-M-N-* 또는 *-N-M-*과 같이 연결된 두 개의 기 M 및 N으로 구성된 블록이고, *는 기 T1, T2, T3, T4, A1 및 A2의 부착점을 나타내고,
기 M은 각각 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:
,
기 N은 각각 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:
,
M 및 N은 기 M의 적어도 하나의 N 원자 및 기 N의 하나의 O 원자가 각각 2개의 C 원자를 통해 서로 연결되도록 각각 연결되며, 는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점을 나타내고,
X1 내지 X16은 서로 독립적으로 N 또는 C-R로부터 선택되고, 단 화학식 3 및 화학식 6의 기에서, 각각 기 X8/X7 및 X16/X15로부터의 한 기는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점 을 나타내고,
각각 R은 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬(open-chain) C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있고, C1-C10 알킬의 C 원자는 헤테로원자로 치환될 수 있음), C2-C10 알케닐, O-알킬, S-알킬, O-알케닐, S-알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴(이들 기 모두에서 H 원자는 치환될 수 있음), CN, NR10R11(R10 및 R11은 각각 서로 독립적으로 H, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있고, C1-C10 알킬의 C 원자는 헤테로원자로 치환될 수 있음)로부터 선택됨)로 구성된 군으로부터 선택되고,
R1 내지 R3은 각각 서로 독립적으로 H, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있고, C1-C10 알킬의 C 원자는 헤테로원자로 치환될 수 있음); 치환되거나 치환되지 않은 C2-C10 알케닐, 치환되거나 치환되지 않은 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 헤테로아릴, CN으로 구성된 군으로부터 선택되고,
전자 끌기 기 A1 및 A2는 서로 독립적으로 적어도 하나의 C=C 이중 결합을 갖는 전자 끌기 기이고,
기 T1, T2, T3, 및 T4는 각각 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:
,
는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점을 나타내고, 단 기 T1 내지 T4 중 적어도 하나가 화학식 10이고,
R5 및 R6은 각각 서로 독립적으로 H, CN, F, 아릴, 헤테로아릴, C2-C10 알케닐, 알키닐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음)로 구성된 군으로부터 선택되고, 만일 치환기 R13이 화학식(I)의 화합물에 존재하는 경우, R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에 폐환이 가능하며, 단 R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에서 각각의 경우에 화학식 11로부터의 이중 결합이 위치하는 것이 가능하며,
W1 내지 W8은 각각 서로 독립적으로 N, CR로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고,
X17 내지 X18은 서로 독립적으로 N 및 C-R로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고, 단 적어도 X17 또는 X18이 N이고,
X19 내지 X27은 서로 독립적으로 N 또는 C-R로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고, 단 화학식 12, 화학식 13 및 화학식 14의 기에서, 각각의 경우에 기 X20/X21, X23/X24 및 X26/X27로부터의 한 기는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점 을 나타내고,
A는 S, O, NR9, 및 Se로 구성된 군으로부터 선택되고,
Q는 S, O, NR9, 및 Se로 구성된 군으로부터 선택되고,
기 A 및 Q에 대해, 치환기 R9는 각각의 경우에 서로 독립적으로 H, CN, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음); C2-C10 알케닐, O-알킬, S-알킬, O-알케닐, S-알케닐, 알키닐, 치환되거나 치환되지 않은 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 헤테로아릴로부터 선택된다.
본 발명에 따른 화학식(I)의 화합물의 공여체 영역의 공액 π-전자 시스템은 적어도 하나의 추가 공여체 블록 T1, T2, T3 또는 T4의 혼입에 의해 그리고 상응하게 화학식(I)에서 이러한 공여체 블록과 관련된 파라미터 a, b, d 또는 e를 연속적으로 1로 설정함으로써 공여체 블록 Z를 넘어서 확장될 수 있다.
파라미터 c가 1 초과인 경우, 중간 기 Z에, M-N 또는 N-M 블록으로 구성된 이중 기의 여러 개가 연속할 수 있다(예를 들면, *-M-N-M-N-M-N-*, *-M-N-N-M-M-N-* 또는 *-N-M-N-M-N-M-N-M-*). 이러한 구조적 특징 (*-M-N-*)c 또는 (*-N-M-*)c에 근거하여, 상기 기재된 구조 요소를 갖지 않는 본 발명에 따르지 않는 화합물과 비교하여 바람직하게는 가시광선 스펙트럼 범위에서 높은 광학 밀도, 특히 흡수 스펙트럼에서의 광학 밀도에 대한 높은 적분을 갖는다. 여기서 "적분"은 유기 감광성 물질로서 물질의 적합성에 중요한 특징인, 흡수 스펙트럼에서의 곡선 아래 면적 함량을 의미한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, R은 H, 할로겐 및 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 바람직하게는 C1-C10 알킬의 H 원자는 부분적으로 또는 완전히 F로 치환될 수 있음)로 구성된 군으로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 화학식 9의 적어도 하나의 H 원자는 바람직하게는 할로겐, 바람직하게는 F, 알킬 기(여기서 알킬 기는 비치환되거나 또는 적어도 하나의 H 원자가 할로겐, 바람직하게는 F로 치환됨) 또는 O-알킬 기로 치환된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 T1 내지 T4는 치환된 또는 비치환된 티아졸이고 적어도 하나의 T1 내지 T4는 치환된 또는 비치환된 푸란 또는 티오펜이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 기 M은 피롤이고/이거나 기 N은 푸란이고 각각 치환 또는 비치환된다.
본 발명에 따른 일반식(I)의 화합물은 선행 기술에 비해 이점을 갖는다. 바람직하게는, 유기 전자 소자, 특히 태양 전지에 대해 개선된 흡수체가 제공될 수 있다. 바람직하게도, 높은 흡수 강도를 갖는 적색 및 근적외선 스펙트럼 범위에 대한 흡수 물질이 제공된다. 바람직하게도, 본 발명에 따른 화합물은 청색 범위로 이동되는 넓은 흡수 범위를 특징으로 한다. 바람직하게도, 본 발명에 따른 화합물은 400 nm 내지 800 nm, 바람직하게는 400 nm 내지 700 nm의 비교적 넓은 가시광선 범위에서 놀랍도록 우수한 흡수 거동을 보이고, 특히 400 nm 내지 600 nm의 단파 스펙트럼 범위에서 높은 흡수율을 보인다. 바람직하게도, 무부하 전압(Uoc)이 증가된다. 바람직하게도, 태양 전지의 효율성이 높아질 수 있다. 바람직하게도, 본 발명에 따른 화합물은 진공에서 전반적으로 잔류물을 남기지 않고 증발될 수 있어서 태양 전지 제조를 위한 진공 가공에 적합하다. 바람직하게도, 본 발명에 따른 화합물, 특히 기 T1 내지 T4에서 적어도 하나의 티아졸을 갖는 본 발명에 따른 화합물은 이 위치에서 푸란 또는 티오펜에 비해 흡수 스펙트럼에서 청색 이동을 보인다. 바람직하게도, 무부하 전압(Uoc)은 1V 이상의 범위이다. 이는 특히 다중 셀, 바람직하게는 이중 셀 또는 삼중 셀 또는 혼합층의 경우에 바람직한데, 층의 최소 전압이 셀의 전체 전압을 제한하기 때문이다. 바람직하게도, 본 발명에 따른 화합물은 풀러렌, 바람직하게는 C60을 갖는 벌크 헤테로 접합(bulk heterojunction)의 경우 적어도 하나의 X17 또는 X18을 갖는 화학식 10을 갖는 적어도 하나의 T1, T2, T3 및 T4가 없는 상응하는 화합물에 비해 높은 무부하 전압(Uoc)과 동시에 충분한 장파의 강한 흡수율(onset > 700 nm) 및 높은 충전률, 바람직하게는 > 60%, 특히 바람직하게는 > 64%를 보인다.
