【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种含有具有特定的苯并双噻唑骨架和结合有1个以上卤原子的杂环的结构单元的高分子化合物、有机半导体材料及其制造方法、包含该有机半导体材料的有机电子装置以及含有该有机电子装置的太阳能电池组件。
技术介绍
1、有机半导体材料为在有机电子学领域最重要的材料之一，可分类为给电子性的p型有机半导体材料、受电子性的n型有机半导体材料。通过适当地组合p型有机半导体材料、n型有机半导体材料，能够制造各种半导体元件，这样的元件例如可应用于：通过电子和空穴再结合形成的激子的作用下发光的有机电致发光(electroluminescence)、将光转换为电力的有机薄膜太阳能电池、控制电流量或电压量的有机薄膜晶体管。
2、这些之中，由于有机薄膜太阳能电池没有向大气中排放二氧化碳，因此对环境保护有用，此外从简单的构造也易于制造的观点出发，其需求增大。然而，有机薄膜太阳能电池的光电转换效率至今仍不充分。光电转换效率η为通过短路电流密度(jsc)与开路电压(voc)、填充因子(ff)的乘积“η＝开路电压(voc)×短路电流密度(jsc)×填充因子(ff)”计算得出的值，为了提升光电转换效率，除了提升开路电压(voc)之外，也需要提升短路电流密度(jsc)、填充因子(ff)。
3、由于开路电压(voc)与p型有机半导体的homo(高占据分子轨道)能级和n型有机半导体的lumo(最低空轨道)能级的能量差成比例，因此为了提升开路电压(voc)，需要加深(降低)p型有机半导体的homo能级。
4、此外，短路电流密度(js
5、另一方面，在专利文献1中，虽然提出了一种具有苯并双噻唑骨架的化合物，但转换效率(pce)最高仅为2.8％，不充分。
6、现有技术文献
7、专利文献
8、专利文献1：日本特开2017-157782号公报
技术实现思路
1、专利技术要解决的问题
2、本专利技术的问题在于提供一种转换效率优异的有机半导体材料。此外，由于在有机半导体材料中化学结构与转换效率密切相关，因此本专利技术的目的还在于提供一种可导入种类更多的骨架、取代基的原材料化合物。进一步地，还提供一种这样的有机半导体材料或其原材料化合物的制造方法。
3、解决问题的技术手段
4、本专利技术人发现为了提升转换效率、即在提升开路电压(voc)的同时提升短路电流密度(jsc)，使p型有机半导体吸收宽波长范围的光，同时适度加深homo能级是有用的。然后，着眼于p型有机半导体材料中的转换效率与化学结构的相关性进行深入研究，结果查明通过使用具有特定结构的有机半导体聚合物，能够在整个可见光区域具有广泛的光吸收的同时，可将homo能级、lumo能级调整至适当的范围，由此可在提升开路电压(voc)的同时，也提升短路电流密度(jsc)。然后，发现了在使用这样的转换效率(pce)良好的有机半导体聚合物时，在p型有机半导体和n型有机半导体之间容易引起电荷分离，从而完成本专利技术。
5、即，本专利技术涉及的高分子化合物，其特征在于，具有式(1)所示的苯并双噻唑结构单元。
6、[化1]
7、
8、[在式(1)中，t1、t2、b1、b2为杂芳基，所述杂芳基各自可独立地被有机硅基、卤原子或烃基取代，所述杂芳基t1、t2、b1、b2中的至少1个被卤原子取代。]
9、在式(1)中，t1、t2分别优选为下述式(t1)所示的基团。
10、[化2]
11、
12、[在式(t1)中，r15表示氢原子、碳原子数6～30的烃基、卤原子或*-si(r18)3所示的基团。
13、r18各自独立地表示碳原子数1～20的脂肪族烃基或碳原子数6～10的芳香族烃基，多个r18可以相同也可以不同。
14、n1表示1～3的整数，多个r15可以相同也可以不同。*表示原子键。]
15、此外在式(1)中，b1、b2分别优选为下述式(b1)所示的基团。
16、[化3]
17、
18、[在式(b1)中，r20表示碳原子数6～30的烃基或卤原子。n3表示0～2的整数，多个的r20可以相同也可以不同。*表示原子键，其中左侧的*表示与苯并双噻唑化合物的苯环成键的原子键。]
19、此外，本专利技术包含式(1)中的杂芳基t1以及t2分别被1个以上的卤原子取代的高分子化合物。
20、此外，本专利技术包含式(1)中的杂芳基b1以及b2分别被1个以上的卤原子取代的高分子化合物。
21、本专利技术的高分子化合物优选为供体-受体型半导体聚合物。含有本专利技术的高分子化合物的有机半导体材料也包含于本专利技术的技术范围。
22、此外，本专利技术包含式(5)所示的苯并双噻唑化合物。
