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公開番号2025153463
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024055959
出願日2024-03-29
発明の名称縮合多環芳香族化合物、有機半導体材料、光電変換素子用材料、有機薄膜、及び有機光電変換素子
出願人日本化薬株式会社
代理人
主分類C07D 495/04 20060101AFI20251002BHJP(有機化学)
要約【課題】光電変換材料として用いた場合に、優れたEQE及び暗電流抑制を両立する有機光電変換素子を与える縮合多環芳香族化合物、並びにこれを用いた光電変換素子用材料、有機薄膜、及び有機光電変換素子を提供することを目的とする。
【解決手段】下記式(1)
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(式中、Zは酸素又は硫黄を表し、X及びYはそれぞれ独立に2価の芳香族炭化水素基、2価の複素環基、又は単結合を表す。但し、XとYがいずれも単結合である場合を除く。)で表される縮合多環芳香族化合物を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
下記式（１）
TIFF
2025153463000015.tif
13
170
（式中、Ｚは酸素又は硫黄を表し、Ｘ及びＹはそれぞれ独立に２価の芳香族炭化水素基、２価の複素環基、又は単結合を表す。但し、ＸとＹがいずれも単結合である場合を除く。）
で表される縮合多環芳香族化合物。
続きを表示（約 480 文字）【請求項２】
Ｚが硫黄である請求項１に記載の縮合多環芳香族化合物。
【請求項３】
ＸとＹが同一である請求項１又は２に記載の縮合多環芳香族化合物。
【請求項４】
ＸとＹが互いに異なる請求項１又は２に記載の縮合多環芳香族化合物。
【請求項５】
Ｘ及びＹがそれぞれ独立に２価の芳香族炭化水素基である請求項１又は２に記載の縮合多環芳香族化合物。
【請求項６】
ＨＯＭＯのエネルギー準位が－５．７５ｅＶ以下である請求項１又は２に記載の縮合多環芳香族化合物。
【請求項７】
請求項１に記載の縮合多環芳香族化合物を含有する有機半導体材料。
【請求項８】
請求項１に記載の縮合多環芳香族化合物を含有する光電変換素子用材料。
【請求項９】
請求項１に記載の縮合多環芳香族化合物、請求項７に記載の有機半導体材料、又は請求項８に記載の光電変換素子用材料を含む有機薄膜。
【請求項１０】
請求項９に記載の有機薄膜を有する有機光電変換素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な縮合多環芳香族化合物、並びに、これを用いた有機半導体材料、光電変換素子用材料、有機薄膜、及び有機光電変換素子に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロニクスデバイスは、原材料に希少金属などを含まないため安定供給が可能であると共に、無機材料には無い屈曲性を有することや湿式成膜法によって製造可能なことから、近年盛んに研究開発がなされている。例えば、有機ＥＬ素子、電界効果トランジスタや有機光電変換素子などの有機薄膜デバイスが注目されており、これらの薄膜デバイスに用いられる縮合多環芳香族化合物に代表される種々の有機エレクトロニクス材料が研究、開発されている。
【０００３】
上記デバイスのうち、有機光電変換素子は光センサー等に利用されており、例えば撮像素子に用いることが検討されているが（特許文献１）、撮像素子として利用する際には、照射光を効率よく電気エネルギーに変換できているかの度合いを表す外部量子効率（ＥｘｔｅｒｎａｌＱｕａｎｔｕｍＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：以下、ＥＱＥと略す）の向上と、光を照射していない時の電流値（暗電流）の抑制が重要となる。
【０００４】
有機光電変換素子は近年、光電変換層にＰ型有機半導体とＮ型有機半導体の混合膜を利用するバルクへテロジャンクション構造が採用され、ＥＱＥの向上と暗電流の抑制を両立するための検討が行われている。このような研究において、正孔輸送特性に優れる種々のＰ型有機半導体が開発され、光電変換素子に用いられている。中でも、ベンゾジチオフェン（以降、ＢＤＴ）誘導体はＰ型有機半導体として良好な正孔輸送特性を示すことが知られ、電界効果トランジスタなどの種々の有機エレクトロニクスデバイスに用いる例が報告されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
ＷＯ２０２２／１１４０６５
ＷＯ２０１９／０８１４１６
ＷＯ２０１７／１５９０２５
【非特許文献】
【０００６】
Ｔａｋｉｍｉｙａｅｔａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００４，１２６，５０８４－５０８６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２及び３にはＢＤＴ誘導体をＰ型有機半導体として用いた光電変換素子が報告されている。しかしながら、これまでに報告されているＢＤＴ誘導体を用いた光電変換素子において、ＥＱＥ、暗電流を両立できるものは少なく、実用化における課題である。特許文献２に記載のＢＤＴ誘導体を用いた光電変換素子は、実用上十分なＥＱＥが得られていない。特許文献３には、ＢＤＴ誘導体を用いたＥＱＥと暗電流に優れる光電変換素子が報告されているが、本発明者らが評価したところ実用上十分な暗電流特性が得られないことがわかった。
【０００８】
有機光電変換素子の暗電流が生じる要因の一つに、正孔輸送材料であるＰ型有機半導体と電子輸送材料であるＮ型有機半導体の界面でおこる熱励起などによる電子の移動が挙げられる。具体的には、Ｐ型有機半導体のＨＯＭＯ（ＨｉｇｈｅｓｔＯｃｃｕｐｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ）からＮ型有機半導体のＬＵＭＯ（ＬｏｗｅｓｔＵｎｏｃｃｕｐｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ）へ意図せず電子が移動することにより、暗電流が生じる。この暗電流を抑制するためには、Ｐ型有機半導体のＨＯＭＯ準位エネルギーとＮ型有機半導体のＬＵＭＯ準位エネルギーの差を大きくする必要がある。つまり、暗電流を抑制するためには、Ｐ型有機半導体のＨＯＭＯのエネルギー準位が低い材料（ー５．７５ｅＶ以下）が好ましい。
【０００９】
以上の状況を鑑み、本発明は、光電変換材料として用いた場合に、優れたＥＱＥ及び暗電流抑制を両立する有機光電変換素子を与える縮合多環芳香族化合物、並びにこれを用いた光電変換素子用材料、有機薄膜、及び有機光電変換素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討を行った結果、３位で結合したチオフェン環を分子末端に配置した新規の縮合多環芳香族化合物を用いることにより、光電変換素子に用いる際に有意となる低いＨＯＭＯ準位エネルギーを有する有機半導体材料を開発し、上記の課題が解決されることを見出し、本発明を完成させるに至った。
（【００１１】以降は省略されています）

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