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公開番号2024117748
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-29
出願番号2024020864
出願日2024-02-15
発明の名称化合物、組成物、インク、光電変換素子、光センサー、及び光電変換材料
出願人住友化学株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類C07D 495/14 20060101AFI20240822BHJP(有機化学)
要約【課題】長波長の光を光電変換できる光電変換素子に使用できる化合物を提供する。
【解決手段】下記式(1)で表される化合物であって、式(1)中、A¹及びA²はそれぞれ独立に、電子求引性の1価の基であり、Pは、式(P1)で表される2価の基であり、基A¹の基Pとの結合手に水素原子を結合させた化合物を化合物1aとし、基A²の基Pとの結合手に水素原子を結合させた化合物を化合物1bとし、基Pの基A¹及び基A²との結合手にそれぞれ水素原子を結合させた化合物を化合物2とした場合に、化合物1aのHOMOエネルギーと化合物2のHOMOエネルギーとの差の絶対値、及び、化合物1bのHOMOエネルギーと化合物2のHOMOエネルギーとの差の絶対値がいずれも2.93eV以上である、化合物。
A¹-P-A²…(1)
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…(P1)
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
下記式（１）で表される化合物であって、
Ａ
１
－Ｐ－Ａ
２
…（１）
式（１）中、
Ａ
１
及びＡ
２
はそれぞれ独立に、電子求引性の１価の基であり、
Ｐは、下記式（Ｐ１）で表される２価の基であり、
基Ａ
１
の基Ｐとの結合手に水素原子を結合させた化合物を化合物１ａとし、基Ａ
２
の基Ｐとの結合手に水素原子を結合させた化合物を化合物１ｂとし、基Ｐの基Ａ
１
及び基Ａ
２
との結合手にそれぞれ水素原子を結合させた化合物を化合物２とした場合に、前記化合物１ａのＨＯＭＯエネルギーと前記化合物２のＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値、及び、前記化合物１ｂのＨＯＭＯエネルギーと前記化合物２のＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値がいずれも２．９３ｅＶ以上である、化合物。
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2024117748000110.jpg
19
69
（Ｐ１）
（式（Ｐ１）中、
Ｘは、－Ｓ－で表される基、－ＣＲ
１
Ｒ
２
－で表される基、－ＳｉＲ
１
Ｒ
２
－で表される基、－ＮＲ－で表される基、－Ｃ（＝Ｏ）－で表される基、－Ｃ（＝Ｏ）－ＮＲ－で表される基、－ＮＲ－Ｃ（＝Ｏ）－で表される基、－ＣＲ
１
Ｒ
２
－Ｏ－で表される基、－Ｏ－ＣＲ
１
Ｒ
２
－で表される基、－Ｃ（＝Ｏ）－ＣＲ
１
Ｒ
２
－で表される基、又は－ＣＲ
１
Ｒ
２
－Ｃ（＝Ｏ）－で表される基を表し、
Ｒ、Ｒ
１
及びＲ
２
は、それぞれ独立して、
水素原子、
ハロゲン原子、
置換基を有していてもよいアルキル基、
置換基を有していてもよいシクロアルキル基、
置換基を有していてもよいアリール基、
置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいシクロアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいアリールオキシ基、
置換基を有していてもよいアルキルチオ基、
置換基を有していてもよいシクロアルキルチオ基、
置換基を有していてもよいアリールチオ基、
置換基を有していてもよい１価の複素環基、
置換基を有していてもよい置換アミノ基、
置換基を有していてもよいアシル基、
置換基を有していてもよいイミン残基、
置換基を有していてもよいアミド基、
置換基を有していてもよい酸イミド基、
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
Ｒ
１
及びＲ
２
が、互いに連結して環を形成していない請求項１に記載の化合物。
【請求項３】
Ｒ
１
及びＲ
２
が、置換基を有していてもよいアルキル基である請求項１又は２に記載の化合物。
【請求項４】
前記式（１）において、Ｘが－Ｏ－ＣＲ