본 발명에 따른 화합물은 특히 소위 "소분자"(small molecule)로서, 몰 질량이 100 내지 2000 g/mol이고 특히 단분산성일 수 있는 비폴리머 올리고머 유기 분자를 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 T1, T2, T3 및 T4, 특히 T1 또는 T4는 티아졸, 옥사졸, 티아디아졸 또는 옥사디아졸이다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 전자 끌기 기 A1 및 A2는 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:
는 일반식(I)의 화합물에서 기 T1 내지 T4 및 Z에 대한 부착점을 나타내고,
R4 및 R12는 각각 서로 독립적으로 H, CN, 및 COOR으로부터 선택되고, 단 R4 및 R12는 모두 H가 아니고,
R은 R1 내지 R3에서 정의된 것과 동일한 화합물 군으로부터 선택되고,
R13은 각각 서로 독립적으로 H, CN, F, 아릴, 헤테로아릴, C2-C10 알케닐, 알키닐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음)로 구성된 군으로부터 선택되고, 만일 치환기 R5 또는 R6이 화학식(I)의 화합물에 존재하는 경우, R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에 폐환이 가능하며, 단 R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에서 각각의 경우에 화학식 11로부터의 이중 결합이 위치하며,
V = O, S; Y = O, S, C(CN)2; U = O, S, C(CN)2이며,
R7 및 R8은 각각 서로 독립적으로 H, CN, F, 아릴, 헤테로아릴, C2-C10 알케닐, 알키닐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있고, 각각의 기 A1 및 A2에 대해, 각각의 C=C 이중 결합에 대해 각각 서로 독립적으로 E-이성질체 및 Z-이성질체가 모두 존재할 수 있다.
화학식 7, 8 및 9의 각 C=C 이중 결합에 대해 E-이성질체("E" = 반대; 즉 trans-구조) 및 Z-이성질체("Z" = 함께; 즉 cis-구조) 둘 모두 존재할 수 있으며, 이들 이성질체는 C=C 이중 결합축에 대해 180° 가상 회전에 의해 형성된다. 이는 이하에서 하기 화학식 18의 잔류물을 예로 들어 설명한다:
. 서로 분리되어 존재할 수 있는 두 이성질체는 C=C 이중 결합에 대한 가상 회전에 의해 서로 전환될 수 있으며(이중 결합 상에 화살표로 표시됨), 따라서 화학식 18의 기에 대해 다음 2개의 이성질체가 생성된다:
및
본 발명의 바람직한 실시예에서 A1은 A2와 동일하다.
본 발명에 따른 일반식(I)의 화합물에서 아릴 기 및 헤테로아릴 기는 바람직하게는 C5-C10 아릴 및 C5-C10 헤테로아릴 기일 수 있다. 치환기는 모든 원자 및 H를 제외한 원자 그룹을 의미한다. 치환기로는 특히 할로겐, 바람직하게는 불소가 고려되나 재차 치환될 수 있는 C1-C5 알킬 기도 고려된다. O-알킬, S-알킬, O-알케닐, S-알케닐, 알키닐 기는 각각 C1-C10 기, 바람직하게는 C1-C5 기일 수 있다.
본 발명에 따른 화학식(I)의 화합물의 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬 기는 선형 또는 분지형일 수 있고 바람직하게는 C1-C5 알킬 기이다. 이러한 알킬 기의 비인접 및 비말단 C 원자는 헤테로원자로 대체될 수 있다.
본원의 화학식(I)의 화합물의 의미에서 "헤테로원자"는, 특히, O, S, Se 또는 NR을 의미하며, 치환기 R은 상기에서 이미 기재된 치환기 R1 내지 R3과 같이 정의된다.
로 표시된 개별 기에 대한 결합 위치는 화학식(I)의 화합물의 각각의 기가 다른 기에 부착되는 부착점; 즉, 예를 들면, 화학식(I)의 화합물에서 전자 끌기 기 A1에 대해, 공여체 기 T1(a = 1인 경우) 또는 T2(a　= 0이고, b = 1인 경우), 또는 파라미터 a 및 b 모두 0인 경우 공여체 기 Z에 부착되는 부착점을 표시한다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 전자 끌기 기 A1 또는 A2는 하기 기:
이고, 여기서 바람직하게는 R4 및 R12는 CN이다. 이러한 전자 끌기 기 A1 및 A2는 기상 증착에 의해 기판에 특히 우수하게 증착될 수 있는 화학식(I)의 올리고머 화합물을 유도한다. 특히 바람직하게, R4 및 R12는 CN이어서 특히 강력한 전자 끌기 기 디시아노-비닐렌이 생성된다. 또한 치환기 R13은 바람직하게는 H일 수 있다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 파라미터 a, b, d, e 중 하나가 0이고, 바람직하게는 파라미터 a, b, d, e 중 두 개가 0이고, 특히 바람직하게는 파라미터 a, b, d, e 중 세 개가 0이고/이거나 적어도 하나의 파라미터 a, b가 1이고/이거나 파라미터 d, e 중 하나가 1이고, 바람직하게는 파라미터 a, b 중 하나가 0이고 파라미터 d, e 중 하나가 0이고, 특히 바람직하게는 a 및 b가 1이고 d 및 e가 1이다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 파라미터 c = 1인 일반식(I)은
A1-(T1)a-(T2)b-Z-(T3)d-(T4)e-A2 (II)이다. 본 발명자들은, 하나의 공여체 블록 Z가 구조적으로 상이한 화합물에 비해 증가된 광학 밀도를 달성하기에 충분하다는 것을 확인하였다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, Z = *-M-N-* 또는 *-N-M-*이고 M은
화학식 1 화학식 3
또는 기 중 하나이고, 여기서 바람직하게는
X1 및 X2는 서로 독립적으로 C-R로부터 선택되고, R은 각각 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택된다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 파라미터 c = 1인 일반식(I)은
A1-(T1)a-(T2)b-Z-(T3)d-(T4)e-A2 (II)이고, 여기서 바람직하게는 T1 또는 T2, 및 T3 또는 T4는 서로 독립적으로 화학식 10이다. 추가로 융합된 방향족 π-전자 시스템을 갖지 않는 공여체 블록 M에 대한 이러한 단순한 피롤 구조 단위는 공여체 기 N을 계속해서 가질 때에도 본 발명의 화합물에 대한 방사선 흡수의 현저한 증가를 이미 초래한다.
용어 "치환된" 또는 "치환기"는 본 발명의 의미에서 하나 이상의 H 원자가 임의의 다른 원자 그룹 또는 또 다른 원자로 교체되었다는 의미로 해석되어야 한다. 이러한 의미에서 "치환기"는 특히 할로겐 또는 슈도(pseudo) 할로겐, 바람직하게는 불소 또는 CN, 및 또한 아릴 기, 바람직하게는 페닐, 또는 알킬 기, 바람직하게는, C1-C6 알킬 기일 수 있다.
이러한 일반식(I)의 공여체 블록 M에서 일반 기 및 치환기는 아래와 같이 정의될 수 있다:
X1 및 X2는 서로 독립적으로 C-R로부터 선택되고, R은 각각 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택된다.
추가로 융합된 방향족 π-전자 시스템을 갖지 않는 공여체 블록 N에 대한 이러한 단순한 푸란 구조 단위는 공여체 기 M을 계속해서 가질 때에도 본 발명의 화합물에 대한 방사선 흡수의 현저한 증가를 이미 초래한다. 그러나 예를 들어 벤조푸란 또는 일반식 5 또는 6에 포함된 다른 화합물과 같이 푸란을 받아들인 융합된 공여체 블록을 사용하는 것도 가능하다. 화학식 4에서 일반 기 X9 및 X10은 서로 독립적으로 C-R이고, R은 각각 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택된다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, X17 또는 X18은 C-R이고, R은 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택되고, R5 및 R6은 각각 서로 독립적으로 H, CN, F, 아릴, 헤테로아릴, C2-C10 알케닐, 알키닐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택되고, 여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있다.
