[发明专利]富勒烯衍生物和n型半导体材料

说明书

本发明的目的在于提供一种能够用于有机薄膜太阳能电池的n型半导体材料等用途的新型的富勒烯衍生物。上述目的通过式(1)所示的富勒烯衍生物实现。式中，R¹表示可以被1个以上的取代基取代的芳基，R²表示有机基团，R³表示有机基团，其中，R²和R³中的至少任意一个为可以被1个以上的取代基取代的烷基或可以被1个以上的取代基取代的烷基醚基，R⁴表示氢原子或有机基团，环A表示富勒烯环。

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、通过利用溶液的涂布法形成的器件，具有如下的各种优点：1)制作器件时的成本低；2)容易实现大面积化；3)与硅等无机材料相比，是柔性的材料，能够利用的场合更广泛；4)无需担心资源枯竭等。因此，近年来有机薄膜太阳能电池的开发正在进展，特别是通过采用本体异质结(bulk heterojunction)结构，能够使转换效率大幅度提高，因而备受瞩目。

有机薄膜太阳能电池所使用的光电转换基底用材料中，关于p型半导体，特别是作为具有优异性能的有机p型半导体材料，已知有聚－3－己基噻吩(P3HT)。最近，为了达到更高的功能，开发出了具有能够吸收宽范围波长的太阳光的结构和对能级进行了调节后的结构的化合物(供体受体型π共轭高分子)，对于性能的提高做出了很大的贡献。作为这样的化合物的例子，可以列举聚对苯撑乙烯(Poly(p-phenylene vinylene))、聚[[4,8－双[(2－乙基己基)氧]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，关于n型半导体，对富勒烯衍生物的研究盛行，作为具有优异的光电转换性能的材料，报道了[6,6]－苯基C61－丁酸甲酯(PCBM)(参照后述的专利文献1、2等)。但是，关于PCBM以外的富勒烯衍生物，能够稳定地实现良好的转换效率的实例几乎不存在。

PCBM是具有3元环部分的富勒烯衍生物，现有技术中报道的富勒烯衍生物几乎都是与PCBM同样具有3元环部分的富勒烯衍生物。

另一方面，作为具有3元环部分的富勒烯衍生物以外的富勒烯衍生物，还已知具有5元环部分的富勒烯衍生物，但其报道例少。在非专利文献1中公开了具有吡咯烷环、且仅在其1位和2位具有取代基的富勒烯衍生物。专利文献3中记载了具有吡咯烷环、且仅在其1位和2位具有取代基的富勒烯衍生物中，特别是其1位具有取代或无取代的苯基的富勒烯衍生物作为太阳能电池的n型半导体使用时，具有高的转换效率。在专利文献4中公开了具有吡咯烷环、且仅在其1位和2位具有取代基的富勒烯衍生物。在专利文献5中公开了具有2个以上吡咯烷环的富勒烯衍生物。在非专利文献2中公开了具有吡咯烷环、且在其1位具有苯基的富勒烯衍生物作为有机薄膜太阳能电池用的n型半导体有效。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－84264号公报

专利文献2：日本特开2010―92964号公报

专利文献3：日本特开2012－089538号公报

专利文献4：国际公开第2014/185536号

专利文献5：日本特开2011－181719号公报

非专利文献

非专利文献1：T.Itoh等，Journal of Materials Chemistry，2010年，20卷，9226页

非专利文献2：M.Karakawa等，Journal of Material Chemistry A，2014年，2卷，20889页