專(zhuān)利名稱(chēng)：茚并苝化合物、含有茚并苝衍生物而成的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用材料、以及使用其的有機(jī) ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型茚并茈衍生物、包含該新型茚并茈衍生物的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用材料以及使用該材料的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。另外，本發(fā)明涉及含有茚并茈衍生物而成的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用材料、以及使用該材料的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池是相對(duì)于光輸入顯示電輸出的裝置，是顯示與相對(duì)于電輸入顯示光輸出的電致發(fā)光(EL)元件不同的響應(yīng)的裝置。對(duì)于分類(lèi)中屬于有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的一種的太陽(yáng)能電池，在化石燃料的枯竭問(wèn)題、地球溫暖化問(wèn)題的背景下，作為綠色能源在近年來(lái)受到很大關(guān)注，其研究開(kāi)發(fā)正盛行起來(lái)。以往，被實(shí)用化的是，以單晶體S1、多晶體S1、無(wú)定形Si等為代表的硅系太陽(yáng)能電池，但伴隨著高價(jià)、以及原料Si的不足問(wèn)題等的表面化，對(duì)下一代太陽(yáng)能電池的要求逐漸提高。在這樣的背景中，有機(jī)太陽(yáng)能電池由于廉價(jià)且沒(méi)有原材料不足的擔(dān)心，因而作為硅系太陽(yáng)能電池之后的下一代的太陽(yáng)能電池受到較大的注目。有機(jī)太陽(yáng)能電池基本上由輸送電子的n層和輸送空穴的p層構(gòu)成。作為n層，在ニ氧化鈦等的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體表面單分子吸附釕色素等的敏化色素，作為P層使用電解質(zhì)溶液的有機(jī)太陽(yáng)能電池被稱(chēng)為色素敏化太陽(yáng)能電池(所謂Graetzelcell)，由于其光電轉(zhuǎn)換效率(以下，有時(shí)簡(jiǎn)記做轉(zhuǎn)換效率)高，因而在1991年以后被認(rèn)真研究起來(lái)，但由于使用溶液，具有長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)漏液等缺點(diǎn)。因此，為了克服這樣的缺 點(diǎn)，最近還進(jìn)行了使電解質(zhì)溶液固體化而摸索全固體型的色素敏化太陽(yáng)能電池的研究，但在多孔ニ氧化鈦的細(xì)孔中摻入有機(jī)物的技術(shù)難度高，現(xiàn)狀是無(wú)法完成能夠再現(xiàn)性良好地表現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率的電池。另ー方面，對(duì)于n層、p層都由有機(jī)薄膜形成的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其沒(méi)有由于全固體型而存在漏液等缺點(diǎn)，容易制作，不使用作為稀少金屬的釕等這樣的優(yōu)點(diǎn)等，而最近受到注目，被認(rèn)真研究起來(lái)。對(duì)于有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，最初以使用部花青色素等的單層膜進(jìn)行研究，但發(fā)現(xiàn)通過(guò)制成P層/n層的多層膜，提高了轉(zhuǎn)換效率，在此以后配置有多層膜的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池成為主流。此時(shí)使用的材料是作為P層的銅酞菁(CuPc)、作為n層的茈亞胺類(lèi)(PTCBI)。然后，還發(fā)現(xiàn):通過(guò)在p層與n層之間插入i層(p材料與n材料的混合層)，提高了轉(zhuǎn)換效率。然而，此時(shí)使用的材料依然是酞菁類(lèi)和茈亞胺類(lèi)。另外，還發(fā)現(xiàn):然后，通過(guò)將幾層p/i/n層層疊這樣的堆伐結(jié)構(gòu)，進(jìn)ー步提高了轉(zhuǎn)換效率，此時(shí)的材料系為酞菁類(lèi)和富勒烯C6tl。另ー方面，主要進(jìn)行以下所謂本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的研究:在使用高分子的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池中，作為P材料(用于P層的材料)使用導(dǎo)電性高分子，作為n材料(用于n層的材料)使用C6tl衍生物，將它們混合，進(jìn)行熱處理，由此引起P層與n層的微層分離而使異質(zhì)結(jié)面増加，使轉(zhuǎn)換效率提高。這里使用的材料系主要是作為P材料的被稱(chēng)為P3HT (聚(3-己基噻吩))的可溶性聚噻吩衍生物、作為n材料的被稱(chēng)為PCBM (苯基C61 丁酸甲基醚)的可溶性C6tl衍生物。由此，有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池中，通過(guò)電池單元結(jié)構(gòu)以及P材料和n材料的形態(tài)的最適化，使轉(zhuǎn)換效率提高，所用的材料系從初期開(kāi)始始終沒(méi)有太多進(jìn)展，依然使用酞菁類(lèi)、茈亞胺類(lèi)、C6tl類(lèi)。因而，熱切期待代替它們的新材料系的開(kāi)發(fā)。通常，有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作過(guò)程由(I)光吸收以及激發(fā)子生成、(2)激發(fā)子擴(kuò)散、(3)電荷分離、(4)電荷移動(dòng)、(5)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的基本過(guò)程組成，有機(jī)物大體上顯示與太陽(yáng)光光譜一致的吸收特性的情況并不多，因而大多無(wú)法達(dá)成高轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于上述基本過(guò)程中的任ー個(gè)，作為使性能提高、并使轉(zhuǎn)換效率提高的方法，研究了新型材料系。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了使用ニ茚并芘衍生物的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換元件。然而，由于基本上由在茈骨架的兩側(cè)具有苯并熒蒽骨架的結(jié)構(gòu)組成，因而分子量大，在利用蒸鍍法制造有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的情況下，存在容易引起難以升華等制造上的問(wèn)題的可能性。專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了使用在苊并熒蒽骨架導(dǎo)入了芳香族胺部位的化合物的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。在該實(shí)施例中公開(kāi)了高轉(zhuǎn)換效率，但還要求更高的效率提高。除上述以外，例如，在有機(jī)EL元件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，作為空穴輸送材料及空穴注入材料還發(fā)現(xiàn)了芳基胺化合物，該芳基胺化合物具有優(yōu)異的空穴輸送特性，被認(rèn)為用作有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的P材料。然而，芳基胺化合物在可見(jiàn)光區(qū)域不顯示光吸收，對(duì)太陽(yáng)光光譜的吸收特性不充分，因而結(jié)果是光電轉(zhuǎn)換效率不充分。這顯示出將有機(jī)EL材料運(yùn)用到有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池中的難度。為了使有機(jī)化合物在可見(jiàn)光區(qū)域具有吸收，已知的是，通常，擴(kuò)大電子共軛體系而使最大吸收波長(zhǎng)進(jìn)行長(zhǎng)波長(zhǎng)化即可。但是，若過(guò)于使共軛體系擴(kuò)張而増大分子量，則對(duì)溶劑的溶解性降低，精制變得困難，或者升華溫度上升而無(wú)法進(jìn)行升華精制等的難點(diǎn)變得