화합물에 치환기 R5 및 R6이 존재하는 경우, R5와 R13 사이 및 R6과 R13 사이에 폐환이 가능하며, 단 R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에서 화학식 11 또는 화학식 11*로부터의 이중 결합이 위치한다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, X17 및 X18은 N이고/이거나 X19 내지 X27은 서로 독립적으로 C-R로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고, 단 화학식 12, 13 및 14의 기에서 기 X20/X21, X23/X24 및 X26/X27로부터의 각각 하나의 기는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점 을 나타낸다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 기 N은 하기 화학식 4
의 일반 기이고,
여기서 바람직하게는 X9 및 X10은 서로 독립적으로 C-R로부터 선택되고, R은 각각 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택된다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, M은 화학식 3의 일반 기이고/이거나 N은 화학식 6의 일반 기이고, 바람직하게는 화학식 10에서 A는 S 또는 O이다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, b는 1이고 T2는 화학식 10
의 기이고,
바람직하게는 화학식 10에서 A는 S 또는 O이고/이거나 d는 1이고 T3은 화학식 10 또는 화학식 11 의 기이고,
바람직하게는 화학식 10에서 A는 S 또는 O이다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, e는 1이고 T4는 화학식 10
또는 화학식 11 의 기이고,
바람직하게는 화학식 10에서 A는 O 또는 S이고/이거나 a는 1이고 T1은 화학식 10
또는 화학식 11 의 기이고,
바람직하게는 화학식 10에서 A는 S 또는 O이다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 화합물은 하기로 구성된 군으로부터 선택된다:
및
.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, c = 1, b = 1 그리고/또는 e = 1이다.
본 발명의 화합물의 특히 강한 흡수율을 기초로 엑시톤은 이러한 화합물을 포함하는 층에서 특히 우수하게 형성되며, 따라서 이러한 화합물을 포함하는 유기 광활성 소자에서 더 높은 충전률 FF, 개선된 무부하 전압 Voc, 및 개선된 단락 전류 밀도 Jsc를 야기한다. 다른 유기 전자 장치의 경우, 본 발명의 화합물의 상승된 전하 캐리어 수송 특성을 기초로 더 양호한 전자 값이 또한 기대된다.
본 발명의 목적은 또한 적어도 하나의 본 발명에 따른 화합물, 특히 전술한 실시예들 중 하나에 따른 화합물을 포함하는 유기 전자 소자가 제공됨으로써 달성된다. 이 경우 유기 전자 소자에 대해 특히 일반식(I)의 화합물과 관련하여 이미 설명한 이점이 생겨난다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 유기 전자 소자는 층 시스템을 가지며, 층 시스템은 전극, 상대 전극 및 적어도 하나의 광활성 층을 포함하고, 적어도 하나의 광활성 층은 전극과 상대 전극 사이에 배치된다.
유기 전자 소자라 함은 특히 유기 전도성 또는 반전도성 물질을 갖는 전자 소자, 특히 트랜지스터, 유기 발광 소자, 광활성 층에서 조사에 의해 엑시톤(전자-정공 쌍)이 형성될 수 있는 유기 광활성 장치, 바람직하게는 광검출기 및 태양 전지를 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 광활성 층은 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 갖는다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 유기 전자 소자는 유기 태양 전지, OFET, OLED 또는 유기 광검출기이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 유기 전자 소자는 이중 셀 또는 다중 셀로 형성되고, 빛의 다른 스펙트럼 범위에서 흡수하는 적어도 하나의 다른 흡수 물질이 존재한다. 여기서 이중 셀은 특히 직렬 연결된 두 개의 셀의 수직 층 시스템으로 구성된 태양 전지를 의미한다. 여기서 다중 태양 전지는 특히 직렬 연결된 복수 개의 셀의 수직 층 시스템으로 구성된 태양 전지를 의미한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 일반식(I)의 화합물은 유기 전자 소자의 광활성 층의 흡수 물질이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 화합물은 공여체-수용체-이종 접합의 공여체이고, 바람직하게는 풀러렌(C60, C70) 또는 풀러렌 유도체, 서브프탈로시아닌, 릴렌, 플루오렌, 카르바졸, 벤조티아디아졸, 디테코피롤로피롤 및 비나젠의 군으로부터 선택된 수용체와 함께 사용된다.
광활성 층은 유기 소자의 전자 기능에 대해 중요한 기능, 예를 들어 전하 캐리어 수송 기능, 즉 정공 수송(p-전도성) 또는 전자 수송(n-전도성)을 발휘할 수 있다. 또한 광활성 층은 전극 및 상대 전극에 전압 인가 시 정공(양전하) 및 전극(음전하)의 재결합을 통해 방사선, 예를 들어 빛을 방출하는 발광 층을 포함할 수 있다. 유기 기능 층은 또한 방사선, 예를 들면 빛, 또는 UV 방사선 또는 IR 방사선의 형태로 조사될 때 엑시톤(전자-정공 쌍)이 형성되는 광활성 층일 수도 있다. 유기 광활성 층에서는, 특히, 평면 p-전도 층이 평면 n-전도 층에 인접하고, p-전도 층 또는 n-전도 층에서 조사에 의해 형성된 엑시톤이 두 층 사이의 계면에서 정공 및 전자로 분리될 수 있는, 소위 평면 헤테로 접합(planar heterojunction)이 형성될 수 있다. 또한, 광활성 층은 p-전도 물질 및 n-전도 물질이 상호 침투 네트워크의 형태로 서로 전이하고, 다시 조사에 의해 형성된 엑시톤의 분리가 p-전도 물질 및 n-전도 물질 사이의 계면에서 발생하는, 소위 벌크 헤테로 접합(bulk heterojunction)을 또한 포함할 수 있다.
엑시톤은 전기적 중성 여기 상태, 전자-정공 쌍이며, 이는 이후 p-n 접합에서 추가 단계로 전자와 정공으로 분리된다. 이에 따라 분리는 전류 흐름에 기여하는 자유 전하 캐리어로 발생한다. 여기서 제한 요인은 반도체의 밴드갭(bandgap)의 크기이며, 이에 따라, 흡수될 수 있는 유일한 광자는 이의 밴드갭보다 더 큰 에너지를 갖는 것들이다. 빛은 항상 자유 전하 캐리어가 아닌, 엑시톤을 먼저 생성하므로 낮은-재결합 확산은 광전류의 수준을 위한 중요한 구성 요소이다. 여기서 엑시톤 확산 거리는 가능한 한 많은 부분의 빛이 전기적으로 이용될 수 있도록 빛의 전형적인 침투 깊이를 초과해야 한다. 엑시톤은 확산을 통해 전자 및 정공이 서로 분리되는 계면에 도달한다. 전자를 수용하는 물질은 수용체로 정공을 수용하는 물질은 공여체 또는 도너(donor)로 지칭된다.