１
Ｒ
２
－で表される基、又は、－ＣＲ
１
Ｒ
２
－Ｏ－で表される基である請求項１又は２に記載の化合物。
【請求項５】
前記化合物１ａのＬＵＭＯエネルギー（Ｅ
１ａL
）と前記化合物２のＨＯＭＯエネルギー（Ｅ
２Ｈ
）との差（Ｅ
１ａL
－Ｅ
２Ｈ
）、及び、前記化合物１ｂのＬＵＭＯエネルギー（Ｅ
１ｂL
）と前記化合物２のＨＯＭＯエネルギー（Ｅ
２Ｈ
）との差（Ｅ
１ｂL
－Ｅ
２Ｈ
）がいずれも、０．８５ｅＶ未満である請求項１又は２に記載の化合物。
【請求項６】
前記化合物１ａのＬＵＭＯエネルギーと下記式（２）で表される化合物のＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値、及び、前記化合物１ｂのＬＵＭＯエネルギーと下記式（２）で表される化合物のＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値がいずれも、１．３０ｅＶ以下である請求項１又は２に記載の化合物。
JPEG
2024117748000111.jpg
22
34
（２）
（式（２）中、Ｘは、式（Ｐ１）中のＸと同じである。）
【請求項７】
前記化合物１ａのＬＵＭＯエネルギーと下記式（２）で表される化合物のＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値、及び、前記化合物１ｂのＬＵＭＯエネルギーと下記式（２）で表される化合物のＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値がいずれも、１．０５ｅＶ以下である請求項１又は２に記載の化合物。
JPEG
2024117748000112.jpg
22
34
（２）
（式（２）中、Ｘは、式（Ｐ１）中のＸと同じである。）
【請求項８】
ＨＯＭＯ－ＬＵＭＯギャップが１．６ｅＶ未満である請求項１に記載の化合物。
【請求項９】
ＨＯＭＯ－ＬＵＭＯギャップが１．５ｅＶ以下である請求項１に記載の化合物。
【請求項１０】
化合物の最低励起一重項状態のエネルギー準位と基底状態のエネルギー準位のエネルギー差(E_S1)の密度汎関数理論による計算値が１．５ｅＶ以下である、請求項１に記載の化合物。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、化合物、組成物、インク、光電変換素子、光センサー、及び光電変換材料に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
光電変換素子は、例えば、省エネルギー、二酸化炭素の排出量の低減の観点から極めて有用なデバイスであり、注目されている。
【０００３】
光電変換素子とは、陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に設けられる活性層とを少なくとも備える素子である。光電変換素子においては、上記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極を透明又は半透明の材料から構成し、透明又は半透明とした電極側から活性層に光を入射させる。活性層に入射した光のエネルギー（ｈν）によって、活性層において電荷（正孔及び電子）が生成し、生成した正孔は陽極に向かって移動し、電子は陰極に向かって移動する。そして、陽極及び陰極に到達した電荷は、素子の外部に取り出される。
【０００４】
近年、光センサーとして短波赤外（ＳＷＩＲ、波長１０００ｎｍ～３０００ｎｍ）光に感度を有する光電変換素子は、可視光や近赤外光に比べ、屋外での外乱（自然光、水蒸気等）の影響が少ないことから、セキュリティカメラや車載用センサー等への応用が期待されている。現在、ＳＷＩＲ向け光電変換素子として知られているＩｎＧａＡｓ系光電変換素子は、非常に高価であるのに対し、安価な製造方法で製造可能な有機系光電変換素子が注目されている。
しかし、従来の有機光電変換化合物ではＳＷＩＲ光を十分に活用できる材料は少なく、とりわけ１３５０ｎｍ以上の波長のように従来よりも長波長の光を活用して光電変換できる化合物の報告例はごく僅かに限られており、新たな化合物の開発が望まれている。
例えば、特許文献１には、特定の構造を有する、赤外線応答性Ｎ型有機分子が記載されている。特許文献２には、Ａ－Ｄ’－Ｄ－Ｄ’－Ａ構造を有する有機半導体分子において、Ｄ’は、アルコキシチエニルを含むドナー部分であり、Ｄはジチオフェンを含むドナー部分であり、Ａは、(３－オキソ－２，３－ジヒドロ－１Ｈ－インデン－１－イリデン）マロノニトリルであることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
