JP7181774B2 - Compound and photoelectric conversion element - Google Patents
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Description
本発明は、化合物、および該化合物を用いた光電変換素子に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a compound and a photoelectric conversion device using the compound.
光電変換素子は、陽極および陰極を含む一対の電極と、該一対の電極間に設けられる活性層とを少なくとも備える素子である。光電変換素子では、いずれかの電極を透明または半透明の材料から構成し、透明または半透明とした電極側から活性層に光を入射させる。活性層に入射した光のエネルギー(hν)によって、活性層において電荷(正孔および電子)が生成し、生成した正孔は陽極に向かって移動し、電子は陰極に向かって移動する。そして、陽極および陰極に到達した電荷は、素子の外部に取り出される。 A photoelectric conversion device is a device that includes at least a pair of electrodes including an anode and a cathode, and an active layer provided between the pair of electrodes. In a photoelectric conversion element, one of the electrodes is made of a transparent or semi-transparent material, and light is allowed to enter the active layer from the side of the transparent or semi-transparent electrode. Electric charges (holes and electrons) are generated in the active layer by the energy (hν) of light incident on the active layer, the generated holes move toward the anode, and the electrons move toward the cathode. Then, the charges that have reached the anode and cathode are taken out of the device.
近赤外波長領域(波長700nm~2500nm)の光を用いて光電変換を行う光電変換素子(以下、近赤外光電変換素子という。)は、非可視光である近赤外光を検出することができるため、近赤外光検出器として利用することができる。
A photoelectric conversion element that performs photoelectric conversion using light in the near-infrared wavelength region (
近赤外光電変換素子を近赤外光検出器として用いることにより、人間の目では取得できない情報を電気信号として得ることができる。そして、得られた電気信号を任意好適な情報処理技術によって処理することで可視化することができるため、3Dイメージング、血流等の生体情報に基づいた診断などの様々な分野への近赤外光電変換素子の応用が期待されている(例えば、非特許文献1および2参照。)。
By using a near-infrared photoelectric conversion element as a near-infrared photodetector, information that cannot be obtained with the human eye can be obtained as an electric signal. And since the obtained electrical signal can be visualized by processing it with any suitable information processing technology, near-infrared photoelectric conversion can be applied to various fields such as 3D imaging and diagnosis based on biological information such as blood flow. Applications of conversion elements are expected (see, for example, Non-Patent
また、近赤外光電変換素子の活性層の材料として、近赤外域に強い吸収を持ち、可視域に相対的に小さな吸収しか持たない可視光吸収が小さい材料の開発が試みられている(特許文献1参照。)。 In addition, as a material for the active layer of a near-infrared photoelectric conversion element, an attempt has been made to develop a material that has strong absorption in the near-infrared region and relatively small absorption in the visible region and has low visible light absorption (patent Reference 1).
光電変換素子は、搭載される光検出装置の用途に応じて、光電変換すべき光の波長が異なる。たとえば、特許文献1に記載の光電変換素子は、吸収極大波長が700nm~800nmであるが、吸収極大波長が800nm以上の光電変換素子が求められる場合もある。また特許文献1に記載の光電変換素子のように、光検出装置の用途に応じて、可視光域の吸収が小さい光電変換素子が求められる場合もある。さらに、光電変換効率または暗電流等の光検出感度に影響する特性の向上も求められている。このように、光電変換素子およびそれに適用される活性層の材料には、搭載される光検出装置の用途に合わせた特性(可視光域での光透過性、特定の波長での吸収、光電変換効率および暗電流など)の向上が求められている。
The photoelectric conversion element differs in the wavelength of light to be photoelectrically converted depending on the application of the mounted photodetector. For example, the photoelectric conversion element described in
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を進めたところ、所定の構造を有する化合物、およびかかる化合物を活性層の材料として用いる光電変換素子により、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。よって、本発明は、下記[1]~[8]を提供する。
[1]下記式(1)、式(2)または式(3)で表される化合物。
R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいハロゲン化アルキル基またはハロゲン原子を表す。複数存在するR1は、同一であっても異なっていてもよく、複数存在するR2は、同一であっても異なっていてもよい。mは、1~20の整数を表す。複数存在するmは、同一であっても異なっていてもよい。
Ar1は、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい多環式芳香環のジイル基を表す。2個あるAr1は、同一であっても互いに異なっていてもよい。C1、C2およびC3は、前記多環式芳香環のジイル基を構成する炭素原子を表す。
Ar2は、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい多環式芳香環のジイル基を表す。
Ar1とAr2とは、互いに結合して環を構成していてもよい。)
R1、R2、mおよびAr1は、前記と同じ意味を表す。複数存在するR1は、同一であっても異なっていてもよく、複数存在するR2は、同一であっても異なっていてもよい。複数存在するmは、同一であっても異なっていてもよい。
Aは、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基または置換基を有していてもよいヘテロアリーレン基を表す。2個あるAは、同一であっても互いに異なっていてもよい。
Ar1とAとは、互いに結合して環を構成していてもよい。)
R1、R2、mおよびAr1は、前記と同じ意味を表す。複数存在するR1は、同一であっても異なっていてもよく、複数存在するR2は、同一であっても異なっていてもよい。複数存在するmは、同一であっても異なっていてもよい。Ar1とAとは、互いに結合して環を構成していてもよい。)
[2]式(1)において2個あるAr1-(R2)mが互いに同一であり、2個ある-Ar2-R1が互いに同一である請求項1記載の化合物、式(2)において2個あるAr1-(R2)mが互いに同一であり、2個ある-A-R1が互いに同一である請求項1記載の化合物または式(3)において2個あるAr1-(R2)mが互いに同一であり、2個ある-A-R1が互いに同一である、[1]に記載の化合物。
[3]陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に設けられている活性層とを含み、該活性層が、[1]または[2]に記載の化合物を含む、光電変換素子。
[4]前記活性層が、p型半導体材料およびn型半導体材料を含み、該p型半導体材料が、[1]または[2]に記載の化合物である、[3]に記載の光電変換素子。
[5]前記n型半導体材料が、フラーレンである、[4]に記載の光電変換素子。
[6]前記n型半導体材料が、C60フラーレンである、[5]に記載の光電変換素子。
[7]光検出素子である、[3]~[6]のいずれか1つに記載の光電変換素子。
[8][7]に記載の光電変換素子を備える、イメージセンサー。
The present inventors have made intensive research to solve the above problems, and found that the above problems can be solved by a compound having a predetermined structure and a photoelectric conversion device using such a compound as a material for the active layer. The discovery led to the completion of the present invention. Accordingly, the present invention provides the following [1] to [8].
[1] A compound represented by the following formula (1), formula (2) or formula (3).
R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted halogenated alkyl group or a halogen atom. Multiple R 1 's may be the same or different, and multiple R 2 's may be the same or different. m represents an integer from 1 to 20; Multiple m may be the same or different.
Ar 1 represents a polycyclic aromatic ring diyl group in which carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms. Two Ar 1 may be the same or different. C 1 , C 2 and C 3 represent carbon atoms constituting the diyl group of the polycyclic aromatic ring.
Ar 2 represents a polycyclic aromatic ring diyl group in which carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms.
Ar 1 and Ar 2 may combine with each other to form a ring. )
R 1 , R 2 , m and Ar 1 have the same meanings as above. Multiple R 1 's may be the same or different, and multiple R 2 's may be the same or different. Multiple m may be the same or different.
A represents an optionally substituted alkylene group, an optionally substituted arylene group or an optionally substituted heteroarylene group. Two A's may be the same or different.
Ar 1 and A may combine with each other to form a ring. )
R 1 , R 2 , m and Ar 1 have the same meanings as above. Multiple R 1 's may be the same or different, and multiple R 2 's may be the same or different. Multiple m may be the same or different. Ar 1 and A may combine with each other to form a ring. )
[2] The compound according to
[3] A photoelectric conversion device comprising an anode, a cathode, and an active layer provided between the anode and the cathode, wherein the active layer contains the compound according to [1] or [2]. .
[4] The photoelectric conversion device according to [3], wherein the active layer contains a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material, and the p-type semiconductor material is the compound according to [1] or [2]. .
[5] The photoelectric conversion device according to [4], wherein the n-type semiconductor material is fullerene.
[6] The photoelectric conversion device according to [5], wherein the n-type semiconductor material is C60 fullerene.
[7] The photoelectric conversion element according to any one of [3] to [6], which is a photodetector.
[8] An image sensor comprising the photoelectric conversion element according to [7].
本発明によれば、近赤外光電変換素子が搭載される光検出装置の用途に必要とされる特性を有する光電変換素子、およびかかる光電変換素子に用いられる材料を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion element which has the characteristic required for the use of the photodetector by which a near-infrared photoelectric conversion element is mounted, and the material used for this photoelectric conversion element can be provided.
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。まず、本実施形態の説明において、共通して用いられる用語について説明する。 Preferred embodiments of the present invention are described in detail below. First, terms commonly used in the description of the present embodiment will be described.
「水素原子」は、軽水素原子であっても、重水素原子であってもよい。 A "hydrogen atom" may be either a protium atom or a deuterium atom.
「置換基を有していてもよい」とは、その化合物または基を構成するすべての水素原子が無置換の場合、および1個以上の水素原子の一部または全部が置換基によって置換されている場合の両方の態様を含む。 "Optionally having a substituent" means that all hydrogen atoms constituting the compound or group are unsubstituted, and one or more hydrogen atoms are partially or entirely substituted by a substituent. Both aspects are included.
「置換基」の例としては、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、1価の複素環基、置換アミノ基、アシル基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換オキシカルボニル基、アルケニル基、アルキニル基、シアノ基、およびニトロ基が挙げられる。 Examples of "substituents" include halogen atoms, alkyl groups, halogenated alkyl groups, aryl groups, arylalkyl groups, alkoxy groups, aryloxy groups, alkylthio groups, arylthio groups, monovalent heterocyclic groups, and substituted amino groups. , acyl groups, imine residues, amide groups, acid imide groups, substituted oxycarbonyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, cyano groups, and nitro groups.
「ハロゲン原子」には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、およびヨウ素原子が含まれる。 A "halogen atom" includes a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
「アルキル基」は、特に断らない限り、直鎖状、分岐状、および環状のいずれであってもよい。アルキル基は、置換基を有していてもよい。直鎖状のアルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~50であり、好ましくは1~30であり、より好ましくは1~20である。分岐状または環状であるアルキル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~50であり、好ましくは3~30であり、より好ましくは4~20である。 An "alkyl group" may be linear, branched, or cyclic, unless otherwise specified. The alkyl group may have a substituent. The number of carbon atoms in the linear alkyl group is generally 1-50, preferably 1-30, more preferably 1-20, not including the number of carbon atoms in the substituents. The number of carbon atoms in the branched or cyclic alkyl group is generally 3 to 50, preferably 3 to 30, more preferably 4 to 20, not including the number of carbon atoms in substituents.
アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソアミル基、2-エチルブチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基、n-ヘプチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基、3-n-プロピルヘプチル基、アダマンチル基、n-デシル基、3,7-ジメチルオクチル基、2-エチルオクチル基、2-n-ヘキシル-デシル基、n-ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル墓、オクタデシル基、エイコシル基等のアルキル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロオクチル基、3-フェニルプロピル基、3-(4-メチルフェニル)プロピル基、3-(3,5-ジ-n-ヘキシルフェニル)プロピル基、6-エチルオキシヘキシル基等の置換基を有するアルキル基が挙げられる。 Specific examples of alkyl groups include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, n-pentyl, isoamyl, 2-ethylbutyl, n- hexyl group, cyclohexyl group, n-heptyl group, cyclohexylmethyl group, cyclohexylethyl group, n-octyl group, 2-ethylhexyl group, 3-n-propylheptyl group, adamantyl group, n-decyl group, 3,7-dimethyl Alkyl groups such as octyl group, 2-ethyloctyl group, 2-n-hexyl-decyl group, n-dodecyl group, tetradecyl group, hexadecyl group, octadecyl group, eicosyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, per fluorobutyl group, perfluorohexyl group, perfluorooctyl group, 3-phenylpropyl group, 3-(4-methylphenyl)propyl group, 3-(3,5-di-n-hexylphenyl)propyl group, 6- An alkyl group having a substituent such as an ethyloxyhexyl group can be mentioned.
「アリール基」は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子を1個除いた残りの原子団を意味する。 "Aryl group" means an atomic group remaining after removing one hydrogen atom directly bonded to a carbon atom constituting a ring from an optionally substituted aromatic hydrocarbon.
アリール基は、置換基を有していてもよい。アリール基の具体例としては、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1-アントリル基、2-アントリル基、9-アントリル基、1-ピレニル基、2-ピレニル基、4-ピレニル基、2-フルオレニル基、3-フルオレニル基、4-フルオレニル基、2-フェニルフェニル基、3-フェニルフェニル基、4-フェニルフェニル基、およびこれらの基がアルキル基、アルコキシ基、アリール基、フッ素原子等の置換基を有する基が挙げられる。 The aryl group may have a substituent. Specific examples of aryl groups include phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 1-anthryl, 2-anthryl, 9-anthryl, 1-pyrenyl, 2-pyrenyl, and 4-pyrenyl groups. , 2-fluorenyl group, 3-fluorenyl group, 4-fluorenyl group, 2-phenylphenyl group, 3-phenylphenyl group, 4-phenylphenyl group, and these groups are alkyl groups, alkoxy groups, aryl groups, fluorine atoms groups having substituents such as
「アリーレン基」は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素から環を構成する炭素原子に直接結合する水素原子を2個を除いた残りの原子団を意味する。 An "arylene group" means an atomic group remaining after removing two hydrogen atoms directly bonded to carbon atoms constituting a ring from an optionally substituted aromatic hydrocarbon.
「アルコキシ基」は、直鎖状、分岐状、および環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルコキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~40であり、好ましくは1~10である。分岐状または環状のアルコキシ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~40であり、好ましくは4~10である。 An "alkoxy group" may be linear, branched, or cyclic. The number of carbon atoms in the linear alkoxy group is usually 1-40, preferably 1-10, not including the number of carbon atoms in the substituents. The number of carbon atoms in the branched or cyclic alkoxy group is usually 3-40, preferably 4-10, not including the number of carbon atoms in the substituents.
アルコキシ基は、置換基を有していてもよい。アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n-ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、tert-ブチルオキシ基、n-ペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、n-ヘプチルオキシ基、n-オクチルオキシ基、2-エチルヘキシルオキシ基、n-ノニルオキシ基、n-デシルオキシ基、3,7-ジメチルオクチルオキシ基、およびラウリルオキシ基が挙げられる。 The alkoxy group may have a substituent. Specific examples of alkoxy groups include methoxy, ethoxy, n-propyloxy, isopropyloxy, n-butyloxy, isobutyloxy, tert-butyloxy, n-pentyloxy, n-hexyloxy, cyclohexyloxy, n-heptyloxy, n-octyloxy, 2-ethylhexyloxy, n-nonyloxy, n-decyloxy, 3,7-dimethyloctyloxy, and lauryloxy groups.
「アリールオキシ基」の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6~60であり、好ましくは6~48である。 The number of carbon atoms in the "aryloxy group" is usually 6-60, preferably 6-48, not including the number of carbon atoms in the substituents.
