化合物、组合物和光电转换元件的制作方法

本发明涉及作为半导体材料的化合物、包含该化合物的组合物和使用该组合物作为材料的光电转换元件。

背景技术：

1、光电转换元件是从例如节能、降低二氧化碳排放量的观点出发是极其有用的器件，受到了人们的关注。

2、光电转换元件是指至少具备由阳极和阴极构成的一对电极、以及设置于该一对电极间的活性层的元件。光电转换元件中，使上述一对电极中的至少一个电极由透明或半透明的材料构成，使光从设为透明或半透明的电极侧入射至活性层。通过入射到活性层的光的能量(hν)，在活性层中生成电荷(空穴和电子)，所生成的空穴向阳极移动，电子向阴极移动。然后，到达了阳极和阴极的电荷被取出到元件的外部。

3、在光电转换元件中，要求进一步提高光电转换效率。因此，开发并报道了各种半导体材料(参照非专利文献1。)。

4、现有技术文献

5、非专利文献

6、非专利文献1：joule 3，1140-1151，april 17，2019

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、然而，报道了：根据上述非专利文献1所报道的n型半导体材料，确实能够实现15％左右的光电转换效率。

3、然而，特别是对于作为光检测元件的光电转换元件所要求的暗电流的减少，尚难以说是充分的。

4、因此，需要能够满足光电转换元件所要求的特性、特别是能够在光检测元件中减少暗电流的进一步的半导体材料。

5、用于解决课题的手段

6、本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，通过后述的具有规定结构的化合物和包含该化合物的组合物，能够解决上述课题，从而完成了本发明。

7、因此，本发明提供下述[1]～[13]。

8、[1]一种组合物，其包含p型半导体材料和n型半导体材料，

9、上述n型半导体材料包含下述式(i)所示的化合物。

10、d1-b1-a1(i)

11、(式(i)中，

12、d1表示供电子性基团，

13、a1表示吸电子性基团，

14、b1表示包含1个以上的结构单元且构成π共轭体系的2价基团。)

15、[2]根据[1]中记载的组合物，其中，上述n型半导体材料的带隙大于上述p型半导体材料的带隙。

16、[3]根据[1]或[2]中记载的组合物，其中，d1的lumo的能级(ed-lumo)、构成b1的1个以上的结构单元中的至少1个结构单元的lumo的能级(eπ-lumo)和a1的lumo的能级(ea-lumo)满足下述式所示的条件。

17、ed-lumo＞eb-lumo＞ea-lumo

18、[4]根据[1]～[3]中任一项记载的组合物，其中，上述p型半导体材料为高分子化合物。

19、[5]根据[4]中记载的组合物，其中，上述p型半导体材料是吸收峰波长大于700nm的高分子化合物。

20、[6]一种油墨组合物，其包含[1]～[5]中任一项记载的组合物和溶剂。

21、[7]一种具有本体异质结结构的膜，其包含[1]～[5]中任一项记载的组合物。

22、[8]一种光电转换元件，其包含[7]中记载的膜作为活性层。

23、[9]根据权利要求8中记载的光电转换元件，其为光检测元件。

24、[10]下述式(i)所示的化合物。

25、d1-b1-a1(i)

26、(式(i)中，

27、d1表示供电子性基团，

28、a1为吸电子性基团，表示具有环结构的吸电子性基团，

29、b1表示包含1个以上的结构单元且构成π共轭体系的2价基团，

30、作为上述1个以上的结构单元中的至少1个的第1结构单元为下述式(ii)所示的结构单元，且该第1结构单元以外的剩余的第2结构单元为包含不饱和键的2价基团、2价芳香族碳环基或2价芳香族杂环基。

31、在上述第1结构单元存在2个以上的情况下，所存在的2个以上的第1结构单元彼此可以相同也可以不同。在第2结构单元存在2个以上的情况下，所存在的2个以上的第2结构单元彼此可以相同也可以不同。)

32、[化学式1]

33、

34、(式(ii)中，

35、ar1和ar2各自独立地表示可以具有取代基的芳香族碳环或可以具有取代基的芳香族杂环，

36、y表示直接键合、-c(＝o)-所示的基团或氧原子，

37、r各自独立地表示：

38、氢原子、

39、卤素原子、

40、可以具有取代基的烷基、

41、可以具有取代基的环烷基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的环烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的烷硫基、可以具有取代基的环烷硫基、可以具有取代基的芳硫基、可以具有取代基的1价杂环基、可以具有取代基的取代氨基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的亚胺残基、可以具有取代基的酰胺基、可以具有取代基的酰亚胺基、可以具有取代基的取代氧基羰基、可以具有取代基的烯基、可以具有取代基的环烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的环炔基、氰基、