일반적인 유기 태양전지에 대한 문헌에서 이미 공지된 구성은 핀(pin) 또는 닙(nip) 다이오드로 구성되며(문헌[Martin Pfeiffer, "Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", PhD thesis TU Dresden, 1999] 및 국제공개 WO2011/161108A1호): 핀 태양전지는 통상적으로 투명한 기저 접촉부, p-층(들), i-층(들), n-층(들), 및 상부 접촉부가 뒤따르는 캐리어/기판으로 구성된다. 닙 태양전지는 통상적으로 투명한 기저 접촉부, n-층(들), i-층(들), p-층(들), 및 상부 접촉부가 뒤따르는 캐리어/기판으로 구성된다. 여기서, n 및 p 도핑은, 각각, 열평형 상태에서 각각 자유 전자 및 정공의 밀도를 증가시키는 도핑을 의미한다. 그러므로 이러한 층은 주로 수송 층으로 이해된다. 또한, n-층(들) 또는 p-층(들)은 적어도 부분적으로 명목상 도핑되지 않으며, 바람직하게는 오직 물리적 특성(예를 들면, 상이한 이동도)에 기초하여 또는 상이한 불순물(예를 들면, 합성 또는 층 생성으로부터의 잔류물)에 기초하여 또는 환경적 영향(예를 들면 경계 층, 금속 또는 다른 유기 물질의 내부 확산, 주변 대기로부터의 가스 도핑)의 결과로서 n-전도 특성 또는 p-전도 특성을 가질 수 있다. 이런 의미에서, 이러한 층은 바람직하게는 수송 층으로 이해되어야 한다. 명칭 "i 층"은 도핑되지 않은 층 또는 진성층을 표시한다. 여기서 하나 이상의 i-층은 하나의 물질로 구성되거나(평면 헤테로 접합(planar heterojunction)), 상호 침투 네트워크를 갖는 2개 이상의 물질의 혼합물로 구성될 수 있다(벌크 헤테로 접합).
또한 위 문헌에서 유기 핀 이중 셀(organic pin tandem cell) 및 핀 다중 셀(pin multiple cell)이 공지되어 있다. 국제공개 WO 2011 161 108 A1호에는 구현을 위해 전극 및 상대 전극(여기서 전극들 사이에 적어도 하나의 유기 층 시스템이 배치되고)과, 또한 적어도 2개의 광활성 층 시스템과, 및 광활성 층 시스템 사이에, 동일한 전하 캐리어 유형의 적어도 2개의 상이한 수송 층 시스템을 갖는 광활성 소자로서, 수송 층 시스템이 2개의 광활성 층 시스템 중 하나에 에너지적으로 적용되고, 다른 수송 층 시스템은 투명하게 형성되는 것을 특징으로 하는 광활성 소자를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 또한 본 발명에 따른 화합물, 특히 전술한 실시예들 중 하나에 따른 화합물의 용도가 유기 전자 소자가 제공됨으로써 달성된다. 본 발명에 따른 화합물의 유기 전자 소자에서의 용도에 대해 특히 일반식(I) 및 이러한 화합물을 갖는 유기 전자 소자와 관련하여 이미 설명한 이점이 생겨난다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 화합물, 바람직하게는 복수의 본 발명의 화합물들은 태양 전지의 흡수층에서 사용된다.
본 발명자들은 푸란 또는 티오펜 잔류물일 수 있는 추가의 헤테로사이클릭 기 및 바람직하게는 전자 끌기 기 A1 및/또는 A2 중 적어도 하나에 인접하게 배치되지만 헤테로사이클릭 기와 중심 공여체 블록 Z 사이에 배치될 수 있는 이중 결합의 존재에 의해, 이미 언급한 바람직한 특성을 갖는 본 발명에 따른 추가의 분자가 제조될 수 있음을 확인하였다.
표 1은 일반식(I) 및 일반식(II) 모두에 속하는 본 발명에 따른 화합물의 구현예의 구조, 녹는점 및 흡수 최대치(용매(LM)에서 nm 및 eV 단위)의 개요를 보여준다.
[표 1]
놀랍게도 본 발명에 따른 화합물은 특히 강한 흡수(즉, 본원에 청구된 범위 밖의 유사한 화합물과 비교하여 가시광선 스펙트럼 범위 내 최대 흡수에서의 높은 광학 밀도 또는 광학 밀도에 대한 높은 적분)를 나타낸다는 것이 밝혀졌다.
다음 표 2는 본 발명에 따른 화합물의 다양한 매개변수를 직접 비교하여 보여준다. 광전지 파라미터 Voc, Jsc 및 FF는 각각의 경우에 AM1.5 조명(Am = 공기 질량(Air Mass); 이 스펙트럼에 대한 AM = 1.5는 전체 복사선속(radiant power) 1000 W/m²에 해당함; 태양광 모듈의 측정을 위한 표준값으로서 AM = 1.5) 하에 측정된, ITO/C60(15 nm) / 각각의 화합물: C60(30 nm)/NHT169 또는 NHT049(10 nm)/NHT169 또는 NHT049:NDP9(30 nm)/NDP9(1 nm)/Au(50 nm)의 구성을 갖는, 유리 상에 광활성 층으로서 이들 화합물의 각각의 공여체 물질 및 풀러렌 C60의 30 nm 두께의 혼합 층을 갖는 태양 전지를 기준으로 한다. 표 2는 특히 최대 흡수에서의 광학 밀도(ODmax), 가시광선 범위에서의 광학 적분(OD-적분), 및 Voc, Jsc, FF 및 효율을 나타낸다.
[표 2]
스펙트럼 데이터는 석영 유리 상에 진공 증착된 30 nm 두께의 층을 기준으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 화합물의 많은 유도체가 빛을 흡수할 뿐만 아니라 어떠한 잔류물도 남기지 않고 진공에서 증발될 수 있음을 보여줄 수 있었다. 매우 우수한 전하 수송 특성 및 우수한 흡수 특성에 의해 높은 광전류가 생성될 수 있다. 따라서 매우 우수한 복합 이중 / 삼중 / 사중 / 또는 다중 접합 태양 전지가 제조될 수 있다.
본 발명은 이하에서 도면들을 참조하여 보다 자세히 설명한다.
도 1은 유기 전자 소자의 구현예를 횡방향으로 절단하여 도시하는 개략도이다.
도 2는 화합물(12)을 포함하는 유기 전자 소자의 전류-전압 곡선이다.
도 3은 화합물(22)을 포함하는 유기 전자 소자의 전류-전압 곡선이다.
도 4는 화합물(35)을 포함하는 유기 전자 소자의 전류-전압 곡선이다.
구현예
도 1은 유기 전자 소자의 구현예를 횡방향으로 절단하여 개략도로 도시한다.
본 발명에 따른 유기 전자 소자는 층 시스템(7)을 가지며, 층 시스템(7)의 적어도 하나의 층은 본 발명에 따른 일반식(I)의 화합물을 갖는다.
유기 전자 소자는 제1 전극(2), 제2 전극(6) 및 층 시스템(7)을 포함하고, 층 시스템(7)은 제1 전극(2)과 제2 전극(6) 사이에 개재된다. 층 시스템(7)의 적어도 하나의 층은 본 발명에 따른 일반식(I)의 적어도 하나의 화합물을 갖는다.
층 시스템(7)은 광활성 층(4), 바람직하게는 빛을 흡수하는 광활성 층(4)을 가지며, 광활성 층(4)은 적어도 하나의 본 발명에 따른 화합물을 갖는다.
일 실시예에서, 유기 태양 전지는 예를 들어 ITO를 포함하는 전극(2)이 위치하는 예를 들어 유리로 제조된 기판(1)을 갖는다. 그 위에는, 전자 수송층(3)(ETL), 및 적어도 하나의 본 발명에 따른 화합물, p-전도 공여체 물질, n-전도 수용체 물질, 예를 들어 C60 풀러렌을 평면 헤테로 접합 또는 벌크 헤테로 접합으로서 갖는 광활성 층(4)을 포함하는 층 시스템(7) 배치된다. 그 위에는 p 도핑된 정공 수송층(5)(HTL), 및 금 또는 알루미늄으로 제작된 전극(6)이 배열되어 위치한다.
