TWI844458B

TWI844458B - 含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物及包含其之有機光電元件

Info

Publication number: TWI844458B
Application number: TW112132128A
Authority: TW
Inventors: 蕭育堂; 李家豪; 廖椿毅; 李竣傑; 李佳華; 何宣伶; 張怡鳴
Original assignee: 天光材料科技股份有限公司
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2024-06-01

Abstract

本發明係關於一種含苯並硒二唑（Benzoselenadiazole）之非富勒烯受體化合物及包含其之有機光電元件，該含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物具有如下式之結構：其中，Ar ¹為一五元雜環；Ar ²為一C5~C20之單環或多環芳香族雜環衍生物；π為一C5~C20之單環或多環芳香族雜環衍生物，其中m=0~5；以及EG為一含有酮類及拉電子基之單環或多環衍生物。包含本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物之有機光電元件如OPD或OPV，於使用時可提供較佳之吸光波長範圍和光電轉換效率。

Description

含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物及包含其之有機光電元件

本發明係關於一種化合物，尤其係一種含苯並硒二唑（Benzoselenadiazole）之非富勒烯受體化合物，及包含其之有機光電元件。

近年來，為了製造更通用、成本更低之電子元件，對於有機半導體化合物（Organic Semiconducting Compound，OSC）之需求日增，此一現象係因有機半導體化合物與傳統半導體材料相比，其吸光範圍廣、光吸收係數大且具有可調控結構，其吸光範圍、能階及溶解度皆可以依照目標需求做調整，另外有機材料在元件製作上具有低成本、可撓曲性、毒性較低及可大面積生產之優點，使有機光電材料在各個領域都具有良好之競爭性。此類化合物之應用範圍十分廣泛，包含有機場效應電晶體（Organic field-effect transistor，OFET）、有機發光二極體（Organic light-emitting diode，OLED）、有機光探測器（Organic photodetector，OPD）、有機光伏（Organic photovoltaic，OPV）電池、傳感器、存儲元件和邏輯電路之各種元件或組件中。其中有機半導體材料於上述應用之各元件或組件中，通常以薄層之形式存在，其厚度約為50 nm至1 μm。

有機光感測器（OPD）為近年新興之有機光電領域，此類裝置具有依據不同應用有不同之材料需要。受益於現今材料科學之發展，OPD不僅可製成薄層，且吸收之光譜範圍可涵蓋紫外線（UV）至近紅外線（NIR），也可針對特定波長段進行吸收，例如在生物辨識時為避免可見光造成干擾，因此需要吸收紅外光之材料；而目前市面上之產品依據光源不同，需要吸收之光線波段為850 nm或940 nm。

其中，有機光感測器中之主動層材料係直接影響元件效能，因此扮演重要角色，而其材料可分為供體與受體兩部分。供體材料方面常見之材料包含有機聚合物、低聚物或限定之分子單元，現今以發展D-A型之共軛高分子為主流，藉由其高分子中多電子單元與缺電子單元間交互作用而形成之推—拉電子效應，可用來調控高分子之能階與能隙；而搭配之受體材料通常為具有高導電度之富勒烯衍生物，其吸光範圍大約在400-600 nm，此外亦包含石墨烯、金屬氧化物或量子點等。然而富勒烯衍生物在結構上不易調整，且吸光波段及能階之範圍有其侷限，使得整體供體、受體材料搭配上受限。隨著市場發展，近紅外光區之材料需求逐漸增加，即使供體材料共軛高分子之吸光範圍能夠調控到近紅外光區，但受限於富勒烯受體未必能有良好搭配，因此發展出非富勒烯受體化合物來取代傳統之富勒烯受體在主動層材料之突破上十分重要。

儘管如此，非富勒烯受體化合物早期之發展頗為困難，因為對其化合物型態之控制不易，因此其功率轉換效率偏低。不過，自2015年起關於非富勒烯受體之眾多研究，使其PCE有顯著之提昇而成為具有競爭力之選擇。此一改變主要歸因於合成方式進步、材料設計策略改進等原因，而先前為了富勒烯型受體而發展出之廣泛供體材料也間接為非富勒烯受體化合物之研發產生助益。