アリールオキシ基は、置換基を有していてもよい。アリールオキシ基の具体例としては、フェノキシ基、1-ナフチルオキシ基、2-ナフチルオキシ基、1-アントリルオキシ基、9-アントリルオキシ基、1-ピレニルオキシ基、およびこれらの基がアルキル基、アルコキシ基、フッ素原子等の置換基を有する基が挙げられる。 The aryloxy group may have a substituent. Specific examples of the aryloxy group include a phenoxy group, a 1-naphthyloxy group, a 2-naphthyloxy group, a 1-anthryloxy group, a 9-anthryloxy group, a 1-pyrenyloxy group, and alkyl groups of these groups. , an alkoxy group, and a group having a substituent such as a fluorine atom.
「アルキルチオ基」は、直鎖状、分岐状、および環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常1~40であり、好ましくは1~10である。分岐状および環状のアルキルチオ基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~40であり、好ましくは4~10である。 The "alkylthio group" may be linear, branched, or cyclic. The number of carbon atoms in the straight-chain alkylthio group is generally 1-40, preferably 1-10, not including the number of carbon atoms in the substituents. The number of carbon atoms in the branched or cyclic alkylthio group is generally 3-40, preferably 4-10, not including the number of carbon atoms in the substituents.
アルキルチオ基は、置換基を有していてもよい。アルキルチオ基の具体例としては、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ブチルチオ基、イソブチルチオ基、tert-ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、シクロヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、2-エチルヘキシルチオ基、ノニルチオ基、デシルチオ基、3,7-ジメチルオクチルチオ基、ラウリルチオ基、およびトリフルオロメチルチオ基が挙げられる。 The alkylthio group may have a substituent. Specific examples of alkylthio groups include methylthio, ethylthio, propylthio, isopropylthio, butylthio, isobutylthio, tert-butylthio, pentylthio, hexylthio, cyclohexylthio, heptylthio, octylthio, 2 -ethylhexylthio, nonylthio, decylthio, 3,7-dimethyloctylthio, laurylthio, and trifluoromethylthio groups.
「アリールチオ基」の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常6~60であり、好ましくは6~48である。 The number of carbon atoms in the "arylthio group" is usually 6-60, preferably 6-48, not including the number of carbon atoms in the substituents.
アリールチオ基は、置換基を有していてもよい。アリールチオ基の例としては、フェニルチオ基、C1~C12アルキルオキシフェニルチオ基(ここで、「C1~C12」は、その直後に記載された基の炭素原子数が1~12であることを示す。以下、他の基においても同様である。)、C1~C12アルキルフェニルチオ基、1-ナフチルチオ基、2-ナフチルチオ基、およびペンタフルオロフェニルチオ基が挙げられる。 The arylthio group may have a substituent. Examples of arylthio groups include a phenylthio group and a C1-C12 alkyloxyphenylthio group (where "C1-C12" indicates that the number of carbon atoms in the group immediately following it is 1-12. The same applies to other groups hereinafter.), C1-C12 alkylphenylthio groups, 1-naphthylthio groups, 2-naphthylthio groups, and pentafluorophenylthio groups.
「1価の複素環基」とは、複素環式化合物から、環を構成する炭素原子またはヘテロ原子に直接結合している水素原子のうちの1個の水素原子を除いた残りの原子団を意味する。1価の複素環基には、「1価の芳香族複素環基」が含まれる。「1価の芳香族複素環基」は、芳香族複素環式化合物から、環を構成する炭素原子またはヘテロ原子に直接結合している水素原子のうち1個の水素原子を除いた残りの原子団を意味する。1価の複素環基および1価の芳香族複素環基は、置換基を有していてもよい。ヘテロ原子の例としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子、塩素原子、ヨウ素原子、臭素原子が挙げられる。 The term "monovalent heterocyclic group" refers to the remaining atomic group excluding one hydrogen atom among the hydrogen atoms directly bonded to the carbon atoms or heteroatoms constituting the ring from the heterocyclic compound. means. The monovalent heterocyclic group includes a "monovalent aromatic heterocyclic group". "Monovalent aromatic heterocyclic group" refers to the remaining atoms of an aromatic heterocyclic compound excluding one hydrogen atom directly bonded to a carbon atom or heteroatom constituting a ring. means group. The monovalent heterocyclic group and monovalent aromatic heterocyclic group may have a substituent. Examples of heteroatoms include nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, chlorine, iodine, and bromine atoms.
1価の複素環基および1価の芳香族複素環基が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、1価の複素環基、置換アミノ基、アシル基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、置換オキシカルボニル基、アルケニル基、アルキニル基、シアノ基、およびニトロ基が挙げられる。 Examples of substituents that the monovalent heterocyclic group and the monovalent aromatic heterocyclic group may have include a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, and an arylthio group. , monovalent heterocyclic groups, substituted amino groups, acyl groups, imine residues, amide groups, acid imide groups, substituted oxycarbonyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, cyano groups, and nitro groups.
芳香族複素環式化合物には、複素環自体が芳香族性を示す化合物に加えて、芳香族性を示さない複素環に芳香環が縮環している化合物が包含される。 Aromatic heterocyclic compounds include compounds in which an aromatic ring is condensed with a heterocyclic ring that does not exhibit aromaticity, in addition to a compound that exhibits aromaticity in itself.
芳香族複素環式化合物のうち、複素環自体が芳香族性を示す化合物の具体例としては、オキサジアゾール、チアジアゾール、チアゾール、オキサゾール、チオフェン、ピロール、ホスホール、フラン、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、トリアジン、ピリダジン、キノリン、イソキノリン、カルバゾール、およびジベンゾホスホールが挙げられる。 Among aromatic heterocyclic compounds, specific examples of compounds in which the heterocycle itself exhibits aromaticity include oxadiazole, thiadiazole, thiazole, oxazole, thiophene, pyrrole, phosphole, furan, pyridine, pyrazine, pyrimidine, and triazine. , pyridazine, quinoline, isoquinoline, carbazole, and dibenzophosphole.
芳香族複素環式化合物のうち、芳香族性を示さない複素環に芳香環が縮環している化合物の具体例としては、フェノキサジン、フェノチアジン、ジベンゾボロール、ジベンゾシロール、およびベンゾピランが挙げられる。 Among aromatic heterocyclic compounds, specific examples of compounds in which an aromatic ring is fused to a heterocyclic ring that does not exhibit aromaticity include phenoxazine, phenothiazine, dibenzoborole, dibenzosilole, and benzopyran. .
1価の複素環基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常、2~60であり、好ましくは4~20である。 The number of carbon atoms in the monovalent heterocyclic group is usually 2-60, preferably 4-20, not including the number of carbon atoms in the substituents.
1価の複素環基は、置換基を有していてもよく、1価の複素環基の具体例としては、例えば、チエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基、ベンゾフリル基、、キノリル基、イソキノリル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、およびこれらの基がアルキル基、アルコキシ基等の置換基を有している基が挙げられる。 The monovalent heterocyclic group may have a substituent, and specific examples of the monovalent heterocyclic group include thienyl group, pyrrolyl group, furyl group, pyridyl group, benzofuryl group, and quinolyl group. , an isoquinolyl group, a pyrimidinyl group, a triazinyl group, and groups in which these groups have a substituent such as an alkyl group or an alkoxy group.
「置換アミノ基」とは、置換基を有するアミノ基を意味する。置換アミノ基が有し得る置換基の例としては、アルキル基、アリール基、および1価の複素環基が挙げられる。置換基としては、アルキル基、アリール基、または1価の複素環基が好ましい。置換アミノ基の炭素原子数は、通常2~30である。 A "substituted amino group" means an amino group having a substituent. Examples of substituents that the substituted amino group can have include alkyl groups, aryl groups, and monovalent heterocyclic groups. Preferred substituents are alkyl groups, aryl groups, and monovalent heterocyclic groups. The substituted amino group usually has 2 to 30 carbon atoms.
置換アミノ基の例としては、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ビス(4-メチルフェニル)アミノ基、ビス(4-tert-ブチルフェニル)アミノ基、ビス(3,5-ジ-tert-ブチルフェニル)アミノ基等のジアリールアミノ基が挙げられる。 Examples of substituted amino groups include dialkylamino groups such as dimethylamino group and diethylamino group, diphenylamino group, bis(4-methylphenyl)amino group, bis(4-tert-butylphenyl)amino group, bis(3, and diarylamino groups such as 5-di-tert-butylphenyl)amino group.
「アシル基」は、炭素原子数が通常2~20であり、好ましくは炭素原子数が2~18である。アシル基の具体例としては、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、トリフルオロアセチル基、およびペンタフルオロベンゾイル基が挙げられる。 The "acyl group" usually has 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 18 carbon atoms. Specific examples of acyl groups include acetyl, propionyl, butyryl, isobutyryl, pivaloyl, benzoyl, trifluoroacetyl, and pentafluorobenzoyl groups.
「イミン残基」とは、イミン化合物から、炭素原子-窒素原子二重結合を構成する炭素原子または窒素原子に直接結合する水素原子を1個除いた残りの原子団を意味する。「イミン化合物」とは、分子内に、炭素原子-窒素原子二重結合を有する有機化合物を意味する。イミン化合物の例としては、アルジミン、ケチミン、およびアルジミン中の炭素原子-窒素原子二重結合を構成する窒素原子に結合している水素原子が、アルキル基等で置換された化合物が挙げられる。 The term “imine residue” means an atomic group remaining after removing one hydrogen atom directly bonded to a carbon atom or a nitrogen atom constituting a carbon atom-nitrogen atom double bond from an imine compound. An "imine compound" means an organic compound having a carbon atom-nitrogen atom double bond in the molecule. Examples of imine compounds include aldimines, ketimines, and compounds in which a hydrogen atom bonded to a nitrogen atom constituting a carbon atom-nitrogen atom double bond in aldimines is substituted with an alkyl group or the like.
イミン残基は、通常炭素原子数が2~20であり、好ましくは炭素原子数が2~18である。イミン残基の例としては、下記の構造式で表される基が挙げられる。 The imine residue usually has 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 18 carbon atoms. Examples of imine residues include groups represented by the following structural formulas.
「アミド基」は、アミドから窒素原子に結合した水素原子を1個除いた残りの原子団を意味する。アミド基の炭素原子数は、通常1~20であり、好ましくは1~18である。アミド基の具体例としては、ホルムアミド基、アセトアミド基、プロピオアミド基、ブチロアミド基、ベンズアミド基、トリフルオロアセトアミド基、ペンタフルオロベンズアミド基、ジホルムアミド基、ジアセトアミド基、ジプロピオアミド基、ジブチロアミド基、ジベンズアミド基、ジトリフルオロアセトアミド基、およびジペンタフルオロベンズアミド基が挙げられる。 "Amido group" means an atomic group remaining after removing one hydrogen atom bonded to a nitrogen atom from amide. The amide group usually has 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 18 carbon atoms. Specific examples of the amide group include a formamide group, an acetamide group, a propioamide group, a butyroamide group, a benzamide group, a trifluoroacetamide group, a pentafluorobenzamide group, a diformamide group, a diacetamide group, a dipropioamide group, a dibutyroamide group, and a dibenzamide group. , ditrifluoroacetamide groups, and dipentafluorobenzamide groups.
「酸イミド基」とは、酸イミドから窒素原子に結合した水素原子を1個除いた残りの原子団を意味する。酸イミド基の炭素原子数は、通常4~20である。酸イミド基の具体例としては、下記の構造式で表される基が挙げられる。 An "acid imide group" means an atomic group remaining after removing one hydrogen atom bonded to a nitrogen atom from an acid imide. The number of carbon atoms in the acid imide group is generally 4-20. Specific examples of acid imide groups include groups represented by the following structural formulas.
「置換オキシカルボニル基」とは、R’-O-(C=O)-で表される基を意味する。ここで、R’は、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基、または1価の芳香族複素環基を表す。 "Substituted oxycarbonyl group" means a group represented by R'-O-(C=O)-. Here, R' represents an alkyl group, an aryl group, an arylalkyl group, or a monovalent aromatic heterocyclic group.
置換オキシカルボニル基は、炭素原子数が通常2~60であり、好ましくは炭素原子数が2~48である。 The substituted oxycarbonyl group usually has 2 to 60 carbon atoms, preferably 2 to 48 carbon atoms.
置換オキシカルボニル基の具体例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基、tert-ブトキシカルボニル基、ペンチルオキシカルボニル基、ヘキシルオキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、ヘプチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、2-エチルヘキシルオキシカルボニル基、ノニルオキシカルボニル基、デシルオキシカルボニル基、3,7-ジメチルオクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基、トリフルオロメトキシカルボニル基、ペンタフルオロエトキシカルボニル基、パーフルオロブトキシカルボニル基、パーフルオロヘキシルオキシカルボニル基、パーフルオロオクチルオキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基、ナフトキシカルボニル基、およびピリジルオキシカルボニル基が挙げられる。 Specific examples of substituted oxycarbonyl groups include a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, a propoxycarbonyl group, an isopropoxycarbonyl group, a butoxycarbonyl group, an isobutoxycarbonyl group, a tert-butoxycarbonyl group, a pentyloxycarbonyl group, and a hexyloxycarbonyl group. group, cyclohexyloxycarbonyl group, heptyloxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group, 2-ethylhexyloxycarbonyl group, nonyloxycarbonyl group, decyloxycarbonyl group, 3,7-dimethyloctyloxycarbonyl group, dodecyloxycarbonyl group, tri fluoromethoxycarbonyl, pentafluoroethoxycarbonyl, perfluorobutoxycarbonyl, perfluorohexyloxycarbonyl, perfluorooctyloxycarbonyl, phenoxycarbonyl, naphthoxycarbonyl, and pyridyloxycarbonyl groups.
「アルケニル基」は、直鎖状、分岐状、および環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~30であり、好ましくは3~20である。分岐状または環状のアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常3~30であり、好ましくは4~20である。 An "alkenyl group" may be linear, branched, or cyclic. The number of carbon atoms in the straight-chain alkenyl group is usually 2-30, preferably 3-20, not including the number of carbon atoms in the substituents. The number of carbon atoms in the branched or cyclic alkenyl group is usually 3 to 30, preferably 4 to 20, not including the number of carbon atoms in substituents.
アルケニル基は、置換基を有していてもよい。アルケニル基の具体例としては、ビニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、3-ペンテニル基、4-ペンテニル基、1-ヘキセニル基、5-ヘキセニル基、7-オクテニル基、およびこれらの基がアルキル基、アルコキシ基等の置換基を有している基が挙げられる。 The alkenyl group may have a substituent. Specific examples of alkenyl groups include vinyl, 1-propenyl, 2-propenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 3-pentenyl, 4-pentenyl, 1-hexenyl and 5-hexenyl groups. , 7-octenyl groups, and groups in which these groups have substituents such as alkyl groups and alkoxy groups.