소자의 층 시스템, 특히 개별 층은 캐리어 가스(carrier gas)를 사용하거나 사용하지 않고 진공에서 화합물을 증발시키거나 또는 코팅 또는 인쇄 중에 용액 또는 현탁액을 처리하여 생성될 수 있다. 개별 층들은 스퍼터링에 의해서도 공급될 수 있다. 캐리어 기판이 가열될 수 있는 경우 진공에서 증발에 의해 층을 생성하는 것이 유리하다. 유기 물질은 박막 형태로 또는 박막 위에 소량으로 인쇄, 접착, 코팅, 증착 또는 다른 방식으로 부착된다. 유리, 세라믹 또는 반도체 기판의 전자 장치에 사용되는 모든 프로세스가 박층 생산에도 사용될 수 있다.
일반식(I)의 화합물은 하기 구조를 가지며:
A1-(T1)a-(T2)b-(Z)c-(T3)d-(T4)e-A2 (I)
파라미터 a, b, d, e는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1이고, 단 파라미터 a, b, d, e 중 적어도 하나는 1이고,
파라미터 c는 1, 2 또는 3이고,
일반 기 Z는 *-M-N-* 또는 *-N-M-*으로 연결된, 두 개의 기 M 및 N으로 구성된 블록이고, *는 기 T1, T2, T3, T4, A1 및 A2의 부착점을 나타내고,
기 M은 각각 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:
기 N은 각각 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:
M 및 N은 기 M의 적어도 하나의 N 원자 및 기 N의 하나의 O 원자가 각각 2개의 C 원자를 통해 서로 연결되도록 각각 연결되며, 는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점을 나타내고,
X1 내지 X16은 서로 독립적으로 N 또는 C-R로부터 선택되고, 단 화학식 3 및 화학식 6의 기에서, 각각 기 X8/X7 및 X16/X15로부터의 한 기는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점 을 나타내고,
각각 R은 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬(open-chain) C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있고, C1-C10 알킬의 C 원자는 헤테로원자로 치환될 수 있음), C2-C10 알케닐, O-알킬, S-알킬, O-알케닐, S-알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴(이들 기 모두에서 H 원자는 치환될 수 있음), CN, NR10R11(R10 및 R11은 각각 서로 독립적으로 H, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있고, C1-C10 알킬의 C 원자는 헤테로원자로 치환될 수 있음)로부터 선택됨)로 구성된 군으로부터 선택되고,
R1 내지 R3은 각각 서로 독립적으로 H, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있고, C1-C10 알킬의 C 원자는 헤테로원자로 치환될 수 있음); 치환되거나 치환되지 않은 C2-C10 알케닐, 치환되거나 치환되지 않은 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 헤테로아릴, CN으로 구성된 군으로부터 선택되고,
전자 끌기 기 A1 및 A2는 서로 독립적으로 적어도 하나의 C=C 이중 결합을 갖는 전자 끌기 기이고,
기 T1, T2, T3, 및 T4는 각각 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:
,
는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점을 나타내고, 단 기 T1 내지 T4 중 적어도 하나가 화학식 10이고,
R5 및 R6은 각각 서로 독립적으로 H, CN, F, 아릴, 헤테로아릴, C2-C10 알케닐, 알키닐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음)로 구성된 군으로부터 선택되고, 만일 치환기 R13이 화학식(I)의 화합물에 존재하는 경우, R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에 폐환이 가능하며, 단 R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에서 각각의 경우에 화학식 11로부터의 이중 결합이 위치하는 것이 가능하며,
W1 내지 W8은 각각 서로 독립적으로 N, CR로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고,
X17 내지 X18은 서로 독립적으로 N 및 C-R로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고, 단 적어도 X17 또는 X18이 N이고,
X19 내지 X27은 서로 독립적으로 N 또는 C-R로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고, 단 화학식 12, 화학식 13 및 화학식 14의 기에서, 각각의 경우에 기 X20/X21, X23/X24 및 X26/X27로부터의 한 기는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점 을 나타내고,
A는 S, O, NR9, 및 Se로 구성된 군으로부터 선택되고,
Q는 S, O, NR9, 및 Se로 구성된 군으로부터 선택되고,
기 A 및 Q에 대해, 치환기 R9는 각각의 경우에 서로 독립적으로 H, CN, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음); C2-C10 알케닐, O-알킬, S-알킬, O-알케닐, S-알케닐, 알키닐, 치환되거나 치환되지 않은 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 헤테로아릴로부터 선택된다.
도 2는 화합물(12)을 포함하는 유기 전자 소자의 전류-전압 곡선을 도시한다.
도 2는 다음 구성을 갖는 BHJ 셀의 전류-전압 곡선을 도시하며: ITO/C60(15 nm)/화합물 12: C60(30 nm, 2:1, 50℃)/NHT169 (10 nm)/NHT169:NDP9 (30 nm, 9.1%wt)/NDP9 (1 nm)/Au (50 nm), 광활성 층(4)은 벌크 헤테로 접합(BHJ)이다. ITO 인듐 주석 산화물, NDP9는 Novaled GmbH의 상업용 p-도펀트이고 NHT169는 Novaled GmbH의 상업용 홀 전도체(hole conductor)이다. 이 실시예에서 유기 전자 소자는 태양 전지이다.
화합물(12)를 포함하는 태양 전지에서 충전률은 FF 69.5%, 무부하 전압 Uoc 0.99 V, 단락 전류 Jsc는 11.5 mA/㎠이다. 화합물(12)를 포함하는 이러한 유기 전자 소자, 특히 태양 전지의 전지 효율은 7.91%이다.
도 3은 화합물(22)을 포함하는 유기 전자 소자의 전류-전압 곡선을 도시한다.
도 3은 다음 구성을 갖는 BHJ 셀의 전류-전압 곡선을 도시하며: ITO/C60(15 nm)/화합물 22: C60(30 nm, 3:2, 50℃)/NHT049 (10 nm)/NHT049:NDP9 (30 nm, 9.7%wt)/NDP9 (1 nm)/Au (50 nm), 광활성 층(4)은 벌크 헤테로 접합(BHJ)이다. ITO 인듐 주석 산화물, NDP9는 Novaled GmbH의 상업용 p-도펀트이고 NHT049는 Novaled GmbH의 상업용 홀 전도체이다. 이 실시예에서 유기 전자 소자는 태양 전지이다.
화합물(22)를 포함하는 태양 전지에서 충전률은 FF 74.0%, 무부하 전압 Uoc 0.99 V, 단락 전류 Jsc는 10.5 mA/㎠이다. 화합물(22)를 포함하는 이러한 유기 전자 소자, 특히 태양 전지의 전지 효율은 7.69%이다.
도 4는 화합물(35)을 포함하는 유기 전자 소자의 전류-전압 곡선을 도시한다.
도 4는 다음 구성을 갖는 BHJ 셀의 전류-전압 곡선을 도시하며: ITO/C60(15 nm)/화합물 35: C60(30 nm, 2:1, 50℃)/NHT049(10 nm)/NHT049:NDP9(30 nm, 9.7%wt)/NDP9(1 nm)/Au(50 nm), 광활성 층은 벌크 헤테로 접합(BHJ)이다. ITO 인듐 주석 산화물, NDP9는 Novaled GmbH의 상업용 p-도펀트이고 NHT049는 Novaled GmbH의 상업용 홀 전도체이다. 이 실시예에서 유기 전자 소자는 태양 전지이다.
화합물(35)를 포함하는 태양 전지에서 충전률은 FF 67.6%, 무부하 전압 Uoc 0.96 V, 단락 전류 Jsc는 14.5 mA/㎠이다. 화합물(35)를 포함하는 이러한 유기 전자 소자, 특히 태양 전지의 전지 효율은 9.40%이다.
이하에서 구체적인 실시예의 합성이 예로 도시된다.