非富勒烯受體化合物材料發展，主要以多電子中心搭配兩側缺電子單元形成結構為A-D-A模式之分子，其中D通常由為苯環及噻吩組成之分子，A則通常為氰基茚酮（IC）衍生物。另一類結構則為A’-D-A-D-A’模式，作為中心之缺電子單元常使用含硫原子之分子以加強其表現。

如上所述，本領域之非富勒烯受體化合物材料經跨越早期之瓶頸後，目前正處於發展期，於材料之選擇或效能之提升上仍有多處可改進與突破之空間。因此如何針對現有之非富勒烯受體化合物進行改進，以得到具有更小之能隙、更佳之電氣特性以及光電轉換效率等優異材料性質，為本技術領域人員所欲解決之問題。

本發明之目的，係提供一種非富勒烯受體化合物，該非富勒烯受體化合物具有更小之能隙，當OPD和OPV裝置使用該非富勒烯受體化合物時，可減少漏電以及提高光電轉換效率。

為了達到上述之目的，本發明揭示了一種含苯並硒二唑（Benzoselenadiazole）之非富勒烯受體化合物，如下式，其中Ar ¹為一五元雜環；Ar ²為一C5~C20之單環或多環芳香族雜環衍生物；π為一C5~C20之單環或多環芳香族雜環衍生物，其中m=0~5；以及EG為一含有酮類及拉電子基之單環或多環衍生物。

本發明提供一實施例，其內容在於Ar ¹為選自由所組成之群組之至少一者，其取代基R ¹為選自由C1~C30之直鏈烷基、支鏈烷基、矽烷基、酯基、烷氧基、烷硫基、鹵代烷基、含有烯或炔之烷基、含有氰基、硝基、羥基或酮基取代之烷基、和鹵素所組成之群組之至少一者。

本發明提供一實施例，其內容在於Ar ²為選自由所組成之群組之至少一者，其取代基R ²為選自由C1~C30之直鏈烷基、支鏈烷基、矽烷基、酯基、烷氧基、烷硫基、鹵代烷基、含有烯或炔之烷基、含有氰基、硝基、羥基或酮基取代之烷基、鹵素、和經R ¹取代之苯環、五元雜環和六元雜環所組成之群組之至少一者。

本發明提供一實施例，其內容在於π為選自由所組成之群組之至少一者，其取代基R ³為選自由C1~C30之直鏈烷基、支鏈烷基、矽烷基、酯基、烷氧基、烷硫基、鹵代烷基、含有烯或炔之烷基、含有氰基、硝基、羥基或酮基取代之烷基、和鹵素所組成之群組之至少一者。

本發明提供一實施例，其內容在於EG為選自由所組成之群組之至少一者，其取代基R ⁴為選自由氫原子、鹵素、C1~C20之烷基、C1~C20之氧烷基、羰基、酯基和氰基所組成之群組之至少一者。

本發明之另一目的，在於提供一種含本發明之苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物之有機光電元件，該有機光電元件係包含一基板；一下電極，其係設置於該基板之上；一上電極，其係與該下電極相對設置；以及一中間層，其係設置於該下電極與該上電極之間，該中間層係包含一第一載子傳輸層、一主動層和一第二載子傳輸層，該主動層設置於該第一載子傳輸層和該第二載子傳輸層之間，且該主動層係含有如本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物。

