有机光检测器以及用于其的有机半导体化合物的制作方法

本发明涉及一种在具有依次配置了基材、阴极、活性层和阳极的结构的有机光检测器中，含有具有特定苯并双噻唑骨架的结构单元的高分子化合物的有机光检测器。

背景技术：

1、有机半导体化合物为一种有机电子学领域中最重要的材料，可分为提供电子的p型有机半导体化合物、接受电子的n型有机半导体化合物。通过将p型有机半导体化合物、n型有机半导体化合物适当地组合，能够制造各种各样的元件，这样的元件，可应用于例如通过电子与空穴的再结合形成的激子(exciton)的作用而发光的有机电致发光(electroluminescence)、将光转换为电力的有机光检测器以及有机薄膜太阳能电池、控制电流量或电压量的有机薄膜晶体管。

2、这些之中，由于能够检查各种波长的细微光，因此有机光检测器对医疗保健(血液检测)、安保(各种认证)、物流(物品管理等)等有用。此外，因结构简单而容易制造，由于可小型化/柔性化，因此在设置自由度高、难以破坏的方面也优异。在非专利文献1中，公开了一种使用聚(3-己基噻吩-2，5-二基)作为通用的p型有机半导体的有机光检测器。

3、现有技术文献

4、非专利文献

5、非专利文献1：acs applied materials&interfaces，2018年，第10版，42733-42739页

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、然而，非专利文献1公开的有机光检测器的暗电流为1×10-2ma/cm2(-2v时)，未必是可满足的水平。暗电流是在没有光照射的状态下施加反向电压时的电流密度jd(ma/cm2)，减小暗电流是提升灵敏度的一个重要的因素。由此，需要将吸收并激发光的上述p型半导体化合物的化学结构的合理化。

3、本发明的问题在于提供一种表现高转换效率的有机光检测器。此外，由于有机光检测器的能力依赖于有机半导体化合物的种类、组合、有机光检测器的构成等，有机半导体化合物的化学结构密切相关，因此在于提供一种使用可导入更多样骨架或取代基的高分子化合物的有机光检测器。近年来如非专利文献1所示那样，从稳定性的高度出发，具有在基材侧捕捉电子的电极(阴极)的反型结构元件受到关注，还需讨论元件的结构构成。

4、解决问题的技术手段

5、本发明人发现为了减小暗电流，将有机半导体的化学结构合理化是有用的。然后，着眼于有机半导体化合物中的暗电流与化学结构的关联，进行了深入研究结果查明，通过使用具有特定结构的有机半导体聚合物，可以减小暗电流。然后发现，使用这样的有机半导体聚合物时，在p型有机半导体和n型有机半导体之间可容易地产生电荷分离，从而完成本发明。

6、即，本发明的特征在于，其为一种具有依次配置了基材、阴极、活性层和阳极的结构的有机光检测器，所述活性层中含有具有式(1)所示的特定的苯并双噻唑骨架的结构单元的高分子化合物(以下，有时称为“高分子化合物(1)”。)。

7、[化4]

8、

9、[在式(1)中，t1、t2各自独立地表示可以被烷氧基、烷硫基、烃基或有机硅基取代的噻吩环；可以被烃基或有机硅基取代的噻唑环；或者可以被烃基、烷氧基、烷硫基、有机硅基、卤原子或三氟甲基取代的苯基。

10、此外，b1、b2表示可以被烃基取代的噻吩环；可以被烃基取代的噻唑环或亚乙炔基(-c≡c-)。]

11、在式(1)中，t1、t2优选为下述式(t1)～(t5)任一项表示的基团。

12、[化5]

13、

14、[在式(t1)～(t5)中，

15、r13～r14各自独立地表示碳原子数6～30的烃基。

16、r15～r16各自独立地表示碳原子数6～30的烃基或*-si(r18)3所示的基团。r15’表示氢原子、碳原子数6～30的烃基、*-si(r18)3所示的基团。r17各自独立地表示碳原子数6～30的烃基、*-o-r19、*-s-r20、*-si(r18)3或*-cf3。

