第Ⅲ族金屬的芳氧基-酞菁的制作方法
【專利說明】第III族金屬的芳氧基-酞菁
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年3月11日提交的美國臨時申請61/776, 215號的權(quán)益。通過 引用將所引用的申請的內(nèi)容并入本申請。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] A.發(fā)明領(lǐng)域
[0005] 本公開涉及包含第III族金屬的芳氧基-酞菁化合物的組合物、用于制備所述組 合物的方法以及由該組合物制造的制品。
[0006] B.相關(guān)技術(shù)的描述
[0007] 例如，可在低成本光伏電池中使用有機(jī)材料作為半導(dǎo)體。有機(jī)材料相對于現(xiàn)有硅 技術(shù)可在材料及制造成本方面提供顯著優(yōu)點(diǎn)，且其通常不會遭受對于硅常見的市場供應(yīng)需 求壓力?，F(xiàn)有技術(shù)基于分子的薄膜器件可呈現(xiàn)與那些基于聚合物的電池類似的效率；然而， 有機(jī)薄膜太陽能電池由于其容易制造而提供顯著優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)薄膜太陽能電池?zé)o需利用基于 聚合物的電池所采用的溶液處理方法。而是，它們通常使用實(shí)施規(guī)?？筛淖兦蚁鄬α畠r的 真空沉積方法。這種器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于無需形成納米相分離的本體異質(zhì)結(jié)薄膜結(jié)構(gòu)。
[0008] 使用常規(guī)方法制備的當(dāng)前可用的有機(jī)半導(dǎo)體通常遭受低電荷載流子迀移率或電 導(dǎo)。另外，在小分子的情形下，通常觀察到膜形成性質(zhì)和電性能二者的批次變化。因此，期 望獲得具有可以通過分子變化調(diào)整、優(yōu)化或設(shè)計的性能性質(zhì)的新有機(jī)半導(dǎo)體材料。這些需 要及其他需要通過本公開的組合物及方法來滿足。
[0009] 發(fā)明概述
[0010] 本發(fā)明一般涉及芳氧基-酞菁化合物、用于制備所述化合物的方法及由該化合物 制造的制品。在一個方面，芳氧基-酞菁化合物包含各種芳氧基分子部分及第III族金屬。
[0011] 本文描述具有通用分子結(jié)構(gòu)（I)的化合物：
[0012]
[0013] 其中M選自第III族金屬且包括鋁、鎵及銦；其中"η"是等于或大于0的整數(shù)；其 中每個R1獨(dú)立地包括直鏈烷基基團(tuán)、帶有支鏈的烷基基團(tuán)、環(huán)烷基基團(tuán)、烯基基團(tuán)、炔基基 團(tuán)、烷氧基基團(tuán)、芳氧基基團(tuán)、雜環(huán)基團(tuán)、單環(huán)芳族基團(tuán)、多環(huán)芳族基團(tuán)、芳基基團(tuán)、烷基芳基 基團(tuán)、芳基烷基基團(tuán)、亞烷基基團(tuán)、氫、鹵素或其組合；且其中私包括包含大于或等于約6至 約22個碳原子的含芳基基團(tuán)，其中含芳基基團(tuán)可以任選地在任意一個或更多個位置處被 一個或更多個雜原子取代，其中雜原子，若存在，可包括鹵素、氧、硫、氮或其組合。
[0014] 在再一個方面，本文描述用于制備具有通用結(jié)構(gòu)（I)的化合物的方法，該方法包 括：(a)提供包含含有鹵素-金屬鍵的經(jīng)R1取代的酞菁前體的化合物，其中鹵素包括氯化 物、溴、碘、氟或其組合，且其中每個R1包括直鏈烷基基團(tuán)、帶有支鏈的烷基基團(tuán)、環(huán)烷基基 團(tuán)、烯基基團(tuán)、炔基基團(tuán)、烷氧基基團(tuán)、芳氧基基團(tuán)、雜環(huán)基團(tuán)、單環(huán)芳族基團(tuán)、多環(huán)芳族基 團(tuán)、芳基基團(tuán)、烷基芳基基團(tuán)、芳基烷基基團(tuán)、亞烷基基團(tuán)、氫、鹵素或其組合；(b)提供包含 任選地經(jīng)取代的含芳基（-R2)和/或任選地經(jīng)取代的含芳基醇基團(tuán)（OH-R2)的反應(yīng)物，其 中R2包含大于或等于約6至約22個碳原子，其中反應(yīng)物若經(jīng)取代則可在一個或更多個位 置處被一個或更多個包括鹵素、氧、硫、氮或其組合的雜原子取代；（c)在有機(jī)溶劑存在下 在有效形成具有通用分子結(jié)構(gòu)（I)的化合物的條件下使包含含有鹵素-金屬鍵的酞菁前體 的化合物與反應(yīng)物反應(yīng)，其中具有通用分子結(jié)構(gòu)（I)的化合物在各個方面在有機(jī)溶劑中不 溶、微溶、部分地可溶，或在有機(jī)溶劑中至少部分地可溶。
