KR20230165791A - 전자 부품용 도펀트, 전자 부품에서의 이의 용도 및 그러한 도펀트를 포함하는 전자 부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반식 I의 화합물(chemical compound), 전자 부품에서의 그러한 화합물의 용도, 및 그러한 화합물을 포함하는 전자 부품에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전자 부품용 도펀트, 전자 부품에서의 그러한 도펀트의 용도, 및 그러한 도펀트를 포함하는 전자 부품에 관한 것이다.
광활성 광전자 부품은 광전 효과를 사용하여 전자기 방사선을 전류로 변환할 수 있다. 이러한 종류의 전자기 방사선을 변환은 우수한 흡수 특성을 나타내는 흡수재가 필요로 한다. 추가 광전자 부품은 전류가 그들을 통해 흐를 때 빛을 방출하는 발광 전계발광 부품이다. 광전자 부품은 적어도 2개의 전극을 포함하는데, 하나의 전극은 기판에 적용되고 다른 전극은 상대 전극으로 기능한다. 전극들 사이에는 적어도 하나의 광활성 층, 바람직하게는 유기 광활성 층이 있다. 추가의 층들, 예를 들어, 수송층(즉, 전하 캐리어 수송층)은 전극들 사이에 추가적으로 배열될 수 있다.
유기 태양 전지에서, 광활성 화합물(흡수제)은 전형적으로, 적어도 공여체 및/또는 수용체가 전자기 방사선을 흡수하는 이종접합(heterojunction)인 공여체-수용체 시스템에 사용된다. 공여체-수용체 시스템은 평면 이종접합 또는 벌크 이종접합으로 설계될 수 있다. 흡수제는 특정 파장에서 전자기 방사선을 흡수하여 광자를 광전류에 기여하는 엑시톤으로 변환한다. 공여체-수용체 시스템 내 화합물은 공여체-수용체 시스템 내 엑시톤의 재조합으로 인한 광전류 손실을 최소화하기 위해 전하 캐리어의 높은 이동성을 가져야 한다. 엑시톤은 계면에서 전하 캐리어로 분리되어야 하며, 전하 캐리어는 재결합 전에 광활성 층을 떠나야 한다. 전하 캐리어 재결합을 최소화하기 위해, 층, 특히 수송층의 전도도는 높아야 한다. 이러한 목적을 위해 사용되는 층, 특히 수송층, 전자 수송층 또는 정공 수송층은 전도도를 증가시키기 위해 도핑된다.
종래 기술로부터 알려진 유기 태양 전지의 구조는 핀 또는 닙 다이오드로 이루어진다(Martin Pfeiffer, "Controlled doping of organic vacuum deposited dye layers: basics and applications", PhD. thesis TU-Dresden, 1999, and WO2011/161108A1). 핀 태양 전지는 일반적으로 투명한 베이스 접점, p 층(들), i 층(들), n 층(들) 및 상단 접점으로 인접한 기판으로 이루어진다. 닙 태양 전지는 일반적으로 투명한 베이스 접점, n 층(들), i 층(들), p 층(들) 및 상단 접점으로 인접한 기판으로 이루어진다.
유기 부품, 특히 유기 태양 전지 및 유기 발광 다이오드에 도핑된 유기 층 또는 층 시스템의 용도가 알려져 있다. DE102007018456, WO2005086251, WO2006081780, WO2007115540, WO2008058525, WO2009000237 및 DE102008051737에 기재된 바와 같이 다양한 재료 또는 재료 등급이 도펀트로서 제안되었다.
알칼리 금속(예를 들어, 세슘) 또는 루이스산(예를 들어, FeCl3; SbCl5)과 같은 무기 도펀트는 높은 확산 계수로 인해 전자 부품의 기능 및 안정성이 손상되기 때문에 유기 매트릭스 물질에서 일반적으로 불리하다(D. Oeter, Ch. Ziegler Ch, W. Gopel Synthetic Metals (1993) 61 147; Y. Yamamoto et al. (1965) 2015, J. Kido et al. Jpn J. Appl. Phys. 41 (2002) L358). 또한, 이러한 화합물의 환원 전위는 종종 기술적으로 적합한 정공 도체 물질을 도핑하기에는 너무 낮다. 또한, 이러한 도펀트의 매우 공격적인 반응 거동은 산업적 적용을 더욱 어렵게 만든다.
종래 기술에 개시된 도펀트는 전자 부품의 수송층에 적합하지만, 도핑에 의해 얻어지는 수송층의 전도도를 향상시킬 필요가 있다.
