[发明专利]第Ⅲ族金属的芳氧基-酞菁

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月11日提交的美国临时申请61/776,215号的权益。通过引用将所引用的申请的内容并入本申请。

发明背景

A.发明领域

本公开涉及包含第III族金属的芳氧基-酞菁化合物的组合物、用于制备所述组合物的方法以及由该组合物制造的制品。

B.相关技术的描述

例如，可在低成本光伏电池中使用有机材料作为半导体。有机材料相对于现有硅技术可在材料及制造成本方面提供显着优点，且其通常不会遭受对于硅常见的市场供应需求压力。现有技术基于分子的薄膜器件可呈现与那些基于聚合物的电池类似的效率；然而，有机薄膜太阳能电池由于其容易制造而提供显著优点。有机薄膜太阳能电池无需利用基于聚合物的电池所采用的溶液处理方法。而是，它们通常使用实施规模可改变且相对廉价的真空沉积方法。这种器件结构的优点在于无需形成纳米相分离的本体异质结薄膜结构。

使用常规方法制备的当前可用的有机半导体通常遭受低电荷载流子迁移率或电导。另外，在小分子的情形下，通常观察到膜形成性质和电性能二者的批次变化。因此，期望获得具有可以通过分子变化调整、优化或设计的性能性质的新有机半导体材料。这些需要及其他需要通过本公开的组合物及方法来满足。

发明概述

本发明一般涉及芳氧基-酞菁化合物、用于制备所述化合物的方法及由该化合物制造的制品。在一个方面，芳氧基-酞菁化合物包含各种芳氧基分子部分及第III族金属。

本文描述具有通用分子结构(I)的化合物：

其中M选自第III族金属且包括铝、镓及铟；其中“n”是等于或大于0的整数；其中每个R₁独立地包括直链烷基基团、带有支链的烷基基团、环烷基基团、烯基基团、炔基基团、烷氧基基团、芳氧基基团、杂环基团、单环芳族基团、多环芳族基团、芳基基团、烷基芳基基团、芳基烷基基团、亚烷基基团、氢、卤素或其组合；且其中R₂包括包含大于或等于约6至约22个碳原子的含芳基基团，其中含芳基基团可以任选地在任意一个或更多个位置处被一个或更多个杂原子取代，其中杂原子，若存在，可包括卤素、氧、硫、氮或其组合。

在再一个方面，本文描述用于制备具有通用结构(I)的化合物的方法，该方法包括：(a)提供包含含有卤素-金属键的经R₁取代的酞菁前体的化合物，其中卤素包括氯化物、溴、碘、氟或其组合，且其中每个R₁包括直链烷基基团、带有支链的烷基基团、环烷基基团、烯基基团、炔基基团、烷氧基基团、芳氧基基团、杂环基团、单环芳族基团、多环芳族基团、芳基基团、烷基芳基基团、芳基烷基基团、亚烷基基团、氢、卤素或其组合；(b)提供包含任选地经取代的含芳基(-R₂)和/或任选地经取代的含芳基醇基团(OH-R₂)的反应物，其中R₂包含大于或等于约6至约22个碳原子，其中反应物若经取代则可在一个或更多个位置处被一个或更多个包括卤素、氧、硫、氮或其组合的杂原子取代；(c)在有机溶剂存在下在有效形成具有通用分子结构(I)的化合物的条件下使包含含有卤素-金属键的酞菁前体的化合物与反应物反应，其中具有通用分子结构(I)的化合物在各个方面在有机溶剂中不溶、微溶、部分地可溶，或在有机溶剂中至少部分地可溶。

在另一方面，公开了光伏电池，其中光活性区包含小分子有机半导体，其包括包含通式(I)化合物的第III族金属的芳氧基-酞菁：

其中M是一种或更多种第III族金属且包括铝、镓、铟或其组合；其中“n”是等于或大于0的整数；其中每个R₁独立地包括直链烷基基团、带有支链的烷基基团、环烷基基团、烯基基团、炔基基团、烷氧基基团、芳氧基基团、杂环基团、单环芳族基团、多环芳族基团、芳基基团、烷基芳基基团、芳基烷基基团、亚烷基基团、氢、卤素或其组合；且其中R₂包括包含大于或等于约6至约22个碳原子的含芳基基团，其中含芳基基团可任选地在任意一个或更多个位置处被一个或更多个杂原子取代，其中杂原子，若存在，可包括卤素、氧、硫、氮或其组合。

在又一方面，还公开了用于制备包含第Ⅲ族金属的芳氧基-酞菁的光伏器件和/或电池的方法。