[0015] 在另一方面，公開了光伏電池，其中光活性區(qū)包含小分子有機(jī)半導(dǎo)體，其包括包含 通式（I)化合物的第III族金屬的芳氧基-酞菁：
[0016]
[0017] 其中M是一種或更多種第III族金屬且包括鋁、鎵、銦或其組合；其中"η"是等 于或大于〇的整數(shù)；其中每個R1獨(dú)立地包括直鏈烷基基團(tuán)、帶有支鏈的烷基基團(tuán)、環(huán)烷基 基團(tuán)、烯基基團(tuán)、炔基基團(tuán)、烷氧基基團(tuán)、芳氧基基團(tuán)、雜環(huán)基團(tuán)、單環(huán)芳族基團(tuán)、多環(huán)芳族基 團(tuán)、芳基基團(tuán)、烷基芳基基團(tuán)、芳基烷基基團(tuán)、亞烷基基團(tuán)、氫、鹵素或其組合；且其中R2包括 包含大于或等于約6至約22個碳原子的含芳基基團(tuán)，其中含芳基基團(tuán)可任選地在任意一個 或更多個位置處被一個或更多個雜原子取代，其中雜原子，若存在，可包括鹵素、氧、硫、氮 或其組合。
[0018] 在又一方面，還公開了用于制備包含第III族金屬的芳氧基-酞菁的光伏器件和/ 或電池的方法。
[0019] 其他優(yōu)點(diǎn)會在下面的描述中部分地加以闡述，且部分會由該描述而變得明顯，或 可通過實(shí)踐下述方面而知曉。下述優(yōu)點(diǎn)會通過所附權(quán)利要求中具體指出的元素及組合來實(shí) 現(xiàn)和達(dá)成。應(yīng)理解，前述一般說明及以下詳細(xì)說明二者僅為示例性的和解釋性的且不是限 制性的。
[0020] 附圖簡述
[0021] 并入本說明書中且構(gòu)成其一部分的附圖舉例說明下述若干方面。全部附圖中，相 同編號代表相同元素。
[0022] 圖1根據(jù)本公開的各個方面舉例說明間甲酚-AlPc、間甲酚-GaPc和間甲酚-InPc 的循環(huán)伏安曲線。
[0023] 發(fā)明詳述
[0024] 在一個方面，本文描述具有通用結(jié)構(gòu)（I)的化合物：
[0025]
[0026] 其中M包括鋁、鎵、銦或其組合；其中"η"是等于或大于0的整數(shù)；其中每個札包括 直鏈烷基基團(tuán)、帶有支鏈的烷基基團(tuán)、環(huán)烷基基團(tuán)、烯基基團(tuán)、炔基基團(tuán)、烷氧基基團(tuán)、芳氧 基基團(tuán)、雜環(huán)基團(tuán)、單環(huán)芳族基團(tuán)、多環(huán)芳族基團(tuán)、芳基基團(tuán)、烷基芳基基團(tuán)、芳基烷基基團(tuán)、 亞烷基基團(tuán)、氫、鹵素或其組合；且其中私包括包含大于或等于約6至約22個碳原子的任 選地經(jīng)取代的含芳基基團(tuán)，其中含芳基基團(tuán)若經(jīng)取代則可在一個或更多個位置處被一個或 更多個包括鹵素、氧、硫、氮或其組合的相同或不同雜原子取代。
[0027] 在一個方面，"η"是約0至約4。
[0028] 在另一個方面，私包括包含大于或等于約6至約18個碳原子或者大于或等于約 6至約10個碳原子的任選地經(jīng)取代的含芳基基團(tuán)，且其中并非所有碳原子都被視為芳族碳 原子，其中，含芳基基團(tuán)，若經(jīng)取代，則可在一個或更多個位置處被一個或更多個包括鹵素、 氧、硫、氮或其組合的相同或不同雜原子取代。
[0029] 在另一個方面，R2不包含金屬。
[0030] 在另一個方面，私不包含雜原子作為橋接基團(tuán)。
[0031 ] 在其他方面，&與R 2可相同或不同且R R 2中的至少一者可包含烴、氫或鹵素例 如溴、氯、氟或碘，或其組合。
