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公開番号2025155274
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2024059007
出願日2024-04-01
発明の名称組成物、光電変換素子、及び光センサー
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H10K 30/60 20230101AFI20251006BHJP()
要約【課題】光電変換素子での暗電流が抑制され、かつ長波長の光を吸収できる組成物、光電変換素子、及び光センサーを提供する。
【解決手段】p型半導体材料とn型半導体材料とを含み、前記p型半導体材料は、下記式で示される構成単位Xと、2価の基であり前記構成単位Xとは化学構造が異なる構成単位Yと、を含み、前記p型半導体材料のLUMOエネルギーが-3.35eV以上-2.75eV以下であり、前記n型半導体材料は、式(n1)で表される化合物であり、化合物IaのHOMOエネルギーと化合物IIのHOMOエネルギーとの差の絶対値、及び、前記化合物IbのHOMOエネルギーと前記化合物IIのHOMOエネルギーとの差の絶対値が、いずれも2.75eV以上3.90eV以下である、組成物。構成単位X、構成単位Y、式(n1)、化合物Ia、及び化合物IIは、明細書にて定義のとおりである。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料とを含み、
前記ｐ型半導体材料は、下記式で示される構成単位Ｘと、２価の基であり前記構成単位Ｘとは化学構造が異なる構成単位Ｙと、を含み、
前記ｐ型半導体材料のＬＵＭＯエネルギーが－３．３５ｅＶ以上－２．７５ｅＶ以下であり、
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68
（構成単位Ｘ中、
Ａｒ
１
及びＡｒ
３
は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい３価の芳香族炭素環基又は置換基を有していてもよい３価の芳香族複素環基を表し、
Ａｒ
２
は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい４価の芳香族炭素環基又は置換基を有していてもよい４価の芳香族複素環基を表し、
ｎは０～３のいずれかの整数である。）
前記ｎ型半導体材料は、下記式（ｎ１）で表される化合物であり、
Ａ
１
－Ｐ－Ａ
２
（ｎ１）
（式（ｎ１）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（ｎ２）で示される構造を有する２価の基である。）
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Ｉａ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Ｉｂ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IIとした場合に、前記化合物ＩａのＨＯＭＯエネルギーと前記化合物IIのＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値、及び、前記化合物ＩｂのＨＯＭＯエネルギーと前記化合物IIのＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値が、いずれも２．７５ｅＶ以上３．９０ｅＶ以下である、組成物。
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（式（ｎ２）中、
Ａｒ
４
～Ａｒ
６
は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい２価の芳香族炭素環基又は置換基を有していてもよい２価の芳香族複素環基を表す。）
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記構成単位Ｘにおいて、Ａｒ
１
～Ａｒ
３
のうち少なくとも１つが、硫黄原子及び窒素原子のうち少なくとも一方を含む芳香族複素環基である請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記構成単位Ｘが、下記式（Ｘ１）で表される構造である請求項１に記載の組成物。
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58
（式（Ｘ１）中、ｎは０～３のいずれかの整数である。）
【請求項４】
式（ｎ２）のＡｒ
５
が、下記式（ｎ３）で表される構造である請求項１又は請求項２に記載の組成物。
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21
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（式（ｎ３）中、
Ｘ
２
は、２価の基を表し、
Ａｒ
７
及びＡｒ
８
は、それぞれ独立して置換基を有していてもよい縮環又は非縮環の３価の芳香族炭素環基、又は置換基を有していてもよい縮環又は非縮環の３価の芳香族複素環基を表し、
ｃ及びｄはそれぞれ独立して０又は１である。）
【請求項５】
前記ｐ型半導体材料が、下記式（Ｉ）で表される構成単位、下記式（II）で表される構成単位、及び下記式（III）で表される構成単位からなる群より選択される少なくとも１種を含む高分子化合物である、請求項１又は請求項２に記載の組成物。
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52
（式（Ｉ）中、Ａｒ
９
及びＡｒ
10
は、置換基を有していてもよい３価の芳香族複素環基を表し、Ｚは下記式（Ｚ－１）～式（Ｚ－７）で表される基を表す。