本發明提供一實施例，其內容在於該第一載子傳輸層係位於該第二載子傳輸層之上。

本發明提供一實施例，其內容在於該第二載子傳輸層係位於於該主動層之上。

本發明提供一實施例，其內容在於該第一載子傳輸層係含有氧化鉬（MoO ₃）或PEDOT:PSS。

本發明提供一實施例，其內容在於該第二載子傳輸層係含有氧化鋅（ZnO）或PFNBr。

經測試其性質後，與現有之受體相較，其HOMO值有所提升，並維持一定之LUMO值，使能隙得以降低達到材料吸光紅位移之效果；當應用於OPD時，本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物亦展現良好之漏電表現且光譜應用範圍涵蓋940nm並具有高外部量子效率（EQE）表現。當應用於OPV時配搭P型高分子同樣在光電轉換效率都有很好之效果。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：

本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物係選擇A’-D-A-D-A’模式之結構，其中心缺電子單元係使用基於苯並硒二唑之多環結構，該單元之特性在於苯並硒二唑上所含之硒原子相較於常用之苯並噻二唑之硫原子，其原子半徑較大，分子間Se－Se之作用力較硫基形成之S－S作用力要強，能夠提升電荷遷移率（carrier mobility），且在吸收光譜上，硒基非富勒烯材料之吸收波段較硫基非富勒烯材料更加紅移，於元件製造上具有更大之優勢。此外，硒基非富勒烯受體化合物之漏電表現優於硫基非富勒烯受體化合物，亦可提升OPV之光電轉換效率。

作為兩側搭配苯並硒二唑之結構，本發明之Ar ¹係一單環之雜環單元，該雜環單元包含之原子較佳為S、Se、O、N、Te，含有氮原子單元能夠接上不同碳鏈以增加溶解度，而氧、硫、硒及碲原子則因其電負度及原子半徑不同，能夠調控分子能階、分子間作用力、電荷遷移率及吸光範圍。

本發明與Ar ¹相鄰之Ar ²係使用雜環芳香族衍生物，該衍生物包含之原子較佳為S、Se、O、N、Te，且為單環或多環形式，該單元係因需求不同而有數種原子及單、多環之組合變化：含有氮原子單元之特性在於能夠接上不同碳鏈以增加溶解度，而其餘氧、硫、硒及碲原子則依其電負度及原子半徑不同，而使該單元具相異之能階及電荷遷移率；單環下結構較簡單，能夠修飾官能基之位置較少；而多環上調控分子結構之位置較單環更多，有助於修飾材料特性。不同原子及單、多環選擇對於材料之分子能階、吸收光譜及溶解度都有很大之影響，且隨著環數越多，共軛長度延長，分子能隙也會越小並改變吸收光譜。

作為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物中之受體單元π，係一種單環或多環衍生物，且單元π於結構中之連接數較佳為0~5個。該單元係因需求不同而有數種原子及單、多環之組合變化：含有氮原子單元之特性在於能夠接上不同碳鏈以增加溶解度，而其餘氧、硫、硒及碲原子則依其電負度及原子半徑不同，而使該單元具相異之能階及電荷遷移率，並影響吸光範圍。單環下結構較簡單，能夠修飾官能基之位置較少；多環上調控分子結構之位置較單環更多，有助於修飾材料特性。不同原子及單、多環選擇對於材料之分子能階、吸收光譜及溶解度都有相當之影響，且隨著環數增加，共軛長度延長，該單元之分子能隙也會越小並改變吸收光譜。

本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物兩端之結構係一種拉電子基團，較佳為含有酮類及拉電子基之單環或多環衍生物。該單元係因需求不同而有數種原子及單、多環之組合變化，含有酮類拉電子基之材料能夠有效地促進分子間之非共價鍵作用力，提升分子排列及電荷遷移率。此外，隨著拉電子基單位之強度及數量提升，分子間電荷轉移強度亦顯著增加，進一步提升電荷遷移率、材料吸收光強度及調控吸光光譜紅移，使其應用領域更為廣泛。單、多環之選擇可以有更多位置做官能基修飾，調整分子間作用力及拉電子基效果。

請見第8圖和第9圖，含有本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物之有機光電元件10，常見者如有機光探測器（OPD）、有機光伏（OPV）電池等，其結構依序包含一基板110、一下電極120、一中間層12和一上電極160，且該中間層12係包含一第一載子傳輸層130、一主動層140和一第二載子傳輸層150，該主動層140設置於該第一載子傳輸層130和該第二載子傳輸層150之間，且該主動層140係含有如本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物。