일반 화합물(I)의 합성은 하기에 기재된 방법에 따라 이루어질 수 있다. 이는 여기서 예시로 사용하기 위한 것이며 개별 단계의 순서가 변경되거나 공지되어 잇는 다른 방법에 의해 변경될 수 있다. 개별 반응 단계의 결합 또는 합성 경로의 일부를 변경하는 것도 가능하다.
{[2-(5-{5-[5-(2,2-디시아노에테닐)푸란-2-일]-1-에틸-1H-피롤-2-일}푸란-2-일)-1.3-티아졸-5-일]메틸리덴}프로판디니트릴(화합물 12)의 합성
Figure pct00048
2-(푸란-2-일)-1.3-티아졸-5-카르브알데히드(1)의 합성
4.9 g(25.5 mmol) 2-브로모티아졸-5-카르복스알데히드 및 9.4 g(25.5 mmol) 2-(트리부틸스타닐)푸란을 톨루엔 51 ml에 용해시키고 반응 혼합물을 탈기시켰다. 1.55 g(1.28 mmol) 테트라키스-(트리페닐포스핀)-팔라듐(0)을 첨가하고 반응 혼합물을 가열하여 밤새 끓였다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후, DCM을 첨가하였다. 유기상을 물 및 포화 NaCl 용액으로 세척하였다. 조생성물을 DCM에서 실리카겔 여과로 정제하여 2.9 g(64% 수율)의 순수한 (1)을 분리하였다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 9,98(s, 1H), 8,48(s, 1H), 7,75(dd, 1H), 7,20(dd, 1H), 6,63(dd, 1H).
2-(5-브로모푸란-2-일)-1.3-티아졸-5-카르브알데히드(2)의 합성
7.21 g(40.2 mmol)의 (1)을 아르곤 하에서 40 ml의 DMF에 용해시켰다. 여기에 8.03 g(44.2 mmol) NBS을 소량씩 첨가하고 반응 화합물을 실온에서 3시간 동안 교반하였다. 혼합물을 얼음 위에 두었다. 형성된 침전물을 여과하고, 물 및 에탄올로 세척 후 공기 건조시켰다. 이렇게 하여 9.82 g(95% 수율)의 (2)를 분리하였고, 이를 더 이상 정제하지 않고 반응시켰다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 10.13(s, 1H), 8.63(s, 1H), 7.36(d, 1H), 6.85(d, 1H).
{[2-(5-브로모푸란-2-일)-1.3-티아졸-5-일]메틸리덴}프로판디니트릴(3)의 합성
5.24 g(20.3 mmol)의 (2)를 15 ml의 에탄올에 용해시켰다. 139 mg(2.03 mmol) ß-알라닌 및 1.31 g(26.4 mmol) 말로디니트릴을 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 형성된 침전물을 여과하고, 에탄올로 세척 후 공기 건조시켰다. 이렇게 하여 5.57 g(90% 수율)의 (3)을 분리하였고, 이를 더 이상 정제하지 않고 반응시켰다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 8.50(s, 1H), 8.42(s, 1H), 7.32(d, 1H), 6.86(d, 1H).
({2-[5-(1-에틸-1H-피롤-2-일)푸란-2-일]-1.3-티아졸-5-일}메틸리덴)프로판디니트릴(4)의 합성
1-에틸-2-(트리메틸스타닐)-1H-피롤 1.55 g(6 mmol) 및 2.2 g(7.2 mmol)의 (3)을 11 ml 디옥산에 용해시키고 용액을 탈기시켰다. 비스-(트리-tert.-부틸포스핀)-팔라듐(0) 0.15 g(0.3 mmol)을 첨가하고 반응 혼합물을 60℃에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후, DCM을 첨가하였다. 유기상을 물로 세척하였다. 조생성물을 에탄올로부터 재결정화하여 0.63 g의 (4)를 분리하였다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 8.58(s, 1H), 8.54(s, 1H), 7.53(d, 1H), 7.05(dd, 1H), 6.82(d, 1H), 6.73(dd, 1H), 6.19(dd, 1H), 4.43(qa, 2H), 1.43(t, 3H).
({2-[5-(5-브로모-1-에틸-1H-피롤-2-일)푸란-2-일]-1.3-티아졸-5-일}메틸리덴)프로판디니트릴(5)의 합성
352 mg(1.1 mmol)의 (4)를 17 ml의 DMF에 용해시켰다. 186 mg(1.04 mmol) NBS를 첨가하고 반응 화합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 이어서, 혼합물을 얼음 위에 두었다. 형성된 침전물을 여과하고, 물 및 에탄올로 세척 후 공기 건조시켰다. 이렇게 하여 356 mg(81% 수율)의 (5)를 분리하였고, 이를 더 이상 정제하지 않고 반응시켰다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 8.59(s, 1H), 8.56(s, 1H), 7.53(d, 1H), 6.91(d, 1H), 6.75(d, 1H), 6.34(d, 1H), 4.38(qa, 2H), 1.46(t, 3H).
{[2-(5-{5-[5-(2,2-디시아노에테닐)푸란-2-일]-1-에틸-1H-피롤-2-일}푸란-2-일)-1.3-티아졸-5-일]메틸리덴}프로판디니트릴(화합물 12)의 합성 226 mg(0.57 mmol)의 (5) 및 5-(트리메틸스타닐)-2-디시아노비닐푸란 208 mg(0.68 mmol)을 디옥산 1.7 ml에 용해시켰다. 반응 화합물을 탈기시킨 후 비스-(트리-tert.-부틸포스핀)-팔라듐(0) 7.23 mg(0.0143 mmol)을 첨가하였다. 혼합물을 80℃로 밤새 가열하였다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각 후 형성된 침전물을 여과하였다. 조생성물을 메탄올로 세척 후 아세토니트릴로부터 재결정화하였다. 이러한 방식으로 60 mg(23% 수율, 481 nm에서 HPLC 순도 97.5%)의 화합물(12)을 분리하였다.
{[2-(5-{2-[5-(2.2-디시아노에테닐)푸란-2-일]-1-에틸-1H-인돌-6-일}푸란-2-일)-1.3-티아졸-5-일]메틸리덴}프로판디니트릴(화합물 22)의 합성
Figure pct00049
6-브로모-1-에틸-2-요오드-1H-인돌(6)의 합성
6-브로모-1-에틸-2-요오드-1H-인돌 5 g(15.5 mmol)을 DMF 155 ml에 용해시켰다. 에틸브로마이드 2.59 g(23.3 mmol) 및 탄산칼륨 4.33 g(31 mmol)을 첨가하고 실온에서 밤새 교반하였다. 이어서, 혼합물에 물을 첨가하고 에틸아세테이트로 추출하였다. 유기상을 포화 NaCl 및 물로 세척하였다. 조생성물을 실리카겔 여과로 정제하였다. 여기서 4.71 g(87% 수율)의 (6)이 분리되었다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 7.69(d, 1H), 7.42(d, 1H), 7.11(dd, 1H), 6.78(s, 1H), 4.29(qa, 2H), 1.27(t, 3H).
{[5-(6- 브로모-1-에틸-1H-인돌-2-일)푸란-2-일]메틸리덴}프로판디니트릴(7)의 합성
4.72 g(13.5 mmol)의 (6) 및 5-(트리메틸스타닐)-2-디시아노비닐푸란 4.14 g(13.5 mmol)을 디옥산에 용해시킨 후 혼합물을 탈기하였다. (3-클로로피리딜)-(1.3-디이소프로필이미다졸-2-일리덴)-팔라듐(II)-디클로라이드 0.234 g(0.34 mmol) 및 플루오르화세슘 0.256 g(1.69 mmol)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 80℃에서 밤새 교반하였다. 이어서, 혼합물에 DCM을 첨가하고 물로 세척하였다. 조생성물에 에탄올을 첨가하고 1시간 동안 실온에서 교반하였다. 고체를 여과 제거하고 에탄올로 세척 후 건조하였다. 여기서 1.71 g(35% 수율)의 (7)이 분리되었다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 8.06(s, 1H), 7.85(m, 1H), 7.64(m, 2H), 7.36(d, 1H), 7.29(m, 2H), 4.72(qa, 2H), 1.42(t, 3H).
