專利名稱：用于光電器件的二萘嵌苯四羧酰亞胺衍生物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二萘嵌苯四羧酰亞胺衍生物。本發(fā)明進(jìn)一步涉及低聚噻吩-共軛的二 萘嵌苯四羧酰亞胺(TCPTCDI)以及它們在光電器件中的用途。背景
光電器件被用于將光轉(zhuǎn)化成電能。光電器件的特征在于它們的效率，由此它們可以將 入射光轉(zhuǎn)化成有用的電能。傳統(tǒng)地，光電器件已經(jīng)由不同的無機(jī)半導(dǎo)體制成，例如結(jié)晶的、多晶的、以及非晶 態(tài)的硅，砷化鎵，碲化鎘，以及其他類的。使用結(jié)晶的或非晶態(tài)的硅的器件在商業(yè)應(yīng)用中占 重要位置，并且一些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高效率。然而，由于在沒有顯著的降低效率缺陷的大晶體的 生產(chǎn)中所固有的困難，因此生產(chǎn)有效的基于結(jié)晶的器件(尤其是具有大的表面積)是困難并 且價格昂貴的。此外，高效率的非晶態(tài)硅器件在穩(wěn)定性上有問題。近來，正在研究和開發(fā)有機(jī)光電(OPV)器件以便以經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)成本來實(shí)現(xiàn)可接受 的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，由于OPV器件的能量轉(zhuǎn)換效率與它們的無機(jī)對應(yīng)物相比仍然比較 低(主要由于非常弱的分子軌道耦合以及隨后的有機(jī)半導(dǎo)體的低載體移動性)，因此有機(jī)太 陽能電池的工業(yè)生產(chǎn)還不是經(jīng)濟(jì)的。避開發(fā)生低載體移動性的問題以及小的激發(fā)子擴(kuò)射的 瓶頸并且由此增加有機(jī)太陽能電池的總能量轉(zhuǎn)化效率的一個有希望的方法是使用具有一 個供體-受體體系的異質(zhì)結(jié)OPV或分散的異質(zhì)結(jié)0PV，它包括處于一種分離的雙層的Π-以 及P-型傳導(dǎo)材料(異質(zhì)結(jié)0PV)或處于一種單層的材料，該單層是通過混合兩種η-以及 P-型材料(分散的異質(zhì)結(jié)0PV)制備的。分散的異質(zhì)結(jié)OPV的成功和效率在很大程度上取決 于相互滲透的供體-受體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的區(qū)域大小，它的大小理想地是在10 nm的范圍內(nèi)。由 于相互滲透相的分離程度以及區(qū)域大小取決于溶劑的選擇、蒸發(fā)速度、溶解性、供體和受體 的可混合性等，因而控制有機(jī)化合物在分散的異質(zhì)結(jié)元件中的形態(tài)是關(guān)鍵性的?？刂朴袡C(jī)化合物的形態(tài)的一種方式是通過共價地連接電子供體以及受體分子來 產(chǎn)生一種分子異質(zhì)結(jié)。由于它們獨(dú)特的光學(xué)以及電學(xué)特性，分子異質(zhì)結(jié)材料(即供體-受體 連接的分子)在OPV器件中具有重要的應(yīng)用并且，因此觸發(fā)了濃郁的科學(xué)研究。在能夠產(chǎn)生一種分子異質(zhì)結(jié)的電子供體和受體的材料中，已經(jīng)對低聚噻吩以及 二萘嵌苯四羧酰亞胺官能單元進(jìn)行了廣泛的研究，這是因為前者保存了其典型地電荷傳 輸以及自組裝特性，而后者提供了在可見區(qū)的高的摩爾吸光度連同電子接受特性。例 如，Cremer 等人在"Perylene-Oligothiophene-PeryIene Triads for Photovoltaic Applications, " Eur. J. Org. Chem. , 3715-3723 000 中披露了 由兩個端位二萘嵌苯 單酰亞胺之間結(jié)合的頭接尾整合的低聚(3-己基噻吩類)構(gòu)成的受體-供體-受體三聯(lián)體 系統(tǒng)，它可以用作有機(jī)太陽能電池。此外，Chen等人在"Oligothiophene-Functionalized Perylene Bisimide System :Synthesis> Characterization^ 以 及 Electrochemical Polymerization Properties, “ Chem. Mater. , 17:2208-2215 (2005)中描述了由兩個低 聚噻吩取代基功能化的二萘嵌苯雙酰亞胺衍生物。此外，Xiaowei等人在"A High-Mobility Electron-Transport Polymer with Broad Absorption 以及 Its Use in Field-Effect其中
M由以下化學(xué)式表示