中国特許出願公開第１４８９１０２７号明細書
米国特許第２０１９／０１５７５８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の一実施形態が解決しようとする課題は、１３５０ｎｍの波長など、より長波長の光を光電変換できる光電変換素子に使用できる化合物を提供することにある。
本開示の他の実施形態が解決しようとする課題は、上記化合物を含む組成物、インク、光電変換素子、光センサー、及び光電変換材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来技術では、有機化合物を設計する際に、任意の分子構造に対して分子軌道計算を行い、分子のＨＯＭＯとＬＵＭＯを予測することで、所望の波長に対する光吸収特性の有無を判断し、分子構造の選定がなされてきた。しかし、ＳＷＩＲ域に光吸収特性を持つ有機化合物を実際の光電変換層として固体膜とした場合、単一分子としての光吸収特性に加え、隣接する分子同士の会合作用による光吸収波長の変化が大きいため、従来の計算方法では予測することはできなかった。本発明者らが鋭意検討した結果、特定の構成を持った有機化合物においては、分子の部分構造の分子軌道計算予測値と得られる固体膜の光吸収波長に相関があることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
本開示は、下記〔１〕～〔１８〕を含む。
〔１〕
下記式（１）で表される化合物であって、
Ａ
１
－Ｐ－Ａ
２
…（１）
式（１）中、
Ａ
１
及びＡ
２
はそれぞれ独立に、電子求引性の１価の基であり、
Ｐは、下記式（Ｐ１）で表される２価の基であり、
基Ａ
１
の基Ｐとの結合手に水素原子を結合させた化合物を化合物１ａとし、基Ａ
２
の基Ｐとの結合手に水素原子を結合させた化合物を化合物１ｂとし、基Ｐの基Ａ
１
及び基Ａ
２
との結合手にそれぞれ水素原子を結合させた化合物を化合物２とした場合に、前記化合物１ａのＨＯＭＯエネルギーと前記化合物２のＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値、及び、前記化合物１ｂのＨＯＭＯエネルギーと前記化合物２のＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値がいずれも２．９３ｅＶ以上である、化合物。
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69
（Ｐ１）
（式（Ｐ１）中、
Ｘは、－Ｓ－で表される基、－ＣＲ
１
Ｒ
２
－で表される基、－ＳｉＲ
１
Ｒ
２
－で表される基、－ＮＲ－で表される基、－Ｃ（＝Ｏ）－で表される基、－Ｃ（＝Ｏ）－ＮＲ－で表される基、－ＮＲ－Ｃ（＝Ｏ）－で表される基、－ＣＲ
１
Ｒ
２
－Ｏ－で表される基、－Ｏ－ＣＲ
１
Ｒ
２
－で表される基、－Ｃ（＝Ｏ）－ＣＲ
１
Ｒ
２
－で表される基、又は－ＣＲ
１
Ｒ
２
－Ｃ（＝Ｏ）－で表される基を表し、
Ｒ、Ｒ
１
及びＲ
２
は、それぞれ独立して、
水素原子、
ハロゲン原子、
置換基を有していてもよいアルキル基、
置換基を有していてもよいシクロアルキル基、
置換基を有していてもよいアリール基、
置換基を有していてもよいアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいシクロアルキルオキシ基、
置換基を有していてもよいアリールオキシ基、
置換基を有していてもよいアルキルチオ基、
置換基を有していてもよいシクロアルキルチオ基、
置換基を有していてもよいアリールチオ基、
置換基を有していてもよい１価の複素環基、
置換基を有していてもよい置換アミノ基、
置換基を有していてもよいアシル基、
置換基を有していてもよいイミン残基、
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一実施形態によれば、１３５０ｎｍの波長において光電変換できる化合物が提供される。
本開示の他の実施形態によれば、上記化合物を含む組成物、インク、光電変換素子、光センサー、及び光電変換材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、光電変換素子の構成例を模式的に示す図である。
図２は、イメージ検出部の構成例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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