[0032] 在又一個方面，&與R 2可相同或不同且R R 2中的至少一者可包含C「C2。-烷基 基團(tuán)：具有最多約20個碳原子的直鏈或帶有支鏈的烴基團(tuán)，例如C1-C1。-烷基或C11-C 2。-烷 基，或C1-C1。-烷基，例如C1-C3-烷基，例如甲基、乙基、丙基、異丙基，或C 4-C6-烷基，正丁基、 仲丁基、叔丁基、1，1-二甲基乙基、戊基、2-甲基丁基、1，1-二甲基丙基、1，2-二甲基丙基、 2, 2-二甲基丙基、1-乙基丙基、己基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、1，1_二甲基丁基、1，2-二 甲基丁基、1，3-二甲基丁基、2, 2-二甲基丁基、2, 3-二甲基丁基、3, 3-二甲基丁基、2-乙基 丁基、1，1，2_二甲基丙基、1，2, 2_二甲基丙基、1-乙基-1-甲基丙基、1-乙基_2_甲基丙基， 或C7-C1。-烷基，例如庚基、辛基、2-乙基己基、2, 4, 4-三甲基戊基、1，1，3, 3-四甲基丁基、壬 基或癸基，和/或其異構(gòu)體或組合。
[0033] 在再一個方面，仏與R2可相同或不同且R R2中的至少一者可包含C 2-C2。-烯基 基團(tuán)：具有約2至約20個碳原子且在任意位置處具有雙鍵的不飽和的直鏈或帶有支鏈的烴 基團(tuán)，例如C2-C1。-烯基或C11-C2。-烯基，C 2-C1。-烯基，例如C2-C4-烯基，例如乙烯基、1-丙烯 基、2_丙烯基、1-甲基乙烯基、1-丁烯基、2_ 丁烯基、3_ 丁烯基、1-甲基-1-丙烯基、2_甲 基丙烯基、I-甲基-2_丙烯基、2_甲基_2_丙烯基，或C5-C 6-烯基，例如1-戊烯基、 2-戊烯基、3_戊烯基、4_戊烯基、1-甲基-1-丁烯基、2_甲基-1-丁烯基、3_甲基-1-丁稀 基、I-甲基-2_ 丁烯基、2_甲基_2_ 丁烯基、3_甲基_2_ 丁烯基、1-甲基_3_ 丁烯基、2_甲 基_3_丁烯基、3_甲基_3_丁烯基、1，1-二甲基_2_丙烯基、1，2_二甲基-1-丙烯基、1，2_二 甲基_2_丙烯基、1-乙基_1_丙烯基、1-乙基_2-丙烯基、I-己烯基、2-己烯基、3 -己烯基、 4_己烯基、5_己烯基、1-甲基-1-戊烯基、2_甲基-1-戊烯基、3_甲基-1-戊烯基、4_甲 基戊烯基、I-甲基-2_戊烯基、2_甲基_2_戊烯基、3_甲基_2_戊烯基、4_甲基_2_戊 烯基、I-甲基-3_戊烯基、2_甲基_3_戊烯基、3_甲基_3_戊烯基、4_甲基_3_戊烯基、 丄-甲基-4-戊烯基、2-甲基-4-戊烯基、3-甲基-4-戊烯基、4-甲基-4-戊烯基、丨，丨-二 甲基-2- 丁烯基、1，1-二甲基_3_ 丁烯基、1，2_二甲基-1- 丁烯基、1，2_二甲基_2_ 丁稀 基、1，2_二甲基_3_ 丁烯基、1，3_二甲基-1- 丁烯基、1，3_二甲基_2_ 丁烯基、1，3_二甲 基-3- 丁烯基、2, 2_二甲基_3_ 丁烯基、2, 3_二甲基-1-丁烯基、2, 3_二甲基_2_ 丁烯基、 2, 3_二甲基_3_ 丁烯基、3, 3_二甲基-1-丁烯基、3, 3_二甲基_2_ 丁烯基、1-乙基-1- 丁 烯基、1_乙基-2- 丁烯基、I-乙基丁烯基、2-乙基丁烯基、2-乙基丁烯基、 2-乙基丁烯基、1，1，2-二甲基丙烯基、I-乙基甲基丙烯基、I -乙基甲 基丙烯基或I-乙基-2_甲基_2_丙烯基，以及C7-C1。-烯基，例如庚烯基、辛烯基、壬稀 基、癸烯基的異構(gòu)體，或其組合。
[0034] 在再一個方面，仏與R2可相同或不同且R R2中的至少一者可包含C 2-C2。-炔基 基團(tuán)：具有約2至約20個碳原子且在任意位置處具有三鍵的直鏈或帶有支鏈的烴基團(tuán)，例 如C2-C1。-炔基或C11-C2。-炔基，C 2-C1。-炔基，例如C2-C4-炔基，例如乙炔基、1-丙炔基、2-丙 炔基、1_ 丁炔基、2- 丁炔基、3- 丁炔基、1-甲基_2_丙炔基，或C5-C7-炔基，例如1-戊炔基、 2- 戊炔基、3-戊炔基、4-戊炔基、1-甲基_2_ 丁炔基、1-甲基_3_ 丁炔基、2-甲基_3_ 丁塊 基、3_甲基-1-丁炔基、1，1-二甲基_2_丙炔基、1-乙基_2_丙炔基、1-己炔基、2_己炔基、 3- 己炔基、4-己炔基、5-己炔基、1-甲基-2-戊炔基、1-甲基-3-戊炔基、1-甲基-4-戊塊 基、2-甲基-3-戊炔基、2-甲基-4-戊炔基、3-甲基-1-戊炔基、3-甲基-4-戊炔基、4-甲 基-1-戊炔基、4-甲基_2_戊炔基、1，1-二甲基_2_ 丁炔基、1，1-二甲基_3_丁炔基、1，2-二 甲基-3- 丁炔基、2, 2_二甲基_3_ 丁炔基、3, 3_二甲基-1-丁炔基、1-乙基_2_