「アルキニル基」は、直鎖状、分岐状、および環状のいずれであってもよい。直鎖状のアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常2~20であり、好ましくは3~20である。分岐状または環状のアルケニル基の炭素原子数は、置換基の炭素原子数を含めないで、通常4~30であり、好ましくは4~20である。 An "alkynyl group" may be linear, branched, or cyclic. The number of carbon atoms in the linear alkenyl group is usually 2 to 20, preferably 3 to 20, not including the number of carbon atoms in the substituents. The number of carbon atoms in the branched or cyclic alkenyl group is generally 4 to 30, preferably 4 to 20, not including the number of carbon atoms in substituents.
アルキニル基は、置換基を有していてもよい。アルキニル基の具体例としては、エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、2-ブチニル基、3-ブチニル基、3-ペンチニル基、4-ペンチニル基、1-ヘキシニル基、5-ヘキシニル基、およびこれらの基がアルキル基、アルコキシ基等の置換基を有している基が挙げられる。 The alkynyl group may have a substituent. Specific examples of alkynyl groups include ethynyl, 1-propynyl, 2-propynyl, 2-butynyl, 3-butynyl, 3-pentynyl, 4-pentynyl, 1-hexynyl and 5-hexynyl groups. , and groups in which these groups have a substituent such as an alkyl group or an alkoxy group.
<化合物>
本実施形態の化合物は、四角酸(スクアリン酸)型または五角酸(クロコン酸)型の母核構造を含み、この母核構造に窒素原子を含む2個の縮環構造が結合している化合物である。この2個の縮環構造は、製造をより容易にする観点から、同一の構造を有していることが好ましい。
<Compound>
The compound of the present embodiment contains a squaric acid (squaric acid) type or pentanoic acid (croconic acid) type mother core structure, and is a compound in which two condensed ring structures containing a nitrogen atom are bound to this mother core structure. is. These two condensed ring structures preferably have the same structure from the viewpoint of easier production.
本実施形態の化合物は、近赤外波長領域に極大吸収波長(λmax)を有している。 The compound of this embodiment has a maximum absorption wavelength (λmax) in the near-infrared wavelength region.
本実施形態の化合物の例としては、下記式(1)で表される化合物が挙げられる。式(1)で表される化合物には、syn-、anti-による異性体が存在するが、いずれであってもよい。 Examples of the compound of this embodiment include compounds represented by the following formula (1). The compound represented by formula (1) has syn- and anti-isomers, and any of them may be used.
ここで、式(1)に含まれ得る構成要素について説明する。
R1およびR2は、互いに独立に、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいハロゲン化アルキル基またはハロゲン原子を表す。複数存在するR1は、同一であっても異なっていてもよく、複数存在するR2は、同一であっても異なっていてもよい。mは、1~20の整数を表す。複数存在するmは、同一であっても異なっていてもよい。
R1およびR2は、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノナニル基、デシル基、トリフルオロメチル基、トリクロロメチル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、ヨードメチル基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子であることが好ましく、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、トリフルオロメチル基、フッ素原子、塩素原子であることがより好ましい。
mは、1~10の整数であることが好ましく、1~5の整数であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。
Here, the components that can be included in formula (1) will be described.
R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted halogenated alkyl group or a halogen atom. Multiple R 1 's may be the same or different, and multiple R 2 's may be the same or different. m represents an integer from 1 to 20; Multiple m may be the same or different.
R 1 and R 2 are hydrogen atom, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonanyl group, decyl group, trifluoromethyl group, trichloromethyl group, chloro It is preferably a methyl group, bromomethyl group, iodomethyl group, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom or iodine atom, hydrogen atom, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, trifluoromethyl group, fluorine atom, chlorine Atoms are more preferred.
m is preferably an integer of 1 to 10, more preferably an integer of 1 to 5, even more preferably 1.
Ar1は、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい多環式芳香環のジイル基を表す。2個あるAr1は、同一であっても互いに異なっていてもよい。2個あるAr1は、同一であることが好ましい。
環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい多環式芳香環のジイル基としては、例えば、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよいナフタレンジイル基、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよいアントラセンジイル基およびフェナントレンジイル基が挙げられ、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよいナフタレンジイル基および環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよいアントラセンジイル基が好ましい。
ヘテロ原子としては、例えば、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子、が挙げられる。
Ar 1 represents a polycyclic aromatic ring diyl group in which carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms. Two Ar 1 may be the same or different. Two Ar 1 are preferably the same.
The polycyclic aromatic diyl group in which the carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms, for example, a naphthalenediyl group in which the carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms , an anthracenediyl group and a phenanthenediyl group in which the carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms, naphthalenediyl groups in which the carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms, and An anthracenediyl group in which the carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms is preferred.
Heteroatoms include, for example, a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, and a phosphorus atom.
2個あるAr1は、いずれも環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい多環式芳香環のジイル基であることが好ましく、いずれも環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよいナフタレンジイル基またはいずれも環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよいアントラセンジイル基であることが好ましく、ナフタレンジイル基またはアントラセンジイル基であることがより好ましい。 Two Ar 1 are preferably a diyl group of a polycyclic aromatic ring in which the carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with hetero atoms, and both the carbon atoms constituting the ring structure are It is preferably a naphthalenediyl group which may be substituted with a hetero atom or an anthracenediyl group in which any of the carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with a hetero atom, and is a naphthalenediyl group or an anthracenediyl group. is more preferable.
C1、C2およびC3は、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい多環式芳香環のジイル基を構成する炭素原子を表す。 C 1 , C 2 and C 3 represent carbon atoms constituting a diyl group of a polycyclic aromatic ring in which the carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms.
ここで、2個あるC2は、例えば、互いに独立に、構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよいナフタレンジイル基の4a位あるいは8a位の炭素原子、または構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよいアントラセンジイル基の4a位、8a位、9a位あるいは10a位の炭素原子である。 Here, for example, two C 2 independently constitute the carbon atom at the 4a-position or the 8a-position of a naphthalenediyl group in which the carbon atoms constituting the structure may be substituted with a hetero atom, or the structure The carbon atom is the carbon atom at the 4a-, 8a-, 9a- or 10a-position of the anthracenediyl group which may be substituted with a heteroatom.
2個あるC2は、それぞれが同一である基に含まれ、同一の炭素位置番号を有する炭素原子であることが好ましい。 The two C2s are preferably carbon atoms contained in the same group and having the same carbon position number.
Ar2は、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい多環式芳香環のジイル基を表す。 Ar 2 represents a polycyclic aromatic ring diyl group in which carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms.
Ar2の具体例としては、ベンゼンジイル基、ナフタレンジイル基、チオフェンジイル基、ピリジンジイル基、イミダゾリジンジイル基、ピリジミンジイル基、および1,3,5-トリアジンジイル基が挙げられる。 Specific examples of Ar 2 include benzenediyl, naphthalenediyl, thiophenediyl, pyridinediyl, imidazolidinediyl, pyridiminediyl, and 1,3,5-triazinediyl groups.
Ar1とAr2とは、互いに結合して環を構成していてもよい。 Ar 1 and Ar 2 may combine with each other to form a ring.
式(1)で表される化合物としては、2個あるAr1-(R2)mが互いに同一であり、2個ある-Ar2-R1が互いに同一である化合物が好ましい。 As the compound represented by formula (1), a compound in which two Ar 1 —(R 2 ) m are the same and two —Ar 2 —R 1 are the same is preferred.
式(1)で表される化合物の具体例としては、下記式で表される化合物P1-1~化合物P1-24が挙げられる。 Specific examples of the compound represented by formula (1) include compounds P1-1 to P1-24 represented by the following formulas.
合成が容易な点から、式(1)としては、化合物P1-1~化合物P1-4および化合物P1-17~化合物P1-20が好ましく、化合物P1-1および化合物P1-17~化合物P1-20がより好ましい。 Compounds P1-1 to P1-4 and compounds P1-17 to P1-20 are preferred as the formula (1) from the viewpoint of ease of synthesis, and compound P1-1 and compounds P1-17 to P1-20. is more preferred.
化合物P1-1の溶液状態での極大吸収波長(λmax)は894nmであり、薄膜としたときの極大吸収波長は791nmである。 Compound P1-1 has a maximum absorption wavelength (λmax) of 894 nm in a solution state, and a maximum absorption wavelength of 791 nm when formed into a thin film.
本実施形態の化合物の例としては、下記式(2)で表される化合物が挙げられる。式(2)で表される化合物には、syn-、anti-による異性体が存在するが、いずれであってもよい。 Examples of the compound of this embodiment include compounds represented by the following formula (2). The compound represented by formula (2) has syn- and anti-isomers, and any of them may be used.
ここで、式(2)に含まれ得る構成要素について説明する。
R1、R2、m、Ar1、C1、C2およびC3は、前記定義のとおりである。
Aは、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基または置換基を有していてもよいヘテロアリーレン基を表す。2個あるAは、同一であっても互いに異なっていてもよい。
Here, the components that can be included in formula (2) will be described.
R 1 , R 2 , m, Ar 1 , C 1 , C 2 and C 3 are as defined above.
A represents an optionally substituted alkylene group, an optionally substituted arylene group or an optionally substituted heteroarylene group. Two A's may be the same or different.
Aの具体例としては、炭素原子数1~20のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、チオフェニレン基、ナフチレン基、チオフェニレン基、ピリジレン基、および1,3,5-トリアジリレン基が挙げられる。Aは、炭素原子数2~12のアルキレン基であることが好ましい。 Specific examples of A include an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a phenylene group, a naphthylene group, a thiophenylene group, a naphthylene group, a thiophenylene group, a pyridylene group, and a 1,3,5-triazylylene group. A is preferably an alkylene group having 2 to 12 carbon atoms.
置換基を有していてもよいアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ペンタンジイル基、ヘキサンジイル基、ヘプタンジイル基、オクタンジイル基、ノナンジイル基、デカンジイル基、ウンデカンジイル基、ドデカンジイル基、メチルエチレン基、メチルプロパンジイル基およびジメチルメチレン基が挙げられ、エチレン基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ペンタンジイル基、ヘキサンジイル基、ヘプタンジイル基、オクタンジイル基、ノナンジイル基、デカンジイル基、メチルエチレン基、メチルプロパンジイル基およびジメチルメチレン基であることが好ましく、エチレン基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ペンタンジイル基、ヘキサンジイル基、ヘプタンジイル基、オクタンジイル基、ノナンジイル基、デカンジイル基であることがより好ましい。 Examples of the alkylene group optionally having a substituent include methylene group, ethylene group, propanediyl group, butanediyl group, pentanediyl group, hexanediyl group, heptanediyl group, octanediyl group, nonanediyl group, decanediyl group, and undecane. diyl, dodecanediyl, methylethylene, methylpropanediyl and dimethylmethylene, ethylene, propanediyl, butanediyl, pentanediyl, hexanediyl, heptanediyl, octanediyl, nonanediyl, decanediyl; preferably an ethylene group, a propanediyl group, a butanediyl group, a pentanediyl group, a hexanediyl group, a heptanediyl group, an octanediyl group, a nonanediyl group, and a decanediyl group; It is more preferable to have
Ar1とAとは、互いに結合して環を構成していてもよい。このような環の構造の例としては、下記式で表される構造が挙げられる。 Ar 1 and A may combine with each other to form a ring. Examples of such ring structures include structures represented by the following formulas.
式(2)で表される化合物としては、2個あるAr1-(R2)mが互いに同一であり、2個ある-A-R1が互いに同一である化合物が好ましい。 The compound represented by formula (2) is preferably a compound in which two Ar 1 —(R 2 ) m are the same and two —AR 1 are the same.
式(2)で表される化合物の具体例としては、下記式で表される化合物P2-1~P2-24および化合物P3-1~P3-16が挙げられる。 Specific examples of the compounds represented by formula (2) include compounds P2-1 to P2-24 and compounds P3-1 to P3-16 represented by the following formulas.
合成が容易な点から、式(2)としては、化合物P2-1~化合物P2-4、化合物P2-13、化合物P2-17~化合物P2-20および化合物P3-1~化合物P3-10であることが好ましく、化合物P2-1および化合物P3-1であることがより好ましい。 From the viewpoint of ease of synthesis, the compounds of formula (2) are compounds P2-1 to P2-4, compound P2-13, compounds P2-17 to P2-20, and compounds P3-1 to P3-10. are preferred, and compound P2-1 and compound P3-1 are more preferred.
本実施形態の化合物の例としては、下記式(3)で表される化合物が挙げられる。式(2)には、syn-、anti-による異性体が存在するが、いずれであってもよい。 Examples of the compound of this embodiment include compounds represented by the following formula (3). Formula (2) has syn- and anti-isomers, and any of them may be used.
ここで、式(3)に含まれ得る構成要素について説明する。
R1、R2、Ar1、m、C1、C2、C3、およびAは、前記定義のとおりである。
Ar1とAとは、互いに結合して環を構成していてもよい。このような環の構造の例としては、下記式で表される構造が挙げられる。
Here, the components that can be included in formula (3) will be described.
R 1 , R 2 , Ar 1 , m, C 1 , C 2 , C 3 , and A are as defined above.
Ar 1 and A may combine with each other to form a ring. Examples of such ring structures include structures represented by the following formulas.
式(3)で表される化合物としては、2個あるAr1-(R2)mが互いに同一であり、2個ある-A-R1が互いに同一である化合物が好ましい。 As the compound represented by formula (3), a compound in which two Ar 1 —(R 2 ) m are the same and two —AR 1 are the same is preferred.
式(3)で表される化合物の具体例としては、下記式で表される化合物P4-1~化合物P4-24および化合物P5-1~化合物P5-9が挙げられる。 Specific examples of the compounds represented by formula (3) include compounds P4-1 to P4-24 and compounds P5-1 to P5-9 represented by the following formulas.
合成が容易な点から、式(3)としては、化合物P4-1~化合物P4-4、化合物P4-13、化合物P4-17~化合物P4-20、化合物P5-1~P5-4、化合物P5-6および化合物P5-9が好ましく、化合物P4-1および化合物P5-1がより好ましい。 From the viewpoint of ease of synthesis, the formula (3) includes compounds P4-1 to P4-4, compound P4-13, compounds P4-17 to P4-20, compounds P5-1 to P5-4, and compound P5. -6 and compound P5-9 are preferred, and compound P4-1 and compound P5-1 are more preferred.
本実施形態の化合物は、近赤外波長領域のうち、好ましくは波長800nm~1200nmにおいて高い吸収を示し、より好ましくは波長850nm~1100nmにおいて高い吸収を示す。本実施形態の化合物は、可視光波長域の光の透過性が高いことが好ましい。 In the near-infrared wavelength region, the compound of the present embodiment preferably exhibits high absorption in the wavelength range of 800 nm to 1200 nm, and more preferably exhibits high absorption in the wavelength range of 850 nm to 1100 nm. The compound of the present embodiment preferably has high transmittance of light in the visible light wavelength range.
<化合物の製造方法>
本実施形態の化合物は、例えば、ACS Appl.Mater.Interfaces 2018, 10, 11063-11069.に記載の製造方法を参考にして、製造(合成)することができる。具体的には、N-置換ナフトラクタム化合物を合成し、これを使用して製造することができる。以下、本実施形態の化合物の製造方法についてより具体的に説明する。
<Method for producing compound>
The compound of this embodiment is disclosed in, for example, ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 11063-11069. It can be manufactured (synthesized) with reference to the manufacturing method described in . Specifically, an N-substituted naphtholactam compound can be synthesized and used for manufacturing. Hereinafter, the method for producing the compound of the present embodiment will be described more specifically.