42、硝基、

43、-c(＝o)-ra所示的基团、或-so2-rb所示的基团，

44、ra和rb各自独立地表示：

45、氢原子、

46、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、或可以具有取代基的1价杂环基。

47、所存在的多个r彼此可以相同也可以不同。)

48、[11]根据[10]中记载的化合物，其中，上述第1结构单元为下述式(iii)所示的结构单元。

49、[化学式2]

50、

51、(式(iii)中，

52、y和r如上文所定义，

53、x1和x2各自独立地表示硫原子或氧原子，

54、z1和z2各自独立地表示＝c(r)-所示的基团或氮原子。)

55、[12]根据[11]中记载的化合物，其中，上述第1结构单元为下述式(iv-1)所示的结构单元。

56、[化学式3]

57、

58、(式(iv-1)中，

59、y表示-c(＝o)-所示的基团或氧原子，

60、r各自独立地表示：

61、氢原子、

62、卤素原子、

63、可以具有取代基的烷基、

64、可以具有取代基的环烷基、

65、可以具有取代基的芳基、

66、可以具有取代基的烷氧基、

67、可以具有取代基的环烷氧基、

68、可以具有取代基的芳氧基、

69、可以具有取代基的烷硫基、

70、可以具有取代基的环烷硫基、

71、可以具有取代基的芳硫基、

72、可以具有取代基的1价杂环基、

73、可以具有取代基的取代氨基、

74、可以具有取代基的酰基、

75、可以具有取代基的亚胺残基、

76、可以具有取代基的酰胺基、

77、可以具有取代基的酰亚胺基、

78、可以具有取代基的取代氧基羰基、

79、可以具有取代基的烯基、

80、可以具有取代基的环烯基、

81、可以具有取代基的炔基、

82、可以具有取代基的环炔基、

83、氰基、

84、硝基、

85、-c(＝o)-ra所示的基团、或

86、-so2-rb所示的基团，

87、ra和rb各自独立地表示：

88、氢原子、

89、可以具有取代基的烷基、

90、可以具有取代基的芳基、

91、可以具有取代基的烷氧基、

92、可以具有取代基的芳氧基、或

93、可以具有取代基的1价杂环基。

94、所存在的多个r彼此可以相同也可以不同。)

95、[13]根据[10]～[12]中任一项记载的化合物，其中，b1为具有选自下述式(vi-1)～式(vi-16)所示的结构中的任1个结构的2价基团。

96、-cu1-(vi-1)

97、-cu1-cu1-(vi-2)

98、-cu1-cu2-(vi-3)

99、-cu1-cu1-cu1-(vi-4)

100、-cu1-cu2-cu1-(vi-5)

101、-cu1-cu1-cu2-(vi-6)

102、-cu1-cu2-cu2-(vi-7)

103、-cu2-cu1-cu2-(vi-8)

104、-cu1-cu1-cu1-cu1-(vi-9)

105、-cu1-cu1-cu1-cu2-(vi-10)

106、-cu1-cu1-cu2-cu1-(vi-11)

107、-cu1-cu1-cu2-cu2-(vi-12)

108、-cu1-cu2-cu1-cu2-(vi-13)

109、-cu1-cu2-cu2-cu1-(vi-14)

110、-cu1-cu2-cu2-cu2-(vi-15)

111、-cu2-cu1-cu2-cu2-(vi-16)

112、(式(v-1)～式(v-16)中，

113、cu1表示上述第1结构单元，

114、cu2表示上述第2结构单元。

115、在cu1存在2个以上的情况下，所存在的2个以上的cu1彼此可以相同也可以不同，在cu2存在2个以上的情况下，所存在的2个以上的cu2彼此可以相同也可以不同。其中，式(vi-8)中，不包括所存在的2个cu2相同的情况。)

116、发明效果

117、根据本发明，能够提供特别是能够有效地减少暗电流的化合物、包含该化合物的组合物和使用该组合物作为功能层的材料的光电转换元件。