본 발명의 목적은 전자 부품의 유기층을 도핑하기 위한 도펀트를 제공하는 것이며, 이 도펀트는 매트릭스 물질에 어떠한 파괴적인 영향도 미치지 않으면서 충분히 높은 산화환원 전위를 가지며, 매트릭스 물질 내의 전하 캐리어의 수의 효과적인 증가를 제공한다.
목적은 독립항의 주제에 의해 달성된다. 유리한 구성은 종속항으로부터 명백하다.
목적은 특히 일반식 I의 화합물(chemical compound)이 제공되는 점에서 달성된다.
[화학식 I]
상기 식에서, B는 각각 독립적으로
여기서, *는 A 기에 대한 부착을 나타내고,
여기서, 
는 적어도 하나의 질소 원자를 갖는 헤테로사이클릭 고리이고,
R1 - R(8-n)은 각각 독립적으로 H, 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 티오알콕시, 아릴, 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고/되거나, R1 - R(8-n)은 A 기에 적어도 하나의 추가 융합 고리를 형성하고, n은 적어도 1의 자연수이다. 헤테로사이클릭 고리 
는 추가 치환기를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, R1 - R(8-n)은 적어도 1개의 추가 융합 고리, 특히 바람직하게는 1개의 추가 융합 고리, 바람직하게는 2개의 추가 융합 고리, 또는 바람직하게는 3개의 추가 융합 고리를 형성한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, A 기는 적어도 2, 3, 4, 5 및 6개, 특히 바람직하게는 2 및/또는 3개의 융합 고리를 갖는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, A 기는 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 페날렌, 테트라센, 크라이센, 피렌, 펜타센, 페릴렌, 벤조피렌, 또는 펜타펜으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, A 기는 B 기 및 R1 - R(8-n)의 n 라디칼 이외에 추가 치환기를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 헤테로사이클릭 고리 
는 바람직하게는 4원, 5원 또는 6원 고리로서 형성된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 
는 적어도 1개의 질소 원자, 바람직하게는 2개의 질소 원자, 또는 바람직하게는 1개의 질소 원자 및 1개의 산소 원자를 갖는 비방향족 헤테로사이클릭 고리이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, R1 - R(8-n)은 각각 독립적으로 H 또는 알킬이다.
본 발명의 화합물은 종래 기술에 비해 이점을 갖는다. 유리하게는, 신규한 대체 도펀트가 제공된다. 도펀트는 유리하게는 전자 부품에서 유기층, 특히 유기 수송층을 도핑하는 데 적합하다. 화합물은 유리하게는 도펀트로서 충분히 높은 산화환원 전위를 갖는다. 유리하게는, 화합물은 매트릭스 물질, 특히 풀러렌에 파괴적인 영향을 미치지 않는다. 화합물은 유리하게는 매트릭스 물질 내의 전하 캐리어 수의 증가에 기여한다. 제안된 구조의 특별한 이점은 열적으로 매우 안정적이며 100℃ 내지 400℃의 유리한 프로세스 윈도우를 사용하여 고진공 하에 증발이 가능하다는 것이다. 또 다른 이점은 물질의 합성이 간단하고 무엇보다도 저렴할 수도 있으며; 특히, 폭발성 및/또는 위험한 중간체 또는 출발 물질이 필요하지 않다는 것이다. 유리하게는, 화합물은 공기 중에서 안정하고 무색이며, 태양 전지에서 기생 흡수 및/또는 발광 다이오드에 의해 방출되는 빛의 변화를 거의 또는 전혀 유도하지 않는다. 화합물은 바람직하게는 수송 물질, 특히 전자 수송 물질을 도핑할 때 뛰어난 도핑 특성을 유리하게 나타낸다.
치환기는 특히 H를 또 다른 기로 대체하는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 치환기는 특히 수소를 제외한 모든 원자 및 원자단(atomic group), 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 의미하는 것으로 이해된다. 할로겐은 특히 F, Cl 또는 Br, 바람직하게는 F를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, B 기는 A 기의 고리 상에 배열된다.
본 발명의 대안적인 바람직한 구현예에서, B 기는 A 기의 2개의 고리 상에 배열된다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, n은 적어도 2, 바람직하게는 n은 2, 3 또는 4이고/이거나, B 기 중 적어도 2개는 A 기의 동일한 고리 상에 배열되는 것을 전제로 한다.
본 발명의 대안적인 바람직한 구현예에서, B 기 중 적어도 2개는 A 기의 상이한, 바람직하게는 인접한 고리 상에 배열된다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, R1 - R(8-n)은 각각 독립적으로 H 또는 알킬 기이고/이거나, A 기 상에 적어도 하나의 추가 융합 고리를 형성하고/하거나, B 기 내의 헤테로사이클릭 고리 
가 동일하다는 것을 전제로 한다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, B 기는 각각 독립적으로 
이고/이거나, 모든 B 기는 동일하다는 것을 전제로 한다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, B 기는 각각 독립적으로 
이고/이거나, 모든 B 기는 동일하다는 것을 전제로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, n은 적어도 2이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, n은 적어도 3이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, n은 2이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, n은 3이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, n은 4이다.
