[发明专利]茚并芘化合物、以及使用其的有机薄膜太阳能电池用材料和有机薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及茚并芘化合物以及使用其的有机薄膜太阳能电池用材料、进而涉及使用该有机薄膜太阳能电池材料的有机薄膜太阳能电池。

背景技术

太阳能电池和将光信号转换为电信号的光电二极管、摄像器件一样，都是相对于光输入而显示电输出的装置，是与相对于电输入而显示光输出的电致发光(EL)器件显示相反应答的装置。该太阳能电池在化石燃料的枯竭问题或地球温暖化问题的背景中，作为清洁能源而在近年受到很大关注，研究开发渐为盛行。目前为止，使用了单晶硅、多晶硅、非晶硅等的硅系太阳能电池不断实用化，但由于硅系太阳能电池昂贵、原料硅不足的问题等日渐显现，因而对下一代太阳能电池的开发需求增高。其中，廉价而毒性低、且没有原材料不足问题的有机薄膜太阳能电池作为继硅系太阳能电池的下一代太阳能电池而受到很大关注。

有机薄膜太阳能电池的研究起初基于使用了份菁色素等的单层膜而不断发展。但是，自从根据进一步的研究开发发现，通过形成具有传输电子的“n层”与传输空穴的“p层”的多层膜，可提高从光输入到电输出的转换效率(光电转换效率)以来，多层膜渐渐成为主流。多层膜的研究起初所用的材料为作为p层的铜酞菁(CuPc)、作为n层的苝酰亚胺类(PTCBI)。其后，发现通过在p层与n层之间插入“i层(p材料与n材料的混合层)”而增加叠层，可提高光电转换效率，但在p层和n层依然各自使用着相同的材料。

其后，通过将“p层/i层/n层”多层反复叠层的重叠单元构成，发现光电转换效率进一步提高。此时所使用的材料，p层为酞菁类，n层为富勒烯(C60)。

另一方面，在使用高分子的有机薄膜太阳能电池中，主要进行的是使用导电性高分子作为p层材料、使用C60衍生物作为n层材料，并将它们混合、通过进行热处理而引起微层分离以增加异质界面，而使光电转换效率提高的、所谓本体异质结构(バルクヘテロ構造)的研究。此处所用的材料体系，主要，p层材料为聚-3-己基噻吩(P3HT)、n层材料为C60衍生物(PCBM)。

这样，对于有机薄膜太阳能电池，从初期阶段起各层的材料基本没有进展，依然使用的是酞菁衍生物、苝酰亚胺衍生物、C60衍生物。因此，为了提高光电转换效率，迫切期望开发代替上述现有材料的新型材料。

可是，有机太阳能电池的工作过程一般包含(1)光吸收和激发子生成、(2)激发子扩散、(3)电荷分离、(4)载体移动、(5)电动势产生的数个过程，由于有机物大体上显示与太阳光光谱一致的吸收特性的不多，因而大多无法实现高光电转换效率。例如，对于近年来进行着精心开发的有机EL器件，虽然发现了作为优异的空穴传输材料和空穴注入材料的胺化合物，但即使将它们用作有机薄膜太阳能电池用的p层材料，也有对太阳光光谱的吸收特性不充分、得不到足够光电转换效率的缺点。

已知通常对于化合物，为了使之在可见光区域具有吸收，只要扩大π电子共轭结构将最大吸收波长长波长化即可。但是，过于扩张共轭体系而使分子量变得过大时，则有对溶剂的溶解性降低而使得纯化变难，且升华温度上升而无法进行升华纯化等的难点。所以，作为一定程度地抑制分子量、同时有效地将吸收波长长波长化而得的材料，开发了多并苯类(参照专利文献1～3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-335760号公报

专利文献2：日本特开2008-34764号公报

专利文献3：日本特开2008-91380号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，专利文献1～3中记载的多并苯类，为了扩大可见吸收区域而增大多并苯结构部位的缩合环数时，出于对光或氧的不稳定性，因而难以纯化或操作，存在高纯度化困难、缺乏实用性的问题。此外，还存在将上述多并苯类用作有机太阳能电池材料时的光电转换效率不充分的缺点。

本发明是在上述状沉下完成的，其目的在于提供作为有机电子材料有用的茚并芘化合物、特别是在用于有机薄膜太阳能电池时显示高效率的光电转换特性的茚并芘化合物。

用于解决问题的手段

本发明人等进行了深入研究，结果发现通过具有特定取代基的茚并芘化合物可实现上述目的。本发明是基于所述见解而完成的。

即本发明提供：

1.下述通式(I)所表示的茚并芘化合物，

[化1]