Transistors 以及 All-Polymer Solar Cells, J. Am. Chem. Soc. 129:7246-7247 (2007)中披露了二萘嵌苯二酰亞胺與二噻吩并噻吩構(gòu)造單元的一種共聚物，表現(xiàn)出了在 從可見區(qū)到近紅外區(qū)范圍的寬吸收。Huang等人在〃Size Effects of Oligothiphene on the Dynamics of Electron Transfer in π -Conjugated 01igothiophene-PeryIene Bisimide Dyads, " J. Phys. Chem. C 112:2689-2696 O008)中披露了制備一系列具有 兩個低聚噻吩部分(moieties)的π -共軛的二萘嵌苯雙酰亞胺二分體，而PCT國際公布號 WO 08012584Α描述了幾種二萘嵌苯四羧酰亞胺作為發(fā)光器件的空穴傳輸材料。然而本領(lǐng)域所披露的以上化合物在用于OPV器件時均不顯示十分高的效率、載流 子移動性或穩(wěn)定性。因此所希望的是發(fā)展二萘嵌苯四羧酰亞胺衍生物，這些衍生物對于理 想的用于富勒烯衍生物[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯(PCBM)的電子供體而言具有潛在性、具 有高的光電轉(zhuǎn)換效率、并且對于OPV器件的應(yīng)用是穩(wěn)定的。附圖
簡要說明
圖la-e是本發(fā)明的TCPTCDI的循環(huán)伏安圖。圖2和3是本發(fā)明的TCPTCDI以及其他OPV材料的能帶圖。圖4是對于富勒烯衍生物[6，6]-苯基-C61- 丁酸甲酯(PCBM)而言一個理想的電 子供體的帶圖。圖fe-b是本發(fā)明的TCPTCDI的紫外-可見吸收光譜。圖6示出了本發(fā)明的TCPTCDI的熱重分析(TGA)曲線。圖7比較了本發(fā)明的TCPTCDI與銥絡(luò)合物的紫外-可見吸收光譜。圖8示出了本發(fā)明的TCPTCDI的銥絡(luò)合物的磷光淬滅譜圖。圖9是本發(fā)明的TCPTCDI的銥絡(luò)合物的淬滅的斯特恩-沃爾墨(Stern-Volmer) 圖。發(fā)明詳細(xì)描述
本發(fā)明涉及低聚噻吩-共軛的二萘嵌苯四羧酰亞胺(TCPTCDI)衍生物以及它們的用 途，連同用于OPV器件的包括此類衍生物的分子異質(zhì)結(jié)材料。本發(fā)明的TCPTCDI衍生物在 OPV器件中可以充當(dāng)電子供體、受體、或供體-受體連接的分子。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明的TCPTCDI衍生物可以由以下化學(xué)式(I)表示
權(quán)利要求
1.具有化學(xué)式I的化合物 R2
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物，其中隊是-H、直鏈或支鏈的C1,烷基、C4_20多氧雜 烷基、C4_2(l多硫雜烷基、或C4J多氮雜烷基，它可以由一個或多個非芳香的基團(tuán)取代。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化合物，其中&以及R3是C4_14芳基，它可以由一個或多 個非芳香的基團(tuán)取代。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化合物，其中&和民是二異丙基苯基。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的化合物，其中R4、R5、R6、以及R7是-H。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的化合物，其中&是一個直鏈或支鏈的C1,烷基，它可以由一個或多個由以下化學(xué)式表示的取代基取代
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化合物，其中&-L-是由以下化學(xué)式表示
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的化合物，其中該化合物具有以下化學(xué)式
9.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、5、6、或7中的任一項所述的化合物，其中札是直鏈或支鏈的Cl—20 焼基、C2-20 火布、C2—20 塊、C4—20 多氧雜烷基、c4_2(l多硫雜烷基、或c4_2(l多氮雜烷基，它們由一 個或多個氰基和/或羧基取代。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化合物，其中該化合物具有以下化學(xué)式
11.一種分子異質(zhì)結(jié)材料，包括根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任一項所述的化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的分子異質(zhì)結(jié)材料在光電器件中的用途。
13.一種光電器件，包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的分子異質(zhì)結(jié)材料。
全文摘要
本發(fā)明的化合物由以下化學(xué)式(I)表示，其中M是由以下化學(xué)式表示其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11、X1、X2、X3、L、a、b、c、d、e、x、y、以及z在此進(jìn)行定義。
文檔編號C07D409/14GK102112470SQ200980129674
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者H-S.金, M.H.鉉, O-S.曾, S-J.文, U.C.尹, W.S.申, Y.I.金 申請人:索爾維公司