[發明專利]茚并芘化合物、以及使用其的有機薄膜太陽能電池用材料和有機薄膜太陽能電池

有效

• 申請號: 200980130466.0
• 申請日: 2009-04-10
• 公開（公告）號: CN102112435A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 池田秀嗣;前田龍志;松浦正英
• 申請（專利權）人: 出光興產株式會社
• 主分類號: C07C211/61
• 分類號: C07C211/61;H01L51/05;H01L51/30;H01L51/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 龐立志;高旭軼

技術領域

本發明涉及茚并芘化合物以及使用其的有機薄膜太陽能電池用材料、進而涉及使用該有機薄膜太陽能電池材料的有機薄膜太陽能電池。

背景技術

太陽能電池和將光信號轉換為電信號的光電二極管、攝像器件一樣，都是相對于光輸入而顯示電輸出的裝置，是與相對于電輸入而顯示光輸出的電致發光(EL)器件顯示相反應答的裝置。該太陽能電池在化石燃料的枯竭問題或地球溫暖化問題的背景中，作為清潔能源而在近年受到很大關注，研究開發漸為盛行。目前為止，使用了單晶硅、多晶硅、非晶硅等的硅系太陽能電池不斷實用化，但由于硅系太陽能電池昂貴、原料硅不足的問題等日漸顯現，因而對下一代太陽能電池的開發需求增高。其中，廉價而毒性低、且沒有原材料不足問題的有機薄膜太陽能電池作為繼硅系太陽能電池的下一代太陽能電池而受到很大關注。

有機薄膜太陽能電池的研究起初基于使用了份菁色素等的單層膜而不斷發展。但是，自從根據進一步的研究開發發現，通過形成具有傳輸電子的“n層”與傳輸空穴的“p層”的多層膜，可提高從光輸入到電輸出的轉換效率(光電轉換效率)以來，多層膜漸漸成為主流。多層膜的研究起初所用的材料為作為p層的銅酞菁(CuPc)、作為n層的苝酰亞胺類(PTCBI)。其后，發現通過在p層與n層之間插入“i層(p材料與n材料的混合層)”而增加疊層，可提高光電轉換效率，但在p層和n層依然各自使用著相同的材料。

其后，通過將“p層/i層/n層”多層反復疊層的重疊單元構成，發現光電轉換效率進一步提高。此時所使用的材料，p層為酞菁類，n層為富勒烯(C60)。

另一方面，在使用高分子的有機薄膜太陽能電池中，主要進行的是使用導電性高分子作為p層材料、使用C60衍生物作為n層材料，并將它們混合、通過進行熱處理而引起微層分離以增加異質界面，而使光電轉換效率提高的、所謂本體異質結構(バルクヘテロ構造)的研究。此處所用的材料體系，主要，p層材料為聚-3-己基噻吩(P3HT)、n層材料為C60衍生物(PCBM)。

這樣，對于有機薄膜太陽能電池，從初期階段起各層的材料基本沒有進展，依然使用的是酞菁衍生物、苝酰亞胺衍生物、C60衍生物。因此，為了提高光電轉換效率，迫切期望開發代替上述現有材料的新型材料。

可是，有機太陽能電池的工作過程一般包含(1)光吸收和激發子生成、(2)激發子擴散、(3)電荷分離、(4)載體移動、(5)電動勢產生的數個過程，由于有機物大體上顯示與太陽光光譜一致的吸收特性的不多，因而大多無法實現高光電轉換效率。例如，對于近年來進行著精心開發的有機EL器件，雖然發現了作為優異的空穴傳輸材料和空穴注入材料的胺化合物，但即使將它們用作有機薄膜太陽能電池用的p層材料，也有對太陽光光譜的吸收特性不充分、得不到足夠光電轉換效率的缺點。

已知通常對于化合物，為了使之在可見光區域具有吸收，只要擴大π電子共軛結構將最大吸收波長長波長化即可。但是，過于擴張共軛體系而使分子量變得過大時，則有對溶劑的溶解性降低而使得純化變難，且升華溫度上升而無法進行升華純化等的難點。所以，作為一定程度地抑制分子量、同時有效地將吸收波長長波長化而得的材料，開發了多并苯類(參照專利文獻1～3)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2007-335760號公報

專利文獻2：日本特開2008-34764號公報

專利文獻3：日本特開2008-91380號公報

發明內容

發明要解決的問題

然而，專利文獻1～3中記載的多并苯類，為了擴大可見吸收區域而增大多并苯結構部位的縮合環數時，出于對光或氧的不穩定性，因而難以純化或操作，存在高純度化困難、缺乏實用性的問題。此外，還存在將上述多并苯類用作有機太陽能電池材料時的光電轉換效率不充分的缺點。

本發明是在上述狀沉下完成的，其目的在于提供作為有機電子材料有用的茚并芘化合物、特別是在用于有機薄膜太陽能電池時顯示高效率的光電轉換特性的茚并芘化合物。

用于解決問題的手段

本發明人等進行了深入研究，結果發現通過具有特定取代基的茚并芘化合物可實現上述目的。本發明是基于所述見解而完成的。

即本發明提供：

1.下述通式(I)所表示的茚并芘化合物，

[化1]