(1)上記式(2)および(3)で表される化合物であって、-A-R1で表される基がアルキル基である化合物(例えば、化合物P3-1)は、下記のスキームに従って製造することができる。ここでは、化合物P3-1の製造方法を例にとって説明する。 (1) Compounds represented by the above formulas (2) and (3) in which the group represented by —AR 1 is an alkyl group (for example, compound P3-1) can be prepared by the following scheme. can be manufactured according to Here, the method for producing compound P3-1 will be described as an example.
具体的には、まず、N-アルキルナフトラクタム化合物を合成するにあたり、通常のアルキル化反応を用いることができる。 Specifically, first, an ordinary alkylation reaction can be used to synthesize the N-alkylnaphtholactam compound.
例えば、ベンズ[cd]インドール―2-オンを、非プロトン性溶媒中で、ブロモアルカン、および塩基の存在下で加熱処理することで、N-アルキル化を行うことができる。 For example, benz[cd]indol-2-one can be N-alkylated by heat treatment in the presence of a bromoalkane and a base in an aprotic solvent.
用いられ得る塩基の例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムのような無機塩基が挙げられる。反応を加速するためにN,N-ジメチルアミノピリジンのような添加剤をさらに用いることができる。 Examples of bases that can be used include inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate. Additives such as N,N-dimethylaminopyridine can also be used to accelerate the reaction.
次いで、得られたN-アルキルナフトラクタム化合物を、エーテル系溶媒中、メチルマグネシウムハライドのようなグリニャール試薬と反応させたのち、塩酸を含む氷水に滴下し、エーテル系溶媒を留去後、ろ過して沈殿を除くことで、塩酸塩水溶液を得ることができる。 Next, the obtained N-alkylnaphtholactam compound is reacted with a Grignard reagent such as methylmagnesium halide in an ether solvent, added dropwise to ice water containing hydrochloric acid, and filtered after distilling off the ether solvent. An aqueous hydrochloride solution can be obtained by removing the precipitate.
用いられ得るエーテル系溶媒の例としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルが挙げられる。 Examples of ether solvents that can be used include tetrahydrofuran and diethyl ether.
次に、得られた塩酸塩水溶液を、ヨウ化カリウム水溶液に滴下してイオン交換することでヨードニウム塩を得ることができる。ヨードニウム塩が析出してくる場合には、ろ過することにより取り出すことができる。さらに、得られた析出物は、イオン交換水、酢酸エチルで洗浄することが好ましい。 Next, the resulting hydrochloride aqueous solution is added dropwise to a potassium iodide aqueous solution for ion exchange, whereby an iodonium salt can be obtained. If the iodonium salt precipitates, it can be removed by filtration. Furthermore, the obtained precipitate is preferably washed with ion-exchanged water and ethyl acetate.
得られたヨードニウム塩を、クロコン酸(五角酸)(またはスクアリン酸(四角酸))と脱水縮合させることで、化合物P3-1(本実施形態にかかる化合物)を得ることができる。 Compound P3-1 (compound according to the present embodiment) can be obtained by subjecting the obtained iodonium salt to dehydration condensation with croconic acid (pentanoic acid) (or squaric acid (squaric acid)).
ヨードニウム塩は、クロコン酸(五角酸)またはスクアリン酸(四角酸)1分子に対して、2分子を脱水縮合させるため、クロコン酸またはスクアリン酸に対して、1.5~5.0倍モル量用いることが好ましく、1.8~3.0倍モル量用いることがより好ましい。 Since two molecules of iodonium salt are dehydrated and condensed with respect to one molecule of croconic acid (pentagonal acid) or squaric acid (squaric acid), the amount of iodonium salt is 1.5 to 5.0 times the molar amount of croconic acid or squaric acid. It is preferably used, more preferably in a 1.8- to 3.0-fold molar amount.
脱水縮合は加熱条件で行うことが好ましく、反応温度としては80℃~150℃が好ましく、90℃~130℃がより好ましい。 Dehydration condensation is preferably carried out under heating conditions, and the reaction temperature is preferably 80°C to 150°C, more preferably 90°C to 130°C.
ヨードニウム塩、クロコン酸(五角酸)またはスクアリン酸(四角酸)の溶解性を確保しやすいことから、アルコール系溶媒と芳香族系溶媒との混合溶媒を用いることが好ましい。減圧留去での除去しやすさの観点から、アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールなどが好ましく、芳香族系溶媒としてはベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼンなどが好ましい。 It is preferable to use a mixed solvent of an alcoholic solvent and an aromatic solvent because it facilitates ensuring the solubility of the iodonium salt, croconic acid (pentanoic acid) or squaric acid (squaric acid). From the viewpoint of ease of removal by distillation under reduced pressure, preferred alcoholic solvents include methanol, ethanol, propanol, butanol, and pentanol, and preferred aromatic solvents include benzene, toluene, xylene, and chlorobenzene.
反応終了後、反応溶媒を減圧留去したのち、アルコール系溶媒に溶解して再結晶することで、化合物P3-1(本実施形態の化合物)を得ることができる。アルコール系溶媒の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールが挙げられる。 After completion of the reaction, the reaction solvent is distilled off under reduced pressure, and the residue is dissolved in an alcoholic solvent and recrystallized to obtain compound P3-1 (the compound of the present embodiment). Examples of alcoholic solvents include methanol, ethanol, propanol and butanol.
(2)上記式(1)で表される化合物であって、-Ar2-R1で表される基がアリール基である化合物(例えば、化合物P1-1)は、下記のスキームに従って製造することができる。ここでは、化合物P1-1の製造方法を例にとって説明する。 (2) A compound represented by the above formula (1) in which the group represented by —Ar 2 —R 1 is an aryl group (for example, compound P1-1) is produced according to the following scheme. be able to. Here, the method for producing compound P1-1 will be described as an example.
具体的には、まず、N-アリールナフトラクタム化合物を合成するにあたり、例えば、N-フェニルナフチルアミンを、エーテル系溶媒中、n-ブチルリチウムで処理してリチオ化したのちに、二酸化炭素を反応させることで、N-フェニル置換したN-アリールナフトラクタム化合物とアミノカルボン酸化合物との混合物を得ることができる。 Specifically, first, in synthesizing an N-arylnaphtholactam compound, for example, N-phenylnaphthylamine is lithiated by treating it with n-butyllithium in an ether solvent, and then reacted with carbon dioxide. Thus, a mixture of the N-phenyl-substituted N-arylnaphtholactam compound and the aminocarboxylic acid compound can be obtained.
エーテル系溶媒としてはテトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどを用いることができる。 Tetrahydrofuran, diethyl ether, etc. can be used as the ether solvent.
次いで、溶媒留去して得られた混合物を熱処理することで、N-アリールナフトラクタム化合物に収束させることができる。反応温度としては、130℃~200℃が好ましい。 Then, by heat-treating the mixture obtained by distilling off the solvent, it is possible to converge on the N-arylnaphtholactam compound. The reaction temperature is preferably 130°C to 200°C.
以下、得られたN-アリールナフトラクタム化合物を、上記(1)にかかる製造方法におけるN-アルキルナフトラクタム化合物の代わりに用いる以外は同様にして、本実施形態にかかる化合物P1-1を得ることができる。 Thereafter, compound P1-1 according to the present embodiment is obtained in the same manner except that the obtained N-arylnaphtholactam compound is used in place of the N-alkylnaphtholactam compound in the production method according to (1) above. can be done.
<光電変換素子>
本実施形態の光電変換素子は、陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に設けられる活性層とを含み、該活性層が式(1)、式(2)または式(3)で表される化合物を含む光電変換素子である。
<Photoelectric conversion element>
The photoelectric conversion element of this embodiment includes an anode, a cathode, and an active layer provided between the anode and the cathode, wherein the active layer is represented by formula (1), formula (2), or formula (3) It is a photoelectric conversion element containing a compound represented by.
本実施形態の光電変換素子は、近赤外波長領域(波長700nm~2500nm)に強い吸収を持つ近赤外光電変換素子である。
The photoelectric conversion element of this embodiment is a near-infrared photoelectric conversion element having strong absorption in the near-infrared wavelength region (
本実施形態の光電変換素子は、活性層が式(1)、式(2)または式(3)で表される化合物を含むので、近赤外波長領域のうち、好ましくは波長800nm~1200nmにおいて高い光電変換効率を有し、より好ましくは波長850nm~1100nmにおいて高い光電変換効率を有する。式(1)、式(2)または式(3)で表される化合物は、可視光波長域の光を透過させることができるため、本実施形態の光電変換素子は、可視光波長域の光に基づく信号を低減しつつ、近赤外波長域の光を効果的に検出することができる。 In the photoelectric conversion device of the present embodiment, since the active layer contains the compound represented by formula (1), formula (2) or formula (3), in the near-infrared wavelength region, preferably at a wavelength of 800 nm to 1200 nm It has high photoelectric conversion efficiency, more preferably at a wavelength of 850 nm to 1100 nm. Since the compound represented by Formula (1), Formula (2), or Formula (3) can transmit light in the visible wavelength range, the photoelectric conversion element of the present embodiment can transmit light in the visible wavelength range. It is possible to effectively detect light in the near-infrared wavelength region while reducing the signal based on.
ここで、本実施形態の光電変換素子が備え得る構成要素について説明する。
(基板)
光電変換素子は、通常、基板(支持基板)上に設けられる。基板上には、陰極および陽極を含む電極が形成され得る。支持基板に接合するように陽極が配置される態様は順積層構造と称され、支持基板に接合するように陰極が配置される態様は逆積層構造と称される。本実施形態の光電変換素子は、いずれの態様をとることもできる。
Here, the constituent elements that the photoelectric conversion element of this embodiment can have will be described.
(substrate)
A photoelectric conversion element is usually provided on a substrate (support substrate). Electrodes, including cathodes and anodes, may be formed on the substrate. A mode in which the anode is arranged so as to be bonded to the support substrate is called a forward lamination structure, and a mode in which the cathode is arranged so as to be bonded to the support substrate is called a reverse lamination structure. The photoelectric conversion element of this embodiment can take any form.
基板の材料は、有機化合物を含む層を形成する際に化学的に変化しない材料であれば特に限定されない。基板の材料としては、例えば、ガラス、プラスチック、高分子フィルム、シリコンが挙げられる。不透明な基板である場合には、不透明な基板側に設けられる電極とは反対側の電極(すなわち、基板から遠い側の電極)が透明または半透明の電極とされることが好ましい。 The material of the substrate is not particularly limited as long as it is a material that does not chemically change when the layer containing the organic compound is formed. Materials for the substrate include, for example, glass, plastic, polymer film, and silicon. In the case of an opaque substrate, it is preferable that the electrode on the side opposite to the electrode provided on the opaque substrate side (that is, the electrode on the far side from the substrate) be a transparent or translucent electrode.
(電極)
透明または半透明の電極の材料としては、例えば、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウムスズオキサイド(ITO)、インジウム亜鉛オキサイド(IZO)、NESA等の導電性材料、金、白金、銀、銅が挙げられる。透明または半透明の電極の材料としては、ITO、IZO、酸化スズが好ましい。また、電極として、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体等の有機化合物が材料として用いられる透明導電膜を用いてもよい。透明または半透明の電極としては、導電性物質のナノ粒子、導電性物質のナノワイヤまたは導電性物質のナノチューブを含む、エマルション(乳濁液)やサスペンション(懸濁液)、金属ペーストなどの分散液、溶融状態の低融点金属等を用いて塗布法により形成してもよい。導電性物質としては、金、銀などの金属、ITO(インジウムスズ酸化物)などの酸化物、カーボンナノチューブ等が挙げられる。なお、電極は、特表2010―525526号に記載されているように、導電性物質のナノ粒子またはナノファイバーが、導電性ポリマーなどの所定の媒体中に分散して配置された構成を有していてもよい。
透明または半透明の電極は、陽極であっても陰極であってもよい。また、基板(支持基板)に接合するように設けられる電極は、陽極であっても陰極であってもよい。両方の電極が透明であれば、可視光波長域の光の透過性が高い光電変換素子を得ることができる。
(electrode)
Materials for transparent or translucent electrodes include, for example, conductive metal oxide films and semitransparent metal thin films. Specifically, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, and their composites indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), conductive materials such as NESA, gold, platinum, silver, and copper. mentioned. ITO, IZO, and tin oxide are preferable as materials for transparent or translucent electrodes. Moreover, as the electrode, a transparent conductive film using an organic compound such as polyaniline and its derivatives, polythiophene and its derivatives as a material may be used. Transparent or translucent electrodes include dispersions such as emulsions, suspensions, and metal pastes containing nanoparticles of conductive materials, nanowires of conductive materials, or nanotubes of conductive materials. Alternatively, it may be formed by a coating method using a molten low melting point metal or the like. Examples of conductive substances include metals such as gold and silver, oxides such as ITO (indium tin oxide), carbon nanotubes, and the like. The electrode has a structure in which nanoparticles or nanofibers of a conductive substance are dispersed and arranged in a predetermined medium such as a conductive polymer, as described in Japanese Patent Application Publication No. 2010-525526. may be
The transparent or translucent electrode can be either the anode or the cathode. Further, the electrode provided so as to be bonded to the substrate (supporting substrate) may be either an anode or a cathode. If both electrodes are transparent, it is possible to obtain a photoelectric conversion element with high transmittance of light in the visible light wavelength range.
一方の電極が透明または半透明であれば、他方の電極は光透過性の低い電極であってもよい。光透過性の低い電極の材料としては、例えば、金属、および導電性高分子が挙げられる。光透過性の低い電極の材料の具体例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウム等の金属、およびこれらのうちの2種以上の合金、または、これらのうちの1種以上の金属と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステンおよび錫からなる群から選ばれる1種以上の金属との合金、グラファイト、グラファイト層間化合物、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体が挙げられる。合金としては、マグネシウム-銀合金、マグネシウム-インジウム合金、マグネシウム-アルミニウム合金、インジウム-銀合金、リチウム-アルミニウム合金、リチウム-マグネシウム合金、リチウム-インジウム合金、およびカルシウム-アルミニウム合金が挙げられる。 If one electrode is transparent or translucent, the other electrode may be an electrode with low light transmission. Materials for electrodes with low light transmittance include, for example, metals and conductive polymers. Specific examples of low light transmissive electrode materials include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, scandium, vanadium, zinc, yttrium, indium, cerium, samarium, europium, Metals such as terbium, ytterbium, and alloys of two or more thereof, or one or more of these metals together with gold, silver, platinum, copper, manganese, titanium, cobalt, nickel, tungsten and tin alloys with one or more metals selected from the group consisting of graphite, graphite intercalation compounds, polyaniline and its derivatives, polythiophene and its derivatives. Alloys include magnesium-silver alloys, magnesium-indium alloys, magnesium-aluminum alloys, indium-silver alloys, lithium-aluminum alloys, lithium-magnesium alloys, lithium-indium alloys, and calcium-aluminum alloys.