23、[化4]
24、
25、[在式(5)中，t1、t2、b1、b2为杂芳基，所述杂芳基各自可独立地被有机硅基、卤原子或烃基取代，所述杂芳基t1、t2、b1、b2中的至少1个被卤原子取代。r1～r4各自独立地表示碳原子数1～6的脂肪族烃基、羟基、碳原子数1～6的烷氧基或碳原子数6～10的芳氧基。m1、m2各自独立地表示硼原子或锡原子。r1、r2可与m1共同成环，r3、r4可与m2共同成环。m、n分别表示1或2的整数。此外，m、n为2时，多个r1、r3各自可以相同也可以不同。]
26、本专利技术还包含式(4)所示的苯并双噻唑化合物。
27、[化5]
28、
29、[在式(4)中，t1、t2、b1、b2为杂芳基，所述杂芳基各自可独立地被有机硅基、卤原子或烃基取代，所述杂芳基t1、t2、b1、b2中的至少1个被卤原子取代。]
30、本专利技术进一步包含式(3)所示的苯并双噻唑化合物。
31、[化6]
32、
33、[在式(3)中，t1、t2为杂芳基，所述杂芳基各自可独立地被有机硅基、卤原子或烃基取代，所述杂芳基t1、t2中的至少1个被卤原子取代。x1、x2表示卤原子。]
34、本专利技术包含式(2)所示的苯并双噻唑化合物。
35、[化7]
36、
37、[在式(2)中，t1、t2为杂芳基，所述杂芳基各自可独立地被有机硅基、卤原子或烃基取代，所述杂芳基t1、t2中的至少1个被卤原子取代。]
38、本专利技术包含式(20)所示的噻吩化合物。
39、[化8]
40、
【技术保护点】
1.一种高分子化合物，其特征在于，具有式(1)所示的苯并双噻唑结构单元，
2.根据权利要求1所述的高分子化合物，T1、T2分别为下述式(t1)所示的基团，
3.根据权利要求1或2所述的高分子化合物，B1、B2分别为下述式(b1)所示的基团，
4.根据权利要求1～3任一项所述的高分子化合物，杂芳基B1以及B2分别被1个以上的卤原子取代。
5.根据权利要求1～4任一项所述的高分子化合物，杂芳基T1以及T2分别被1个以上的卤原子取代。
6.根据权利要求1～5任一项所述的高分子化合物，其为供体-受体型半导体聚合物。
7.一种有机半导体材料，其含有权利要求1～6任一项所述的高分子化合物。
8.一种式(5)所示的苯并双噻唑化合物，
9.一种式(4)所示的苯并双噻唑化合物，
10.一种式(3)所示的苯并双噻唑化合物，
11.一种式(2)所示的苯并双噻唑化合物，
12.一种式(20)所示的噻吩化合物，
13.一种式(21)所示的噻吩化合物，
15.根据权利要求14所述的制造方法，包括下述第一工序、第二工序(a)以及第三工序；
16.根据权利要求14所述的制造方法，包括下述第一工序、第二工序(b-1)、第二工序(b-2)以及第三工序；
17.根据权利要求14～16任一项所述的制造方法，进一步历经式(5)所示的化合物，
18.根据权利要求14～17任一项所述的制造方法，进一步包括下述第四工序，
19.一种有机电子装置，其特征在于，含有权利要求7所述的有机半导体材料。
20.根据权利要求19所述的有机电子装置，其为有机薄膜太阳能电池。
21.一种太阳能电池组件，其特征在于，含有权利要求20所述的有机电子装置。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种高分子化合物，其特征在于，具有式(1)所示的苯并双噻唑结构单元，
2.根据权利要求1所述的高分子化合物，t1、t2分别为下述式(t1)所示的基团，
3.根据权利要求1或2所述的高分子化合物，b1、b2分别为下述式(b1)所示的基团，
4.根据权利要求1～3任一项所述的高分子化合物，杂芳基b1以及b2分别被1个以上的卤原子取代。
5.根据权利要求1～4任一项所述的高分子化合物，杂芳基t1以及t2分别被1个以上的卤原子取代。
6.根据权利要求1～5任一项所述的高分子化合物，其为供体-受体型半导体聚合物。
7.一种有机半导体材料，其含有权利要求1～6任一项所述的高分子化合物。
8.一种式(5)所示的苯并双噻唑化合物，
9.一种式(4)所示的苯并双噻唑化合物，
10.一种式(3)所示的苯并双噻唑化合物，
11.一种式(2)所示的苯并双噻唑化合物，
12.一种式(20)所示的噻吩化合物，
13.一种式(21)所示的噻吩化合物，
【专利技术属性】
技术研发人员：平田红里，今西良树，萩谷一刚，田中光，坂本康博，
申请(专利权)人：东洋纺株式会社，
类型：发明
国别省市：
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