본 발명의 추가 발전에 따르면, 적어도 하나의 질소 원자를 갖는 헤테로사이클릭 고리 
는 치환되거나 비치환된 4원, 5원 또는 6원 고리이고/이거나, 헤테로사이클릭 고리 
는 적어도 하나의 추가 헤테로원자, 바람직하게는 적어도 하나의 추가 질소 원자 및/또는 적어도 하나의 산소 원자를 포함한다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, R1 - R(8-n)은 A 기에 융합된 적어도 하나의 추가 고리, 바람직하게는 A 기에 융합된 하나의 추가 고리, 바람직하게는 A 기에 융합된 2개의 추가 고리, 바람직하게는 A 기에 융합된 3개의 추가 고리, 또는 바람직하게는 A 기에 융합된 4개의 추가 고리를 형성하는 것을 전제로 하고, 여기서 적어도 하나의 추가 융합 고리는 각각 독립적으로 치환되거나 비치환될 수 있는 호모사이클릭 5원 고리 또는 6원 고리, 바람직하게는 벤젠 고리이다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 전제로 한다:
본 발명의 바람직한 구현예에서, B 기의 헤테로사이클릭 고리 
는 동일하다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 모든 B 기의 헤테로사이클릭 고리 
는 동일하다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
본 발명의 바람직한 구현예에서, 일반식 I의 화합물은 거울- 또는 회전 대칭이다.
또한, 본 발명의 목적은 전극, 상대 전극 및 전극과 상대 전극 사이의 층 시스템을 갖는 전자 부품, 바람직하게는 유기 전자 부품을 제공함으로써 달성되며, 여기서, 층 시스템은 특히 상기 기재된 예시적인 구현예 중 하나에 따르면 적어도 하나의 유기층, 바람직하게는 적어도 하나의 광활성 층, 및 적어도 하나의 수송층을 포함한다. 적어도 하나의 유기층 및/또는 적어도 하나의 수송층은 본 발명에 따른 적어도 하나의 화합물을 포함한다. 전자 부품의 경우, 이는 특히 본 발명에 따른 화합물과 관련하여 이미 밝혀진 이점을 발생시킨다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 전자 부품은 광전자 부품, 바람직하게는 유기 광전자 부품이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 수송층은 적어도 하나의 전자 수송층 및/또는 적어도 하나의 정공 수송층이다.
본 발명에 따른 화합물은 특히, 바람직하게는 전하 주입층, 정공 차단제 층, 전극 물질, 수송 물질 자체로서 및/또는 전자 또는 광전자 부품에서의 저장 물질로서 사용되는, 유기 매트릭스 물질의 도핑용, 바람직하게는 n-도핑용 도펀트로서의 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 일반식 I의 화합물은 바람직하게는, 추가 혼합물 없이 개별 층으로서 사용된다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, 전자 부품의 층 시스템은 적어도 하나의 수송층, 특히 적어도 하나의 전자 수송층 및/또는 적어도 하나의 정공 수송층을 갖는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 수송층, 바람직하게는 전자 수송층 및/또는 정공 수송층은 10 내지 100 nm, 바람직하게는 10 내지 50 nm, 바람직하게는 10 내지 20 nm, 또는 바람직하게는 20 내지 50 nm의 층 두께를 갖는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 수송층, 바람직하게는 전자 수송층 및/또는 정공 수송층은 적어도 하나의 광활성 층과 직접 접촉한다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, 적어도 하나의 유기층 및/또는 적어도 하나의 수송층 내의 적어도 하나의 화합물의 비율은 각각의 경우에 층의 총 중량을 기준으로 최대 35 중량%, 바람직하게는 최대 30 중량%, 바람직하게는 최대 25 중량%, 바람직하게는 최대 20 중량%, 또는 바람직하게는 최대 15 중량%이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 화합물은 적어도 하나의 유기층 및/또는 적어도 하나의 수송층의 매트릭스 물질에 존재한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 유기층 및/또는 적어도 하나의 수송층의 매트릭스 물질은 적어도 하나의 풀러렌, 바람직하게는 C60 또는 C70을 포함하고, 특히 매트릭스 물질은 적어도 하나의 풀러렌, 바람직하게는 C60 또는 C70으로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 전자 부품은 nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, 또는 pipn 전지의 형태를 취하거나, 적어도 하나의 i 층을 포함하는 nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, 또는 pipn 전지의 조합의 형태를 취한다.