本發明之有機光電元件，依其應用領域，其該中間層12之該第一載子傳輸層130和該第二載子傳輸層150之設置順序可互換，使該第一載子傳輸層130位於該第二載子傳輸層150之上，或使該第二載子傳輸層150位於該第一載子傳輸層130之上。

作為本發明之有機光電元件之該基板110，其材質係玻璃或塑膠。其選用之該下電極120，係具高功函數之金屬導電層，較佳係銦錫氧化物或其衍生物；而該上電極160則係具低功函數之金屬導電層，較佳係使用銀、鋁、或金。

本發明之有機光電元件之該第一載子傳輸層130，作為控制光電元件照光後生成之載子傳輸之用，係使用金屬氧化物或是導電高分子，較佳係氧化鉬（MoO ₃）或PEDOT:PSS；而該第二載子傳輸層150，同樣作為控制光電元件照光後生成之載子傳輸之用，係使用金屬氧化物或是導電高分子，較佳係氧化鋅（ZnO）或PFNBr。

以下，將進一步說明本發明之製備方法。以下所列之化合物N1至N10為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物。實施例1：化合物N1、N2之製備如下文之描述合成化合物M1至M7 a. M1之合成

將 DBBT(8 g, 27.2 mmol) 秤入500毫升三頸瓶，加入乙醇 (120 mL)、四氫呋喃 (200 mL)，以磁石於冰浴下攪拌至完全溶解，緩慢加入NaBH ₄(21 g, 544 mmol)，在冰浴下攪拌30分鐘，回至室溫反應1小時後，酸化粗產物，以乙酸乙酯/水進行萃取三次，蒐集有機層加入硫酸鎂除水，並將溶劑移除，獲得產物白色固體 M1(6.5 g, 90%)。該白色固體 M1使用 ¹H NMR (500 MHz, CDCl ₃) 鑑定之結果為: δ 6.82 (s, 2H), 3.88 (s, 4H)，見第1圖。 b. M2之合成

將 M1(7 g, 26.3 mmol)、氧化硒(3.5 g, 31.6 mmol) 秤入500毫升三頸瓶，加入乙醇 (210 mL) 以磁石攪拌，升溫至75 ^oC迴流1小時，將反應瓶至於冰浴降溫析出為白色固體，抽氣過濾並以乙醇沖洗，獲得產物白色固體 M2(8 g, 90%)。該白色固體 M2使用 ¹H NMR (500 MHz, CDCl ₃) 鑑定之結果為: δ 7.62 (s, 2H) ，見第2圖。 c. M3之合成

準備250毫升三頸瓶並加入磁石攪拌，於冰浴下依次加入硫酸 (42 mL)、發煙硫酸 (14 mL) 及發煙硝酸 (35 mL)，接著加入 M2(6.5 g, 18.1 mmol)，通氮氣並緩慢回至室溫反應18小時，反應結束後將反應溶液倒入冰塊中，待冰塊溶解後抽氣過濾以水清洗並蒐集固體，獲得產物黃棕色固體 M3(3.5 g, 43%)。鑑定上因 M3分子不含氫原子，因此並無測定氫譜直接往後實驗。 d. M4之合成