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式（Ｚ－１）～（Ｚ－７）中、Ｒ
１
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、
置換基を有していてもよい置換オキシカルボニル基、
置換基を有していてもよいアルケニル基、
置換基を有していてもよいシクロアルケニル基、
置換基を有していてもよいアルキニル基、
置換基を有していてもよいシクロアルキニル基、
シアノ基、
ニトロ基、
－Ｃ（＝Ｏ）－Ｒ
Ｙ
で表される基、又は
－ＳＯ
２
－Ｒ
Ｚ
で表される基を表し、
Ｒ
Ｙ
及びＲ
Ｚ
は、それぞれ独立して、
水素原子、
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アリールオキシ基、又は
置換基を有していてもよい１価の複素環基を表し、
Ｒ
１
が２つある場合、２つのＲ
１
は同一であっても異なっていてもよい。
式（II）中、Ａｒ
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【請求項６】
更に溶媒を含み、インクである請求項１又は請求項２に記載の組成物。
【請求項７】
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられており、請求項１又は請求項２に記載の組成物を用いて形成された活性層と、を含む、光電変換素子。
【請求項８】
光検出素子である、請求項７に記載の光電変換素子。
【請求項９】
請求項８に記載の光電変換素子を含む、光センサー。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、組成物、光電変換素子、及び光センサーに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
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】
光電変換素子に用いられるｐ型有機半導体としては、例えば、特許文献１に記載されたような、特定の構造を有する共役系高分子化合物が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－１３１７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光電変換素子は、例えば光検出素子として用いられる。光検出素子として用いられる光電変換素子は、電圧が印加された状態で使用され、素子に入射した光が変換されて電流として検出される。しかしながら、光が入射していない状態であっても、光電変換素子に微弱な電流が流れる。この電流は暗電流として知られており、光検出の精度を低下させる要因となっている。
一方で、光電変換素子での暗電流の抑制に関する知見、さらにはＳＷＩＲ（Short Wavelength Infrared；短波赤外線）領域の波長の光を利用した光電変換に関する知見は、現在のところ限られている。
【０００６】
本開示は上記に鑑みてなされたものであり、本開示は、光電変換素子での暗電流が抑制され、かつ長波長の光を吸収できる組成物、光電変換素子、及び光センサーの提供に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示には、以下の態様が含まれる。
＜１＞ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料とを含み、
前記ｐ型半導体材料は、下記式で示される構成単位Ｘと、２価の基であり前記構成単位Ｘとは化学構造が異なる構成単位Ｙと、を含み、
前記ｐ型半導体材料のＬＵＭＯエネルギーが－３．３５ｅＶ以上－２．７５ｅＶ以下であり、
【０００８】
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【０００９】
（構成単位Ｘ中、
Ａｒ
１
及びＡｒ
３
は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい３価の芳香族炭素環基又は置換基を有していてもよい３価の芳香族複素環基を表し、
Ａｒ
２
は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい４価の芳香族炭素環基又は置換基を有していてもよい４価の芳香族複素環基を表し、
ｎは０～３のいずれかの整数である。）
前記ｎ型半導体材料は、下記式（ｎ１）で表される化合物であり、
Ａ
１
－Ｐ－Ａ
２
（ｎ１）
（式（ｎ１）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（ｎ２）で示される構造を有する２価の基である。）
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Ｉａ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Ｉｂ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IIとした場合に、前記化合物ＩａのＨＯＭＯエネルギーと前記化合物IIのＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値、及び、前記化合物ＩｂのＨＯＭＯエネルギーと前記化合物IIのＨＯＭＯエネルギーとの差の絶対値が、いずれも２．７５ｅＶ以上３．９０ｅＶ以下である、組成物。
【００１０】
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（【００１１】以降は省略されています）

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