전자 부품은 바람직하게는 탠덤(tandem), 트리플 또는 다중 전지로 설계된다. 전지의 광활성 층은 2개 이상의 흡수재를 갖는 단일층 또는 2개 이상의 층을 갖는 층 시스템으로서 설계될 수 있다.
i 층은 특히 고유의 도핑되지 않은 층을 의미하는 것으로 이해된다. 하나 이상의 i 층은 여기서 하나의 재료(평면 이종접합, PHJ)로 이루어지거나, 상호침투 네트워크를 갖는 벌크 이종접합(BHJ)으로 불리는 2개 이상의 재료의 혼합물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, 유기 전자 부품은 OLED, 유기 태양 전지, OFET 또는 유기 광검출기이다.
본 발명의 추가 구현예에서, 층 시스템은 적어도 하나의 광활성 층, 바람직하게는 흡수층을 가지며, 적어도 하나의 광활성 층은 본 발명에 따른 적어도 하나의 화합물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 유기층, 특히 광활성 층에 사용되는 유기 물질은 소분자 또는 적어도 부분적으로 중합체이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 유기 광전자 부품의 적어도 하나의 광활성 층은 소분자를 포함한다.
소분자는 특히 표준 압력(주변 대기의 기압) 및 실온에서 고체상으로 존재하는 100 내지 2000 g/mol의 단분산 몰 질량을 갖는 비중합체성 유기 분자를 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 소분자는 광활성이며, "광활성"은 빛이 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 흡수하고, 흡수된 전자기 방사선, 즉 광자의 엑시톤으로 변환이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 수용체 물질은 풀러렌 또는 풀러렌 유도체, 바람직하게는 C60 또는 C70, 또는 PTCDI 유도체(페릴렌-3,4,9,10-비스(디카복스이미드) 유도체)의 군으로부터의 물질이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 전극은 금속, 바람직하게는 Al, Ag, Au 또는 이들의 조합, 전도성 산화물, 바람직하게는 ITO, ZnO:Al 또는 또 다른 TCO(투명 전도성 산화물), 전도성 중합체, 바람직하게는 PEDOT/PSS 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리(스티렌설포네이트) 또는 PANI(폴리아닐린)로 구성되거나, 이들 물질의 조합으로부터 형성된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 광활성 층은 공여체-수용체 시스템을 갖는다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 공여체는 ADA 올리고머 및/또는 BODIPY이고, 적어도 하나의 수용체는 ADA 올리고머 및/또는 풀러렌이다.
BODIPY 화합물은 특히 일반식 C9H7BN2F2의 화합물, 즉 디피로텐 기와 함께 이불화붕소 기를 갖는 화합물, 특히 화합물 4,4-디플루오로-4-보라-3a,4a-디아자-s-인다센을 의미하는 것으로 이해된다.
특히, ADA 올리고머는 각각 공여체 단위(D)에 결합된 수용체 단위(A) 및 추가 수용체 단위(A')를 갖는 접합된 수용체-공여체-수용체 올리고머(A-D-A'-올리고머)를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 수송층은 도펀트, 특히 n-도펀트로서 적어도 하나의 일반식 I의 화합물을 포함한다.
전자 부품은 상이한 방식으로 생산될 수 있다. 층 시스템의 층은 인쇄 또는 코팅에 의해, 또는 진공에서의 기상 증착에 의해, 예를 들어, CVD, PVD 또는 OVPD에 의해 용액 또는 분산액으로서 액체 형태로 적용될 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 화합물 및/또는 본 발명의 적어도 하나의 화합물을 포함하는 층은 진공 처리, 기상(gas-phase) 증착 또는 용매 처리에 의해, 특히 바람직하게는 진공 처리에 의해 증착될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 일반식 1의 화합물을 갖는 수송층은, 탠덤 태양 전지 또는 다중 태양 전지에서 광흡수(광활성) 층을 또 다른 광흡수(광활성) 층에 연결하고/하거나, 전극을 광흡수층에 연결하는 pn 접합의 일부이다.
본 발명의 목적은 또한, 특히 상기 기재된 예시적인 구현예 중 하나에 따라 전자 부품, 특히 유기 전자 부품에서 본 발명에 따른 화합물의 용도를 제공함으로써 달성된다. 본 발명에 따른 화합물의 용도는 특히 본 발명에 따른 화합물 및 본 발명에 따른 적어도 하나의 화합물을 포함하는 전자 부품과 관련하여 이미 밝혀진 이점을 발생시킨다.
