[发明专利]富勒烯衍生物和n型半导体材料

说明书

技术领域

本发明涉及富勒烯衍生物和n型半导体材料等。

背景技术

有机薄膜太阳能电池是使用有机化合物作为光电转换材料，从溶液通过涂布法形成的，具有如下各种优点：1)设备制作时的成本低；2)容易大面积化；3)与硅等无机材料相比，具有柔性，能够使用的地点广泛；4)资源枯竭的担忧少等。因此，近年来，进行着有机薄膜太阳能电池的开发，特别是能够通过采用本体异质结结构大幅提高转换效率，受到了广泛的关注。

有机薄膜太阳能电池中使用的光电转换元件用材料之中，对于p型半导体，特别是聚-3-己基噻吩(P3HT)作为具有优异的性能的有机p型半导体材料被已知。最近，为了得到更高功能，开发着具有能够吸收太阳光的广域波长的结构、具有调节能级的结构的化合物(给体受体型π共轭高分子)，对性能提高有很大贡献。作为这样的化合物的例子，可以列举聚对苯撑乙烯和聚[[4,8-双[(2-乙基己基)氧代]苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2,6-二基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩二基]](PTB7)。

另一方面，对于n型半导体，也积极研究着富勒烯衍生物，作为具有优异的光电转换性能的材料，报告了[6,6]-苯基C61-丁酸甲酯(PCBM)(参照后述专利文献1、2等)。然而，关于PCBM以外的富勒烯衍生物，几乎没有证实能够实现稳定且良好的转换效率的例子。

近年来，报告了PCBM以外的有机太阳能电池用富勒烯衍生物。然而，这些是在去掉阳极(ITO电极)的集电材料后的特殊的设备构成中的比较(非专利文献1)，具有与PCBM几乎相同程度的性能(非专利文献2)。另外Y.Li等所报告的二取代衍生物(非专利文献3)，如E.T.Hoke等的报告那样，P3TH实现了高于PCBM的转换效率，但是给体受体型π共轭高分子只能得到低的转换效率(非专利文献4)。

这样，至今仍未知不限定于p型材料、并且能够实现高的转换效率的PCBM以外的高功能的n型材料。

关于富勒烯衍生物的合成方法，提出了几种合成方法，从收率、纯度的方面出发，作为优异的方法，已知有使用重氮化合物得到的具有3元环部分的富勒烯衍生物的合成方法、添加由甘氨酸衍生物和醛产生的甲亚胺内鎓盐得到的具有5元环部分的富勒烯衍生物的合成方法。

上述的PCBM为具有3元环部分的富勒烯衍生物，是通过在得到在富勒烯骨架添加碳烯中间体得到的3种产物的混合物之后，经由利用光照射或加热处理的转换反应获得的。然而，以该制造方法得到的3元环部分的衍生物在取代基的导入位置、个数上存在限制，因此，在新型的n型半导体的开发中存在大的制约。

另一方面，关于具有5元环部分的富勒烯衍生物，可以认为在结构上的多样性方面优异，但是几乎没有关于作为有机薄膜太阳能电池的n型半导体材料具有优异性能的富勒烯衍生物的报告。作为其极少的例子之一，可以列举后述专利文献3所述的富勒烯衍生物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-84264号公報

专利文献2：日本特开2010-92964号公報

专利文献3：日本特开2012-089538号公報

非专利文献

非专利文献1：T.Itoh等，JournalofMaterialsChemistry，2010年，20卷，9226页

非专利文献2：T.Ohno等，Tetrahedron，2010年，66卷，7316页

非专利文献3：Y.Li等，JournalofAmericanChemicalSociety，2010年，132卷，1377页

非专利文献4：E.T.Hoke等，AdvancedEnergyMaterials，2013年，3卷，220页

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述现有技术的现状作出的，其主要目的在于，提供一种作为n型半导体、特别是作为有机薄膜太阳能电池等的光电转换元件用的n型半导体具有优异的性能的材料。

用于解决课题的方法

根据专利文献3，其中所记载的富勒烯衍生物具有高的光电转换效率。根据本发明的发明人的研究，可以认为，该高的光电转换效率中，富勒烯衍生物中所含的吡咯烷部位的胺的碱性是重要的要素。