17、r18各自独立地表示碳原子数1～20的脂肪族烃基或者碳原子数6～10的芳香族烃基，多个r18可以相同也可以不同。

18、r19～r20表示为碳原子数6～30的烃基。

19、*表示与苯并双噻唑的噻唑环成键的原子键。]

20、此外在式(1)中，b1、b2各自优选为下述式(b1)～(b3)任一项表示的基团。

21、[化6]

22、

23、[在式(b1)～(b3)中，

24、r21、r22、r21’表示氢原子或碳原子数6～30的烃基。

25、*表示原子键，特别是左侧的*表示与苯并双噻唑化合物的苯环成键的原子键。]

26、本发明的高分子化合物(1)优选为供体-受体型半导体聚合物。此外，含有本发明的高分子化合物(1)的有机半导体材料也包含于本发明的技术范围。

27、所述活性层中优选进一步地含有n型有机半导体化合物，n型半导体化合物优选为富勒烯或其衍生物。

28、本发明的有机光检测器优选在所述阴极和所述活性层之间具有电子传输层，在所述阳极和所述活性层之间具有空穴传输层。此外，所述阴极优选为透明电极，所述阳极优选为金属电极。

29、发明的效果

30、用于本发明的高分子化合物(1)可通过分子内s-n相互作用来形成平面十字型骨架。其结果是，由于π共轭在平面十字型骨架中扩张，因此表现出来自多个π-π*跃迁的多波段光吸收，即使为微弱光也可高效地进行反应。此外，通过基于平面十字型骨架的包装结构的最佳化，可减小暗电流。此外，对于构成用于本发明的高分子化合物(1)的苯并双噻唑骨架而言，作为取代基，可导入各种各样的取代基，能够控制对有机光检测器特性造成各种影响的材料的特性(结晶性、制膜性、吸收波长)。作为元件构成，可制作在基板侧捕捉电子的反型结构元件。

技术特征：

1.一种有机光检测器，其特征在于，其具有依次配置了基材、阴极、活性层和阳极的构造，所述活性层中含有具有如式(1)所示的苯并双噻唑结构单元的高分子化合物，

2.根据权利要求1所述的有机光检测器，其特征在于，所述高分子化合物的t1、t2各自为下述式(t1)～(t5)的任一项所示的基团，

3.根据权利要求1或2所述的有机光检测器，其特征在于，b1、b2各自为下述式(b1)～(b3)的任一项所示的基团，

4.根据权利要求1～3任一项所述的有机光检测器，所述高分子化合物为供体-受体型半导体聚合物。

5.根据权利要求1～4任一项所述的有机光检测器，所述活性层进一步地含有n型有机半导体化合物。

6.根据权利要求5所述的有机光检测器，所述n型有机半导体化合物为富勒烯或其衍生物。

7.根据权利要求1～6任一项所述的有机光检测器，所述阳极和所述活性层之间具有空穴传输层。

8.根据权利要求1～7任一项所述的有机光检测器，所述阴极和所述活性层之间具有电子传输层。

9.根据权利要求1～8任一项所述的有机光检测器，所述阴极为透明电极。

10.根据权利要求1～9任一项所述的有机光检测器，所述阳极为金属电极。

技术总结
本发明提供一种表现高转换效率的有机光检测器。一种有机光检测器，其特征在于，其为具有依次配置了基材、阴极、活性层和阳极的结构的有机光检测器，所述活性层中含有具有如式(1)所示的苯并双噻唑结构单元的高分子化合物。[在式(1)中，T1、T2各自独立地表示为：可以被烷氧基、烷硫基、烃基或有机硅基取代的噻吩环；可以被烃基或有机硅基取代的噻唑环；或者可以被烃基、烷氧基、烷硫基、有机硅基、卤原子或三氟甲基取代的苯基。此外，B1、B2表示为：可以被烃基取代的噻吩环；可以被烃基取代的噻唑环或亚乙炔基。]

技术研发人员：东山大地,今西良树,田中光,萩谷一刚
受保护的技术使用者：东洋纺株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21