(活性層)
本実施形態の光電変換素子は、活性層が、p型半導体材料(電子供与性化合物)およびn型半導体材料(電子受容性化合物)を含み、該p型半導体材料が、式(1)、式(2)または式(3)で表される化合物である。
(active layer)
In the photoelectric conversion device of this embodiment, the active layer contains a p-type semiconductor material (electron-donating compound) and an n-type semiconductor material (electron-accepting compound), and the p-type semiconductor material is represented by formula (1), formula (2) or a compound represented by formula (3).
活性層は、単層または複数の層が積層された形態をとりうる。単層の活性層は、電子受容性化合物(n型半導体材料)および電子供与性化合物(p型半導体材料)を含有している。 The active layer can take the form of a single layer or a laminate of multiple layers. The monolayer active layer contains an electron-accepting compound (n-type semiconductor material) and an electron-donating compound (p-type semiconductor material).
活性層が含み得るp型半導体材料およびn型半導体材料において、p型半導体材料およびn型半導体材料のうちのいずれであるかは、選択された化合物同士のHOMOまたはLUMOのエネルギー準位から相対的に決定することができる。 In the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material that the active layer may contain, which of the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material is relative to the HOMO or LUMO energy levels of the selected compounds. can be determined to
複数の層が積層された活性層は、例えば、p型半導体材料を含有する第1の半導体層と、n型半導体材料を含有する第2の半導体層とを積層した積層体から構成される。この場合、第1の半導体層は、第2の半導体層に対して陽極寄りに配置される。 The active layer in which a plurality of layers are laminated is composed of, for example, a laminate obtained by laminating a first semiconductor layer containing a p-type semiconductor material and a second semiconductor layer containing an n-type semiconductor material. In this case, the first semiconductor layer is arranged closer to the anode than the second semiconductor layer.
活性層の材料として用いられるn型半導体材料は、後述する活性層の形成工程に適用できることを条件として、特に限定されない。 The n-type semiconductor material used as the material for the active layer is not particularly limited, provided that it can be applied to the active layer forming process described below.
n型半導体材料としては、フラーレンおよびフラーレン誘導体から選ばれる1種以上が好ましい。特に活性層が、蒸着法により形成される場合にはフラーレンを用いることが好ましく、塗布法により形成される場合にはフラーレン誘導体を用いることが好ましい。 As the n-type semiconductor material, one or more selected from fullerenes and fullerene derivatives is preferable. In particular, when the active layer is formed by a vapor deposition method, it is preferable to use fullerene, and when it is formed by a coating method, it is preferable to use a fullerene derivative.
フラーレンの例としては、C60フラーレン、C70フラーレン、C76フラーレン、C78フラーレン、およびC84フラーレンが挙げられる。フラーレン誘導体の例としては、これらのフラーレンの誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体とは、フラーレンの少なくとも一部が修飾された化合物を意味する。 Examples of fullerenes include C60 fullerene, C70 fullerene, C76 fullerene, C78 fullerene, and C84 fullerene. Examples of fullerene derivatives include derivatives of these fullerenes. A fullerene derivative means a compound in which at least a part of fullerene is modified.
フラーレン誘導体の例としては、下記式(N-1)~式(N-4)で表される化合物が挙げられる。 Examples of fullerene derivatives include compounds represented by the following formulas (N-1) to (N-4).
式(N-1)~式(N-4)中、Raは、アルキル基、アリール基、1価の複素環基、またはエステル構造を有する基を表す。複数個あるRaは、同一であっても互いに異なっていてもよい。 In formulas (N-1) to (N-4), R a represents an alkyl group, an aryl group, a monovalent heterocyclic group, or a group having an ester structure. A plurality of R a may be the same or different.
Rbは、アルキル基、またはアリール基を表す。複数個あるRbは、同一であっても互いに異なっていてもよい。 Rb represents an alkyl group or an aryl group. A plurality of R b may be the same or different.
Raで表されるエステル構造を有する基の例としては、下記式(19)で表される基が挙げられる。 Examples of groups having an ester structure represented by R a include groups represented by the following formula (19).
式(19)中、u1は、1~6の整数を表す。u2は、0~6の整数を表す。Rcは、アルキル基、アリール基、または1価の複素環基を表す。 In formula (19), u1 represents an integer of 1-6. u2 represents an integer from 0 to 6; R c represents an alkyl group, an aryl group, or a monovalent heterocyclic group.
C60フラーレン誘導体の例としては、下記の化合物が挙げられる。 Examples of C60 fullerene derivatives include the following compounds.
C70フラーレン誘導体の例としては、下記の化合物が挙げられる。 Examples of C70 fullerene derivatives include the following compounds.
フラーレン誘導体の具体例としては、[6,6]-フェニル-C61酪酸メチルエステル(C60PCBM、[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester)、[6,6]-フェニル-C71酪酸メチルエステル(C70PCBM、[6,6]-Phenyl C71 butyric acid methyl ester)、[6,6」-フェニル-C85酪酸メチルエステル(C84PCBM、[6,6]-Phenyl C85 butyric acid methyl ester)、及び[6,6]-チエニル-C61酪酸メチルエステル([6,6]-Thienyl C61 butyric acid methyl ester)が挙げられる。 Specific examples of fullerene derivatives include [6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester (C60PCBM, [6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester), [6,6]-phenyl-C71 butyric acid methyl ester ( C70PCBM, [6,6]-Phenyl C71 butyric acid methyl ester), [6,6"-phenyl-C85 butyric acid methyl ester (C84PCBM, [6,6]-Phenyl C85 butyric acid methyl ester), and [6,6 ]-Thienyl-C61 butyric acid methyl ester ([6,6]-Thienyl C61 butyric acid methyl ester).
活性層の厚さは、通常、1nm~100μmが好ましく、より好ましくは2nm~1000nmであり、さらに好ましくは5nm~500nmであり、特に好ましくは20nm~200nmである。光電変換素子が、例えば太陽電池である場合には、活性層の厚さは、500nm~1000nmであることが好ましい。光電変換素子が、例えば光検出素子である場合には、活性層の厚さは、500nm~1000nmであることが好ましい。 The thickness of the active layer is generally preferably 1 nm to 100 μm, more preferably 2 nm to 1000 nm, even more preferably 5 nm to 500 nm, and particularly preferably 20 nm to 200 nm. When the photoelectric conversion element is, for example, a solar cell, the thickness of the active layer is preferably 500 nm to 1000 nm. When the photoelectric conversion element is, for example, a photodetection element, the thickness of the active layer is preferably 500 nm to 1000 nm.
(中間層)
本実施形態の光電変換素子は、光電変換効率といった特性を向上させるためのさらなる構成要素として、電荷輸送層(電子輸送層、正孔輸送層、電子注入層、正孔注入層)といった付加的な中間層を備えていてもよい。
(middle layer)
The photoelectric conversion element of the present embodiment includes additional components such as a charge transport layer (electron transport layer, hole transport layer, electron injection layer, hole injection layer) as further components for improving characteristics such as photoelectric conversion efficiency. An intermediate layer may be provided.
このような中間層に用いられる材料としては、従来公知の任意好適な材料を用いることができる。中間層の材料としては、例えば、フッ化リチウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物、および酸化物が挙げられる。 As a material used for such an intermediate layer, any suitable conventionally known material can be used. Materials for the intermediate layer include, for example, alkali metal or alkaline earth metal halides, such as lithium fluoride, and oxides.
また、中間層に用いられる材料としては、例えば、酸化チタン等の無機半導体の微粒子、およびPEDOT(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン))とPSS(ポリ(4-スチレンスルホネート))との混合物(PEDOT:PSS)が挙げられる。 Materials used for the intermediate layer include fine particles of inorganic semiconductors such as titanium oxide, and PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) and PSS (poly(4-styrenesulfonate)). A mixture (PEDOT:PSS) may be mentioned.
本実施形態の光電変換素子は、陽極と活性層との間に、正孔輸送層を備えていてもよい。正孔輸送層は、活性層から電極へと正孔を輸送する機能を有する。 The photoelectric conversion element of this embodiment may have a hole transport layer between the anode and the active layer. The hole transport layer has a function of transporting holes from the active layer to the electrode.
陽極に接して設けられる正孔輸送層を、特に正孔注入層という場合がある。陽極に接して設けられる正孔輸送層(正孔注入層)は、陽極への正孔の注入を促進する機能を有する。正孔輸送層(正孔注入層)は、活性層に接していてもよい。 A hole-transporting layer provided in contact with an anode may be particularly referred to as a hole-injecting layer. A hole transport layer (hole injection layer) provided in contact with the anode has a function of promoting injection of holes into the anode. The hole transport layer (hole injection layer) may be in contact with the active layer.
正孔輸送層は、正孔輸送性材料を含む。正孔輸送性材料の例としては、ポリチオフェンおよびその誘導体、芳香族アミン化合物、芳香族アミン残基を有する構成単位を含む高分子化合物、CuSCN、CuI、NiO、および酸化モリブデン(MoO3)が挙げられる。 The hole-transporting layer contains a hole-transporting material. Examples of hole-transporting materials include polythiophene and its derivatives, aromatic amine compounds, polymeric compounds containing constitutional units having aromatic amine residues, CuSCN, CuI, NiO, and molybdenum oxide ( MoO3 ). be done.
本実施形態の光電変換素子は、陰極と活性層との間に、電子輸送層を備えていてもよい。電子輸送層は、活性層から陰極へと電子を輸送する機能を有する。電子輸送層は、陰極に接していてもよい。電子輸送層は活性層に接していてもよい。 The photoelectric conversion device of this embodiment may have an electron transport layer between the cathode and the active layer. The electron transport layer has a function of transporting electrons from the active layer to the cathode. The electron transport layer may be in contact with the cathode. The electron transport layer may be in contact with the active layer.
電子輸送層は、電子輸送性材料を含む。電子輸送性材料の例としては、酸化亜鉛のナノ粒子、ガリウムドープ酸化亜鉛のナノ粒子、アルミニウムドープ酸化亜鉛のナノ粒子、ポリアルキレンイミンを主鎖として含み、エチレンオキシドが主鎖中の窒素原子に付加した変性体であるエトキシ化ポリエチレンイミン(PEIE)、およびPFN-P2が挙げられる。 The electron-transporting layer contains an electron-transporting material. Examples of electron-transporting materials include nanoparticles of zinc oxide, nanoparticles of gallium-doped zinc oxide, nanoparticles of aluminum-doped zinc oxide, and polyalkyleneimine as the backbone, with ethylene oxide attached to nitrogen atoms in the backbone. ethoxylated polyethylenimine (PEIE), which is a modified variant, and PFN-P2.
(封止層)
光電変換素子は、封止層を含んでいてもよい。封止層は、例えば、基板から遠い方の電極側に設けることができる。封止層は、水分を遮断する性質(水蒸気バリア性)または酸素を遮断する性質(酸素バリア性)を有する材料により形成することができる。
(sealing layer)
The photoelectric conversion element may contain a sealing layer. The sealing layer can be provided, for example, on the side of the electrode farther from the substrate. The sealing layer can be formed of a material having a property of blocking moisture (water vapor barrier property) or a property of blocking oxygen (oxygen barrier property).
(光電変換素子の用途)
本実施形態の光電変換素子は、電極間に電圧を印加した状態で、透明または半透明の電極側から光を照射することにより、光電流を流すことができ、光検出素子(光センサー)として動作させることができる。また、光センサーを複数集積することによりイメージセンサーとして用いることもできる。
(Use of photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element of the present embodiment can pass a photocurrent by irradiating light from the transparent or translucent electrode side in a state where a voltage is applied between the electrodes, and can be used as a light detection element (photosensor). can be operated. Moreover, it can also be used as an image sensor by integrating a plurality of optical sensors.
また、本実施形態の光電変換素子は、光が照射されることにより、電極間に光起電力を発生させることができ、太陽電池として動作させることができる。太陽電池を複数集積することにより薄膜太陽電池モジュールとすることもできる。 Moreover, the photoelectric conversion element of this embodiment can generate a photovoltaic force between the electrodes by being irradiated with light, and can be operated as a solar cell. A thin-film solar cell module can also be obtained by integrating a plurality of solar cells.
(光電変換素子の適用例)
本実施形態にかかる光電変換素子は、特に近赤外光波長域において大きな吸収を有し、可視光波長域の吸収が小さい式(1)、式(2)または式(3)で表される化合物を活性層の材料として用いるので、近赤外光検出器として有用である。
(Application example of photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion device according to the present embodiment has a large absorption in the near-infrared wavelength region, and a small absorption in the visible wavelength region. Since the compound is used as the material for the active layer, it is useful as a near-infrared photodetector.
本実施形態の光電変換素子は、3Dイメージング、VR(仮想現実)、拡張現実(AR)、MR(混合現実)向けのデバイスに適用される光検出素子、撮像素子、イメージセンサーとして好適に用いることができる。 The photoelectric conversion element of the present embodiment can be suitably used as a photodetector, an imaging element, and an image sensor applied to devices for 3D imaging, VR (virtual reality), augmented reality (AR), and MR (mixed reality). can be done.
<光電変換素子の製造方法>
本実施形態の光電変換素子の製造方法は、特に限定されない。本実施形態の光電変換素子は、既に説明した各構成要素を形成するにあたり選択された材料に好適な形成方法により製造することができる。
<Method for producing photoelectric conversion element>
The method for manufacturing the photoelectric conversion element of this embodiment is not particularly limited. The photoelectric conversion element of this embodiment can be manufactured by a forming method suitable for the materials selected for forming the constituent elements already described.
(電極の形成方法)
電極の形成方法としては、従来公知の任意好適な形成方法を用いることができる。電極の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、およびめっき法が挙げられる。
(Method of forming electrodes)
As a method for forming the electrodes, any suitable conventionally known forming method can be used. Methods of forming electrodes include, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and a plating method.
(中間層の形成方法)
中間層の製造方法は、特に限定されない。中間層が、既に説明した無機材料または低分子材料により構成される場合には、真空蒸着法、真空加熱蒸着法などの材料に応じた任意好適な方法により形成することができる。
(Method for forming intermediate layer)
A method for manufacturing the intermediate layer is not particularly limited. When the intermediate layer is composed of the already-described inorganic material or low-molecular-weight material, it can be formed by any suitable method, such as a vacuum vapor deposition method or a vacuum heating vapor deposition method, depending on the material.
また本実施形態の光電変換素子の中間層などの機能層が、溶媒に可溶である材料、特に高分子化合物により構成される場合には、インクを用いる塗布法によっても製造することができる。 Further, when the functional layer such as the intermediate layer of the photoelectric conversion element of the present embodiment is composed of a material soluble in a solvent, particularly a polymer compound, it can be produced by a coating method using ink.
本実施形態の光電変換素子の製造方法において適用される塗布法は、材料と、溶媒とを含むインクを塗布対象に塗布して塗膜を得る工程(i)と、該塗膜から溶媒を除去する工程(ii)とを含む。以下、塗布法に含まれる工程(i)および工程(ii)について説明する。 The coating method applied in the method for producing a photoelectric conversion element of the present embodiment includes a step (i) of obtaining a coating film by applying an ink containing a material and a solvent to an object to be coated, and removing the solvent from the coating film. and step (ii). Steps (i) and (ii) included in the coating method will be described below.