본 발명의 추가 전개에 따르면, 본 발명에 따른 적어도 하나의 화합물은 유기 전자 부품의 도핑층, 특히 적어도 하나의 수송층 및/또는 주입층용 도펀트로서 사용된다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 전자 부품용 도펀트는 전자 부품, 바람직하게는 광전자 부품의 층 시스템, 바람직하게는 유기층 시스템용 도펀트이다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 층 시스템의 적어도 하나의 수송층은 도펀트, 바람직하게는 n-도펀트로서 본 발명에 따른 적어도 하나의 화합물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, 적어도 하나의 화합물은 n-도펀트로서 사용된다.
본 발명은 예시적인 구현예를 참조하여 아래에 보다 상세히 설명된다. 특히, 전자 부품의 층 시스템의 수송층에서 본 발명에 따른 적어도 하나의 화합물이 놀랍게도 층 시스템의 전도성을 증가를 야기하는 것을 보여주는 것이 가능했다. 그 중:
작업 실시예
작업 실시예 1
본 발명에 따른 일반식 I의 화합물의 합성을 위한 합성 도식의 예시적인 구현예를 나타낸다. 화합물 1을 예로 사용하여 합성을 나타내었다.
화합물 1의 합성:
1-(클로로(피롤리딘-1-일)메틸렌피롤리딘-1-이움 클로라이드의 합성
150 ml의 클로로포름 중 13.1 g(78 mmol)의 디(피롤리딘-1-일)메타논을 환류 응축기, 자기 교반 바, 아르곤 공급장치 및 적하 깔때기가 장착된 250 ml 3구 플라스크에 아르곤 대기 하에 초기에 충전하고, 33.6 ml(384 mmol)의 옥살릴 디클로라이드를 교반하면서 1시간의 기간에 걸쳐 천천히 적가한다. 이어서, 혼합물을 계속 교반하면서 아르곤 보호 가스 대기 하에 45분에 걸쳐 80℃까지 가열하고, 이 온도에서 20시간 동안 추가로 교반한다. 실온까지 냉각시킨 후, 회전 증발기에서 용매를 제거하고, 잔류물을 고진공 하에서 건조시킨다. 14.6 g의 갈색 고체를 얻었고, 이를 추가 정제 없이 다음 단계에 사용하였다.
160 ml의 아세토니트릴과 15 ml의 트리에틸아민의 혼합물 중 6.3 g(39 mmol)의 1,8-디아미노나프탈렌의 현탁액을 환류 응축기, 자기 교반 바, 아르곤 공급장치 및 적하 깔때기가 장착된 500 ml 3구 플라스크에 아르곤 보호 가스 대기 하에 초기에 충전한다. 실온에서 교반하면서 14.6 g(78 mmol)의 1-(클로로(피롤리딘-1-일)메틸렌)피롤리딘-1-이움 클로라이드, 150 ml의 아세토니트릴 및 65 ml의 트리에틸아민의 혼합물을 20분의 기간에 걸쳐 적하 깔때기를 통해 첨가한다. 혼합물을 실온에서 120시간 동안 교반한다. 침전물을 여과 제거하고 회전 증발기에서 용매를 제거한다. 잔류물(23.1 g의 갈색 고체)을 컬럼 크로마토그래피(실리카 겔; DCM:MeOH:NEt3(100:6:0.3; Rf = 0.08-0.15))로 정제하고, 디클로로메탄에 넣고, n-헥산으로부터 재침전시킨다. 10.77 g(60%)의 옅은 회색 고체를 얻었다. 화합물 1은 다음과 같이 특성화되었다:
1H-NMR (400 MHz, CD2Cl2) ppm 7.36 (d, 2H, Ar-H), 7.29 (t, 2H, Ar-H), 6.54 (d, 2H, Ar-H), 3.50 (t, 16H, CH2), 2.00 (t, 16H, CH2).
하기 일반식 I의 화합물:
B는 각각 독립적으로
여기서, *는 A 기에 대한 부착을 나타내고,
여기서, 
는 적어도 하나의 질소 원자를 갖는 헤테로사이클릭 고리이고,
R1 - R(8-n)은 각각 독립적으로 H, 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 티오알콕시, 아릴, 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고/되거나, R1 - R(8-n)은 A 기에 적어도 하나의 추가 융합 고리를 형성하고, n은 적어도 1의 자연수이다.
일반식 I의 화합물은 전자 부품용, 특히 광활성 층 및/또는 수송층 도핑용 신규한 도펀트를 제공한다. 화합물은 유리하게는 광활성 층 및/또는 수송층의 매트릭스 물질 내의 전하 캐리어의 수의 증가에 기여한다. 유리하게는, 조사된 예시 화합물은 공기 중에서 안정하고 무색이므로, 태양 전지에서의 어떠한 기생 흡수 및/또는 발광 다이오드에 의해 방출되는 광의 변화에 기여하지 않는다.
