专利名称：茚并苝化合物、含有茚并苝衍生物而成的有机薄膜太阳能电池用材料、以及使用其的有机 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及新型茚并茈衍生物、包含该新型茚并茈衍生物的有机薄膜太阳能电池用材料以及使用该材料的有机薄膜太阳能电池。另外，本发明涉及含有茚并茈衍生物而成的有机薄膜太阳能电池用材料、以及使用该材料的有机薄膜太阳能电池。
背景技术：
有机薄膜太阳能电池是相对于光输入显示电输出的装置，是显示与相对于电输入显示光输出的电致发光(EL)元件不同的响应的装置。对于分类中属于有机薄膜太阳能电池的一种的太阳能电池，在化石燃料的枯竭问题、地球温暖化问题的背景下，作为绿色能源在近年来受到很大关注，其研究开发正盛行起来。以往，被实用化的是，以单晶体S1、多晶体S1、无定形Si等为代表的硅系太阳能电池，但伴随着高价、以及原料Si的不足问题等的表面化，对下一代太阳能电池的要求逐渐提高。在这样的背景中，有机太阳能电池由于廉价且没有原材料不足的担心，因而作为硅系太阳能电池之后的下一代的太阳能电池受到较大的注目。有机太阳能电池基本上由输送电子的n层和输送空穴的p层构成。作为n层，在ニ氧化钛等的无机半导体表面单分子吸附钌色素等的敏化色素，作为P层使用电解质溶液的有机太阳能电池被称为色素敏化太阳能电池(所谓Graetzelcell)，由于其光电转换效率(以下，有时简记做转换效率)高，因而在1991年以后被认真研究起来，但由于使用溶液，具有长时间使用时漏液等缺点。因此，为了克服这样的缺 点，最近还进行了使电解质溶液固体化而摸索全固体型的色素敏化太阳能电池的研究，但在多孔ニ氧化钛的细孔中掺入有机物的技术难度高，现状是无法完成能够再现性良好地表现高转换效率的电池。另ー方面，对于n层、p层都由有机薄膜形成的有机薄膜太阳能电池，其没有由于全固体型而存在漏液等缺点，容易制作，不使用作为稀少金属的钌等这样的优点等，而最近受到注目，被认真研究起来。对于有机薄膜太阳能电池，最初以使用部花青色素等的单层膜进行研究，但发现通过制成P层/n层的多层膜，提高了转换效率，在此以后配置有多层膜的有机薄膜太阳能电池成为主流。此时使用的材料是作为P层的铜酞菁(CuPc)、作为n层的茈亚胺类(PTCBI)。然后，还发现:通过在p层与n层之间插入i层(p材料与n材料的混合层)，提高了转换效率。然而，此时使用的材料依然是酞菁类和茈亚胺类。另外，还发现:然后，通过将几层p/i/n层层叠这样的堆伐结构，进ー步提高了转换效率，此时的材料系为酞菁类和富勒烯C6tl。另ー方面，主要进行以下所谓本体异质结结构的研究:在使用高分子的有机薄膜太阳能电池中，作为P材料(用于P层的材料)使用导电性高分子，作为n材料(用于n层的材料)使用C6tl衍生物，将它们混合，进行热处理，由此引起P层与n层的微层分离而使异质结面増加，使转换效率提高。这里使用的材料系主要是作为P材料的被称为P3HT (聚(3-己基噻吩))的可溶性聚噻吩衍生物、作为n材料的被称为PCBM (苯基C61 丁酸甲基醚)的可溶性C6tl衍生物。由此，有机薄膜太阳能电池中，通过电池单元结构以及P材料和n材料的形态的最适化，使转换效率提高，所用的材料系从初期开始始終没有太多进展，依然使用酞菁类、茈亚胺类、C6tl类。因而，热切期待代替它们的新材料系的开发。通常，有机太阳能电池的工作过程由(I)光吸收以及激发子生成、(2)激发子扩散、(3)电荷分离、(4)电荷移动、(5)电动势产生的基本过程组成，有机物大体上显示与太阳光光谱一致的吸收特性的情况并不多，因而大多无法达成高转换效率。对于上述基本过程中的任ー个，作为使性能提高、并使转换效率提高的方法，研究了新型材料系。例如，专利文献I中公开了使用ニ茚并芘衍生物的有机光电转换元件。然而，由于基本上由在茈骨架的两侧具有苯并荧蒽骨架的结构组成，因而分子量大，在利用蒸镀法制造有机薄膜太阳能电池的情况下，存在容易引起难以升华等制造上的问题的可能性。专利文献2中公开了使用在苊并荧蒽骨架导入了芳香族胺部位的化合物的有机薄膜太阳能电池。在该实施例中公开了高转换效率，但还要求更高的效率提高。除上述以外，例如，在有机EL元件的开发过程中，作为空穴输送材料及空穴注入材料还发现了芳基胺化合物，该芳基胺化合物具有优异的空穴输送特性，被认为用作有机薄膜太阳能电池的P材料。然而，芳基胺化合物在可见光区域不显示光吸收，对太阳光光谱的吸收特性不充分，因而结果是光电转换效率不充分。这显示出将有机EL材料运用到有机薄膜太阳能电池中的难度。为了使有机化合物在可见光区域具有吸收，已知的是，通常，扩大电子共轭体系而使最大吸收波长进行长波长化即可。但是，若过于使共轭体系扩张而増大分子量，则对溶剂的溶解性降低，精制变得困难，或者升华温度上升而无法进行升华精制等的难点变得