2-[5-(트리메틸스타닐)푸란-2-일]-1.3-티아졸-5-카브알데히드(8)의 합성
1-메틸피페라진 1.52 g(15.1 mmol)을 50 ml의 무수 THF에 용해 후 아르곤 하에서 -78℃로 냉각시켰다. 2.5-M-nBuLi 6 ml(15.1 mmol)을 천천히 첨가한 후 혼합물을 -78℃에서 15분 간 교반하였다. 무수 THF 18 ml에 (2) 3.54 g(13.7 mmol)를 녹인 용액을 -78℃에서 첨가한 후 혼합물을 -78℃에서 추가로 15분 간 교반하였다. TMEDA 1.91 g.(16.4 mmol) 및 2.5-M-nBuLi 6.58 ml(16.4 mmol)를 차례대로 첨가한 후 반응 혼합물을 -78℃에서 2시간 동안 교반하였다. 이어서, 1-M-Me3SnCl 용액 16.4 ml(16.4 mmol)를 첨가한 후 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물에 포화 NaCl 용액을 첨가한 후 MTBE로 추출하였다. 유기상을 물로 세척하고 황산나트륨으로 건조시켰다. 조생성물(8) 4.3 g(92% 수율)을 추가 정제 없이 추가로 반응시켰다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 10.05(s, 1H), 8.56(s, 1H), 7.25(d, 1H), 6.88(d, 1H), 0.38(s, 9H).
({2-[5-(트리메틸스타닐)푸란-2-일]-1.3-티아졸-5-일}메틸리덴)프로판디니트릴(9)의 합성
17 g(49.7 mmol)의 (8)을 48 ml의 에탄올에 용해시켰다. 말로디니트릴 4.27 g(64.6 mmol) 및 ß-알라닌 0.45 g(4.96 mmol)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 침전물을 여과 제거하고 에탄올로 세척 후 건조하였다. 여기서 12.5 g(65% 수율)의 (9)가 분리되었다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 8.47(s, 1H), 8.41(s, 1H), 7.27(d, 1H), 6.85(d, 1H), 0.33(s, 9H).
{[2-(5-{2-[5-(2.2-디시아노에테닐)푸란-2-일]-1-에틸-1H-인돌-6-일}푸란-2-일)-1.3-티아졸-5-일]메틸리덴}프로판디니트릴의 합성(화합물 22)
549 mg(1.5 mmol)의 (7) 및 585 mg(1.5 mmol)의 (9)를 9 ml의 디옥산에 용해시키고 용액을 탈기시켰다. 비스-(트리-tert.-부틸포스핀)-팔라듐(0) 19.2 mg(0.04 mmol)을 첨가하고 반응 혼합물을 60℃에서 밤새 교반하였다. 침전물을 여과 제거하고 메탄올로 세척 후 클로로벤젠으로 2회 재결정화하였다. 이러한 방식으로 화합물(22) 222 mg(29% 수율, 530 nm에서 HPLC 순도 94.5%)을 분리하였다.
2.2'-{(1-페닐-1H-피롤-2.5-디일)비스[(푸란-5.2-디일)-1.3-티아졸-2.5-디일메타닐릴리덴]}디프로판디니트릴(화합물 35)의 합성
Figure pct00050
1-페닐-2.5-비스(트리메틸스타닐)-1H-피롤(10)의 합성
2.5-디브로모-1-페닐-1H-피롤 3.49 g(11.6 mmol)을 무수 THF 105 ml에 용해 후 이 용액을 -78℃도 냉각시켰다. 1.7-M-tBuLi 54.6 ml(92.8 mmol)을 -78℃에서 천천히 적가하고 혼합물을 -78℃에서 3시간 동안 교반하였다. 이어서, 1-M-Me3SnCl 용액 92.8 ml(92.8 mmol)를 첨가한 후 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물에 석유 에테르를 첨가하고 물로 추출하였다. 유기상을 황산나트륨으로 건조시켰다. 조생성물(10)을 에탄올로부터 재결정화하였다. 여기서 1.48 g(27% 수율)의 (10)이 분리되었다. d6-아세톤 중 1H-NMR, ppm: 7.54(m, 3H), 7.32(m, 2H), 6.45(s, 2H), 0.07(s, 18H).
2.2'-{(1-페닐-1H-피롤-2.5-디일)비스[(푸란-5.2-디일)-1.3-티아졸-2.5-디일메타닐릴리덴]}디프로판디니트릴의 합성(화합물 35)
469 mg(1.0 mmol)의 (10) 및 765 mg(2.5 mmol)의 (3)을 5 ml의 디옥산에 용해시키고 용액을 탈기시켰다. 비스-(트리-tert.-부틸포스핀)-팔라듐(0) 12.8 mg(0.025 mmol)을 첨가하고 반응 혼합물을 80℃에서 밤새 교반하였다. 침전물을 여과 제거하고, 에탄올로 세척 후 클로로벤젠으로 2회 재결정화하였다. 이러한 방식으로 210 mg(35% 수율, 573 nm에서 HPLC 순도 99.3%)의 화합물(35)을 분리하였다.

Claims (16)

  1. 하기 일반식(I)의 화합물:
    A1-(T1)a-(T2)b-(Z)c-(T3)d-(T4)e-A2 (I)
    - 상기 파라미터 a, b, d, e는 각각 서로 독립적으로 0 또는 1이고, 단 상기 파라미터 a, b, d, e 중 적어도 하나는 1이고,
    - 상기 파라미터 c는 1, 2 또는 3이고,
    - 상기 일반 기 Z는 *-M-N-* 또는 *-N-M-*으로 연결된, 두 개의 기 M 및 N으로 구성된 블록이고, *는 상기 기 T1, T2, T3, T4, A1 및 A2의 부착점을 나타내고,
    - 상기 기 M은 각각 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:


    - 상기 기 N은 각각 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:


    - M 및 N은 상기 기 M의 적어도 하나의 N 원자 및 상기 기 N의 하나의 O 원자가 각각 2개의 C 원자를 통해 서로 연결되도록 각각 연결되며, 는 상기 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점을 나타내고,
    - X1 내지 X16은 서로 독립적으로 N 또는 C-R로부터 선택되고, 단 화학식(3) 및 화학식(6)의 기에서, 각각 기 X8/X7 및 X16/X15로부터의 한 기는 상기 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점 을 나타내고,
    - 각각 R은 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬(open-chain) C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있고, C1-C10 알킬의 C 원자는 헤테로원자로 치환될 수 있음), C2-C10 알케닐, O-알킬, S-알킬, O-알케닐, S-알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴(이들 기 모두에서 H 원자는 치환될 수 있음), CN, NR10R11(R10 및 R11은 각각 서로 독립적으로 H, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있고, C1-C10 알킬의 C 원자는 헤테로원자로 치환될 수 있음)로부터 선택됨)로 구성된 군으로부터 선택되고,
    - R1 내지 R3은 각각 서로 독립적으로 H, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있고, C1-C10 알킬의 C 원자는 헤테로원자로 치환될 수 있음); 치환되거나 치환되지 않은 C2-C10 알케닐, 치환되거나 치환되지 않은 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 헤테로아릴, CN으로 구성된 군으로부터 선택되고,
    - 상기 전자 끌기 기 A1 및 A2는 서로 독립적으로 적어도 하나의 C=C 이중 결합을 갖는 전자 끌기 기이고,
    - 상기 기 T1, T2, T3, 및 T4는 각각 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:

    ,
    - 는 상기 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점을 나타내고, 단 기 T1 내지 T4 중 적어도 하나가 화학식(10)이고,
    - R5 및 R6은 각각 서로 독립적으로 H, CN, F, 아릴, 헤테로아릴, C2-C10 알케닐, 알키닐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음)로 구성된 군으로부터 선택되고, 만일 치환기 R13이 화학식(I)의 화합물에 존재하는 경우, R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에 폐환이 가능하며, 단 R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에서 각각의 경우에 화학식(11)로부터의 이중 결합이 위치하는 것이 가능하고,
    - W1 내지 W8은 각각 서로 독립적으로 N, CR로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고,
    - X17 내지 X18은 서로 독립적으로 N 및 C-R로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고, 단 적어도 X17 또는 X18이 N이고,
    - X19 내지 X27은 서로 독립적으로 N 또는 C-R로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고, 단 화학식(12), 화학식(13) 및 화학식(14)의 기에서, 각각의 경우에 기 X20/X21, X23/X24 및 X26/X27로부터의 한 기는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점 을 나타내고,