본 발명의 일 구성에서, n은 적어도 2, 바람직하게는 n은 2, 3 또는 4이고/이거나 B 기 중 적어도 2개는 A 기의 동일한 고리 상에 배열된다.
본 발명의 추가 구성에서, R1 - R(8-n)은 각각 독립적으로 H 또는 알킬 기이고/이거나, A 기 상에 적어도 하나의 추가 융합 고리를 형성하고/하거나, B 기 내의 헤테로사이클릭 고리 
는 동일하다.
본 발명의 추가 구성에서, B 기는 각각 독립적으로 
이고/이거나, 모든 B 기는 동일하다.
본 발명의 추가 구성에서, 적어도 하나의 질소 원자를 갖는 헤테로사이클릭 고리 
는 치환되거나 비치환된 4원, 5원 또는 6원 고리이고/이거나, 헤테로사이클릭 고리 
는 적어도 하나의 추가 헤테로원자, 바람직하게는 적어도 하나의 추가 질소 원자 및/또는 적어도 하나의 산소 원자를 포함한다.
본 발명의 추가 구성에서, R1 - R(8-n)은 A 기에 융합된 적어도 하나의 추가 고리, 바람직하게는 A 기에 융합된 하나의 추가 고리, 바람직하게는 A 기에 융합된 2개의 추가 고리, 바람직하게는 A 기에 융합된 3개의 추가 고리, 또는 바람직하게는 A 기에 융합된 4개의 추가 고리를 형성하고, 여기서 적어도 하나의 추가 융합 고리는 각각 독립적으로 치환되거나 비치환될 수 있는 호모사이클릭 5원 고리 또는 6원 고리, 바람직하게는 벤젠 고리이다.
적어도 하나의 화합물은 특히 전자 부품(1), 특히 유기 전자 부품에 사용하기에 적합하다. 본 발명의 일 구성에서, 적어도 하나의 화합물은 유기 전자 부품의 도핑층, 특히 적어도 하나의 수송층 및/또는 주입층용 도펀트로서, 특히 바람직하게는 n-도펀트로서 사용된다.
전자 부품(1), 바람직하게는 유기 전자 부품은 전극(3), 상대 전극(7) 및 전극(3)과 상대 전극(7) 사이의 층 시스템(8)을 포함하며, 여기서 층 시스템(8)은 적어도 하나의 유기층(5), 바람직하게는 적어도 하나의 광활성 층, 및 적어도 하나의 수송층(4, 6)을 포함한다. 적어도 하나의 유기층(5) 및/또는 적어도 하나의 수송층(4, 6)은 본 발명에 따른 적어도 하나의 화합물을 포함한다.
본 발명의 추가 구성에서, 적어도 하나의 유기층(5) 및/또는 적어도 하나의 수송층(4, 6) 내의 적어도 하나의 화합물의 비율은 각각의 경우에 층의 총 중량을 기준으로 최대 35 중량%, 바람직하게는 최대 30 중량%, 또는 바람직하게는 최대 25 중량%이다.
작업 실시예 2
전자 부품(1)은 제1 전극(3), 제2 전극(7), 및 층 시스템(8)을 포함하고, 층 시스템(8)은 제1 전극(3)과 제2 전극(7) 사이에 배열된다. 층 시스템(8)의 적어도 하나의 층은 적어도 하나의 본 발명의 화합물을 포함한다. 도 1은 단면으로 전자 부품(1)의 예시적인 구현예의 개략도를 나타낸다. 본 예시적인 구현예에서, 전자 부품(1)은 태양 전지, 특히 유기 태양 전지이다.
본 예시적인 구현예에서, 전자 부품(1)은 유리로 구성된 기판(2)을 포함한다. 제1 전극(3)은 기판(2) 상에 배열되며, 이는, 예를 들어, 금속, 전도성 산화물, 특히 ITO(인듐 주석 산화물), ZnO:Al 또는 또 다른 투명한 전도성 산화물 또는 중합체, 예컨대 PEDOT:PSS 또는 PANI로부터 형성된다. 층 시스템(8)은 n-도핑된 전자 수송층(4)(ETL)으로서 형성된, 수송층(4)을 갖는 제1 전극(3) 상에 배열된다. 광활성 층(5)은 수송층(4) 상에 배열되며, 이는 특히 p-전도성 공여체 물질 및 n-전도성 수용체 물질, 예를 들어, C60 풀러렌을 갖는, 적어도 하나의 공여체 및 하나의 수용체 물질을 포함하고, 이들은 함께 공여체-수용체 시스템을 평탄한 이종접합 또는 벌크 이종접합으로서 형성한다. 광활성 층(5)은 또한 하나 초과의 층, 특히 공여체 및 수용체층으로 이루어질 수 있어서, 평면, 광활성 공여체-수용체 접합이 형성된다. 그 상부에는 수송층(6), 특히 p-도핑된 정공 수송층(6)(HTL) 및 알루미늄으로 구성된 전극(7)이 배치되어 있다. 수송층(6)은 전자 전도 수송층 형태일 수도 있다. 본 예시적인 구현예에서, 전자-수송층(4)(ETL)은 화합물 1로 n-도핑된다. 추가 구성에서, 수송층(4)은 정공 전도 수송층으로서 설계될 수 있다.