將 M3(3.5 g, 8.1 mmol)、 TT-Sn(8.9 g, 17.9 mmol) 秤入250毫升三頸瓶，加入四氫呋喃 (105 mL) 以磁石攪拌，於室溫下以氬氣除氧30分鐘，在氬氣系統下加入三(二亞苄基丙酮)二鈀（Pd ₂dba ₃，298 mg, 0.33 mmol）、三（鄰甲苯基）膦（P(o-tolyl) ₃，396 mg, 1.30 mmol），升溫至70 ^oC迴流2小時，以矽膠及矽藻土管柱純化並去除催化劑，再將溶劑移除，以四氫呋喃及庚烷攪拌溶解，滴入甲醇再結晶析出，抽氣過濾蒐集固體，獲得產物紅色固體 M4(4.9 g, 70%)。該紅色固體 M4使用 ¹H NMR (500 MHz, CDCl ₃) 鑑定之結果為: δ 7.64 (s, 2H), 7.16 (s, 2H), 2.77 (t, J=7.5 Hz, 4H), 1.80-1.77 (m, 4H), 1.41-1.26 (m, 32H), 0.88 (t, J=7.0 Hz 6H) ，見第3圖。 e. M5之合成

將 M4(6 g, 8.0 mmol)、PPh ₃(21 g, 80.4 mmol) 秤入500毫升三頸瓶，加入ODCB (173 mL)，於室溫下以氬氣除氧30分鐘，升溫180 ^oC迴流22小時，反應結束後降回室溫，加入甲醇使固體析出成混濁狀，攪拌30分鐘，抽氣過濾蒐集固體，過矽膠短柱，以沖提液二氯甲烷/庚烷=1/1去除極性較小之雜質，再以沖提液四氫呋喃將產物流出，將溶劑移除，獲得產物褐色固體 M5(3.3 g, 64%)（鑑定上因 M5溶解度不佳，因此略過 ¹H NMR測定直接進行後續步驟）。 f. M6之合成

準備250毫升三頸瓶，將 M5(4.1 g, 8.0 mmol)、60% NaH (2.6 g, 64.2 mmol) 秤入，打入無水 DMF (123 mL) 以磁石於室溫下攪拌30分鐘，在室溫下打入1-碘基-2-己基十二烷（1-iodo-2-hexyldecane） (25.5 g, 72.3 mmol)，升溫80 ^oC迴流5小時，緩慢加入水中止反應至反應瓶不再冒泡，以乙酸乙酯/水進行萃取三次，蒐集有機層加入硫酸鎂除水，並將溶劑移除，使用矽膠進行矽膠管柱層析 (沖提液為庚烷/二氯甲烷=5/1)，獲得產物紅色固體 M6(4.5 g, 70%)。該紅色固體 M6使用 ¹H NMR (500 MHz, CDCl ₃) 鑑定之結果為: δ 6.97 (s, 2H), 4.52 (d, J=8.0 Hz, 4H), 2.79 (t, J=7.8 Hz, 4H), 2.09-2.04 (m, 2H), 1.83 (p, J=7.6 Hz, 4H), 1.45-0.79 (m, 92H), 0.66 (d, J=7.0 Hz, 6H) ，見第4圖。 g. M7之合成

準備100毫升三頸瓶，將 M6(800 mg, 0.64 mmol) 秤入，打入無水四氫呋喃 (32 mL, 40 V) 置於冰浴以磁石攪拌，在冰浴下緩慢打入LDA (2.6 mL, 5.15 mmol)，於冰浴中反應30分鐘，接著在冰浴下緩慢打入1-甲醯哌啶（1-formylpiperidine，0.71 mL, 6.44 mmol），加完後移除冰浴，將反應升溫回室溫反應30分鐘，緩慢加入甲醇中止反應至不再冒泡，以乙酸乙酯/水進行萃取三次，蒐集有機層加入硫酸鎂除水，並將溶劑移除，進行矽膠管柱層析(沖提液為庚烷/二氯甲烷=1/1)，獲得紅色油狀物 M7(470 mg, 60%)。該紅色油狀物 M7使用 ¹H NMR (500 MHz, CDCl ₃) 鑑定之結果為: δ 10.11 (s, 2H), 4.55 (d, J=8.0 Hz, 4H), 3.17 (t, J=7.8 Hz, 4H), 2.04-2.01 (m, 2H), 1.90 (p, J=7.6 Hz, 4H), 1.48-0.78 (m, 92H), 0.66 (d, J=7.0 Hz, 6H) ，見第5圖。 h. 化合物N1之製備