工程(i)
インクを塗布対象に塗布する方法としては、任意好適な塗布法を用いることができる。塗布法としては、スリットコート法、ナイフコート法、スピンコート法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、インクジェット印刷法、ノズルコート法、またはキャピラリーコート法が好ましく、スリットコート法、スピンコート法、キャピラリーコート法、またはバーコート法がより好ましく、スリットコート法またはスピンコート法がさらに好ましい。
step (i)
Any suitable coating method can be used as a method for applying the ink to the coating object. The coating method is preferably a slit coating method, a knife coating method, a spin coating method, a micro gravure coating method, a gravure coating method, a bar coating method, an inkjet printing method, a nozzle coating method, or a capillary coating method. A coating method, a capillary coating method, or a bar coating method is more preferable, and a slit coating method or a spin coating method is even more preferable.
インクは、光電変換素子およびその製造方法に応じて選択された塗布対象に塗布される。インクは、光電変換素子の製造工程において、基板または光電変換素子が有する機能層上に塗布されうる。よって、インクの塗布対象は、製造される光電変換素子の層構成および層形成の順序によって異なる。例えば、光電変換素子が、基板/陽極/正孔輸送層/活性層/電子輸送層/陰極の層構成を有しており、より左側に記載された層が先に形成される場合(順積層構造)であって、正孔輸送層を塗布法により形成する場合には、インクの塗布対象は、陽極となる。また、例えば、光電変換素子が、基板/陰極/電子輸送層/活性層/正孔輸送層/陽極の層構成を有しており、より左側に記載された層が先に形成される場合(逆積層構造)であって、正孔輸送層を塗布法により形成する場合には、インクの塗布対象は、活性層となる。 The ink is applied to an application target selected according to the photoelectric conversion element and its manufacturing method. The ink can be applied onto the substrate or the functional layer of the photoelectric conversion element in the manufacturing process of the photoelectric conversion element. Therefore, the ink application target differs depending on the layer structure and the order of layer formation of the photoelectric conversion element to be manufactured. For example, when the photoelectric conversion element has a layer structure of substrate/anode/hole transport layer/active layer/electron transport layer/cathode, and the layer described further to the left is formed first (forward lamination structure), and when the hole transport layer is formed by a coating method, the object to be coated with the ink is the anode. Further, for example, when the photoelectric conversion element has a layer structure of substrate/cathode/electron transport layer/active layer/hole transport layer/anode, and the layer described further to the left is formed first ( When the hole transport layer is formed by a coating method, the ink is applied to the active layer.
工程(ii)
インクの塗膜から、溶媒を除去する方法、すなわち塗膜から溶媒を除去して固化膜とする方法としては、任意好適な方法を用いることができる。溶媒を除去する方法の例としては、ホットプレートを用いて直接的に加熱する方法、熱風乾燥法、赤外線加熱乾燥法、フラッシュランプアニール乾燥法、減圧乾燥法などの乾燥法が挙げられる。
step (ii)
Any suitable method can be used as a method for removing the solvent from the coating film of the ink, that is, as a method for removing the solvent from the coating film to form a solidified film. Examples of methods for removing the solvent include drying methods such as direct heating using a hot plate, hot air drying, infrared heat drying, flash lamp annealing drying, and vacuum drying.
塗布法により機能層を形成する工程は、前記工程(i)および工程(ii)以外に、本発明の目的および効果を損なわないことを条件としてその他の工程を含んでいてもよい。 The step of forming the functional layer by the coating method may include other steps in addition to the steps (i) and (ii) provided that the objects and effects of the present invention are not impaired.
インク
塗布法に用いられるインクは、溶液であってもよく、分散液、エマルション(乳濁液)、サスペンション(懸濁液)等の分散液であってもよい。本実施形態のインクは、所定の機能層形成用のインクであって、選択された機能性材料(p型半導体材料および/またはn型半導体材料)と、溶媒とを含み得る。
The ink used in the ink coating method may be a solution, or may be a dispersion liquid such as a dispersion liquid, an emulsion (emulsion), or a suspension (suspension). The ink of this embodiment is an ink for forming a predetermined functional layer, and may contain a selected functional material (p-type semiconductor material and/or n-type semiconductor material) and a solvent.
溶媒は、選択された材料に対する溶解性、乾燥条件に対応するための特性(沸点など)を考慮して選択すればよい。
溶媒は、置換基(例えば、アルキル基、ハロゲン原子)を有していてもよい芳香族炭化水素(以下、単に芳香族炭化水素という。)を含むことが好ましい。
The solvent should be selected in consideration of the solubility of the selected material and the characteristics (boiling point, etc.) for coping with the drying conditions.
The solvent preferably contains an aromatic hydrocarbon (hereinafter simply referred to as aromatic hydrocarbon) optionally having a substituent (eg, alkyl group, halogen atom).
このような芳香族炭化水素としては、例えば、トルエン、キシレン(例、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン)、トリメチルベンゼン(例、メシチレン、1,2,4-トリメチルベンゼン(プソイドクメン))、ブチルベンゼン(例、n-ブチルベンゼン、sec-ブチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン)、メチルナフタレン(例、1-メチルナフタレン)、テトラリン、インダン、クロロベンゼンおよびジクロロベンゼン(o-ジクロロベンゼン)が挙げられる。 Examples of such aromatic hydrocarbons include toluene, xylene (eg, o-xylene, m-xylene, p-xylene), trimethylbenzene (eg, mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene (pseudocumene)). , butylbenzene (eg n-butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene), methylnaphthalene (eg 1-methylnaphthalene), tetralin, indane, chlorobenzene and dichlorobenzene (o-dichlorobenzene). .
溶媒は1種のみの芳香族炭化水素を含んでいても、2種以上の芳香族炭化水素を含んでいてもよい。溶媒は、1種のみの芳香族炭化水素を含むことが好ましい。 The solvent may contain only one aromatic hydrocarbon, or may contain two or more aromatic hydrocarbons. Preferably, the solvent contains only one aromatic hydrocarbon.
溶媒は、好ましくは、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン、メシチレン、プソイドクメン、n-ブチルベンゼン、sec-ブチルベンゼン、tert-ブチルベンゼン、メチルナフタレン、テトラリン、インダン、クロロベンゼンおよびo-ジクロロベンゼンからなる群から選択される1種以上を含み、より好ましくは、o-キシレン、プソイドクメン、テトラリン、クロロベンゼンまたはo-ジクロロベンゼンを含む。 Solvents are preferably toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, mesitylene, pseudocumene, n-butylbenzene, sec-butylbenzene, tert-butylbenzene, methylnaphthalene, tetralin, indane, chlorobenzene and o-xylene. It contains one or more selected from the group consisting of dichlorobenzene, more preferably o-xylene, pseudocumene, tetralin, chlorobenzene or o-dichlorobenzene.
溶媒は、芳香族炭化水素以外の溶媒をさらに含んでいてもよい。このような溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン、プロピオフェノン等のケトン溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸フェニル、エチルセルソルブアセテート、安息香酸メチル、安息香酸ブチル、安息香酸ベンジル等のエステル溶媒が挙げられる。 The solvent may further contain a solvent other than aromatic hydrocarbons. Examples of such solvents include ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, acetophenone, and propiophenone, ethyl acetate, butyl acetate, phenyl acetate, ethyl cellosolve acetate, methyl benzoate, butyl benzoate, and benzyl benzoate. and other ester solvents.
インクは、溶媒、p型半導体材料、n型半導体材料の他に、本発明の目的および効果を損なわない限度において、紫外線吸収剤、酸化防止剤、吸収した光により電荷を発生させる機能を増感するためのため増感剤、紫外線に対する安定性を増すための光安定剤といった任意の成分を含んでいてもよい。 In addition to a solvent, a p-type semiconductor material, and an n-type semiconductor material, the ink contains an ultraviolet absorber, an antioxidant, and a sensitizer to generate electric charges by absorbed light, as long as the objects and effects of the present invention are not impaired. Optional ingredients such as sensitizers to increase stability and light stabilizers to increase UV stability may also be included.
インクの調製
インクは、公知の方法により調製することができる。例えば、選択された複数種類の溶媒を混合して混合溶媒を調製し、混合溶媒に既に説明した材料を添加して混合し、材料を溶解または分散させることにより、調製することができる。溶媒と材料とを、溶媒の沸点以下の温度で加温して混合してもよい。
Preparation of Ink The ink can be prepared by a known method. For example, it can be prepared by mixing selected multiple types of solvents to prepare a mixed solvent, adding and mixing the materials already described to the mixed solvent, and dissolving or dispersing the materials. The solvent and material may be heated and mixed at a temperature below the boiling point of the solvent.
溶媒および材料とを混合した後、得られた混合物をフィルターを用いてろ過し、得られたろ液をインクとして用いてもよい。フィルターとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂で形成されたフィルターを用いることができる。 After mixing the solvent and materials, the resulting mixture may be filtered using a filter and the obtained filtrate may be used as an ink. As the filter, for example, a filter made of a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used.
(活性層の形成方法)
本実施形態の光電変換素子の活性層は、p型半導体材料として、式(1)、式(2)または式(3)で表される化合物と、n型半導体材料として、フラーレンを用いて製造することが好ましい。
(Method of forming active layer)
The active layer of the photoelectric conversion device of the present embodiment is manufactured using a compound represented by formula (1), formula (2), or formula (3) as the p-type semiconductor material and fullerene as the n-type semiconductor material. preferably.
活性層の形成方法としては、従来公知の任意好適な形成方法を用いることができる。活性層は、既に説明した中間層の形成方法と同様の塗布法により形成してもよい。 As a method for forming the active layer, any suitable conventionally known forming method can be used. The active layer may be formed by a coating method similar to the method for forming the intermediate layer already described.
既に説明した材料を用いて形成される本実施形態の活性層の好適な形成方法としては、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法などの真空蒸着法が挙げられる。本実施形態の光電変換素子の活性層は、より具体的には、式(1)、式(2)または式(3)で表される化合物およびフラーレンを用いて、これらの材料を同時に真空蒸着する共蒸着法またはフラッシュ蒸着法により形成することが好ましい。 Suitable methods for forming the active layer of the present embodiment, which is formed using the materials already described, include, for example, a vacuum deposition method such as a resistance heating deposition method and an electron beam heating deposition method. More specifically, the active layer of the photoelectric conversion element of the present embodiment uses a compound represented by formula (1), formula (2) or formula (3) and fullerene, and these materials are simultaneously vacuum-deposited. It is preferably formed by a co-evaporation method or a flash evaporation method.
以下、本発明にかかる実施例について説明する。本発明は下記の実施例に限定されない。 Examples of the present invention will be described below. The invention is not limited to the following examples.
(I)NMR分析
NMR測定は、測定対象となる化合物を重クロロホルムに溶解させたサンプルを用いて、NMR装置(JEOL社製400MHzNMR装置、JNM-ECZ400S/L1)により実施した。
(II)UV-vis吸収スペクトル分析
測定対象となる化合物5mgをクロロホルム0.995gに溶解させ、溶解液Iを得た。得られた溶解液0.16gとクロロホルム0.84gとを混合した混合溶液IIを得た。得られた混合溶液I0.1gとクロロホルム4.9gとを混合した混合溶液IIIを測定溶液とした。
測定装置(Varian社製 Cary 5E UV-VIS―NIR Spectrophotometer)にて、測定溶液の300-1200nmの吸収スペクトルを測定した。得られたスペクトルを、溶液吸収スペクトルと称する。
溶解液Iを、スピンコート法により、ガラス基板上に成膜し、測定サンプルを得た。測定装置(Varian社製 Cary 5E UV-VIS―NIR Spectrophotometer)にて、測定サンプルの300-1200nmの吸収スペクトルを測定した。得られたスペクトルを成膜吸収スペクトルと称する。
(I) NMR analysis NMR measurement was performed using a sample in which the compound to be measured was dissolved in deuterated chloroform, using an NMR device (400 MHz NMR device manufactured by JEOL, JNM-ECZ400S/L1).
(II) UV-vis absorption spectrum analysis 5 mg of the compound to be measured was dissolved in 0.995 g of chloroform to obtain solution I. A mixed solution II was obtained by mixing 0.16 g of the resulting solution and 0.84 g of chloroform. A mixed solution III obtained by mixing 0.1 g of the obtained mixed solution I and 4.9 g of chloroform was used as a measurement solution.
The absorption spectrum of the measurement solution was measured from 300 to 1200 nm using a measurement device (Cary 5E UV-VIS-NIR Spectrophotometer manufactured by Varian). The spectrum obtained is called a solution absorption spectrum.
A film of the solution I was formed on a glass substrate by spin coating to obtain a measurement sample. The absorption spectrum of the measurement sample was measured from 300 to 1200 nm using a measurement device (Cary 5E UV-VIS-NIR Spectrophotometer manufactured by Varian). The obtained spectrum is called a deposition absorption spectrum.
<合成例1>化合物P1-1の合成
(a)1-フェニル-(1H)-ベンズ[cd]インドール-2-オンの合成
下記のスキームに従って、1-フェニル-(1H)-ベンズ[cd]インドール-2-オンを合成した。
<Synthesis Example 1> Synthesis of compound P1-1 (a) Synthesis of 1-phenyl-(1H)-benz[cd]indol-2-one according to the following scheme: 1-phenyl-(1H)-benz[cd] Indol-2-ones were synthesized.
窒素ガス雰囲気下、N―フェニル-1-ナフチルアミン7.13g(32.5mmol)を脱水ジエチルエーテル260mLに溶解して溶解液を得た。 Under a nitrogen gas atmosphere, 7.13 g (32.5 mmol) of N-phenyl-1-naphthylamine was dissolved in 260 mL of dehydrated diethyl ether to obtain a solution.
得られた溶解液を0℃に氷冷し、n-ブチルリチウムの2.6Mヘキサン溶液100mL(関東化学社製、260mmolのn-ブチルリチウムを含有する。)を、20分間かけて滴下して混合し、混合液を得た。 The resulting solution was ice-cooled to 0° C., and 100 mL of a 2.6 M hexane solution of n-butyllithium (manufactured by Kanto Kagaku, containing 260 mmol of n-butyllithium) was added dropwise over 20 minutes. A mixture was obtained by mixing.
得られた混合液を20℃に昇温し、3時間撹拌することによりリチオ化処理を行った。 The resulting mixture was heated to 20° C. and stirred for 3 hours to carry out lithiation treatment.
次に、リチオ化処理された反応溶液を、窒素ガス雰囲気下、大過剰のドライアイスに、移送して、カルボキシ化処理を行った。 Next, the lithiated reaction solution was transferred to a large excess of dry ice under a nitrogen gas atmosphere to carry out a carboxylation treatment.
カルボキシ化処理された反応液を氷冷し、2N塩酸でpH4-5となるように中和した。 The carboxylated reaction solution was ice-cooled and neutralized to pH 4-5 with 2N hydrochloric acid.
中和された反応液を酢酸エチル400mLで抽出し、硫酸ナトリウムで乾燥し、さらにろ過した後、酢酸エチルを減圧留去してスラリーを得た。 The neutralized reaction solution was extracted with 400 mL of ethyl acetate, dried over sodium sulfate, and filtered. Ethyl acetate was distilled off under reduced pressure to obtain a slurry.