전도도를 측정하기 위해 사용되는 전자 부품(1)은 다음과 같이 구성된다.
ITO는 전극 역할을 하고, 인접한 풀러렌 C60은 전자 수송층(ETL) 역할을 하며, 이어서 광활성 층 C60은 전자 수용체 물질 역할을 하고, 본 발명에 따른 각각의 화합물은 정공 수용체 물질(공여체 물질) 역할을 한다. NDP9는 Novaled GmbH의 상업용 p-도펀트이다. NHT49는 Novaled GmbH의 상업용 정공 도체이다.
작업 실시예 3
작업 실시예 2에 따른 전자 부품 1을 화합물 1, 화합물 5, 및 비교 물질 TMGN을 사용하여 도핑하였다.
본 작업 실시예에서, 수송층(4, 6)은 화합물 1, 화합물 5 또는 비교 물질 TMGN에 의해 n-도핑된 전자 수송층이다. 화합물을 n-도펀트로 그들의 효과에 대해 조사하였다. C60 전자 수송 물질을 매트릭스 물질로서 사용하여 화합물을 적용하고 도핑된 층의 전도도를 조사하였다.
증발 시험 화합물 1 및 비교 물질 TMGN 
1,8-비스(테트라메틸구아니디노)나프탈렌(TMGN)
본 발명에 따른 화합물 1, 화합물 5 및 비교 물질 TMGN을 각각 고진공 조건 하에 증발시켰다. 기판 상에서 0.2 A/s의 일정한 증착 속도 T가 생성되는 온도를 측정하였다.
비교 물질 TMGN은 이미 65℃에서 증발하는 것을 알 수 있다. 이 온도에서는 진공에서의 증발이 냉각되지 않은 기판에 일정한 증착 속도를 유지하기 어렵게 만든다. 또한, 유의한 양이 기판이 아닌 진공 시스템 내의 바람직하지 않은 위치에 증착될 가능성이 있다. 한편, 본 발명에 따른 화합물 1은 120℃ 초과에서만 증발하므로, 기판 상에 균일한 증착 속도를 설정할 수 있으며, 증착 속도를 제어할 수 있는 기술적 노력을 증가시키지 않고도 증착 속도를 제어할 수 있다.
수송층을 도핑하기 위해, 전자 수송 물질 C60을 화합물 1, 화합물 5 또는 비교 물질 TMGN과 함께 공증착시키고, 도핑된 층의 전도도를 조사하였다. 수송층은 화합물 1, 화합물 5 또는 비교 물질 TMGN을 매트릭스 물질로서 각각의 경우에 물질 C60의 주 비율에 비례하여 포함한다.
예시적인 구현예에서, 도 2는 화합물 1을 사용하여 도핑되는 비율이 상이한 매트릭스 물질로서 C60을 갖는 수송층의 전기 전도도를 나타낸다. 본 예시적인 구현예에서, 수송층은 전자 수송층이다. 화합물 1을 사용하여 각각 2.5 중량%, 5 중량%, 10 중량% 및 20 중량% 도핑된 C60 층의 전도도를 측정하였다.
수송층의 전도도는 본 발명에 따른 화합물 1을 사용하여 도핑되는 비율의 함수로서 증가하고, 10 중량%의 비율로 1×10-1 Scm-1의 값에 도달한다. 대조적으로, C60으로만 이루어진 층의 전도도는 1×10-10 Scm-1 내지 1×10-8 Scm-1이다.
예시적인 구현예에서, 도 3은 화합물 5를 사용하여 도핑된 비율이 상이한 매트릭스 물질로서 C60을 갖는 수송층의 전기 전도도를 나타낸다. 화합물 5를 사용하여 각각 5 중량%, 10 중량% 및 20 중량% 도핑된 C60 층의 전도도를 측정하였다.