显著化。作为某种程度抑制分子量的増加、并且使吸收波长有效地进行长波长化的材料，已知有多并苯类。专利文献3及4公开了适用多并苯类的太阳能电池材料。然而，对于多并苯类，若为了扩大可视吸收区域而增加稠环数，则通常对光、氧气变得不稳定，因而具有精制、处理变得困难，高纯度化也困难等的缺点，难以说是实用的太阳能电池材料。专利文献5公开了使用茚并茈化合物的有机EL元件，但对于有机薄膜太阳能电池用途并没有公开或启示。专利文献I公开了供电子层使用茈衍生物的有机光电转换元件。然而，并没有公开具有ニ芳基氨基和/或ニ烷基氨基的茈衍生物。另外，专利文献6公开了具有芳基胺取代基的茚并芘化合物以及有机薄 膜太阳能电池。然而，对于该有机薄膜太阳能电池的转换效率，此后渐渐要求更高的水平。现有技术文献专利文献
专利文献1:日本特开2008-135540号公报专利文献2:日本特开2009-132674号公报专利文献3:日本特开2008-34764号公报专利文献4:日本特开2007-335760号公报专利文献5:W02001/023497专利文献6:WO2OlOAn352O
发明内容
本发明的目的在于提供作为有机薄膜太阳能电池用材料有用的茚并茈衍生物，特别是提供在用于有机薄膜太阳能电池时显示出高效率的光电转换效率的化合物。本发明的目的在于提供在用于有机薄膜太阳能电池时显示出优异的光电转换特性的有机薄膜太阳能电池材料。根据本发明，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]
权利要求
1.种式(A-1)所示的茚并茈衍生物，
2.据权利要求1所述的茚并茈衍生物,其由式(A-3)表示，
3.据权利要求1或2所述的茚并茈衍生物，其由式(A-4)表示，
4.种有机薄膜太阳能电池材料,其包含权利要求1 3中任ー项所述的茚并茈衍生物。
5.种有机薄膜太阳能电池,其含有权利要求1 3中任一项所述的却并花衍生物。
6.种有机薄膜太阳能电池，其为至少具有p层的有机薄膜太阳能电池，其中， P层使用权利要求1 3中任ー项所述的茚并茈衍生物。
7.种有机薄膜太阳能电池，其为至少具有p层和n层的有机薄膜太阳能电池，其中， n层使用富勒烯衍生物，p层使用权利要求1 3中任ー项所述的茚并茈衍生物。
8.种有机薄膜太阳能电池用材料，其含有下述式(B-1)所示的茚并茈衍生物，
9.据权利要求8所述的有机薄膜太阳能电池用材料，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.种有机薄膜太阳能电池，其使用权利要求8或9所述的有机薄膜太阳能电池用材料而成。
11.种有机薄膜太阳能电池，其是至少具有P层的有机薄膜太阳能电池，其中，所述P层包含权利要求8或9所述的有机薄膜太阳能电池用材料。
12.种有机薄膜太阳能电池，其为至少具有p层及n层的有机薄膜太阳能电池，其中，所述n层包含富勒烯 衍生物，所述p层包含权利要求8或9所述的有机薄膜太阳能电池用材料。
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个为式(A-2)的氨基。式(A-2)中，Ra、Rb为取代或未取代的环形成碳原子数6～40的芳基或取代或未取代的碳原子数1～40的烷基。
文档编号C07C211/61GK103097337SQ201180031560
公开日2013年5月8日 申请日期2011年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者安川圭一, 岩本伸太郎, 池田秀嗣, 东海林弘 申请人:出光兴产株式会社