得られたスラリーを窒素ガス雰囲気下、170℃で2時間加熱した。その後、放冷し常温に戻すことにより固体を得た。 The resulting slurry was heated at 170° C. for 2 hours under a nitrogen gas atmosphere. Then, the solid was obtained by standing to cool and returning to normal temperature.
得られた固体をヘキサンおよびトルエンの混合溶媒(混合比:3/1)を用いて再結晶することにより精製して、N-フェニル-(1H)-ベンズ[cd]インドール-2-オン 6.34g(25.9mmol、収率79.5%)を得た。1H-NMRの結果を以下に示す。 The resulting solid was purified by recrystallization using a mixed solvent of hexane and toluene (mixture ratio: 3/1) to give N-phenyl-(1H)-benz[cd]indol-2-one. 34 g (25.9 mmol, 79.5% yield) were obtained. The results of 1 H-NMR are shown below.
1H-NMR(ppm,CDCl3):8.17(d,1H)、8.09(d,1H)、7.78(t,1H)、7.64~7.38ppm(m,7H)、7.03(d,1H)。 1 H-NMR (ppm, CDCl 3 ): 8.17 (d, 1H), 8.09 (d, 1H), 7.78 (t, 1H), 7.64-7.38ppm (m, 7H) , 7.03(d, 1H).
(b)2-メチル-1-フェニル-(1H)-ベンズ[cd]インドリウム ヨージドの合成
下記のスキームに従って、2-メチル-1-フェニル-(1H)-ベンズ[cd]インドリウム ヨージドを合成した。
(b) Synthesis of 2-methyl-1-phenyl-(1H)-benz[cd]indolium iodide Synthesis of 2-methyl-1-phenyl-(1H)-benz[cd]indolium iodide according to the following scheme did.
窒素ガス雰囲気下、N-フェニル-(1H)-ベンズ[cd]インドール-2-オン1.22g(5.0mmol)を脱水テトラヒドロフラン4.6mLに溶解して溶解液を得た。
得られた溶解液に、23℃で、メチルマグネシウムクロリド(12.8mmol)の1.0Mテトラヒドロフラン溶液12.8mLを10分間かけて滴下した。得られた反応液を55℃に昇温し、2時間撹拌した。
次に、反応液を、濃塩酸1.9mLを氷水23mLに希釈した希釈液に滴下した。テトラヒドロフランを減圧留去した後、析出物をろ過してろ液を得た。
Under a nitrogen gas atmosphere, 1.22 g (5.0 mmol) of N-phenyl-(1H)-benz[cd]indol-2-one was dissolved in 4.6 mL of dehydrated tetrahydrofuran to obtain a solution.
To the resulting solution, 12.8 mL of a 1.0 M tetrahydrofuran solution of methylmagnesium chloride (12.8 mmol) was added dropwise over 10 minutes at 23°C. The obtained reaction solution was heated to 55° C. and stirred for 2 hours.
Next, the reaction solution was added dropwise to a diluted solution obtained by diluting 1.9 mL of concentrated hydrochloric acid with 23 mL of ice water. After tetrahydrofuran was distilled off under reduced pressure, the precipitate was filtered to obtain a filtrate.
得られたろ液を、ヨウ化カリウム1.66g(10.0mmol)を脱イオン水23mLに溶解した溶解液に移送したところ、赤茶色の懸濁液が得られた。懸濁液から析出物をろ別し、析出物を脱イオン水、次いで酢酸エチルで洗浄して、50℃で真空乾燥させることにより、2-メチル-1-フェニル-(1H)-ベンズ[cd]インドリウム ヨージド0.444g(1.20mmol、収率23.9%)を得た。1H-NMRの結果を以下に示す。 The obtained filtrate was transferred to a solution prepared by dissolving 1.66 g (10.0 mmol) of potassium iodide in 23 mL of deionized water to obtain a reddish-brown suspension. 2-Methyl-1-phenyl-(1H)-benz[cd ] 0.444 g (1.20 mmol, yield 23.9%) of indolium iodide was obtained. The results of 1 H-NMR are shown below.
1H-NMR(ppm,CDCl3):9.15(d,1H)、8.70(d,1H)、8.32(d,1H)、8.15(t,1H)、7.92(d、1H)、7.83(t,1H)、7.80~7.70ppm(m,5H)、3.44(s,3H)。 1 H-NMR (ppm, CDCl 3 ): 9.15 (d, 1H), 8.70 (d, 1H), 8.32 (d, 1H), 8.15 (t, 1H), 7.92 (d, 1H), 7.83 (t, 1H), 7.80-7.70 ppm (m, 5H), 3.44 (s, 3H).
(c)2-[[2-ヒドロキシ-3-[(1-フェニルベンズ[cd]インドール-2(1H)-イリデン)メチル]-4-オキソ-2-シクロブテン-1-イリデン]メチル]-1-フェニル-ベンズ[cd]インドリウム(化合物P1-1)の合成
下記のスキームに従って、2-[[2-ヒドロキシ-3-[(1-フェニルベンズ[cd]インドール-2(1H)-イリデン)メチル]-4-オキソー2-シクロブテン-1-イリデン]メチル]-1-フェニル-ベンズ[cd]インドリウムを合成した。
(c) 2-[[2-hydroxy-3-[(1-phenylbenz[cd]indol-2(1H)-ylidene)methyl]-4-oxo-2-cyclobuten-1-ylidene]methyl]-1 Synthesis of -phenyl-benz[cd]indolium (compound P1-1) 2-[[2-hydroxy-3-[(1-phenylbenz[cd]indole-2(1H)-ylidene) according to the scheme below Methyl]-4-oxo-2-cyclobuten-1-ylidene]methyl]-1-phenyl-benz[cd]indolium was synthesized.
窒素ガス雰囲気下、1-ブタノール6.8mLと、トルエン6.8mLとを混合した混合液を、107℃まで昇温した。得られた混合液にスクアリン酸0.0613g(0.537mmol)を溶解させた後、2-メチル-1-フェニル-(1H)-ベンズ[cd]インドリウム ヨージド0.399g(11.07mmol)をさらに溶解し、溶解液を2時間加熱還流した。
放冷後の溶解液に対し、溶媒を減圧留去し、エタノールを用いて再結晶することにより、2-[[2-ヒドロキシ-3-[(1-フェニルベンズ[cd]インドール-2(1H)-イリデン)メチル]-4-オキソ-2-シクロブテン-1-イリデン]メチル]-1-フェニル-ベンズ[cd]インドリウム0.215g(0.381mmol、収率71.9%)を得た。1H-NMRの結果を以下に示す。
A mixture of 6.8 mL of 1-butanol and 6.8 mL of toluene was heated to 107° C. under a nitrogen gas atmosphere. After dissolving 0.0613 g (0.537 mmol) of squaric acid in the resulting mixture, 0.399 g (11.07 mmol) of 2-methyl-1-phenyl-(1H)-benz[cd]indolium iodide was added. Further dissolution was achieved and the solution was heated to reflux for 2 hours.
After standing to cool, the solvent is distilled off under reduced pressure and recrystallized using ethanol to give 2-[[2-hydroxy-3-[(1-phenylbenz[cd]indole-2(1H )-ylidene)methyl]-4-oxo-2-cyclobuten-1-ylidene]methyl]-1-phenyl-benz[cd]indolium 0.215 g (0.381 mmol, yield 71.9%) was obtained. . The results of 1 H-NMR are shown below.
1H-NMR(ppm,CDCl3):9.24(d,2H)、7.98(d,2H)、7.86(t,2H)、7.68~7.46ppm(m,12H)、7.42(t,2H)、6.81(d,2H)、6.28(s,2H)。 1 H-NMR (ppm, CDCl 3 ): 9.24 (d, 2H), 7.98 (d, 2H), 7.86 (t, 2H), 7.68-7.46ppm (m, 12H) , 7.42 (t, 2H), 6.81 (d, 2H), 6.28 (s, 2H).
(II)に記載の方法に従って、化合物P1-1の溶液吸収スペクトルおよびP1-1の成膜吸収スペクトルを測定した。その結果を図1に示す。 According to the method described in (II), the solution absorption spectrum of compound P1-1 and the film absorption spectrum of P1-1 were measured. The results are shown in FIG.
<合成例2>化合物P2-1の合成
2-[[2-ヒドロキシ―3-[(1―フェニルベンズ[cd]インドール―2(1H)-イリデン)メチル]-4、5-ジオキソー2-シクロペンテン―1-イリデン]メチル]-1-フェニル-ベンズ[cd]インドリウム(化合物P2-1)を下記のスキームに従って合成した。
<Synthesis Example 2> Synthesis of compound P2-1 2-[[2-hydroxy-3-[(1-phenylbenz[cd]indole-2(1H)-ylidene)methyl]-4,5-dioxo-2-cyclopentene -1-ylidene]methyl]-1-phenyl-benz[cd]indolium (compound P2-1) was synthesized according to the following scheme.
窒素ガス雰囲気下、1-ブタノール7.4mLと、トルエン7.4mLとを混合した混合液を107℃まで昇温した。次いで、混合液にクロコン酸0.0846g(0.60mmol)を溶解させた後、2-メチル-1-フェニル-(1H)-ベンズ[cd]インドリウム ヨージド0.442g(1.19mmol)をさらに溶解した溶解液を、3時間加熱還流した。
放冷後の溶解液に対し、溶媒を減圧留去し、エタノールを用いて再結晶することにより、2-[[2-ヒドロキシ-3-[(1-フェニルベンズ[cd]インドール-2(1H)-イリデン)メチル]-4、5-ジオキソ-2-シクロペンテン-1-イリデン]メチル]-1-フェニル-ベンズ[cd]インドリウム0.334g(0.564mmol、収率94.8%)を得た。
A mixture of 7.4 mL of 1-butanol and 7.4 mL of toluene was heated to 107° C. under a nitrogen gas atmosphere. Next, after dissolving 0.0846 g (0.60 mmol) of croconic acid in the mixture, 0.442 g (1.19 mmol) of 2-methyl-1-phenyl-(1H)-benz[cd]indolium iodide was further added. The dissolved solution was heated to reflux for 3 hours.
After standing to cool, the solvent is distilled off under reduced pressure and recrystallized using ethanol to give 2-[[2-hydroxy-3-[(1-phenylbenz[cd]indole-2(1H )-ylidene)methyl]-4,5-dioxo-2-cyclopenten-1-ylidene]methyl]-1-phenyl-benz[cd]indolium 0.334 g (0.564 mmol, yield 94.8%) Obtained.
<合成例3>化合物P3-1の合成
下記のスキームに従って、化合物P3-1を合成した。
<Synthesis Example 3> Synthesis of Compound P3-1 Compound P3-1 was synthesized according to the following scheme.
窒素ガス雰囲気下、1-ブタノール48.5mLと、トルエン48.5mLとを混合した混合液を107℃まで昇温した。得られた混合液にクロコン酸0.387g(3.393mmol)を溶解させた後、ACS Appl.Mater.Interfaces 2018, 10, 11063-11069に記載の方法を参考にして合成した2-メチル-1-オクチル-(1H)-ベンズ[cd]インドリウム ヨージド2.764g(6.786mmol)をさらに溶解した溶解液を、3時間加熱還流した。
放冷後の溶解液に対し、溶媒を減圧留去し、エタノールを用いて再結晶することにより、化合物P3-1 0.963g(収率44.4%)を黒褐色固体として得た。
A mixture of 48.5 mL of 1-butanol and 48.5 mL of toluene was heated to 107° C. under a nitrogen gas atmosphere. After dissolving 0.387 g (3.393 mmol) of croconic acid in the resulting mixture, ACS Appl. Mater. 2-methyl-1-octyl-(1H)-benz[cd]indolium iodide 2.764 g (6.786 mmol) synthesized with reference to the method described in Interfaces 2018, 10, 11063-11069 was further dissolved. The liquid was heated to reflux for 3 hours.
After standing to cool, the solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was recrystallized using ethanol to obtain 0.963 g of compound P3-1 (yield: 44.4%) as a dark brown solid.
<比較合成例1>化合物CP-1の合成
ACS Appl.Mater.Interfaces 2018, 10, 11063-11069に記載の方法を参考にして、下記のスキームに従って、化合物CP-1を合成した。
<Comparative Synthesis Example 1> Synthesis of compound CP-1 ACS Appl. Mater. Compound CP-1 was synthesized according to the following scheme with reference to the method described in Interfaces 2018, 10, 11063-11069.
<合成例5>化合物P5-1の合成
(a)Acta Cryst. 2004, E60, o2252±o2254に記載の方法を参考にして、上記スキームに従って4-(ジメチルアミノ)ピリジニウム 2-ブトキシ―3-ジシアノメチレン-4-オキソシクロブト-1-エン-1-オレートを合成した。
<Synthesis Example 5> Synthesis of compound P5-1 (a) Acta Cryst. 2004, E60, o2252±o2254, 4-(dimethylamino)pyridinium 2-butoxy-3-dicyanomethylene-4-oxocyclobut-1-en-1-olate was synthesized according to the above scheme.
23℃にて、マロノニトリル(7.03g、106.5mmoL)をトルエンに溶解し溶解液を得た。得られた溶解液に、3,4-ジブトキシ-3-シクロブテン―1,2-ジオン(24.56g、108.5mmoL)を加え、溶液を得た。得られた溶液に、4-ジメチルアミノピリジン(12.75g、104.4mmoL)を加え、30分間撹拌すると結晶が析出した。吸引ろ過して得た結晶をトルエンとジエチルエーテルで洗浄し、4-(ジメチルアミノ)ピリジニウム 2-ブトキシ―3-ジシアノメチレン-4-オキソシクロブト-1-エン-1-オレートを30.60g得た。収率86.1%。 At 23° C., malononitrile (7.03 g, 106.5 mmol) was dissolved in toluene to obtain a solution. 3,4-dibutoxy-3-cyclobutene-1,2-dione (24.56 g, 108.5 mmol) was added to the resulting solution to obtain a solution. 4-Dimethylaminopyridine (12.75 g, 104.4 mmol) was added to the resulting solution and stirred for 30 minutes to precipitate crystals. Crystals obtained by suction filtration were washed with toluene and diethyl ether to obtain 30.60 g of 4-(dimethylamino)pyridinium 2-butoxy-3-dicyanomethylene-4-oxocyclobut-1-en-1-oleate. Yield 86.1%.