顯著化。作為某種程度抑制分子量的増加、并且使吸收波長(zhǎng)有效地進(jìn)行長(zhǎng)波長(zhǎng)化的材料，已知有多并苯類(lèi)。專(zhuān)利文獻(xiàn)3及4公開(kāi)了適用多并苯類(lèi)的太陽(yáng)能電池材料。然而，對(duì)于多并苯類(lèi)，若為了擴(kuò)大可視吸收區(qū)域而增加稠環(huán)數(shù)，則通常對(duì)光、氧氣變得不穩(wěn)定，因而具有精制、處理變得困難，高純度化也困難等的缺點(diǎn)，難以說(shuō)是實(shí)用的太陽(yáng)能電池材料。專(zhuān)利文獻(xiàn)5公開(kāi)了使用茚并茈化合物的有機(jī)EL元件，但對(duì)于有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用途并沒(méi)有公開(kāi)或啟示。專(zhuān)利文獻(xiàn)I公開(kāi)了供電子層使用茈衍生物的有機(jī)光電轉(zhuǎn)換元件。然而，并沒(méi)有公開(kāi)具有ニ芳基氨基和/或ニ烷基氨基的茈衍生物。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)6公開(kāi)了具有芳基胺取代基的茚并芘化合物以及有機(jī)薄 膜太陽(yáng)能電池。然而，對(duì)于該有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，此后漸漸要求更高的水平?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008-135540號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2009-132674號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2008-34764號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2007-335760號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)5:W02001/023497專(zhuān)利文獻(xiàn)6:WO2OlOAn352O

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供作為有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用材料有用的茚并茈衍生物，特別是提供在用于有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池時(shí)顯示出高效率的光電轉(zhuǎn)換效率的化合物。本發(fā)明的目的在于提供在用于有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池時(shí)顯示出優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換特性的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池材料。根據(jù)本發(fā)明，提供以下茚并茈衍生物等。1.式(A-1)所示的茚并茈衍生物。[化I]
權(quán)利要求
1.種式(A-1)所示的茚并茈衍生物，
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的茚并茈衍生物,其由式(A-3)表示，
3.據(jù)權(quán)利要求1或2所述的茚并茈衍生物，其由式(A-4)表示，
4.種有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池材料,其包含權(quán)利要求1 3中任ー項(xiàng)所述的茚并茈衍生物。
5.種有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池,其含有權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的卻并花衍生物。
6.種有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其為至少具有p層的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其中， P層使用權(quán)利要求1 3中任ー項(xiàng)所述的茚并茈衍生物。
7.種有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其為至少具有p層和n層的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其中， n層使用富勒烯衍生物，p層使用權(quán)利要求1 3中任ー項(xiàng)所述的茚并茈衍生物。
8.種有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用材料，其含有下述式(B-1)所示的茚并茈衍生物，
9.據(jù)權(quán)利要求8所述的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用材料，其中， 所述式(B-1)所示的茚并茈衍生物由下述式(B-3)表示。
10.種有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其使用權(quán)利要求8或9所述的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用材料而成。
11.種有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其是至少具有P層的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其中，所述P層包含權(quán)利要求8或9所述的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用材料。
12.種有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其為至少具有p層及n層的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，其中，所述n層包含富勒烯 衍生物，所述p層包含權(quán)利要求8或9所述的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池用材料。
全文摘要
式(A-1)所示的茚并苝衍生物。式(A-1)中，R1～R16中的至少1個(gè)為式(A-2)的氨基。式(A-2)中，Ra、Rb為取代或未取代的環(huán)形成碳原子數(shù)6～40的芳基或取代或未取代的碳原子數(shù)1～40的烷基。
文檔編號(hào)C07C211/61GK103097337SQ201180031560
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者安川圭一, 巖本伸太郎, 池田秀嗣, 東海林弘 申請(qǐng)人:出光興產(chǎn)株式會(huì)社