수송층의 전도도는 본 발명에 따른 화합물 5로 도핑된 비율의 함수로서 증가한다. 10 중량%의 화합물 5를 첨가하면, 전기 전도도는 1.7×10-2 Scm-1이고, 20 중량%를 첨가시, 전기 전도도는 3×10-2 Scm-1이다.
예시적인 구현예에서, 도 4는 비교 물질 TMGN를 사용하여 도핑된 비율이 상이한 매트릭스 물질로서 C60을 갖는 수송층의 전기 전도도를 나타낸다. TMGN을 사용하여 3 중량% 및 8 중량% 도핑된 C60 층의 전도도를 측정하였다.
비교 물질 TMGN을 사용하여 8 중량% 도핑된 수송층의 전도도는 4.8×10-4 Scm-1이다.
화합물 1을 비교 물질 TMGN과 비교하여 사용하는 경우, 200배 더 높은 C60 층의 전도도를 얻을 수 있다(도 2 및 도 4). 화합물 5를 비교 물질 TMGN과 비교하여 사용하는 경우, 35배 더 높은 C60 층의 전도도를 얻을 수 있다(도 3 및 도 4).
일반식 I의 화합물은 전자 부품의 층 시스템의 층의 전도도를 증가시킨다. 특히, 유기층 및/또는 수송층의 매트릭스 물질, 특히 C60-함유 매트릭스 물질을 본 발명에 따른 화합물을 사용하여 도핑하는 것은 이들 층의 전도도를 유의하게 증가시키는 것으로 나타났다.
Claims (10)
- 일반식 I의 화합물(chemical compound):
(상기 식에서, B는 각각 독립적으로
로부터 선택되고,
여기서, *는 A 기에 대한 부착을 나타내고,
여기서,는 적어도 하나의 질소 원자를 갖는 헤테로사이클릭 고리이고,
R1 - R(8-n)은 각각 독립적으로 H, 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시, 티오알콕시, 아릴, 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고/되거나, R1 - R(8-n)은 A 기에 적어도 하나의 추가 융합 고리를 형성하고, n은 적어도 1의 자연수임). - 제1항에 있어서, n은 적어도 2이고, 바람직하게는 n은 2, 3 또는 4이고/이거나, 적어도 2개의 B 기는 A 기의 동일한 고리에 배열되는, 화합물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, R1 - R(8-n)은 각각 독립적으로 H 또는 알킬 기이고/이거나, A 기에 적어도 하나의 추가 융합 고리를 형성하고/하거나, B 기 내의 헤테로사이클릭 고리는 동일한 것인, 화합물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, B 기는 각각 독립적으로이고/이거나, 모든 B 기는 동일한 것인, 화합물.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 질소 원자를 갖는 헤테로사이클릭 고리는 치환되거나 비치환된 4원, 5원 또는 6원 고리이고/이거나,
헤테로사이클릭 고리는 적어도 하나의 추가 헤테로원자, 바람직하게는 적어도 하나의 추가 질소 원자 및/또는 적어도 하나의 산소 원자를 포함하는, 화합물.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, R1 - R(8-n)은 A 기에 융합된 적어도 하나의 추가 고리, 바람직하게는 A 기에 융합된 하나의 추가 고리, 바람직하게는 A 기에 융합된 2개의 추가 고리, 바람직하게는 A 기에 융합된 3개의 추가 고리, 또는 바람직하게는 A 기에 융합된 4개의 추가 고리를 형성하고, 여기서 적어도 하나의 추가 융합 고리는 각각 독립적으로 치환되거나 비치환될 수 있는 호모사이클릭 5원 고리 또는 6원 고리, 바람직하게는 벤젠 고리인, 화합물.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는, 화합물:
- 전자 부품, 특히 유기 전자 부품에서의, 바람직하게는 유기 전자 부품의 도핑층, 특히 적어도 하나의 수송층 및/또는 주입층용 도펀트로서의 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 청구된 화합물의 용도.
- 전극, 상대 전극 및 전극과 상대 전극 사이의 층 시스템을 갖는 전자 부품, 바람직하게는 유기 전자 부품으로서, 여기서 층 시스템은 적어도 하나의 유기층, 바람직하게는 적어도 하나의 광활성 층, 및 적어도 하나의 수송층을 포함하며, 적어도 하나의 유기층 및/또는 적어도 하나의 수송층이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 청구된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품,
- 제9항에 있어서, 적어도 하나의 유기층 및/또는 적어도 하나의 수송층 내의 적어도 하나의 화합물의 비율은 각각의 경우 층의 총 중량을 기준으로 최대 35 중량%, 바람직하게는 최대 30 중량%, 또는 바람직하게는 최대 25 중량%인, 전자 부품.
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