    - A는 S, O, NR9, 및 Se로 구성된 군으로부터 선택되고,
    - Q는 S, O, NR9, 및 Se로 구성된 군으로부터 선택되고,
    - 기 A 및 Q에 대해, 치환기 R9는 각각의 경우에 서로 독립적으로 H, CN, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음); C2-C10 알케닐, O-알킬, S-알킬, O-알케닐, S-알케닐, 알키닐, 치환되거나 치환되지 않은 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 헤테로아릴로부터 선택됨.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 끌기 기 A1 및 A2는 서로 독립적으로 하기로부터 선택되고:

    는 일반식(I)의 화합물에서 기 T1 내지 T4 및 Z에 대한 부착점을 나타내고,
    - R4 및 R12는 각각 서로 독립적으로 H, CN, 및 COOR으로부터 선택되고, 단 R4 및 R12는 모두 H가 아니고,
    - R은 R1 내지 R3에서 정의된 것과 동일한 화합물 군으로부터 선택되고,
    - R13은 각각 서로 독립적으로 H, CN, F, 아릴, 헤테로아릴, C2-C10 알케닐, 알키닐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음)로 구성된 군으로부터 선택되고, 만일 치환기 R5 또는 R6이 화학식(I)의 화합물에 존재하는 경우, R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에 폐환이 가능하며, 단 R5와 R13 사이 또는 R6과 R13 사이에서 각각의 경우에 화학식 11로부터의 이중 결합이 위치하고,
    - V = O, S; Y = O, S, C(CN)2; U = O, S, C(CN)2이고,
    - R7 및 R8은 각각 서로 독립적으로 H, CN, F, 아릴, 헤테로아릴, C2-C10 알케닐, 알키닐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬(여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있음)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있고, 각각의 기 A1 및 A2에 대해, 각각의 C=C 이중 결합에 대해 각각 서로 독립적으로 E-이성질체 및 Z-이성질체가 모두 존재할 수 있는, 화합물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자 끌기 기 A1 또는 A2는 하기 기
    이고, 여기서 바람직하게는 R4 및 R12는 CN인, 화합물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파라미터 a, b, d, e 중 하나가 0이고, 바람직하게는 상기 파라미터 a, b, d, e 중 두 개가 0이고, 특히 바람직하게는 상기 파라미터 a, b, d, e 중 세 개가 0이고/이거나 적어도 하나의 상기 파라미터 a, b가 1이고/이거나 상기 파라미터 d, e 중 하나가 1이고, 바람직하게는 상기 파라미터 a, b 중 하나가 0이고 상기 파라미터 d, e 중 하나가 0이고, 특히 바람직하게는 a 및 b는 1이고 d 및 e는 1인, 화합물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, c = 1인 일반식(II)의 화합물:
    A1-(T1)a-(T2)b-Z-(T3)d-(T4)e-A2 (II)
    Z는 *-M-N-* 또는 *-N-M-*이고 M은
    중 한 기이고, 여기서 바람직하게는 X1 및 X2는 서로 독립적으로 C-R로부터 선택되고, R은 각각 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택됨.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, c = 1인 일반식(II)의 화합물:
    A1-(T1)a-(T2)b-Z-(T3)d-(T4)e-A2 (II),
    여기서 바람직하게는 T1 또는 T2, 및 T3 또는 T4는 서로 독립적으로 화학식 10임.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, X17 또는 X18은 C-R이고, R은 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택되고, R5 및 R6은 각각 서로 독립적으로 H, CN, F, 아릴, 헤테로아릴, C2-C10 알케닐, 알키닐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택되고, 여기서 C1-C10 알킬의 H 원자는 치환될 수 있는, 화합물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, X17 및 X18은 N이고/이거나 X19 내지 X27은 서로 독립적으로 C-R로부터 선택되고, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 정의되고, 단 화학식 12, 13 및 14의 기에서 기 X20/X21, X23/X24 및 X26/X27로부터의 각각 하나의 기는 일반식(I)의 화합물에서 다른 기에 대한 부착점 을 나타내는 화합물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기 N은 화학식 4
    의 일반 기이고, 여기서 바람직하게는 X9 및 X10은 서로 독립적으로 C-R로부터 선택되고, R은 각각 서로 독립적으로 H, 할로겐, 분지형 또는 선형, 사이클릭 또는 열린-사슬 C1-C10 알킬로 구성된 군으로부터 선택되는, 화합물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, M은 상기 화학식 3의 상기 일반 기이고/이거나 N은 상기 화학식 6의 상기 일반 기이고, 바람직하게는 화학식 10에서 A는 S 또는 O인, 화합물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, b는 1이고 T2는 화학식 10
    의 기이고, 바람직하게는 상기 화학식 10에서 A는 S 또는 O이고/이거나 d는 1이고 T3은 화학식 10 또는 화학식 11 이고, 바람직하게는 상기 화학식 10에서 A는 S 또는 O인, 화합물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, e는 1이고 T4는 화학식 10
    또는 화학식 11 의 기이고, 바람직하게는 상기 화학식 10에서 A는 O 또는 S이고/이거나 a는 1이고 T1은 화학식 10
    또는 화학식 11 의 기이고, 바람직하게는 상기 화학식 10에서 A는 S 또는 O인, 화합물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 하기로 구성된 군으로부터 선택되는 화합물:



    및

  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, c = 1, b = 1 그리고/또는 e = 1인, 화합물.
  15. 유기 전자 소자, 바람직하게는 유기 태양 전지에서의 제1항 내지 14항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 화합물의 용도.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 화합물을 포함하는 유기 전자 소자로서, 바람직하게는 적어도 하나의 전극, 상대 전극, 및 상기 전극과 상기 상대 전극 사이에 정렬되는 적어도 하나의 유기 광활성 층을 포함하고, 상기 유기 광활성 층은 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항을 따른 적어도 하나의 화합물을 포함하는, 유기 전자 소자.
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DE102010030500A1 (de) * 2010-06-24 2011-12-29 Heliatek Gmbh Verdampfbares organisch halbleitendes Material und dessen Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement
DE102012104247B4 (de) * 2012-05-16 2017-07-20 Heliatek Gmbh Halbleitendes organisches Material für optoelektronische Bauelemente
DE102013101712B4 (de) * 2013-02-21 2020-05-28 Heliatek Gmbh Photoaktives organisches Material für optoelektronische Bauelemente
DE102013101713B4 (de) * 2013-02-21 2020-10-01 Heliatek Gmbh Photoaktives, organisches Material für optoelektronische Bauelemente
CN104086561A (zh) * 2014-07-08 2014-10-08 国家纳米科学中心 一种具有高填充因子的可溶性有机光伏小分子材料、制备方法及其用途
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