取100毫升三頸瓶秤取 M7(510 mg, 0.39 mmol)、2-(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-1-ylidene)malononitrile (452 mg, 1.96 mmol)及氯仿 (15 mL) 以磁石攪拌，並以氬氣除氧30分鐘，打入吡啶 (0.5 mL)，升溫60 ^oC迴流30分鐘，反應結束後降回室溫，將溶劑移除，以甲醇及丙酮分別超音波震盪清洗一次及兩次，抽氣過濾蒐集固體，獲得產物深藍色固體 N1(406 mg ,60%) 。該深藍色固體 N1使用 ¹H NMR (500 MHz, CDCl ₃) 鑑定之結果為: δ 9.12 (s, 2H), 8.55-8.52 (m, 2H), 7.68-7.66 (m, 2H), 4.70 (d, J=7.0 Hz, 4H), 3.19 (t, J=7.3 Hz, 4H), 2.21-2.17 (m, 2H), 1.85 (p, J=6.8 Hz, 4H), 1.49-0.75 (m, 92H), 0.68 (d, J=6.3 Hz, 6H) ，見第6圖。 i. 化合物N2之製備

取100毫升三頸瓶秤取 M7(510 mg, 0.39 mmol)、2-（5,6-二氯-3-氧代-2,3-二氫-1H-茚-1-亞基）丙二腈（2-(5,6-dichloro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-1-ylidene)malononitrile，515 mg, 1.96 mmol）及氯仿 (15 mL) 以磁石攪拌，並以氬氣除氧30分鐘，打入吡啶 (0.5 mL)，升溫60 ^oC迴流30分鐘，反應結束後降回室溫，將溶劑移除，以甲醇及丙酮分別超音波震盪清洗一次及兩次，抽氣過濾蒐集固體，獲得產物深藍色固體 N2(421 mg, 60%) 。該深藍色固體 N2使用 ¹H NMR (500 MHz, CDCl ₃)鑑定之結果為: δ 9.15 (s, 2H), 8.77 (s, 4H), 7.93 (s, 2H), 4.70 (d, J=7.5 Hz, 4H), 3.20 (t, J=8 Hz, 4H), 2.14-2.09 (m, 2H), 1.85 (p, J=7.8 Hz, 4H), 1.51-0.75 (m, 92H), 0.67 (d, J=6.8 Hz, 6H) ，見第7圖。實施例2：化合物N3、N4之製備實施例3：化合物N5、N6之製備實施例4：化合物N7、N8之製備實施例5：化合物N9、N10之製備

含有本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物之有機光電元件，於以下實施例中，係以有機光探測器（OPD）和有機光伏（OPV）電池之效能測試結果進行說明。實施例6：效能測試—材料UV吸收及電化學性質

UV吸收：使用紫外光/可見光光譜儀偵測樣品之吸收光譜。量測樣品以氯仿溶解後，方可進行溶液態之量測。量測固態時，須將樣品製備成薄膜，方可進行量測。薄膜之製備：配置樣品濃度為 5 wt%，以玻璃當作基材，用旋轉塗佈之方式塗佈於玻璃上，隨後進行固態之量測。

電化學性質：用電化學分析儀來記錄氧化與還原電位，以 0.1 M之四正丁基六氟磷酸銨（Bu ₄NPF ₆，tetra-1-butylammonium hexafluorophosphate）之乙腈溶液為電解液，以 0.01 M 硝酸銀 (AgNO ₃)與 0.1 M TBAP (tetrabutylammonium perchlorate) 乙腈溶液加入 Ag/AgCl 參考電極 (reference electrode)，鉑 (Pt) 為輔助電極 (counter electrode)，碳玻璃電極 (glass carbon electrode) 為工作電極 (work electrode) ，並將待測物以氯仿溶解，滴至工作電極上形成薄膜。量測時以50 mV/sec 之速率掃描並同時記錄其氧化還原曲線。做成 CV 圖時，可得其氧化還原電位，並以 ferrocene/ferrocenium (Fc/Fc ⁺) 當作內參考電位校正後可得其 HOMO 及 LUMO 值。計算公式如下： HOMO = －(4.71 eV + (E _ox－E _ref)) LUMO = HOMO + E _g ^opt