(b)化合物P5-1の合成 (b) Synthesis of compound P5-1
窒素雰囲気下、4-(ジメチルアミノ)ピリジニウム 2-ブトキシ―3-ジシアノメチレン-4-オキソシクロブト-1-エン-1-オレート 40.9mg(0.120mmol)、2-メチル―1―オクチル―(1H)-ベンズ[cd]インドリウム ヨージド 97.8mg(0.240mmol)を溶解し溶解液を得た。得られた溶解液と1-ブタノール 1.7mL、トルエン 1.7mLとを混合した。得られた混合液を、107℃まで昇温し、2時間加熱還流した。放冷後の混合液に対し、溶媒を減圧留去しエタノールを用いて再結晶することにより、黒褐色固体である化合物P5-1 52.4mg(収率63.7%)を得た。1H-NMRおよびUV-vis吸収スペクトルの結果を以下に示す。
1H-NMR(ppm,CDCl3):8.77(t,2H)、8.02(d,2H)、7.84(t,2H)、7.64(d,2H)、7.55(t,2H)、7.16(d,2H)、6.82(s,2H)、4.21(t,4H)、1.93(quintet,4H)、1.49(quintet,4H)、1.38(quintet,4H)、1.34-1.20(m、12H)、0.87(t,6H)。
Under a nitrogen atmosphere, 4-(dimethylamino)pyridinium 2-butoxy-3-dicyanomethylene-4-oxocyclobut-1-en-1-olate 40.9 mg (0.120 mmol), 2-methyl-1-octyl-(1H )-benz[cd]indolium iodide 97.8 mg (0.240 mmol) was dissolved to obtain a solution. The resulting solution was mixed with 1.7 mL of 1-butanol and 1.7 mL of toluene. The resulting mixture was heated to 107° C. and heated under reflux for 2 hours. After cooling, the solvent was distilled off under reduced pressure and the residue was recrystallized using ethanol to obtain 52.4 mg of compound P5-1 (yield: 63.7%) as a dark brown solid. The results of 1 H-NMR and UV-vis absorption spectra are shown below.
1 H-NMR (ppm, CDCl 3 ): 8.77 (t, 2H), 8.02 (d, 2H), 7.84 (t, 2H), 7.64 (d, 2H), 7.55 (t, 2H), 7.16 (d, 2H), 6.82 (s, 2H), 4.21 (t, 4H), 1.93 (quintet, 4H), 1.49 (quintet, 4H) , 1.38 (quintet, 4H), 1.34-1.20 (m, 12H), 0.87 (t, 6H).
(II)に記載の方法に従って、化合物P5-1の溶液吸収スペクトルおよびP5-1の成膜吸収スペクトルを測定した。その結果を図2に示す。 According to the method described in (II), the solution absorption spectrum of compound P5-1 and the film absorption spectrum of P5-1 were measured. The results are shown in FIG.
合成例1および合成例5で得られた化合物は、近赤外域に強い吸収を示し、可視域に相対的に小さな吸収を示した。 The compounds obtained in Synthesis Examples 1 and 5 exhibited strong absorption in the near-infrared region and relatively small absorption in the visible region.
<実施例1>
(近赤外光電変換素子の製造)
上記合成例1により得られた化合物(p型半導体材料)P1-1を用いて近赤外光電変換素子を製造する。本実施例において製造される近赤外光電変換素子は、陽極、正孔輸送層(電子ブロック層)、活性層、電子輸送層(ホールブロック層)および陰極を含む。
<Example 1>
(Manufacturing of near-infrared photoelectric conversion element)
A near-infrared photoelectric conversion device is manufactured using the compound (p-type semiconductor material) P1-1 obtained in Synthesis Example 1 above. The near-infrared photoelectric conversion device produced in this example includes an anode, a hole transport layer (electron blocking layer), an active layer, an electron transport layer (hole blocking layer) and a cathode.
具体的には、ITO層が設けられたガラス基板のうちのITO層をパターニングして陽極としたガラス基板を準備し、アセトン超音波洗浄、次いでUVオゾン洗浄を行う。
次に、ポリエチレンイミンを含む溶液を用いて、スピンコート法により当該溶液を、陽極が設けられている側に塗布し、塗布膜を加熱乾燥することにより、正孔輸送層を形成する。
Specifically, among the glass substrates provided with an ITO layer, the ITO layer is patterned to prepare a glass substrate as an anode, which is then subjected to acetone ultrasonic cleaning and then UV ozone cleaning.
Next, using a solution containing polyethyleneimine, the solution is applied to the side where the anode is provided by a spin coating method, and the applied film is dried by heating to form a hole transport layer.
次いで、正孔輸送層上に、上記合成例1により得られたp型半導体材料である化合物P1-1とn型半導体材料であるC60フラーレンとを真空加熱蒸着法により共蒸着して、活性層を形成する。 Next, on the hole transport layer, compound P1-1, which is the p-type semiconductor material obtained in Synthesis Example 1 above, and C60 fullerene, which is the n-type semiconductor material, are co-deposited by a vacuum heating vapor deposition method to form an active layer. to form
次に、活性層上に、酸化モリブデン(MoO3)を真空加熱蒸着法により蒸着して、電子輸送層を形成する。 Next, molybdenum oxide (MoO 3 ) is vapor-deposited on the active layer by a vacuum heating vapor deposition method to form an electron transport layer.
次いで、電子輸送層上に、Agを蒸着法により蒸着して陰極を形成することにより、近赤外光電変換素子を製造する。 Then, Ag is vapor-deposited on the electron-transporting layer to form a cathode, thereby producing a near-infrared photoelectric conversion device.
陰極の形成後、上記各層を具備するガラス基板を大気に暴露することなくグローブボックス中に移送し、UV硬化型エポキシ樹脂を塗布したガラス板を貼り合わせ、UV光を照射することにより、UV硬化型エポキシ樹脂を硬化して、近赤外光電変換素子を封止する。 After forming the cathode, the glass substrate having each of the above layers is transferred into a glove box without being exposed to the atmosphere, and a glass plate coated with a UV-curable epoxy resin is bonded together and irradiated with UV light for UV curing. The mold epoxy resin is cured to seal the near-infrared photoelectric conversion element.
(近赤外光電変換素子の評価)
近赤外光波長領域における光電変換特性を評価するために、近赤外光電変換素子の分光感度を分光感度測定装置(分光計器社製 、CEP2000)を用いて評価する。
(Evaluation of near-infrared photoelectric conversion element)
In order to evaluate the photoelectric conversion characteristics in the near-infrared light wavelength region, the spectral sensitivity of the near-infrared photoelectric conversion element is evaluated using a spectral sensitivity measurement device (CEP2000, manufactured by Spectro Keiki Co., Ltd.).
<実施例2>
(近赤外光電変換素子の製造)
上記合成例2により得られたp型半導体材料である化合物P2-1を用いて近赤外光電変換素子を製造する。本実施例の近赤外光電変換素子は、陽極、正孔輸送層、活性層、電子輸送層および陰極を含む。
<Example 2>
(Manufacturing of near-infrared photoelectric conversion element)
A near-infrared photoelectric conversion device is manufactured using the compound P2-1, which is the p-type semiconductor material obtained in Synthesis Example 2 above. The near-infrared photoelectric conversion device of this example includes an anode, a hole transport layer, an active layer, an electron transport layer and a cathode.
具体的には、ITO層が設けられているガラス基板のうちのITO層をパターニングして陽極をとしたガラス基板を準備し、アセトン超音波洗浄、次いでUVオゾン洗浄を行う。 Specifically, among the glass substrates provided with an ITO layer, the ITO layer is patterned to prepare a glass substrate as an anode, which is then subjected to acetone ultrasonic cleaning and then UV ozone cleaning.
次に、ポリエチレンイミンの溶液を用いて、スピンコート法により当該溶液を、陽極が設けられている側に塗布し、塗布膜を加熱乾燥することにより、正孔輸送層を形成する。 Next, using a polyethyleneimine solution, the solution is applied to the side where the anode is provided by a spin coating method, and the applied film is dried by heating to form a hole transport layer.
次いで、正孔輸送層上に、上記合成例2により得られたp型半導体材料である化合物P2-1とn型半導体材料であるC60PCBMとを重量比を1:3(p型半導体材料:n型半導体材料)としてクロロホルムに溶解させた溶液を、スピンコート法により塗布して塗布膜を形成し、塗布膜を加熱乾燥することにより活性層を形成する。 Next, on the hole transport layer, the p-type semiconductor material compound P2-1 obtained in Synthesis Example 2 and the n-type semiconductor material C60PCBM were added at a weight ratio of 1:3 (p-type semiconductor material: n The active layer is formed by applying a solution in which the semiconductor material is dissolved in chloroform by spin coating to form a coating film, and drying the coating film by heating.
次に、活性層上に、酸化モリブデン(MoO3)を、真空加熱蒸着法により蒸着して、電子輸送層を形成する。 Next, molybdenum oxide (MoO 3 ) is vapor-deposited on the active layer by a vacuum heating vapor deposition method to form an electron transport layer.
次いで、電子輸送層上に、Agを蒸着法により蒸着して陰極を形成することにより、近赤外光電変換素子を製造する。 Then, Ag is vapor-deposited on the electron-transporting layer to form a cathode, thereby producing a near-infrared photoelectric conversion device.
陰極の形成後、上記各層を具備するガラス基板を大気に暴露することなくグローブボックス中に移送し、UV硬化型エポキシ樹脂を塗布したガラス板を貼り合わせ、UV光を照射することにより、UV硬化型エポキシ樹脂を硬化して、近赤外光電変換素子を封止する。 After forming the cathode, the glass substrate having each of the above layers is transferred into a glove box without being exposed to the atmosphere, and a glass plate coated with a UV-curable epoxy resin is bonded together and irradiated with UV light for UV curing. The mold epoxy resin is cured to seal the near-infrared photoelectric conversion element.
(近赤外光電変換素子の評価)
近赤外光波長領域における特性を評価するために、近赤外光電変換素子の分光感度を分光感度測定装置(分光計器社製、CEP2000)を用いて評価する。
(Evaluation of near-infrared photoelectric conversion element)
In order to evaluate the characteristics in the near-infrared light wavelength region, the spectral sensitivity of the near-infrared photoelectric conversion element is evaluated using a spectral sensitivity measurement device (CEP2000, manufactured by Spectroscopic Keiki Co., Ltd.).
<実施例3>
(近赤外光電変換素子の製造および評価)
化合物P1-1の代わりに、化合物P3-1を用いた以外は、実施例1と同様にして、近赤外光電変換素子を製造し、評価する。
<Example 3>
(Manufacturing and Evaluation of Near Infrared Photoelectric Conversion Device)
A near-infrared photoelectric conversion device is produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that compound P3-1 is used instead of compound P1-1.
<実施例4>
(近赤外光電変換素子の製造および評価)
化合物P1-1の代わりに、化合物P3-1を用いた以外は、実施例2と同様にして、近赤外光電変換素子を製造し、評価する。
<Example 4>
(Manufacturing and Evaluation of Near Infrared Photoelectric Conversion Device)
A near-infrared photoelectric conversion device is produced and evaluated in the same manner as in Example 2, except that compound P3-1 is used instead of compound P1-1.
<実施例5>
(近赤外光電変換素子の製造および評価)
化合物P1-1の代わりに、化合物P5-1を用いた以外は、実施例1と同様にして、近赤外光電変換素子を製造し、評価する。
<Example 5>
(Manufacturing and Evaluation of Near Infrared Photoelectric Conversion Device)
A near-infrared photoelectric conversion device is produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that compound P5-1 is used instead of compound P1-1.
<実施例6>
(近赤外光電変換素子の製造および評価)
化合物P1-1の代わりに、化合物P5-1を用いた以外は、実施例2と同様にして、近赤外光電変換素子を製造し、評価する。
<Example 6>
(Manufacturing and Evaluation of Near Infrared Photoelectric Conversion Device)
A near-infrared photoelectric conversion device is produced and evaluated in the same manner as in Example 2, except that compound P5-1 is used instead of compound P1-1.
<比較例1>
(近赤外光電変換素子の製造および評価)
化合物P1-1の代わりに、化合物CP-1を用いた以外は、実施例1と同様にして、近赤外光電変換素子を製造し、評価する。
<Comparative Example 1>
(Manufacturing and Evaluation of Near Infrared Photoelectric Conversion Device)
A near-infrared photoelectric conversion device is produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that compound CP-1 is used instead of compound P1-1.
<比較例2>
(近赤外光電変換素子の製造および評価)
化合物P1-1の代わりに、化合物CP-1を用いた以外は、実施例2と同様にして、近赤外光電変換素子を製造し、評価する。
<Comparative Example 2>
(Manufacturing and Evaluation of Near Infrared Photoelectric Conversion Device)
A near-infrared photoelectric conversion device is produced and evaluated in the same manner as in Example 2, except that compound CP-1 is used instead of compound P1-1.
実施例1~6の近赤外光電変換素子は、近赤外波長領域における光電変換効率に優れ、可視光域における光電変換効率が低い。 The near-infrared photoelectric conversion elements of Examples 1 to 6 are excellent in photoelectric conversion efficiency in the near-infrared wavelength region and low in photoelectric conversion efficiency in the visible light region.
Claims (8)
R1およびR2は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいハロゲン化アルキル基またはハロゲン原子を表す。複数存在するR1は、同一であっても異なっていてもよく、複数存在するR2は、同一であっても異なっていてもよい。mは、1~20の整数を表す。複数存在するmは、同一であっても異なっていてもよい。
Ar1は、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい多環式芳香族化合物のジイル基を表す。2個あるAr1は、同一であっても互いに異なっていてもよい。C1、C2およびC3は、前記多環式芳香族化合物のジイル基を構成する炭素原子を表す。
Ar2は、環構造を構成する炭素原子がヘテロ原子で置換されていてもよい多環式芳香族化合物のジイル基を表す。
Ar1とAr2とは、互いに結合して環を構成していてもよい。)
R1、R2、mおよびAr1は、前記と同じ意味を表す。複数存在するR1は、同一であっても異なっていてもよく、複数存在するR2は、同一であっても異なっていてもよい。複数存在するmは、同一であっても異なっていてもよい。
Aは、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基または置換基を有していてもよいヘテロアリーレン基を表す。2個あるAは、同一であっても互いに異なっていてもよい。
Ar1とAとは、互いに結合して環を構成していてもよい。)
R1、R2、mおよびAr1は、前記と同じ意味を表す。複数存在するR1は、同一であっても異なっていてもよく、複数存在するR2は、同一であっても異なっていてもよい。複数存在するmは、同一であっても異なっていてもよい。Ar1とAとは、互いに結合して環を構成していてもよい。) A compound represented by the following formula (1), formula (2) or formula (3).
R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted halogenated alkyl group or a halogen atom. Multiple R 1 's may be the same or different, and multiple R 2 's may be the same or different. m represents an integer from 1 to 20; Multiple m may be the same or different.
Ar 1 represents a diyl group of a polycyclic aromatic compound in which carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms . Two Ar 1 may be the same or different. C 1 , C 2 and C 3 represent carbon atoms constituting the diyl group of the polycyclic aromatic compound .
Ar 2 represents a diyl group of a polycyclic aromatic compound in which carbon atoms constituting the ring structure may be substituted with heteroatoms .
Ar 1 and Ar 2 may combine with each other to form a ring. )
R 1 , R 2 , m and Ar 1 have the same meanings as above. Multiple R 1 's may be the same or different, and multiple R 2 's may be the same or different. Multiple m may be the same or different.
A represents an optionally substituted alkylene group, an optionally substituted arylene group or an optionally substituted heteroarylene group. Two A's may be the same or different.
Ar 1 and A may combine with each other to form a ring. )
R 1 , R 2 , m and Ar 1 have the same meanings as above. Multiple R 1 's may be the same or different, and multiple R 2 's may be the same or different. Multiple m may be the same or different. Ar 1 and A may combine with each other to form a ring. )
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