測量結果如第10圖和第11圖，其數值列於表1 表1 本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物實施例之性質比較實施例7：OPD效能測試

使用具有薄層電阻、以預圖案化之ITO塗覆之玻璃作為基板。依序在中性清潔劑、去離子水、丙酮及異丙醇中超音波震盪處理，在每個步驟中清洗15分鐘。用UV-O ₃清潔器進一步處理洗滌過之基材15分鐘。將AZO（Aluminum doped zinc oxide nanoparticle）之頂塗層，以2000 rpm之旋轉速率40秒旋轉塗佈在ITO基板上，然後在空氣中在120 ^oC下烘烤5分鐘。在鄰二甲苯中製備活性層溶液（供體聚合物：受體小分子重量比為1:1.2~1:1.5）。聚合物濃度為12~16 mg/ml。為了完全溶解聚合物，活性層溶液應在加熱板上在100 ^oC下攪拌至少3小時，以PTFE濾膜過濾（孔徑0.45~1.2 μm），再將活性層溶液加熱1小時。隨後將溶液置於室溫冷卻後進行塗佈，以塗佈轉速控制膜厚範圍於500~1000 nm上下。之後混合膜在100 ^oC下退火5分鐘，然後傳送至蒸鍍機中。在3x10 ^-6Torr之真空鍍下，沉積三氧化鉬之薄層（8 nm）作為陽極中間層。使用Keithley™ 2400 source meter儀器紀錄無光下之暗電流（I _D，偏壓為-8V），接著使用太陽光模擬器（具有AM1.5G濾光器之氙燈，100 mW cm ^-2）在空氣中及室溫下量測元件光電流（I _ph）特性。此處使用具有KG5濾光片之標準矽二極體做為參考電池來校準光強度，以使光譜不匹配之部分達到一致。外部量子效率（EQE）則使用外部量子效率量測器，量測範圍為300~1100 nm（偏壓為0~-8V），光源校正使用矽（300~1100 nm）及鍺（1100~1800 nm）。測量結果如第12圖和第13圖，其相關數值列於表2。表2 使用本發明之OPD效能測試結果比較表2中與N2混合之化合物P1，其化學式如下： P1之化合物結構係與US8,772,442 B2中所公開之polymer 10A相同。實施例8：OPV效能測試

使用具有薄層電阻、以預圖案化之ITO塗覆之玻璃作為基板。依序在中性清潔劑、去離子水、丙酮及異丙醇中超音波震盪處理，在每個步驟中清洗15分鐘。用UV-O ₃清潔器進一步處理洗滌過之基材15分鐘。將ZnO（二乙基鋅溶液，在甲苯中15 wt%，用四氫呋喃稀釋）頂塗層，以5000 rpm之旋轉速率30秒旋轉塗佈在ITO基板上，然後在空氣中在120 ^oC下烘烤20分鐘。在o-xylene中製備活性層溶液，並加入適量添加劑以調整薄膜型態（供體聚合物：受體小分子重量比為1:1.2~1:1.5）。聚合物濃度為8~10 mg ml ^-1。為了完全溶解聚合物，活性層溶液應在加熱版上在100 ^oC下攪拌至少3小時。隨後將活性層溶液置於室溫冷卻後進行塗佈，以塗佈轉速控制膜厚範圍於100 nm上下。之後混合膜在120 ^oC下退火5分鐘，然後傳送至蒸鍍機中。在3x10 ^-6Torr之真空鍍下，沉積MoO ₃薄層（8 nm）作為陽極中間層。使用太陽光模擬器（具有AM1.5G濾光器之氙燈，100 mW cm ^-2）在空氣中及室溫下量測元件J-V特性。此處使用具有KG5濾光片之標準矽二極體做為參考電池來校準光強度，以使光譜不匹配部分達到一致。使用Keithley 2400 source meter儀器紀錄J-V特性。典型之電池具有4 mm ²之元件面積，其由具有孔徑之金屬遮罩對準元件面積所定義。PCE為每片元件上4個有效點之測量結果取平均值而得。

測量結果如第14圖，相關數值列於表3。表3 使用本發明之OPV效能測試結果表2中與N1混合之化合物P2，其化學式如下： P2之化合物結構係發表於 Joule2020, 4, 189-206期刊文獻中。

由上述之測試結果可知，本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物與現有之非富勒烯受體相較，其HOMO值有所提升，並維持一定之LUMO值，使能隙得以降低；當應用於OPD時，本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物亦展現良好之漏電表現並且在940nm光譜區有高EQE值表現，當應用於OPV時同樣具有良好之光電轉換效率。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10:光電元件 110:基板 120:下電極 130:第一載子傳輸層 140:主動層 150:第二載子傳輸層 160:上電極 12:中間層

第1圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物中間體M1之NMR圖譜。第2圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物中間體M2之NMR圖譜。第3圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物中間體M4之NMR圖譜。第4圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物中間體M6之NMR圖譜。第5圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物中間體M7之NMR圖譜。第6圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物N1之NMR圖譜。第7圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物N2之NMR圖譜。第8圖為含本發明之苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物之有機光電元件結構圖第9圖為含本發明之苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物之有機光電元件之另一結構圖第10圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物溶液態時之吸收光譜。第11圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物製成薄膜態時之吸收光譜。第12圖為包含本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物之OPD之偏壓對電流密度之結果比較。第13圖為本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物於不同波長下之外部量子效率。第14圖為包含本發明之含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物之OPV之電壓對電流密度結果比較。

10:光電元件

110:基板

120:下電極

130:第一載子傳輸層

140:主動層

150:第二載子傳輸層

160:上電極

12:中間層

Claims

一種有機光感測器，該有機光感測器係包含一基板；一下電極，其係設置於該基板之上；一上電極，其係與該下電極相對設置；以及一中間層，其係設置於該下電極與該上電極之間，該中間層係包含一第一載子傳輸層、一主動層和一第二載子傳輸層，該主動層設置於該第一載子傳輸層和該第二載子傳輸層之間，且該主動層係含一種含苯並硒二唑之非富勒烯受體化合物，如下式
其中， Ar¹為
， R¹為選自由C1~C30之直鏈烷基、支鏈烷基、矽烷基、酯基、烷氧基、烷硫基、鹵代烷基、含有烯或炔之烷基、含有氰基、硝基、羥基或酮基取代之烷基、和鹵素所組成之群組之至少一者；Ar²為
R²為選自由C1~C30之直鏈烷基、支鏈烷基、矽烷基、酯基、烷氧基、烷硫基、鹵代烷基、含有烯或炔之烷基、含有氰基、硝基、羥基或酮基取代之烷基、鹵素、和經R¹取代之苯環、五元雜環和六元雜環所組成之群組之至少一者；m=0；以及EG為選自由
所組成之群組之至少一者，其取代基R⁴為選自由氫原子、鹵素、C1~C20之烷基、C1~C20之氧烷基、羰基、酯基和氰基所組成之群組之至少一者。
如請求項1之有機光感測器，其中該主動層係設置於該第一載子傳輸層之上，且該第二載子傳輸層係設置於該主動層之上。
如請求項1之有機光感測器，其中該主動層係設置於該第二載子傳輸層之上，且該第一載子傳輸層係設置於該主動層之上。
如請求項1之有機光感測器，其中該第一載子傳輸層係含有氧化鉬(MoO₃)或PEDOT：PSS。
如請求項1之有機光感測器，其中該第二載子傳輸層係含有氧化鋅(ZnO)或PFNBr。